CN109955708B - 一种双模式行星排混合动力系统及车辆 - Google Patents

一种双模式行星排混合动力系统及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种双模式行星排混合动力系统及车辆，双模式行星排混合动力系统包括发动机和与发动机传动连接的行星排机构，所述行星排机构传动连接有主驱动电机，所述主驱动电机和行星排机构之间设有变速箱。在行星排机构和主驱动电机之间增加变速箱，避免了主驱动电机转速过高，有效的降低了主驱动电机转速较高时的弱磁损失；在车辆高速驱动过程中，变速箱换成空档，主驱动电机停止运转，发动机实现直驱带动车轮转动，减少了能量损失。

Description

一种双模式行星排混合动力系统及车辆
技术领域
本发明涉及一种双模式行星排混合动力系统及车辆。
背景技术
在混合动力车辆领域中，串联能实现发动机的最优控制，但是全部能量都会经过二次转换，损失较大；并联能实现较好的传动效率，但是发动机与输出轴机械连接，不能保证发动机始终处于较优的工作区域内，因此采用双模式行星排混合动力系统是一个较好的选择。当前双模式行星排混合动力系统主要采用行星结构作为功率分流装置，行星排机构的优势在于：能够实现发动机转速与输出轴转速之间的解耦，使控制系统在任何车速时都可以控制发动机的转速和扭矩，从而实现发动机高效率的工作。如授权公告号为CN104648116B，授权公告日为2017.02.22的中国发明专利公开了一种双模式行星混联系统及其控制系统，该混联系统的发动机的输出轴与行星排机构之间设有扭转减振器，行星排机构与车轮传动连接，行星排机构包括前行星排和后行星排，前行星排传动连接有发电机，后行星排传动连接有主驱动电机。但该混联系统的车速较高时，发电机始终处于转动状态，发动机输出扭矩时发电机始终在发电，发动机直驱时，存在有电功率损失，系统效率不高；后行星排为固定转速比，驱动电机转速与发动机转速一一对应，在车速很高时，主驱动电机转速也很高，对永磁同步电机来讲，需要输出的弱磁电流很大，而该部分电流属于无用功，全部都以热能形式散发出去，影响了整个系统的效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双模式行星排混合动力系统，以解决现有技术中的混合动力系统在车速较高时发动机无法直驱以及弱磁损失的问题；本发明的目的还在于提供一种使用该双模式行星排混合动力系统的车辆。
为实现上述目的，本发明双模式行星排混合动力系统的第一种技术方案是：双模式行星排混合动力系统包括发动机和与发动机传动连接的行星排机构，所述行星排机构传动连接有主驱动电机，所述主驱动电机和行星排机构之间设有变速箱。
本发明双模式行星排混合动力系统的第二种技术方案是：在本发明双模式行星排混合动力系统的第一种技术方案的基础上，所述双模式行星排混合动力系统还包括辅驱动电机，所述行星排机构包括前行星排和后行星排，所述前行星排与变速箱传动连接，所述后行星排与辅驱动电机传动连接。辅驱动电机能够避免变速箱在换挡过程中电机输出不连续导致车辆不平顺的问题。
本发明双模式行星排混合动力系统的第三种技术方案是：在本发明双模式行星排混合动力系统的第二种技术方案的基础上，所述辅驱动电机为交流异步电机。交流异步电机在高速随转情况下也不存在电机弱磁损失问题。
本发明双模式行星排混合动力系统的第四种技术方案是：在本发明双模式行星排混合动力系统的第二种技术方案的基础上，所述发动机、前行星排、后行星排以及辅驱动电机沿动力传递方向同轴布置。使发动机的输出动力能够较好的传递到车轮，降低能量损失。
本发明双模式行星排混合动力系统的第五种技术方案是：在本发明双模式行星排混合动力系统的第一种至第四种任意一种技术方案的基础上，所述变速箱为两档位变速箱。在不同转速时使变速箱在1档和2档之间转换，降低主驱动电机的转速过高时的弱磁损失。
本发明双模式行星排混合动力系统的第六种技术方案是：在本发明双模式行星排混合动力系统的第一种至第四种任意一种技术方案的基础上，所述行星排机构包括前行星排和后行星排，所述前行星排传动连接有发电机，所述发电机和前行星排之间设有在发动机直驱时将发电机锁止的锁止离合器。当车速过高时，锁止发电机，避免发动机直驱时的能量损失。
本发明双模式行星排混合动力系统的第七种技术方案是：在本发明双模式行星排混合动力系统的第一种至第四种任意一种技术方案的基础上，所述行星排机构包括前行星排和后行星排，所述变速箱通过前行星排的齿圈与前行星排传动连接。
为实现上述目的，本发明车辆的第一种技术方案是：车辆包括车轮和驱动车轮的双模式行星排混合动力系统，所述双模式行星排混合动力系统包括发动机和与发动机传动连接的行星排机构，所述行星排机构传动连接有主驱动电机，所述主驱动电机和行星排机构之间设有变速箱。
本发明车辆的第二种技术方案是：在本发明车辆的第一种技术方案的基础上，所述双模式行星排混合动力系统还包括辅驱动电机，所述行星排机构包括前行星排和后行星排，所述前行星排与变速箱传动连接，所述后行星排与辅驱动电机传动连接。
本发明车辆的第三种技术方案是：在本发明车辆的第二种技术方案的基础上，所述辅驱动电机为交流异步电机。
本发明车辆的第四种技术方案是：在本发明车辆的第二种技术方案的基础上，所述发动机、前行星排、后行星排以及辅驱动电机沿动力传递方向同轴布置。
本发明车辆的第五种技术方案是：在本发明车辆的第一种至第四种任意一种技术方案的基础上，所述变速箱为两档位变速箱。
本发明车辆的第六种技术方案是：在本发明车辆的第一种至第四种任意一种技术方案的基础上，所述行星排机构包括前行星排和后行星排，所述前行星排传动连接有发电机，所述发电机和前行星排之间设有在发动机直驱时将发电机锁止的锁止离合器。
本发明车辆的第七种技术方案是：在本发明车辆的第一种至第四种任意一种技术方案的基础上，所述行星排机构包括前行星排和后行星排，所述变速箱通过前行星排的齿圈与前行星排传动连接。
本发明的有益效果是：在行星排机构和主驱动电机之间增加变速箱，避免了主驱动电机转速过高，有效的降低了主驱动电机转速较高时的弱磁损失；在车辆高速驱动过程中，变速箱换成空档，主驱动电机停止运转，发动机实现直驱带动车轮转动，减少了能量损失。
附图说明
图1为本发明车辆的双模式行星排混合动力系统的示意图；
图2为本发明车辆的双模式行星排混合动力系统的控制流程图。
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，车辆包括车轮15和驱动车轮15的双模式行星排混合动力系统，双模式行星排混合动力系统包括发动机1和与发动机1传动连接的前行星排，前行星排与发动机1之间设有扭矩减振器2，扭矩减振器2用于保证发动机1的输出轴传递出的扭矩具有稳定性；前行星排包括前太阳轮12、前行星轮13和前齿圈4，前太阳轮12传动连接有发电机11，发电机为永磁同步电机，主要用来给储能系统发电和启/停发动机，前太阳轮12和发电机11之间设有在发动机1直驱时用于锁止发电机11的锁止离合器3，前齿圈4传动连接有变速箱5，变速箱5为两档变速箱，在主驱动电机6转速过高时变速箱实现换档，避免主驱动电机6转速过高；在车辆高速驱动过程中，发动机直驱时，变速箱5挂空档，使主驱动电机6停止运转，以降低主驱动电机6的弱磁损失，变速箱5连接有主驱动电机6，主驱动电机6为永磁同步电机，主要用来驱动整车。前行星排还传动连接有后行星排，后行星排包括后行星轮9、后齿圈10以及后太阳轮14，前行星排的前齿圈4与后行星排的行星轮9传动连接，后太阳轮14与辅驱动电机7传动连接，辅驱动电机7为交流异步电机，主要用于变速箱换档期间和发动机直驱、变速箱空档时保证整车的电驱动或制动的一致性。具体为：一是在变速箱由二档降到一档过程中辅驱动电机7用于制动回馈扭矩，避免变速箱5在换档过程中电机输出不连续导致车辆不平顺的问题；二是在直驱工况中为避免主驱动电机6弱磁电流过大，变速箱处于空档状态，辅驱动电机7可以保证直驱工况时电机的制动能量回收；三是辅驱动电机7为交流异步电机可以有效减小电机高速时的弱磁损失。后齿圈10为固定齿圈，其中，前齿圈4和后行星轮9均与驱动轴8连接，驱动轴8用以带动车轮15转动；发动机1、前行星排、后行星排以及辅驱动电机7沿动力传递方向同轴线布置。
本实施例中，主驱动电机6为MG1，辅驱动电机7为MG2，发电机11为MG3。
车辆控制方面：
模式切换逻辑：变速箱5默认档位在一档，1）当车速大于V1时，EV（纯电动驱动）切换到EVT（发动机和电机共同驱动），当车速小于V6时，EVT切换回EV；2）当车速大于V2时变速箱5由一档转换为二档，当车速小于V5时，变速箱5档位由二档退回到一档；3）当车速大于V3时，锁止离合器3锁止，发动机进入直驱模式，当车速小于V4时，锁止离合器3分离，退出发动机直驱模式；其中，车速V6＜V1＜V5＜V2＜V4＜V3＜V7。
驱动时：模式切换顺序分别为EV变速箱一档、EVT变速箱一档、EVT变速箱二档和发动机直驱变速箱二档四种模式，1）通过主驱动电机6驱动整车在EV模式下纯电动起步；2）当车速达到V1后，EV模式切换到EVT模式，发动机1开始参与驱动；3）当车速达到V2后变速箱5由一档换为二档，换档过程中由于主驱动电机6要进行摘档调速，此时如整车需要助力则由辅驱动电机7进行助力，车辆切换到二档后换回主驱动电机6助力；4）当车速达到V3后，锁止离合器3锁止前太阳轮12，发电机11停止运转，车辆进入直驱模式，为避免主驱动电机6弱磁损失，变速箱5切入空档状态使主驱动电机6停止运转，辅驱动电机7随着发动机转动。
制动时：顺序分别为发动机直驱变速箱二档、EVT变速箱二档、EVT变速箱一档、EV变速箱一档，1）当车辆车速达到v7，发动机直驱工况车辆开始制动，此时变速箱5处于空档、锁止离合器3在锁止位，由于变速箱5处于空档，此时辅驱动电机7提供电制动回馈扭矩；（2）当车速低于v4，锁止离合器3分离，前太阳轮12锁止解除，变速箱5需要从空档切换为二档，换档过程中仍然由辅驱动电机7提供电制动回馈扭矩，当二档换档完毕，由主驱动电机6提供给电制动回馈扭矩；（3）当车速低于v5时，档位由二档切换为一档，换档过程中由辅驱动电机7提供电制动扭矩，换档完成后由主驱动电机6提供电制动扭矩；（4）当车速低于v6时，由EVT切换到EV模式，由主驱动电机6提供电制动扭矩。
在其他实施例中，发电机也可以与发动机同轴设置；在其他实施例中，所述双模式行星排混合动力系统不包括辅驱动电机，发动机、前行星排、后行星排以及主驱动电机沿动力传递方向同轴布置，变速箱设置在后行星排和主驱动电机之间；在其他实施例中，也可以不设置锁止离合器。
本发明的双模式行星排混合动力系统的具体实施例，该双模式行星排混合动力系统与上述车辆的双模式行星排混合动力系统的结构相同，不予赘述。

Claims (8)

1.一种双模式行星排混合动力系统，包括发动机和与发动机传动连接的行星排机构，所述行星排机构传动连接有主驱动电机，其特征在于：所述行星排机构包括前行星排和后行星排，所述主驱动电机和行星排机构之间设有变速箱，所述双模式行星排混合动力系统还包括辅驱动电机，所述前行星排与变速箱传动连接，所述后行星排与辅驱动电机传动连接，所述前行星排传动连接有发电机，所述发电机和前行星排之间设有在发动机直驱时将发电机锁止的锁止离合器，所述变速箱通过前行星排的齿圈与前行星排传动连接，所述发动机与前行星排传动连接，所述前行星排的齿圈直接传动连接于驱动轴。
2.根据权利要求1所述的双模式行星排混合动力系统，其特征在于：所述辅驱动电机为交流异步电机。
3.根据权利要求1所述的双模式行星排混合动力系统，其特征在于：所述发动机、前行星排、后行星排以及辅驱动电机沿动力传递方向同轴布置。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的双模式行星排混合动力系统，其特征在于：所述变速箱为两档位变速箱。
5.车辆，包括车轮和驱动车轮的双模式行星排混合动力系统，所述双模式行星排混合动力系统包括发动机和与发动机传动连接的行星排机构，所述行星排机构传动连接有主驱动电机，其特征在于：所述行星排机构包括前行星排和后行星排，所述主驱动电机和行星排机构之间设有变速箱，所述双模式行星排混合动力系统还包括辅驱动电机，所述前行星排与变速箱传动连接，所述后行星排与辅驱动电机传动连接，所述前行星排传动连接有发电机，所述发电机和前行星排之间设有在发动机直驱时将发电机锁止的锁止离合器，所述变速箱通过前行星排的齿圈与前行星排传动连接，所述发动机与前行星排传动连接，所述前行星排的齿圈直接传动连接于驱动轴。
6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于：所述辅驱动电机为交流异步电机。
7.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于：所述发动机、前行星排、后行星排以及辅驱动电机沿动力传递方向同轴布置。
8.根据权利要求5-7任意一项所述的车辆，其特征在于：所述变速箱为两档位变速箱。
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