一種汽車油電全混合動力系統的製作方法

2023-04-24 06:11:41

專利名稱：一種汽車油電全混合動力系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於汽車合動力系統，具體涉及一種汽車油電全混合動力系統。
背景技術：
在已有技術中，美國專利65690M公開了一種並聯式油電混合動力系統，該系統 的機電耦合機構主要由一個發動機、一個電機、一套行星齒輪機構、一個電磁離合器和一個 變速箱構成。其中行星齒輪機構的太陽輪軸和齒圈軸作為力矩輸入軸，其行星架軸作為力 矩輸出軸，太陽輪軸和齒圈軸分別與發動機和電機的軸相聯，力矩輸出軸通過變速箱與車 輪的驅動軸相聯。該行星齒輪機構的作用是用於合成發動機和電機輸出的驅動扭矩來共同 驅動車輛。所述電磁離合器接在太陽輪軸和行星架軸之間，用於機械鎖定行星齒輪機構的 三個軸，它耦合時，行星齒輪機構的三個軸以一個輸出速度驅動車輛；它分離時，行星齒輪 機構的三個軸分別以各自的速度轉動。該系統的兩個動力源即發動機和電機是並聯的，它 們的輸出扭矩均可以通過機械傳動而直接作用在車輪的驅動軸上，因此，動力傳遞效率高， 而且只用了一個電機，結構簡單。但該系統存在著一個較大的缺點就是在車輛行駛中不能 關閉發動機，這是因為當發動機不輸出驅動扭矩、只由電機單獨輸出驅動扭矩時，該驅動扭 矩通過行星齒輪機構後會傳遞給發動機軸一個逆向扭矩，會導致發動機倒轉，這是不允許 的，因此，它不具備純電驅動功能。然而，對於一個油電全混合動力系統而言，具備純電驅動 和在純電驅動下啟動發動機是非常重要的。有了該功能，車輛就可以在關閉發動機的情況 下純電驅動爬行或低速行駛，進而減少油耗；當車輛需要急加速或快速運行時，通過耦合機 構直接啟動發動機，進行油電共同驅動。純電驅動是一個非常節省燃料的工作狀態，它在車 輛行駛在城市道路上時顯得尤為重要。因此，具備該功能成為區分車輛為「油電全混合動力 汽車」的主要標誌之一。中國專利200810184141. 8公開的是一種汽車油電混合動力系統的機電動力耦合 機構。它至少由一個發動機、一個電機、一個電機控制器、一個行星齒輪機構組成，並在發動 機軸與機殼之間安裝一個單向離合器，在太陽輪和齒圈之間設置了離合器。所述的行星齒 輪機構的齒圈軸和太陽輪軸作為力矩輸入軸分別與發動機軸和電機軸相聯，其行星架軸作 為力矩輸出軸與變速箱的輸入軸相聯。該系統實現了純電驅動和行駛中啟動發動機，同時 消除車輛驅動軸上的負衝擊扭矩，保持車輛行駛平穩。但該機構存在一個問題在純電動工 況下，能量再生制動效果不好。在施加能量再生制動時，電機輸出負扭矩，作用在太陽輪上， 該扭矩通過行星輪作用在齒圈上，產生正扭矩，使發動機有正向轉動的趨勢；而單向離合器 不能限制發動機正轉，進而導致能量消耗嚴重，降低了燃油經濟性；同時，也造成電制動力 不可控，無法取得良好的制動效果。

發明內容
本發明的目的是針對已有技術中的缺點，提供一種汽車油電全混合動力系統，它 能在保證使用一個電機的前提下，具備純電驅動和在純電驅動下啟動發動機的功能，較好地消除離合器接合時的衝擊扭矩，可以使車輛在純電驅動行駛中平穩啟動發動機，並且能 夠有效實施能量再生制動，保證制動可靠，提高燃油經濟性。本發明所述的一種汽車油電全混合動力系統，包括發動機、與發動機連接的行星 齒輪機構、電機、與行星齒輪機構連接的變速箱，變速箱的輸出端與車輪的驅動軸配合連 接，其特徵是所述行星齒輪機構至少具有三個齒輪軸，即齒圈軸、太陽輪軸和行星架軸； 電機的轉子與太陽輪軸連接，太陽輪軸通過離合器與齒圈軸配合連接，發動機的輸出端與 齒圈軸配合連接，變速箱與 行星架軸的輸出端配合連接，車輪的驅動軸與變速箱的輸出端 配合連接；一制動器設在發動機的軸上。所述的一種汽車油電全混合動力系統，在發動機的軸上還設有一單向器。所述的一種汽車油電全混合動力系統，其所述太陽輪軸上的慣性矩Js與太陽輪的 齒數Zs的比值等於齒圈軸上的慣性矩Jk與齒圈軸的齒數Zk的比值，即滿足方程Js/Zs = JK/ZK。本發明通過在發動機軸上增加一個制動器或在制動器的基礎上再並聯一個單向 離合器的方式，以防止發動機軸在純電驅動時反轉，使其具備了純電驅動和行駛中啟動發 動機的功能，消除了衝擊扭矩；還能阻止發動機正轉，保證能量再生制動系統正常工作，有 效實施能量再生制動、保持高的能量再生率。在消除衝擊扭矩方面本發明較好地消除了啟動發動機時的衝擊扭矩，可以使車輛在純電驅動行駛中平 穩啟動發動機。離合器耦合時，發動機軸產生的負扭矩可由太陽輪軸和電機的慣性矩削弱 或抵消。啟動前，太陽齒軸S的轉速高於行星架軸C的轉速，因此，當離合器耦合時，太陽輪 軸S上的慣性矩作用在行星架軸C為正扭矩，該正扭矩與發動機軸R上的慣性矩所產生的 負扭矩同時存在，同時作用在行星架軸C上。根據離合器耦合前、後的行星齒輪機構的三個 軸動量矩守恆的原理推導得出本機構滿足太陽輪軸S上的慣性矩Js與太陽齒輪S』的齒 數Zs之比，等於齒圈軸R上的慣性矩Jk與齒圈齒輪R』的齒數Zk之比，即Js/Zs = JK/ZK 成立則離合器耦合時，由發動機慣性矩在行星架軸C上產生的負扭矩可以完全抵消。 也就是說，當本機構滿足Js/Zs = JK/ZK，在純電驅動行駛中系統可以直接耦合離合器使發 動機平穩啟動，不會因啟動發動機導致車輛震動。在制動方面純電動驅動情況下的制動，離合器保持分離，制動器保持制動狀態，發動機不工 作；電機輸出負扭矩τ<0，作用在太陽輪軸上；由於車輛的慣性力作用於行星架軸上，導致 齒圈軸具有正向轉動的趨勢，但制動器施加約束反力矩，阻止齒圈軸和發動機正轉；電機輸 出的制動扭矩與約束反力矩通過行星齒輪合成、疊加，通過行星架軸C輸出制動扭矩使車 輛減速。發動機工作情況下的制動，制動前，制動器7釋放，發動機工作.開始制動後，離合 器6分離，制動器7由釋放狀態轉換成制動狀態，使發動機停止轉動；雖然車輛的慣性力作 用於行星架軸上，使齒圈軸具有正向轉動的趨勢，但制動器可通過施加約束反力矩阻止齒 圈軸和發動機正轉；此時電機輸出負扭矩，作用在太陽輪軸上；電機輸出的制動扭矩與約束反力矩通過行星齒輪機構合成、疊加，通過行星架軸輸出總制動扭矩，使車輛減速。本發明能夠有效實施能量再生制動、保持高的能量再生率。


圖1是本發明方案一的結構示意圖。圖2是行星齒輪機構的三齒輪軸的速度圖。圖3是行星齒輪機構的三齒輪軸的力矩圖。圖4是電機單獨驅動車輛時行星齒輪機構三齒輪軸的速度圖。圖5是電驅動工況下啟動發動機時行星齒輪機構的三齒輪軸的速度圖。圖6是離合器耦合前後的角速度示意圖。圖7是本發明方案二的結構示意圖。
具體實施例方式實施方案一參見圖1所示的一種汽車油電全混合動力系統，包括發動機1、與發動機連接的行 星齒輪機構3、電機2、與行星齒輪機構連接的變速箱4，變速箱的輸出端與車輪的驅動軸配 合連接，其特徵是所述行星齒輪機構3至少具有三個齒輪軸，即齒圈軸R、太陽輪軸S和行 星架軸C ；電機2的轉子與太陽輪軸S連接，太陽輪軸S通過離合器6與齒圈軸R配合連接， 發動機1的輸出端與齒圈軸R配合連接，變速箱4與行星架軸C的輸出端配合連接，車輪的 驅動軸與變速箱4的輸出端配合連接；一制動器7設在發動機1的軸上。在所述的太陽輪軸S和齒圈軸R之間設有一個離合器6，用於將行星齒輪機構3的 三個齒輪軸鎖在一起。所述的行星齒輪機構是一個現有的機械機構，根據行星齒輪機構的 工作原理可知，其三個軸的力矩輸入和輸出關係是可以互換的，例如發動機可連接太陽輪 軸、電機連接齒圈。該力矩輸入、輸出關係變換後，與圖1結構所達到的技術效果是相同的， 它們屬於等同結構的替換，均屬於本發明的保護範圍。因此，本發明僅就圖1中的連接方式 展開說明，在下面的敘述中，其它變換連接可以根據該種連接方式同理導出。另外，所述的 離合器6也可以安裝在任意二個齒輪軸之間，均可實現三個齒輪軸鎖在一起的功能，本例 舉出上述一種特定的連接方式，以便下面的推導。根據圖1所述的連接結構，太陽輪軸轉速cos、齒圈軸轉速0^和行星架軸轉速 之間的速度關係可以用圖2來表示，圖中的\和分別是太陽輪S和齒圈R的齒數，箭頭 則分別指出了三個軸轉動的正方向。並且三個軸的速度具有如下已知方程式
權利要求
1.一種汽車油電全混合動力系統，包括發動機(1)、與發動機連接的行星齒輪機構 (3)、電機O)、與行星齒輪機構連接的變速箱G)，變速箱的輸出端與車輪的驅動軸配合連 接，其特徵是所述行星齒輪機構(3)至少具有三個齒輪軸，即齒圈軸(R)、太陽輪軸(S)和 行星架軸(C)；電機(2)的轉子與太陽輪軸⑶連接，太陽輪軸⑶通過離合器(6)與齒圈 軸(R)配合連接，發動機⑴的輸出端與齒圈軸(R)配合連接，變速箱⑷與行星架軸(C) 的輸出端配合連接，車輪的驅動軸與變速箱(4)的輸出端配合連接；一制動器(7)設在發動 機(1)的軸上。
2.根據權利要求1所述的一種汽車油電全混合動力系統，其特徵是在發動機(1)的 軸上還設有一單向器(8)。
3.根據權利要求1或2所述太陽輪軸(S)上的慣性矩JS與太陽輪(S』)的齒數瓜的 比值等於齒圈軸(R)上的慣性矩JR與齒圈軸(R)的齒數觀的比值，即滿足方程
全文摘要
本發明公開一種汽車油電全混合動力系統，包括發動機、與發動機連接的行星齒輪機構、電機、與行星齒輪機構連接的變速箱，變速箱的輸出端與車輪的驅動軸配合連接，其特徵是所述行星齒輪機構至少具有三個齒輪軸，即齒圈軸、太陽輪軸和行星架軸；電機的轉子與太陽輪軸連接，太陽輪軸通過離合器與齒圈軸配合連接，發動機的輸出端與齒圈軸配合連接，變速箱與行星架軸的輸出端配合連接，車輪的驅動軸與變速箱的輸出端配合連接；一制動器設在發動機的軸上。本發明較好地消除了啟動發動機時的衝擊扭矩，可以使車輛在純電驅動行駛中平穩啟動發動機；離合器耦合時，發動機軸產生的負扭矩可由太陽輪軸和電機的慣性矩削弱或抵消。
文檔編號B60K6/365GK102059940SQ20101057772
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月7日 優先權日2010年12月7日
發明者任勇, 周安健, 張恆睿, 朱華榮, 段志輝, 高建科, 黃東 申請人:重慶長安新能源汽車有限公司, 重慶長安汽車股份有限公司