CN109649151A - 一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统，第一齿圈通过第一离合器与发动机的输出轴连接，第一太阳轮与第一电机的输出轴连接，第一行星架通过第二离合器与第二行星排的第二行星架的一端连接，第一制动器与第一齿圈连接，第二制动器与第一太阳轮连接，第三制动器与第一行星架连接，第一行星排为单级行星齿轮机构；第二行星架的另一端与车轮连接，第二太阳轮与第二电机的输出轴连接，第二齿圈与第四制动器连接，第二行星排为单级行星齿轮机构；第一电机和第二电机均分别与变频器和混合动力控制单元连接。本发明以两个单级行星排的结构保证了车辆不同工况之间顺利切换，还保证了同一工况下的稳定运行。

Description

一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统
技术领域
本发明属于混合动力车辆领域，尤其涉及到一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统。
背景技术
混合动力车辆是指携带不同动力源、可根据车辆的行驶需要同时或分别使用不同的动力源而行驶的车辆，目前最常见的为油电混合动力车辆，即以发动机和电动机为动力源。混合动力车辆可根据行驶条件自动选择使用纯电动驱动模式、发动机独立驱动模式或混合驱动模式。虽然油电混合动力车辆不能实现零排放，但它可有效解决电动车辆的续驶里程较短、充电设施不完善等问题，且外接交流充电接口能进一步提高其经济性和降低排放污染。因此，油电混合动力车辆相对于传统内燃机车辆具有更好的环保、节能与经济性，在目前及近期都将具有良好的发展趋势。
发明内容
为解决现有技术存在混合动力车辆节能驱动模式设计的缺陷，本发明提供了一种插电式单、双级双行星排混合动力车辆的传动系统。
本发明的技术方案为，一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统，包括：
第一行星排，其第一齿圈通过第一离合器与发动机的输出轴连接，其第一太阳轮与第一电机的输出轴连接，其第一行星架通过第二离合器与第二行星排的第二行星架的一端连接，第一制动器与所述第一齿圈连接，第二制动器与所述第一太阳轮连接，第三制动器与所述第一行星架连接，所述第一行星排为单级行星齿轮机构；
第二行星排，其第二行星架的另一端与车轮连接，其第二太阳轮与第二电机的输出轴连接，其第二齿圈与第四制动器连接，所述第二行星排为单级行星齿轮机构；
第一电机和第二电机，其均分别与变频器和混合动力控制单元连接，所述变频器还分别与所述混合动力控制单元和所述动力电池连接；
发动机，其通过发动机控制单元与所述混合动力控制单元连接。
优选的，所述混合动力控制单元，其第一信号输出端电连接至所述发动机控制单元；其第二信号输出端电连接至所述变频器；其第三信号输出端电连接至所述第一离合器；其第四信号输出端电连接至所述第二离合器；其第五信号输出端电连接至所述第一制动器；其第六信号输出端电连接至所述第二制动器；其第七信号输出端电连接至所述第三制动器；其第八信号输出端电连接至所述第四制动器。
优选的，还包括辅助蓄电池，其第一输出端通过发动机辅助控制开关与所述发动机控制单元连接，其第二输出端通过点火开关与所述混合动力控制单元连接，其第三输出端与所述变频器连接。
优选的，所述动力电池通过DC/DC转换器与所述辅助蓄电池连接。
优选的，所述第一电机和所述第二电机均为永磁无刷直流电动机。
有益效果：具有单级行星齿轮结构的第一行星排和第二行星排，这两者构建了发动机、第一电机和第二电机之间不同工况下的动力传递。在行星排上的各个特别设置的离合器、制动器保证了不同工况之间顺利切换，还保证了同一工况下的稳定运行。通过各部件之间的连接方式、不同工况的切换方式，本系统具有节能、环保的优点。本系统虽然结构简单，无单独设置的变速器，但能实现无级变速的功能。发动机控制单元与混合动力控制单元能相互配合、协调工作，实现工作模式的最佳优化。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1示出了本发明插电式双行星排混合动力车辆的传动系统的传动机构示意图；
图2示出了本发明插电式双行星排混合动力车辆的传动系统的控制原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。
如图1所示，本发明插电式双行星排混合动力车辆的传动系统的传动系统主要包括：第一行星排、第二行星排，以及由这两者构建的发动机、第一电机和第二电机之间连接关系。
第一行星排是单级行星齿轮机构。第一行星排具有第一行星架、第一太阳轮以及第一齿圈。
其中，第一齿圈通过第一离合器与发动机的输出轴连接，第一制动器与所述第一齿圈连接。第一离合器能够在混合动力控制单元的控制下接合，从而在需要时将发动机输出轴与第一齿圈连接成一个整体。第一制动器能够在混合动力控制单元的控制下进行制动，从而在需要时将第一齿圈固定。因此，在第一离合器接合的情况下，第一电机能够工作以启动发动机，而发动机启动后，第一电机又能够转为发电模式，从而为动力电池充电。
第一太阳轮与第一电机的输出轴连接，第二制动器与所述第一太阳轮连接。第二制动器能够在混合动力控制单元的控制下进行制动，从而在需要时将第一太阳轮固定。
第一行星架通过第二离合器与第二行星排的第二行星架的一端连接，第三制动器与所述第一行星架连接。第二离合器能够在混合动力控制单元的控制下接合，从而在需要时将第一行星架与第二行星架连接成一个整体。第三制动器能够在混合动力控制单元的控制下进行制动，从而在需要时将第一行星架固定。因此，第一电机能够作为辅助驱动电机和第二电机协同工作。第一电机和第二电机也能够同时工作以启动发动机。发动机启动后，第二电机也能够转为发电模式，从而为动力电池充电。
第二行星排为单级行星齿轮机构，其内为普通的单行星齿轮。第二行星排同样具有第二行星架、第二太阳轮以及第二齿圈。
其中，第二行星架的一端通过第二离合器与第一行星架连接，另一端与驱动车轮连接，从而将动力传输到车轮。第二太阳轮与第二电机的输出轴连接。第二齿圈与第四制动器连接。第四制动器能够在混合动力控制单元的控制下进行制动，从而在需要时将第二齿圈固定。
如图1和图2所示，以混合动力控制单元为中心，其控制信号的连接方式如下：其第一信号输出端电连接至所述发动机控制单元；其第二信号输出端电连接至所述变频器；其第三信号输出端电连接至所述第一离合器；其第四信号输出端电连接至所述第二离合器；其第五信号输出端电连接至所述第一制动器；其第六信号输出端电连接至所述第二制动器；其第七信号输出端电连接至所述第三制动器；其第八信号输出端电连接至所述第四制动器。
其中，第一电机也分别与变频器和混合动力控制单元连接。第一电机为永磁无刷直流电动机，为驱动车轮的辅助驱动电机，也可作发电机给动力电池充电。在需要时能独立启动发动机或与第二电机联合工作适时启动发动机运转，它由变频器控制，通过控制相序与频率来控制电机的方向及转速大小。同时，电机将转子位置、电机温度等技术参数反馈给混合动力控制单元，以便混合动力控制单元通过变频器对电机进行控制，在必要时还可启动保护模式。
第二电机分别与变频器和混合动力控制单元连接。第二电机为永磁无刷直流电动机，为驱动车轮的主驱动电机，也可作发电机给动力电池充电，还可与第一电机联合工作适时启动发动机。它由变频器控制，通过控制相序与频率来控制电机的方向及转速大小。同时，电机将转子位置、电机温度等技术参数反馈给混合动力控制单元，以便混合动力控制单元通过变频器对电机进行控制，在必要时还可启动保护模式。
变频器还分别与所述混合动力控制单元和所述动力电池连接。发动机通过发动机控制单元与所述混合动力控制单元连接。
除了混合动力控制单元的控制连接，作为动力输出的动力电池的连接方式如下：其输入端与充电接口连接；动力电池的第一输出端与变频器连接，为变频器提供工作电源，同时将电量信息反馈给变频器；所述动力电池的第二输出端通过DC/DC转换器与辅助蓄电池连接。
辅助蓄电池的第一输出端通过发动机辅助控制开关与所述发动机控制单元连接。辅助蓄电池的第二输出端通过点火开关与所述混合动力控制单元连接。辅助蓄电池的第三输出端与所述变频器连接。
基于上述的传动系统连接方式，本发明混合动力车辆的工作状态主要分为以下几种情况：(1)起步工况、(2)低速小负荷工况、(3)中高速大负荷工况、(4)前进行驶时的急减速制动超速工况。
(1)起步工况为纯电动驱动起步，其具体工作方式如下。发动机与第一电机不工作，第一离合器、第二离合器都处于分离状态，第一制动器、第二制动器、第三制动器不制动，第四制动器对第二行星排的齿圈进行制动。挂前进挡时，第二电机正转驱动汽车起步前进行驶；挂倒挡时，第二电机反转驱动汽车起步倒车行驶。
(2)低速小负荷工况还分为(201)动力电池电量充足、(202)动力电池电量不足这两种工况。
(201)动力电池电量充足的具体工作方式如下。(201a)如果纯电动驱动为第二电机独立驱动，第二电机独立驱动模式与起步工况相同。(201b)如果第一电机与第二电机共同驱动模式：第一离合器处于分离状态，第二离合器处于接合状态，第一制动器、第四制动器处于制动状态，第二制动器、第三制动器不制动；前进或倒车行驶由电机正转或反转来确定，前进时电机正转、倒车时电机反转。
(202)动力电池电量不足的具体工作方式如下。(202a)前进行驶时，第一离合器、第二离合器处于接合状态，第四制动器处于制动状态，第一制动器、第二制动器、第三制动器不制动，第一电机与第二电机共同工作适时启动发动机。发动机启动后，第二制动器转为制动状态，发动机驱动车轮运转，第一电机不工作，第二电机工作状态转为发电模式、发动机多余动力通过第二电机给动力电池充电。(202b)倒车行驶时，如动力电池亏电不严重，行驶模式与“(201)动力电池电量充足”时的模式相同。如动力电池亏电严重，仪表会显示电池亏电严重，第一离合器处于接合状态，第二离合器处于分离状态，第一制动器、第二制动器、第四制动器不制动，第三制动器处于制动状态，第一电机反转启动发动机工作；发动机启动后，第一电机工作状态转为发电模式、给动力电池充电。动力电池电量达到一定时，车辆方才进入倒车行驶状态，倒车时的行驶模式又与“(201)动力电池电量充足”时模式相同。
(3)中高速大负荷工况的具体工作方式如下。此工况只用于前进挡行驶状态。第一离合器、第二离合器处于接合状态，第四制动器处于制动状态，第一制动器、第二制动器、第三制动器不制动，第一电机与第二电机共同工作适时启动发动机。发动机启动后，第二制动器转为制动状态，第一电机不工作，发动机驱动车轮运转，第二电机转为发电机、发动机多余能量通过第二电机给动力电池充电。
(4)前进行驶时的急减速、制动、超速工况的具体工作方式如下。当汽车前进行驶急减速、制动或汽车车速超过设定的最高车速时，系统工作模式自动转为能量回收模式，此时，发动机不工作，第一离合器、第二离合器处于分离状态，第四制动器处于制动状态，第一制动器、第二制动器、第三制动器不制动，第一电机不工作，第二电机转为发电状态，车辆动能转为电能，给动力电池充电，进行能量回收。
除了车辆移动时的工况，本发明的传动系统还适用于车辆静止时的工况。例如(5)发动机检修或调试状态的工况、(6)充电工况。
在(5)发动机检修或调试状态时，挡位开关应置于空挡。如果不需启动发动机，则发动机辅助控制开关处于点火位置，发动机控制单元进入工作状态，可使用万用表等相关仪器对发动机进行检测，此时，点火开关不需闭合。如果需要启动发动机，则点火开关闭合，发动机辅助控制开关处于启动位置时，混合动力控制单元控制第一离合器接合、第二离合器分离，第三制动器处于制动状态、第一制动器、第二制动器、第四制动器不制动，第一电机反转，启动发动机运转。发动机启动后，发动机辅助控制开关应回到点火位置，此时各离合器都分离、制动器都不制动，这时可对发动机进行检修或调试。
在(6)充电时，充电接口能够外接220V交流电对动力电池充电。
综上，本发明具有单级行星齿轮结构的第一行星排和第二行星排，这两者构建了发动机、第一电机和第二电机之间不同工况下的动力传递。在行星排上的各个特别设置的离合器、制动器保证了不同工况之间顺利切换，还保证了同一工况下的稳定运行。通过各部件之间的连接方式、不同工况的切换方式，本系统具有节能、环保的优点。本系统虽然结构简单，无单独设置的变速器，但能实现无级变速的功能。发动机控制单元与混合动力控制单元能相互配合、协调工作，实现工作模式的最佳优化。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统，其特征在于，包括：
第一行星排，其第一齿圈通过第一离合器与发动机的输出轴连接，其第一太阳轮与第一电机的输出轴连接，其第一行星架通过第二离合器与第二行星排的第二行星架的一端连接，第一制动器与所述第一齿圈连接，第二制动器与所述第一太阳轮连接，第三制动器与所述第一行星架连接，所述第一行星排为单级行星齿轮机构；
第二行星排，其第二行星架的另一端与车轮连接，其第二太阳轮与第二电机的输出轴连接，其第二齿圈与第四制动器连接，所述第二行星排为单级行星齿轮机构；
第一电机和第二电机，其均分别与变频器和混合动力控制单元连接，所述变频器还分别与所述混合动力控制单元和所述动力电池连接；
发动机，其通过发动机控制单元与所述混合动力控制单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统，其特征在于，所述混合动力控制单元，其第一信号输出端电连接至所述发动机控制单元；其第二信号输出端电连接至所述变频器；其第三信号输出端电连接至所述第一离合器；其第四信号输出端电连接至所述第二离合器；其第五信号输出端电连接至所述第一制动器；其第六信号输出端电连接至所述第二制动器；其第七信号输出端电连接至所述第三制动器；其第八信号输出端电连接至所述第四制动器。
3.根据权利要求1或2所述的一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统，其特征在于，还包括辅助蓄电池，其第一输出端通过发动机辅助控制开关与所述发动机控制单元连接，其第二输出端通过点火开关与所述混合动力控制单元连接，其第三输出端与所述变频器连接。
4.根据权利要求3所述的一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统，其特征在于，所述动力电池通过DC/DC转换器与所述辅助蓄电池连接。
5.根据权利要求1所述的一种插电式双行星排混合动力车辆的传动系统，其特征在于，所述第一电机和所述第二电机均为永磁无刷直流电动机。
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Application publication date: 20190419

Assignee: Wuxi Ruiyao Technology Co.,Ltd.

Assignor: WUXI INSTITUTE OF COMMERCE

Contract record no.: X2023980051345

Denomination of invention: The transmission system of a plug-in dual planetary hybrid electric vehicle

Granted publication date: 20230908

License type: Common License

Record date: 20231211