重型車四模式混合動力傳動裝置的製作方法
2023-08-07 11:33:46
本發明屬於混合動力汽車技術領域，特別涉及混合動力傳動裝置。
背景技術：
混合動力傳動技術為節能減排的重要手段，各大汽車廠家積極發展。豐田公司混聯形式的ths混合動力系統具備良好的節油效果，利用行星機構進行功率分流，保證發動機常工作在經濟區間，但該系統只是單模式的功率分流，傳動比範圍較小，難適合於重型車的工況要求。
雙模式功率分流混合動力傳動系統，可有效利用低速和高速兩個功率分流模式，全程效率高，所需電機轉矩及功率較小，具有更大的傳動比範圍，更適合商用車的工況需求。us2005/0137042a1公布了一種商用車用雙模式混合動力傳動裝置，採用三個行星排，可實現兩個功率分流模式和4個機械擋位。us6527658b2公布了一種雙模式混合動力傳功裝置，採用兩個行星排進行功率分流，可獲得較寬的傳動比範圍。us5931757也公布了兩種雙模式混合動力傳動裝置，可適合於商用車使用工況。
為進一步降低電機系統的功率及轉矩要求，us7645206b2公布了一種三模式混合動力傳動裝置，可連續銜接三個功率分流模式，擴大了傳動比範圍。us2009/0111635a1也公布了一種三模式混合動力傳動裝置，採用兩個電機和4個行星排進行功率分流。
技術實現要素：
本發明的目的是：為適合於重型車使用工況，提供一種工藝簡單的四模式混合動力傳動裝置。
本發明的技術方案是：重型車四模式混合動力傳動裝置，它包括：同軸布置的四個行星排、兩組電機、三個制動器、兩個離合器以及單向離合器；
四個行星排包括：由第一齒圈、第一太陽輪、第一行星架組成的第一行星排，由第二齒圈、第二太陽輪、第二行星架組成的第二行星排，由第三齒圈、第三太陽輪、第三行星架組成的第三行星排，由第四齒圈、第四太陽輪、第四行星架組成的第四行星排；
兩組電機分別為：第一電機、第二電機；第一電機布置在第一行星排與第二行星排之間；第二電機布置在第二行星排與第三行星排之間；
三個制動器分別為：第一制動器、第二制動器、第三制動器；
兩個離合器分別為：第一離合器、第二離合器；
整體連接關係為：第一電機的定子以及第二電機固定在殼體上；第一齒圈通過單向離合器連接發動機輸入軸，用於輸入功率，第一太陽輪與第一離合器的主動端相連，同時第一太陽輪與第一電機的轉子連接，第一行星架分別與第二行星架、第三太陽輪、第四太陽輪相連接；第二齒圈的一端同時與第一制動器的主動端、第一離合器的被動端連接，第二太陽輪同時與第二離合器的主動端、第二電機的轉子連接；第三齒圈的一端同時與第二制動器的主動端、第二離合器的被動端連接，第三行星架與第四齒圈連接；第四齒圈的一端與第三制動器的主動端連接，第四行星架與輸出軸連接，用於將動力輸出。
初始狀態時，三個制動器、兩個離合器均未接合。
有益效果：(1)本發明採用兩臺電機、離合器、制動器、4個普通行星排均同軸布置，工藝簡單。所需電機的功率小，可實現較大的傳動比範圍，適合於重型車使用工況。
(2)四個行星排組成功率分流減速機構，可實現四種模式的功率分流。較單模式功率分流，一方面可擴大變傳動裝置的速比範圍，另一方面可減小電機的轉矩和功率，提高傳動裝置的功率密度。
(3)兩組電機分別布置在行星排之間，結構緊湊易於支撐，充分利用電機端部的空間。
附圖說明
圖1為本發明的傳動裝置簡圖；
圖2為本發明的元件轉速圖。
具體實施方式
下面結合附圖並舉實施例，對本發明進行詳細描述。
參見附圖1，重型車四模式混合動力傳動裝置，它包括：同軸布置的四個行星排、兩組電機、三個制動器、兩個離合器以及單向離合器21；
四個行星排包括：由第一齒圈2、第一太陽輪4、第一行星架3組成的第一行星排，由第二齒圈9、第二太陽輪7、第二行星架8組成的第二行星排，由第三齒圈22、第三太陽輪13、第三行星架14組成的第三行星排，由第四齒圈17、第四太陽輪16、第四行星架19組成的第四行星排；
兩組電機分別為：第一電機、第二電機；第一電機布置在第一行星排與第二行星排之間；第二電機布置在第二行星排與第三行星排之間；
三個制動器分別為：第一制動器10、第二制動器15、第三制動器18；
兩個離合器分別為：第一離合器6、第二離合器12；
整體連接關係為：第一電機的定子以及第二電機固定在殼體上；第一齒圈2通過單向離合器21連接發動機輸入軸1，第一太陽輪4與第一離合器6的主動端相連，同時第一太陽輪4與第一電機的轉子5連接，第一行星架3分別與第二行星架8、第三太陽輪13、第四太陽輪16相連接；第二齒圈9的一端同時與第一制動器10的主動端、第一離合器6的被動端連接，第二太陽輪7同時與第二離合器12的主動端、第二電機的轉子11連接；第三齒圈22的一端同時與第二制動器15的主動端、第二離合器12的被動端連接，第三行星架14與第四齒圈17連接；第四齒圈17的一端與第三制動器18的主動端連接，第四行星架19與輸出軸20連接；
初始狀態時，三個制動器、兩個離合器均未接合。
四個行星排組成分匯流機構，分別起到減速或者分匯功率的作用。第一行星排接受自於發動機的輸入，主要作為分流機構；當第一制動器10、第二制動器15、第三制動器18制動時，第二、三、四行星排起減速作用；當第一離合器6、第二離合器12接合時，四個行星排排共同構成分匯流機構；當第一制動器10、第一離合器6或者第二制動器15、第二離合器12同時接合時可相應的制動第一電機或第二電機；不同離合器和制動器接入狀況的組合可實現各種不同的工況。
下表為本裝置的操縱換擋邏輯。從中可以看出本裝置前進檔位切換隻操縱單個離合器或制動器，且操縱過程可實現無速差結合，接合操縱方便，控制難度低。
其中：bo為第三制動器18、b1為第一制動器10、b2為第二制動器15、f為單向離合器21，c1為第一離合器6、c2為第二離合器12；
低速爬坡工況時，第一制動器10、第三制動器18接合；第一電機處於發電機工況、第二電機處於電動機工況；來自於發動機的功率從第一齒圈2輸出，一路分流到第一電機，一路功率通過第一行星架3輸出；第二電機的轉矩經過第二行星排放大後，從第二行星架8輸出，與第一行星架3的轉矩疊加後輸入到第四太陽輪16，第四太陽輪16的轉矩經過第四行星排放大後從第四行星架19輸出。該工況輸出轉矩最大，轉速較小適用於重載爬坡形式。
純電動工況時，第一制動器10、第二制動器15接合，發動機停止，單向離合器21防止第一齒圈2反轉；第一電機、第二電機處於電動機模式；來自於第一電機的轉矩經第一行星排放大後從第一行星架3輸出，來自於第二電機的轉矩經過第二行星放大後從第二行星架8輸出；兩路轉矩疊加後，輸入到第四太陽輪16；第四太陽輪16的轉矩經過第四行星排放大後從第四行星架19輸出。
混合驅動模式時又分為四種模式：四模式功率分流，具有較寬的傳動比範圍，第一模式主要用於起步、低速工況，第二模式用於中速模式，第三、四模式用於高速工況。四個模式均可以實現制動能量回收，提高燃油經濟性。
第一模式為分速匯矩功率分流模式：第一制動器10、第二制動器15接合，發動機工作，第一電機處於發電機工況、第二電機處於電動機工況；來自於發動機的功率經第一行星排分流後一路功率傳遞給第一電機、第二電機，另外一路功率通過第三行星排與來自於第二電機的功率在第二行星架8匯流後，傳遞給第三行星排、第四行星排構成的減速行星機構，最後從第四行星架19輸出；該模式可用於車輛的低速行駛工況。
第二模式為分速匯速功率分流模式：第一離合器6、第二制動器15接合，第一電機處於電動機工況，第二電機處於發電機；第一行星排和第二行星排共同構成分匯流機構，功率從第一行星架3和第二行星架8匯合後，傳遞給第三行星排、第四行星排構成的減速行星機構，最後從第四行星架19輸出；該模式可用於車輛的中速行駛工況。
第三模式為分速匯速功率分流模式：第一離合器6、第二離合器12接合；第一電機處於發電機工況、第二電機處於電動機工況；四個行星排共同構成分匯流機構，功率從第四行星架19輸出；該模式可用於車輛的高速行駛工況。
第四模式為分速匯矩功率分流模式：第二離合器12接合、第一制動器10接合，第一電機處於電動機工況，第二電機處於發電機；第一行星排為分匯流機構，來自於發動機的功率與第一電機的功率匯合後從第一行星架3輸出，第二行星排、第三行星排、第四行星排共同組成一個二自由度機構，功率從第二行星架8和第三太陽輪13、第四太陽輪16輸入，最後從第四行星架19輸出。該模式可用於車輛的高速行駛工況。
本裝置具有三個固定檔和一個倒車檔；在第一電機或者第二電機轉速為零時，為機械點工況，可獲得三個最高傳動效率的車速點，可根據實際情況，合理匹配到常用車速工況，提高傳動系統的效率。
第一固定檔位：第一離合器6、第一制動器10、第二制動器15接合，第一電機完全制動，第二電機處於電動機或發電機工況；四個行星排為單自由度機構，傳動比固定，輸出速度由發動機決定；該檔位用於第一模式與第二模式的銜接點。
第二固定檔位：第一離合器6、第二離合器12、第二制動器15接合，第二電機完全制動，第一電機完全制動處於電動機或發電機工況，四個行星排為單自由度機構，傳動比固定，輸出速度由發動機決定；該檔位用於第二模式與第三模式的銜接點。
第三固定檔位：第一離合器6、第二離合器12、第一制動器10接合，第一電機完全制動，第二電機處於電動機或發電機工況；四個行星排為單自由度機構，傳動比固定，輸出速度由發動機決定；該檔位用於第三模式與第四模式的銜接點。
倒車檔：第一制動器10、第二制動器15接合，第二電機處於電動機工況，反向驅動車輛後退。此時發動機啟動和停止均可實現倒擋工況。
結合附圖2可以看出本方案可以實現較大的轉速變化範圍，適用於重載車輛使用。
綜上，以上僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。