一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统的制作方法

本发明涉及动力系统技术领域，尤其涉及一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统。

背景技术：

车辆行驶性能的好坏不仅取决于发动机，而且也依赖于变速器以及变速器与发动机的匹配合理性有关。汽车变速器能够适应汽车起步、加速以及克服各种障碍条件下对驱动车轮牵引力和车速的不同要求，随着科技的发展，无级变速器是车辆理想的传动系统，具有连续改变传动比的能力，理论上可以使发动机始终在理想的工作区间运行，以提高车辆的动力性和经济性。

简单的行星齿轮机构是变速机构的基础，通常自动变速器的变速机构都由两排或三排以上行星齿轮机构组成。简单的行星齿轮机构中，位于行星齿轮机构中心的是太阳轮，太阳轮和行星轮常啮合，两个外齿轮啮合旋转方向相反。正如太阳位于太阳系的中心一样，太阳轮也因其位置而得名。行星轮除了可以绕行星架支承轴旋转外，在有些工况下，还会在行星架的带动下，围绕太阳轮的中心轴线旋转，这就像地球的自转和绕着太阳的公转一样，当出现这种情况时，就称为行星齿轮机构作用的传动方式。

因而，行星齿轮机构具有多自由度的特点，在混合动力总成系统中多利用两个电机来限制其自由度。通过两个电机分别对发动机的转速和转矩完全解耦，使发动机工作点可以自由控制，实现无级变速，并最大限度地提高混合动力总成系统燃油经济性。

目前，市场上多采用两个或两个以上行星轮系进行组合，虽然采用多个行星轮系使得混动力系统结构组合更加自由，但也造成混动系统构型复杂多样，并增加系统内功率流向以及系统效率的影响因素的复杂性和多样性。比如，现有的新能源城市公交客车，应用的行星排混合动力总成系统主要是双电机双行星排的同轴布置方案，主要存在以下几个问题：

1.两个驱动电机的最高转速较低，峰值扭矩较大，电机成本高；

2.同轴布置方案造成动力总成轴向长度较大，对布置空间要求高，车型适应性差；

3.仅能单独应用于城市公交客车，无法同时适配于长途客车，虽然能实现发动机直接驱动车辆，但发动机直接驱动车辆的应用概率很低，车型适配性较差。

4.由于受挡位的限制，无法适用功率、扭矩需求较大的车型，车型适配性较差。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统，旨在解决现有的混合动力系统中电机最高转速较低，峰值扭矩较大，电机成本高；总成轴向长度较大，车型适应性差等问题。

本发明采取以下技术方案实现上述目的：

一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统，包括发动机、柔性连接器、壳体、中心轴、第一空心轴、第二空心轴、输出前轴、输出后轴，第一行星排、第二行星排、第三行星排；

所述中心轴、第一空心轴、第二空心轴、输出前轴、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一电机、第二电机均设置在壳体内；

所述第一空心轴套设于中心轴上，所述第二空心轴套设于第一空心轴上；

所述发动机输出端与中心轴通过柔性连接器传动连接；

所述中心轴与第一空心轴通过第一行星排传动连接，所述第一行星排包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架，所述中心轴与第一行星架同轴固定连接，第一太阳轮固设于第一空心轴，第一行星轮安装在第一行星架上，所述第一行星轮分别与第一太阳轮和齿圈相啮合；

所述第二行星排包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架，所述第二太阳轮固设于第二空心轴，所述第二行星架固设于壳体，所述第二行星轮安装在第二行星架上，所述第二行星轮分别与第二太阳轮和齿圈相啮合；

所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星轮、第三行星架，所述齿圈与第三太阳轮通过输出前轴传动，所述外齿圈固设于壳体，所述第三行星轮安装在第三行星架上，所述第三行星轮分别与外齿圈、第三太阳轮相啮合，所述第三行星架与主减速器通过输出后轴传动连接，所述主减速器与左车轮、右车轮分别通过左半轴、右半轴传动连接；

所述第一空心轴与中心轴之间设置有第三齿轮套；

所述第一空心轴与第一电机输出轴通过第一减速齿轮传动连接；

所述第二电机输出轴通过减速机构与第二空心轴传动连接。

进一步的，所述减速机构包括第一齿轮套、第二齿轮套、减速轴、在减速轴上同轴布设的前排减速齿轮、中间减速齿轮和后排减速齿轮；其中，前排减速齿轮、中间减速齿轮和后排减速齿轮的传动比均不相同；

第二空心轴的外环套设有与前排减速齿轮、中间减速齿轮、后排减速齿轮啮合的第二空心轴第一齿轮、第二空心轴第二齿轮、第二空心轴第三齿轮；所述第一齿轮套、第二齿轮套与第二空心轴传动连接、且可沿第二空心轴轴向滑动；其中，第一齿轮套设置于第二空心轴第一齿轮、第二空心轴第二齿轮之间，第二齿轮套设置于第二空心轴第三齿轮的一侧。

进一步的，所述系统还包括跛行输入轴、跛行输出轴、中心轴第一齿轮；

所述跛行输入轴、跛行输出轴、中心轴第一齿轮均设置在壳体内；

所述中心轴第一齿轮设置于中心轴上；

所述跛行输入轴与中心轴平行设置，所述跛行输入轴与中心轴通过中心轴第一齿轮传动连接；

所述跛行输出轴与跛行输入轴同轴设置，所述跛行输出轴与跛行输入轴之间设置有第五齿轮套；

所述跛行输出轴与第二空心轴通过跛行输出轴第二齿轮或者跛行输出轴第三齿轮中的一种传动连接，所述跛行输出轴第二齿轮和跛行输出轴第三齿轮套设于跛行输出轴；

所述跛行输出轴上还设置有第四齿轮套，且其可沿跛行输出轴轴向滑动；第四齿轮套设置于跛行输出轴第二齿轮与跛行输出轴第三齿轮之间。

进一步的，所述第一齿轮套、第二齿轮套与第二空心轴为花键连接，第四齿轮套与跛行输出轴为为花键连接。这样可以保证它们之间的连接可靠和同步性。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统，能够使得双驱动电机的峰值扭矩减少，电机尺寸明显减小，驱动电机的成本可减少，可从成本上提升该方案的核心竞争力；

2.本发明提供的一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统，其双电机采用平行轴布置方式，可大幅减少动力总成的轴向尺寸，在有限的公交客车安装空间内，布置方式更灵活；

3.本发明提供的一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统，双行星排混联方案和行星排输出的各驱动模式中，传动效率最高的模式是发动机直接驱动车辆，为提高系统传动效率，多用发动机直接驱动车辆，故将第三齿轮套与第一空心轴相连，可实现发动机直接驱动，提高整车系统节油率；

4.本发明提供的一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统，第三齿轮套与中心轴相连，能实现双电机共同以纯电驱动方式驱动车辆，相比其他行星排方案的纯电动驱动时只能单电机工作而言，本方案能减小第二电机的扭矩、功率，减小系统成本；

5.本发明提供的一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统，能适用于不同车型，包括可用于城市公交客车、公路客车、长途客车、新能源卡车、新能源汽车等领域。

附图说明

图1为本发明所述一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统结构示意图。

图2为本发明所述一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统含跛行模块的结构示意图。

图中：100-发动机；200-柔性连接器；300-壳体；301-中心轴第一齿轮；302-跛行输入轴；303-第五齿轮套；304-跛行输出轴；305-跛行输出轴第二齿轮；306-第四齿轮套；307-跛行输出轴第三齿轮；308-前排减速齿轮；309-中间减速齿轮；310-后排减速齿轮；311-齿圈；312-第三行星排；313-输出后轴；314-输出前轴；315-第一行星架；316-第二行星架；317-第二齿轮套；318-第二空心轴第三齿轮；319-第二空心轴；320-第二空心轴第二齿轮；321-第一齿轮套；322-第二空心轴第一齿轮；323-第一减速齿轮；324-第一空心轴；325-第三齿轮套；326-中心轴；327-第一太阳轮；328-第一行星轮；329-第二太阳轮；330-第二行星轮；331-第一空心轴第一齿轮；332-中心轴第二齿轮；333-第一空心轴第二齿轮；334-跛行输入第一齿轮；335-跛行输入第二齿轮；336-跛行输出轴第一齿轮；337-外齿圈；401-第二电机；402-第一电机；500-主减速器；601-左半轴；602-右半轴；701-左车轮；702-右车轮；800-减速轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

如图1、图2所示，为本发明的一个实施方式，提供一种三挡平行轴式双电机三行星排混合动力系统，包括发动机100、柔性连接器200、壳体300、中心轴326、第一空心轴324、第二空心轴319、输出前轴314、输出后轴313，第一行星排、第二行星排、第三行星排；

所述中心轴326、第一空心轴324、第二空心轴319、输出前轴314、第一行星排、第二行星排、第三行星排、第一电机402、第二电机401均设置在壳体300内；

所述第一空心轴324套设于中心轴326上，所述第二空心轴319套设于第一空心轴324上；

所述发动机100输出端与中心轴326通过柔性连接器200传动连接；

所述中心轴326与第一空心轴324通过第一行星排传动连接，所述第一行星排包括第一太阳轮327、第一行星轮328、第一行星架315，所述中心轴326与第一行星架315同轴固定连接，第一太阳轮327固设于第一空心轴324，第一行星轮328安装在第一行星架315上，所述第一行星轮328分别与第一太阳轮327和齿圈311相啮合；

所述第二行星排包括第二太阳轮329、第二行星轮330、第二行星架316，所述第二太阳轮329固设于第二空心轴319，所述第二行星架316固设于壳体300，所述第二行星轮330安装在第二行星架316上，所述第二行星轮330分别与第二太阳轮329和齿圈311相啮合；

所述第三行星排包括第三太阳轮、第三行星轮、第三行星架，所述齿圈311与第三太阳轮通过输出前轴314传动，所述外齿圈337固设在于壳体300，所述第三行星轮安装在第三行星架上，所述第三行星轮分别与外齿圈337、第三太阳轮相啮合，所述第三行星架与主减速器500通过输出后轴313传动连接，所述主减速器500与左车轮701、右车轮702分别通过左半轴601、右半轴602传动连接；

所述第一空心轴324与中心轴326之间设置有第三齿轮套325；第三齿轮套325作为双向制动，其与中心轴第二齿轮332，或者与第一空心轴第一齿轮331啮合，分别实现对中心轴326或第一空心轴324的制动。

所述第一空心轴324与第一电机402输出轴通过第一减速齿轮323传动连接；

所述第二电机401输出轴通过减速机构与第二空心轴319传动连接。

具体的，本实施例中的减速机构为三挡减速机构，具体包括第一齿轮套321、第二齿轮套317、减速轴800、在减速轴800上同轴布设的前排减速齿轮308、中间减速齿轮309和后排减速齿轮310；其中，前排减速齿轮308、中间减速齿轮309和后排减速齿轮310的传动比均不相同；

第二空心轴319的外环套设有与前排减速齿轮308、中间减速齿轮309、后排减速齿轮310啮合的第二空心轴第一齿轮322、第二空心轴第二齿轮320、第二空心轴第三齿轮318；所述第一齿轮套321、第二齿轮套317与第二空心轴319传动连接、且可沿第二空心轴319轴向滑动；其中，第一齿轮套321设置于第二空心轴第一齿轮322、第二空心轴第二齿轮320之间，第二齿轮套317设置于第二空心轴第三齿轮318的一侧。

如图1所示，第一齿轮套321包括三种模式，第一种是：第一齿轮套321可向左滑动与第二空心轴第一齿轮322啮合，则第二空心轴319与第二电机401通过前排减速齿轮308传动连接，实现其中第一挡减速传动；第二种是：第一齿轮套321可向右滑动与第二空心轴第二齿轮320啮合，则第二空心轴319与第二电机401通过中间减速齿轮309传动连接，实现其中第二挡减速传动；第三种是：第一齿轮套321保持原位不动。

如图1所示，第二齿轮套317包括两种模式：第一种是：第二齿轮套317向左滑动与第二空心轴第三齿轮318啮合，则第二空心轴319与第二电机401通过后排减速齿轮310传动连接，实现其中的第三挡减速传动；第二种是：第二齿轮套317保持原位不动。

因此本实施例的系统有如下的运行模式：

(1)纯电动模式

当第三齿轮套325滑动到与中心轴第二齿轮332相啮合，同时第三齿轮套325的外花键与壳体连接，从而形成对中心轴326的制动。此时，系统以第一电机402和第二电机401的双电机共同以纯电驱动方式驱动车辆，相比其他行星排方案的纯电动驱动时只能单电机工作而言，该方案能减小第一电机402的扭矩、功率，减小系统成本。

(2)纯发动机模式

当第三齿轮套325脱离与中心轴第二齿轮332的啮合，滑动到与第一空心轴第一齿轮331相啮合，同时第三齿轮套325的外花键与壳体连接，从而形成对第一空心轴324的制动。这时，由发动机100直接驱动车辆，这样的模式提高发动机直接驱动整车运行的使用概率，使动力总成系统的传动效率更高，降低系统的燃油消耗，提高整车系统节油率，该系统能同时使用到城市公交客车和长途高速客车。

(3)混合驱动模式

该模式下，第三齿轮套325均不与中心轴第二齿轮332，第一空心轴第一齿轮331相啮合，即不对中心轴326，也不对第一空心轴324制动。这时，整车通过发动机100和第二电机401混合驱动，而第一电机402进行发电。

(4)回馈制动

当进行刹车时，可通过第二电机401，或者第一电机402和第二电机401同时回收制动能量。即第二电机401通过对减速轴800上的前排减速齿轮308、中间减速齿轮309、后排减速齿轮310分别对应高、中、低三挡减速控制，以及第二空心轴319与第二太阳轮329的联动，从而实现通过选择三种不同的挡位输出不同扭矩。

因而，本发明的方案，能够双驱动电机的峰值扭矩减少，电机尺寸明显减小，驱动电机的成本可减少；可大幅减少动力总成的轴向尺寸，在有限的公交客车安装空间内，布置方式更灵活；可实现发动机直接驱动，提高整车系统节油率；同时本方案能减小第二电机的扭矩、功率，减小系统成本；能适用于不同车型，包括可用于城市公交客车、公路客车、长途客车、新能源卡车、新能源汽车等领域。

本实施例示例性的示出了前排减速齿轮308、中间减速齿轮309、后排减速齿轮310组成的三挡减速架构，根据其他实施例或实际应用中，该减速机构还可以为一挡、两挡或者三挡以上的设置。

如图2所示，在另一些实施例中，所述系统还包括跛行输入轴302、跛行输出轴304、中心轴第一齿轮301；

所述跛行输入轴302、跛行输出轴304、中心轴第一齿轮301均设置在壳体300内；

所述中心轴第一齿轮301设置于中心轴326上；

所述跛行输入轴302与中心轴326平行设置，所述跛行输入轴302与中心轴326通过中心轴第一齿轮301传动连接；

所述跛行输出轴304与跛行输入轴302同轴设置，所述跛行输出轴304与跛行输入轴302之间设置有第五齿轮套303；第五齿轮套303同时与跛行输入第二齿轮335、跛行输出轴第一齿轮336相啮合，实现跛行输出轴304与跛行输入轴302同步转动。

所述跛行输出轴304与第二空心轴319通过跛行输出轴第二齿轮305或者跛行输出轴第三齿轮307中的一种传动连接，所述跛行输出轴第二齿轮305和跛行输出轴第三齿轮307套设于跛行输出轴304；

所述跛行输出轴304上还设置有第四齿轮套306，且其可沿跛行输出轴304轴向滑动；第四齿轮套306设置于跛行输出轴第二齿轮305与跛行输出轴第三齿轮307之间。

如图2所示，第四齿轮套306包括三种模式：第一种是：第四齿轮套306可以向左滑动与跛行输出轴第二齿轮305相啮合，实现跛行前进模式；第二种是：第四齿轮套306向右滑动与跛行输出轴第三齿轮307相啮合，则可以实现跛行后退模式；第三种是：第四齿轮套306原位保持不动。

在本实施例中除了上述实施例的运行模式，还有以下具体的运行模式：

(1)跛行前进模式

该模式下的动力路线为：发动机100动力经过中心轴第一齿轮301与跛行输入第一齿轮334啮合，传到跛行输入轴302，而后通过第五齿轮套303动力输入到跛行输出轴304，通过跛行输出轴304上的跛行输出轴第二齿轮305与前排减速齿轮308的啮合，而前排减速齿轮308与第二空心轴第一齿轮322啮合，至此动力传入第二空心轴319驱动整车前进，从而实现跛行前进模式。

(2)跛行后退模式

该模式的动力路线为：发动机100动力经过中心轴第一齿轮301与跛行输入第一齿轮334啮合，传到跛行输入轴302，而后通过第五齿轮套303动力输入到跛行输出轴304，而后跛行输出轴304上的跛行输出轴第三齿轮307与第二空心轴第二齿轮320通过中间减速齿轮309传动连接，这时，动力就输入到第二空心轴319，从而实现跛行后退模式。

(3)机械取力模式

该模式的动力路线如下：发动机100动力经过中心轴第一齿轮301与跛行输入第一齿轮334啮合，传到跛行输入轴302，而后通过第五齿轮套303动力输入到跛行输出轴304输出，从而实现机械取力模式。

(4)电动取力模式

该模式为：由第二电机401提供动力，第二电机401输出端与跛行输出轴第二齿轮305通过前排减速齿轮308传动连接，从而动力传入跛行输出轴304，因此实现电动取力模式。

进一步的，所述第一齿轮套321、第二齿轮套317与第二空心轴319为花键连接，第四齿轮套306与跛行输出轴304为为花键连接。这样可以保证它们之间的连接可靠和同步性。

另外，在一些具体实施例中，第一电机402与第一空心轴324也可通过链条或皮带中的一种实现传动连接。

在其他实施例中，第一齿轮套321、第二齿轮套317、第三齿轮套325、第四齿轮套306、第五齿轮套303均可通过电控方式实现滑动切换。

本发明提供的系统，采用双电机平行轴布置，且分别通过减速机构与不同的行星排太阳轮连接，能大幅减少动力总成的轴向长度，减少动力总成的布置空间，提高动力总成对不同车型的适用范围。通过设计双行星排与发动机的连接方式，提高发动机直接驱动整车运行的使用概率，使动力总成系统的传动效率更高，降低系统的燃油消耗。通过双行星排共用齿圈，可将发动机的动力解耦，一部分传递给后桥，另一部分传递给第一电机进行发电。通过不同的模式切换，满足不同工况的使用需求。

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