CN107215195A - 一种集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统和控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统，该系统包括发动机、离合器、双电机以及单排行星齿轮机构，通过离合器控制发动机与单排行星齿轮结构闭合或分离，双电机通过单排行星齿轮机构向轮胎进行电驱动。本发明还公开了一种使用集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的控制方法，从而使得整个集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统可工作于纯电动模式、增程模式或怠速模式、混合动力模式等。相对于现有技术，本发明技术方案结构简单、节省空间、方便布置，能够克服现有技术中并联式混合动力汽车以及动力总成尺寸空间大、结构复杂等缺点，并且可通过选择不同的减速齿轮传动比驱动，提高低速下纯电的动力性及高速时纯电经济性。

Description

一种集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统和控制方法
技术领域
本发明涉及汽车混合动力技术领域，特别涉及一种集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统和控制方法。
背景技术
随着石油资源的日渐匮乏、人们环保意识的逐渐提高以及越来越严格的环保保护法规要求，迫切需要可节省能源和低排放甚至是零排放的绿色环保汽车。为此，世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度开发各种不同类型的新能源汽车，新能源汽车与传统内燃机汽车相比，使用了两种或以上能源来源的车辆。
最为常见的油电混合动力汽车是指同时拥有发动机和电动机，依靠发动机消耗燃油，牵动电动机则消耗动力电池的电能。近年来，混合动力汽车的动力驱动系统以及工作模式已经成为研究热点。
由于混合动力系统涉及传统发动机驱动以及电动机驱动，在结构上往往比较复杂，占用空间比较大，会影响到车辆的其他部件布置。一方面，目前比较主流的电机并联式混合动力系统中，普遍技术中的电机是采用盘式结构，安装在发动机与变速器之间，占用一定轴向尺寸，造成动力总成轴向长度过大、整车布置困难。同时受到尺寸限制，电机功率一般不大，纯电动下动力性能较差。
发明内容
本发明的目的是提出一种结构简单、节省空间、方便布置的集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统，本发明还提出一种使用集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的控制方法。
为实现上述目的，本发明提出的一种集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统，包括发动机，所述发动机动力输出端通过输出轴与离合器一端相连，所述离合器另一端与传动轴相连，所述传动轴的另一端与第一电机的输出端相连，所述传动轴的中部固定连接有太阳轮，所述太阳轮与所述离合器之间设置有侧面设有内齿轮的齿圈套于所述传动轴外周形成转动副，所述太阳轮与所述齿圈之间设有行星齿轮分别与所述太阳轮的外齿轮以及所述齿圈的内齿轮啮合传动，所述太阳轮与所述第一电机之间设有行星架套于所述传动轴外周形成转动副，所述行星架端部侧面与所述行星齿轮中心相连形成转动副；所述动力系统还包括第二电机，所述第二电机的动力输出端向外依次设有第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述齿圈外齿轮啮合传动。
优选地，所述第一电机和所述第二电机均与电池电连接。
优选地，所述发动机与所述离合器之间设有减震器，所述减震器分别通过轴段与所述发动机以及所述离合器相连。
优选地，所述第二齿轮与设置于两个轮毂之间轮毂传动轴中部的第三齿轮啮合传动。
优选地，所述第三齿轮两侧均设有差速器与所述轮毂传动轴相连。
本发明还提出一种使用所述集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的控制方法，包括以下步骤：
1)判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；
2)当电池的SOC值高于第一阈值时，车辆进入纯电动模式；当电池的SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，车辆进入增程模式或怠速模式；当电池的SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，车辆进入混合动力模式；
3)车辆制动过程中，所述第一电机和所述第二电机产生制动力矩并产生感应电流以向电池充电。
本发明技术方案中，发动机动力输出端通过输出轴与离合器一端相连，离合器另一端与传动轴相连，传动轴的另一端与第一电机的输出端相连，传动轴的中部固定连接有太阳轮，太阳轮与离合器之间设置有侧面设有内齿轮的齿圈套于传动轴外周形成转动副，太阳轮与齿圈之间设有行星齿轮分别与太阳轮的外齿轮以及齿圈的内齿轮啮合传动，太阳轮与第一电机之间设有行星架套于传动轴外周形成转动副，行星架端部侧面与行星齿轮中心相连形成转动副；动力系统还包括第二电机，第二电机的动力输出端向外依次设有同轴传动的第一齿轮和第二齿轮，第一齿轮与齿圈外齿轮啮合传动。本发明技术方案中，发动机、第一电动机以及第二电动机通过对应的结构进行配合动作，从而使得整个集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统中，当电池的SOC值高于第一阈值时，车辆进入纯电动模式；当电池的SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，车辆进入增程模式或怠速模式；当电池的SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，车辆进入混合动力模式。
相对于现有技术，本发明技术方案的结构简单、节省空间、方便布置，能够克服现有技术中并联式混合动力汽车以及动力总成尺寸空间大、结构复杂等缺点。当集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统处于纯电动模式时，可以通过选择不同的减速齿轮传动比驱动，提高了低速下纯电的动力性及高速时纯电经济性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本发明集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的结构示意图；
图2为本发明动力系统处于第一种纯发动机模式的结构示意图；
图3为本发明动力系统处于第二种纯发动机模式的结构示意图；
图4为本发明动力系统处于第三种纯发动机模式的结构示意图；
图5为本发明动力系统处于增程模式的结构示意图；
图6为本发明动力系统处于怠速模式的结构示意图；
图7为本发明动力系统处于第一种混合动力模式的结构示意图；
图8为本发明动力系统处于第二种混合动力模式的结构示意图。
附图标号说明：
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
本发明提出一种集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统。
请参见图1，本发明实施例中，集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统包括发动机1，发动机1的动力输出轴4端与减震器2的一端相连，减震器2的另一端与离合器3的一端相连，离合器3的另一端与传动轴9相连，传动轴9的另一端与第一电机10的输出端相连，传动轴9的中部固定连接有太阳轮8，太阳轮8与离合器3之间设置有侧面设有内齿轮的齿圈5套于传动轴9外周形成转动副，太阳轮8与齿圈5之间设有行星齿轮6分别与太阳轮8的外齿轮以及齿圈5的内齿轮啮合传动。太阳轮8与第一电机10之间设有行星架7套于传动轴9外周形成转动副，行星架7端部侧面与行星齿轮6中心相连形成转动副。本发明实施例的动力系统还包括第二电机11，第二电机11的动力输出端向外依次设有同轴传动的第一齿轮12和第二齿轮13，第二齿轮13与设置于两个轮毂之间的轮毂传动轴17中部的第三齿轮16啮合传动，第三齿轮16两侧均设有差速器15与轮毂传动轴17相连。本发明实施例中，第一电机10和第二电机11均与电池电连接。
本发明的其他实施例中，减振器可为扭转减振器或液力耦合器，离合器可为双向离合器也可以是单向离合器。
本发明还提出一种使用集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的控制方法，包括以下步骤：
1)判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；
2)当电池的SOC值高于第一阈值时，车辆进入纯电动模式；当电池的SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，车辆进入增程模式或怠速模式；当电池的SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，车辆进入混合动力模式；
3)车辆制动过程中，第一电机和第二电机产生制动力矩并产生感应电流以向电池充电。
本发明实施例的集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的工作模式包括纯电动模式、增程模式或怠速模式以及混合动力模式。
当电池的SOC值高于第一阈值时，车辆进入纯电动模式。
请参见图2，集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统处于第一种纯电动模式的工作原理和过程：发动机1不进行工作，离合器3处于断开状态，第二电机11向外输出动力驱动第二齿轮13进行旋转，第二齿轮13啮合传动第三齿轮16，相应地，第三齿轮16对差速器15以及轮毂传动轴17进行传动，使得轮胎14旋转驱动车辆向前进，具体动力路线可参照图上虚线箭头指示方向。
请参见图3，集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统处于第二种纯电动模式的工作原理和过程：发动机1不进行工作，离合器3处于断开状态，第一电机10向外出输出动力驱动传动轴9旋转，固定连接于传动轴9中部的太阳轮8通过啮合传动行星齿轮6，行星齿轮6啮合传动齿圈5，齿圈5通过外齿轮啮合传动第一齿轮12，因为第一齿轮12和第二齿轮13为同轴传动，因此第二齿轮13和第一齿轮12为同轴旋转，第二齿轮13通过啮合传动第三齿轮16，相应地，第三齿轮16对差速器15以及轮毂传动轴17进行传动，使得轮胎14旋转驱动车辆向前进，具体动力路线可参照图上虚线箭头指示方向。
请参见图4，集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统处于第三种纯电动模式的工作原理和过程：发动机1不进行工作，离合器3处于断开状态，第一电机10和第二电机11同时向外输出动力。第一电机10向外出输出动力驱动传动轴9旋转，固定连接于传动轴9中部的太阳轮8通过啮合传动行星齿轮6，行星齿轮6啮合传动齿圈5，齿圈5通过外齿轮啮合传动第一齿轮12，因为第一齿轮12和第二齿轮13为同轴传动，因此第二齿轮13和第一齿轮12为同轴旋转，第二齿轮13通过啮合传动第三齿轮13，而第二电机11向外输出动力驱动第二齿轮13进行旋转，第二齿轮13啮合传动第三齿轮16。当第一电机10和第二电机11输出的动力最终汇聚于第三齿轮时16，相应地，第三齿轮16对差速器15以及轮毂传动轴17进行传动，使得轮胎14旋转驱动车辆向前进，具体动力路线可参照图上虚线箭头指示方向。
当电池的SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，车辆进入增程模式或怠速模式。
请参见图5，当集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统处于增程模式时，发动机1向外输出动力，离合器3处于闭合状态，从而使得发动机1驱动传动轴9旋转，相应地，因为传动轴9与第一电机10的一端相连，从而使得传动轴9驱动第一电机10进行旋转进行发电，而第一电机10通过与电池相连的电路使得电池处于充电状态，而电池被充入的电量可向第二电机11进行供电，使得整个集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的电池续航能力相应地提高。与此同时，第二电机11向外输出动力，使得第一齿轮12和第二齿轮13进行旋转，第二齿轮13啮合传动第三齿轮16，相应地，第三齿轮16对差速器15以及轮毂传动轴17进行传动，使得轮胎14旋转驱动车辆向前进，具体动力路线可参照图上虚线箭头指示方向。
请参见图6，当集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统处于怠速模式时，发动机1向外输出动力，离合器3处于闭合状态，从而使得发动机1驱动传动轴9旋转，相应地，因为传动轴9与第一电机10的一端相连，从而使得传动轴9驱动第一电机10进行旋转进行发电，而第一电机10通过与电池相连的电路使得电池处于充电状态，而电池被充入的电量可向第二电机11进行供电，使得整个集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的电池续航能力相应地提高。
当电池的SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，车辆进入混合动力模式。
请参见图7，第一种混合动力模式时，发动机1进行工作，离合器3处于闭合状态，发动机1通过离合器3驱动传动轴9，传动轴9进而驱动第一电机10进行发电。另外，发动机1通过驱动太阳轮8进行旋转，太阳轮8啮合传动行星齿轮6旋转，行星齿轮6啮合传动齿圈5进行传动，齿圈5的外齿轮啮合传动第一齿轮12，而第一齿轮12和第二齿轮13为同轴传动，因此第一齿轮12驱动第二齿轮13进行旋转。与此同时，第二电机11通过驱动第一齿轮12进行旋转，进而使得第二齿轮13进行旋转，第二齿轮13啮合传动第三齿轮16，相应地，第三齿轮16对差速器15以及轮毂传动轴17进行传动，使得轮胎14旋转驱动车辆向前进，具体动力路线可参照图上虚线箭头指示方向。
请参见图8，第二种混合动力模式时，发动机1向外输出动力，离合器3处于闭合状态，第一电机10和第二电机11同时向外输出动力。发动机1通过离合器3驱动传动轴9，传动轴9进而驱动第一电机10进行发电。另外，发动机1通过驱动太阳轮8进行旋转，太阳轮8啮合传动行星齿轮6旋转，行星齿轮6啮合传动齿圈5进行传动，齿圈5的外齿轮啮合传动第一齿轮12，而第一齿轮12和第二齿轮13为同轴传动，因此第一齿轮12驱动第二齿轮13进行旋转。同时，第二电机11向外输出动力，使得第一齿轮12驱动第二齿轮13进行旋转。进而，第二齿轮13啮合传动第三齿轮16，相应地，第三齿轮16对差速器15以及轮毂传动轴17进行传动，使得轮胎14旋转驱动车辆向前进，具体动力路线可参照图上虚线箭头指示方向。
相对于现有技术，本发明技术方案结构简单、节省空间、方便布置，能够克服现有技术中并联式混合动力汽车以及动力总成尺寸空间大、结构复杂等缺点。
当集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统处于纯电动模式时，可以通过选择不同的减速齿轮传动比驱动，提高了低速下纯电的动力性及高速时纯电经济性。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统，其特征在于，包括发动机，所述发动机动力输出端通过输出轴与离合器一端相连，所述离合器另一端与传动轴相连，所述传动轴的另一端与第一电机的输出端相连，所述传动轴的中部固定连接有太阳轮，所述太阳轮与所述离合器之间设置有侧面设有内齿轮的齿圈套于所述传动轴外周形成转动副，所述太阳轮与所述齿圈之间设有行星齿轮分别与所述太阳轮的外齿轮以及所述齿圈的内齿轮啮合传动，所述太阳轮与所述第一电机之间设有行星架套于所述传动轴外周形成转动副，所述行星架端部侧面与所述行星齿轮中心相连形成转动副；所述动力系统还包括第二电机，所述第二电机的动力输出端向外依次设有同轴传动的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮与所述齿圈外齿轮啮合传动。
2.如权利要求1所述的集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机均与电池电连接。
3.如权利要求1所述的集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统，其特征在于，所述发动机与所述离合器之间设有减震器，所述减震器分别通过轴段与所述发动机以及所述离合器相连。
4.如权利要求1所述的集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统，其特征在于，所述第二齿轮与设置于两个轮毂之间轮毂传动轴中部的第三齿轮啮合传动。
5.如权利要求4所述的集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统，其特征在于，所述第三齿轮两侧均设有差速器与所述轮毂传动轴相连。
6.一种使用如权利要求1至5任一所述集成双电机和单排行星齿轮混合动力系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；
2)当电池的SOC值高于第一阈值时，车辆进入纯电动模式；当电池的SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，车辆进入增程模式或怠速模式；当电池的SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，车辆进入混合动力模式；
3)车辆制动过程中，所述第一电机和所述第二电机产生制动力矩并产生感应电流以向电池充电。
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