一种汽车油电全混合动力系统技术方案

本发明专利技术公开一种汽车油电全混合动力系统，包括发动机、与发动机连接的行星齿轮机构、电机、与行星齿轮机构连接的变速箱，变速箱的输出端与车轮的驱动轴配合连接，其特征是：所述行星齿轮机构至少具有三个齿轮轴，即齿圈轴、太阳轮轴和行星架轴；电机的转子与太阳轮轴连接，太阳轮轴通过离合器与齿圈轴配合连接，发动机的输出端与齿圈轴配合连接，变速箱与行星架轴的输出端配合连接，车轮的驱动轴与变速箱的输出端配合连接；一制动器设在发动机的轴上。本发明专利技术较好地消除了启动发动机时的冲击扭矩，可以使车辆在纯电驱动行驶中平稳启动发动机；离合器耦合时，发动机轴产生的负扭矩可由太阳轮轴和电机的惯性矩削弱或抵消。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于汽车合动力系统，具体涉及一种汽车油电全混合动力系统。
技术介绍
在已有技术中，美国专利65690M公开了一种并联式油电混合动力系统，该系统 的机电耦合机构主要由一个发动机、一个电机、一套行星齿轮机构、一个电磁离合器和一个 变速箱构成。其中行星齿轮机构的太阳轮轴和齿圈轴作为力矩输入轴，其行星架轴作为力 矩输出轴，太阳轮轴和齿圈轴分别与发动机和电机的轴相联，力矩输出轴通过变速箱与车 轮的驱动轴相联。该行星齿轮机构的作用是用于合成发动机和电机输出的驱动扭矩来共同 驱动车辆。所述电磁离合器接在太阳轮轴和行星架轴之间，用于机械锁定行星齿轮机构的 三个轴，它耦合时，行星齿轮机构的三个轴以一个输出速度驱动车辆；它分离时，行星齿轮 机构的三个轴分别以各自的速度转动。该系统的两个动力源即发动机和电机是并联的，它 们的输出扭矩均可以通过机械传动而直接作用在车轮的驱动轴上，因此，动力传递效率高， 而且只用了一个电机，结构简单。但该系统存在着一个较大的缺点就是在车辆行驶中不能 关闭发动机，这是因为当发动机不输出驱动扭矩、只由电机单独输出驱动扭矩时，该驱动扭 矩通过行星齿轮机构后会传递给发动机轴一个逆向扭矩，会导致发动机倒转，这是不允许 的，因此，它不具备纯电驱动功能。然而，对于一个油电全混合动力系统而言，具备纯电驱动 和在纯电驱动下启动发动机是非常重要的。有了该功能，车辆就可以在关闭发动机的情况 下纯电驱动爬行或低速行驶，进而减少油耗；当车辆需要急加速或快速运行时，通过耦合机 构直接启动发动机，进行油电共同驱动。纯电驱动是一个非常节省燃料的工作状态，它在车 辆行驶在城市道路上时显得尤为重要。因此，具备该功能成为区分车辆为“油电全混合动力 汽车”的主要标志之一。中国专利200810184141. 8公开的是一种汽车油电混合动力系统的机电动力耦合 机构。它至少由一个发动机、一个电机、一个电机控制器、一个行星齿轮机构组成，并在发动 机轴与机壳之间安装一个单向离合器，在太阳轮和齿圈之间设置了离合器。所述的行星齿 轮机构的齿圈轴和太阳轮轴作为力矩输入轴分别与发动机轴和电机轴相联，其行星架轴作 为力矩输出轴与变速箱的输入轴相联。该系统实现了纯电驱动和行驶中启动发动机，同时 消除车辆驱动轴上的负冲击扭矩，保持车辆行驶平稳。但该机构存在一个问题在纯电动工 况下，能量再生制动效果不好。在施加能量再生制动时，电机输出负扭矩，作用在太阳轮上， 该扭矩通过行星轮作用在齿圈上，产生正扭矩，使发动机有正向转动的趋势；而单向离合器 不能限制发动机正转，进而导致能量消耗严重，降低了燃油经济性；同时，也造成电制动力 不可控，无法取得良好的制动效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对已有技术中的缺点，提供一种汽车油电全混合动力系统，它 能在保证使用一个电机的前提下，具备纯电驱动和在纯电驱动下启动发动机的功能，较好地消除离合器接合时的冲击扭矩，可以使车辆在纯电驱动行驶中平稳启动发动机，并且能 够有效实施能量再生制动，保证制动可靠，提高燃油经济性。本专利技术所述的一种汽车油电全混合动力系统，包括发动机、与发动机连接的行星 齿轮机构、电机、与行星齿轮机构连接的变速箱，变速箱的输出端与车轮的驱动轴配合连 接，其特征是所述行星齿轮机构至少具有三个齿轮轴，即齿圈轴、太阳轮轴和行星架轴； 电机的转子与太阳轮轴连接，太阳轮轴通过离合器与齿圈轴配合连接，发动机的输出端与 齿圈轴配合连接，变速箱与 行星架轴的输出端配合连接，车轮的驱动轴与变速箱的输出端 配合连接；一制动器设在发动机的轴上。所述的一种汽车油电全混合动力系统，在发动机的轴上还设有一单向器。所述的一种汽车油电全混合动力系统，其所述太阳轮轴上的惯性矩Js与太阳轮的 齿数Zs的比值等于齿圈轴上的惯性矩Jk与齿圈轴的齿数Zk的比值，即满足方程Js/Zs = JK/ZK。本专利技术通过在发动机轴上增加一个制动器或在制动器的基础上再并联一个单向 离合器的方式，以防止发动机轴在纯电驱动时反转，使其具备了纯电驱动和行驶中启动发 动机的功能，消除了冲击扭矩；还能阻止发动机正转，保证能量再生制动系统正常工作，有 效实施能量再生制动、保持高的能量再生率。在消除冲击扭矩方面本专利技术较好地消除了启动发动机时的冲击扭矩，可以使车辆在纯电驱动行驶中平 稳启动发动机。离合器耦合时，发动机轴产生的负扭矩可由太阳轮轴和电机的惯性矩削弱 或抵消。启动前，太阳齿轴S的转速高于行星架轴C的转速，因此，当离合器耦合时，太阳轮 轴S上的惯性矩作用在行星架轴C为正扭矩，该正扭矩与发动机轴R上的惯性矩所产生的 负扭矩同时存在，同时作用在行星架轴C上。根据离合器耦合前、后的行星齿轮机构的三个 轴动量矩守恒的原理推导得出本机构满足太阳轮轴S上的惯性矩Js与太阳齿轮S’的齿 数Zs之比，等于齿圈轴R上的惯性矩Jk与齿圈齿轮R’的齿数Zk之比，即Js/Zs = JK/ZK 成立则离合器耦合时，由发动机惯性矩在行星架轴C上产生的负扭矩可以完全抵消。 也就是说，当本机构满足Js/Zs = JK/ZK，在纯电驱动行驶中系统可以直接耦合离合器使发 动机平稳启动，不会因启动发动机导致车辆震动。在制动方面纯电动驱动情况下的制动，离合器保持分离，制动器保持制动状态，发动机不工 作；电机输出负扭矩τ<0，作用在太阳轮轴上；由于车辆的惯性力作用于行星架轴上，导致 齿圈轴具有正向转动的趋势，但制动器施加约束反力矩，阻止齿圈轴和发动机正转；电机输 出的制动扭矩与约束反力矩通过行星齿轮合成、叠加，通过行星架轴C输出制动扭矩使车 辆减速。发动机工作情况下的制动，制动前，制动器7释放，发动机工作.开始制动后，离合 器6分离，制动器7由释放状态转换成制动状态，使发动机停止转动；虽然车辆的惯性力作 用于行星架轴上，使齿圈轴具有正向转动的趋势，但制动器可通过施加约束反力矩阻止齿 圈轴和发动机正转；此时电机输出负扭矩，作用在太阳轮轴上；电机输出的制动扭矩与约束反力矩通过行星齿轮机构合成、叠加，通过行星架轴输出总制动扭矩，使车辆减速。本专利技术能够有效实施能量再生制动、保持高的能量再生率。附图说明图1是本专利技术方案一的结构示意图。图2是行星齿轮机构的三齿轮轴的速度图。图3是行星齿轮机构的三齿轮轴的力矩图。图4是电机单独驱动车辆时行星齿轮机构三齿轮轴的速度图。图5是电驱动工况下启动发动机时行星齿轮机构的三齿轮轴的速度图。图6是离合器耦合前后的角速度示意图。图7是本专利技术方案二的结构示意图。具体实施例方式实施方案一参见图1所示的一种汽车油电全混合动力系统，包括发动机1、与发动机连接的行 星齿轮机构3、电机2、与行星齿轮机构连接的变速箱4，变速箱的输出端与车轮的驱动轴配 合连接，其特征是所述行星齿轮机构3至少具有三个齿轮轴，即齿圈轴R、太阳轮轴S和行 星架轴C ；电机2的转子与太阳轮轴S连接，太阳轮轴S通过离合器6与齿圈轴R配合连接， 发动机1的输出端与齿圈轴R配合连接，变速箱4与行星架轴C的输出端配合连接，车轮的 驱动轴与变速箱4的输出端配合连接；一制动器7设在发动机1的轴上。在所述的太阳轮轴S和齿圈轴R之间设有一个离合器6，用于将行星齿轮机构3的 三个齿轮轴锁在一起。所述的行星齿轮机构是一个现有的机械本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种汽车油电全混合动力系统，包括发动机（１）、与发动机连接的行星齿轮机构（３）、电机（２）、与行星齿轮机构连接的变速箱（４），变速箱的输出端与车轮的驱动轴配合连接，其特征是：所述行星齿轮机构（３）至少具有三个齿轮轴，即齿圈轴（Ｒ）、太阳轮轴（Ｓ）和行星架轴（Ｃ）；电机（２）的转子与太阳轮轴（Ｓ）连接，太阳轮轴（Ｓ）通过离合器（６）与齿圈轴（Ｒ）配合连接，发动机（１）的输出端与齿圈轴（Ｒ）配合连接，变速箱（４）与行星架轴（Ｃ）的输出端配合连接，车轮的驱动轴与变速箱（４）的输出端配合连接；一制动器（７）设在发动机（１）的轴上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：段志辉，任勇，周安健，朱华荣，黄东，张恒睿，高建科，
申请(专利权)人：重庆长安汽车股份有限公司，重庆长安新能源汽车有限公司，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]