一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统.pdf

本发明涉及一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统，属于新能源汽车动力总成部件技术领域。该系统包括发动机、蓄电池、逆变器、三号离合器、辅助电机、二号离合器、制动器、行星架及与之一体的同轴齿轮、行星轮、太阳轮及与之一体的中心轴、一号离合器、主驱动电机、齿圈、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮、主减速器及差速器总成；该系统通过控制一号离合器和制动器的结合与否实现高低档位的切换，若一号离合器结合而制动器分离，则工作在高档位；若一号离合器分离，则工作在低档位。本发明提供的一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统共有12种工作模式，纯电动驱动模式多，解决了驱动电机峰值功率过高，低负荷运行效率低的问题。

1.  一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于：该系统包括发动机、蓄电池、逆变器、三号离合器、辅助电机、二号离合器、制动器、行星架及与之一体的同轴齿轮、行星轮、太阳轮及与之一体的中心轴、一号离合器、主驱动电机、齿圈、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮、主减速器及差速器总成；
所述主驱动电机与辅助电机同轴布置在系统两侧；主驱动电机的输出轴与齿圈、一号离合器主动盘分别通过花键和法兰连接；用于在驱动状态下将所述主驱动电机输出的动力输入到齿圈或在一号离合器结合时将动力同时传递给齿圈和太阳轮及与太阳轮一体的中心轴；在制动状态下将整车的惯性扭矩反向传递给主驱动电机；
一号离合器从动盘与中心轴右端通过花键连接；所述太阳轮及与之一体的中心轴左端通过花键与制动器的主动部分相连；制动器固定部分通过凸缘与变速器壳相连；制动器从动盘固定在变速器壳体上；
二号离合器的从动盘通过花键与中心轴左端连接；二号离合器的主动盘通过花键与辅助电机电枢右端相连；所述辅助电机电枢左端通过花键与三号离合器的从动盘连接；三号离合器的主动盘通过花键与发动机输出轴相连。

2.  根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于：所述行星架通过与之一体的同轴齿轮与一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮中的大齿轮外啮合，用于传递动力；一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮与主减速器及差速器总成外啮合，用于传递动力。

3.  根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于：所述系统通过控制一号离合器和制动器的结合与否实现高低档位的切换，若一号离合器结合而制动器分离，则工作在高档位；若一号离合器分离，则工作在低档位。

4.  根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统，其特征在于：所述一号离合器是双向离合器。

一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统
技术领域
本发明属于新能源汽车动力总成部件技术领域，涉及一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统。
背景技术
目前增程式电动汽车工作模式偏少，驱动电机峰值功率过高，在低负荷运行时，效率低，纯电动续驶里程短。申请号为201410008343.2的中国专利提供了一种发动机锁止式双电机单行星排两级减速混合动力系统，该专利所述系统包括由发动机、发动机锁止机构、第一电机、行星齿轮机构、第二电机、两级减速机构。电量消耗模式下，发动机锁止机构对发动机锁止，第一电机输出的动力由太阳轮输入行齿轮机构，经齿圈输出，与第二电机输出的动力在两级减速机构进行转矩耦合后驱动汽车行驶；增程模式下，发动机不被锁止，发动机输出的动力经行星架分流，一部分带动第一电机发电，另一部分经齿圈输出并与第二电机输出的动力在两级减速机构转矩耦合后驱动汽车行驶。该方案易于控制，通过发动机锁止机构对发动机锁止与否以使系统工作在纯电动模式或者增程模式。但该方案不能通过机构变速，使得第二电机的工作范围较大，导致电机工作效率偏低，且系统轴向尺寸较大，布置困难。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统，该系统纯电动驱动模式多，解决了驱动电机峰值功率过高，低负荷运行效率低的问题。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统，该系统包括发动机、蓄电池、逆变器、三号离合器、辅助电机、二号离合器、制动器、行星架及与之一体的同轴齿轮、行星轮、太阳轮及与之一体的中心轴、一号离合器、主驱动电机、齿圈、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮、主减速器及差速器总成；
所述主驱动电机与辅助电机同轴布置在系统两侧；主驱动电机的输出轴与齿圈、一号离合器主动盘分别通过花键和法兰连接；用于在驱动状态下将所述主驱动电机输出的动力输入到齿圈或在一号离合器结合时将动力同时传递给齿圈和太阳轮及与太阳轮一体的中心轴；在制动状态下将整车的惯性扭矩反向传递给主驱动电机；
一号离合器从动盘与中心轴右端通过花键连接；所述太阳轮及与之一体的中心轴左端通 过花键与制动器的主动部分相连；制动器固定部分通过凸缘与变速器壳相连；制动器从动盘固定在变速器壳体上；
二号离合器的从动盘通过花键与中心轴左端连接；二号离合器的主动盘通过花键与辅助电机电枢右端相连；所述辅助电机电枢左端通过花键与三号离合器的从动盘连接；三号离合器的主动盘通过花键与发动机输出轴相连。
进一步，所述行星架通过与之一体的同轴齿轮与一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮中的大齿轮外啮合，用于传递动力；一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮与主减速器及差速器总成外啮合，用于传递动力。
进一步，所述系统通过控制一号离合器和制动器的结合与否实现高低档位的切换，若一号离合器结合而制动器分离，则工作在高档位；若一号离合器分离，则工作在低档位。
进一步，所述一号离合器是双向离合器。
本发明的有益效果在于：本发明提供的一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统，可以通过控制一号离合器和制动器的结合与否实现高低档位的切换，若所述一号离合器结合而制动器分离，则工作在高档位；若所述一号离合器分离，则工作在低档位。该系统共有12种工作模式，纯电动驱动模式多，解决了驱动电机峰值功率过高，低负荷运行效率低的问题。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为本发明所述的增程式电动汽车多模耦合动力传动系统；
图2为EV1工作模式的能量流动示意图；
图3为EV2工作模式的能量流动示意图；
图4为RE1工作模式的能量流动示意图；
其中，1为发动机，2为蓄电池，3为逆变器，4为三号离合器，5为辅助电机，6为二号离合器，7为制动器，801为行星架，802为与行星架一体的同轴齿轮，9为行星轮，101为太阳轮，102为与太阳轮一体的中心轴，11为一号离合器，12为主驱动电机，13为齿圈，14为一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮，15为主减速器及差速器总成。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
本发明提供的一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统如图1所示，该系统包括发动 机1、蓄电池2、逆变器3、三号离合器4、辅助电机5、二号离合器6、制动器7、行星架801及与之一体的同轴齿轮802、行星轮9、太阳轮101及与之一体的中心轴102、一号离合器11、主驱动电机12、齿圈13、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14、主减速器及差速器总成15。
主驱动电机12与辅助电机5同轴布置在系统两侧，主驱动电机12的输出轴与齿圈13、一号离合器11主动盘分别通过花键和法兰连接，用于在驱动状态下将所述主驱动电机输出的动力输入到齿圈或在一号离合器结合时将动力同时传递给齿圈和太阳轮及与太阳轮一体的中心轴；在制动状态下将整车的惯性扭矩反向传递给主驱动电机；太阳轮101及与之一体的中心轴102左端通过花键与制动器7的主动部分相连，制动器7固定部分通过凸缘与变速器壳相连，一号离合器11从动盘与太阳轮101及与之一体的中心轴102右端通过花键连接，二号离合器6的从动盘通过花键与中心轴102左端连接，二号离合器6的主动盘通过花键与辅助电机5电枢右端相连，辅助电机5电枢左端通过花键与三号离合器4的从动盘连接，三号离合器4的主动盘通过花键与发动机1输出轴相连。
行星架801一体的同轴齿轮802与一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14的大齿轮外啮合传递动力，一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14与主减速器及差速器总成15外啮合传递动力。
系统通过控制一号离合器和制动器的结合与否实现高低档位的切换，若一号离合器结合而制动器分离，则工作在高档位；若一号离合器分离，则工作在低档位。
所述一号离合器是双向离合器。
本发明提供的一种增程式电动汽车多模耦合动力传动系统共有12种工作模式，各工作模式下执行机构工作状态见表1所示，其中，C1为一号离合器11，C2为二号离合器6，C3为三号离合器4，B1为制动器7；具体模式详述如下：
表1 工作模式执行元件附表


(1)EV1模式：即一档驱动模式；制动器7锁止，一号离合器11、二号离合器6和三号离合器4分开。太阳轮及与之一体的中心轴10被制动器7锁止，此时，行星齿轮机构的速比为其中，β为所述行星齿轮机构齿圈13的齿数与太阳轮齿数的比值。整个动力系统的速比为行星齿轮机构速比、初级减速速比和主减速器速比的乘积。主驱动电机12输出的动力经齿圈13、行星轮9、行星架801及与之一体的同轴齿轮802，输出至一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14，并由一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14输入主减速器及差速器总成15，实现主驱动电机12单独驱动的低档位纯电动模式。主驱动电机12的额定转速和额定扭矩较大，由于系统一档减速比较大，因此EV1模式主要适用于低速中扭驱动工况，这样可以使得主驱动电机12工作在其高效区。EV1模式下，系统的能量流动路径如图2所示。
(2)EV2模式：即二档驱动模式；一号离合器11结合，二号离合器6、三号离合器4和制动器7分开。此时，行星齿轮机构的速比为一，整个动力系统的速比为初级减速速比和主减速器速比的乘积。主驱动电机12输出的动力一部分经一号离合器11、中心轴102、到太阳轮101，一部分经齿圈13到行星轮9，两部分动力在行星架801合流后经与之一体的同轴齿轮802、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14输入至主减速器及差速器总成15，实现主驱动电机12单独驱动的高档位纯电动模式。系统在二档速比较一档小，因此EV2模式主要适用于中高车速小扭驱动的工况，这样可以使主驱动电机12工作在其高效区。EV2模式下，系统的能量流动路径如图3所示。
(3)EV1plus模式：即ECVT驱动模式，此时系统的速比在最小速比与最大速比之间随辅助电机5转速变化而连续变化；二号离合器6结合，一号离合器11、三号离合器4和制动器7分开。主驱动电机12输出的动力经过齿圈13传递到行星轮9；辅助电机5输出的动力 经二号离合器6、中心轴102到太阳轮101，两部分动力在行星架801合流后经与之一体的齿轮802、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14输入至主减速器及差速器总成15，实现主驱动电机12和辅助电机5转速耦合联合驱动。适用于中低车速大扭驱动的工况。
(4)EV2plus模式：即纯电动辅助电机二档加力驱动模式；一号离合器11和二号离合器6接合，三号离合器4及制动器7松开。主驱动电机12输出的动力一部分经一号离合器11、中心轴102到太阳轮101，一部分经齿圈13到行星轮9；辅助电机5输出的动力经二号离合器6、中心轴102传递到太阳101，两电机输出的动力在行星架801合流后经与之一体的同轴齿轮802、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14输入主减速器及差速器总成15，实现主驱动电机12和辅助电机5转矩耦合联合驱动的二档纯电动模式；因此EV2plus主要适用于中高车速大扭矩驱动的工况。
(5)ALL_D1模式：即全动力一档驱动模式；二号离合器6和三号离合器4接合，一号离合器11和制动器7分开。主驱动电机12输出的动力过齿圈13、行星轮9；发动机1输出的动力经过三号离合器4与辅助电机5输出的动力在辅助电机5的电枢轴上进行转矩耦合，再经二号离合器6、中心轴102传递到太阳轮101；两部分动力在行星架801合流后经及与之一体的同轴齿轮802、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14输入主减速器及差速器总成15，实现发动机1、主驱动电机12和辅助电机5转矩转速耦合联合驱动，以满足低速强扭驱动的工况。
(6)ALL_D2模式：即全动力二档驱动模式；一号离合器11、二号离合器6和三号离合器4接合，制动器7分开。发动机1输出的动力经过三号离合器4，与辅助电机5输出的动力在辅助电机5的电枢轴上进行转矩耦合，再经二号离合器6、中心轴102传递到太阳轮101；与主驱动电机12输出的动力在行星架801合流后经及与之一体的同轴齿轮802、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14输入主减速器及差速器总成15，满足发动机1、主驱动电机12和辅助电机5全转矩耦合联合驱动的中高速强扭驱动的工况。
(7)RE1模式：即增程式一档驱动模式；三号离合器4和制动器7接合，一号离合器11和二号离合器6分离。此时，太阳轮及与之一体的中心轴10被制动器7锁止，行星齿轮机构的速比为其中，β为所述行星齿轮机构齿圈13的齿数与太阳轮齿数的比值。整个动力系统的速比为行星齿轮机构速比、初级减速速比和主减速器速比的乘积。发动机1输出的动力经过三号离合器4，驱动辅助电机5工作在发电机状态，为蓄电池2充电。主驱动电机12输出的动力经齿圈13、行星轮9、行星架801及与之一体的同轴齿轮802，输出至一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14，并由一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14输入主减 速器及差速器总成15，实现主驱动电机12单独驱动的一档增程模式。RE1模式下，系统的能量流动路径如图4所示。
(8)RE2模式：即增程式二档驱动模式；一号离合器11和三号离合器4接合，制动器7和二号离合器6分离。发动机1输出的动力经过三号离合器4，驱动辅助电机5工作在发电机状态，为蓄电池2充电。主驱动电机12输出的动力一部分经一号离合器11、中心轴102到太阳轮101，一部分经齿圈13到行星轮9，两部分动力在行星架801合流后经及与之一体的同轴齿轮802、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14，并由一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14输入主减速器及差速器总成15，实现主驱动电机12单独驱动的二档增程模式。
(9)RG1模式：即一档小扭矩制动模式；制动器7锁止，一号离合器11、二号离合器6和三号离合器4分开，太阳轮101及与之一体的中心轴102由制动器7锁止。车辆的惯性转矩依次经主减速器及差速器总成15、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14、与行星架801一体的同轴齿轮802、行星架801及齿圈13传递至主驱动电机12，主驱动电机12单独工作在发电状态，实现主驱动电机12的再生制动工作模式。满足低车速弱制动的工况，提高了主驱动电机12的工作效率和整车的经济性。
(10)RG2模式：即二档小扭矩制动模式；一号离合器11结合，二号离合器6、三号离合器4和制动器7分开。车辆的惯性转矩经过主减速器及差速器总成15、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14到行星架801一体的同轴齿轮802，在行星架801分流后，再分别经齿圈13和太阳轮101及中心轴102、一号离合器11传递至主驱动电机12，实现主驱动电机12二档下的再生制动。提高了整车在中高速弱制动工况下主驱动电机12的工作效率和整车的经济性。
(11)RG1plus模式：即ECVT制动模式，此时系统速比在最小速比与最大速比之间随辅助电机5转速变化而连续变化；二号离合器6结合，一号离合器11、三号离合器4和制动器7分开。车辆的惯性转矩经过主减速器及差速器总成15、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14、与行星架801一体的同轴齿轮802，在行星架801分流后，一部分由齿圈13分流至主驱动电机12，另一部分由太阳轮101、中心轴10、二号离合器6分流至辅助电机5，驱动两个电机发电，实现主驱动电机12与辅助电机5联合再生制动的工作模式。
(12)RG2plus模式：即二档大扭矩制动模式；一号离合器11及二号离合器6接合，三号离合器4及制动器7松开。车辆的惯性转矩经过主减速器及差速器总成15、一级减速齿轮及与之一体的同轴齿轮14、与行星架801一体的同轴齿轮802，在行星架801分流后，一部分由齿圈13传递至主驱动电机12，另一部分经太阳轮101、中心轴102分别由二号离合器6 传递至辅助电机5和一号离合器11传递至主驱动电机12，实现二档下的主驱动电机12与辅助电机5转矩耦合的强制动再生制动工作模式。此模式适用于车辆制动能量回收时，满足中高车速强制动的工况。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。