CN108569129B - 一种混合动力系统及使用该动力系统的车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力系统及使用该动力系统的车辆，包括混合动力系统以及驱动桥、车轮，混合动力系统包括发动机、ISG电机、主驱动电机、前行星排、后部的变速装置，ISG电机与前太阳轮传动连接，主驱动电机和变速装置均与混合动力系统的系统输出轴传动连接，发动机的输出轴与前行星排的前行星架传动连接，前行星架还包括将前行星排的动力传输给变速装置的前齿圈，混合动力系统还包括对前太阳轮锁止的前太阳轮制动装置以及对前行星架锁止的前行星架制动装置。采用本发明的车辆，通过设置前行星架制动装置，限制前行星架自由度，以便ISG电机可作为驱动电机，补充纯电动模式驱动力的不足，以便提高车辆的爬坡性能。
Description
技术领域
本发明涉及一种混合动力系统及使用该动力系统的车辆。
背景技术
目前新能源汽车发展迅猛，成为当前汽车行业的研究热点，按照传动系统结构布置的不同，现有的混合动力系统分为串联、并联、混联3种。混联式混合动力系统能够兼顾串联、并联系统的优点，而备受亲睐，当前混联式混合动力系统最成功的无疑是丰田的THS系统，但是THS采用单行星排结构的单模功率分流模式导致高速时传动效率较低，通用开发了双排或多排行星排动力系统，虽然提高了低速和高速时的传动效率，但是系统结构复杂，控制难度较大。
授权公告号为CN204055308U的中国专利公开了一种行星式混联动力系统及使用该动力系统的车辆，其动力系统包括发动机、一号电机（ISG电机）、二号电机（驱动电机）、前行星排、后行星排、系统输入轴和系统输出轴，其前太阳轮与一号电机连接并由前锁止离合器锁止或释放，发动机的输出轴通过系统输入轴与前行星架传动连接，纯电动模式下，二号电机提供驱动，一号电机空转，混合驱动模式下，发动机工作，一号电机工作于发电状态，二号电机工作于驱动状态。这种动力系统虽能实现纯电动和混合驱动模式的变换，但是存在以下问题：在纯电动模式下，电机带动过程中会存在动力不足的情况，尤其是在爬坡或驻车启动时尤其明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合动力系统，以解决现有混合动力系统纯电机驱动时动力不足的技术问题；本发明的目的还在于提供一种使用本发明的混合动力系统的车辆。
为实现上述目的，本发明混合动力系统的技术方案是：一种混合动力系统，包括发动机、ISG电机、主驱动电机、位于前部的前行星排、位于后部的变速装置，ISG电机与前行星排的前太阳轮传动连接，主驱动电机和变速装置均与混合动力系统的系统输出轴传动连接，发动机的输出轴与前行星排的前行星架传动连接，前行星架还包括将前行星排的动力传输给变速装置的前齿圈，混合动力系统还包括对前太阳轮锁止的前太阳轮制动装置以及对前行星架锁止的前行星架制动装置。采用本发明的混合动力系统，设有对前行星架锁止和释放的制动装置，以便需要使用ISG电机进行驱动时，通过制动装置限制前行星排的一个自由度，即限制前行星架自由度，以便ISG电机的驱动力可通过前行星架传递到前齿圈上并最终传递至系统输出轴上，也可以在其他驱动模式下将前行星架释放，以便减轻负载，减少能量消耗，通过设置前行星架制动装置，使得混合动力系统不仅增加了采用ISG电机直驱的纯电动模式，也增加了双电机联动驱动模式，以便提高车辆的爬坡性能。
进一步地，所述变速装置包括两排行星排，两行星排包括一个行星架，两排行星排的两个行星轮可绕所述行星架同步转动，行星架的输出轴与变速装置的输出轴传动连接，变速装置还包括将所述行星架相对所述系统输出轴连接和断开的锁止离合器以及对所述行星架锁止的制动器。变速装置的两个行星轮通过套轴传动连接、同步转动，套轴套装在同一行星架上，以便两者可同步绕太阳轮公转，两排行星排的太阳轮之间同轴线设置且彼此断开，使结构紧凑的同时动力从行星轮之间传递，制动器和锁止离合器的设置，使得在制动器打开、锁止离合器锁止时，变速装置切换到高速直驱模式，变速器速比为1，在制动器锁止、锁止离合器打开时，变速装置切换到减速增扭模式，适用于爬坡等低速且需要大扭矩驱动力的情况。
进一步地，所述前行星架制动装置为锁止离合器。
进一步地，混合动力系统还包括与所述ISG电机和主驱动电机相连的动力电源以及可切换混合动力系统的动力提供模式的控制系统。电源与ISG电机和主驱动电机相连，即可接收由ISG电机和主驱动电机回收的能量，也可在两个电机驱动时为其提供电能；控制系统用于控制整个混合动力系统，包括ISG电机和主驱动电机以及发动机的启停控制、各制动装置（制动器、锁止离合器）的锁止和释放控制等，通过不同控制策略的组合，可实现混合动力系统在针对不同的动力输出环境时采用相适应的动力提供模式。
本发明车辆的技术方案是：一种车辆，包括混合动力系统以及与混合动力系统的系统输出轴传动连接的驱动桥、装配在驱动桥上的车轮，所述混合动力系统包括发动机、ISG电机、主驱动电机、位于前部的前行星排、位于后部的变速装置，ISG电机与前行星排的前太阳轮传动连接，主驱动电机和变速装置均与混合动力系统的系统输出轴传动连接，发动机的输出轴与前行星排的前行星架传动连接，前行星架还包括将前行星排的动力传输给变速装置的前齿圈，混合动力系统还包括对前太阳轮锁止的前太阳轮制动装置以及对前行星架锁止的前行星架制动装置。采用本发明的车辆，通过设置对前行星架锁止和释放的制动装置，以便需要使用ISG电机进行驱动时，通过制动装置限制前行星排的一个自由度，即限制前行星架自由度，以便ISG电机的驱动力可通过前行星架传递到前齿圈上并最终传递至系统输出轴上，也可以在其他驱动模式下将前行星架释放，以便减轻负载，减少能量消耗，通过设置前行星架制动装置，使得混合动力系统不仅增加了采用ISG电机直驱的纯电动模式，也增加了双电机联动驱动模式，以便提高车辆的爬坡性能。
进一步地，所述变速装置包括两排行星排，两行星排包括一个行星架，两排行星排的两个行星轮可绕所述行星架同步转动，行星架的输出轴与变速装置的输出轴传动连接，变速装置还包括将所述行星架相对所述系统输出轴连接和断开的锁止离合器以及对所述行星架锁止的制动器。变速装置的两个行星轮通过套轴传动连接、同步转动，套轴套装在同一行星架上，以便两者可同步绕太阳轮公转，两排行星排的太阳轮之间同轴线设置且彼此断开，使结构紧凑的同时动力从行星轮之间传递，制动器和锁止离合器的设置，使得在制动器打开、锁止离合器锁止时，变速装置切换到高速直驱模式，变速器速比为1，在制动器锁止、锁止离合器打开时，变速装置切换到减速增扭模式，适用于爬坡等低速且需要大扭矩驱动力的情况。
进一步地，所述前行星架制动装置为锁止离合器。
进一步地，混合动力系统还包括与所述ISG电机和主驱动电机相连的动力电源以及可切换混合动力系统的动力提供模式的控制系统。电源与ISG电机和主驱动电机相连，即可接收由ISG电机和主驱动电机回收的能量，也可在两个电机驱动时为其提供电能；控制系统用于控制整个混合动力系统，包括ISG电机和主驱动电机以及发动机的启停控制、各制动装置（制动器、锁止离合器）的锁止和释放控制等，通过不同控制策略的组合，可实现混合动力系统在针对不同的动力输出环境时采用相适应的动力提供模式。
附图说明
图1为本发明混合动力系统的具体实施例结构示意图，同时也是本发明车辆的一个实施例中混合动力系统的结构示意图；
图中：1-发动机，2-扭转减震器，101-前行星排，3-前行星架锁止离合器，4-ISG电机，5-前太阳轮锁止离合器，6-集成控制器，7-动力电源，8-前太阳轮，9-前行星架，91-前行星轮，10-前齿圈，102-变速装置，11-变速装置行星架，12-变速装置第一太阳轮，13-变速装置第一行星轮，14-变速装置套轴，15-变速装置第二行星轮，16-制动器，17-变速装置第二太阳轮，18-变速装置锁止离合器，19-主驱动电机，20-系统输出轴，21-车轮，22-驱动桥。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的车辆的具体实施例，如图1所示，包括混合动力系统以及与混合动力系统相连的驱动桥22，还包括装配在驱动桥22上的车轮21，车体等部件为现有技术，不再介绍。混合动力系统包括发动机1、ISG电机4、前行星排101、变速装置102、主驱动电机19（主电机，也具有制动能量收集功能）、系统输出轴20、集成控制器6和动力电源7，动力电源7与ISG电机和主驱动电机电连接，还包括可切换车辆的不同工作模式的控制系统（包括集成控制器6），控制系统可切换混合动力系统的动力提供模式，还包括对前行星排101的前太阳轮8和前行星架9锁止或释放的制动装置，由于前行星排101具有两个自由度，当需要ISG电机4也提供驱动力时，可通过设置的制动装置将前行星架9锁止，以便ISG电机4的动力可通过单自由度传递给前齿圈10，再由前齿圈10传递到系统输出轴20。
如图1所示，发动机1的输出轴与混合动力系统的系统输入轴传动连接，靠近发动机1输出轴处设有扭转减震器2，以起到缓冲保护电机的作用。系统输入轴继续向前延伸与前行星排101的前行星架9传动连接，以使发动机1的动力可直接传递给前行星架9，前行星架9的制动装置为一端安装在车体上、另一端安装在与前行星架9相连的系统输入轴上的前行星架锁止离合器3，ISG电机4即可发电又能提供驱动力，ISG电机4与前太阳轮8传动连接，并套在系统输入轴上，前太阳轮8的制动装置为安装在ISG电机4和前行星排101之间的传动结构上的锁止离合器，ISG电机4后部通过电路与集成控制器6和动力电源7连接，该电路为双向的，当ISG电机4发电时，ISG电机4收集的能量回收并经电路传至动力电源7储存，当ISG电机4作为驱动电机时，动力电源7的能量经电路传递给ISG电机4。前行星排101的前齿圈10与后部的变速装置102相连。
变速装置102包括两排行星排，前齿圈10与变速装置102的第一排行星排的变速装置第一太阳轮12传动连接，变速装置第二太阳轮17与变速装置第一太阳轮12为同轴线安装，但两者之间断开，动力不直接传递。变速装置第一行星轮13和变速装置第二行星轮15通过变速装置套轴14固定连接或传动连接，使两者同步转动，变速装置套轴14套装在同一变速装置行星架11的同一轴上，套轴可相对变速装置行星架11的轴转动。变速装置行星架11的转轴轴线处与系统输出轴20传动连接，以使变速装置行星架11可直接带动系统输出轴20转动。变速装置行星架11与系统输出轴20之间设有锁止离合器，以使变速装置行星架11和系统输出轴20之间可随时结合或分离。变速装置行星架11与车体之间还设有制动器16，以便对变速装置行星架11的锁止或释放。
变速装置102后部的系统输出轴20上设有主驱动电机19，主驱动电机19的后部通过电路与上述集成控制器6和动力电源7连接，以便动力电源7的能量可传递给主驱动电机19，主驱动电机19之后的系统输出轴20与车辆的驱动桥22传动连接，并最终将动力传递给车轮21。
该车辆的混合动力系统的具体工作模式如下：
（1）纯电动驱动模式1：（主驱动电机19驱动）
发动机1不启动，ISG电机4不工作，主驱动电机19驱动，前行星架锁止离合器3和前太阳轮锁止离合器5锁止，制动器16打开，变速装置锁止离合器18打开，此时只有主驱动电机19提供驱动力给整车，主驱动电机19直接驱动系统输出轴20转动，以将动力传递给驱动桥22和车轮21。
（2）纯电动驱动模式2：（ISG电机4驱动）
发动机1不启动，ISG电机4驱动，主驱动电机19不工作，前行星架锁止离合器3锁止，前太阳轮锁止离合器5打开，此时只有ISG电机4提供驱动力给整车。此时动力传递可以有两种路径：
第一种，当制动器16制动、变速装置锁止离合器18打开时，ISG电机4驱动力经过前太阳轮8到前齿圈10，然后传递到变速装置第一太阳轮12，经变速装置第一行星轮13、变速装置套轴14、变速装置第二行星轮15传递到变速装置第二太阳轮17，即传到系统输出轴20上，最后传递到驱动桥22的车轮21上，此时为降速增扭档，适用于较低车速或需大扭矩爬坡等工况；第二种制动器16打开，变速装置锁止离合器18锁止，此时变速装置第一行星轮、第二行星轮、行星架、第二太阳轮和系统输出轴相当于一个整体，由变速装置第一太阳轮12带动，变速速比为1，适用于车速较高时的纯电驱动。
（3）纯电驱动模式3：（双电机联合驱动，ISG电机4和主驱动电机19同时驱动）
此模式下发动机1不工作，前行星架锁止离合器3锁死，前太阳轮锁止离合器5打开，ISG电机4和主驱动电机19同时出力，此时根据整车需求，动力传递可以有两种路径：
第一种，当制动器16制动、变速装置锁止离合器18打开时，ISG电机4驱动力经过前太阳轮8到前齿圈10，然后传递到变速装置第一太阳轮12，经变速装置第一行星轮13、变速装置套轴14、变速装置第二行星轮15传递到变速装置第二太阳轮17，即传到系统输出轴20上，最后传递到驱动桥22的车轮21上，主驱动电机19的驱动力直接传递到驱动桥22，两电机同时驱动，两电机驱动扭矩共同作用在传动轴上，适用于低速起步或加速等工况；第二种制动器16打开，变速装置锁止离合器18锁止，此时变速装置第一行星轮、第二行星轮、行星架、第二太阳轮和系统输出轴相当于一个整体，由变速装置第一太阳轮12带动，变速速比为1，相当于ISG电机和主驱动电机都是直驱，适用于车速较高时的纯电驱动。
（4）混合驱动（发动机1与主驱动电机19同时驱动）
当整车需求扭矩较大且发动机1的动力不足时，发动机1动力不足的部分由主驱动电机19补充，发动机1和主驱动电机19同时工作，前行星架锁止离合器3打开，根据整车需求ISG电机4有发电和不工作两种状态：其一是ISG电机4发电，此时前太阳轮锁止离合器5打开，前太阳轮8在前行星轮91带动下转动，以便发电并将电能传递至动力电源储存；其二是ISG电机4不工作，此时前太阳轮锁止离合器5锁止，ISG电机4不再转动。且此时制动器16制动，变速装置锁止离合器18打开，变速装置起到降速增扭作用，适合爬坡等工况。
（5）发动机直驱
此模式下，前行星架锁止离合器3打开，发动机1工作，前太阳轮锁止离合器5锁止，ISG电机4不工作，主驱动电机19不工作，制动器16打开，变速装置锁止离合器18锁止，变速装置速比为1，发动机直驱，适合中高速驱动；另一种是发动机1工作，ISG电机4与主驱动电机19不工作，前行星架锁止离合器3打开，前太阳轮锁止离合器5锁止，制动器16制动，变速装置锁止离合器18打开，变速装置起到降速增扭作用，适合低速大扭矩工况。
（6）制动能量回收
此模式下发动机1不工作，ISG电机4不工作，前行星架锁止离合器3、前太阳轮锁止离合器5锁死，主驱动电机19提供制动力，此时主驱动电机19为发电状态，回收制动能量。
本发明车辆的混合动力系统采用多个制动装置（锁止离合器或制动器）实现对系统自由度的控制，以实现上述六种工作模式，工作模式多，适用更多工况；不仅避免了现有常见动力系统在高速行驶时的功率循环问题，而且从主驱动电机19直驱、纯电动模式时前行星架9的锁止以及变速装置的巧妙结构均使混合动力系统的机械损耗降低、提高了传动效率和能源利用率，在保证良好的动力性的同时避免了能源的浪费、系统效率高、爬坡性能高。
在其他实施例中，前文中涉及的锁止离合器和制动器等制动装置均起到锁止和释放（解除锁止）的作用，可以相互替换，也可替换为其他具有该功能的制动装置；ISG电机4和主驱动电机19可均采用具有驱动和发电功能的ISG电机。
本发明的混合动力系统与本发明车辆的各具体实施例中的混合动力系统的各具体实施例相同，不再赘述。
Claims (6)
1.一种混合动力系统，其特征在于：包括发动机、ISG电机、主驱动电机、位于前部的前行星排、位于后部的变速装置，ISG电机与前行星排的前太阳轮传动连接，主驱动电机和变速装置均与混合动力系统的系统输出轴传动连接，发动机的输出轴与前行星排的前行星架传动连接，前行星架还包括将前行星排的动力传输给变速装置的前齿圈，混合动力系统还包括对前太阳轮锁止的前太阳轮制动装置以及对前行星架锁止的前行星架制动装置；
所述变速装置包括两排行星排，两行星排包括一个行星架，两排行星排的两个行星轮可绕所述行星架同步转动，行星架的输出轴与变速装置的输出轴传动连接，变速装置还包括将所述行星架相对所述系统输出轴连接和断开的锁止离合器以及对所述行星架锁止的制动器；
所述前齿圈与变速装置的第一排行星排的太阳轮传动连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：所述前行星架制动装置为锁止离合器。
3.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：混合动力系统还包括与所述ISG电机和主驱动电机相连的动力电源以及可切换混合动力系统的动力提供模式的控制系统。
4.一种车辆，包括混合动力系统以及与混合动力系统的系统输出轴传动连接的驱动桥、装配在驱动桥上的车轮，其特征在于：包括发动机、ISG电机、主驱动电机、位于前部的前行星排、位于后部的变速装置，ISG电机与前行星排的前太阳轮传动连接，主驱动电机和变速装置均与混合动力系统的系统输出轴传动连接，发动机的输出轴与前行星排的前行星架传动连接，前行星架还包括将前行星排的动力传输给变速装置的前齿圈，混合动力系统还包括对前太阳轮锁止的前太阳轮制动装置以及对前行星架锁止的前行星架制动装置；
所述变速装置包括两排行星排，两行星排包括一个行星架，两排行星排的两个行星轮可绕所述行星架同步转动，行星架的输出轴与变速装置的输出轴传动连接，变速装置还包括将所述行星架相对所述系统输出轴连接和断开的锁止离合器以及对所述行星架锁止的制动器；
所述前齿圈与变速装置的第一排行星排的太阳轮传动连接。
5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于：所述前行星架制动装置为锁止离合器。
6.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于：混合动力系统还包括与所述ISG电机和主驱动电机相连的动力电源以及可切换混合动力系统的动力提供模式的控制系统。
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