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CN112937283A - 双行星排同轴多模机电耦合装置及其控制方法 - Google Patents

双行星排同轴多模机电耦合装置及其控制方法 Download PDF

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CN112937283A
CN112937283A CN202110241179.XA CN202110241179A CN112937283A CN 112937283 A CN112937283 A CN 112937283A CN 202110241179 A CN202110241179 A CN 202110241179A CN 112937283 A CN112937283 A CN 112937283A
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CN
China
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oil duct
shaft
row
gear
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CN202110241179.XA
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何洪文
首懿文
曹剑飞
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Beijing Institute of Technology BIT
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Beijing Institute of Technology BIT
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Abstract

本发明涉及双行星排同轴多模机电耦合装置和控制方法，在发动机独立驱动、混合驱动模式下实现发动机转矩与车轮的解耦，满足多种工况的需求；本发明前后行星排同轴布置，使得动力部件的转矩中心一致，有利于传动的稳定性，节约了布置空间，本发明的改造空间大，如在第二齿圈与壳体之间加装制动器B2，在输出轴与电机MG1之间增加离合器C2，则可实现两档变速功能，满足较原有设计更高的车速需求。本发明中前后行星排有联动需求的共齿部件，即第一齿圈和第二行星架通过花键配合连接于同一根输出轴上以实现转矩的传递，较传统的一体化共齿部件设计方案而言加工更简单，且更容易实现同轴精度。

Description

双行星排同轴多模机电耦合装置及其控制方法
技术领域
本发明属于混合动力车辆技术领域，涉及一种重型混合动力车辆的动力总成，具体涉及一种双行星排同轴多模机电耦合装置。
背景技术
节能与环保一直都是全人类社会所关注的两大重要问题，世界各国和地区都高度重视，在加大对油耗和排放要求的同时，大力资助新能源汽车的研发和推广，其中混合动力技术在重型车辆系统中的应用就是一个重要的研究课题。
混联式混合动力方案拥有串联和并联两种构型的特点和优势，其中拥有多种工作模式的EVT(Electrical Variable Transmission)混联式混合动力结构通过电机对行星轮系的控制，能同时调节发动机的转速和转矩使其与车轮解耦，能显著改善燃油经济性。尽管以丰田普锐斯THS技术为代表的行星轮系架构工作效率高，但由于结构限制，只适用于小扭矩传动工况，显然不满足重型车辆的大扭矩需求，若简单地增加一副减速增扭齿轮，则非同轴的布置使得空间可调整性降低；若参考自动变速器多行星排结构，那么对前后排起到联动作用的带齿部件结构复杂，加工难度大。
因此，需要对现有的机电耦合装置进行改进，使混联式混合动力系统在保持原有优势的基础上，能够满足重型车辆的需求。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种适用于重型混合动力车辆的双行星排同轴多模机电耦合装置，该装置能够显著降低油耗，节约安装布置空间，且加工难度低，改造空间大。
本发明涉及一种双行星排同轴多模机电耦合装置，包括：第一行星排、第二行星排和输出轴，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮、第一行星轮轴和第一齿圈，第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮、第二行星轮轴和第二齿圈；
所述第一行星排、所述第二行星排和输出轴同轴布置；
所述第一太阳轮的转轴是空心的，且内套第一行星架的转动轴，所述第二太阳轮的转轴是空心的，且内套输出轴；
所述第一行星架的转动轴通过离合器C1连接发动机，第一太阳轮的转轴连接电机MG1的电机轴，第二太阳轮的转轴与电机MG2的电机轴相连，电机M1的电机轴连接制动器B1；
所述第一齿圈、第二行星架与输出轴同轴固定连接。
优选地，在第二齿圈与所述壳体之间安装制动器B2实现第二齿圈相对于机电耦合装置的壳体的可分离式固定，或者第二齿圈与所述壳体固定。
优选地，在输出轴与电机MG2的电机轴之间增加离合器C2，实现所述输出轴与所述电机MG2的电机轴的结合和分离。
优选地，第一行星排、第二行星排以及输出轴分别通过不同轴段的轴肩进行轴向的相对定位。
优选地，所述第一齿圈、第二行星架与输出轴不同轴段的连接均为花键配合，且通过相应轴肩进行初步轴向定位，且第一齿圈和第二行星架的近花键处钻有螺纹孔，通过内六角锥端紧定螺钉进行最终定位和固定。
优选地，第一行星架的转动轴内设置第一油道，所述第一行星轴内设置第二油道，所述第一行星架内径向设置第三油道，所述第二油道包括轴向段和径向段，所述第二油道与所述第三油道的衔接处直径相同且油道口相接触，形成第一衔接油道；
所述第二行星轴内设置第四油道，所述第四油道包括轴向段和径向段，所述第二行星架内径向设置第五油道，所述第四油道与所述第五油道的衔接处直径相同且油道口相接触，形成第二衔接油道。
优选地，所述第一行星架的转动轴末端设置凸台部，所述凸台部嵌入所述输出轴一侧末端的凹坑，第一行星架的转动轴内设置第一油道，所述第一油道与所述输出轴的轴向油道衔接处直径相同且两者的油道口不接触。
本发明还涉及一种多模机电耦合装置的控制方法，适用如前所述的装置，纯电驱动模式下，所述离合器C1分离，所述制动器B1闭合，整车由所述电机MG2独立驱动，所述第一行星排不参与传动，所述第二行星排起到减速增扭的作用，将所述电机MG2的转矩传递到输出轴驱动车辆。
大扭矩需求时，所述离合器C1闭合，所述制动器B1分离，所述发动机和所述电机MG2同时参与驱动，此时所述第一行星排为功率分流行星排，所述第二行星排为减速增扭行星排。
当整车电量较低时，离合器C1闭合，制动器B1分离，发动机作为主动力源驱动车辆，所述电机MG1可吸收所述发动机的功率，使所述第一行星排实现对所述发动机功率的分流作用。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明与动力部件相配合，在发动机独立驱动、混合驱动模式下实现发动机转矩与车轮的解耦，满足多种工况的需求。
2、本发明前后行星排同轴布置，使得动力部件的转矩中心一致，有利于传动的稳定性，节约了布置空间。
3、本发明能够有效拓展主驱动电机MG2的恒功率工作区间，能够充分兼顾重型车辆在常规工况下行驶及极端工况如爬坡加速等情况下的动力需求。
4、本发明的改造空间大，如在第二齿圈与壳体之间加装制动器B2，在输出轴与电机MG1之间增加离合器C2，则可实现两档变速功能，满足较原有设计更高的车速需求。
5、本发明中前后行星排具有联动需求的共齿部件，即第一齿圈和第二行星架通过花键配合连接于同一根输出轴上以实现转矩的传递，较传统的一体化共齿部件设计方案而言加工更简单，且更容易实现同轴精度。
附图说明
图1为本发明的结构简图；
图2为本发明的装配示意图；
图3为本发明第一局部示意图；
图4为本发明第二局部示意图；
图5为本发明第三局部示意图；
图6为本发明第二具体实施方式。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-第一太阳轮，2-骨架油封a，3-第一行星架，4-左箱盖轴承，5-第一行星轮轴承，6-左箱盖，7-第一行星轮轴，8-隔离套a，9-第一行星轮，10-内六角圆柱头螺钉a，11-平垫圈a，12-O型密封圈a，13-机电耦合装置壳体，14-第一齿圈，15-密封堵头，16-管接头(F型)，17-第二行星架，18-第二行星轮轴，19-第二齿圈，20-第二行星轮，21-第二行星轮轴承，22-右箱盖，23-骨架油封b，24-分体挡圈a，25-第二太阳轮，26-输出轴，27-骨架油封c，28-第二太阳轮轴承，29-右箱盖轴承，30-内六角锥端紧定螺钉a，31-隔离套b，32-内六角圆柱头螺钉b，33-平垫圈b，34分体挡圈b，35-骨架油封d，36-内六角锥端紧定螺钉b，37-骨架油封e，38-第一太阳轮轴承，39-骨架油封f，40-分体挡圈c。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1-2所示，本发明的双行星排同轴多模机电耦合装置，包括：第一行星排、第二行星排和输出轴26，所述第一行星排包括第一太阳轮1、第一行星架3、第一行星轮9、第一行星轮轴7和第一齿圈14，第二行星排包括第二太阳轮25、第二行星架17、第二行星轮20、第二行星轮轴18和第二齿圈19；
所述第一行星排3、所述第二行星排17和输出轴26同轴布置；
所述第一太阳轮1的转轴是空心的，且内套第一行星架的转动轴，第二太阳轮25的转轴是空心的，且内套输出轴26；
所述第一行星架的转动轴连接发动机，第一太阳轮1连接有电机MG1，第二太阳轮与电机MG2相连，与各个动力源相连接实现多模机电耦合；
所述第一齿圈、第二行星架与输出轴同轴固定连接。
双行星排同轴多模机电耦合装置，还包括机电耦合装置壳体13、左箱盖6、右箱盖22，所述左箱盖6、右箱盖22分别与机电耦合装置壳体13通过螺钉连接固定；具体地，所述左右箱盖分别与机电耦合装置壳体通过周向布置的内六角圆柱头螺钉和平垫圈进行螺纹连接固定；
可选地，第二齿圈与机电耦合装置壳体13固定。
所述第二行星排17的第二齿圈19通过螺纹连接与机电耦合装置壳体13轴向固定，并通过内六角圆柱头螺钉b32和平垫圈b33进行螺纹连接固定。
所述机电耦合装置壳体上下两侧分别开有进油口和回油口，并装有F型管接头16；
所述第一太阳轮轴承38的内、外圈分别通过第一行星架3轴肩和第一太阳轮1内肩进行轴向定位，两个第一行星轮轴承5关于第一行星轮9截面中心线对称布置，且两个第一行星轮轴承5的内、外圈分别通过隔离套a8和第一行星轮9内肩进行轴向定位，左箱盖轴承4的内、外圈分别与第一太阳轮1轴肩和左箱盖6内肩进行轴向定位；
所述第二太阳轮轴承28的内、外圈分别通过第二行星架17轴肩和第二太阳轮25内肩进行轴向定位，两个第二行星轮轴承21关于第二行星轮20截面中心线对称布置，且两个第二行星轮轴承21的内、外圈分别通过隔离套b31和第二行星轮20内肩进行轴向定位，右箱盖轴承29的内、外圈分别与第二太阳轮25轴肩和右箱盖22内肩进行轴向定位。
所述第一行星轮轴7与第一行星架3过盈配合，通过第一行星轮轴D型轴端进行轴向和周向定位，且第一行星轮轴的安装方向与其轴向受力方向相同；所述第二行星轮轴18与第二行星架17过盈配合，通过第二行星轮轴D型轴端进行轴向和周向定位，且第二行星轮轴的安装方向与其轴向受力方向相同。
如图3所示，第一行星排、第二行星排以及输出轴分别通过不同轴段的轴肩进行轴向的相对定位；优选地，所述第一齿圈14、第二行星架17与输出轴26不同轴段的连接均为花键配合，且通过相应轴肩进行初步轴向定位，且第一齿圈14和第二行星架17的近花键处钻有螺纹孔，通过内六角锥端紧定螺钉30、36进行最终定位和固定；
本发明中前后行星排有联动需求的共齿部件，即第一齿圈和第二行星架通过花键配合连接于同一根输出轴上以实现转矩的传递，较传统的一体化共齿部件设计方案而言加工更简单，且更容易实现同轴精度。
齿轮、轴承等部件采用循环压力油进行润滑，在机构内部开设有油道，直通待润滑处，待润滑处包括太阳轮轴承38、28、箱盖轴承4、29、行星轮轴承5、21以及行星排各齿轮啮合处。为保证第一、二行星排润滑的连贯性，所述第一行星架的转动轴末端设置凸台部B，所述凸台部嵌入所述输出轴一侧末端的凹坑C，第一行星架的转动轴内设置第一油道A，所述第一油道与输出轴的轴向油道衔接处直径相同且两者的油道口不接触，通过骨架油封来密封润滑油。如图5所示，所述第一行星轴内设置第二油道F，所述第一行星架内径向设置第三油道，所述第二油道包括轴向段和径向段，所述第二油道F与所述第三油道的衔接处直径相同且油道口相接触，形成第一衔接油道D。
所述第二行星轴内设置第四油道F，所述第四油道包括轴向段和径向段，所述第二行星架内径向设置第五油道，所述第四油道F与所述第五油道的衔接处直径相同且油道口相接触，形成第二衔接油道D。
此外为了避免某一油道油压过低导致其他油道无油的情况，在所述第一衔接油道和所述第二衔接油道上设有阻尼孔E。
所述双行星排同轴多模机电耦合装置内部旋转处采用骨架油封2、23、27、35、37、39进行密封，油道结构性开口采用密封堵头15进行密封，左箱盖6、右箱盖22与机电耦合装置壳体13之间的缝隙采用O型密封圈12进行密封。
所述骨架油封23、35、39外侧采用分体挡圈24、34、40进行轴向定位和限位，所述分体挡圈24、34、40嵌合于相应轴段环槽内，且外圈与孔内壁不接触，留有微小缝隙。
本发明与动力部件相配合，可实现纯电驱动、发动机独立驱动、混合驱动以及制动能量回收等多种运行模式，且在发动机独立驱动、混合驱动模式下实现发动机转矩与车轮的解耦，满足多种工况的需求。
1纯电驱动模式：离合器C1分离，制动器B1闭合，整车由电机MG2独立驱动。第一行星排不参与传动，第二行星排起到减速增扭的作用。由行星轮系特点可知，作用在第二太阳轮25上的电机MG2输出转矩，被放大(1+k)倍后施加于第二行星架17，并最终作用在输出轴上，其中k为行星轮系特征参数。将电机MG2的转矩传递到输出轴驱动车辆。
2发动机独立驱动模式：当整车电量较低时，离合器C1闭合，制动器B1分离，发动机作为主动力源驱动车辆。电机MG1可吸收发动机的功率，使第一行星排实现对发动机功率的分流作用。由行星排特点可知，发动机转速由车轮、电机MG1转速共同决定，实现了发动机转速与车轮的解耦，因此电机MG1的无级调速可将发动机转速调节至高效区间。电机MG2不参与驱动，但在制动时可通过反拖来回收制动能量。
3混合驱动模式：在大扭矩需求时，离合器C1闭合，制动器B1分离，发动机和电机MG2同时参与驱动，此时第一行星排为功率分流行星排，第二行星排为减速增扭行星排。由于总需求转矩由电机MG2和发动机共同提供，实现发动机转矩与车轮的解耦，若合理调节电机MG2的输出转矩，以及电机MG1的转速，可使发动机运行于最佳工作区域，提高燃油经济性，降低排放。
本发明的另一个实施例中，如图6所示，在第二齿圈与壳体之间加装制动器B2，在输出轴与电机MG1之间增加离合器C2，实现两档变速功能，满足较原有设计更高的车速需求。
制动器B2接合，离合器C2分离，为低速档；制动器B2分离，离合器C2接合，此时第二行星排各部件转速相同，电机MG2的输出转矩直接作用在输出轴，为高速档。
应理解，本发明实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种双行星排同轴多模机电耦合装置，包括：第一行星排、第二行星排和输出轴，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星架、第一行星轮、第一行星轮轴和第一齿圈，第二行星排包括第二太阳轮、第二行星架、第二行星轮、第二行星轮轴和第二齿圈；
其特征在于：所述第一行星排、所述第二行星排和输出轴同轴布置；
所述第一太阳轮的转轴是空心的，且内套第一行星架的转动轴，所述第二太阳轮的转轴是空心的，且内套输出轴；
所述第一行星架的转动轴通过离合器C1连接发动机，第一太阳轮的转轴连接电机MG1的电机轴，第二太阳轮的转轴与电机MG2的电机轴相连，电机M1的电机轴连接制动器B1；
所述第一齿圈、第二行星架与输出轴同轴固定连接。
2.如权利要求1所述的机电耦合装置，其特征在于：还包括机电耦合装置的壳体，在第二齿圈与所述壳体之间安装制动器B2实现第二齿圈相对于机电耦合装置的壳体的可分离式固定，或者第二齿圈与所述壳体固定。
3.如权利要求1所述的机电耦合装置，其特征在于：在输出轴与电机MG2的电机轴之间增加离合器C2，实现所述输出轴与所述电机MG2的电机轴的结合和分离。
4.如权利要求1至3任一项所述的机电耦合装置，其特征在于：第一行星排、第二行星排以及输出轴分别通过不同轴段的轴肩进行轴向的相对定位。
5.如权利要求1至3任一项所述的机电耦合装置，其特征在于：所述第一齿圈、第二行星架与输出轴不同轴段的连接均为花键配合，且通过相应轴肩进行初步轴向定位，且第一齿圈和第二行星架的近花键处钻有螺纹孔，通过内六角锥端紧定螺钉进行最终定位和固定。
6.如权利要求1至3任一项所述的机电耦合装置，其特征在于：第一行星架的转动轴内设置第一油道，所述第一行星轴内设置第二油道，所述第一行星架内径向设置第三油道，所述第二油道包括轴向段和径向段，所述第二油道与所述第三油道的衔接处直径相同且油道口相接触，形成第一衔接油道；
所述第二行星轴内设置第四油道，所述第四油道包括轴向段和径向段，所述第二行星架内径向设置第五油道，所述第四油道与所述第五油道的衔接处直径相同且油道口相接触，形成第二衔接油道。
7.如权利要求1至3任一项所述的机电耦合装置，其特征在于：所述第一行星架的转动轴末端设置凸台部，所述凸台部嵌入所述输出轴一侧末端的凹坑，第一行星架的转动轴内设置第一油道，所述第一油道与所述输出轴的轴向油道衔接处直径相同且两者的油道口不接触。
8.一种多模机电耦合装置的控制方法，适用如权利要求1至7任一项的所述的装置，其特征在于：纯电驱动模式下，所述离合器C1分离，所述制动器B1闭合，整车由所述电机MG2独立驱动，所述第一行星排不参与传动，所述第二行星排起到减速增扭的作用，将所述电机MG2的转矩传递到输出轴驱动车辆。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于在大扭矩需求时，所述离合器C1闭合，所述制动器B1分离，所述发动机和所述电机MG2同时参与驱动，此时所述第一行星排为功率分流行星排，所述第二行星排为减速增扭行星排。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于当整车电量较低时，离合器C1闭合，制动器B1分离，发动机作为主动力源驱动车辆，所述电机MG1可吸收所述发动机的功率，使所述第一行星排实现对所述发动机功率的分流作用。
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