專利名稱：基于k-h行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動力汽車動力傳動領(lǐng)域，具體涉及到一種基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著全球石油資源的日益匱乏，混合動力汽車已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的重要趨勢。目前混合動力汽車的主要動力結(jié)構(gòu)形式為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。由于混合動力汽車的動力源除了發(fā)動機，一般還包括發(fā)電機/電動機，因此動力傳動系統(tǒng)較傳統(tǒng)汽車有較大區(qū)別?！ぴ谪S田公司推出的混合動力汽車Prius上，其核心部件就是混合動力系統(tǒng)THS。該機構(gòu)主要是采用了一個基于行星齒輪的動力分配裝置將發(fā)動機、電動機以及發(fā)電機的動力實現(xiàn)了較好的耦合。K-H行星齒輪機構(gòu)與THS混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的不同之處在于前者沒有了太陽輪，取而代之的是行星輪轉(zhuǎn)臂，而且通過與孔銷式輸出機構(gòu)的配合實現(xiàn)了不同平行軸運動部件間的等速傳動。K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)同樣能實現(xiàn)三個動力源的較好調(diào)節(jié)，通過第一電機的轉(zhuǎn)速控制保證發(fā)動機在各種行駛工況下以經(jīng)濟方式運行，而第二電機的輸出動力則與發(fā)動機傳遞至輸出軸的動力疊加，以滿足車輛的動力需求。相較于Prius的混合動力系統(tǒng)，K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)組成的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、傳動效率高等優(yōu)點，通過正確的參數(shù)匹配，可以實現(xiàn)混合動力汽車不同動力源理想的動力耦合。但是，K-H行星齒輪機構(gòu)的行星輪轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)速不能太高，而且孔銷式輸出機構(gòu)中的圓柱銷的載荷和轉(zhuǎn)速都不能太高，這樣限制了其在高速及重載工況下的使用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、效率高的基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)。為了解決以上的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)包括K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)，通過K-H行星齒輪機構(gòu)將混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的動力源的發(fā)動機、第一電機、第二電機的動力I禹合起來；發(fā)動機的輸出軸與第二減速器的輸入軸固聯(lián)，第二減速器的輸出軸與離合器的主動片固聯(lián)；第一電機的輸出軸與第一減速器的輸入軸固聯(lián)，第一減速器的輸出軸與輸出圓盤的軸固聯(lián)；第二電機的輸出軸與第三減速器的輸入軸固聯(lián)，第三減速器的輸出軸與輸出齒輪固聯(lián)；輸出齒輪與齒圈輸出固聯(lián)。發(fā)動機的動力經(jīng)第二減速器減速增扭后傳遞至行星輪轉(zhuǎn)臂，第一電機的動力經(jīng)第一減速器減速增扭后傳遞至輸出圓盤，再經(jīng)圓柱銷傳遞至行星輪，發(fā)動機輸出的動力和第一電機輸出的動力經(jīng)K-H行星齒輪機構(gòu)I禹合后輸出至齒圈輸出齒輪；第二電機的動力經(jīng)第三減速器減速增扭后輸出至輸出齒輪；齒圈輸出齒輪的動力和第二電機傳遞過來的動力在輸出齒輪處疊加后，經(jīng)主減速器齒輪和差速器傳遞至車輪。混合動力驅(qū)動系統(tǒng)還包括離合器、第一制動器、第二制動器。第一制動器的運動件固聯(lián)于輸出圓盤的軸，制動件固聯(lián)于車體。第二制動器的運動件固聯(lián)于輸出齒輪的軸，制動件固聯(lián)于車體。離合器控制發(fā)動機的動力輸入或斷開至K-H行星齒輪機構(gòu)，第一制動器實現(xiàn)對輸出圓盤的軸的制動，第二制動器實現(xiàn)對輸出齒輪的制動。離合器、第一制動器和第二制動器在電子控制單元的控制下，分別實現(xiàn)制動或者釋放輸出圓盤的軸和輸出齒輪的軸，保證了不同工況下車輛各動力源不同的工作模式。所述K-H行星齒輪機構(gòu)包括行星輪轉(zhuǎn)臂、行星輪和齒圈，齒圈上有內(nèi)齒圈和外齒圈，齒圈通過軸承支承于行星輪轉(zhuǎn)臂，齒圈相對于行星輪轉(zhuǎn)臂可且僅可作繞其軸線的旋轉(zhuǎn)運動，行星輪與內(nèi)齒圈嚙合；行星輪轉(zhuǎn)臂和外齒圈同軸轉(zhuǎn)動，行星輪轉(zhuǎn)臂是一曲軸結(jié)構(gòu)，行星輪轉(zhuǎn)臂的一端通過軸承支承于行星輪上的中心孔內(nèi)，行星輪轉(zhuǎn)臂的另一端與離合器的從動片固聯(lián)；外齒圈與齒圈輸出齒輪哨合。
所述孔銷式輸出機構(gòu)包括行星輪、圓柱銷和輸出圓盤；輸出圓盤上均布的四個圓柱銷分別對應插入行星輪上的四個圓孔中，圓柱銷在圓孔中緊貼圓孔內(nèi)壁作圓周運動；行星輪上四個圓孔的均布直徑和輸出圓盤上四個圓柱銷的均布直徑相等，輸出圓盤軸的轉(zhuǎn)動中心和行星輪自身軸線中心有偏移距，該偏移距的兩倍等于行星輪圓孔直徑與銷軸直徑之差；輸出圓盤軸的轉(zhuǎn)動中心與行星輪轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動中心同軸線，保證輸出圓盤軸的轉(zhuǎn)速與行星輪的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速相等。主減速器齒輪固聯(lián)于差速器殼體上，與輸出齒輪相哨合，差速器的輸出端與車輪通過半軸固聯(lián)。本發(fā)明的優(yōu)越功效在于有效解決了混合動力汽車多個動力源的耦合問題。由于斷開了驅(qū)動車輪與發(fā)動機的剛性連接，通過第一電機和第二電機的調(diào)節(jié)，保證了車輛的動力性，同時發(fā)動機工作在高效率工作區(qū)間，提高了車輛的經(jīng)濟性。通過離合器和制動器的工作狀態(tài)選擇，可以實現(xiàn)多種工作模式的切換。該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單，效率高，具有很好的應用前景。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意 圖2為本發(fā)明孔銷式輸出機構(gòu)的示意 圖3為圖2的側(cè)視 圖中標號說明
I一行星輪轉(zhuǎn)臂；2—行星輪；
3—齒圈；
301一內(nèi)齒圈；302—外齒圈；
4一輸出圓盤；5—圓柱銷；
6—齒圈輸出齒輪；7—輸出齒輪；
8一主減速器齒輪；9一差速器；
IO—車輪；11一第一電機；12一發(fā)動機；13—第二電機；
14一第一減速器；15—第二減速器；
16—第三減速器；17—第一逆變器；
18—第二逆變器；19一蓄電池；
20 —電子控制單元；21—離合器；
22—第一制動器；23—第二制動器。
具體實施例方式請參閱附圖所示，對本發(fā)明作進一步的描述?！と鐖DI所示，本發(fā)明提供了一種基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)包括發(fā)動機12、第一電機11和第二電機13組成；動力源接入裝置由第一減速器14、第二減速器15、第三減速器16、離合器21、輸出圓盤4和圓柱銷5組成；動力分配機構(gòu)由行星輪轉(zhuǎn)臂I、行星輪2和齒圈3組成；動力輸出裝置由齒圈輸出齒輪6、輸出齒輪7、主減速器齒輪8和差速器9組成；電子元件由第一逆變器17、第二逆變器18、蓄電池19和電子控制單元20組成。所述K-H行星齒輪機構(gòu)包括行星輪轉(zhuǎn)臂I、行星輪2和齒圈3。行星輪2和齒圈3嚙合，行星輪轉(zhuǎn)臂I和齒圈3同軸轉(zhuǎn)動。行星輪轉(zhuǎn)臂I為曲臂結(jié)構(gòu)，其一端通過軸承支承于行星輪2的中心孔，行星輪轉(zhuǎn)臂I和行星輪2可相對周向轉(zhuǎn)動，另一端固聯(lián)于離合器21的從動片上。內(nèi)齒圈301與行星輪2嚙合，外齒圈302與齒圈輸出齒輪6嚙合。齒圈3通過軸承支承于行星輪轉(zhuǎn)臂I，二者可且僅可作繞行星輪轉(zhuǎn)臂I軸線的旋轉(zhuǎn)運動。其中，行星輪轉(zhuǎn)臂I的轉(zhuǎn)速就是行星輪2的公轉(zhuǎn)角速度，輸出圓盤4的軸的轉(zhuǎn)速就是行星輪2的自轉(zhuǎn)角速度。所述孔銷式輸出機構(gòu)包括行星輪2、圓柱銷5和輸出圓盤4。行星輪2上均布有四個圓孔，輸出圓盤4上均布的四個圓柱銷5分別插入行星輪上的圓孔中，圓柱銷可在圓孔中周向自由轉(zhuǎn)動。行星輪2上四個圓孔的均布直徑和輸出圓盤4上四個圓柱銷5的均布直徑相等，輸出圓盤4的軸的轉(zhuǎn)動中心和行星輪2自身軸線中心有偏移距，該偏移距的兩倍等于行星輪圓孔直徑與圓柱銷5直徑之差。輸出圓盤4的軸的轉(zhuǎn)動中心與行星輪轉(zhuǎn)臂I的轉(zhuǎn)動中心同軸線。所述孔銷式輸出機構(gòu)可實現(xiàn)行星輪2和輸出圓盤4的等速轉(zhuǎn)動。發(fā)動機12的動力經(jīng)第二減速器15的主動齒輪傳遞至從動齒輪，從動齒輪的輸出軸固聯(lián)于離合器21的主動片上，根據(jù)具體的工況由電子控制單元20決定離合器21的工作狀態(tài)，實現(xiàn)將發(fā)動機12的動力輸入至行星輪轉(zhuǎn)臂I或者將動力切斷。第一電機11的輸出軸與第一減速器14的主動齒輪軸固聯(lián),動力經(jīng)主動齒輪傳遞至從動齒輪，從動齒輪軸固聯(lián)于輸出圓盤4的軸。同時，第一制動器22的運動件固聯(lián)于輸出圓盤4的軸，制動件固聯(lián)于車體。第一制動器22可控制行星輪2的工作方式。第二電機13的輸出軸與第三減速器16的主動齒輪軸固聯(lián)，動力經(jīng)主動齒輪傳遞至從動齒輪，從動齒輪軸與輸出齒輪7同軸固聯(lián)，同時軸上還固聯(lián)齒圈輸出齒輪6。第二制動器23的運動件固聯(lián)于輸出齒輪7的軸，制動件固聯(lián)于車體。第二制動器可制動輸出齒輪7。第一電機11和第二電機13為即可作為發(fā)電機也可作為電動機工作的發(fā)電電動機。第一電機11和第二電機13分別通過第一逆變器17和第二逆變器18向蓄電池19充電或接受蓄電池19釋放的電能。第一逆變器17和第二逆變器18共用正極母線和負極母線與蓄電池19連接，這樣可以使得第一電機11和第二電機13中一個電機消耗另一個電機產(chǎn)生電能，避免了蓄電池19的過度充電或放電。所述K-H行星齒輪機構(gòu)的行星輪轉(zhuǎn)臂I、行星輪2和外齒圈3的轉(zhuǎn)速NI、N2和N3滿足如下的關(guān)系式
所述K-H行星齒輪機構(gòu)的行星輪轉(zhuǎn)臂I、行星輪2和外齒圈3的轉(zhuǎn)矩T1、T2、T3滿足如下的關(guān)系式
Τ1:Τ2:Τ3= 1:Ζ2/(Ζ3-Ζ2) : —Ζ3/(Ζ3-Ζ2)；
其中Ζ3—內(nèi)齒圈的齒數(shù)；Ζ2—行星輪的齒數(shù)。上式中所求的各動力部件的轉(zhuǎn)矩是在穩(wěn)態(tài)工況下，實際車輛運行過程中各動力部件的運行狀況是隨著車輛行駛工況不斷瞬時變化的，在上式求得的轉(zhuǎn)矩上還要進行適當修正，以保證轉(zhuǎn)矩輸出命令的精準性和實時性。以如下齒輪參數(shù)分析該K-H行星齒輪機構(gòu)的運動參數(shù)
內(nèi)齒圈301齒數(shù)Ζ3=25，行星輪2齒數(shù)Ζ2=15，外齒圈302與齒圈輸出齒輪6傳動比為I，發(fā)動機輸入轉(zhuǎn)矩Τ,發(fā)動機轉(zhuǎn)速Ne=3000rpm,第二電機轉(zhuǎn)速Nm=O 6500rpm,第一減速器14的減速比il=3，第二減速器15的減速比i3=2，第三減速器16的減速比i2=2. 5。
權(quán)利要求
1.一種基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于該混合動力驅(qū)動系統(tǒng)包括K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)，通過K-H行星齒輪機構(gòu)將混合動力驅(qū)動系統(tǒng)的動力源的發(fā)動機、第一電機、第二電機的動力耦合起來；發(fā)動機的輸出軸與第二減速器的輸入軸固聯(lián)，第二減速器的輸出軸與離合器的主動片固聯(lián)；第一電機的輸出軸與第一減速器的輸入軸固聯(lián)，第一減速器的輸出軸與輸出圓盤的軸固聯(lián)；第二電機的輸出軸與第三減速器的輸入軸固聯(lián)，第三減速器的輸出軸與輸出齒輪固聯(lián)；輸出齒輪與齒圈輸出固聯(lián)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于發(fā)動機的動力經(jīng)第二減速器減速增扭后傳遞至行星輪轉(zhuǎn)臂，第一電機的動力經(jīng)第一減速器減速增扭后傳遞至輸出圓盤，再經(jīng)圓柱銷傳遞至行星輪，發(fā)動機輸出的動力和第一電機輸出的動力經(jīng)K-H行星齒輪機構(gòu)I禹合后輸出至齒圈輸出齒輪；第二電機的動力經(jīng)第三減速器減速增扭后輸出至輸出齒輪；齒圈輸出齒輪的動力和第二電機傳遞過來的動力在輸出齒輪處疊加后，經(jīng)主減速器齒輪和差速器傳遞至車輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于混合動力驅(qū)動系統(tǒng)還包括離合器、第一制動器、第二制動器；離合器控制發(fā)動機的動力輸入或斷開至K-H行星齒輪機構(gòu)，第一制動器實現(xiàn)對輸出圓盤的軸的制動，第二制動器實現(xiàn)對輸出齒輪的制動；離合器、第一制動器、第二制動器的工作模式在電子控制單元的控制下可切換。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述K-H行星齒輪機構(gòu)包括行星輪轉(zhuǎn)臂、行星輪和齒圈，齒圈上有內(nèi)齒圈和外齒圈，齒圈通過軸承支承于行星輪轉(zhuǎn)臂，齒圈相對于行星輪轉(zhuǎn)臂可且僅可作繞其軸線的旋轉(zhuǎn)運動，行星輪與內(nèi)齒圈嚙合；行星輪轉(zhuǎn)臂的一端通過軸承支承于行星輪上的中心孔內(nèi)，行星輪轉(zhuǎn)臂的另一端與離合器的從動片固聯(lián)；外齒圈與齒圈輸出齒輪嚙合。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述孔銷式輸出機構(gòu)包括行星輪、圓柱銷和輸出圓盤；輸出圓盤上均布的四個圓柱銷分別對應插入行星輪上的四個圓孔中，圓柱銷在圓孔中緊貼圓孔內(nèi)壁作圓周運動；行星輪上四個圓孔的均布直徑和輸出圓盤上四個圓柱銷的均布直徑相等，輸出圓盤軸的轉(zhuǎn)動中心和行星輪自身軸線中心有偏移距，該偏移距的兩倍等于行星輪圓孔直徑與銷軸直徑之差；輸出圓盤軸的轉(zhuǎn)動中心與行星輪轉(zhuǎn)臂的轉(zhuǎn)動中心同軸線，保證輸出圓盤軸的轉(zhuǎn)速與行星輪的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速相等。
全文摘要
本發(fā)明公開一種基于K-H行星齒輪機構(gòu)和孔銷式輸出機構(gòu)的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)，發(fā)動機動力輸入減速器，經(jīng)離合器輸出到K-H行星齒輪機構(gòu)的轉(zhuǎn)臂上，第一電機動力輸入減速器，經(jīng)孔銷式輸出機構(gòu)輸出到K-H行星齒輪機構(gòu)的行星輪上。發(fā)動機的動力和第一電機的動力經(jīng)K-H行星齒輪機構(gòu)耦合后輸出到齒圈輸出齒輪，第二電機動力經(jīng)減速器輸出到輸出齒輪，和齒圈輸出齒輪傳遞的動力耦合后共同驅(qū)動車輛行駛。本發(fā)明的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，通過離合器和制動器的控制實現(xiàn)車輛不同的工作模式的選擇，效率高。
文檔編號B60K6/20GK102897014SQ20121039908
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月19日
發(fā)明者陳辛波, 余卓平, 寧國寶, 舒濤, 殷珺 申請人:同濟大學