CN110816245A - 混合动力车辆及其行星排混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力车辆及其行星排混合动力系统，行星排混合动力系统包括发动机、行星排、主驱电机、辅助电机和系统输出轴，所述行星排有第一传动部件，一个是第二传动部件，一个是第三传动部件，主驱电机与第一传动部件连接，发动机与第二传动部件连接，辅助电机与第三传动部件连接，所述第三传动部件上设有第一制动器，第二传动部件上设有第二制动器，第二制动器在混合动力系统处于纯电动驱动模式时锁止第二传动部件。主驱电机提供的功率小于整车的需求功率时，第二传动部件通过第二制动器锁止，辅助电机驱动第三传动部件转动带动行星轮转动，辅助电机提供一定的补偿功率，实现整车的动力性的延续保持，整车的提速性能较好。

Description

混合动力车辆及其行星排混合动力系统
技术领域
本发明涉及一种混合动力车辆及其行星排混合动力系统。
背景技术
当前混联式动力系统主要采用行星机构作为功率分流装置，行星排系统的优势在于：它能够实现发动机转速与输出轴转速之间的解耦。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工作。
如在授权公告号为CN207345474U的中国专利文件中公开了一种混合动力车辆及其三轴式行星混联系统，其包括发动机、行星排、第一电机、第二电机和系统输出轴，行星排包括齿圈、太阳轮、行星架和行星轮，其中发动机与行星架连接，第二电机与齿圈连接，第一电机与太阳轮连接，系统输出轴与齿圈连接，第二电机与齿圈之间连接有离合器，太阳轮上设有制动器。在实际的工作过程中，混联系统包括以下工作模式：纯电动模式、联合驱动模式、发动机直驱模式、发动机驱动并发电模式和制动能量回收模式，纯电动模式即在车辆起步或低速行驶时，整车需求功率较小，此时第一电机单独驱动车辆，以纯电动模式工作，发动机不工作，离合器处于结合状态，制动器处于非锁止状态，第一电机空转、第二电机经降速增扭后驱动整车；联合驱动模式即发动机和第二电机同时驱动，此时整车需求的扭矩和功率较大，发动机直驱模式即车辆处于高速巡航时，整车需求功率小于发动机最大可输出功率，为了避免功率分流造成能量的二次转换，提高系统效率，进入发动机直驱模式，此时离合器分离，制动器锁止。其中第一电机为辅驱电机，第二电机为主驱电机。该混联动力系统在实际的使用过程中，在系统处于纯电动模式驱动时，随着整车功率需求的不断提升，会存在整车需求功率大于主驱电机的功率的情况，这样会导致单靠主驱电机无法满足整车的提速要求，导致整车的动力不足，动力性较差，提速性能低的问题；与此同时，在纯电动模式下，由于齿圈的转动会带动行星架的空转，这就导致行星架会消耗一部分的能量，导致整车的能量利用率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种行星排混合动力系统，以解决现有技术中的主驱电机的输出功率达不到整车功率需求时整车提速性能低的问题；本发明的目的还在于提供一种使用该行星排混合动力系统的混合动力车辆，以解决车辆提速慢的问题。
为实现上述目的，本发明行星排混合动力系统的技术方案是：
行星排混合动力系统，包括发动机、行星排、主驱电机、辅助电机和系统输出轴，所述行星排的太阳轮、行星架和齿圈中的一个是第一传动部件，一个是第二传动部件，一个是第三传动部件，主驱电机与第一传动部件连接，发动机与第二传动部件连接，辅助电机与第三传动部件连接，第一传动部件连接系统输出轴，所述第三传动部件上设有第一制动器，所述第二传动部件上设有第二制动器，所述第二制动器在混合动力系统处于纯电动驱动模式时锁止第二传动部件。
进一步的，为了整体结构的合理布局以及结构的紧凑性，所述齿圈为第一传动部件，行星架为第二传动部件，所述第二制动器连接在行星架上。
进一步的，为了方便对主驱电机的换档降速，所述主驱电机与齿圈之间通过变速箱传动连接，变速箱具有两个以上档位。
本发明混合动力车辆的技术方案是：
混合动力车辆，包括车体和设置在车体上的行星排混合动力系统，行星排混合动力系统，包括发动机、行星排、主驱电机、辅助电机和系统输出轴，所述行星排的太阳轮、行星架和齿圈中的一个是第一传动部件，一个是第二传动部件，一个是第三传动部件，主驱电机与第一传动部件连接，发动机与第二传动部件连接，辅助电机与第三传动部件连接，第一传动部件连接系统输出轴，所述第三传动部件上设有第一制动器，所述第二传动部件上设有第二制动器，所述第二制动器在混合动力系统处于纯电动模式时锁止第二传动部件。
进一步的，为了整体结构的合理布局以及结构的紧凑性，所述齿圈为第一传动部件，行星架为第二传动部件，所述第二制动器连接在行星架上。
进一步的，为了方便对主驱电机的换档降速，所述主驱电机与齿圈之间通过变速箱传动连接，变速箱具有两个以上档位。
本发明的有益效果是：相比于现有技术，本发明所涉及的行星排混合动力系统，通过在与发动机连接的第二传动部件上设置第二制动器，且第二制动器在混合动力系统处于纯电动驱动模式时锁止第二传动部件，这样就可以将对应的第二传动部件锁定转动，在纯电动驱动模式时，主驱电机通过第一传动部件直接驱动系统输出轴转动，此时第二传动部件和第三传动部件均处于空转状态，而在整车提高到一定速度时，若出现主驱电机提供的功率小于整车的需求功率时，将第二传动部件通过第二制动器锁止，这样就可以实现通过辅助电机驱动第三传动部件转动带动行星轮转动，从而使辅助电机向系统输出轴提供一定的补偿功率，以满足整车的功率需求，这样设置能够实现整车的动力性的延续保持，整车的提速性能较好，结构比较简单，控制方便。当然，在第二传动部件上设置第二制动器也可以防止在纯电动驱动模式下，第二传动部件受第一传动部件的带动而空转导致的能量损耗，保证系统具有较高的能量利用率。
附图说明
图1为本发明的行星排混合动力系统的具体实施例结构示意图；
图2为图1中的行星排混合动力系统的控制流程图。
附图标记说明：1-发动机；2-扭转减震器；3-第一制动器；4-齿圈；5-变速箱；6-主驱电机；7-车桥；8-系统输出轴；9-太阳轮；10-行星架；11-辅助电机；12-第二制动器。
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。
本发明的行星排混合动力系统的具体实施例，如图1至图2所示，该行星排混合动力系统包括发动机1、行星排、系统输出轴8、主驱电机6、辅助电机11，其中行星排包括相对啮合的外侧的齿圈4、内侧的行星架10和太阳轮9，行星架10上设置有行星轮。一般来说，行星排包括三个传动部件，分别为第一传动部件、第二传动部件和第三传动部件，三个传动部件的其中一个代表行星架10、一个代表齿圈4、一个代表太阳轮9，在本实施例中，第一传动部件为齿圈4、第二传动部件为行星架10、第三传动部件为太阳轮9，这样能够保证系统整体布局和结构排布关系的紧凑性。当然，在其他实施例中，行星排的三个传动部件各自与太阳轮、行星架、齿圈的对应关系并不唯一，原则上有多种对应关系，不同的对应关系仅代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际的需要进行设定。
该行星排混合动力系统中的发动机1与行星架10连接，在本实施例中，发动机1通过扭转减震器2连接在行星架10上；辅助电机11连接太阳轮9，太阳轮9上配置有第一制动器3，主驱电机6通过变速箱5连接齿圈4，齿圈4连接系统输出轴8，系统输出轴8与车轮传动连接，在本实施例中，变速箱5具有离合和变速功能，其具有两个用于改变主驱电机6到齿圈4的传动比的调速档位。进一步的，在行星架10上还配置有第二制动器12，该第二制动器12用于将行星架10锁止，防止行星架10转动。
车辆控制方面，驱动时，该行星排混合动力系统具有纯电动驱动模式（EV模式），发动机和电机混合驱动模式（EVT模式）、发动机直驱模式，而发动机和电机混合驱动模式由于变速箱5的设置又分为混合驱动变速箱一档模式和混合驱动变速箱二档模式，在实际的驱动过程中，v1<v2<v3；如图2所示：
（1）纯电动驱动模式：
变速箱5挂一档，发动机1停机，辅助电机11不工作，靠主驱电机6驱动齿圈4动作进而驱动整车运行，此时车辆纯电动驱动模式下起步，在起步过程中，第一制动器3和第二制动器12均未锁止。
而当整车需求功率V_Drive_DemandPower大于主驱电机6的最大功率MG1_MaxPower时，上述的第二制动器12动作并锁止行星架10，而行星架10处于锁止状态时，行星轮通过与齿圈4啮合配合而转动，此时辅助电机11运转，带动太阳轮9动作，太阳轮9的输出端带动行星轮进一步转动，向齿圈4提供更进一步的驱动力，进而能够通过辅助电机11对系统的功率进行补偿。
当然，在该模式下，在仅仅通过主驱电机6驱动整车的过程中，齿圈4的转动会带动行星架10和行星轮转动，进而会带动太阳轮9转动，此时由于发动机1和辅助电机11均不工作，行星架10和太阳轮9的空转则会消耗一部分的能量，导致系统的能量转换利用率较低；而且辅助电机11在太阳轮9空转的带动下会产生转动，在辅助电机11转速过高时产生反电动势，而由于反电动势产生的弱磁损失较大，该部分损失均以热能形式散发出去，影响了整个系统的效率。为了避免上述的问题，在仅通过主驱电机6驱动整车的过程中，可以将第二制动器12锁止，防止行星架10的空转，也可以将第一制动器3锁止，防止太阳轮9的空转，仅仅通过主驱电机6控制齿圈4转动实现扭矩转速输出即可。
（2）发动机和电机混合驱动模式下的混合驱动变速箱一档模式：
当车速达到v1后，由纯电动驱动模式切换到混合驱动变速箱一档模式，此时发动机1开始参与驱动，主驱电机6助力辅助。在该模式下，第二制动器12解锁，第一制动器3锁止。
（3）发动机和电机混合驱动模式下的混合驱动变速箱二档模式：
当车速达到v2时，变速箱5从一档变为二档，此时切换到二档后，由于传动比减小而使主驱电机6的转速下降，主驱电机6继续助力。
（4）发动机直驱模式：
当车速达到v3后，为避免功率循环产生的能量损失，第一制动器3锁止太阳轮9，辅助电机11停止运转，主驱电机6不工作，变速箱5切入空档工作，车辆进入发动机直驱模式。避免了辅助电机11发电产生的功率循环，降低能量损失。
制动时，发动机1停机，当需求制动功率V_Brk_DemandPower大于主驱电机6的最大功率时，第二制动器12锁止行星架10，通过辅助电机11制动对功率进行补偿。
驱动换档过程中，主驱电机6需要先停止输出扭矩，当变速箱5变为空档后调速，变速箱5输出转速与齿圈4转速小于De（代表一定转速差）时，执行进档，而在主驱电机6停止输出扭矩，且主驱电机6的输出功率小于整车需求功率时，此时第二制动器12锁止行星架10，计算整车需求功率与主驱电机6的输出功率的差值，也就是辅助电机11输出功率MG2Power，通过辅助电机11来驱动整车行驶。
上述的主驱电机6用来驱动整车行驶；辅助电机11则用来在发动机1运转时给储能系统发电，且在发动机1启动或停止时给发动机1施加正向拖动扭矩或反向拖动扭矩，同时也能辅助驱动整车；第一制动器3则是在车辆高速驱动过程中，锁止太阳轮9实现发动机1直驱，避免辅助电机11发电带来的功率循环；变速箱5的作用是在主驱电机6转速过高时能够实现由低档位向高档位切换，避免主驱电机6转速过高产生的弱磁损失，也可以在发动机1启动或停止阶段变速箱5切入空档，避免发动机1的起/停扭矩直接作用到车桥7而对整车造成冲击。
第二制动器12的设置主要是为了对行星架10进行锁止和解锁，第二制动器12能够在换档过程中，避免主驱电机6的动力中断，此时第二制动器12锁止行星架10，辅助电机11工作，通过辅助电机11助力驱动；同时在纯电动模式下，当整车需求功率大于主驱电机6的功率时，第二制动器12锁止行星架10，此时辅助电机11工作，通过辅助电机11实现对系统的功率补偿；而且在制动时，当整车需求的回馈功率大于主驱电机6的功率时，第二制动器12对行星架10进行锁止，辅助电机11工作，通过辅助电机11对系统进行制动过程的功率补偿。
当然，在其他实施例中，也可以不采用变速箱的结构形式，直接将主驱电机和齿圈之间通过离合器实现传动连接。
本发明所涉及的混合动力车辆的实施例，混合动力车辆包括车体和设置在车体上的行星排混合动力系统，该行星排混合动力系统的结构和控制方式与上述的行星排混合动力系统的结构和控制方式一致，不再详细展开。

Claims (6)

1.行星排混合动力系统，包括发动机、行星排、主驱电机、辅助电机和系统输出轴，所述行星排的太阳轮、行星架和齿圈中的一个是第一传动部件，一个是第二传动部件，一个是第三传动部件，主驱电机与第一传动部件连接，发动机与第二传动部件连接，辅助电机与第三传动部件连接，第一传动部件连接系统输出轴，所述第三传动部件上设有第一制动器，其特征在于：所述第二传动部件上设有第二制动器，所述第二制动器在混合动力系统处于纯电动驱动模式时锁止第二传动部件。
2.根据权利要求1所述的行星排混合动力系统，其特征在于：所述齿圈为第一传动部件，行星架为第二传动部件，所述第二制动器连接在行星架上。
3.根据权利要求2所述的行星排混合动力系统，其特征在于：所述主驱电机与齿圈之间通过变速箱传动连接，变速箱具有两个以上档位。
4.混合动力车辆，包括车体和设置在车体上的行星排混合动力系统，行星排混合动力系统包括发动机、行星排、主驱电机、辅助电机和系统输出轴，所述行星排的太阳轮、行星架和齿圈中的一个是第一传动部件，一个是第二传动部件，一个是第三传动部件，主驱电机与第一传动部件连接，发动机与第二传动部件连接，辅助电机与第三传动部件连接，第一传动部件连接系统输出轴，所述第三传动部件上设有第一制动器，其特征在于：所述第二传动部件上设有第二制动器，所述第二制动器在混合动力系统处于纯电动模式时锁止第二传动部件。
5.根据权利要求4所述的混合动力车辆，其特征在于：所述齿圈为第一传动部件，行星架为第二传动部件，所述第二制动器连接在行星架上。
6.根据权利要求5所述的混合动力车辆，其特征在于：所述主驱电机与齿圈之间通过变速箱传动连接，变速箱具有两个以上档位。
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