CN106042888B - 一种混合动力驱动系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力驱动系统及其驱动方法，包括：发动机，其动力输出端与第一行星齿轮机构连接；第一电机，其输出端通过第一离合器连接到第一行星齿轮机构；第二电机，其输出端通过第二离合器连接到第二行星齿轮机构，第一行星齿轮机构的动力通过第二行星齿轮机构输出，第二行星齿轮机构的总输出端设置有测速器；混合控制模块，其通过控制离合器控制第一电机和第二电机与发动机差速双轴输出或共轴输出，本案的混合动力驱动系统采用双电机、双行星架结构，发动机可全程参与工作；可以发动机E直接驱动车辆(单轴输入)；还可以发动机与第一电机差速输入(双轴输入)，第二电机实时调节扭矩使发动机工作在更优的燃油经济区。

Description

一种混合动力驱动系统及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力驱动系统及其驱动方法，具体涉及发动机和电动机混动的混合动力系统及其驱动方法。
背景技术
混合动力就是指汽车使用汽油驱动和电力驱动两种驱动方式。优点在于车辆启动停止时，只靠电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，便能使发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低。而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。
随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并已有商业化运转的模式，只有混合动力汽车。
混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统，现有的混动系统有的比较复杂，有的燃油经济比不高，不能满足现有市场需要。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为克服上述问题，提供一种结构简单、燃油经济比高的混合动力驱动系统及其驱动方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种混合动力驱动系统，包括：
发动机，其动力输出端与第一行星齿轮机构连接；
第一电机，其输出端通过第一离合器连接到所述第一行星齿轮机构；
第二电机，其输出端通过第二离合器连接到第二行星齿轮机构，所述第二行星齿轮机构与所述第一行星齿轮机构连接，所述第一行星齿轮机构的动力通过所述第二行星齿轮机构输出，所述第二行星齿轮机构的输出端为总输出端，其上设置有测速器；
混合控制模块，其通过控制离合器控制所述第一电机和第二电机与发动机差速双轴输出或共轴输出。
优选地，所述第一离合器和第二离合器还连接有制动器；所述第一电机和第二电机都与电能存储装置连接，所述电能存储装置还与所述混合控制模块连接。
优选地，所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架、第一齿圈；所述第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架、第二齿圈；发动机的动力输出端与第一行星架相连接，第一电机的动力输出端与第一太阳轮相连接，第一太阳轮还通过第一离合器与第一行星架可结合或分离的连接，第一太阳轮与第一行星轮啮合，第一行星轮与第一齿圈啮合；第一齿圈与第二太阳轮固定连接，第二电机动力输出端与第二太阳轮连接，第二太阳轮还通过第二离合器与第二齿圈可结合或分离的连接，第二太阳轮与第二行星轮啮合，第二行星轮与第二齿圈啮合，第二齿圈还通过第一制动器与壳体可结合或分离连接；第二行星架用于将所述混合动力驱动系统的动力输出。
优选地，所述第二电机的输出端和第二太阳轮之间还设置有第三离合器，所述第一电机的输出端还连接有第二制动器。
一种采用以上所述混合动力驱动系统的驱动方法，所述混合控制模块根据所述测速器测得的总输出端转速，将输出模式分为低速启动模式、低速加速模式、中速行使模式和高速行使模式。
优选地，所述低速启动模式具体为：当启动坡度超过20度，并且没有速度要求，所述发动机的动力和第一电机的动力通过所述第一行星齿轮机构耦合，输出至第二行星齿轮机构，再与第二电机M2的动力一起通过第二行星齿轮机构将最终驱动力输出。
优选地，所述低速加速模式具体为：当启动坡度低于15度，且总输出端转速从0rpm到585rpm时，起步阶段采用第二电机单独输出，当转速超过117rpm时，第一电机与发动机差速再与第二电机同时输出；当转速超过585rpm，发动机可以直接输出扭矩，不需要差速。
优选地，所述中速行使模式具体为：当总输出端转速为585rpm到1800rpm，此时利用第二电机发电并调节发动机扭矩到高效区，第一电机调速，将发动机拉回经济燃油区，第一电机在调速的同时也可以发电。
优选地，所述高速行使模式具体为：当总输出端转速为1800rpm到2500rpm，第二离合器结合，第一制动器分离，第二离合器输出端实现1∶1，如果需要提高加速性能，第二电机可参与工作，如电量高第一电机可调速使发动机工作在更经济的油耗区。
优选地，还包括驻车发电模式：
a)快发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于30％时，进行快速发电模式；
b)慢发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于60％时，进行慢速发电模式。
本发明的有益效果是：本发明的混合动力驱动系统采用双电机、双行星架结构，发动机可全程参与工作；可以发动机E直接驱动车辆(单轴输入)；还可以发动机与第一电机差速输入(双轴输入)，第二电机实时调节扭矩使发动机工作在更优的燃油经济区。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明一个实施例的结构示意图；
图2是本发明一个实施例的结构示意图；
图3是本发明发动机的万有特性曲线图。
图中标记：1-发动机，2-第一电机，3-第二电机，4-第一行星齿轮机构，5-第二行星齿轮机构，6-第一离合器，7-第二离合器，8-第一制动器，9-壳体，10-第三离合器，11-第二制动器，41-第一齿圈，42-第一行星轮，43-第一行星架，44-第一太阳轮，51-第二齿圈，52-第二行星轮，53-第二行星架，54-第二太阳轮。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1所示的本发明所述一种混合动力驱动系统，包括：
发动机1，其动力输出端与第一行星齿轮机构4连接，所述发动机1可采用现有的任何型号发动机1，具体根据实际的应用进行选择；
第一电机2，其输出端通过第一离合器6连接到所述第一行星齿轮机构4；
第二电机3，其输出端通过第二离合器7连接到第二行星齿轮机构5，所述第一电机2和第二电机3在本实施例中优选的采用直流无刷电机，但不限定于此，还可根据需要进行选择别的电机，所述第二行星齿轮机构5与所述第一行星齿轮机构4连接，所述第一行星齿轮机构4的动力通过所述第二行星齿轮机构5输出，所述第二行星齿轮机构5的输出端设置有测速器，所述测速器用于测量整个混动系统的输出端的转速；
所述第一行星齿轮机构4优选的包括第一太阳轮44、第一行星轮42、第一行星架43、第一齿圈41；所述第二行星齿轮机构5包括第二太阳轮54、第二行星轮52、第二行星架53、第二齿圈51；发动机1的动力输出端与第一行星架43相连接，第一电机2的动力输出端与第一太阳轮44相连接，第一太阳轮44还通过第一离合器6与第一行星架43可结合或分离的连接，第一太阳轮44与第一行星轮42啮合，第一行星轮42与第一齿圈41啮合；第一齿圈41与第二太阳轮54固定连接，第二电机3动力输出端与第二太阳轮54连接，第二太阳轮54还通过第二离合器7与第二齿圈51可结合或分离的连接，第二太阳轮54与第二行星轮52啮合，第二行星轮52与第二齿圈51啮合，第二齿圈51还通过第一制动器8与壳体9可结合或分离连接；第二行星架53用于将所述混合动力驱动系统的动力输出。
混合控制模块，其通过控制离合器控制所述第一电机2和第二电机3与发动机1差速双轴输出或共轴输出，所述混合控制模块在本实施例中优选的包括整车控制器、发动机1管理系统EMS和电机控制器PCU，分别可根据所述测速器测得的输出转速，来控制发动机1和第一、第二电机3的输出功率，并且控制其输出方式，使本混动系统始终处于最经济的输出状态。
实施例2
如图2所示的本发明所述一种混合动力驱动系统，发动机1，其动力输出端与第一行星齿轮机构4连接，所述发动机1可采用现有的任何型号发动机1，具体根据实际的应用进行选择；
第一电机2，其输出端通过第一离合器6连接到所述第一行星齿轮机构4；
第二电机3，其输出端通过第二离合器7连接到第二行星齿轮机构5，所述第一电机2和第二电机3在本实施例中优选的采用直流无刷电机，但不限定于此，所述第二行星齿轮机构5与所述第一行星齿轮机构4连接，所述第一行星齿轮机构4的动力通过所述第二行星齿轮机构5输出，所述第二行星齿轮机构5的输出端设置有测速器；
所述第一行星齿轮机构4包括第一太阳轮44、第一行星轮42、第一行星架43、第一齿圈41；所述第二行星齿轮机构5包括第二太阳轮54、第二行星轮52、第二行星架53、第二齿圈51；发动机1的动力输出端与第一行星架43相连接，第一电机2的动力输出端与第一太阳轮44相连接，第一太阳轮44还通过第一离合器6与第一行星架43可结合或分离的连接，第一太阳轮44与第一行星轮42啮合，第一行星轮42与第一齿圈41啮合；第一齿圈41与第二太阳轮54固定连接，第二电机3动力输出端与第二太阳轮54连接，第二太阳轮54还通过第二离合器7与第二齿圈51可结合或分离的连接，第二太阳轮54与第二行星轮52啮合，第二行星轮52与第二齿圈51啮合，第二齿圈51还通过第一制动器8与壳体9可结合或分离连接；第二行星架53用于将所述混合动力驱动系统的动力输出；所述第二电机3的输出端和第二太阳轮54之间还设置有第三离合器10，所述第一电机2的输出端还连接有第二制动器11；
本实施例中，增加第三离合器10的优点是：不会在切换传动比的时候动力断档，当大传动比向1∶1切换时第一制动器8断开，这时如果采用实施例1中的方案，输入输出动力会断开，但新的方案可以将第三离合器10断开，第二离合器7闭合，由第二电机3驱动齿圈，其余动力通过第二太阳轮54输入，三个轴转速调整到一样过后，再将第三离合器10闭合，这样在整个切换过程不会动力断档；
增加第二制动器11的优点是：扩大了发动机1直接驱动的工作范围，因为发动机1在2000转以上就会脱离经济工作区，所以当输出转速高于2000rpm，可以将第一离合器6断开，第二制动器11闭合，这相当于第一太阳轮44闭锁，动力通过第一行星架43输入，齿圈输出，这相当于一个增速机构，可以扩大发动机1的工作范围。
混合控制模块，其通过控制离合器控制所述第一电机2和第二电机3与发动机1差速双轴输出或共轴输出。
所述第一电机2和第二电机3都与电能存储装置连接，用于存储两个电机发的电，所述电能存储装置还与所述混合控制模块连接。
实施例3
一种采用以上所述混合动力驱动系统的驱动方法，所述混合控制模块根据所述测速器测得的输出端转速，将输出模式分为低速启动模式、低速加速模式、中速行使模式和高速行使模式。
所述低速启动模式具体为：当启动坡度超过20度，并且没有速度要求，所述发动机1的动力和第一电机2的动力通过所述第一行星齿轮机构4耦合，输出至第二行星齿轮机构5，再与第二电机3的动力一起通过第二行星齿轮机构5将最终驱动力输出；
在此模式下，第一离合器6和第二离合器7分离，第一制动器8结合，发动机1的动力和第一电机2的动力通过第一行星齿轮机构4耦合，输出至第二行星齿轮机构5的太阳轮，再与第二电机3的动力一起通过第二行星齿轮机构5将最终驱动力输出以驱动车辆，可实现坡道启动、加速工作或持续工作。
所述低速加速模式具体为：当启动坡度低于15度，且总输出端转速从0rpm到585rpm时，即对应的启动速度为从0kph加速到25kph，起步阶段采用第二电机3单独输出，当转速超过117rpm时，即当时速超过5kph时，第一电机2与发动机1差速再与第二电机3同时输出；当转速超过585rpm，即当时速超过12kph时，发动机1可以直接输出扭矩，不需要差速。
此模式下，当采用第二电机3单独输出时，第二离合器7分离，第一制动器8结合，发动机1和第一电机2不工作；
当采用第一电机2与发动机1差速再与第二电机3同时输出时，第一和第二离合器7分离，第一制动器8结合，发动机1、第一电机2、第二电机3同时工作；
当发动机1直接输出扭矩，不需要差速时，第二离合器7结合，第一电机2不工作，第二离合器7分离，第一制动器8结合，第二电机3可工作也可不工作。
所述中速行使模式具体为：当总输出端转速为585rpm到1800rpm，此时利用第二电机3发电并调节发动机1扭矩到高效区，第一电机2调速，将发动机1拉回经济燃油区，第一电机2在调速的同时也可以发电；
如果负载适中则采用1∶1输入。
所述高速行使模式具体为：当总输出端转速为1800rpm到2500rpm，第二离合器7结合，第一制动器8分离，第二离合器7输出端实现1∶1，如果需要提高加速性能，第二电机3可参与工作，如电量高第一电机2可调速使发动机1工作在更经济的油耗区；
此模式可实现a)可差速工作、b)可持续工作、c)发动机1可全程工作、d)1∶1工作发动机1调速、差速发动机1和第二电机3共同调速、第一电机2调节扭矩。
还包括驻车发电模式：
a)快发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于30％时，进行快速发电模式；
b)慢发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于60％时，进行慢速发电模式，驻车时发动机1继续输出能量会被浪费，本混动系统在驻车的时候，通过发动机1带动第一和第二电机3转动，然后通过两个电机发电，将电能存储在车载储能装置中，所述车载储能装置优选的为充电电池，可根据车辆行驶要求选择其容量大小，并且可通过上述两种快慢的充电模式进行充电，保证电机在前进的过程中电量充足。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种混合动力驱动系统，其特征在于，包括：
发动机，其动力输出端与第一行星齿轮机构连接；
第一电机，其输出端通过第一离合器连接到所述第一行星齿轮机构；
第二电机，其输出端通过第二离合器连接到第二行星齿轮机构，所述第二行星齿轮机构与所述第一行星齿轮机构连接，所述第一行星齿轮机构的动力通过所述第二行星齿轮机构输出，所述第二行星齿轮机构的输出端为总输出端，其上设置有测速器；
混合控制模块，其通过控制离合器控制所述第一电机和第二电机与发动机差速双轴输出或共轴输出，所述第一离合器和第二离合器还连接有制动器；所述第一电机和第二电机都与电能存储装置连接，所述电能存储装置还与所述混合控制模块连接，所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星轮、第一行星架、第一齿圈；所述第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、第二行星轮、第二行星架、第二齿圈；发动机的动力输出端与第一行星架相连接，第一电机的动力输出端与第一太阳轮相连接，第一太阳轮还通过第一离合器与第一行星架可结合或分离的连接，第一太阳轮与第一行星轮啮合，第一行星轮与第一齿圈啮合；第一齿圈与第二太阳轮固定连接，第二电机动力输出端与第二太阳轮连接，第二太阳轮还通过第二离合器与第二齿圈可结合或分离的连接，第二太阳轮与第二行星轮啮合，第二行星轮与第二齿圈啮合，第二齿圈还通过第一制动器与壳体可结合或分离连接。
2.如权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第二电机的输出端和第二太阳轮之间还设置有第三离合器，所述第一电机的输出端还连接有第二制动器。
3.一种采用权利要求1-2任一项所述混合动力驱动系统的驱动方法，其特征在于，所述混合控制模块根据所述测速器测得的总输出端转速，将输出模式分为低速启动模式、低速加速模式、中速行使模式和高速行使模式。
4.如权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，所述低速启动模式具体为：当启动坡度超过20度，并且没有速度要求，所述发动机的动力和第一电机的动力通过所述第一行星齿轮机构耦合，输出至第二行星齿轮机构，再与第二电机M2的动力一起通过第二行星齿轮机构将最终驱动力输出。
5.如权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，所述低速加速模式具体为：当启动坡度低于15度，且总输出端转速从0rpm到585rpm时，起步阶段采用第二电机单独输出，当转速超过117rpm时，第一电机与发动机差速再与第二电机同时输出；当转速超过585rpm，发动机可以直接输出扭矩，不需要差速。
6.如权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，所述中速行使模式具体为：当总输出端转速为585rpm到1800rpm，此时利用第二电机发电并调节发动机扭矩到高效区，第一电机调速，将发动机拉回经济燃油区，第一电机在调速的同时也可以发电。
7.如权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，所述高速行使模式具体为：当总输出端转速为1800rpm到2500rpm，第二离合器结合，第一制动器分离，第二离合器输出端实现1:1，如果需要提高加速性能，第二电机可参与工作，如电量高第一电机可调速使发动机工作在更经济的油耗区。
8.如权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，还包括驻车发电模式：
a)快发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于30％时，进行快速发电模式；
b)慢发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于60％时，进行慢速发电模式。
9.如权利要求4-7任一项所述的驱动方法，其特征在于，还包括驻车发电模式：
a)快发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于30％时，进行快速发电模式；
b)慢发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于60％时，进行慢速发电模式。
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