CN110466338A - 一种单行星排功率分流混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单行星排功率分流混合动力系统,包括发动机动力输入轴;单向离合器;双离合器主动盘;第一离合器从动盘;第二离合器从动盘;第一离合器轴;第二离合器轴;动力输出主动齿轮;行星轮;行星架;太阳轮;第一电机EM1;内齿圈;第二电机EM2;差速器;主减从动齿轮;第二电机EM2动力输出齿轮;中间齿轮;动力输出中间轴;主减主动齿轮;本发明把双合器模块应用到行星排功率分流混动构型上,优点是:工作模式多,动力性强,更加节能。纯电动可以单电机模式,也可以双电机模式,高速时可以采用发动机与其中任一个电机的并联模式,避免了高速时仍存在的行星排特有的功率分流现象而造成的效率下降。任一个电机有故障,车辆仍可以正常行驶,增加了系统冗余度。

Description

一种单行星排功率分流混合动力系统
技术领域
本发明属于混合动力汽车技术领域,尤其是涉及一种单行星排功率分流混合动力系统。
背景技术
随着油耗法规日益加严,新能源车型财政补贴减少,降低资源消耗强度,兼容多种技术路线发展成为下一阶段发展节能与新能源汽车的新的汽车产业规划,进一步发展具有高节能潜力的混合动力系统,对于促进汽车产业转型升级、生产更加符合市场及消费需求的混合动力节能车型具有重大战略意义。
1997年丰田推出首款混合动力汽车Prius,2015年又推出了搭载最新第四代机电混合动力系统的Prius 4,仍采用THS行星轮系动力分流式结构,行星齿轮系统对发动机的输出功率进行重新分配,达到合理平衡发动机符合的目的。行星轮系具有多自由度、输入输出灵活可控的特点,而且结构紧凑、体积小、速比大,因此被越来越多的混合动力汽车动力耦合系统所采用,这也是当今混合动力汽车动力总成发展的一种趋势。
双离合变速器(DCT)中的双离合模块随着DCT产量与控制技术水平的提高,已经成为一个标准的离合器模块,使推广双离合器的广泛应用成为可能。
丰田的THS混合动力系统具有简单、平顺的特性,但在一些工况下,比如高速工况,由于行星排的物理特性,发动机的动力仍然是分流的,一部分用来发电,一部分用来驱动车辆,存在机械能到电能,电能再到机械能的转换效率损失,不利于节油。
发明内容
有鉴于此,本发明旨在提出一种单行星排功率分流混合动力系统,以解决上述背景技术中提到的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
一种单行星排功率分流混合动力系统,括发动机动力输入轴;单向离合器;双离合器主动盘;第一离合器从动盘;第二离合器从动盘;第一离合器轴;第二离合器轴;动力输出主动齿轮;行星轮;行星架;太阳轮;第一电机EM1;内齿圈;第二电机EM2;差速器;主减从动齿轮;第二电机EM2动力输出齿轮;中间齿轮;动力输出中间轴;主减主动齿轮;
发动机动力输入轴与双离合器主动盘连接,单向离合器布置在发动机动力输入轴上,双离合器主动盘通过摩擦副与第一离合器从动盘、第二离合器从动盘连接,第一离合器从动盘与第一离合器轴连接,第二离合器从动盘与第二离合器轴连接,其中第二离合器轴是空心轴,空套在所述第一离合器轴上;
第一离合器轴与行星排的行星架连接,第二离合器轴与行星排的内齿圈连接,第二离合器轴上固定有动力输出主动齿轮,第一电机EM1转子与行星排的太阳轮连接,太阳轮与所述行星轮啮合,行星轮与所述内齿圈啮合,行星轮均布在行星架上,可以绕自己的轴线转动,同时绕行星架的轴线公转,组成一个单行星排;
动力输出中间轴上固定述中间齿轮与主减主动齿轮,中间齿轮同时与动力输出主动齿轮和第二电机EM2动力输出齿轮常啮合,第二电机EM2动力输出齿轮与第二电机EM2转子连接,主减主动齿轮与主减从动齿轮常啮合,主减从动齿轮与差速器连接。
本发明的另一目的在于提出一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,具体方案是这样实现的:
一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,可以实现第一电机EM1单电机纯电运行模式,第二电机EM2单电机纯电运行模式,双电机纯电运行模式,发动机直驱模式,发动机动力分流的混合动力模式,发动机与第一电机EM1组成并联运行模式、发动机与第二电机EM2组成并联运行模式,发动机与两个电机组成并联运行模式,原地驻车发电模式9种模式,其中第一电机EM1单电机纯电运行模式:
发动机关闭,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架为一体,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,第二离合器从动盘、第二离合器轴、动力输出主动齿轮、内齿圈可以随意转动,第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相反,以下称反转,带动太阳轮反向转动,从而使行星架与内齿圈都要反向转动,由于单向离合器的反向制动作用,发动机动力输入轴以及行星架不会反转,保持转速为0,此时单行星排相当于一个单级减速器,第一电机EM1的动力经过太阳轮、行星轮、内齿圈、第二离合器轴、动力输出主动齿轮减速增扭后传递给中间齿轮,经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,第二电机EM2的状态为不使能空转。
进一步的,第二电机EM2单电机纯电运行模式:
发动机关闭,离合器主动盘与第一离合器从动盘分离,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,行星排的行星架和内齿圈均可以随意空转,第一电机EM1不使能处于自由状态,第二电机EM2工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、传递给中间齿轮,经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进或后退。
进一步的,双电机纯电运行模式:
发动机关闭,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架为一体,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,第二离合器从动盘、第二离合器轴、动力输出主动齿轮、内齿圈可以随意转动,第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相反,以下称反转,带动太阳轮反向转动,从而使行星架与内齿圈都要反向转动,由于单向离合器的反向制动作用,发动机动力输入轴以及行星架不会反转,保持转速为0,此时单行星排相当于一个单级减速器,第一电机EM1的动力经过太阳轮、行星轮、内齿圈、第二离合器轴、动力输出主动齿轮减速增扭后传递给中间齿轮,第二电机EM2工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、也传递给中间齿轮,所有动力经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进。
进一步的,发动机直驱模式:
首先离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架为一体,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,第二离合器从动盘、第二离合器轴、动力输出主动齿轮、内齿圈可以随意转动,第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相同,以下称正转,带动所述太阳轮正向转动,从而使行星架与内齿圈都要正向转动,由于与内齿圈连接的第二离合器轴上面的动力输出主动齿轮通过传动链与车轮连接,转速不会发生突变而保持相对稳定;第一电机EM1的动力经过太阳轮、行星轮、行星架、第一离合器轴、第一离合器从动盘、离合器主动盘、发动机动力输入轴,经过飞轮带动发动机正向旋转,通过控制第一电机EM1的转速,使发动机达到启动转速以上,再进行喷油点火,启动发动机以减少尾气排放,发动机启动后,第一电机EM1停止使能,保持空转,第二电机EM2也保持空转;然后离合器主动盘与第二离合器从动盘逐步结合,使双离合器的第二从动盘转速从原来状态逐步达到与第一从动盘转速一致,完成车辆起步,接下来车辆行驶的动力完全来自于发动机的动力输出。
进一步的,发动机动力分流的混合动力模式:
起步或车辆速度低于某一设定值时,发动机关闭,离合器主动盘与第一离合器从动盘分离,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,行星排的行星架和内齿圈均可以随意空转,第一电机EM1不使能处于自由状态,第二电机EM2工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、传递给中间齿轮,经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进或后退;在此设定车速范围内,第二电机EM2单独工作不能满足驾驶员需求,控制模式进入双电机纯电运行模式,第一电机EM1反向转动工作,第一电机EM1的动力经过太阳轮、行星轮、内齿圈、第二离合器轴、动力输出主动齿轮减速增扭后传递给所述中间齿轮,与第二电机EM2的动力汇合后一起驱动车辆,车速超过预定值时,离合器主动盘与第一离合器从动盘逐步结合,控制第一电机EM1的转速,使发动机达到启动转速,然后喷油点火启动发动机,发动机启动后转速与扭矩控制在低油耗区域,经过行星排的动力分流作用,一定比例的扭矩经过发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架、行星轮、太阳轮用来带动第一电机EM1发电,电能储存在动力电池内或优先供给第二电机EM2使用,剩余扭矩经发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架、行星轮、内齿圈、动力输出主动齿轮,传递给中间齿轮,第二电机EM2使能工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、也传递给中间齿轮,与发动机传递来的动力汇合后所有动力经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进。
进一步的,发动机与第一电机EM1组成并联运行模式:
车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,离合器主动盘与第二离合器从动盘结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,第一电机EM1转速也与发动机转速一致,组成一个并联系统,当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给第一电机EM1发电,电能储存在动力电池内,当发动机的输出功率不足时,第一电机EM1作为电动机进行补充,所有动力经动力输出主动齿轮减速增扭后传递给中间齿轮,经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,第二电机EM2保持不使能空转。
进一步的,发动机与第二电机EM2组成并联运行模式:
车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,离合器主动盘与第二离合器从动盘结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,第一电机EM1不使能空转,发动机扭矩经发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第二离合器轴、动力输出主动齿轮传递到中间齿轮,第二电机EM2使能工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、也传递给中间齿轮,与发动机传递来的动力汇合后所有动力经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给第二电机EM2发电,电能储存在动力电池内,但发动机的输出功率不足时,第二电机EM1作为电动机进行补充。
进一步的,发动机与两个电机组成并联运行模式:
车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,第一电机EM1、第二电机EM2也都使能工作,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,离合器主动盘与第二离合器从动盘结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,第一电机EM1的转速也与发动机一致,发动机与第一电机EM1的动力合力经动力输出主动齿轮减速增扭后传递给中间齿轮,第二电机EM2的动力经第二电机EM2动力输出齿轮、也传递给中间齿轮,与发动机和第一电机EM1一起传递来的动力汇合后所有动力经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给第一电机EM1或第二电机EM2发电,电能储存在动力电池内,但发动机的输出功率不足时,第一电机EM1或第二电机EM2作为电动机进行补充,第一电机EM1或第二电机EM2可以同时发电,也可以同时做电动机出力,也可以一个做发电机,一个做电动机。
进一步的,原地驻车发电模式:
驻车时,车轮被强制制动,与车轮相连接的传动链上内齿圈也处于制动转态,此时行星排相当于一个大速比单级升速器,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,发动机扭矩经发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴,带动行星架旋转,经过行星排的升速,带动太阳轮旋转,从而驱动第一电机EM1旋转发电,产生的电能储存在车辆动力电池内或对外供电使用。
相对于现有技术,本发明所述的一种单行星排功率分流混合动力系统及工作方法具有以下优势:
(1)本发明通过布置双离合器与行星排中的行星和内齿圈分别连接,可以实现9种工作模式,增加了系统冗余度
(2)本发明系统内部没有换挡机构,齿轮都是常啮合状态,模式的转换只要通过离合器的结合或分离即可实现,状态转换平稳顺畅,没有顿挫;
(3)相对于只有行星排的动力分流构型,本发明由于可以实现双电机纯电驱动,发动机和双电机的并联驱动模式,峰值功率大,动力性强;
(4)相对于只有行星排的动力分流构型,本发明可以实现高速发动机直驱或者发动机和电机的并联构型,减少能量转换损失,更加节能。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为一种单行星排功率分流混合动力系统示意图。
附图标记说明:
1-发动机动力输入轴;2-单向离合器;3-双离合器主动盘;4-第一离合器从动盘;5-第二离合器从动盘;6-第一离合器轴;7-第二离合器轴;8-动力输出主动齿轮;9-行星轮;10-行星架;11-太阳轮;12-第一电机EM1;13-内齿圈;14-第二电机EM2;15-差速器;16-主减从动齿轮;17-第二电机EM2动力输出齿轮;18-中间齿轮;19-动力输出中间轴;20-主减主动齿轮。
具体实施方式
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示,本发明提供一种单行星排功率分流混合动力系统,包括发动机动力输入轴1;单向离合器2;双离合器主动盘3;第一离合器从动盘4;第二离合器从动盘5;第一离合器轴6;第二离合器轴7;动力输出主动齿轮8;行星轮9;行星架10;太阳轮11;第一电机EM112;内齿圈13;第二电机EM2 14;差速器15;主减从动齿轮16;第二电机EM2动力输出齿轮17;中间齿轮18;动力输出中间轴19;主减主动齿轮20。
所述发动机动力输入轴1的功能是把发动机扭矩通过发动机飞轮与扭矩减震器传递给所述双离合器主动盘3,所述发动机动力输入轴1与所述双离合器主动盘3连接;所述单向离合器2布置在所述发动机动力输入轴1上,功能是保证发动机运转时曲轴扭矩不受阻挡传递给所述双离合器主动盘3,某些工况下,当发动机停止运行时,所述发动机动力输入轴1与所述双离合器主动盘3的转速也为零,但所述双离合器的从动盘受后面传动系统影响,有带动发动机反向旋转的趋势,此时所述单向离合器2的功能是制动发动机动力输入轴1,防止发动机反向旋转造成损坏。
所述双离合器主动盘3通过摩擦副与所述第一离合器从动盘4、所述第二离合器从动盘5连接,通过液压控制系统的控制,所述双离合器主动盘3与离合器从动盘间摩擦副压紧时,主动盘与离合器从动盘转速相同,发动机的动力可以传递到相应从动盘;压力为0时,主动盘与从动盘间存在间隙,转速互不影响,发动机动力不能传递;压力处于上升或下降过程时,主动盘与从动盘处于滑摩转态,两边转速可以不一致,并且可以传递部分动力,传递扭矩大小与压紧力成正比。
所述第一离合器从动盘4与所述第一离合器轴6连接,所述第二离合器从动盘5与所述第二离合器轴7连接,其中所述第二离合器轴7是空心轴,空套在所述第一离合器轴6上。所述第一离合器轴6与行星排的所述行星架10连接,所述第二离合器轴7与行星排的所述内齿圈13连接,所述第二离合器轴7上固定有所述动力输出主动齿轮8,所述第一电机EM1转子与行星排的所述太阳轮11连接,所述太阳轮11与所述行星轮9啮合,所述行星轮9与所述内齿圈13啮合,所述行星轮9均布在所述行星架10上,可以绕自己的轴线转动,同时绕所述行星架10的轴线公转,组成一个单行星排。
所述动力输出中间轴19上固定有所述中间齿轮18与所述主减主动齿轮20,所述中间齿轮18同时与所述动力输出主动齿轮8和所述第二电机EM2动力输出齿轮17常啮合,所述第二电机EM2动力输出齿轮17与所述第二电机EM2 14转子连接,所述主减主动齿轮20与所述主减从动齿轮16常啮合,所述主减从动齿轮16啮合与差速器15连接。
本发明可以实现第一电机EM1单电机纯电运行模式,第二电机EM2 14单电机纯电运行模式,双电机纯电运行模式,发动机直驱模式,发动机动力分流的混合动力模式,发动机与所述第一电机EM1组成并联运行模式、发动机与所述第二电机EM2 14组成并联运行模式,发动机与两个电机组成并联运行模式,原地驻车发电模式9种模式。
第一电机EM1单电机纯电运行模式:发动机关闭,所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4结合,所述发动机动力输入轴1、所述双离合器主动盘3、所述第一离合器从动盘4、所述第一离合器轴6、所述行星架10为一体,所述双离合器主动盘3与所述第二离合器从动盘5分离,所述第二离合器从动盘5、所述第二离合器轴7、所述动力输出主动齿轮8、所述内齿圈13可以随意转动,所述第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相反(以下称反转),带动所述太阳轮11反向转动,从而使所述行星架10与所述内齿圈13都要反向转动,由于所述单向离合器2的的反向制动作用,所述发动机动力输入轴1以及所述行星架10不会反转,保持转速为0,此时单行星排相当于一个单级减速器,所述第一电机EM1的动力经过所述太阳轮11、所述行星轮9、所述内齿圈13、所述第二离合器轴7、所述动力输出主动齿轮8减速增扭后传递给所述中间齿轮18,经过所述动力输出中间轴19,传递给所述主减主动齿轮20、所述主减从动齿轮16、所述差速器15,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,所述第二电机EM214的状态为不使能空转。
第二电机EM2 14单电机纯电运行模式:发动机关闭,所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4分离,所述双离合器主动盘3与第二离合器从动盘5分离,行星排的所述行星架10和所述内齿圈13均可以随意空转,所述第一电机EM1不使能处于自由状态,所述第二电机EM2 14工作,动力经所述第二电机EM2动力输出齿轮17、传递给所述中间齿轮18,经过所述动力输出中间轴19,传递给所述主减主动齿轮20、所述主减从动齿轮16、所述差速器15,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进或后退。
双电机纯电运行模式:发动机关闭,所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4结合,所述发动机动力输入轴1、所述双离合器主动盘3、所述第一离合器从动盘4、所述第一离合器轴6、所述行星架10为一体,所述双离合器主动盘3与所述第二离合器从动盘5分离,所述第二离合器从动盘5、所述第二离合器轴7、所述动力输出主动齿轮8、所述内齿圈13可以随意转动,所述第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相反(以下称反转),带动所述太阳轮11反向转动,从而使所述行星架10与所述内齿圈13都要反向转动,由于所述单向离合器2的反向制动作用,所述发动机动力输入轴1以及所述行星架10不会反转,保持转速为0,此时单行星排相当于一个单级减速器,所述第一电机EM1的动力经过所述太阳轮11、所述行星轮9、所述内齿圈13、所述第二离合器轴7、所述动力输出主动齿轮8减速增扭后传递给所述中间齿轮18,所述第二电机EM2 14工作,动力经所述第二电机EM2动力输出齿轮17、也传递给所述中间齿轮18,所有动力经过所述动力输出中间轴19,传递给所述主减主动齿轮20、所述主减从动齿轮16、所述差速器15,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进。
发动机直驱模式:首先所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4结合,所述发动机动力输入轴1、所述双离合器主动盘3、所述第一离合器从动盘4、所述第一离合器轴6、所述行星架10为一体,所述双离合器主动盘3与所述第二离合器从动盘5分离,所述第二离合器从动盘5、所述第二离合器轴7、所述动力输出主动齿轮8、所述内齿圈13可以随意转动,所述第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相同(以下称正转),带动所述太阳轮11正向转动,从而使所述行星架10与所述内齿圈13都要正向转动,由于与所述内齿圈13连接的所述第二离合器轴7上面的所述动力输出主动齿轮8通过传动链与车轮连接,转速不会发生突变而保持相对稳定。所述第一电机EM1的动力经过所述太阳轮11、所述行星轮9、所述行星架10、所述第一离合器轴6、所述第一离合器从动盘4、所述双离合器主动盘3、所述发动机动力输入轴1,经过飞轮带动发动机正向旋转,通过控制所述第一电机EM1的转速,使发动机达到启动转速以上,再进行喷油点火,启动发动机以减少尾气排放。发动机启动后,所述第一电机EM1 12停止使能,保持空转,所述第二电机EM2 14也保持空转;然后所述双离合器主动盘3与所述第二离合器从动盘5逐步结合,使双离合器的所述第二从动盘转速从原来状态逐步达到与所述第一从动盘转速一致,完成车辆起步,接下来车辆行驶的动力完全来自于发动机的动力输出。
发动机动力分流的混合动力模式:起步或车辆速度低于某一设定值时,发动机关闭,所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4分离,所述双离合器主动盘3与所述第二离合器从动盘5分离,行星排的所述行星架10和所述内齿圈13均可以随意空转,所述第一电机EM1不使能处于自由状态,所述第二电机EM2 14工作,动力经所述第二电机EM2动力输出齿轮17、传递给所述中间齿轮18,经过所述动力输出中间轴19,传递给所述主减主动齿轮20、所述主减从动齿轮16、所述差速器15,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进或后退。在此设定车速范围内,如果所述第二电机EM2 14单独工作不能满足驾驶员需求,控制模式进入双电机纯电运行模式,所述第一电机EM1反向转动工作,所述第一电机EM1的动力经过所述太阳轮11、所述行星轮9、所述内齿圈13、所述第二离合器轴7、所述动力输出主动齿轮8减速增扭后传递给所述中间齿轮18,与所述第二电机EM2 14的动力汇合后一起驱动车辆。车速超过预定值时,所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4逐步结合,控制所述第一电机EM1的转速,使发动机达到启动转速,然后喷油点火启动发动机,发动机启动后转速与扭矩控制在低油耗区域,经过行星排的动力分流作用,一定比例的扭矩经过所述发动机动力输入轴1、所述双离合器主动盘3、所述第一离合器从动盘4、所述第一离合器轴6、所述行星架10、所述行星轮9、所述太阳轮11用来带动所述第一电机EM1发电,电能储存在动力电池内或优先供给所述第二电机EM2 14使用,剩余扭矩经所述发动机动力输入轴1、所述双离合器主动盘3、所述第一离合器从动盘4、所述第一离合器轴6、所述行星架10、所述行星轮9、所述内齿圈13、所述动力输出主动齿轮8,传递给所述中间齿轮18,所述第二电机EM214使能工作,动力经所述第二电机EM2动力输出齿轮17、也传递给所述中间齿轮18,与发动机传递来的动力汇合后所有动力经过所述动力输出中间轴19,传递给所述主减主动齿轮20、所述主减从动齿轮16、所述差速器15,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进。
发动机与所述第一电机EM1组成并联运行模式:车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4结合,所述双离合器主动盘3与所述第二离合器从动盘5结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,所述第一电机EM1转速也与发动机转速一致,组成一个并联系统,当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给所述第一电机EM1发电,电能储存在动力电池内,当发动机的输出功率不足时,所述第一电机EM1作为电动机进行补充,所有动力经所述动力输出主动齿轮8减速增扭后传递给所述中间齿轮18,经过所述动力输出中间轴19,传递给所述主减主动齿轮20、所述主减从动齿轮16、所述差速器15,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,所述第二电机EM2 14保持不使能空转。
发动机与所述第二电机EM2 14组成并联运行模式:车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4结合,所述双离合器主动盘3与所述第二离合器从动盘5结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,所述第一电机EM1不使能空转,发动机扭矩经所述发动机动力输入轴1、所述双离合器主动盘3、所述第一离合器从动盘4、所述第二离合器轴7、所述动力输出主动齿轮8传递到所述中间齿轮18,所述第二电机EM2 14使能工作,动力经所述第二电机EM2动力输出齿轮17、也传递给所述中间齿轮18,与发动机传递来的动力汇合后所有动力经过所述动力输出中间轴19,传递给所述主减主动齿轮20、所述主减从动齿轮16、所述差速器15,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进。当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给所述第二电机EM214发电,电能储存在动力电池内,但发动机的输出功率不足时,所述第二电机EM1作为电动机进行补充。
发动机与两个电机组成并联运行模式:车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,所述第一电机EM1、所述第二电机EM2 14也都使能工作。所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4结合,所述双离合器主动盘3与所述第二离合器从动盘5结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,所述第一电机EM1的转速也与发动机一致,发动机与所述第一电机EM1的动力合力经所述动力输出主动齿轮8减速增扭后传递给所述中间齿轮18,所述第二电机EM2 14的动力经所述第二电机EM2动力输出齿轮17、也传递给所述中间齿轮18,与发动机和所述第一电机EM1一起传递来的动力汇合后所有动力经过所述动力输出中间轴19,传递给所述主减主动齿轮20、所述主减从动齿轮16、所述差速器15,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进。当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给所述第一电机EM1或所述第二电机EM2 14发电,电能储存在动力电池内,但发动机的输出功率不足时,所述第一电机EM1或所述第二电机EM2 14作为电动机进行补充。所述第一电机EM1或所述第二电机EM2 14可以同时发电,也可以同时做电动机出力,也可以一个做发电机,一个做电动机,取决于系统判断哪种动力状态总体效率高,而且能够满足驾驶员功率需求。
原地驻车发电模式:驻车时,车轮被强制制动,与车轮相连接的传动链上内齿圈13也处于制动转态,此时行星排相当于一个大速比单级升速器,所述双离合器主动盘3与所述第一离合器从动盘4结合,发动机扭矩经所述发动机动力输入轴1、所述双离合器主动盘3、所述第一离合器从动盘4、所述第一离合器轴6,带动所述行星架10旋转,经过行星排的升速,带动所述太阳轮11旋转,从而驱动所述第一电机EM1旋转发电,产生的电能储存在车辆动力电池内或对外供电使用。
这9种模式在一个真实路面循环工况下是随时根据车速、负载、动力电池SOC、驾驶员功率需求变化受控制策略调整自动转换的,以最低能耗为原则,达到节能目的。当车辆制动时,处于使能的电机受控制器控制,随时转换为发电机发电,进行能量回收。
控制策略的一般原则是动力电池处于高SOC时,使用单电机纯电驱动模式,使用哪个电机取决于功率需求大小与哪个电机的高效区最匹配;当驾驶员需求高功率时转为双电机纯电驱动模式;车辆处于起步或低速行驶时,一般用纯电模式;动力电池SOC处于中低水平,车速也处于中速时,一般用功率分流的混合动力模式节能;高速运行时,根据需求功率大小采用单电机或双电机并联模式;电池SOC极低或有对外供电需求时,采用驻车发电模式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种单行星排功率分流混合动力系统,其特征在于:包括发动机动力输入轴;单向离合器;双离合器主动盘;第一离合器从动盘;第二离合器从动盘;第一离合器轴;第二离合器轴;动力输出主动齿轮;行星轮;行星架;太阳轮;第一电机EM1;内齿圈;第二电机EM2;差速器;主减从动齿轮;第二电机EM2动力输出齿轮;中间齿轮;动力输出中间轴;主减主动齿轮;
发动机动力输入轴与双离合器主动盘连接,单向离合器布置在发动机动力输入轴上,双离合器主动盘通过摩擦副与第一离合器从动盘、第二离合器从动盘连接,第一离合器从动盘与第一离合器轴连接,第二离合器从动盘与第二离合器轴连接,其中第二离合器轴是空心轴,空套在所述第一离合器轴上;
第一离合器轴与行星排的行星架连接,第二离合器轴与行星排的内齿圈连接,第二离合器轴上固定有动力输出主动齿轮,第一电机EM1转子与行星排的太阳轮连接,太阳轮与所述行星轮啮合,行星轮与所述内齿圈啮合,行星轮均布在行星架上,可以绕自己的轴线转动,同时绕行星架的轴线公转,组成一个单行星排;
动力输出中间轴上固定述中间齿轮与主减主动齿轮,中间齿轮同时与动力输出主动齿轮和第二电机EM2动力输出齿轮常啮合,第二电机EM2动力输出齿轮与第二电机EM2转子连接,主减主动齿轮与主减从动齿轮常啮合,主减从动齿轮与差速器连接。
2.一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:可以实现第一电机EM1单电机纯电运行模式,第二电机EM2单电机纯电运行模式,双电机纯电运行模式,发动机直驱模式,发动机动力分流的混合动力模式,发动机与第一电机EM1组成并联运行模式、发动机与第二电机EM2组成并联运行模式,发动机与两个电机组成并联运行模式,原地驻车发电模式9种模式,其中第一电机EM1单电机纯电运行模式:
发动机关闭,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架为一体,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,第二离合器从动盘、第二离合器轴、动力输出主动齿轮、内齿圈可以随意转动,第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相反,以下称反转,带动太阳轮反向转动,从而使行星架与内齿圈都要反向转动,由于单向离合器的反向制动作用,发动机动力输入轴以及行星架不会反转,保持转速为0,此时单行星排相当于一个单级减速器,第一电机EM1的动力经过太阳轮、行星轮、内齿圈、第二离合器轴、动力输出主动齿轮减速增扭后传递给中间齿轮,经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,第二电机EM2的状态为不使能空转。
3.根据权利要求2所述的一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:第二电机EM2单电机纯电运行模式:
发动机关闭,离合器主动盘与第一离合器从动盘分离,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,行星排的行星架和内齿圈均可以随意空转,第一电机EM1不使能处于自由状态,第二电机EM2工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、传递给中间齿轮,经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进或后退。
4.根据权利要求2所述的一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:双电机纯电运行模式:
发动机关闭,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架为一体,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,第二离合器从动盘、第二离合器轴、动力输出主动齿轮、内齿圈可以随意转动,第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相反,以下称反转,带动太阳轮反向转动,从而使行星架与内齿圈都要反向转动,由于单向离合器的反向制动作用,发动机动力输入轴以及行星架不会反转,保持转速为0,此时单行星排相当于一个单级减速器,第一电机EM1的动力经过太阳轮、行星轮、内齿圈、第二离合器轴、动力输出主动齿轮减速增扭后传递给中间齿轮,第二电机EM2工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、也传递给中间齿轮,所有动力经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进。
5.根据权利要求2所述的一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:发动机直驱模式:
首先离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架为一体,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,第二离合器从动盘、第二离合器轴、动力输出主动齿轮、内齿圈可以随意转动,第一电机EM1工作,旋转方向与发动机工作时的旋转方向相同,以下称正转,带动所述太阳轮正向转动,从而使行星架与内齿圈都要正向转动,由于与内齿圈连接的第二离合器轴上面的动力输出主动齿轮通过传动链与车轮连接,转速不会发生突变而保持相对稳定;第一电机EM1的动力经过太阳轮、行星轮、行星架、第一离合器轴、第一离合器从动盘、离合器主动盘、发动机动力输入轴,经过飞轮带动发动机正向旋转,通过控制第一电机EM1的转速,使发动机达到启动转速以上,再进行喷油点火,启动发动机以减少尾气排放,发动机启动后,第一电机EM1停止使能,保持空转,第二电机EM2也保持空转;然后离合器主动盘与第二离合器从动盘逐步结合,使双离合器的第二从动盘转速从原来状态逐步达到与第一从动盘转速一致,完成车辆起步,接下来车辆行驶的动力完全来自于发动机的动力输出。
6.根据权利要求2所述的一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:发动机动力分流的混合动力模式:
起步或车辆速度低于某一设定值时,发动机关闭,离合器主动盘与第一离合器从动盘分离,离合器主动盘与第二离合器从动盘分离,行星排的行星架和内齿圈均可以随意空转,第一电机EM1不使能处于自由状态,第二电机EM2工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、传递给中间齿轮,经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进或后退;在此设定车速范围内,第二电机EM2单独工作不能满足驾驶员需求,控制模式进入双电机纯电运行模式,第一电机EM1反向转动工作,第一电机EM1的动力经过太阳轮、行星轮、内齿圈、第二离合器轴、动力输出主动齿轮减速增扭后传递给所述中间齿轮,与第二电机EM2的动力汇合后一起驱动车辆,车速超过预定值时,离合器主动盘与第一离合器从动盘逐步结合,控制第一电机EM1的转速,使发动机达到启动转速,然后喷油点火启动发动机,发动机启动后转速与扭矩控制在低油耗区域,经过行星排的动力分流作用,一定比例的扭矩经过发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架、行星轮、太阳轮用来带动第一电机EM1发电,电能储存在动力电池内或优先供给第二电机EM2使用,剩余扭矩经发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴、行星架、行星轮、内齿圈、动力输出主动齿轮,传递给中间齿轮,第二电机EM2使能工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、也传递给中间齿轮,与发动机传递来的动力汇合后所有动力经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进。
7.根据权利要求2所述的一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:发动机与第一电机EM1组成并联运行模式:
车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,离合器主动盘与第二离合器从动盘结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,第一电机EM1转速也与发动机转速一致,组成一个并联系统,当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给第一电机EM1发电,电能储存在动力电池内,当发动机的输出功率不足时,第一电机EM1作为电动机进行补充,所有动力经动力输出主动齿轮减速增扭后传递给中间齿轮,经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,第二电机EM2保持不使能空转。
8.根据权利要求2所述的一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:发动机与第二电机EM2组成并联运行模式:
车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,离合器主动盘与第二离合器从动盘结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,第一电机EM1不使能空转,发动机扭矩经发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第二离合器轴、动力输出主动齿轮传递到中间齿轮,第二电机EM2使能工作,动力经第二电机EM2动力输出齿轮、也传递给中间齿轮,与发动机传递来的动力汇合后所有动力经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给第二电机EM2发电,电能储存在动力电池内,但发动机的输出功率不足时,第二电机EM1作为电动机进行补充。
9.根据权利要求2所述的一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:发动机与两个电机组成并联运行模式:
车速超过某一预定值时,为了避免采用发动机动力分流的混合动力模式的能量转化导致的效率下降问题,适合采用并联模式,发动机工作,第一电机EM1、第二电机EM2也都使能工作,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,离合器主动盘与第二离合器从动盘结合,行星排各个零部件成为一个整体随着发动机一起旋转,第一电机EM1的转速也与发动机一致,发动机与第一电机EM1的动力合力经动力输出主动齿轮减速增扭后传递给中间齿轮,第二电机EM2的动力经第二电机EM2动力输出齿轮、也传递给中间齿轮,与发动机和第一电机EM1一起传递来的动力汇合后所有动力经过动力输出中间轴,传递给主减主动齿轮、主减从动齿轮、差速器,最后经左右半轴传递给车轮,驱动车辆前进,当发动机的输出功率有富裕时,多余动力供给第一电机EM1或第二电机EM2发电,电能储存在动力电池内,但发动机的输出功率不足时,第一电机EM1或第二电机EM2作为电动机进行补充,第一电机EM1或第二电机EM2可以同时发电,也可以同时做电动机出力,也可以一个做发电机,一个做电动机。
10.根据权利要求2所述的一种单行星排功率分流混合动力系统的工作方法,其特征在于:原地驻车发电模式:
驻车时,车轮被强制制动,与车轮相连接的传动链上内齿圈也处于制动转态,此时行星排相当于一个大速比单级升速器,离合器主动盘与第一离合器从动盘结合,发动机扭矩经发动机动力输入轴、离合器主动盘、第一离合器从动盘、第一离合器轴,带动行星架旋转,经过行星排的升速,带动太阳轮旋转,从而驱动第一电机EM1旋转发电,产生的电能储存在车辆动力电池内或对外供电使用。
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