CN107521326B - 用于混合动力车辆的混联式驱动系统及混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于混合动力车辆的混联式驱动系统,所述混联式驱动系统包括:发动机;由太阳轮、行星轮、行星架以及内齿圈组成的行星排;设置在发动机的输出轴与所述行星架的行星架轴之间的离合装置;第一电机,所述第一电机与所述太阳轮传动连接;第二电机,所述第二电机的电机轴的一端与所述内齿圈传动连接,所述第二电机的电机轴的另一端与车辆传动轴联接;用于制动或释放所述太阳轮的太阳轮制动器;行星架单向离合器,所述行星架单向离合器设置在所述行星架轴与所述行星排的行星排壳体之间。本发明还提供了一种具有这种混联式驱动系统的混合动力车辆。

Description

用于混合动力车辆的混联式驱动系统及混合动力车辆
技术领域
本发明涉及混合动力技术,具体涉及一种用于混合动力车辆的混联式驱动系统及一种具有这种混联式驱动系统的混合动力车辆。
背景技术
目前,混合动力车辆(Hybrid Electric Vehicle,HEV)由于其节能、低排放等优点成为汽车研究与开发的一个重点,并且越来越多的混合动力车辆已经问世,例如采用混合动力技术的乘用车或商用车。
中国专利申请201420036654.5提供了一种混合动力汽车的行星排混联动力系统,其包括发动机1’、行星排3’、第一电机5’和第二电机6’,发动机1’通过扭转减振器2’与行星排3’的行星架32’传动连接,第一电机5’与行星排3’的太阳轮31’传动连接,第二电机6’的转轴的一端直接连接在行星排3’的齿圈33’上,另一端传动连接有用于改变车辆传动轴8’的转速的变速装置7,所述行星排混联动力系统还包括用于制动和释放太阳轮31’的制动装置4’。该系统通过制动太阳轮可实现较高车速且需求功率不高时发动机直驱,可靠性高。增加变速器可减小主驱电机扭矩,提高爬坡性能。
然而,在中国专利申请201420036654.5中,发动机1’与行星架32’通过扭转减震器2’同轴直连,无法分离,太阳轮制动后发动机增速输出,再通过变速器后,整体速比降低,但发动机转速始终与车辆传动轴存在固定速比关系,车辆从0车速起步时,对应发动机需从0转速增大,显然此时发动机无法介入工作,因此在高压电源故障或第二电机故障时或两个电机均故障时,车辆无法由发动机驱动起步,系统可靠性降低。
另外,纯电起步时只能依靠第二电机进行驱动,虽然增加了两档变速器降低了第二电机的扭矩需求,但第一电机无法参与驱动,未能有效利用,能量回收时亦然。
因而,存在对现有技术中混联式驱动系统进行改进的需求。
发明内容
本发明的目的是至少解决上述缺陷与不足之一,该目的是通过以下技术方案实现的。
一方面,本发明提供了一种用于混合动力车辆的混联式驱动系统,所述混联式驱动系统包括:发动机;由太阳轮、行星轮、行星架以及内齿圈组成的行星排;设置在发动机的输出轴与所述行星架的行星架轴之间的离合装置;第一电机,所述第一电机与所述太阳轮传动连接;第二电机,所述第二电机的电机轴的一端与所述内齿圈传动连接,所述第二电机的电机轴的另一端与车辆传动轴联接;用于制动或释放所述太阳轮的太阳轮制动器;行星架单向离合器,所述行星架单向离合器设置在所述行星架轴与所述行星排的行星排壳体之间。
进一步地,所述行星架单向离合器由内环、外环、保持架以及楔块组成,所述内环安装在所述行星架轴上,所述外环与所述行星排壳体固定连接,当所述内环沿指定方向旋转时能够自由转动,当所述内环沿与所述指定方向相反的方向旋转时所述楔块锁止,使得所述内环无法转动,从而实现所述行星架的锁止。
进一步地,所述太阳轮制动器为多片离合器,所述多片离合器固定在所述行星排壳体上,所述多片离合器在结合时所述太阳轮与所述行星排壳体被锁止,从而实现所述太阳轮的制动。
进一步地,所述行星架轴穿过所述第一电机的空心轴与所述离合装置连接。
进一步地,所述混联式驱动系统还包括设置在所述车辆传动轴与所述第二电机的电机轴之间的变速器。
进一步地,所述混联式驱动系统还包括用于控制所述变速器的变速器控制器,所述变速器控制器与整车控制器通讯。
进一步地,所述变速器为双速变速器、多速变速器或无级变速器中的一者。
进一步地,所述混联式驱动系统还包括用于控制所述第一电机和所述第二电机的电机控制器,所述电机控制器为双电机控制器或两个电机控制器并且与整车控制器通讯。
进一步地,所述混联式驱动系统还包括用于储存电力的储能装置,所述储能装置为单电源储能装置或双电源储能装置并且与整车控制器通讯。
另一方面,本发明还提供了一种具有上述混联式驱动系统的混合动力车辆。
本发明的优点在于:
(1)对离合装置滑磨控制、行星架单向离合器和太阳轮制动器、变速器进行的组合控制,能够实现第一电机、第二电机和发动机中任意部件的独立驱动,因此任意部件发生故障时,均可保证系统驱动行驶,极大提升系统可靠性,特别是,发动机与行星架轴采用离合装置连接,通过控制离合装置半联动,结合太阳轮制动器和变速器低速档,能够实现发动机的传统模式起步;
(2)行星架单向离合器动作使行星排成为减速器,实现了第一电机参与驱动和能量回收,联合第二电机,实现不同组合驱动模式,进一步提升了电机利用率,提升爬坡度和能量回收率,适应更多工况需求,提升动力性和经济性的同时,进一步减小第二电机扭矩需求,降低电机成本;
(3)低中速时,混联式驱动,发动机通过行星排功率分流和第一电机调速,维持在高效区运行,高速时发动机独驱或并联驱动,也保证了发动机高效运行,全工况发动机燃油经济性高,同时变速器调节第二电机工作在高效区且提升系统整体扭矩输出,系统整体工作效率和动力性大大提升。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述,各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的,而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中,用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中:
图1示意性地示出了现有技术中的混合动力汽车的行星排混联动力系统;
图2示意性地示出了本发明实施方式的用于混合动力车辆的混联式驱动系统。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式,然而应当理解,可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反,提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开,并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
现在将参照图2描述根据本发明实施方式的用于混合动力车辆的混联式驱动系统100以及包括这种混联式驱动系统的混合动力车辆。
如图2所示,该混联式驱动系统100包括发动机10、行星排30、离合装置(其例如为离合器)20、第一电机50、第二电机60、太阳轮制动器40以及行星架单向离合器90。行星排30由太阳轮31、行星轮、行星架32以及内齿圈33组成。离合装置20设置在发动机10的输出轴11与行星架32的行星架轴34之间。第一电机50与太阳轮31传动连接,第二电机60的电机轴61的一端(图2中靠近行星排的一端)与内齿圈33传动连接,第二电机60的电机轴61的另一端(图2中靠近车轮的一端)与车辆传动轴80联接。太阳轮制动器40用于制动或释放太阳轮31。行星架单向离合器90设置在行星架轴34与行星排30的行星排壳体(未示出,其例如与车辆底盘固定连接)之间。
另外,行星架单向离合器90由内环、外环、保持架以及楔块(未示出)组成,所述内环安装在行星架轴34上,所述外环与所述行星排壳体固定连接,当所述内环沿指定方向旋转时能够自由转动,当所述内环沿与所述指定方向相反的方向旋转时所述楔块锁止,使得所述内环无法转动,从而实现行星架32的锁止。此时行星排30成为固定速比减速器,太阳轮31输入,内齿圈33减速增扭输出,第一电机50可减速增扭后输出。
此外,行星架单向离合器90通过半联动控制,能够实现发动机传统模式起步。行星架单向离合器90与太阳轮31不动作时,通过第一电机50调速,发动机保持在高效区工作,或者发动机10与第一电机50不工作,行星排30无输入,内齿圈33自由转动,第二电机60独自工作。
另外,太阳轮制动器40为多片离合器,所述多片离合器固定在行星排壳体上,所述多片离合器在结合时太阳轮31与所述行星排壳体被锁止,从而实现太阳轮31的制动。此时行星排30成为固定速比增速器,发动机10输入,内齿圈33增速输出,实现发动机超速档驱动。
另外,行星架轴34穿过第一电机50的空心轴51(也称之为“套轴”,设置在第一电机与太阳轮之间)与离合装置20连接。
另外,混联式驱动系统100还包括设置在车辆传动轴80与第二电机60的电机轴61之间的变速器70。混联式驱动系统100还包括用于控制变速器70的变速器控制器,所述变速器控制器与整车控制器通讯,也就是说,由整车控制器向变速器控制器发送指令。特别地,变速器70为双速变速器、多速变速器或无级变速器中的一者。变速器70可配置低速档、直接档或更多档位,通过低速档增大了电机和行星排的输出扭矩及系统整体的工作区间。
另外,混联式驱动系统100还包括用于控制第一电机50和第二电机60的电机控制器,所述电机控制器为双电机控制器或两个电机控制器并且与整车控制器通讯。混联式驱动系统100还包括用于储存电力的储能装置,所述储能装置为单电源储能装置或双电源储能装置并且与整车控制器通讯。此外,储能装置还与电机控制器联接。
另外,混联式驱动系统100还包括换档面板、显示各种参数的仪表、控制离合器的离合器控制器以及控制发动机的ECU。上述的换档面板、ECU、离合器控制器、储能装置、电机控制器、变速器控制器以及仪表均通过CAN总线(图2中以虚线表示)的方式与整车控制器进行通讯。
现在结合图2及表1来描述混联式驱动系统100的操作模式。
1、纯电动(Electric Vehicle,EV)模式下(如起步或低速行驶时),可实现第一电机50、第二电机60分别单独驱动或两者联合驱动,应对各种工况需求:①只第一电机50驱动,行星架单向离合器90锁止,第一电机50增扭输出,经变速器后输出(变速器为可选,可经第一电机50增扭输出);②行星排30不控制,只第二电机60驱动,经变速器后输出(变速器为可选,可经第二电机60直接输出);③第一电机50、第二电机60联合驱动,行星架单向离合器90锁止,扭矩叠加后经变速器输出。
通过这三种组合驱动方式,可进一步降低驱动电机扭矩,满足系统扭矩需求,进一步降低系统成本。同时,若两个电机任一电机故障,另一电机仍可整车驱动行驶,大大提高了系统可靠性。
2、发动机传统模式驱动起步:高压系统故障,高压电源、第一电机50、第二电机60均无法工作时,整车控制器控制太阳轮制动器40锁止,变速器70进入低速档,发动机10由起动机启动后,通过行星架单向离合器90半联动控制,发动机飞轮与行星架轴34滑磨,传动轴转速提升,车速完成起步,待车速提升至较高且需求功率不高时变速器70进入直接档,车辆高速行驶。此模式进一步大大提升了系统的可靠性。
3、能量回收:①第一电机50、第二电机60联合回收,此时行星架单向离合器90动作,太阳轮制动器40不制动;②第一电机50单独回收,此时发动机停机或分开行星架单向离合器90,行星排30不控制,第二电机60不工作;③第二电机60单独回收,此时发动机停机或分开行星架单向离合器90,行星排30不控制,第一电机50不工作。
这三种不同的回收组合提高了工况适应性,双电机联合回收提高了能量回收率,进一步提升经济性。
4、混联驱动模式:行星排30不控制,发动机10、第一电机50、第二电机60同时工作,发动机通过行星排30分流,一部分能量驱动第一电机50发电,另一部分通过内齿圈33输出,第一电机50发的电用于第二电机60驱动,发动机10通过第一电机50调速工作在高效区,经过变速器第二电机60也调整在高效区,扭矩增大输出,系统整体高效运行,提升了经济性和动力性。
5、发动机高速独驱或并联驱动:高车速时且发动机功率满足整车需求时,太阳轮31被制动,变速器进入直接档,发动机增速独驱,运行在高效区,且传动效率高,燃油经济性提升;整车功率需求低或高时,第二电机60可对应并联发电或驱动助力。
表1混联式驱动系统的操作模式
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,可轻易想到的变化或替换,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述混联式驱动系统包括:
发动机;
由太阳轮、行星轮、行星架以及内齿圈组成的行星排;
设置在发动机的输出轴与所述行星架的行星架轴之间的离合装置;
第一电机,所述第一电机与所述太阳轮传动连接;
第二电机,所述第二电机的电机轴的一端与所述内齿圈传动连接,所述第二电机的电机轴的另一端与车辆传动轴联接;
用于制动或释放所述太阳轮的太阳轮制动器;以及
行星架单向离合器,所述行星架单向离合器设置在所述行星架轴与所述行星排的行星排壳体之间,
其中,通过控制所述离合装置半联动,结合所述太阳轮制动器和变速器低速档,能够实现所述发动机的传统模式起步。
2.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述行星架单向离合器由内环、外环、保持架以及楔块组成,所述内环安装在所述行星架轴上,所述外环与所述行星排壳体固定连接,当所述内环沿指定方向旋转时能够自由转动,当所述内环沿与所述指定方向相反的方向旋转时所述楔块锁止,使得所述内环无法转动,从而实现所述行星架的锁止。
3.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述太阳轮制动器为多片离合器,所述多片离合器固定在所述行星排壳体上,所述多片离合器在结合时所述太阳轮与所述行星排壳体被锁止,从而实现所述太阳轮的制动。
4.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述行星架轴穿过所述第一电机的空心轴与所述离合装置连接。
5.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述混联式驱动系统还包括设置在所述车辆传动轴与所述第二电机的电机轴之间的变速器。
6.根据权利要求5所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述混联式驱动系统还包括用于控制所述变速器的变速器控制器,所述变速器控制器与整车控制器通讯。
7.根据权利要求5所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述变速器为双速变速器、多速变速器或无级变速器中的一者。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述混联式驱动系统还包括用于控制所述第一电机和所述第二电机的电机控制器,所述电机控制器为双电机控制器或两个电机控制器并且与整车控制器通讯。
9.根据权利要求1至7中的任一项所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统,其特征在于,所述混联式驱动系统还包括用于储存电力的储能装置,所述储能装置为单电源储能装置或双电源储能装置并且与整车控制器通讯。
10.一种混合动力车辆,其特征在于,所述混合动力车辆至少包括根据权利要求1至9中任一项所述的用于混合动力车辆的混联式驱动系统。
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