CN110789328B - 混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种混合动力驱动系统,包括依次连接的发动机、离合器、第一电机、具有一个动力输入端和两个动力输出端的行星轮系、与行星轮系的至多一个动力输出端连接的滑套和与滑套连接的接合件,还包括第二电机、与第二电机输出端连接的第一齿轮和与第一齿轮啮合的第二齿轮,接合件和第二齿轮均与传动齿轮组连接,传动齿轮组的输出端连接驱动轴以带动车轮转动,第一电机和第二电机与电源组件发生能量交换。本申请提供的混合动力驱动系统,能够实现多种工作模式切换运行,提高车辆的能量利用率和动力性能。

Description

混合动力驱动系统
技术领域
本申请涉及汽车结构部件技术领域,具体涉及一种混合动力驱动系统。
背景技术
随着汽车保有量的不断加大,汽车尾气污染已经成为城市空气污染的主要来源。目前国家颁布了《乘用车企业平均燃料消耗量与新能源汽车积分并行管理办法》,鼓励传统汽车企业加速转型,大力发展新能源汽车。受政策影响,越来越多的新能源汽车进入消费者的视野,然而新能源汽车的发展道路漫长且坎坷,低碳生活、节能减排,也不是一夕之间的事情。纯电动的新能源汽车受充电不方便、续航里程短等因素的影响,给用户带来的实际体验不佳,而同为新能源汽车领域的混合动力汽车,则以其优越的节能减排以及较为出色的用户体验,逐渐得到了市场的青睐。
高效的混合动力汽车的变速传动系统,可以大幅提高整车的动力性和燃油经济性,减少尾气排放,满足法规的要求。国内各大汽车企业都在积极地研发混合动力系统,尤其是混合动力专用变速箱的集成开发。目前市场上的混合动力系统多是在传统的自动变速箱的基础上进行的开发,将电机简单的集成在AT(液力自动变速箱)、AMT(电控机械自动变速箱)、CVT(机械无级自动变速箱)或者DCT(双离合变速器)等变速箱的前端或者后端,构成混合动力系统。虽然这种类型的混合动力系统技术难度较低,所需研发投入较少,但是也有着明显的缺陷:
1、工作模式单一,不能根据用户实际工况需求进行调节,影响节油率;
2、对于电机、发动机的要求较高,导致成本较高。
发明内容
为了解决上述问题,本申请提供一种混合动力驱动系统,能够实现多种工作模式切换运行,提高车辆的能量利用率和动力性能。
本申请具体采用如下技术方案:
一种混合动力驱动系统,其特征在于,包括发动机、离合器、第一电机、具有一个动力输入端和两个动力输出端的行星轮系、滑套、接合件、电源组件、第二电机、传动齿轮组、第一齿轮、第二齿轮、驱动轴和车轮。其中,电源组件与第一电机和第二电机分别连接;发动机通过离合器与第一电机连接;行星轮系的动力输入端与第一电机连接;所述接合件被配置为在第一挡位时通过所述滑套与行星轮系的第一动力输出端连接,并在第二挡位时通过滑套与行星轮系的第二动力输出端连接;滑套被配置为当与第一动力输出端连接时,处于第一位置;当与第二动力输出端连接时,处于第二位置;当位于第一动力输出端与第二动力输出端之间且与二者均不接触时,处于第三位置;接合件通过第三齿轮轴与传动齿轮组连接;第二电机通过第一齿轮轴与第一齿轮连接,第一齿轮与第二齿轮啮合;第二齿轮通过第二齿轮轴与传动齿轮组连接;传动齿轮组与驱动轴连接,用于带动车轮转动。
优选地,行星轮系包括与第一太阳轮、行星轮、行星架、第二太阳轮和齿圈。其中,第一太阳轮和第二太阳轮通过太阳轮轴同轴连接,太阳轮轴与第一电机连接;第一太阳轴与行星轮啮合,行星轮与齿圈的内圈轮齿相啮合,行星轮与行星架通过销轴连接;行星架被配置为在第一挡位时与处于第一位置的滑套连接;第二太阳轮被配置为在第二挡位时通过与处于第二位置的滑套连接。
优选地,传动齿轮组包括依次啮合的第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮,第三齿轮固定在第三齿轮轴上,第四齿轮通过第二齿轮轴与第二齿轮同轴连接,第五齿轮与驱动轴连接。
优选地,在滑套的内壁设有内花键,在滑套的外壁设有外花键,在接合件的外壁设有外花键,滑套套设在接合件上并与接合件通过花键连接,滑套的外花键能与行星架啮合,滑套的外花键能与第二太阳轮啮合。
优选地,电源组件包括电池管理系统,与电池管理系统分别连接的第一电机控制器和第二电机控制器,第一电机控制器与第一电机相连,第二电机控制器与第二电机相连,在第一电机控制器与第一电机之间还设有第一逆变器,在第二电机控制器与第二电机之间还设有第二逆变器。
优选地,当系统被配置为处于第一纯电动模式时,发动机不工作,离合器断开,电池管理系统控制电池组放电,
第二电机控制器控制第二电机不工作,第一电机控制器控制第一电机工作,滑套处于第一位置;或,
第二电机控制器控制第二电机不工作,第一电机控制器控制第一电机工作,滑套处于第二位置。
当系统被配置为处于第二纯电动模式时,发动机不工作,离合器断开,电池管理系统控制电池组放电,
第二电机控制器控制第二电机工作,第一电机控制器控制第一电机不工作。
当系统被配置为处于第三纯电动模式时,发动机不工作,离合器断开,电池管理系统控制电池组放电,
第二电机控制器控制第二电机工作,第一电机控制器控制第一电机工作,滑套处于第一位置;或,
第二电机控制器控制第二电机工作,第一电机控制器控制第一电机工作,滑套处于第二位置。
优选地,当系统被配置为处于串联式混合驱动模式时,发动机工作,离合器接合,第一电机控制器控制第一电机处于发电模式,电池管理系统控制电池组放电并通过第二电机控制器控制第二电机工作,滑套处于第三位置。
优选地,当系统被配置为处于第一并联式混合驱动模式时,发动机工作,离合器接合,电池管理系统控制电池组放电,
第一电机控制器控制第一电机不工作,第二电机控制器控制第二电机工作,滑套处于第一位置;或,
第一电机控制器控制第一电机不工作,第二电机控制器控制第二电机工作,滑套处于第二位置。
当系统被配置为处于第二并联式混合驱动模式时,发动机工作,离合器接合,电池管理系统控制电池组放电,
第一电机控制器控制第一电机工作,第二电机控制器控制第二电机工作,滑套处于第一位置;或,
第一电机控制器控制第一电机工作,第二电机控制器控制第二电机工作,滑套处于第二位置。
当系统被配置为处于第三并联式混合驱动模式时,发动机工作,离合器接合,电池管理系统控制电池组放电,
第一电机控制器控制第一电机处于发电模式,第二电机控制器控制第二电机工作,滑套处于第一位置;或,
第一电机控制器控制第一电机处于发电模式,第二电机控制器控制第二电机工作,滑套处于第二位置。
优选地,当系统被配置为处于第一发动机直驱模式时,发动机工作,离合器接合,电池管理系统控制电池组不放电,第二电机控制器控制第二电机不工作,
第一电机控制器控制第一电机不工作,滑套处于第一位置;或,
第一电机控制器控制第一电机不工作,滑套处于第二位置。
当系统被配置为处于第二发动机直驱模式时,发动机工作,离合器接合,电池管理系统控制电池组不放电,第二电机控制器控制所述第二电机不工作,
第一电机控制器控制第一电机处于发电模式,滑套处于第一位置;或,
第一电机控制器控制第一电机处于发电模式,滑套处于第二位置。
当系统被配置为处于第三发动机直驱模式时,发动机工作,离合器接合,电池管理系统控制电池组放电,第二电机控制器控制第二电机不工作,
第一电机控制器控制第一电机工作,滑套处于第一位置;或,
第一电机控制器控制第一电机工作,滑套处于第二位置。
优选地,当系统被配置为处于第一能量回收模式时,发动机不工作,离合器断开,
第二电机控制器控制第二电机处于发电模式,滑套处于第三位置,第一电机控制器控制第一电机不工作。
当系统被配置为处于第二能量回收模式时,发动机不工作,离合器断开,
第二电机控制器控制第二电机处于发电模式,滑套处于第一位置,第一电机控制器控制第一电机处于发电模式;或,
第二电机控制器控制第二电机处于发电模式,滑套处于第二位置,第一电机控制器控制第一电机处于发电模式。
当系统被配置为处于第三能量回收模式时,发动机不工作,离合器断开,
第二电机控制器控制第二电机不工作,滑套处于第一位置,第一电机控制器控制第一电机处于发电模式;或,
第二电机控制器控制第二电机不工作,滑套处于第二位置,第一电机控制器控制第一电机处于发电模式。
当系统被配置为处于第四能量回收模式时,发动机工作,离合器接合,第一电机控制器控制第一电机处于发电模式,滑套处于第三位置,第二电机不工作。
本申请实施例提供的混合动力驱动系统能够实现多种运行模式,包括纯电动模式、串联式混合驱动模式、并联式混合驱动模式、发动机直驱模式和能量回收模式。同时,本申请的行星轮系具有两个动力输出端并将二者设置成系统的两个挡位,结构简单紧凑,输出扭矩大,承载能力高,使用寿命长。系统还匹配三个动力源,能够根据工况需求切换不同挡位,降低了对各动力源的要求,从而降低了整个系统的成本,具有良好的动力性与节油效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例,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获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的混合动力驱动系统结构图;
图2是本申请实施例提供的第一纯电动模式的第一情况的动力传递示意图;
图3是本申请实施例提供的第一纯电动模式的第二情况的动力传递示意图;
图4是本申请实施例提供的第二纯电动模式的动力传递示意图;
图5是本申请实施例提供的第三纯电动模式的第一情况的动力传递示意图;
图6是本申请实施例提供的第三纯电动模式的第二情况的动力传递示意图;
图7是本申请实施例提供的串联式混合驱动模式的动力传递示意图;
图8是本申请实施例提供的第一并联式混合驱动模式的第一情况的动力传递示意图;
图9是本申请实施例提供的第一并联式混合驱动模式的第二情况的动力传递示意图;
图10是本申请实施例提供的第二并联式混合驱动模式的第一情况的动力传递示意图;
图11是本申请实施例提供的第二并联式混合驱动模式的第二情况的动力传递示意图;
图12是本申请实施例提供的第三并联式混合驱动模式的第一情况的动力传递示意图;
图13是本申请实施例提供的第三并联式混合驱动模式的第二情况的动力传递示意图;
图14是本申请实施例提供的第一发动机直驱模式的第一情况的动力传递示意图;
图15是本申请实施例提供的第一发动机直驱模式的第二情况的动力传递示意图;
图16是本申请实施例提供的第二发动机直驱模式的第一情况的动力传递示意图;
图17是本申请实施例提供的第二发动机直驱模式的第二情况的动力传递示意图;
图18是本申请实施例提供的第三发动机直驱模式的第一情况的动力传递示意图;
图19是本申请实施例提供的第三发动机直驱模式的第二情况的动力传递示意图;
图20是本申请实施例提供的第一能量回收模式的动力传递示意图;
图21是本申请实施例提供的第二能量回收模式的第一情况的动力传递示意图;
图22是本申请实施例提供的第二能量回收模式的第二情况的动力传递示意图;
图23是本申请实施例提供的第三能量回收模式的第一情况的动力传递示意图;
图24是本申请实施例提供的第三能量回收模式的第二情况的动力传递示意图;
图25是本申请实施例提供的第四能量回收模式的动力传递示意图。
附图标记:
1、发动机;2、离合器;3、第一电机;4、行星轮系;41、第一太阳轮;42、第二太阳轮;43、行星轮;44、行星架;45、齿圈;46、太阳轮轴;5、滑套;6、接合件;7、电源组件;71、电池管理系统;72、第一电机控制器;73、第二电机控制器;74、第一逆变器;75、第二逆变器;8、第二电机;9、传动齿轮组;91、第三齿轮;911、第三齿轮轴;92、第四齿轮;93、第五齿轮;10、第一齿轮;101、第一齿轮轴;11、第二齿轮;111、第二齿轮轴;12、驱动轴;13、车轮。
具体实施方式
为使本申请的技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。
本申请实施例提供了一种混合动力驱动系统,如图1所示,包括发动机1、离合器2、第一电机3、具有一个动力输入端和两个动力输出端的行星轮系4、滑套5、接合件6、电源组件7、第二电机8、传动齿轮组9、第一齿轮10、第二齿轮11、驱动轴12和车轮13。
其中,电源组件7与第一电机3和第二电机8分别连接;发动机1通过离合器2与第一电机3连接;行星轮系4的动力输入端与第一电机3连接;接合件6被配置为在第一挡位时通过滑套5与行星轮系4的第一动力输出端连接,并在第二挡位时通过滑套5与行星轮系4的第二动力输出端连接;滑套5被配置为当与第一动力输出端连接时,处于第一位置;当与第二动力输出端连接时,处于第二位置;当位于第一动力输出端与第二动力输出端之间且与二者均不接触时,处于第三位置;接合件6通过第三齿轮轴911与传动齿轮组9连接;第二电机8通过第一齿轮轴101与第一齿轮10连接,第一齿轮10与第二齿轮11啮合;第二齿轮11通过第二齿轮轴111与传动齿轮组9连接;传动齿轮组9与驱动轴12连接,用于带动车轮13转动。
本申请实施例提供了一种能将燃料(如汽油、柴油等)和电能结合使用的混合动力驱动系统,在该系统中,具有三个动力源和两个挡位,各动力源的切换通过电源组件和/或离合器控制,两个挡位的切换通过改变滑套的位置控制。
在一些实施例中,电源组件7与第一电机3和第二电机8发生能量交换。当第一电机3和/或第二电机8工作时,电源组件7为第一电机3和/或第二电机8提供能量;当第一电机3和/或第二电机8处于发电模式时,电源组件7接收并存储第一电机3和/或第二电机8提供的能量。
在本申请的实施例中,第一电机3和第二电机8工作即指电机处于将电能转化为机械能的状态,不工作即指电机处于既不将电能转化为机械能又不将机械能转化为电能的状态,处于发电模式即指电机处于将机械能转化为电能的状态。
在一些实施例中,第一电机3包括定子和转子,转子与离合器2的从动部固定连接。第二电机8与第一电机3结构相同。其中,第一电机3和第二电机8均可以正转或反转,当第一电机3和/或第二电机8正转时车辆前行,当第一电机3和/或第二电机8反转时即为启动车辆的倒车功能。
在一些实施例中,设在第二电机8的动力输出端的第一齿轮10和第二齿轮11相当于减速齿轮组,能够降低对第二电机8的扭矩要求。
在一些实施例中,离合器2包括主动部和从动部,主动部与发动机1的曲轴固定连接,从动部与第一电机3固定连接。
在一些实施例中,行星轮系4的动力输入端接收来自第一电机3的动力,其两个动力输出端均可与滑套5啮合且啮合后具有不同的传动比,根据改变滑套5的位置选择性地通过其中一个动力输出端将动力依次传递给滑套5、接合件6、传动齿轮组9和驱动轴12。
在本申请实施例的一些实现方式中,行星轮系4包括与第一太阳轮41、行星轮43、行星架44、第二太阳轮42和齿圈45。其中,第一太阳轮41和第二太阳轮42通过太阳轮轴46同轴连接,太阳轮轴46与第一电机3连接。第一太阳轮41与行星轮43啮合,行星轮43与齿圈45的内圈轮齿相啮合,行星轮43与行星架44通过销轴连接。行星架44被配置为在第一挡位时与处于第一位置的滑套5连接;第二太阳轮42被配置为在第二挡位时与处于第二位置的滑套5连接。
在一些实施例中,太阳轮轴46与第一电机3的输出轴固定连接且二者的轴线重合,第一电机3的输出轴带动太阳轮轴46转动,并带动固定在太阳轮轴46上的第一太阳轮41和第二太阳轮42同步转动。与第一太阳轮41啮合的行星轮43和与行星轮43连接的行星架44也随之转动。需要注意的是,行星架44的转速为行星轮43绕第一太阳轮41公转的转速,当滑套5与行星架44发生啮合时,产生第一传动比;第二太阳轮42的转速为星轮43自转的转速,当滑套5与第二太阳轮42发生啮合时,产生第二传动比。第一传动比与第二传动比不相等,因此,随着滑套5与行星架44啮合或与第二太阳轮42啮合,系统的挡位切换为第一挡位或第二挡位。
系统被配置为根据当前车辆状态切换至对应模式,并根据对应模式调整发动机1、第一电机3、第二电机8、离合器2以及滑套5的状态。
在一些实施例中,当前车辆状态至少包括当前油门踏板开度、当前刹车踏板开度、当前动力电池电量、当前车速和当前工况。
在本申请实施例的一些实现方式中,传动齿轮组9包括依次啮合的第三齿轮91、第四齿轮92和第五齿轮93,第三齿轮91固定在第三齿轮轴911上,第四齿轮92通过第二齿轮轴111与第二齿轮11同轴连接,第五齿轮93与驱动轴12连接。
传动齿轮组9被配置为将接合件6和/或第二电机8输出的动力传递给驱动轴12,以带动车轮13转动。其中,传动齿轮组9中的齿轮也可以为其他数量,本实施例对此不做限定。同样地,传动齿轮组9中的齿轮也可以为其他组合方式,本实施例对此也不做限定。
在一些实施例中,第五齿轮93为差速器,使车轮13实现以不同转速转动。
在本申请实施例的一些实现方式中,在滑套5的内壁设有内花键,在滑套5的外壁设有外花键,在接合件6的外壁设有外花键,滑套5套设在接合件6上并与接合件6通过花键连接,滑套5的外花键能与行星架44啮合,滑套5的外花键能与第二太阳轮42啮合。
在一些实施例中,滑套5可以通过自身的移动来选择接合的构件。例如,当滑套5与行星架44啮合时,车辆当前挡位为第一挡位;当滑套5与第二太阳轮42啮合时,车辆当前挡位为第二挡位;当滑套5位于行星架44和第二太阳轮42之间且与二者均不接触时,车辆当前挡位为空挡。
在本申请实施例的一些实现方式中,如图1所示,电源组件7包括电池管理系统(Battery Management System,简称BMS)71,与电池管理系统71分别连接的第一电机控制器(First Motor Control Unit,简称MCU1)72和第二电机控制器(Second Motor ControlUnit,简称MCU2)73,第一电机控制器72与第一电机3相连,第二电机控制器73与第二电机8相连,在第一电机控制器72与第一电机3之间还设有第一逆变器(First Inverter,简称INVR1)74,在第二电机控制器73与第二电机8之间还设有第二逆变器(Second Inverter,简称INVR2)75。
在一些实施例中,第一电机控制器72、第一逆变器74、第二电机控制器73和第二逆变器75集成在一起,能够节省安装空间。
系统还可以包括控制单元,控制单元根据当前车辆状态确定出对应模式,对应模式可包括第一纯电动模式、第二纯电动模式、第三纯电动模式、串联式混合驱动模式、第一并联式混合驱动模式、第二并联式混合驱动模式、第三并联式混合驱动模式、第一发动机直驱模式、第二发动机直驱模式、第一能量回收模式、第二能量回收模式、第三能量回收模式和第四能量回收模式。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第一纯电动模式时,如图2-3所示,发动机1不工作,离合器2断开,电池管理系统71控制电池组(图中未示出)放电,同时第一电机3、第二电机8和滑套5呈下述几种情况之一:
如图2所示的第一种情况,第二电机控制器73控制第二电机8不工作,第一电机控制器72控制第一电机3工作,滑套5处于第一位置。即第一电机3为唯一动力源,其输出的动力通过行星架44传递至滑套5,并经由接合件6传递至传动齿轮组9,再传递至驱动轴12以带动车轮13转动,车辆当前挡位为第一挡位。
如图3所示的第二种情况,第二电机控制器73控制第二电机8不工作,第一电机控制器72控制第一电机3工作,滑套5处于第二位置。即第一电机3为唯一动力源,其输出的动力通过第二太阳轮42传递至滑套5,并经由接合件6传递至传动齿轮组9,再传递至驱动轴12以带动车轮13转动,车辆当前挡位为第二挡位。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第二纯电动模式时,图4所示,发动机1不工作,离合器2断开,电池管理系统71控制电池组放电,同时第二电机控制器73控制第二电机8工作,第一电机控制器72控制第一电机3不工作。即第二电机8为唯一动力源,其输出的动力依次通过第一齿轮10和第二齿轮11传递至传动齿轮组9,再传递至驱动轴12以带动车轮13转动。也就是说,当前车辆由第二电机8直接驱动行驶。
本实施例所提供的混合动力驱动系统在处于第一纯电动模式或第二纯电动模式时,利用第一电机3或者第二电机8单独作为动力源,适于车辆处于低速蠕行或巡航状态的情况,能够更加节省电力。
当用户需要使车辆处于低速状态下,但临时需要较大扭矩进行超车的情况时,可以采用如下的第三纯电动模式,能够使得车辆短时间内获得较大扭矩,具有良好的动力响应性。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第三纯电动模式时,如图5-6所示,发动机1不工作,离合器2断开,电池管理系统71控制电池组放电,同时第一电机3、第二电机8和滑套5呈下述几种情况之一:
如图5所示的第一种情况,第二电机控制器73控制第二电机8工作,第一电机控制器72控制第一电机3工作,滑套5处于第一位置,即第一电机3和第二电机8为双动力源,第一电机3输出的动力与第二电机8输出的动力分别传递至传动齿轮组9进行耦合,耦合后的动力带动车轮13转动,此时可实现第一电机3在第一挡位状态下和第二电机4联合驱动车辆。其中,第一电机3在第一挡位状态下的动力传递路线和第二电机8的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
如图6所示的第二种情况,第二电机控制器73控制第二电机8工作,第一电机控制器72控制第一电机3工作,滑套5处于第二位置,即第一电机3和第二电机8为双动力源,第一电机3输出的动力和第二电机8输出的动力分别传递至传动齿轮组9进行耦合,耦合后的动力带动车轮13转动,此时可实现第一电机3在第二挡位状态下和第二电机8联合驱动车辆。其中,第一电机3在第二挡位状态下的动力传递路线和第二电机8的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
纯电动模式共有5种挡位模式,适应加速、高速巡航、频繁启停等多种工况,满足了客户追求经济性、动力性和舒适型等多方面的要求。
发动机1、第一电机3和第二电机8也可以协调工作,联合驱动车辆行驶。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于串联式混合驱动模式时,如图7所示,发动机1工作,离合器2接合,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式,电池管理系统71控制电池组放电,第二电机控制器73控制第二电机8工作,滑套5处于第三位置。在该模式下,发动机1运行在高效区带动第一电机3发电,机械能转化的电能供给第二电机8驱动车辆行驶,多余的电能储存在电池组中,当发电量不足时,由电池组来进行补充,第一电机3和电池组共同满足第二电机8的电量需求。
当用户需求更强的整车动力性时,可以采用如下的并联式混合驱动模式。发动机1和第二电机8长时间工作,输出较大的功率,并根据工况需求,控制第一电机4是否参与工作。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第一并联式混合驱动模式时,如图8-9所示,发动机1工作,离合器2接合,电池管理系统71控制电池组放电,同时第一电机3、第二电机8和滑套5呈下述几种情况之一:
如图8所示的第一种情况,第一电机控制器72控制第一电机3不工作,第二电机控制器73控制第二电机8工作,滑套5处于第一位置,即发动机1和第二电机8为双动力源。发动机1输出的动力通过离合器2传递至第一电机3,依次经由行星架44、滑套5和接合件6传递至传动齿轮组9,与第二电机8输出的动力在传动齿轮组9进行耦合,耦合后的动力由传动齿轮组9传递至驱动轴12以带动车轮13转动。此时可实现发动机1在第一挡位状态下和第二电机8联合驱动车辆。其中,第二电机8的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
如图9所示的第二种情况,第一电机控制器72控制第一电机3不工作,第二电机控制器73控制第二电机8工作,滑套5处于第二位置,即发动机1和第二电机8为双动力源。发动机1输出的动力通过离合器2传递至第一电机3,依次经由第二太阳轮42、滑套5和接合件6传递至传动齿轮组9,与第二电机8输出的动力在传动齿轮组9进行耦合,耦合后的动力由传动齿轮组9传递至驱动轴12以带动车轮13转动。此时可实现发动机1在第二挡位状态下和第二电机8联合驱动车辆。其中,第二电机8的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第二并联式混合驱动模式时,如图10-11所示,发动机1工作,离合器2接合,电池管理系统71控制电池组放电,同时第一电机3、第二电机8和滑套5呈下述几种情况之一:
如图10所示的第一种情况,第一电机控制器72控制第一电机3工作,第二电机控制器73控制第二电机8工作,滑套5处于第一位置,即发动机1、第一电机3和第二电机8为三动力源,此时可以输出较大的功率,提高整车动力性。此时可实现发动机1和第一电机3在第一挡位状态下联合第二电机8共同驱动车辆。其中,发动机1和第一电机3在第一挡位状态下的动力传递路线和第二电机8的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
如图11所示的第二种情况,第一电机控制器72控制第一电机工作,第二电机控制器73控制第二电机8工作,滑套5处于第二位置,即发动机1、第一电机3和第二电机8为三动力源。此时可实现发动机1和第一电机3在第二挡位状态下联合第二电机8共同驱动车辆。其中,发动机1和第一电机3在第二挡位状态下的动力传递路线和第二电机8的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第三并联式混合驱动模式时,发动机1工作,离合器2接合,电池管理系统71控制电池组放电,同时第一电机3、第二电机8和滑套5呈下述几种情况之一:
如图12所示的第一种情况,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式,第二电机控制器73控制第二电机8工作,滑套5处于第一位置,即发动机1和第二电机8为双动力源。发动机1输出的动力中,一部分用于驱动第一电机3发电,转化的电能供给第二电机8驱动车辆行驶,多余的电能储存在电池组中,当发电量不足时,由电池组来进行补充,另一部分用于直接驱动车辆。此时可实现发动机1在第一挡位状态下联合第二电机8共同驱动车辆。其中,发动机1在第一挡位状态下的动力传递路线和第二电机8的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
如图13所示的第二种情况,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式,第二电机控制器73控制第二电机8工作,滑套5处于第二位置,即发动机1和第二电机8为双动力源。发动机1输出的动力中,一部分由第一电机3转化为电能,另一部分用于直接驱动车辆。此时可实现发动机1在第二挡位状态下联合第二电机8共同驱动车辆。其中,发动机1在第二挡位状态下的动力传递路线和第二电机8的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
本实施例所提供的变速传动系统在处于第一并联式混合驱动模式、第二并联式混合驱动模式以及第三并联式混合驱动模式时,利用发动机1和至少一个电机共同作为动力源,适于车辆处于高速状态下但临时需要较大扭矩进行超车的情况,既能够利用发动机在高转速下的动力优势,又能够利用电机响应性快的特点,使得车辆在高速行驶时能够在短时间内获得较大扭矩。
当系统有高压故障或电池电量不足时,可以采用如下所述的发动机直驱模式,控制发动机直接驱动车辆行驶。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第一发动机直驱模式时,发动机1工作,离合器2接合,电池管理系统71控制电池组不放电,第二电机控制器73控制第二电机8不工作,同时第一电机3和滑套5呈下述几种情况之一:
如图14所示的第一种情况,第一电机控制器72控制第一电机3不工作,滑套5处于第一位置,即发动机1为唯一动力源,车辆当前挡位为第一挡位。其中,发动机1在第一挡位状态下的动力传递路线已在上文做出说明,此处不再赘述。
如图15所示的第二种情况,第一电机控制器72控制第一电机3不工作,滑套5处于第二位置,即发动机1为唯一动力源,车辆当前挡位为二挡。其中,发动机1在第二挡位状态下的动力传递路线已在上文做出说明,此处不再赘述。
在一些实施例中,发动机直驱模式下还可以根据用户需求决定是否开启行车充电模式。开启行车充电模式后会启动第一电机3的发电模式,将发动机1输出的机械能分出一部分提供给第一电机3,由第一电机3将机械能转换为电能存入电池组备用。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第二发动机直驱模式时,发动机1工作,离合器2接合,电池管理系统71控制电池组不放电,第二电机控制器73控制第二电机8不工作,同时第一电机3和滑套5呈下述几种情况之一:
如图16所示的第一种情况,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式,滑套5处于第一位置。在发动机1输出的动力中,一部分提供给第一电机3用于发电,并将转化的电能存入电池组备用,另一部分用于直接驱动车辆。其中,发动机1在第一挡位状态下的动力传递路线已在上文做出说明,此处不再赘述。
如图17所示的第二种情况,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式,滑套5处于第二位置。在发动机1输出的动力中,一部分提供给第一电机3用于发电,并将转化的电能存入电池组备用,另一部分用于直接驱动车辆。其中,发动机1在第二挡位状态下的动力传递路线已在上文做出说明,此处不再赘述。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第三发动机直驱模式时,如图18-19所示,发动机1工作,离合器2接合,电池管理系统71控制电池组放电,第二电机控制器73控制第二电机8不工作,同时第一电机3和滑套5呈下述几种情况之一:
如图18所示的第一种情况,第一电机控制器72控制第一电机3工作,滑套5处于第一位置,即发动机1和第一电机3为双动力源。此时可实现发动机1和第一电机3在第一挡位状态下联合驱动车辆。其中,发动机1和第一电机3在第一挡位状态下的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
如图19所示的第二种情况,第一电机控制器72控制第一电机3工作,滑套5处于第二位置,即发动机1和第一电机3为双动力源。此时可实现发动机1和第一电机3在第二挡位状态下联合驱动车辆。其中,发动机1和第一电机3在第二挡位状态下的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
当在电池组电量不足时,可以使用如下所述的能量回收模式为电池组充电。该回收部分的电能,可以为后续车辆的运行提供能量,从而降低了整车的油耗,提高了燃油经济性。
例如,在滑行和制动工况下,车辆运行状态可以设置为第一、第二或第三能量回收模式,在上述模式下,为使运行的车辆被制动,该车的动力系统为整车提供了反向力矩,同时将该制动的部分动能经由第一电机3和/或第二电机8转换为电能,并存入电池组备用。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第一能量回收模式时,如图20所示,发动机1不工作,离合器2断开,第二电机控制器73控制第二电机处于发电模式,滑套5处于第三位置,第一电机控制器72控制第一电机3不工作。由整车的制动而减小的部分动能会通过车轮13转换为机械能,依次传递给驱动轴12、传动齿轮组9、第二齿轮11和第一齿轮10,最终将机械能传递给第二电机8,第二电机8将机械能转换为电能并存入电池组中备用,
当制动扭矩较大时,第一电机3也可以参与,与第二电机8一起提供较大的制动扭矩,回收更多的能量。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第二能量回收模式时,如图21-22所示,发动机1不工作,离合器2断开,同时第一电机3、第二电机8和滑套5呈下述几种情况之一:
如图21所示的第一种情况,第二电机控制器73控制第二电机8处于发电模式,滑套5处于第一位置,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式。由整车的制动而减小的部分动能会通过车轮13转换为机械能,依次传递给驱动轴12、传动齿轮组9,在传动齿轮组9上分成两部分,一部分能量由第二电机8进行回收,另一部分经由接合件6、滑套5和行星架44,最终将机械能传递给第一电机3,第一电机3将机械能转换为电能并存入电池组中备用。
如图22所示的第二种情况,第二电机控制器73控制第二电机8处于发电模式,滑套5处于第二位置,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式。由整车的制动而减小的部分动能会通过车轮13转换为机械能,依次传递给驱动轴12、传动齿轮组9,在传动齿轮组9上分成两部分,一部分能量由第二电机8进行回收,另一部分经由接合件6、滑套5和第二太阳轮42,最终将机械能传递给第一电机3,第一电机3将机械能转换为电能并存入电池组中备用。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第三能量回收模式时,如图23-24所示,发动机1不工作,离合器2断开,同时第一电机3、第二电机8和滑套5呈下述几种情况之一:
如图23所示的第一种情况,第二电机控制器73控制第二电机8不工作,滑套5处于第一位置,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式。其中,第一电机3在第一挡位状态下进行能量回收的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
如图24所示的第二种情况,第二电机控制器73控制第二电机8不工作,滑套5处于第二位置,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式。其中,第一电机3在第二挡位状态下进行能量回收的动力传递路线均已在上文做出说明,此处不再赘述。
本实施例所提供的混合动力驱动系统在处于第一、第二或第三能量回收模式时,将第一电机3和/或第二电机8作为发电机,充分利用车辆的惯性,使得车辆能够始终保持充足的纯电驱动续航里程。
当在电池组电量不足时且不适用上述第一、第二或第三能量回收模式时,可以使用如下所述的第四能量回收模式为电池组充电。
在本申请实施例的一些实现方式中,当系统被配置为处于第四能量回收模式时,如图25所示,发动机1工作,离合器2接合,第一电机控制器72控制第一电机3处于发电模式,滑套5处于第三位置,第二电机8不工作。此时发动机1输出的机械能通过离合器2传递给第一电机3,第一电机3为发电模式,将机械能转化为电能并输送至电池组中进行储存。
本实施例所提供的混合动力驱动系统在处于第四能量回收模式时,将第一电机3作为发电机,利用发动机1的输出转速对电池组进行充电,以增加车辆的纯电驱动续航里程,适于车辆燃油剩余储备量较多但动力电池电量不足的情况,使得车辆能够始终保持充足的纯电驱动续航里程。
本申请实施例的混合动力驱动系统,通过控制离合器2的接合或断开和滑套5的位置,使发动机1和第一电机3的动力能够进行两种速比的输出,第二电机8进行一种速比的输出,能够实现纯电动模式、串联式混合驱动模式、并联式混合驱动模式、发动机直驱模式和能量回收模式,且其中多种驱动模式具有多个挡位,可以满足发动机1的不同驱动力要求,尽可能地使发动机1工作在具有较高燃油经济性的区间,能量传递损失较少,系统工作效率高,以此提高车辆经济性;能够降低对发动机1、第一电机3和第二电机8这三大动力源的扭矩要求,从而降低了整个变速传动系统的成本,同时使得这三大动力源更多地在高效区工作,也具有良好的动力性与节油效果;本系统结构简单、紧凑,使用的零件数量较少,降低了混合动力驱动系统的结构复杂程度,提高了系统效率。
本发明实现了在汽车起步加速及低速阶段使用纯电动驱动模式,不仅利用了电机响应快、低速大扭矩的特性,提升动力性,还能避免发动机频繁启停的能量损失,提高节油率。在中速及高速阶段发动机介入驱动,利用电机的功率补充使得发动机总是工作在高效区,进一步提高节油率。通过电机的调节,换挡过程少,对整车平顺性也有很大提升,满足用户舒适性要求。
在本申请中,应该理解到,术语“第一”、“第二”“第三”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。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本申请的技术方案,并不用以限制本申请。凡在本申请的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种混合动力驱动系统,其特征在于,包括发动机(1)、离合器(2)、第一电机(3)、具有一个动力输入端和两个动力输出端的行星轮系(4)、滑套(5)、接合件(6)、电源组件(7)、第二电机(8)、传动齿轮组(9)、第一齿轮(10)、第二齿轮(11)、驱动轴(12)和车轮(13),其中,
所述电源组件(7)与所述第一电机(3)和所述第二电机(8)分别连接;
所述发动机(1)通过所述离合器(2)与所述第一电机(3)连接;
所述行星轮系(4)的动力输入端与所述第一电机(3)连接;所述行星轮系(4)包括与第一太阳轮(41)、行星轮(43)、行星架(44)、第二太阳轮(42)和齿圈(45),其中,所述第一太阳轮(41)和所述第二太阳轮(42)通过太阳轮轴(46)同轴连接,所述太阳轮轴(46)与所述第一电机(3)连接;所述第一太阳轮(41)与所述行星轮(43)啮合,所述行星轮(43)与所述齿圈(45)的内圈轮齿相啮合,所述行星轮(43)与所述行星架(44)通过销轴连接;所述行星架(44)被配置为在第一挡位时与处于第一位置的所述滑套(5)连接;所述第二太阳轮(42)被配置为在第二挡位时与处于第二位置的所述滑套(5)连接;
所述接合件(6)被配置为在第一挡位时通过所述滑套(5)与所述行星轮系(4)的第一动力输出端连接,并在第二挡位时通过所述滑套(5)与所述行星轮系(4)的第二动力输出端连接;
所述滑套(5)被配置为当与所述第一动力输出端连接时,处于第一位置;当与所述第二动力输出端连接时,处于第二位置;当位于所述第一动力输出端与所述第二动力输出端之间且与二者均不接触时,处于第三位置;
所述接合件(6)通过第三齿轮轴(911)与所述传动齿轮组(9)连接;
所述第二电机(8)通过第一齿轮轴(101)与所述第一齿轮(10)连接,所述第一齿轮(10)与所述第二齿轮(11)啮合;
所述第二齿轮(11)通过第二齿轮轴(111)与所述传动齿轮组(9)连接;
所述传动齿轮组(9)与所述驱动轴(12)连接,用于带动车轮(13)转动。
2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述传动齿轮组(9)包括依次啮合的第三齿轮(91)、第四齿轮(92)和第五齿轮(93),所述第三齿轮(91)固定在所述第三齿轮轴(911)上,所述第四齿轮(92)通过所述第二齿轮轴(111)与所述第二齿轮(11)同轴连接,所述第五齿轮(93)与所述驱动轴(12)连接。
3.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统,其特征在于,在所述滑套(5)的内壁设有内花键,在所述滑套(5)的外壁设有外花键,在所述接合件(6)的外壁设有外花键,所述滑套(5)套设在所述接合件(6)上并与所述接合件(6)通过花键连接,所述滑套(5)的外花键能与所述行星架(44)啮合,所述滑套(5)的外花键能与所述第二太阳轮(42)啮合。
4.根据权利要求1-3任一项所述的混合动力驱动系统,其特征在于,所述电源组件(7)包括电池管理系统(71),与所述电池管理系统(71)分别连接的第一电机控制器(72)和第二电机控制器(73),所述第一电机控制器(72)与所述第一电机(3)相连,所述第二电机控制器(73)与所述第二电机(8)相连,在所述第一电机控制器(72)与所述第一电机(3)之间还设有第一逆变器(74),在所述第二电机控制器(73)与所述第二电机(8)之间还设有第二逆变器(75)。
5.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统,其特征在于,
当所述系统被配置为处于第一纯电动模式时,所述发动机(1)不工作,所述离合器(2)断开,所述电池管理系统(71)控制电池组放电,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)不工作,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)工作,所述滑套(5)处于所述第一位置;或,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)不工作,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)工作,所述滑套(5)处于所述第二位置;
当所述系统被配置为处于第二纯电动模式时,所述发动机(1)不工作,所述离合器(2)断开,所述电池管理系统(71)控制电池组放电,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)不工作;
当所述系统被配置为处于第三纯电动模式时,所述发动机(1)不工作,所述离合器(2)断开,所述电池管理系统(71)控制电池组放电,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)工作,所述滑套(5)处于所述第一位置;或,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)工作,所述滑套(5)处于所述第二位置。
6.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统,其特征在于,
当所述系统被配置为处于串联式混合驱动模式时,所述发动机(1)工作,所述离合器(2)接合,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式,所述电池管理系统(71)控制电池组放电,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述滑套(5)处于所述第三位置。
7.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统,其特征在于,
当所述系统被配置为处于第一并联式混合驱动模式时,所述发动机(1)工作,所述离合器(2)接合,所述电池管理系统(71)控制电池组放电,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)不工作,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述滑套(5)处于所述第一位置;或,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)不工作,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述滑套(5)处于所述第二位置;
当所述系统被配置为处于第二并联式混合驱动模式时,所述发动机(1)工作,所述离合器(2)接合,所述电池管理系统(71)控制电池组放电,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)工作,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述滑套(5)处于所述第一位置;或,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机工作,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述滑套(5)处于所述第二位置;
当所述系统被配置为处于第三并联式混合驱动模式时,所述发动机(1)工作,所述离合器(2)接合,所述电池管理系统(71)控制电池组放电,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述滑套(5)处于所述第一位置;或,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)工作,所述滑套(5)处于所述第二位置。
8.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统,其特征在于,
当所述系统被配置为处于第一发动机直驱模式时,所述发动机(1)工作,所述离合器(2)接合,所述电池管理系统(71)控制电池组不放电,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)不工作,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)不工作,所述滑套(5)处于所述第一位置;或,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)不工作,所述滑套(5)处于所述第二位置;
当所述系统被配置为处于第二发动机直驱模式时,所述发动机(1)工作,所述离合器(2)接合,所述电池管理系统(71)控制电池组不放电,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)不工作,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式,所述滑套(5)处于所述第一位置;或,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式,所述滑套(5)处于所述第二位置;
当所述系统被配置为处于第三发动机直驱模式时,所述发动机(1)工作,所述离合器(2)接合,所述电池管理系统(71)控制电池组放电,所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)不工作,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)工作,所述滑套(5)处于所述第一位置;或,
所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)工作,所述滑套(5) 处于所述第二位置。
9.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统,其特征在于,
当所述系统被配置为处于第一能量回收模式时,所述发动机(1)不工作,所述离合器(2)断开,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机处于发电模式,所述滑套(5)处于所述第三位置,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)不工作;
当所述系统被配置为处于第二能量回收模式时,所述发动机(1)不工作,所述离合器(2)断开,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)处于发电模式,所述滑套(5)处于所述第一位置,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式;或,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)处于发电模式,所述滑套(5)处于所述第二位置,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式;
当所述系统被配置为处于第三能量回收模式时,所述发动机(1)不工作,所述离合器(2)断开,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)不工作,所述滑套(5)处于所述第一位置,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式;或,
所述第二电机控制器(73)控制所述第二电机(8)不工作,所述滑套(5)处于所述第二位置,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式;
当所述系统被配置为处于第四能量回收模式时,所述发动机(1)工作,所述离合器(2)接合,所述第一电机控制器(72)控制所述第一电机(3)处于发电模式,所述滑套(5)处于所述第三位置,第二电机(8)不工作。
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