用于汽车机电混合驱动系统的周转轮系机电合力驱动机构技术方案

本发明专利技术是一种用于汽车机电混合驱动系统的周转轮系机电合力驱动机构。它具有一个发动机、一个启动电机、一个驱动电机和一个周转轮系，所述的周转轮系至少由第一太阳轮Ｓ、第二太阳轮Ｒ和行星轮Ｐ及行星架ＣＲ组成，第一太阳轮的转轴与发动机轴相联，同时启动电机转轴也与发动机轴相联，第二太阳轮的转轴与驱动电机的转轴相联，行星架的转轴通过齿轮传动与车轮的驱动轴相联。由于发动机、启动电机和驱动电机三个动力源与周转轮系输入、输出力矩关系的改变，使发动机和驱动电机输出的力矩全部用于驱动车辆，克服了已有技术中发动机输出力矩被一分为二的缺点，因此，它可以在不增加发动机和驱动电机功率的情况下提高系统的驱动性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种汽车机电混合驱动系统，具体地说，它是一种用于汽车机电混合驱动系统的周转轮系机电合力驱动机构，适用于大、小客车、越野车和轻型卡车。
技术介绍
现有普通汽车的驱动是靠发动机将燃油的化学能量转变成机械能量，再通过传动机构传递到车轮轴上，从而转动车轮来驱动车辆的。车辆在行驶过程中对功率的需求是很不均匀的，例如加速和爬坡时，对功率需求大，而在平地匀速行驶时，则对功率的需求小，一般来说，大功率需求持续的时间短，小功率持续的时间长。为了满足车辆在加速和爬坡时对大功率的需求，普通汽车必须配置大功率发动机。然而发动机的功率越大，消耗的能量就越多，既使在汽车匀速行驶而需要小功率时，它消耗的能量仍较多，这就造成了能量浪费；再者，在车辆减速时，车辆的动能还转换成热能而释放掉，也造成了较大的能量耗损，因此，费油是普通汽车的缺点。为了解决上述普通汽车的费油问题，人们开始研制机电混合驱动系统，其设计思路是在汽车匀速行驶而需要小功率时，用与其功率相匹配的小功率发动机驱动车辆，而在汽车加速或者爬坡需要大功率时，用蓄电池的电能驱动电机，产生辅助力矩，协助发动机驱动车辆；而在车辆减速时，又用电机提供减速力矩，同时，利用车轮给电机的动能发电而存入蓄电池，从而降低车辆的能量损耗，提高其能量利用率，最终达到节省燃油的目的。例如；美国专利5,643,119提供了一种汽车机电混合驱动系统(参见该专利的附图1)，它的机电混合驱动机构包括一个发动机、一个启动电机、一个驱动电机和一个周转轮系，所述的周转轮系由第一太阳轮S(以下简称中心轮)、第二太阳轮R(以下简称外环轮)、行星轮P和行星架CR组成，其中行星轮与中心轮和外环轮啮合，并且中心轮和外环轮及行星架的转轴在同一轴线上，其中行星架CR的转轴作为该周转轮系的一个力矩输入轴与发动机轴相联，中心轮S的转轴作为该周转轮系的另一个力矩输入轴与启动电机的转轴相联，外环轮R的转轴作为该周转轮系的力矩输出轴通过齿轮传动与车轮的驱动轴36相联，所述的驱动电机通过齿轮转动与车轮的驱动轴36相联。该专利中周转轮系三个转轴的力矩有如下关系TCR=TS+TRTSZS=TRZR]]>nS·ZS+nR·ZR＝nCR·(ZS+ZR)……(2)式中TS表示启动电机输入到中心轮轴上的力矩，nS表示中心轮轴的转速，TR表示外环轮输出的力矩，nR表示外环轮轴的转速，TCR表示发动机输入到行星架CR的力矩，nCR表示星行架轴的转速，其中ZS、ZR分别是中心轮和外环轮的齿数。车辆启动时，启动电机工作(电动状态)，输出力矩传递到中心轮S上，并在外环轮R的配合下转动行星架CR而启动发动机，当发动机启动后，发动机输出力矩驱动行星架转动，并通过行星轮传递到中心轮S和外环轮R上，其力矩被一分为二，该力矩的分配比例由中心轮和外环轮的齿数确定，一般将大约80％的力矩TR分配给外环轮轴，而剩余的20％力矩TS分配给中心轮轴，分配给外环轮轴的力矩通过齿轮传动机构传递到车轮的驱动轴36上驱动车辆前进；而分配给中心轮轴的力矩驱动启动电机的转子转动，使启动电机发电；在发动机启动的同时，驱动电机工作(电动状态)，它输出的力矩通过齿轮传动机构也传递到车轮的驱动轴36上，从而实现发动机与驱动电机合力驱动车辆。匀速行驶时，驱动电机可受控空载运行或关闭，由发动机输出的力矩单独驱动车辆；车辆刹车减速时，先关闭发动机，再控制驱动电机输出反向力矩传递到驱动轴上，使车辆减速，同时驱动电机又将所吸收的车辆动能转换成电能(发电状态)，并通过逆变器(交变直)存入蓄电池，回收能量。与上述美国专利结构和工作原理相似的还有美国专利5,904,631。已有美国专利存在的问题是一、发动机输出的力矩被一分为二，只有约百分之八十的力矩用来驱动车辆，该驱动力矩的分裂使得发动机传递到驱动轴上推力减小，加速能力下降。若要保证车辆的加速性能，必须相应加大发动机的功率，或者加大驱动电机的功率，结果是增加了系统的成本、体积和重量。二、通过公式(1)可以看出，当启动电机输入到中心轮上的力矩TS为零时，外环轮输出的力矩TR(驱动力矩)也为零，因此，该周转轮系在工作时，为使发动机输出的力矩TCR传递到外环轮上去驱动车辆，启动电机一定要向周轮系输入一个力矩给中心轮，从而保证上述力矩的传递，因此，启动电机的功率要按照所需输入周轮系的力矩来确定，而不能按照发动机所需的启动功率来确定，往往该输入力矩所需的功率比发动机所需的启动功率大得多，结果是又增大了启动电机的功率，再一次增加了系统的成本、体积和重量。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服已有技术中的缺点，提供一种改进的用于汽车机电混合驱动系统的周转轮系机电合力驱动机构，使它能在成本、积体和重量均不增加的条件下达到更好驱动性能，或者在保持原驱动性能不变的条件下，降低系统的制造成本、体积和重量。为实现上述目的，本专利技术的解决方案如下它具有一个发动机、一个启动电机、一个驱动电机和一个周转轮系，所述的周转轮系至少由第一太阳轮、第二太阳轮和行星轮及行星架组成，所述的行星轮与第一太阳轮和第二太阳轮啮合，并且所述第一太阳轮和第二太阳轮及行星架的转轴在同一轴线上，其改进点是所述第一太阳轮的转轴作为周转轮系的一个力矩输入轴与发动机轴相联，同时启动电机的转轴也与发动机轴相联，所述第二太阳轮的转轴作为周转轮系的第二力矩输入轴与驱动电机的转轴相联，或者所述周转轮系的第一力矩输入轴与驱动电机的转轴相联，其第二力矩输入轴与发动机轴相联，同时启动电机(3)的转轴也与发动机轴(2)相联，所述行星架的转轴作为周转轮系的力矩输出轴通过齿轮传动与车轮的驱动轴相联。本专利技术进一步的改进方案是在上述的发动机轴上设有一个单向离合器或自动制动器，用于制止发动机倒转。在上述的周转轮系中设有一个离合器，用于将第一太阳轮、第二太阳轮及行星架锁在一起，使它们以同一速度转动。在上述的周转轮系机电合力驱动机构中设有一个机械换向器，用于改变所述车轮驱动轴的转动方向。本专利技术与已有技术相比具有以下特点一、通过上述解决方案可以看出，虽然本专利技术周转轮系的结构与已有技术相同，且三个转轴的力矩关系仍符合公式(1)，但由于输入、输出力矩关系的改变，发动机输入到中心轮轴上的力矩TS与驱动电机输入到外环轮轴上的力矩TR之和等于行星架轴输出的驱动力矩TCR，因此，发动机输出的力矩完全用于驱动车辆，克服了已有技术中发动机输出的力矩被一分为二的缺点，所以，本机构可以在不增加发动机和驱动电机功率的情况下提高系统的驱动性能，或者在保持原有驱动性能不变的条件下，可以减小发动机和驱动电机的原有功率，从而降低系统的制造成本、体积和重量。二、通过上述改进后，周转轮系的力矩输出轴到车轮驱动轴之间的齿轮传动机构也被简化，从而可进一步降低系统成本、体积和重量。三、本专利技术进一步的改进方案可以使本系统的驱动性能更为理想和简化系统控制，其中第一个改进方案可以通过单向离合器和自动制动器向周转轮系的第一或第二力矩输入轴输入一个固定的力矩，从而简化系统控制。第二个改进方案可以实现在车辆匀速行驶时用发动机直接驱动车辆，从而提高了系统的传动效率。第三个改进方案可以用机械换向器来实现倒车，使系统控制简化。附图说明图1、本专利技术的结构原理图之一。图2、周转轮系的结构示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于汽车机电混合驱动系统的周转轮系机电合力驱动机构，它具有一个发动机（１）、一个启动电机（３）、一个驱动电机（５）和一个周转轮系（４），所述的周转轮系至少由第一太阳轮（Ｓ）、第二太阳轮（Ｒ）和行星轮（Ｐ）及行星架（ＣＲ）组成，所述的行星轮与第一太阳轮和第二太阳轮啮合，并且所述第一太阳轮和第二太阳轮及行星架的转轴在同一轴线上，其特征是：所述第一太阳轮（Ｓ）的转轴作为周转轮系（４）的第一力矩输入轴与发动机轴（２）相联，同时启动电机（３）的转轴也与发动机轴（２）相联，所述第二太阳轮（Ｒ）的转轴作为周转轮系（４）的第二力矩输入轴与驱动电机（５）的转轴相联，或者所述周转轮系（４）的第一力矩输入轴与驱动电机（５）的转轴相联，其第二力矩输入轴与发动机轴（２）相联，同时启动电机（３）的转轴也与发动机轴（２）相联，所述行星架（ＣＲ）的转轴作为周转轮系（４）的力矩输出轴通过齿轮传动与车轮的驱动轴（６）相联。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：段志辉，章玲玲，
申请(专利权)人：段志辉，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]