CN110722972B - 一种混合动力系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力系统，包括：发动机，其动力输出端与第三行星齿轮结构连接；第一电机，其动力输出端与第三行星齿轮结构连接；第二电机，其动力输出端通过第一离合器与第一行星齿轮结构连接，所述第三行星齿轮结构通过第二离合器与第二行星齿轮结构连接，所述第三行星齿轮结构的动力通过所述第二行星齿轮结构输出，所述第二行星齿轮结构与所述第一行星齿轮结构的输出端动力进行耦合形成总输出端，其上设置有测速器；混合控制模块，其通过控制离合器控制所述第一电机和第二电机与发动机实现动力输出；本发明驱动系统采用双电机、三行星架结构，通过两个离合器与两个制动器不同之间的组合，可实现平稳的扭矩变化，且变化范围宽，适应性强。

Description

一种混合动力系统及其驱动方法
技术领域
本发明涉及车辆混合动力驱动技术领域，具体涉及一种发动机和电动机混动的混合动力系统及其驱动方法。
背景技术
混合动力就是指汽车使用燃油驱动和电力驱动两种驱动方式。优点在于车辆启动停止或低速时，只靠电机带动，不达到一定速度，发动机就不工作，因此，能避免发动机处于低效的工况状态，而且电能的来源都是发动机，只需加油即可。
随着世界各国环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案也越来越多，例如氢能源汽车、燃料电池汽车、混合动力汽车等。但目前最有实用性价值并已有商业化运转的模式，只有混合动力汽车。混合动力汽车的关键是混合动力系统，它的性能直接关系到混合动力汽车整车性能。经过十多年的发展，混合动力系统总成已从原来发动机与电机离散结构向发动机电机和变速箱一体化结构发展，即集成化混合动力总成系统,现有的混动系统有的比较复杂，有的燃油经济比不高，不能满足现有市场需要。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种混合动力系统，其包括：
发动机，其动力输出端与第三行星齿轮结构连接；
第一电机，其动力输出端与第三行星齿轮结构连接；
第二电机，其动力输出端通过第一离合器与第一行星齿轮结构连接，所述第三行星齿轮结构通过第二离合器与第二行星齿轮结构连接，所述第三行星齿轮结构的动力通过所述第二行星齿轮结构输出，所述第二行星齿轮结构与所述第一行星齿轮结构的输出端动力进行耦合形成总输出端，其上设置有测速器；
混合控制模块，其通过控制离合器控制所述第一电机和第二电机与发动机实现动力输出。
进一步，所述第一行星齿轮结构连接有第一制动器；所述第二行星齿轮结构连接有第二制动器；所述第一电机和第二电机都与电能存储装置连接，所述电能存储装置与所述混合控制模块连接。
进一步，所述发动机的动力输出端通过第三离合器与所述第三行星齿轮结构连接。
优选地，所述第三行星齿轮结构包括第三太阳轮、第三行星轮、第三齿圈、第三行星架，所述发动机的动力输出端通过第三离合器与第三齿圈连接，所述第一电机的动力输出端与所述第三太阳轮连接，所述第三太阳轮与所述第三行星轮啮合，所述第三行星轮与第三齿圈啮合；所述第二行星齿轮结构包括第二太阳轮、第二行星轮、第二齿圈、第二行星架，所述第三行星架与第二太阳轮连接，所述第二太阳轮还通过第二离合器与所述第二行星架可结合或者分离的连接，所述第二太阳轮与所述第二行星轮啮合，所述第二行星轮与第二齿圈啮合，所述第二齿圈与第二制动器连接；所述第一行星齿轮结构包括第一太阳轮、第一行星轮、第一齿圈、第一行星架，所述第二电机的动力输出端与所述第一太阳轮连接，所述第一太阳轮还通过第一离合器与第一行星架可结合或者分离的连接，所述第一太阳轮与所述第一行星轮啮合，所述第一行星轮与第一圈啮合，所述第一齿圈与第一制动器连接；所述第一行星架与所述第二行星架形成共用行星架，其用于将所述混合动力系统的动力输出。
一种采用以上所述混合动力系统的驱动方法，所述混合控制模块根据所述测速器测得的总输出端转速，将输出模式分为起步和低速模式、中速行驶模式和高速行驶模式。
优选地，所述起步和低速模式分为以下三种模式：纯电起步和低速模式、发动机起步和低速模式和混动起步和低速模式。所述纯电起步和低速模式具体为：发动机和第一电机关闭，第一离合器、第二离合器和第二制动器断开，这时，启动第二电机，第二电机的动力通过第一行星齿轮结构将最终动力输出；所述发动机起步和低速模式具体为：第一离合器、第二离合器和第一制动器断开，第二制动器结合，发动机启动，第一电机反向发电，这时，发动机的动力经第三行星齿轮结构输出至第二行星齿轮结构后，一部分作为最终动力输出；所述混动起步和低速模式具体为：第一离合器和第二离合器断开，第一制动器和第二制动器结合，这时，发动机启动，其动力经过第三行星齿轮结构后，一部分驱动第一电机发电，同时，另一部分经过第二行星齿轮机构后，与通过第一行星齿轮结构后的第二电机的动力进行耦合，形成最终动力输出。
优选地，所述中速行驶模式具体为：当输出转速继续增加，且小于 900rpm时，发动机间歇式工作，工作时，可小负荷驱动第一电机发电，这时，第一离合器和第二制动器断开，第二离合器和第一制动器结合；当输出转速继续增加，且在900-1800rpm时，发动机可全程工作，这时，第一离合器和第二离合器结合，第一制动器和第二制动器断开，第一电机和第二电机可依据电能和负荷决定其工作与否。
优选地，当输出转速继续增加至1800rpm以上时，第一离合器和第二离合器结合，第一制动器和第二制动器断开，发动机和第一电机的动力经第三行星齿轮结构进行耦合，耦合后，经第二行星齿轮结构与通过第一行星齿轮结构后的第二电机的动力进行耦合，形成最终动力输出，这时，第一电机用以使发动机工作在更经济的油耗区，第二电机用以提高加速性能或者发电。
进一步，还包括发电模式，所述发电模式具体为：在发动机怠速或正常工作时驱动第一电机或第二电机发电，其包括以下三种状态：下坡缓行发电、减速制动发电或者驻车发电。
本发明的有益效果是：本发明的混合动力驱动系统采用双电机、三行星架结构，通过两个离合器与两个制动器不同之间的组合，可实现平稳的扭矩变化，且变化范围宽，适应性强；发动机可间歇、可全程参与工作，运行模式简单，调控简单；可以发动机直接驱动车辆；第一电机可以使发动机工作在更经济的油耗区，第二电机用以提高加速性能或者发电。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1是本发明的混合动力驱动系统的结构示意图；
图中附图标记表示为：1-发动机；2-第三离合器；3-第三齿圈；4- 第一电机；5-第二离合器；6-第二齿圈；7-第二制动器；8-第一齿圈； 9-第一制动器；10-第一离合器；11-第二电机；12-第一太阳轮；13- 第一行星轮；14-公用行星架；15-第二行星轮；16-第二太阳轮；17- 第三行星轮；18-第三行星架；19-第三太阳轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。居于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1所示，本实施例公开一种混合动力驱动系统，包括：
发动机1，其动力输出端与第三行星齿轮结构连接，所述发动机1 可采用现有的任何型号发动机1，具体根据实际的应用进行选择；
第一电机4，其动力输出端与第三行星齿轮结构连接；
第二电机11，其动力输出端通过第一离合器10与第一行星齿轮结构连接，所述第一电机4和第二电机11在本实施例中优选的采用直流无刷电机，但不限定于此，还可根据需要进行选择别的电机；所述第三行星齿轮结构通过第二离合器5与第二行星齿轮结构连接，所述第三行星齿轮结构的动力通过所述第二行星齿轮结构输出，所述第二行星齿轮结构与所述第一行星齿轮结构的输出端动力进行耦合形成总输出端，其上设置有测速器，所述测速器用于测量整个混动系统的输出端的转速；
具体的，所述第三行星齿轮结构包括第三太阳轮19、第三行星轮 17、第三齿圈3、第三行星架18，所述发动机1的动力输出端通过第三离合器2与第三齿圈3连接，所述第一电机4的动力输出端与所述第三太阳轮19连接，所述第三太阳轮19与所述第三行星轮17啮合，所述第三行星轮17与第三齿圈3啮合；所述第二行星齿轮结构包括第二太阳轮16、第二行星轮15、第二齿圈6、第二行星架，所述第三行星架 18与第二太阳轮16连接，所述第二太阳轮16还通过第二离合器5与所述第二行星架可结合或者分离的连接，所述第二太阳轮16与所述第二行星轮15啮合，所述第二行星轮15与第二齿圈6啮合，所述第二齿圈6与第二制动器7连接；所述第一行星齿轮结构包括第一太阳轮12、第一行星轮13、第一齿圈8、第一行星架，所述第二电机11的动力输出端与所述第一太阳轮12连接，所述第一太阳轮12还通过第一离合器 10与第一行星架可结合或者分离的连接，所述第一太阳轮12与所述第一行星轮13啮合，所述第一行星轮13与第一圈8啮合，所述第一齿圈8与第一制动器9连接；所述第一行星架与所述第二行星架形成共用行星架14，其用于将所述混合动力系统的动力输出。
混合控制模块，其通过控制离合器控制所述第一电机4和第二电机 11与发动机1实现动力输出；所述混合控制模块在本实施例中优选的包括整车控制器、发动机1管理系统EMS和电机控制器PCU，分别可根据所述测速器测得的输出转速，来控制发动机1和第一电机4、第二电机11的输出功率，并且控制其输出方式，使本混动系统始终处于最经济的输出状态。
进一步，所述第一电机4和第二电机11都与电能存储装置连接，用于存储两个电机发的电，所述电能存储装置与所述混合控制模块连接。
进一步，所述发动机1的动力输出端通过第三离合器2与所述第三行星齿轮结构连接。
实施例2
一种采用以上所述混合动力系统的驱动方法，所述混合控制模块根据所述测速器测得的总输出端转速，将输出模式分为起步和低速模式、中速行驶模式和高速行驶模式。
所述起步和低速模式是指车辆起步时以及起步后未加速的运行模式，分为以下三种模式：纯电起步和低速模式、发动机起步和低速模式和混动起步和低速模式。其中，所述纯电起步和低速模式具体为：发动机1和第一电机4关闭，第一离合器10、第二离合器5和第二制动器7 断开、第一制动器9接合，这时，启动第二电机11，第二电机11的动力通过第一行星齿轮结构将最终动力输出；所述发动机起步和低速模式具体为：第一离合器10、第二离合器5和第一制动器9断开，第二制动器7结合，发动机1启动，第一电机4反向发电，这时，发动机1 的动力经第三行星齿轮结构输出至第二行星齿轮结构后，一部分作为最终动力输出；所述混动起步和低速模式具体为：第一离合器10和第二离合器5断开，第一制动器9和第二制动器7结合，这时，发动机1 启动，其动力经过第三行星齿轮结构后，一部分驱动第一电机4发电，同时，另一部分经过第二行星齿轮机构后，与通过第一行星齿轮结构后的第二电机11的动力进行耦合，形成最终动力输出。此模式下，还是优选选择电机驱动为先，发动机驱动或混动为辅，且主要以驱动电机发电为主，在储存电能较低的时候下，发动机可全程工作，其主要依靠存储的电能的多少来进行判断。
所述中速行驶模式具体为：当输出转速继续增加，且小于900rpm 时，发动机间歇式工作，工作时，可小负荷驱动第一电机4发电，这时，第一离合器10和第二制动器7断开，第二离合器5和第一制动器9结合；当输出转速继续增加，且在900-1800rpm时，发动机1可全程工作，这时，第一离合器10和第二离合器5结合，第一制动器9和第二制动器7断开，第一电机4和第二电机11可依据电能和负荷决定其工作与否，此模式下，还是优选选择电机驱动为先，发动机驱动或混动为辅，且主要以驱动电机发电为主，在储存电能较低的时候下，发动机可全程工作。
所述高速行驶模式为：当输出转速继续增加至1800rpm以上时，第一离合器10和第二离合器5结合，第一制动器9和第二制动器7断开，发动机1和第一电机4的动力经第三行星齿轮结构进行耦合，耦合后，经第二行星齿轮结构与通过第一行星齿轮结构后的第二电机11的动力进行耦合，形成最终动力输出，这时，第一电机4用以使发动机1工作在更经济的油耗区，第二电机11用以提高加速性能或者发电。
还包括发电模式，所述发电模式具体为：在发动机怠速或正常工作时驱动第一电机和第二电机发电，其包括以下三种状态：下坡缓行发电、减速制动发电或者驻车发电。当然根据存储的电量多少，还可以包括快慢发电，其中，快发电模式：当车载储能装置的荷电状态SOC低于30 ％时，进行快速发电模式；慢发电模式：当车载储能装置的荷电状态 SOC低于60％时，进行慢速发电模式，尤其是驻车时，通过发动机1 带动第一电机4和第二电机11转动，然后通过两个电机发电，将电能存储在车载储能装置中，所述车载储能装置优选的为充电电池，可根据车辆行驶要求选择其容量大小，并且可通过上述两种快慢充电模式进行充电，保证电机在前进的过程中电量充足。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (6)

1.一种混合动力系统，其特征在于，包括：
发动机(1)，其动力输出端与第三行星齿轮结构连接；
第一电机(4)，其动力输出端与第三行星齿轮结构连接；
第二电机(11)，其动力输出端通过第一离合器(10)与第一行星齿轮结构连接，所述第三行星齿轮结构通过第二离合器(5)与第二行星齿轮结构连接，所述第三行星齿轮结构的动力通过所述第二行星齿轮结构输出，所述第二行星齿轮结构与所述第一行星齿轮结构的输出端动力进行耦合形成总输出端，其上设置有测速器；
混合控制模块，其通过控制离合器控制所述第一电机(4)和第二电机(11)与发动机(1)实现动力输出；
所述第一行星齿轮结构连接有第一制动器(9)；所述第二行星齿轮结构连接有第二制动器(7)；所述第一电机(4)和第二电机(11)都与电能存储装置连接，所述电能存储装置与所述混合控制模块连接；
所述发动机(1)的动力输出端通过第三离合器(2)与所述第三行星齿轮结构连接；
所述第三行星齿轮结构包括第三太阳轮(19)、第三行星轮(17)、第三齿圈(3)、第三行星架(18)，所述发动机(1)的动力输出端通过第三离合器(2)与第三齿圈(3)连接，所述第一电机(4)的动力输出端与所述第三太阳轮(19)连接，所述第三太阳轮(19)与所述第三行星轮(17)啮合，所述第三行星轮(17)与第三齿圈(3)啮合；所述第二行星齿轮结构包括第二太阳轮(16)、第二行星轮(15)、第二齿圈(6)、第二行星架，所述第三行星架(18)与第二太阳轮(16)连接，所述第二太阳轮(16)还通过第二离合器(5)与所述第二行星架可结合或者分离的连接，所述第二太阳轮(16)与所述第二行星轮(15)啮合，所述第二行星轮(15)与第二齿圈(6)啮合，所述第二齿圈(6)与第二制动器(7)连接；所述第一行星齿轮结构包括第一太阳轮(12)、第一行星轮(13)、第一齿圈(8)、第一行星架，所述第二电机(11)的动力输出端与所述第一太阳轮(12)连接，所述第一太阳轮(12)还通过第一离合器(10)与第一行星架可结合或者分离的连接，所述第一太阳轮(12)与所述第一行星轮(13)啮合，所述第一行星轮(13)与第一齿圈(8)啮合，所述第一齿圈(8)与第一制动器(9)连接；所述第一行星架与所述第二行星架形成共用行星架(14)，其用于将所述混合动力系统的动力输出。
2.一种采用权利要求1所述混合动力系统的驱动方法，其特征在于，所述混合控制模块根据所述测速器测得的总输出端转速，将输出模式分为起步和低速模式、中速行驶模式和高速行驶模式。
3.根据权利要求2所述的驱动方法，其特征在于，所述起步和低速模式分为以下三种模式：纯电起步和低速模式、发动机起步和低速模式和混动起步和低速模式，所述纯电起步和低速模式具体为：发动机(1)和第一电机(4)关闭，第一离合器(10)、第二离合器(5)和第二制动器(7)断开，这时，启动第二电机(11)，第二电机(11)的动力通过第一行星齿轮结构将最终动力输出；所述发动机起步和低速模式具体为：第一离合器(10)、第二离合器(5)和第一制动器(9)断开，第二制动器(7)结合，发动机(1)启动，第一电机(4)反向发电，这时，发动机(1)的动力经第三行星齿轮结构输出至第二行星齿轮结构后，一部分作为最终动力输出；所述混动起步和低速模式具体为：第一离合器(10)和第二离合器(5)断开，第一制动器(9)和第二制动器(7)结合，这时，发动机(1)启动，其动力经过第三行星齿轮结构后，一部分驱动第一电机(4)发电，同时，另一部分经过第二行星齿轮机构后，与通过第一行星齿轮结构后的第二电机(11)的动力进行耦合，形成最终动力输出。
4.根据权利要求3所述的驱动方法，其特征在于，所述中速行驶模式具体为：当输出转速继续增加，且小于900rpm时，发动机间歇式工作，工作时，可小负荷驱动第一电机(4)发电，这时，第一离合器(10)和第二制动器(7)断开，第二离合器(5)和第一制动器(9)结合；当输出转速继续增加，且在900-1800rpm时，发动机(1)可全程工作，这时，第一离合器(10)和第二离合器(5)结合，第一制动器(9)和第二制动器(7)断开，第一电机(4)和第二电机(11)可依据电能和负荷决定其工作与否。
5.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于，所述高速行驶模式为：当输出转速继续增加至1800rpm以上时，第一离合器(10)和第二离合器(5)结合，第一制动器(9)和第二制动器(7)断开，发动机(1)和第一电机(4)的动力经第三行星齿轮结构进行耦合，耦合后，经第二行星齿轮结构与通过第一行星齿轮结构后的第二电机(11)的动力进行耦合，形成最终动力输出，这时，第一电机(4)用以使发动机(1)工作在更经济的油耗区，第二电机(11)用以提高加速性能或者发电。
6.根据权利要求2所述的驱动方法，其特征在于，还包括发电模式，所述发电模式具体为：在发动机(1)怠速或正常工作时驱动第一电机(4)或第二电机(11)发电，其包括以下三种状态：下坡缓行发电、减速制动发电或者驻车发电。
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