專利名稱：雙行星輪系動力耦合傳動系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種動力耦合傳動系統，更確切地說，本發明涉及一種雙行星輪系動力耦合傳動系統。
背景技術：
混合動力驅動系統主要分為串聯、并聯、混聯三種形式。串聯混合動力系統采用的是電電耦合，其發動機不直接參與驅動系統提供動力，而是將發動機的動力帶動發電機給電池充電，然后電池為驅動電機提供能量來驅動車輛。該系統優勢是發動機可以始終控制在最優的工作區間，來提高發動機的工作效率。缺點是該系統將發動機的機械能先是轉換為電能為電池存儲，然后電能又轉換為驅動電機的機械能。這樣的兩次能量轉換所損失的能量，易使得整個系統的效率大大降低。而且該系統一般僅有唯一的動力源驅動電機，為此電機需要選擇較大功率，動力電池也需要選擇較大的容量，故成本較高。這一系統由于電機較大能夠回饋較多的制動能量，多應用于城市的公交車。
并聯混合動力系統米用的是機電I禹合，其發動機的輸出動力與驅動電機輸出動力通過機械裝置耦合輸出，該并聯混合動力系統發動機作為主要動力，在大多數工況下都處于工作狀態，為此很難將發動機始終控制在高效區間內運行，這一系統與傳統相比，能夠提高的燃油經濟性很小，對排放優化能力也一般，并且制動能量回收能力也較差，在市場中典型的車型有本田的Insight，該并聯混合動力系統主要優點是動力性較好、減少了發動機怠速和車輛蠕行時發動機處于低效率區的情況。
混聯混合動力系統指的是具有兩種或兩種以上的驅動模式，該混聯混合動力系統能夠較好的適應多種工況下的車輛行駛需求，同時也能夠通過切換驅動模式來控制發動機盡可能運行在高效率區間，但是由于控制系統相對復雜、成本較高。市場上該混聯混合動力系統典型車型有美國通用汽車的Volt與豐田公司的PRUIS。PRUISE通過行星機構將發動機、發電機、驅動電機分別連接在行星架、太陽輪、齒圈上，同時齒圈與輸出相連接，該混聯混合動力系統可以處于純電驅動和并聯驅動兩個模式。而Volt作為增程式混合動力汽車， 其動力耦合機構的行星架與輸出固定連接，太陽輪與驅動電機連接，齒圈既連接制動器，也與離合器的一端相連接，然后離合器與發電機連接，發電機與發動機之間也由離合器相連接，該混聯混合動力系統可處于純電機驅動、并聯驅動與串聯驅動三種模式。發明內容
本發明所要解決的技術問題是解決了現有多種動力源動力耦合效率低，很難實現多種驅動模式來優化發動機工作區間的問題，提供了一種雙行星輪系動力耦合傳動系統。
為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統包括前排行星輪系、后排行星輪系、前制動器、離合器、后制動器與減速齒輪組；其中前排行星輪系包括前齒圈、前行星架與前太陽輪；后排行星輪系包括后齒圈、 后行星架與后太陽輪。
前齒圈空套在發動機的輸出軸上為轉動連接，前齒圈的左端插入前制動器內，前行星架與發動機的輸出軸固定連接，前太陽輪與發電機輸入軸的左端鍵連接，發電機輸入軸的右端和減速齒輪組的輸入端鍵連接，減速齒輪組的輸出端和離合器的左端固定連接， 離合器的右端與軸的一端固定連接，軸的另一端與后行星架固定連接，后行星架與離合器之間的軸插入在后制動器內，驅動電機空套在后太陽輪上，驅動電機與后齒圈固定連接，后太陽輪的右端通過錐齒輪與驅動橋連接。
技術方案中所述的減速齒輪組的輸出端和離合器的左端固定連接是指減速齒輪組的輸出端和離合器的左端采用I號花鍵副連接。
技術方案中所述的離合器的右端與軸的一端固定連接是指離合器的右端與軸的一端采用2號花鍵副連接。
技術方案中所述的軸的另一端與后行星架固定連接是指軸的另一端與后行星架采用3號花鍵副連接。
技術方案中所述的前制動器固定安裝在車架上，后制動器固定安裝在車架上。
技術方案中所述的前行星架與發動機的輸出軸固定連接是指前行星架與發動機的輸出軸采用GY型凸緣聯軸器固定連接。
技術方案中所述的減速齒輪組的減速比為2:1。
與現有技術相比本發明的有益效果是
I.本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統通過行星齒輪機構耦合發動機、發電機、驅動電機使得動力耦合比可以實現連續變化，無傳動比切換的沖擊。
2.本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統當電池SOC滿足要求時，車輛運行功率需求較小可以采用驅動電機直接驅動，其效率較高。當車輛運行功率需求相對較大可以采用驅動電機與發電機驅動模式，通過協調驅動電機與發電機之間的轉速實現最優的動力耦合。
3.本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統中的發動機接在前行星架上，當處于并聯驅動模式時，可以實現驅動電機與發電機的轉速差較小，轉速區域較小，均處于高效區間。解決了豐田公司的PRUIS動力耦合機構因傳動比使得發電機需要選擇高轉速和同時發電機運行區域過大不穩定使得發電機運行效率較低的問題。
4.本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統中通過離合器與制動器結合或分離實現串聯模式，能夠在復雜的城市工況下，更容易的優化發動機的工作區間。解決了豐田公司的PRUIS動力耦合機構不能處于串聯模式問題。
5.本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統在制動工況下，可通過離合器與制動器結合或分離，實現驅動電機輕度能量回收和驅動電機與發電機重度能量回收，使得制動回收的效率更高。
總之，本發明能夠實現車輛多種驅動模式，能夠保證發動機、發電機、電動機均運行在高效區間內，從而提高混合動力的整車運行效率。其結構簡單，可應用于所有的混合動力車輛。


下面結合附圖對本發明作進一步的說明
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圖式示意圖；圖為本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統的原理框圖；為本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統的結構組成示意圖；為本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統的單電機驅動模式示意圖； 為本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統的驅動電機與發電機驅動模為本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統的并聯驅動模式示意圖； 為本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統的串聯驅動模式示意圖；為本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統的輕度制動能量回收模式示
意意圖中1.發動機,2.前齒圈，3.前制動器,4.發電機,5.離合器,6.后制動器,7.后太陽輪，8.左半軸，9.驅動橋，10.車輪，11.驅動電機，12.后齒圈，13.后行星架，14.減速齒輪組，15.前行星架，16.前太陽輪，17.后行星輪，18.前行星輪。圖8為本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統的重度制動能量回收模式示具體實施方式
下面結合附圖對本發明作詳細的描述
本發明提供了一種雙行星輪系動力耦合傳動系統，雙行星輪系動力耦合傳動系統能夠實現單電機驅動、雙電機驅動、并聯驅動與串聯驅動四種模式，通過選擇適當的驅動模式能夠保證每一種工況下發動機、發電機、驅動電機綜合的的驅動效率最高。通過協調行星齒輪機構多自由度運動特性來提高動力耦合的效率。
所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統包括前排行星輪系、后排行星輪系、前制動器3、離合器5、后制動器6與減速齒輪組14。其中前排行星輪系由前齒圈2、前行星架15、 前太陽輪16與前行星輪18組成；后排行星輪系由后齒圈12、后行星架13、后行星輪17與后太陽輪7組成。雙行星輪系動力稱合傳動系統將發動機I、發電機4與驅動電機11 I禹合形成混聯混合動力系統，該混聯混合動力系統可處于純驅動電機驅動、并聯驅動與串聯驅動三種模式。
所述的前制動器3和后制動器6均采用TJ-B型干式單片電磁制動器。
前齒圈2空套在發動機I的輸出軸上為轉動連接，前齒圈2左端插入前制動器3 內，前制動器3固定安裝在車架上，前行星架15與發動機I的輸出軸采用GY型凸緣聯軸器固定連接，前太陽輪16與發電機4輸入軸的左端采用鍵固定連接，前齒圈2與前太陽輪16 之間均布有三個結構相同的前行星輪18，前行星輪18和前齒圈2與前太陽輪16同時為嚙合連接，三個前行星輪18均布在前行星架15的圓周方向上為轉動連接，發電機4輸入軸的右端和減速齒輪組14的輸入端采用鍵固定連接，其中減速齒輪組14減速比為2:1，減速齒輪組14的輸出端和離合器5的左端米用I號花鍵副固定連接，離合器5的右端與軸的一 (左)端采用2號花鍵副固定連接，軸的另一(右)端與后行星架13采用3號花鍵副固定連接，后行星架13與離合器5之間的軸插入后制動器6內，后制動器6固定安裝在車架上，驅動電機11空套在后太陽輪7上，驅動電機11與后齒圈12固定連接，后齒圈12與后太陽輪 7之間均布有三個結構相同的后行星輪17，后行星輪17和后齒圈12與后太陽輪7同時為嚙合連接，三個后行星輪17均布在后行星架13的圓周方向上為轉動連接，后太陽輪7的右端通過錐齒輪與驅動橋9相連接。
參照圖1，當后制動器6制動、前制動器3分離、離合器5斷開，車輛由驅動電機11 單獨驅動，可以計算出力矩傳遞的大小和轉速關系。
當后制動器6分離、前制動器3分離、離合器5結合，發動機I處于停機狀態，車輛由驅動電機11和發電機4聯合驅動，通過協調兩者轉速使得盡可能各自均處于高效區間， 來滿足車輛動力性需求。
當后制動器6分離、前制動器3制動、離合器5結合，發動機I處于運行狀態，車輛處于并聯驅動模式，通過協調電機I轉速使得發動機處于高效區間，然后后排行星輪系通過協調驅動電機11轉速來滿足車輛運行需求。
參考圖2，當后制動器6制動、前制動器3制動、離合器5斷開，發動機I處于運行狀態，車輛處于串聯模式，此時發動機I帶動發電機4為電池充電，驅動電機11單獨驅動車輛運行。
本發明所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統可實現以下幾種工作模式。
停車工作模式
在停車工作模式下，動力驅動系統沒有能量流，各零部件均處于靜止狀態。
停車發電工作模式
在停車發電工作模式下，后制動器6分離、前制動器3制動、離合器5斷開，發動機 I帶動發電機4為電池充電。
驅動電機驅動工作模式
參閱圖3，在驅動電機驅動工作模式下，后制動器6制動、前制動器3分離、離合器 5斷開，驅動電機11的動力傳遞到后齒圈12，通過后行星輪17傳遞到后太陽輪7、驅動橋 9、左半軸8與右半軸驅動左車輪與右車輪10運行。該模式下車輛運行需求功率較小，同時 SOC能夠滿足要求。
驅動電機與發電機驅動工作模式
參閱圖4，在驅動電機與發電機聯合驅動工作模式下，后制動器6分離、前制動器3 分離、離合器5結合，發電機4動力通過離合器5傳遞到后行星架13，與驅動電機11的動力傳遞到后齒圈12后進行耦合，通過后太陽輪7輸出，傳遞到驅動橋9、左半軸8與右半軸驅動左車輪與右車輪10運行。由于發電機4動力也傳遞到前齒圈2，由于無約束處于自由轉動狀態。該模式下車輛運行需求功率相對較大，同時SOC能夠滿足要求。
并聯行駛工作模式
參閱圖5，在并聯行駛工作模式下，后制動器6分離、前制動器3制動、離合器5結合，發動機I動力通過前行星架15傳遞到前太陽輪16與發電機4動力耦合后，通過減速齒輪組14、離合器5到后行星架13，與驅動電機11傳遞到后齒圈12的動力進行耦合，最后動力傳遞到后太陽輪7，驅動橋9、左半軸8與右半軸驅動左車輪與右車輪10運行。此時發電機4處于空轉狀態。
串聯行駛工作模式
參閱圖6，在串聯行駛工作模式下，后制動器6制動、前制動器3制動、離合器5斷開，發動機I帶動前行星架15轉動，由于前制動器3制動了前齒圈2的運動,動力將通過前太陽輪16傳遞到發電機4為電池充電。驅動電機11將動力通過后齒圈12傳遞到后行星輪17，由于后制動器6制動了后行星架13的運動，故動力將傳遞到后太陽輪7，然后到驅動橋9、左半軸8與右半軸驅動左車輪與右車輪10運行。
輕度制動能量回收工作模式
參閱圖7，在輕度制動能量回收工作模式下，后制動器6制動、前制動器3分離、離合器5斷開，車輪的轉矩帶動后太陽輪7轉動，由于后行星架13被后制動器6制動，其動力傳遞到后齒圈12，然后帶動驅動電機11給電池發電。該模式下車輛處于較為緊急工況，故以縮短制動距離為主，回收制動能量為輔，來保證安全性。
重度制動能量回收工作模式
參閱圖8，在重度制動能量回收工作模式下，后制動器6分離、前制動器3分離、離合器5結合，車輪的轉矩帶動后太陽輪7轉動，后太陽輪7分別將動力分配給后齒圈12到驅動電機11和后行星架13經過離合器5到發電機4。此時驅動電機11和發電機4均處于發電模式。該模式下車輛不處于緊急工況，故以回收制動能量主。
權利要求
1.一種雙行星輪系動力耦合傳動系統，其特征在于，所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統包括前排行星輪系、后排行星輪系、前制動器(3)、離合器(5)、后制動器(6)與減速齒輪組(14);其中前排行星輪系包括前齒圈(2)、前行星架(15)與前太陽輪(16);后排行星輪系包括后齒圈(12)、后彳丁星架(13)與后太陽輪(7)； 前齒圈(2)空套在發動機(I)的輸出軸上為轉動連接，前齒圈(2)的左端插入前制動器(3)內，前行星架(15)與發動機(I)的輸出軸固定連接，前太陽輪(16)與發電機(4)輸入軸的左端鍵連接，發電機(4)輸入軸的右端和減速齒輪組(14)的輸入端鍵連接，減速齒輪組(14)的輸出端和離合器(5)的左端固定連接,離合器(5)的右端與軸的一端固定連接,軸的另一端與后行星架(13)固定連接，后行星架(13)與離合器(5)之間的軸插入在后制動器(6)內，驅動電機(11)空套在后太陽輪(7)上，驅動電機(11)與后齒圈(12)固定連接，后太陽輪(7)的右端通過錐齒輪與驅動橋(9)連接。
2.按照權利要求I所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統，其特征在于，所述的減速齒輪組(14)的輸出端和離合器(5)的左端固定連接是指 減速齒輪組(14)的輸出端和離合器(5)的左端采用I號花鍵副連接。
3.按照權利要求I所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統，其特征在于，所述的離合器(5)的右端與軸的一端固定連接是指 離合器(5)的右端與軸的一端采用2號花鍵副連接。
4.按照權利要求I所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統，其特征在于，所述的軸的另一端與后行星架(13)固定連接是指 軸的另一端與后行星架(13)采用3號花鍵副連接。
5.按照權利要求I所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統，其特征在于，所述的前制動器(3)固定安裝在車架上，后制動器(6)固定安裝在車架上。
6.按照權利要求I所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統，其特征在于，所述的前行星架(15)與發動機(I)的輸出軸固定連接是指 前行星架(15)與發動機(I)的輸出軸采用GY型凸緣聯軸器固定連接。
7.按照權利要求I所述的雙行星輪系動力耦合傳動系統，其特征在于，所述的減速齒輪組(14)的減速比為2:1。
全文摘要
本發明公開了一種雙行星輪系動力耦合傳動系統，旨在克服多種動力源動力耦合效率低，很難實現多種驅動模式來優化發動機工作區間的問題，該系統包括前齒圈、前行星架、前太陽輪、后齒圈、后行星架、后太陽輪、前制動器、離合器、后制動器與減速齒輪組。前齒圈空套在發動機的輸出軸上為轉動連接，前齒圈的左端插入前制動器內，前行星架與發動機的輸出軸固定連接，前太陽輪與發電機輸入軸的左端鍵連接，發電機輸入軸的右端和減速齒輪組的輸入端鍵連接，減速齒輪組的輸出端和離合器的左端固定連接，離合器的右端和后行星架通過一軸固定連接，軸插入后制動器內，驅動電機空套在后太陽輪上，驅動電機與后齒圈固定連接，后太陽輪的右端與驅動橋固定連接。
文檔編號F16H57/10GK102922982SQ20121045793
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月14日 優先權日2012年11月14日
發明者王慶年, 王俊, 曾小華, 唐先智, 白鴿, 巴特 申請人:吉林大學