CN109421510B - 一种混合动力汽车及其动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车及其动力系统，动力系统包括前动力结构和后动力结构，前动力结构的输出端通过离合器连接后行星排的后第一端，前动力结构的输出端通过离合器连接后行星排的后第二端，后第二端通过锁止离合器连接壳体，后第二端通过离合器连接系统输出轴，后行星排的后第三端通过离合器连接系统输出轴，后第三端通过锁止离合器连接壳体。后行星排的两个不同端分别通过离合器连接系统输出轴，前动力结构的输出端也通过离合器连接后行星排的两个不同端，那么，通过调节相应的离合器能够调节输出传动比，即调节输出扭矩。因此，该动力系统不管在何种运行模式下，均能够根据动力系统结构本身调节输出扭矩，扭矩调节灵活性得到大幅度提升。

Description

一种混合动力汽车及其动力系统
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车及其动力系统，属于行星排混合动力技术领域。
背景技术
面对日益突出的环境污染和能源枯竭，节能环保已经成为时代发展的主题，新能源汽车由于具有节能减排的属性，已经成为汽车厂商的主要发展方向。现有新能源汽车主要包括纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FHEV)。纯电动汽车受制于电池成本和充电时间通常作为市区内短途运输使用；燃料电池汽车受制于燃料电池技术及成本目前仍处于样机阶段。混合动力汽车由于其续驶里程受限制以及兼具纯电行驶功能因此受到公众的青睐。
无论是传统能源汽车，还是新能源汽车，其安全性、可靠性可以说是企业和用户关注的重中之重。特别是混合动力汽车，用户不仅关注产品的节油率水平，还担心三电系统(电机、电池、电控)发生故障后车辆是否可以行驶。
混合动力系统按动力传递路径分为串联、并联、混联三种构型。采用双行星排的混合动力系统属于混联系统，通常的混合动力系统分为两大部分，前动力结构和后动力结构，前动力结构中有发动机，后动力结构中有电机、后行星排和系统输出轴。在三电系统(电机、电池、电控)正常工作时，双行星排混合动力系统的发动机和车速解耦，可以确保发动机工作在最佳经济区，提升车辆的燃油经济性；另外可以控制发动机和电机一起驱动整车，使动力系统的输出扭矩为最大值，确保车辆的最大爬坡能力。
电池、电机、电控是电动汽车的关键技术，称为“三电”技术，当电池、电机、电控任意一个部件发生严重故障后，车辆无法跛行回家或按照传统车的模式正常运行，一旦车辆抛锚在路上，不仅影响道路交通的正常通行，而且拖车还会给客户造成一定的经济负担，影响企业的品牌和客户的正常营运，所以，确保三电系统发生故障后车辆能够正常运行至关重要。申请公布号为CN104175860A的中国专利申请文件中公开了一种行星式混联动力系统，包括前动力结构和后动力结构，前动力结构中有发动机，后动力结构中有电机、后行星排和系统输出轴。该动力系统虽然能够实现三电系统发生故障后车辆能够正常运行，但是，该动力系统只能够通过调节发动机的输出扭矩或者电机的输出扭矩实现输出扭矩的调节，无法根据动力系统本身进行扭矩的调节，扭矩调节灵活性不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力汽车动力系统，用以解决传统的动力系统无法根据动力系统本身进行扭矩调节的问题。本发明同时提供一种混合动力汽车。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种混合动力汽车动力系统，包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机，后动力结构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后第一端，一个是后第二端，一个是后第三端，所述动力系统还包括第二锁止离合器和第四锁止离合器，所述前动力结构的输出端通过第二离合器连接所述后第一端，所述后第一端连接所述第二电机，所述前动力结构的输出端通过第一离合器连接所述后第二端，所述后第二端通过所述第二锁止离合器连接壳体，所述后第二端通过第四离合器连接所述系统输出轴，所述后第三端通过第三离合器连接所述系统输出轴，所述后第三端通过所述第四锁止离合器连接壳体。
首先，当电池、电机、电控任意一个部件发生严重故障后，前动力结构输出的动力通过相应的离合器的配合能够将动力传输到系统输出轴上，保证车辆在三电系统出现任何故障时均能够根据发动机输出的动力继续运行，避免车辆因三电系统故障而抛锚在道路上，保证道路交通的正常通行，提升企业的品牌形象。更重要的是，前动力结构的输出端分别通过第一离合器连接后行星排的后第二端，通过第二离合器连接后行星排的后第一端，也就是说，前动力结构的输出端通过两个离合器连接后行星排的不同端，并且，后第三端通过第三离合器连接系统输出轴，后第二端通过第四离合器连接系统输出轴，也就是说，后行星排的两个不同端分别通过离合器连接系统输出轴，且另外一个端连接电机。由于行星排的太阳轮、行星架和齿圈中投入任意两个，产生的传动比就不同，传动比不同也就意味着输出扭矩不同，因此，电机投入状态下，电机与后第一端连接，通过结合不同的离合器使电机通过后第一端和后第二端或者后第一端和后第三端连接系统输出轴，这两种情况下，配合相应的锁止离合器，使电机与系统输出轴之间的传动比产生变化，因此，通过调节离合器能够调节电机与系统输出端之间的传动比，即能够调节电机的输出扭矩。同理，发动机投入状态下，配合相应的锁止离合器，通过结合前动力结构的输出端和系统输出轴之间不同的离合器能够调节前动力结构的输出端与系统输出端之间的传动比，即能够调节输出扭矩。而且，当系统为混合动力模式时，结合上述两种状态能够使扭矩调节更加灵活多变。还有就是，当三电系统出现故障时，发动机输出的动力也能够通过上述调节方式进行输出扭矩的调节。因此，该动力系统不管在何种运行模式下，均能够根据动力系统结构本身调节输出扭矩，扭矩调节灵活性得到大幅度提升。
所述动力系统还包括第三锁止离合器，所述后第一端通过所述第三锁止离合器连接壳体。
所述后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。
所述前动力结构还包括前行星排、第一电机和第一锁止离合器，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前第一端，一个是前第二端，一个是前第三端，所述第一电机连接所述前第一端，所述前第一端通过所述第一锁止离合器连接壳体，所述发动机连接所述前第二端，所述前第三端为所述前动力结构的输出端。
所述前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈。
一种混合动力汽车，包括一种动力系统，所述动力系统包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机，后动力结构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后第一端，一个是后第二端，一个是后第三端，所述动力系统还包括第二锁止离合器和第四锁止离合器，所述前动力结构的输出端通过第二离合器连接所述后第一端，所述后第一端连接所述第二电机，所述前动力结构的输出端通过第一离合器连接所述后第二端，所述后第二端通过所述第二锁止离合器连接壳体，所述后第二端通过第四离合器连接所述系统输出轴，所述后第三端通过第三离合器连接所述系统输出轴，所述后第三端通过所述第四锁止离合器连接壳体。
所述动力系统还包括第三锁止离合器，所述后第一端通过所述第三锁止离合器连接壳体。
所述后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。
所述前动力结构还包括前行星排、第一电机和第一锁止离合器，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前第一端，一个是前第二端，一个是前第三端，所述第一电机连接所述前第一端，所述前第一端通过所述第一锁止离合器连接壳体，所述发动机连接所述前第二端，所述前第三端为所述前动力结构的输出端。
所述前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈。
附图说明
图1是混合动力汽车动力系统结构图；
图2是车辆正常模式的各离合器的状态示意图；
图3是车辆故障模式前进档的各离合器的状态示意图；
图4是车辆故障模式倒档的各离合器的状态示意图。
具体实施方式
混合动力汽车实施例
本实施例提供一种混合动力汽车，该混合动力汽车的动力系统为一种行星排混合动力驱动系统，由于混合动力汽车的其他组成部分不是本申请的重点，因此，以下着重对该动力系统进行详细描述。
动力系统整体上包括两大部分，前动力结构和后动力结构，如图1所示，后动力结构包括第二电机18、后行星排和系统输出轴19，后行星排包括三个端，分别称为后第一端、后第二端和后第三端，由于后行星排的三个端分别是后太阳轮、后行星架和后齿圈，因此，后第一端、后第二端和后第三端分别与后太阳轮、后行星架和后齿圈中的其中一个一一对应，对应关系并不唯一。
动力系统包括三个锁止离合器，分别是第二锁止离合器8、第三锁止离合器13和第四锁止离合器15，还包括四个常规的离合器，分别是第一离合器9、第二离合器10、第三离合器16和第四离合器17。前动力结构的输出端通过第二离合器10连接后第一端，后第一端连接第二电机18，前动力结构的输出端通过第一离合器9连接后第二端，后第二端通过第二锁止离合器8连接壳体，后第二端通过第四离合器17连接系统输出轴19，后第三端通过第三离合器16连接系统输出轴19，后第三端通过第四锁止离合器15连接壳体。并且，后第一端通过第三锁止离合器13连接壳体。
后行星排中的后第一端、后第二端和后第三端分别与后太阳轮、后行星架和后齿圈的对应关系并不唯一，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，可以根据实际需要设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：后第一端为后太阳轮12，后第二端为后行星架11，后第三端为后齿圈14。那么，如图1所示，前动力结构的输出端通过第二离合器10连接后太阳轮12，后太阳轮12连接第二电机18，前动力结构的输出端通过第一离合器9连接后行星架11，后行星架11通过第二锁止离合器8连接壳体，后行星架11通过第四离合器17连接系统输出轴19，后齿圈14通过第三离合器16连接系统输出轴19，后齿圈14通过第四锁止离合器15连接壳体，后太阳轮12通过第三锁止离合器13连接壳体。后动力结构的动力由第三离合器16或者第四离合器17输出到系统输出轴19上。
根据后动力结构不但能够实现当电池、电机、电控任意一个部件发生严重故障后，前动力结构输出的动力通过相应的离合器的配合能够将动力传输到系统输出轴上，保证车辆在三电系统出现任何故障时均能够根据发动机输出的动力继续运行；而且，还能够通过结合不同的离合器，并配合相应的锁止离合器实现输出扭矩的调节。也就是说，仅通过后动力结构就能够解决相应的技术问题，因此，本实施例并不限于前动力结构的具体构型，为了便于说明，以下给出一种具体的结构。
前动力结构包括发动机1、前行星排、第一电机7和第一锁止离合器6。同理，前行星排包括三个端，分别称为前第一端、前第二端和前第三端，由于前行星排的三个端分别是前太阳轮、前行星架和前齿圈，因此，前第一端、前第二端和前第三端分别与前太阳轮、前行星架和前齿圈中的其中一个一一对应。
发动机1连接前第二端，第一电机7连接前第一端，前第一端通过第一锁止离合器6连接壳体，前第三端就是前动力结构的输出端。
其中，前第一端、前第二端和前第三端与前太阳轮、前行星架和前齿圈的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：前第一端为前太阳轮4，前第二端为前行星架3，前第三端为前齿圈5。那么，发动机1连接前行星架3，第一电机7连接前太阳轮4，前太阳轮4通过第一锁止离合器6连接壳体，前齿圈5就是前动力结构的输出端。前动力结构的动力由前齿圈5输出，并与后动力结构的动力进行相应地叠加，最终输出到系统输出轴19上。
上述各锁止离合器的作用是：通过锁止将相应部件锁止在壳体上静止不动。
另外，系统还包括动力电源，动力电源通过相应的控制线束与电机控制器连接，电机控制器通过高压线束与第一电机7和第二电机18相连接(这部分属于常规技术，没有体现在附图中)。还有就是，发动机1的输出轴通过扭转减震器2与前行星架3相连接，系统输出轴19通过主减20将动力输出给车轮21。
基于上述动力系统，以下给出部分具体的控制策略，但是，本发明并不局限于下述控制策略。本发明的发明点在于动力系统的结构组成，并非在于具体的控制策略，因此，基于动力系统的任何控制策略均在本发明的保护范围内。
车辆的三电系统正常工作时，分别控制第一锁止离合器6松开、第二锁止离合器8松开、第三锁止离合器13松开、第四锁止离合器15闭合，第一离合器9结合、第二离合器10分离、第三离合器16分离、第四离合器17结合。各锁止离合器和离合器的状态如图2所示，当车辆以纯电动模式行驶时，由第二电机18驱动后太阳轮12，通过后行星架11把动力传递到系统输出轴19上，此时发动机1静止不动，第一电机7自由转动；当车辆以混合动力模式行驶时，发动机1通过扭矩减振器2与前行星架3相连，通过前齿圈5把动力输出到后行星架11上，由后行星架11把动力传递到系统输出轴19上。
并且，当车辆以纯电动模式行驶时，通过选择相应的离合器，使第二电机18通过后太阳轮12和后行星架11把动力传递到系统输出轴19上，或者通过后太阳轮12和后齿圈14把动力传递到系统输出轴19上，由于这两种传动方式的传动比不同，因此，输出扭矩就不同，能够实现输出扭矩的调节。同理，当车辆以混合动力模式行驶时，通过选择相应的离合器，使发动机1把动力输出到后行星架11或者输出到后太阳轮12上，并通过选择相应的离合器，将动力通过后行星架11或者后齿圈14输出给系统输出轴，由于上述各传动方式对应的传动比不一样，因此，输出扭矩就不同，能够实现输出扭矩的调节。
当车辆的动力电源及其控制系统或电机及其控制系统失效时：
(1)车辆挂前进档行驶时，分别控制第一锁止离合器6闭合、第二锁止离合器8松开、第三锁止离合器13松开、第四锁止离合器15闭合，第一离合器9分离、第三离合器16分离、第四离合器17结合。采用传统起动机把发动机1启动到怠速，当驾驶员踩油门时，控制第二离合器10缓慢结合，当第二离合器10结合后，驱动车辆前进行驶，具体的动力系统控制原理如图3所示。动力传递路径为：第一锁止离合器6闭合后，发动机1的动力由前齿圈5经过第二离合器10输出到后太阳轮12上，并通过后行星架11输出到系统输出轴19上。
(2)车辆挂倒档行驶时，分别控制第一锁止离合器6闭合、第二锁止离合器8闭合、第三锁止离合器13松开、第四锁止离合器15松开，第一离合器9分离、第三离合器16结合、第四离合器17分离。当驾驶员踩油门时，控制第二离合器10缓慢结合，当第二离合器10结合后，驱动车辆倒退行驶，具体的动力系统控制原理如图4所示。动力传递路径为：第一锁止离合器6闭合后，发动机1的动力由前齿圈5经过第二离合器10输出到后太阳轮12上，通过后齿圈14输出到系统输出轴19上。另外，后行星架11起惰轮的作用，所以可以实现车辆倒档行驶。
对于上述两种三电系统出现故障的情况，不管是哪一种情况，通过选择相应的离合器，均能够使发动机1把动力输出到后行星架11或者输出到后太阳轮12上，并通过选择相应的离合器，将动力通过后行星架11或者后齿圈14输出给系统输出轴，由于上述各传动方式对应的传动比不一样，因此，输出扭矩就不同，能够实现输出扭矩的调节。
动力系统实施例
本实施例提供一种混合动力汽车动力系统，由于该动力系统在上述汽车实施例中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车动力系统，包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机，后动力结构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后第一端，一个是后第二端，一个是后第三端，其特征在于，所述动力系统还包括第二锁止离合器和第四锁止离合器，所述前动力结构的输出端通过第二离合器连接所述后第一端，所述后第一端连接所述第二电机，所述前动力结构的输出端通过第一离合器连接所述后第二端，所述后第二端通过所述第二锁止离合器连接壳体，所述后第二端通过第四离合器连接所述系统输出轴，所述后第三端通过第三离合器连接所述系统输出轴，所述后第三端通过所述第四锁止离合器连接壳体。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括第三锁止离合器，所述后第一端通过所述第三锁止离合器连接壳体。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述前动力结构还包括前行星排、第一电机和第一锁止离合器，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前第一端，一个是前第二端，一个是前第三端，所述第一电机连接所述前第一端，所述前第一端通过所述第一锁止离合器连接壳体，所述发动机连接所述前第二端，所述前第三端为所述前动力结构的输出端。
5.根据权利要求4所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈。
6.一种混合动力汽车，包括一种动力系统，所述动力系统包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机，后动力结构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后第一端，一个是后第二端，一个是后第三端，其特征在于，所述动力系统还包括第二锁止离合器和第四锁止离合器，所述前动力结构的输出端通过第二离合器连接所述后第一端，所述后第一端连接所述第二电机，所述前动力结构的输出端通过第一离合器连接所述后第二端，所述后第二端通过所述第二锁止离合器连接壳体，所述后第二端通过第四离合器连接所述系统输出轴，所述后第三端通过第三离合器连接所述系统输出轴，所述后第三端通过所述第四锁止离合器连接壳体。
7.根据权利要求6所述的混合动力汽车，其特征在于，所述动力系统还包括第三锁止离合器，所述后第一端通过所述第三锁止离合器连接壳体。
8.根据权利要求6所述的混合动力汽车，其特征在于，所述后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的混合动力汽车，其特征在于，所述前动力结构还包括前行星排、第一电机和第一锁止离合器，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前第一端，一个是前第二端，一个是前第三端，所述第一电机连接所述前第一端，所述前第一端通过所述第一锁止离合器连接壳体，所述发动机连接所述前第二端，所述前第三端为所述前动力结构的输出端。
10.根据权利要求9所述的混合动力汽车，其特征在于，所述前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈。
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