CN104786823A

CN104786823A - 多档位混联式混合动力系统

Info

Publication number: CN104786823A
Application number: CN201510149347.7A
Authority: CN
Inventors: 柳少康; 王继新; 李研
Original assignee: Jilin University
Current assignee: Jilin University
Priority date: 2015-04-01
Filing date: 2015-04-01
Publication date: 2015-07-22
Anticipated expiration: 2035-04-01
Also published as: CN104786823B

Abstract

本发明公开了一种多档位混联式混合动力系统，是由发动机、输入轴、行星齿轮系、一号电机、二号电机、逆变器、动力电池、锁止器、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和离合器组成。所述行星齿轮系包括前排太阳轮、前排行星轮、前排齿圈、行星架、后排行星轮和后排齿圈；所述锁止器包括第一锁止器和第二锁止器；所述离合器包括第一离合器和第二离合器。本发明的工作模式较多，其中更多的纯电动模式使得本发明同样适用于插电式混合动力车辆；本发明在车辆高速行驶时，采用机械路径传递动力而避免使用电力路径，提高了车辆高速行驶时的传动效率，同时可降低对二号电机的转速需求，有利于二号电机的小型化。

Description

多档位混联式混合动力系统

技术领域

本发明涉及一种混合动力车辆的动力传动系统，特别涉及一种多档位混联式混合动力系统。

背景技术

当前混联式混合动力技术主要以丰田混合动力系统为代表。该系统在车辆高速行驶时，行星齿轮系内部存在功率循环，致使其在高速工况下传动效率较低；另外，该系统的驱动电机到车轮之间只有一个固定速比，严重限制车辆的纯电驱动能力。由此可见，混合动力车辆动力耦合装置的结构还需进行改进。

发明内容

本发明的目的是提供一种多档位混联式混合动力系统。

本发明由发动机、输入轴、行星齿轮系、一号电机、二号电机、逆变器、动力电池、锁止器、第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮、第五齿轮和离合器组成。所述发动机与输入轴连接，输入轴与行星架连接；所述行星齿轮系包括前排太阳轮、前排行星轮、前排齿圈、行星架、后排行星轮和后排齿圈，其中前排行星轮和后排行星轮同轴固连；所述一号电机与前排太阳轮连接，二号电机与后排齿圈连接；所述动力电池通过逆变器分别与一号电机、二号电机电连接；所述锁止器包括第一锁止器和第二锁止器，其中第一锁止器一端与输入轴连接，另一端固连于车架，第二锁止器一端与一号电机连接，另一端固连于车架；所述第一齿轮与前排齿圈同轴固连，第二齿轮与第一齿轮啮合；所述第五齿轮与后排齿圈同轴固连，第四齿轮与第五齿轮啮合；所述离合器包括第一离合器和第二离合器，第一离合器主动部分与第二齿轮连接，从动部分与第三齿轮连接，第二离合器主动部分与第四齿轮连接，从动部分与第三齿轮连接。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1、本发明的工作模式较多，其中更多的纯电动模式使得本发明同样适用于插电式混合动力车辆；

2、本发明在车辆高速行驶时，完全采用机械路径传递动力而避免使用电力路径，提高了车辆高速行驶时的传动效率；

3、本发明在车辆高速行驶时，完全采用机械传动而避免了在高速状态下使用电机，可降低对二号电机的转速需求，有利于二号电机的小型化。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1是本发明的结构组成与工作原理示意图。

图2是本发明驻车发动机启动模式的动力传递路线图。

图3是本发明低速行车发动机启动模式的动力传递路线图。

图4是本发明高速行车发动机启动模式的动力传递路线图。

图5是本发明低速纯电驱动的动力传递路线图。

图6是本发明高速纯电驱动的动力传递路线图。

图7是本发明低速发动机单独驱动模式的动力传递路线图。

图8是本发明中速发动机单独驱动模式的动力传递路线图。

图9是本发明高速发动机单独驱动模式的动力传递路线图。

图10是本发明功率分流模式的动力传递路线图。

图11是本发明联合驱动模式的动力传递路线图。

图12是本发明发动机关闭时低速再生制动模式的动力传递路线图。

图13是本发明发动机关闭时高速再生制动模式的动力传递路线图。

图14是本发明发动机运转时低速再生制动模式的动力传递路线图。

图15是本发明发动机运转时高速再生制动模式的动力传递路线图。

图中：1.发动机，2.输入轴，3.第一锁止器，4.前排太阳轮，5.行星架，6.前排齿圈，7.前排行星轮，8.后排齿圈，9.后排行星轮，10.二号电机，11.一号电机，12.第二锁止器，13.逆变器，14.动力电池，15.第五齿轮，16.第四齿轮，17.第二离合器，18.第三齿轮，19.第一离合器，20.第二齿轮，21.第一齿轮。

具体实施方式

请参阅图1所示，为本发明的实施例，该实施例由发动机1、输入轴2、行星齿轮系、一号电机11、二号电机10、逆变器13、动力电池14、锁止器、第一齿轮21、第二齿轮20、第三齿轮18、第四齿轮16、第五齿轮15和离合器组成。所述发动机1与输入轴2连接，输入轴2与行星架5连接；所述行星齿轮系包括前排太阳轮4、前排行星轮7、前排齿圈6、行星架5、后排行星轮9和后排齿圈8，其中前排行星轮7和后排行星轮9同轴固连；所述一号电机11与前排太阳轮4连接，二号电机10与后排齿圈8连接；所述动力电池14通过逆变器13分别与一号电机11、二号电机10电连接；所述锁止器包括第一锁止器3和第二锁止器12，其中第一锁止器3一端与输入轴2连接，另一端固连于车架，第二锁止器12一端与一号电机11连接，另一端固连于车架；所述第一齿轮21与前排齿圈6同轴固连，第二齿轮20与第一齿轮21啮合；所述第五齿轮15与后排齿圈8同轴固连，第四齿轮16与第五齿轮15啮合；所述离合器包括第一离合器19和第二离合器17，第一离合器19主动部分与第二齿轮20连接，从动部分与第三齿轮18连接，第二离合器17主动部分与第四齿轮16连接，从动部分与第三齿轮18连接。

本发明的工作过程和原理如下：

1．发动机启动模式

根据整车运行状况，发动机启动模式分为驻车启动、低速行车启动和高速行车启动三种子模式。发动机驻车启动模式的动力传递路线如图2，发动机低速行车启动模式的动力传递路线如图3，发动机高速行车启动模式的动力传递路线如图4。

这三种子模式的共同特征是：

第一锁止器3和第二锁止器12分离，动力电池14放电，一号电机11以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经前排太阳轮4、前排行星轮7、行星架5和输入轴2传递到发动机1，发动机1启动。

三种子模式的区别是：

在发动机驻车启动模式下，前排齿圈6固定，后排齿圈8和二号电机10空转。在发动机低速行车启动模式下，第一离合器19接合，第二离合器17分离；二号电机10以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经后排齿圈8、后排行星轮9、前排行星轮7、前排齿圈6、第一齿轮21、第二齿轮20、第一离合器19和第三齿轮18，最终传递至驱动车轮。在发动机高速行车启动模式下，第一离合器19分离，第二离合器17接合；二号电机10以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经第五齿轮15、第四齿轮16、第二离合器17和第三齿轮18，最终传递至驱动车轮。

2．纯电驱动模式

纯电驱动模式主要用于当动力电池14处于电量消耗状态时，车辆的纯电动零排放行驶。根据整车行驶功率需求，纯电驱动模式分为低速纯电驱动和高速纯电驱动两种子模式，其中低速纯电驱动模式的动力传递路线如图5，高速纯电驱动模式的动力传递路线如图6。

两种子模式的共同特征是：

第一锁止器3接合，第二锁止器12分离；发动机1、输入轴2和行星架5固定；动力电池14放电，二号电机10以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经齿轮系最终传递至输出车轮；前排太阳轮4和一号电机11空转。

两种子模式的区别是：

在低速纯电驱动模式下，第一离合器19接合，第二离合器17分离；二号电机10产生的动力经后排齿圈8、后排行星轮9、前排行星轮7、前排齿圈6、第一齿轮21、第二齿轮20、第一离合器19和第三齿轮18，最终传递至驱动车轮。在高速纯电驱动模式下，第一离合器19分离，第二离合器17接合；二号电机10产生的动力经第五齿轮15、第四齿轮16、第二离合器17和第三齿轮18，最终传递至驱动车轮

3．发动机单独驱动模式

根据整车运行状况，发动机单独驱动模式分为低速发动机单独驱动、中速发动机单独驱动和高速发动机单独驱动三种子模式。低速发动机单独驱动模式主要用于车辆低速行驶，整车行驶功率需求低于发动机在高效区所能提供的最小功率，且动力电池14荷电状态（SOC）值较低致使其无法正常输出电能时的工况，动力传递路线如图7；中速发动机单独驱动模式主要用于车辆中速行驶，整车行驶功率需求处于发动机高效区时的工况，动力传递路线如图8；高速发动机单独驱动模式主要用于车辆高速行驶，整车行驶功率需求处于发动机高效区时的工况，动力传递路线如图9。

这三种子模式的共同特征是：

第一锁止器3分离；发动机1工作，车辆行驶所需全部动力均来自于发动机1。

三种子模式的区别是：

在低速发动机单独驱动模式下，第一离合器19接合，第二锁止器12和第二离合器17分离；一号电机11以发电机的形式工作，将机械能转化为电能，使发动机1输出的动力一部分用于驱动车辆行驶，另一部分以电能的形式充入动力电池14内；后排行星轮9、后排齿圈8、第五齿轮15、第四齿轮16和二号电机10空转；此时车辆处于电子无级变速状态。在中速发动机单独驱动模式下，第二锁止器12和第一离合器19接合，第二离合器17分离；前排太阳轮4和一号电机11固定；发动机1输出的动力全部用于驱动车辆行驶，动力经输入轴2、行星架5、前排行星轮7、前排齿圈6、第一齿轮21、第二齿轮20、第一离合器19和第三齿轮18，最终传递至驱动车轮；后排行星轮9、后排齿圈8、第五齿轮15、第四齿轮16和二号电机10空转。在高速发动机单独驱动模式下，第二锁止器12和第二离合器17接合，第一离合器19分离；前排太阳轮4和一号电机11固定；发动机1输出的动力全部用于驱动车辆行驶，动力经输入轴2、行星架5、后排行星轮9、后排齿圈8、第五齿轮15、第四齿轮16、第二离合器17和第三齿轮18，最终传递至驱动车轮；二号电机10空转。

需要指出的是，高速发动机单独驱动模式下的齿轮减速比和中速发动机单独驱动模式下的齿轮减速比相比较小。此时发动机在高效区工作，无需进行功率分流，车辆行驶的动力全部来自于发动机1。因此本发明在车辆高速行驶时，完全采用机械路径传递动力而避免使用电力路径，提高了车辆高速行驶时的传动效率；另外还避免了在高速状态下使用电机，可降低对二号电机的转速需求，有利于二号电机的小型化。

4．功率分流模式

功率分流模式主要用于车辆低速时加速或爬坡，整车行驶转矩需求大于发动机在高效区所能提供的最大转矩时的工况，动力传递路线如图10。

在此模式下，第一锁止器3、第二锁止器12和第二离合器17分离，第一离合器19接合；发动机1输出部分动力经输入轴2、行星架5、前排行星轮7、前排齿圈6、第一齿轮21、第二齿轮20、第一离合器19和第三齿轮18，最终传递至驱动车轮；一号电机11以发电机的形式工作，将机械能转化为电能，使发动机1输出的部分动力转化为电能；二号电机10以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经后排齿圈8、后排行星轮9与发动机的动力在前排行星轮7上进行耦合，与发动机1共同提供牵引力，此时车辆处于电子无级变速状态；动力电池14根据整车功率需求确定充放电状态。

5．联合驱动模式

联合驱动模式主要用于车辆中速时加速或爬坡，整车行驶转矩需求大于发动机在高效区所能提供的最大转矩时的工况，动力传递路线如图11。

在此模式下，第一锁止器3和第二离合器17分离，第二锁止器12和第一离合器19接合；前排太阳轮4和一号电机11固定；发动机1输出的动力经输入轴2、行星架5、前排行星轮7、前排齿圈6、第一齿轮21、第二齿轮20、第一离合器19和第三齿轮18，最终传递至驱动车轮；动力电池14放电，二号电机10以电动马达的形式工作，将电能转化为机械能，产生的动力经后排齿圈8、后排行星轮9与发动机的动力在前排行星轮7上进行耦合，与发动机1共同提供牵引力。

6．再生制动模式

当动力电池14处于正常工作状态时，可进行再生制动。根据整车运行状况，再生制动模式分为发动机关闭时再生制动模式和发动机运转时再生制动模式。发动机关闭时再生制动模式主要用于纯电驱动模式下的制动，根据车速不同，可细分为发动机关闭时低速再生制动模式和发动机关闭时高速再生制动模式两种子模式，动力传递路线分别如图12和13。

发动机关闭时再生制动的两种子模式的共同特征是：

第一锁止器3接合，第二锁止器12分离；发动机1、输入轴2和行星架5固定；二号电机10以发电机的形式工作，并提供制动力，车辆动能转化为电能充入动力电池14中。

发动机关闭时再生制动的两种子模式的区别是：

在发动机关闭时低速再生制动模式下，第一离合器19接合，第二离合器17分离；车辆惯性力经第三齿轮18、第一离合器19、第二齿轮20、第一齿轮21、前排齿圈6、前排行星轮7、后排行星轮9和后排齿圈8，最终传递至二号电机10。在发动机关闭时高速再生制动模式下，第一离合器19分离，第二离合器17接合；车辆惯性力经第三齿轮18、第二离合器17、第四齿轮16和第五齿轮15，最终传递至二号电机10。

发动机运转时再生制动模式主要用于非纯电驱动模式下的制动，根据车速不同，可细分为发动机运转时低速再生制动模式和发动机运转时高速再生制动模式两种子模式，动力传递路线分别如图14和15。

发动机运转时再生制动的两种子模式的共同特征是：

第一锁止器3和第二锁止器12分离；发动机1提供反拖制动力矩；二号电机10以发电机的形式工作，并提供制动力，车辆动能转化为电能充入动力电池14中。

发动机运转时再生制动的两种子模式的区别是：

在发动机运转时低速再生制动模式下，第一离合器19接合，第二离合器17分离；车辆惯性力经第三齿轮18、第一离合器19、第二齿轮20、第一齿轮21、前排齿圈6、前排行星轮7、后排行星轮9和后排齿圈8，最终传递至二号电机10。在发动机运转时高速再生制动模式下，第一离合器19分离，第二离合器17接合；车辆惯性力经第三齿轮18、第二离合器17、第四齿轮16和第五齿轮15，最终传递至二号电机10。

需要指出的是，当电机不足以提供所需制动力矩时，车辆将采用再生制动和摩擦制动共同作用的联合制动模式。

Claims

1.一种多档位混联式混合动力系统，其特征在于：是由发动机（1）、输入轴（2）、行星齿轮系、一号电机（11）、二号电机（10）、逆变器（13）、动力电池（14）、锁止器、第一齿轮（21）、第二齿轮（20）、第三齿轮（18）、第四齿轮（16）、第五齿轮（15）和离合器组成；所述发动机（1）与输入轴（2）连接，输入轴（2）与行星架（5）连接；所述行星齿轮系包括前排太阳轮（4）、前排行星轮（7）、前排齿圈（6）、行星架（5）、后排行星轮（9）和后排齿圈（8），其中前排行星轮（7）和后排行星轮（9）同轴固连；所述一号电机（11）与前排太阳轮（4）连接，二号电机（10）与后排齿圈（8）连接；所述动力电池（14）通过逆变器（13）分别与一号电机（11）、二号电机（10）电连接；所述锁止器包括第一锁止器（3）和第二锁止器（12），其中第一锁止器（3）一端与输入轴（2）连接，另一端固连于车架，第二锁止器（12）一端与一号电机（11）连接，另一端固连于车架；所述第一齿轮（21）与前排齿圈（6）同轴固连，第二齿轮（20）与第一齿轮（21）啮合；所述第五齿轮（15）与后排齿圈（8）同轴固连，第四齿轮（16）与第五齿轮（15）啮合；所述离合器包括第一离合器（19）和第二离合器（17），第一离合器（19）主动部分与第二齿轮（20）连接，从动部分与第三齿轮（18）连接，第二离合器（17）主动部分与第四齿轮（16）连接，从动部分与第三齿轮（18）连接。