[发明专利]恒速混合模式电动汽车混合动力系统

摘要

本发明是一种恒速混合模式电动汽车混合动力系统，其涉及一种电动汽车混合动力系统，所述混合动力系统采用车用双锥齿差速减速机构作为混合动力耦合器、采用钢球调速锥齿差速减速机构作为内燃发动机的变速器，通过钢球调速锥齿差速减速机构、车用双锥齿差速减速机构传递和分配内燃发动机、电动机一、电动机二的动能，实现七种运行模式的转换。所述混合动力系统在纯发动机驱动模式和并联混动模式时，在满足汽车正常驾驶的前提下，钢球调速锥齿差速减速机构能够使内燃发动机始终在经济转速下运行，即恒速运行，提高混合动力电动汽车燃油效率、降低污染物排放。

主权项

1.一种恒速混合模式电动汽车混合动力系统，其特征在于：所述混合动力系统包括电池组(101)、电源管理模块(102)、电机控制器二(104)、电动机一(105)、电动机二(106)、离合器一(107)、离合器二(108)、车用双锥齿差速减速机构(111)、联接齿轮部件(114)、离合器四(117)、钢球调速锥齿差速减速机构(118)、离合器三(119)、内燃发动机(120)、发电机(121)、电机控制器一(122)；车用双锥齿差速减速机构(111)包括耦合器输入锥齿轮二(201)、耦合器输入轴二(202)、耦合器输入锥齿轮一(203)、耦合器输入轴一(204)、耦合器输出轴一(205)、耦合器双锥齿轮一(206)、耦合器轴套一(207)、耦合器输出锥齿轮一(208)、耦合器行星锥齿轮二(209)、耦合器轴套四(210)、耦合器行星轴(211)、耦合器行星支架(212)、耦合器轴套三(213)、耦合器行星锥齿轮一(214)、耦合器输出锥齿轮二(215)、耦合器双锥齿轮二(216)、耦合器轴套二(217)、耦合器输出轴二(218)；钢球调速锥齿差速减速机构(118)包括固定筒部件、钢球部件、摩擦盘锥齿轮部件、行星支架部件，固定筒部件包括固定筒(14)、导向联动支架(15)，钢球部件包括调速钢球(12)、操作钢球(13)、联动销(44)、轴套四(46)、推力钢球(47)、弹簧(48)，摩擦盘锥齿轮部件包括摩擦盘锥齿轮一(1)、摩擦盘锥齿轮二(7)、轴套一(19)、挡圈一(18)、销一(17)、轴套二(8)、键条(9)、输入轴(10)，行星支架部件包括输出轴(16)、行星锥齿轮(2)、轴套三(3)、行星轴(5)、行星支架(6)，若干个钢球部件安装在行星支架部件径向外侧，钢球部件和行星支架部件安装在固定筒(14)径向内侧，导向联动支架(15)安装在固定筒(14)径向外侧，摩擦盘锥齿轮部件把钢球部件与行星支架部件连接在一起；摩擦盘锥齿轮部件的输入轴(10)与行星支架部件的输出轴(16)同轴；联接齿轮部件(114)包括联接齿轮一(125)、联接齿轮二(127)；所述混合动力系统在应用时，联接齿轮一(125)安装固定在离合器四(117)的离合器四输出轴(126)上，联接齿轮二(127)安装固定在车用双锥齿差速减速机构(111)的耦合器行星支架(212)径向外侧，或者，在耦合器行星支架(212)径向外侧加工制造联接齿轮二(127)，联接齿轮一(125)与联接齿轮二(127)相互啮合；所述混合动力系统在应用时，车用双锥齿差速减速机构(111)的耦合器输入轴一(204)与离合器一(107)的输出轴连接在一起，离合器一(107)的输入轴与电动机一(105)的转子轴连接在一起；车用双锥齿差速减速机构(111)的耦合器输入轴二(202)与离合器二(108)的输出轴连接在一起，离合器二(108)的输入轴与电动机二(106)的转子轴连接在一起；车用双锥齿差速减速机构(111)的耦合器输出轴一(205)与安装有车轮一(116)的半轴一(115)连接在一起，车用双锥齿差速减速机构(111)的耦合器输出轴二(218)与安装有车轮二(110)的半轴二(109)连接在一起；所述混合动力系统在应用时，离合器四(117)的输入轴与钢球调速锥齿差速减速机构(118)的输出轴(16)连接在一起，钢球调速锥齿差速减速机构(118)的输入轴(10)与离合器三(119)的输出轴连接在一起，离合器三(119)的输入轴与内燃发动机(120)的输出轴二连接在一起，内燃发动机(120)的输出轴一与发电机(121)的转子轴连接在一起；所述混合动力系统在应用时，电动机一(105)、电机控制器一(122)、电源管理模块(102)之间有电气连接，电动机二(106)、电机控制器二(104)、电源管理模块(102)之间有电气连接，电池组(101)、电源管理模块(102)之间有电气连接，发电机(121)、电源管理模块(102)之间有电气连接，充电接口(103)、电源管理模块(102)之间有电气连接；所述混合动力系统有七种运行模式，分别是纯电动机驱动模式、纯发动机驱动模式、增程驱动模式、串联混动模式、并联混动模式、驻车充电模式、驻车发电模式；所述混合动力系统在纯电动机驱动模式时，离合器一(107)、离合器二(108)处于接合状态，离合器三(119)、离合器四(117)处于分离状态，内燃发动机(120)处于停止运行状态，由整车控制器分别向电源管理模块(102)、电机控制器一(122)、电机控制器二(104)下达指令，从电池组(101)通过电源管理模块(102)向电机控制器一(122)和电机控制器二(104)供电，分别由电机控制器一(122)控制电动机一(105)旋转速度，由电机控制器二(104)控制电动机二(106)旋转速度，电动机一(105)依次通过离合器一(107)、耦合器输入轴一(204)、耦合器输入锥齿轮一(203)驱动耦合器双锥齿轮一(206)旋转，电动机二(106)依次通过离合器二(108)、耦合器输入轴二(202)、耦合器输入锥齿轮二(201)驱动耦合器双锥齿轮二(216)旋转，耦合器双锥齿轮一(206)旋转方向与耦合器双锥齿轮二(216)旋转方向相反；耦合器双锥齿轮一(206)旋转速度与耦合器双锥齿轮二(216)旋转速度相等时，耦合器行星锥齿轮一(214)围绕耦合器行星轴(211)的轴线自转，耦合器行星支架(212)处于静止状态，耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)的转速为零；耦合器双锥齿轮一(206)旋转速度与耦合器双锥齿轮二(216)旋转速度不相等时，耦合器行星锥齿轮一(214)在围绕耦合器行星轴(211)的轴线自转的同时，耦合器行星锥齿轮一(214)还会围绕耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)的轴线公转，耦合器行星锥齿轮一(214)驱动耦合器行星支架(212)低转速旋转，耦合器行星支架(212)旋转速度等于耦合器双锥齿轮一(206)旋转速度与耦合器双锥齿轮二(216)旋转速度之差的绝对值；若耦合器双锥齿轮一(206)旋转速度大于耦合器双锥齿轮二(216)旋转速度，耦合器行星支架(212)旋转方向与耦合器双锥齿轮一(206)旋转方向相同；若耦合器双锥齿轮二(216)旋转速度大于耦合器双锥齿轮一(206)旋转速度，耦合器行星支架(212)旋转方向与耦合器双锥齿轮二(216)旋转方向相同；耦合器行星支架(212)通过耦合器行星锥齿轮二(209)、耦合器输出锥齿轮一(208)、耦合器输出锥齿轮二(215)分别驱动耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)低转速同向旋转；耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)分别通过半轴一(115)驱动车轮一(116)旋转，通过半轴二(109)驱动车轮二(110)旋转，实现电动汽车向前行驶或者向后行驶；当汽车转弯时内侧车轮会产生更大的阻力，耦合器行星锥齿轮二(209)在围绕耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)的轴线公转的同时，耦合器行星锥齿轮二(209)还会围绕耦合器行星轴(211)的轴线自转，导致耦合器输出锥齿轮一(208)通过耦合器输出轴一(205)驱动车轮一(116)旋转速度与耦合器输出锥齿轮二(215)通过耦合器输出轴二(218)驱动车轮二(110)旋转速度不相等，外侧车轮旋转速度比内侧车轮旋转速度快，实现协调左右两侧车轮转速的技术要求，确保汽车能够顺利转弯；所述混合动力系统在纯发动机驱动模式时，离合器一(107)、离合器二(108)处于分离状态，离合器三(119)、离合器四(117)处于接合状态，电源管理模块(102)使发电机(121)处于电动运行状态并启动内燃发动机(120)，然后电源管理模块(102)使发电机(121)的定子绕组断开电气连接，内燃发动机(120)运行时发电机(121)不发电；内燃发动机(120)通过离合器三(119)驱动钢球调速锥齿差速减速机构(118)的输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，若输出轴(16)沿着输出轴正向旋转方向(76)旋转，并且，输出轴正向旋转方向(76)与输入轴旋转方向(71)相同时，钢球调速锥齿差速减速机构(118)处于正向减速运行状态，若输出轴(16)沿着输出轴反向旋转方向(78)旋转，输出轴反向旋转方向(78)与输入轴旋转方向(71)相反时，钢球调速锥齿差速减速机构(118)处于反向减速运行状态，若输出轴(16)的输出转速为零时，钢球调速锥齿差速减速机构(118)处于空转运行状态；钢球调速锥齿差速减速机构(118)的摩擦盘锥齿轮一(1)有内侧轮齿一(38)、摩擦盘一，内侧轮齿一(38)是圆锥形轮齿，摩擦盘锥齿轮二(7)有内侧轮齿二(41)、摩擦盘二，内侧轮齿二(41)是圆锥形轮齿；内侧轮齿一(38)与内侧轮齿二(41)齿数相等，摩擦盘一与摩擦盘二直径相等；行星支架部件的行星锥齿轮(2)分别与内侧轮齿一(38)和内侧轮齿二(41)啮合；钢球部件的调速钢球(12)径向外表面分别与摩擦盘一径向外表面的摩擦盘一滚动面(39)和摩擦盘二径向外表面的摩擦盘二滚动面(42)接触安装在一起，调速钢球(12)旋转时，调速钢球(12)径向外表面分别与摩擦盘一滚动面(39)和摩擦盘二滚动面(42)进行滚动运动；钢球调速锥齿差速减速机构(118)空转运行状态时，通过操纵导向联动支架(15)驱动钢球部件的钢球操作轴轴线(43)与输出轴轴线(11)垂直，即钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)重合；钢球调速锥齿差速减速机构(118)正向减速运行状态时，通过操纵导向联动支架(15)驱动钢球部件的钢球操作轴轴线(43)沿着导向联动支架正向移动方向(73)倾斜，钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角α，偏移夹角α是锐角；钢球调速锥齿差速减速机构(118)反向减速运行状态时，通过操纵导向联动支架(15)驱动钢球部件的钢球操作轴轴线(43)沿着导向联动支架反向移动方向(77)倾斜，钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角β，偏移夹角β是锐角；钢球调速锥齿差速减速机构(118)运行时，内燃发动机(120)驱动输入轴(10)沿着输入轴旋转方向(71)旋转，输入轴(10)通过键条(9)驱动摩擦盘锥齿轮二(7)同方向旋转，摩擦盘锥齿轮二(7)的摩擦盘二驱动钢球部件的调速钢球(12)沿着调速钢球旋转方向(69)旋转，调速钢球(12)通过摩擦盘一驱动摩擦盘锥齿轮一(1)旋转，摩擦盘锥齿轮一旋转方向(82)与摩擦盘锥齿轮二旋转方向(79)相反；若钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)重合时，调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长等于调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球(12)旋转时摩擦盘二旋转速度等于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二(7)的内侧轮齿二(41)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度等于摩擦盘锥齿轮一(1)的内侧轮齿一(38)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度，行星锥齿轮(2)围绕行星轴轴线(4)自转，行星支架(6)处于静止状态，输出轴(16)输出转速为零，钢球调速锥齿差速减速机构(118)处于空转运行状态，实现内燃发动机(120)不停机时零转速输出；若钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角α，调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长大于调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球(12)旋转时摩擦盘二旋转速度大于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二(7)的内侧轮齿二(41)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度大于摩擦盘锥齿轮一(1)的内侧轮齿一(38)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮(2)围绕行星轴轴线(4)自转的同时，行星锥齿轮(2)还会围绕输出轴轴线(11)公转，行星锥齿轮(2)驱动行星支架(6)低转速旋转，行星支架(6)通过行星轴(5)驱动输出轴(16)低转速同方向旋转，输出轴(16)沿着输出轴正向旋转方向(76)旋转，钢球调速锥齿差速减速机构(118)处于正向减速运行状态；若钢球操作轴轴线(43)与输出轴垂直线(74)之间有偏移夹角β，调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘二接触轨迹的周长小于调速钢球(12)径向外表面与摩擦盘一接触轨迹的周长，调速钢球(12)旋转时摩擦盘二旋转速度小于摩擦盘一旋转速度，摩擦盘锥齿轮二(7)的内侧轮齿二(41)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度小于摩擦盘锥齿轮一(1)的内侧轮齿一(38)驱动行星锥齿轮(2)旋转速度，为了抵消该速度差，行星锥齿轮(2)围绕行星轴轴线(4)自转的同时，行星锥齿轮(2)还会围绕输出轴轴线(11)公转，行星锥齿轮(2)驱动行星支架(6)低转速旋转，行星支架(6)通过行星轴(5)驱动输出轴(16)低转速同方向旋转，输出轴(16)沿着输出轴反向旋转方向(78)旋转，钢球调速锥齿差速减速机构(118)处于反向减速运行状态；钢球调速锥齿差速减速机构(118)处于正向减速运行状态或者处于反向减速运行状态时，内燃发动机(120)依次通过离合器三(119)、钢球调速锥齿差速减速机构(118)、离合器四(117)、联接齿轮部件(114)的联接齿轮一(125)和联接齿轮二(127)驱动车用双锥齿差速减速机构(111)的耦合器行星支架(212)低转速旋转，耦合器行星支架(212)通过耦合器行星锥齿轮二(209)、耦合器输出锥齿轮一(208)、耦合器输出锥齿轮二(215)分别驱动耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)低转速同向旋转；耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)分别通过半轴一(115)驱动车轮一(116)旋转，通过半轴二(109)驱动车轮二(110)旋转，实现电动汽车向前行驶或者向后行驶；钢球调速锥齿差速减速机构(118)处于正向减速运行状态或者处于反向减速运行状态时，内燃发动机(120)旋转方向相同，钢球调速锥齿差速减速机构(118)在输入轴(10)不改变旋转方向和旋转速度时，通过改变钢球部件的钢球操作轴轴线(43)倾斜方向实现改变输出轴(16)旋转方向，通过改变钢球部件的钢球操作轴轴线(43)倾斜角度实现改变输出轴(16)旋转速度，并且实现钢球调速锥齿差速减速机构(118)从零转速逐渐提高输出转速；所述混合动力系统在增程驱动模式时，离合器一(107)、离合器二(108)处于接合状态，离合器三(119)、离合器四(117)处于分离状态，电源管理模块(102)使发电机(121)处于电动运行状态并启动内燃发动机(120)，然后电源管理模块(102)使发电机(121)处于发电运行状态，发电机(121)产生的电能通过电源管理模块(102)向电池组(101)充电，由整车控制器分别向电源管理模块(102)、电机控制器一(122)、电机控制器二(104)下达指令，从电池组(101)通过电源管理模块(102)向电机控制器一(122)和电机控制器二(104)供电，分别由电机控制器一(122)控制电动机一(105)旋转速度，由电机控制器二(104)控制电动机二(106)旋转速度，电动机一(105)和电动机二(106)通过车用双锥齿差速减速机构(111)驱动车轮一(116)和车轮二(110)旋转，实现电动汽车向前行驶或者向后行驶或者停止行驶；所述混合动力系统在串联混动模式时，离合器一(107)、离合器二(108)处于接合状态，离合器三(119)、离合器四(117)处于分离状态，电源管理模块(102)使发电机(121)处于电动运行状态并启动内燃发动机(120)，然后电源管理模块(102)使发电机(121)处于发电运行状态，发电机(121)产生的电能不向电池组(101)充电，发电机(121)产生的电能通过电源管理模块(102)向电机控制器一(122)和电机控制器二(104)供电，由整车控制器分别向电源管理模块(102)、电机控制器一(122)、电机控制器二(104)下达指令，分别由电机控制器一(122)控制电动机一(105)旋转速度，由电机控制器二(104)控制电动机二(106)旋转速度，电动机一(105)和电动机二(106)通过车用双锥齿差速减速机构(111)驱动车轮一(116)和车轮二(110)旋转，实现电动汽车向前行驶或者向后行驶或者停止行驶；所述混合动力系统在并联混动模式时，离合器一(107)、离合器二(108)处于接合状态，离合器三(119)、离合器四(117)处于接合状态，电源管理模块(102)使发电机(121)处于电动运行状态并启动内燃发动机(120)，然后电源管理模块(102)使发电机(121)的定子绕组断开电气连接，内燃发动机(120)运行时发电机(121)不发电；内燃发动机(120)依次通过离合器三(119)、钢球调速锥齿差速减速机构(118)、离合器四(117)、联接齿轮部件(114)的联接齿轮一(125)和联接齿轮二(127)驱动车用双锥齿差速减速机构(111)的耦合器行星支架(212)低转速旋转，与此同时，由整车控制器分别向电源管理模块(102)、电机控制器一(122)、电机控制器二(104)下达指令，从电池组(101)通过电源管理模块(102)向电机控制器一(122)和电机控制器二(104)供电，分别由电机控制器一(122)控制电动机一(105)旋转速度，由电机控制器二(104)控制电动机二(106)旋转速度，电动机一(105)和电动机二(106)驱动车用双锥齿差速减速机构(111)的耦合器行星支架(212)低转速旋转，并且使电动机一(105)和电动机二(106)驱动耦合器行星支架(212)旋转速度等于内燃发动机(120)驱动耦合器行星支架(212)旋转速度，耦合器行星支架(212)通过耦合器行星锥齿轮二(209)、耦合器输出锥齿轮一(208)、耦合器输出锥齿轮二(215)分别驱动耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)低转速同向旋转；耦合器输出轴一(205)和耦合器输出轴二(218)分别通过半轴一(115)驱动车轮一(116)旋转，通过半轴二(109)驱动车轮二(110)旋转，实现电动汽车向前行驶或者向后行驶或者停止行驶；所述混合动力系统在驻车充电模式时，离合器一(107)、离合器二(108)处于分离状态，离合器三(119)、离合器四(117)处于分离状态，内燃发动机(120)处于停止运行状态，车外的充电桩的电能依次通过充电接口(103)、电源管理模块(102)向电池组(101)充电；所述混合动力系统在驻车发电模式时，离合器一(107)、离合器二(108)处于分离状态，离合器三(119)、离合器四(117)处于分离状态，电源管理模块(102)使发电机(121)处于电动运行状态并启动内燃发动机(120)，然后电源管理模块(102)使发电机(121)处于发电运行状态，发电机(121)产生的电能通过电源管理模块(102)向电池组(101)充电。