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CN113276658A - 一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统 - Google Patents

一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统 Download PDF

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CN113276658A CN202110760347.6A CN202110760347A CN113276658A CN 113276658 A CN113276658 A CN 113276658A CN 202110760347 A CN202110760347 A CN 202110760347A CN 113276658 A CN113276658 A CN 113276658A
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Abstract

本发明涉及车辆控制技术领域，具体是一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，包括第一电动机、第二电动机和发动机，所述第一电动机与所述发动机通过功率分流装置连接，所述功率分流装置的齿圈输出轴通过换挡装置分别与所述第二电动机或输出轴连接；所述第二电动机与平行轴减速装置连接，经两级减速增扭后通过所述输出轴输出；所述第一电动机、所述第二电动机、所述发动机和所述换挡装置分别受所述控制装置连接与控制。本系统提升了该驱动装置低速工况的输出扭矩和车辆动力性，消除了换挡过程的动力中断，降低了纯电动工况传动系空转损耗，提升了传动效率，降低了后桥速比需求，可匹配更高效、轻量化的小速比后桥。

Description

一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，尤其涉及一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统。
背景技术
双电机行星排功率分流技术通过功率分流行星排将发动机与发电机动力进行耦合，可实现输出转速连续调节，即无级变速。与驱动电机配合，车辆低速运行时，可以纯电驱动，减少发动机低速运行的尾气排放，避免发动机在低效率点工作。中等车速时利用发电机优化发动机工作转速区间，利用发电机和驱动电机对发动机输出扭矩进行补偿或部分回收，充分利用发动机高效工作区间。因此双电机行星排功率分流技术应用愈加广泛。
然而传统的双电机行星排功率分流方案应用于大型乘用车或商用车时，由于发电机的分流作用，功率分流行星排输出的扭矩始终小于发动机输出扭矩，为满足整车重载低速爬坡等工况的扭矩需求，只能选择更大的驱动电机或为驱动电机配置两挡减速装置，但上述方案需要匹配更大容量的的驱动电机控制器、动力传输电缆或额外增加齿轮副、滚针轴承等，会显著增加驱动装置成本，不利于市场化。
因此，急需一种技术来解决该问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的问题，提供了一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，通过在功率分流装置输出轴上布置一套换挡机构，在不额外增加齿轮副的条件下，可实现发动机动力输出两个固定速比挡位，配合驱动电机，可实现无动力中断换挡。低速挡时可大幅提高车辆低速爬坡工况的动力性，满足商用车使用要求。
上述目的是通过以下技术方案来实现：
一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，包括第一电动机、第二电动机和发动机，所述第一电动机与所述发动机通过功率分流装置连接，所述功率分流装置的齿圈输出轴通过换挡装置分别与所述第二电动机或输出轴连接；所述第二电动机与平行轴减速装置连接，经两级减速增扭后通过所述输出轴输出；所述第一电动机、所述第二电动机、所述发动机和所述换挡装置分别受所述控制装置连接与控制。
进一步地，所述功率分流装置包括太阳轮、行星架组件、输入转速信号齿和所述齿圈输出轴，所述第一电动机与所述太阳轮固连；所述输入转速信号齿集成于所述齿圈输出轴。
进一步地，还包括扭转减震器，所述发动机与所述扭转减震器的输入端固连，所述扭转减震器的输出端与所述行星架组件固连。
进一步地，所述平行轴减速装置包括一级主动齿轮、中间轴和所述输出轴，所述中间轴上集成有一级从动齿轮和二级主动齿轮，所述输出轴上集成有二级从动齿轮和输出转速信号齿；所述第二电动机与所述一级主动齿轮固连，所述一级主动齿轮与所述换挡装置连接；所述一级主动齿轮可与所述一级从动齿轮啮合传动，所述二级主动齿轮可与所述二级从动齿轮啮合传动。
进一步地，所述换挡装置包括齿毂、齿套、拨叉、一挡结合齿和二挡结合齿；所述齿毂与所述齿圈输出轴固连，所述一挡结合齿与所述一级主动齿轮固连，所述二挡结合齿与所述输出轴固连；所述齿套通过滑动花键与所述齿毂啮合传递扭矩，并可在所述拨叉的推动下做轴向滑动；
进一步地，所述齿套包括左位、中位和右位三个工位；
左位时，所述齿套同时与所述齿毂和所述一挡结合齿啮合；
中位时，所述齿套仅与所述齿毂啮合；
右位时，所述齿套同时与所述齿毂和所述二挡结合齿啮合。
进一步地，所述控制装置包括混合动力控制器、换挡控制器、换挡执行机构、输入转速传感器和输出转速传感器，所述混合动力控制器通过所述输入转速传感器接收输入转速信号，并通过所述输出转速传感器接收输出转速信号，所述换挡控制器可接收所述混合动力控制器发出的指令，并根据指令控制所述换挡执行机构驱动所述换挡装置做相应工作以调节驱动模式。
进一步地，所述换挡控制器可集成于所述混动控制器内，所述混动控制器与所述换挡控制器可进行双向通信。
进一步地，所述换挡控制器与所述换挡执行机构可进行双向通信；所述输入转速传感器向混动控制器进行单向通信；所述输出转速传感器向所述混动控制器进行单向通信。
进一步地，所述驱动模式包括纯电动驱动模式、发动机单独驱动模式和混合动力驱动模式。
有益效果
本发明所提供的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，通过控制装置协调控制发动机、第一电动机、第二电动机以及换挡装置，使该驱动装置具有纯电动驱动模式、混合动力驱动模式和发动机单独驱动模式，可实现发动机动力输出两个固定速比挡位及空挡功能。本系统提升了该驱动装置低速工况的输出扭矩和车辆动力性，消除了换挡过程的动力中断，降低了纯电动工况传动系空转损耗，提升了传动效率，降低了后桥速比需求，可匹配更高效、轻量化的小速比后桥。
附图说明
图1为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的结构示意图；
图2为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的控制装置结构示意图；
图3为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的功率分流装置结构示意图；
图4为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的换挡装置结构示意图；
图5为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的平行轴减速装置结构示意图；
图6为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的纯电动驱动模式动力传递路径示意图；
图7为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的发动机单独驱动模式1挡动力传递路径示意图；
图8为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的发动机单独驱动模式2挡动力传递路径示意图；
图9为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的混合动力驱动模式1挡动力传递路径示意图；
图10为本发明所述一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统的混合动力驱动模式2挡动力传递路径示意图。
图示标记：
1-控制装置、101-混动控制器、102-换挡控制器、103-换挡执行机构、104-输入转速传感器、105-输出转速传感器、2-扭转减振器、3-发动机、4-第一电动机(EM1)、5-功率分流装置、501-行星架组件、502-太阳轮、503-齿圈输出轴、504-输入转速信号齿、6-第二电动机(EM2)、7-平行轴减速装置、701-一级主动齿轮、702-一级从动齿轮、703-中间轴、704-二级主动齿轮、705-二级从动齿轮、706-输出转速信号齿、707-输出轴、8-换挡装置、801-拔叉、802-一挡结合齿、803-齿毂、804-齿套、805-二挡结合齿。
具体实施方式
下面根据附图和实施例对本发明作进一步详细说明。所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。在本申请实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“固连”、“连接”、“耦合”、“集成”应作广义理解，例如，“固连”可以是焊接连接，也可以是通过花键等中间媒介相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。在本申请实施例或者暗示所指的装置或者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申请实施例的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，包括第一电动机4(图中为EM1)、第二电动机6(图中为EM2)和发动机3，所述第一电动机4与所述发动机3通过功率分流装置5连接，所述功率分流装置5的齿圈输出轴503通过换挡装置8分别与所述第二电动机6或输出轴707连接；所述第二电动机6与平行轴减速装置7连接，经两级减速增扭后通过所述输出轴707输出；所述第一电动机4、所述第二电动机6、所述发动机3和所述换挡装置8分别受所述控制装置1连接与控制。
如图3所示，作为本实施例中所述功率分流装置5的优化，所述功率分流装置5包括太阳轮502、行星架组件501、输入转速信号齿504和所述齿圈输出轴503，所述第一电动机4与所述太阳轮502固定；所述输入转速信号齿504集成于所述齿圈输出轴503。
还包括扭转减震器2，所述发动机3与所述扭转减震器2的输入端固连，所述扭转减震器2的输出端与所述行星架组件501固连。
如图5所示，作为本实施例中所述平行轴减速装置7的优化，所述平行轴减速装置7包括一级主动齿轮701、中间轴703和所述输出轴707，所述中间轴703上集成有一级从动齿轮702和二级主动齿轮704，所述输出轴707上集成有二级从动齿轮705和输出转速信号齿706；所述第二电动机6与所述一级主动齿轮701固连，所述一级主动齿轮701与所述换挡装置8连接；所述一级主动齿轮701可与所述一级从动齿轮702啮合传动，所述二级主动齿轮704可与所述二级从动齿轮705啮合传动。
如图4所示，作为本实施例中所述换挡装置8的优化，所述换挡装置8包括齿毂803、齿套804、拨叉801、一挡结合齿802和二挡结合齿805；所述齿毂803与所述齿圈输出轴503固连，所述一挡结合齿802与所述一级主动齿轮701固连，所述二挡结合齿805与所述输出轴707固连；所述齿套804通过滑动花键与所述齿毂803啮合传递扭矩，并可在所述拨叉801的推动下做轴向滑动；
具体的，所述齿套804包括左位、中位和右位三个工位；
处于左位时，所述齿套804可同时与所述齿毂803和所述一挡结合齿802啮合；
处于中位时，所述齿套804仅可与所述齿毂803啮合；
处于右位时，所述齿套804可同时与所述齿毂803和所述二挡结合齿805啮合。
如图2所示，作为本实施例中所述控制装置1的优化，所述控制装置1包括混合动力控制器101、换挡控制器102、换挡执行机构103、输入转速传感器104和输出转速传感器105，所述混合动力控制器101通过所述输入转速传感器104接收输入转速信号，并通过所述输出转速传感器105接收输出转速信号，所述换挡控制器102可接收所述混合动力控制器101发出的指令，并根据指令控制所述换挡执行机构103驱动所述换挡装置8做相应工作以调节驱动模式。
作为本实施例的优化，所述换挡控制器102可集成于所述混动控制器101内，所述混动控制器101与所述换挡控制器102可进行双向通信；所述换挡控制器102与所述换挡执行机构103可进行双向通信；所述输入转速传感器104向混动控制器101进行单向通信；所述输出转速传感器105向所述混动控制器101进行单向通信。
工作原理：当混动控制器101检测到车辆运行状态触发换挡点时，混动控制器101控制第一电动机4降低功率分流装置5中齿圈输出轴503扭矩，向换挡控制器102发送摘挡指令，换挡控制器102接收到摘挡指令后控制换挡执行机构103驱动换挡装置8的拔叉801做轴向移动，将齿套804推至中位，实现摘挡，并向混动控制器101发送摘挡成功信号；
混动控制器101接收到摘挡成功信号后控制第一电动机4快速调速，直至功率分流装置5中齿圈输出轴503与目标结合齿转速差小于临界值，混动控制器101控制第一电动机4降低功率分流装置5中齿圈输出轴503的扭矩，并向换挡控制器102发出挂挡指令；
换挡控制器102接收到挂挡指令后控制换挡执行机构103驱动换挡装置8的拔叉801做轴向移动实现挂挡并向混动控制器101发送挂挡成功信号，混动控制器101收到挂挡成功信号后控制第一电动机4使功率分流装置5中齿圈输出轴503输出扭矩。
输入转速传感器104、输出转速传感器105与输入转速信号齿504、输出转速信号齿706配合用于检测换挡过程中功率分流装置齿圈输出轴503与目标结合齿转速差并辅助混动控制器101进行转速比对以判定挂挡是否到位。
本实施例中，所述驱动模式包括纯电动驱动模式、发动机单独驱动模式和混合动力驱动模式，具体包括：
(1)纯电动驱动模式驱动力传递路径如下：
如图6所示，换挡装置8中齿套804处于中位，功率分流装置5中齿圈输出轴503与输出端断开连接。第二电动机6输出的动力通过一级主动齿轮701传递到中间轴703上的一级从动齿轮702，经中间轴703传递到二级主动齿轮704，通过二级主动齿轮704驱动输出轴707上的二级从动齿轮705运转，进而通过输出轴707输出动力驱动车辆行驶。
(2)发动机单独驱动模式1挡驱动力传递路径如下：
如图7所示，换挡装置8齿套804处于左位，功率分流装置5中齿圈输出轴503通过齿毂803、齿套804、一挡结合齿802与一级主动齿轮701连接，此时第二电动机6不输出扭矩，仅检测到车辆滑行或制动时进行能量回收。发动机3输出的动力经功率分流装置5中行星架组件501传递到齿圈输出轴503，经齿毂803、齿套804、一挡结合齿802、一级主动齿轮701、中间轴703传递到输出轴707，进而通过输出轴707输出动力驱动车辆行驶。第一电动机4对功率分流装置5中齿圈输出轴503的转速进行调节以满足车辆车速需求。
(3)发动机单独驱动模式2挡驱动力传递路径如下：
如图8所示，换挡装置8中齿套804处于右位，功率分流装置5中齿圈输出轴503通过齿毂803、齿套804、二挡结合齿805与输出轴707连接。此时第二电动机6不输出扭矩，仅检测到车辆滑行或制动时进行能量回收。发动机3输出的动力经功率分流装置5中行星架组件501传递到齿圈输出轴503，经齿毂803、齿套804、二挡结合齿805传递到输出轴707，进而通过输出轴707输出动力驱动车辆行驶。第一电动机4对功率分流装置5中齿圈输出轴503的转速进行调节以满足车辆车速需求。
(4)混合动力驱动模式1挡驱动力传递路径如下：
如图9所示，换挡装置8中齿套804处于左位，功率分流装置5中齿圈输出轴503通过齿毂(03、齿套804、一挡结合齿802与一级主动齿轮701连接。发动机3输出的动力经功率分流装置5中行星架组件501传递到齿圈输出轴503，经齿毂803、齿套804、一挡结合齿802传递到一级主动齿轮701，与第二电动机6输出的动力进行耦合经中间轴703传递到输出轴707，进而通过输出轴707输出动力驱动车辆行驶。第一电动机4对功率分流装置5中齿圈输出轴503的转速进行调节以满足车辆车速需求。
(5)混合动力驱动模式2挡驱动力传递路径如下：
如图10所示，换挡装置8中齿套804处于右位，功率分流装置5中齿圈输出轴503通过齿毂803、齿套804、二挡结合齿805与输出轴707连接。第二电动机6输出的动力通过一级主动齿轮701传递到中间轴703上的一级从动齿轮702，经中间轴703传递到二级主动齿轮704，通过二级主动齿轮704驱动输出轴707上的二级从动齿轮705运转。发动机3输出的动力经功率分流装置5中行星架组件501传递到齿圈输出轴503，经齿毂803、齿套804、二挡结合齿805传递到输出轴707，与第二电动机6输出的动力进行耦合后输出动力驱动车辆行驶。第一电动机4对功率分流装置5中齿圈输出轴503的转速进行调节以满足车辆车速需求。
以上实施例仅用以说明本申请实施例的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请实施例进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，包括第一电动机、第二电动机和发动机，所述第一电动机与所述发动机通过功率分流装置连接，所述功率分流装置的齿圈输出轴通过换挡装置分别与所述第二电动机或输出轴连接；所述第二电动机与平行轴减速装置连接，经两级减速增扭后通过所述输出轴输出；所述第一电动机、所述第二电动机、所述发动机和所述换挡装置分别受所述控制装置连接与控制。
2.根据权利要求1所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，所述功率分流装置包括太阳轮、行星架组件、输入转速信号齿和所述齿圈输出轴，所述第一电动机与所述太阳轮固连；所述输入转速信号齿集成于所述齿圈输出轴。
3.根据权利要求2所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，还包括扭转减震器，所述发动机与所述扭转减震器的输入端固连，所述扭转减震器的输出端与所述行星架组件固连。
4.根据权利要求1所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，所述平行轴减速装置包括一级主动齿轮、中间轴和所述输出轴，所述中间轴上集成有一级从动齿轮和二级主动齿轮，所述输出轴上集成有二级从动齿轮和输出转速信号齿；所述第二电动机与所述一级主动齿轮固连，所述一级主动齿轮与所述换挡装置连接；所述一级主动齿轮可与所述一级从动齿轮啮合传动，所述二级主动齿轮可与所述二级从动齿轮啮合传动。
5.根据权利要求4所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，所述换挡装置包括齿毂、齿套、拨叉、一挡结合齿和二挡结合齿；所述齿毂与所述齿圈输出轴固连，所述一挡结合齿与所述一级主动齿轮固连，所述二挡结合齿与所述输出轴固连；所述齿套通过滑动花键与所述齿毂啮合传递扭矩，并可在所述拨叉的推动下做轴向滑动。
6.根据权利要求5所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，所述齿套包括左位、中位和右位三个工位；
左位时，所述齿套同时与所述齿毂和所述一挡结合齿啮合；
中位时，所述齿套仅与所述齿毂啮合；
右位时，所述齿套同时与所述齿毂和所述二挡结合齿啮合。
7.根据权利要求1所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，所述控制装置包括混合动力控制器、换挡控制器、换挡执行机构、输入转速传感器和输出转速传感器，所述混合动力控制器通过所述输入转速传感器接收输入转速信号，并通过所述输出转速传感器接收输出转速信号，所述换挡控制器可接收所述混合动力控制器发出的指令，并根据指令控制所述换挡执行机构驱动所述换挡装置做相应工作以调节驱动模式。
8.根据权利要求7所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，所述换挡控制器可集成于所述混动控制器内，所述混动控制器与所述换挡控制器可进行双向通信。
9.根据权利要求7所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，所述换挡控制器与所述换挡执行机构可进行双向通信；所述输入转速传感器向混动控制器进行单向通信；所述输出转速传感器向所述混动控制器进行单向通信。
10.根据权利要求8所述的一种两挡双电机行星排功率分流驱动系统，其特征在于，所述驱动模式包括纯电动驱动模式、发动机单独驱动模式和混合动力驱动模式。
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