CN111016617A - 一种行星排混合动力系统及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种行星排混合动力系统及车辆，系统包括发动机、前动力机构和后动力机构，前动力机构包括前行星排、第一锁止离合器和第一电机，后动力机构包括系统输出轴，前行星排的前太阳轮、前行星架和前齿圈中的某两个元件之间设置第一锁止离合器。当第一锁止离合器结合时，对应的两个元件锁止在一起，则这两个元件同速同向转动，而除了这两个元件之外的第三个元件的转速和方向与这两个元件相同，整个前行星排就变成了直接挡机构，当需要较大扭矩输出时，只需要同等程度增大发动机输出扭矩即可，无需更大程度增加发动机的输出扭矩，降低了发动机因输出扭矩过大从而不再运行在高效区的可能性，进而提升发动机的运行效率。

Description

一种行星排混合动力系统及车辆
技术领域
本发明涉及一种行星排混合动力系统及车辆。
背景技术
混联式混合动力系统相对于串联混合动力系统和并联混合动力系统具有巨大的性能优势。当前混联式动力系统主要采用行星排作为功率分流装置，比如授权公告号为CN205706147U的中国实用新型专利文件中公开了一种混合动力系统，包括发动机、前动力机构和后动力机构，前动力机构包括前行星排和第一电机，后动力机构包括系统输出轴，第一电机连接前行星排的前太阳轮，前太阳轮上设置有制动器，发动机的动力输出端连接前行星排的前行星架，前齿圈连接后动力机构。该混合动力系统能够实现多种工作模式，其中，当前太阳轮上的制动器锁止时，发动机带动前行星架运行，前行星架为主动件，前齿圈为从动件，此时系统运行在发动机直驱模式，发动机的输入相对于前行星排的输出来说，转速得到了提升，但是相应地，扭矩会有一定程度的减小，该工作模式只能输出较小的扭矩，当需要较大扭矩输出时，只能够通过更大程度地增大发动机的扭矩来实现，就无法保证发动机运行在高效区，降低了发动机的运行效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种行星排混合动力系统及车辆，用以解决现有的混合动力系统运行在发动机直驱模式时，只能够通过更大程度地增大发动机的扭矩来实现较大扭矩输出，进而可能会降低发动机的运行效率的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
一种行星排混合动力系统，包括发动机、前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括前行星排和第一电机，后动力机构包括系统输出轴，第一电机连接前行星排的前太阳轮，发动机的动力输出端连接前行星排的前行星架，前行星排的前齿圈连接后动力机构，所述前动力机构还包括第一锁止离合器，所述前太阳轮、前行星架和前齿圈中的某两个元件之间设置所述第一锁止离合器。
本方案提供的行星排混合动力系统中，前太阳轮上并没有设置锁止离合器，而是在前太阳轮、前行星架和前齿圈中的某两个元件之间设置有锁止离合器，即在前太阳轮和前行星架之间、前行星架和前齿圈之间或者前太阳轮和前齿圈之间设置锁止离合器，当该锁止离合器结合时，对应的两个元件锁止在一起，则这两个元件同速同向转动，而除了这两个元件之外的第三个元件的转速和方向与这两个元件相同，整个前行星排就变成了直接挡机构，输入扭矩和转速与输出扭矩和转速均相同，输出扭矩相对于输入扭矩就不会减小，当需要较大扭矩输出时，只需要同等程度增大发动机输出扭矩即可，无需更大程度增加发动机的输出扭矩，降低了发动机因输出扭矩过大从而不再运行在高效区的可能性，进而提升发动机的运行效率。
进一步地，所述行星排混合动力系统还包括第一离合器，所述前齿圈连接所述第一离合器的一端，所述第一离合器的另一端连接后动力机构。
通过第一离合器能够实现前动力机构和后动力机构的单独工作，互不影响，发动机启停机不会造成系统转速扭矩波动，保证了整车驾乘感受，避免了为满足前动力机构和后动力机构的协同工作而进行的各轮系转速调控，解决了零部件超速或反转的问题，同时降低了系统控制的复杂度，提升了系统效率，降低能耗。而且，在一些工况下，比如车辆处于原地且发动机怠速工作时，前动力机构的扭矩和转速波动不会传递至系统输出轴，避免系统输出轴颤振，保证系统良好的NVH性能。
进一步地，所述前动力机构还包括第二锁止离合器，所述第二锁止离合器的一端连接所述前齿圈，所述第二锁止离合器的另一端用于连接壳体。
通过控制第二锁止离合器的工作状态实现前齿圈是否锁止在壳体上，进而增加系统工作模式的个数，进一步提升系统驱动的多样性以及适应性。
进一步地，后动力机构还包括后行星排和第二电机，所述第一离合器的另一端连接所述后行星排的后行星架和所述系统输出轴，所述第二电机连接所述后行星排的后太阳轮，所述后行星排的后齿圈锁止在壳体上。
一种车辆，包括车辆本体和一种行星排混合动力系统，所述行星排混合动力系统包括发动机、前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括前行星排和第一电机，后动力机构包括系统输出轴，第一电机连接前行星排的前太阳轮，发动机的动力输出端连接前行星排的前行星架，前行星排的前齿圈连接后动力机构，所述前动力机构还包括第一锁止离合器，所述前太阳轮、前行星架和前齿圈中的某两个元件之间设置所述第一锁止离合器。
本方案提供的车辆中的行星排混合动力系统中，前太阳轮上并没有设置锁止离合器，而是在前太阳轮、前行星架和前齿圈中的某两个元件之间设置有锁止离合器，即在前太阳轮和前行星架之间、前行星架和前齿圈之间或者前太阳轮和前齿圈之间设置锁止离合器，当该锁止离合器结合时，对应的两个元件锁止在一起，则这两个元件同速同向转动，而除了这两个元件之外的第三个元件的转速和方向与这两个元件相同，整个前行星排就变成了直接挡机构，输入扭矩和转速与输出扭矩和转速均相同，输出扭矩相对于输入扭矩就不会减小，当需要较大扭矩输出时，只需要同等程度增大发动机输出扭矩即可，无需更大程度增加发动机的输出扭矩，降低了发动机因输出扭矩过大从而不再运行在高效区的可能性，进而提升发动机的运行效率。
进一步地，所述行星排混合动力系统还包括第一离合器，所述前齿圈连接所述第一离合器的一端，所述第一离合器的另一端连接后动力机构。
通过第一离合器能够实现前动力机构和后动力机构的单独工作，互不影响，发动机启停机不会造成系统转速扭矩波动，保证了整车驾乘感受，避免了为满足前动力机构和后动力机构的协同工作而进行的各轮系转速调控，解决了零部件超速或反转的问题，同时降低了系统控制的复杂度，提升了系统效率，降低能耗。而且，在一些工况下，比如车辆处于原地且发动机怠速工作时，前动力机构的扭矩和转速波动不会传递至系统输出轴，避免系统输出轴颤振，保证系统良好的NVH性能。
进一步地，所述前动力机构还包括第二锁止离合器，所述第二锁止离合器的一端连接所述前齿圈，所述第二锁止离合器的另一端用于连接壳体。
通过控制第二锁止离合器的工作状态实现前齿圈是否锁止在壳体上，进而增加系统工作模式的个数，进一步提升系统驱动的多样性以及适应性。
进一步地，后动力机构还包括后行星排和第二电机，所述第一离合器的另一端连接所述后行星排的后行星架和所述系统输出轴，所述第二电机连接所述后行星排的后太阳轮，所述后行星排的后齿圈锁止在壳体上。
附图说明
图1是本发明提供的行星排混合动力系统的第一种实施方式的结构图；
图2是本发明提供的行星排混合动力系统的第二种实施方式的结构图；
图3是本发明提供的行星排混合动力系统的第三种实施方式的结构图；
其中，1为发动机，2为扭转减震器，3为第一电机，4为第一锁止离合器，5为第二锁止离合器，6A为前齿圈，6B为前行星架，6C为前太阳轮，7为第一离合器，8A为后齿圈，8B为后行星架，8C为后太阳轮，9为第二电机，10为系统输出轴，11为后桥，12为车轮。
具体实施方式
车辆实施例一
本实施例提供一种车辆，包括车辆本体和一种行星排混合动力系统，由于车辆本体属于常规技术，这里就不再具体说明，以下重点对行星排混合动力系统进行具体说明。
行星排混合动力系统包括发动机1、前动力机构、第一离合器7和后动力机构。其中，前动力机构包括前行星排和第一电机3，本实施例中，第一电机3为ISG电机，前行星排包括前太阳轮6C、前行星架6B和前齿圈6A。后动力机构包括后行星排、第二电机9和系统输出轴10，本实施例中，第二电机9为驱动电机，后行星排包括后太阳轮8C、后行星架8B和后齿圈8A。如图1所示，第一电机3连接前太阳轮6C，发动机1的动力输出端连接前行星架6B，进一步地，发动机1的动力输出端通过扭转减震器2连接前行星架6B。前太阳轮6C连接第一锁止离合器4的一端，第一锁止离合器4的另一端连接前行星架6B。而且，前齿圈6A连接第二锁止离合器5的一端，第二锁止离合器5的另一端连接壳体，通过第二锁止离合器5能够将前齿圈6A锁止在壳体上。
前齿圈6A连接第一离合器7的一端，第一离合器7的另一端连接后行星架8B和系统输出轴10，第二电机9连接后太阳轮8C，后齿圈8A锁止在壳体上。系统输出轴10通过后桥11连接车轮12。设置第一离合器7能够实现系统工作模式的多样性，当然，这只是一种优化的实施方式，作为其他的实施方式，第一离合器7还可以不设置，前齿圈6A直接与后行星架8B和系统输出轴10连接，这样的话，系统的工作模式的个数就会有一定的减少。
另外，车辆中的动力电池电连接第一电机3和第二电机9(图1中未画出)。
上述中，后动力机构包括后行星排、第二电机9和系统输出轴10，当然，本申请并不局限于该后动力机构的具体结构形式，后动力机构还可以是其他的动力构型，比如不设置第二电机9，或者后动力机构仅仅包括系统输出轴10，第一离合器7的另一端直接连接系统输出轴10的一端。
通过各机构的相互配合，系统可以实现纯电驱动、混合驱动、发动机直驱、制动能量回收等工作模式，具体工作模式如下所述：
(1)停车发动机工作模式：第一锁止离合器4处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于锁死状态，第一离合器7处于分离状态，第二电机9不工作，发动机1工作，此时第一电机3可实现空转和发电两种工作状态。
(2)驱动模式：主要包括以下五种工作模式：
驱动模式1：第一锁止离合器4处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于锁死状态，第一离合器7处于分离状态，发动机1不工作，第一电机3不工作，第二电机9工作(即处于电动状态)，此时系统输入为第二电机9，输出为系统输出轴10，即车辆以纯电模式行驶。
驱动模式2：第一锁止离合器4处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于锁死状态，第一离合器7处于分离状态，发动机1工作，第一电机3发电，第二电机9工作，此时系统输入为第二电机9，输出为系统输出轴10，第一电机3发电为第二电机9提供电能，进入串联工作模式，此时第一电机3也可将发出的多余电能存入动力电池。
驱动模式3：第一锁止离合器4处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于锁死状态，第一离合器7处于分离状态，发动机1工作，第一电机3空转，第二电机9工作，此时系统输入为第二电机9，输出为系统输出轴10，发动机1用于为整车空调或附件提供工作需求。
驱动模式4：第一锁止离合器4处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于非锁死状态，第一离合器7处于结合状态，发动机1工作，第一电机3发电，第二电机9工作，此时系统输入为发动机1和第二电机9，输出为系统输出轴10，同时第一电机3发电为第二电机9提供电能或将多余电能存入动力电池，此时为助力模式，适用于整车需求较大工况。
驱动模式5：第一锁止离合器4处于锁死状态，第二锁止离合器5处于非锁死状态，第一离合器7处于结合状态，发动机1工作，第一电机3空转，第二电机9空转，此时系统输入为发动机1，输出为系统输出轴10，通过发动机1驱动车辆行驶，用于跛行回厂或发动机1直驱。
(3)制动能量回收模式：
第一锁止离合器4处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于锁死状态，第一离合器7处于分离状态，第二电机9发电，进行制动能量回收。此时发动机1和第一电机3不工作，或者发动机1工作，第一电机3空转，用于为整车空调或附件提供工作需求。
表1给出上述几种工作模式下的各机构的工作状态。
表1
Figure BDA0001823324960000071
因此，图1所示系统的具体构型具有以下技术效果：通过增加第一锁止离合器4、第二锁止离合器5和第一离合器7，实现了发动机1直接驱动等工作模式，增加了系统驱动的多样性，提升了系统的适应性；增加发动机1起步功能，当在寒冷地区动力电池无充放电能力，电机无法工作或故障时，车辆可直接通过发动机1驱动，实现跛行回厂功能；通过增加第二锁止离合器5和第一离合器7，前后排行星排能够单独工作，互不影响，保证良好的NVH以及整车驾乘感受，提升了系统效率，降低能耗，同时降低系统控制的复杂度；解决了在车辆原地发动机1怠速工作或第一电机3发电时，前行星排的扭矩和转速波动不会通过前齿圈6A传递至系统输出轴10，避免系统输出轴10颤振，保证车辆良好的NVH性能；在纯电模式行驶时，前齿圈6A和前太阳轮6C不随转，降低系统损耗，提升系统效率，降低能耗；串联模式时，前后行星排单独工作，互不影响，发动机1启停机不会造成系统转速扭矩波动，保证了整车驾乘感受；避免了为满足前后行星排协同工作而进行的各轮系转速调控，解决了相关机构超速或反转的问题，同时降低了系统控制的复杂度。
车辆实施例二
本实施例提供一种车辆，包括车辆本体和一种行星排混合动力系统。本实施例中的行星排混合动力系统与车辆实施例一中的行星排混合动力系统的区别点在于：前行星架6B连接第一锁止离合器4的一端，第一锁止离合器4的另一端连接前齿圈6A，如图2所示。除了第一锁止离合器4的设置位置不同之外，这两个系统的其他结构均相同，而且本实施例中的行星排混合动力系统的工作过程以及实现的工作模式与车辆实施例一中的行星排混合动力系统的均相同，本实施例就不再赘述。
车辆实施例三
本实施例提供一种车辆，包括车辆本体和一种行星排混合动力系统。本实施例中的行星排混合动力系统与车辆实施例一中的行星排混合动力系统的区别点在于：前太阳轮6C连接第一锁止离合器4的一端，第一锁止离合器4的另一端连接前齿圈6A，如图3所示。除了第一锁止离合器4的设置位置不同之外，这两个系统的其他结构均相同，而且本实施例中的行星排混合动力系统的工作过程以及实现的工作模式与车辆实施例一中的行星排混合动力系统的均相同，本实施例就不再赘述。
行星排混合动力系统实施例一
本实施例提供一种行星排混合动力系统，由于该系统在上述车辆实施例一中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。
行星排混合动力系统实施例二
本实施例提供一种行星排混合动力系统，由于该系统在上述车辆实施例二中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。
行星排混合动力系统实施例三
本实施例提供一种行星排混合动力系统，由于该系统在上述车辆实施例三中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (8)

1.一种行星排混合动力系统，包括发动机、前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括前行星排和第一电机，后动力机构包括系统输出轴，第一电机连接前行星排的前太阳轮，发动机的动力输出端连接前行星排的前行星架，前行星排的前齿圈连接后动力机构，其特征在于，所述前动力机构还包括第一锁止离合器，所述前太阳轮、前行星架和前齿圈中的某两个元件之间设置所述第一锁止离合器。
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，所述行星排混合动力系统还包括第一离合器，所述前齿圈连接所述第一离合器的一端，所述第一离合器的另一端连接后动力机构。
3.根据权利要求1或2所述的行星排混合动力系统，其特征在于，所述前动力机构还包括第二锁止离合器，所述第二锁止离合器的一端连接所述前齿圈，所述第二锁止离合器的另一端用于连接壳体。
4.根据权利要求2所述的行星排混合动力系统，其特征在于，后动力机构还包括后行星排和第二电机，所述第一离合器的另一端连接所述后行星排的后行星架和所述系统输出轴，所述第二电机连接所述后行星排的后太阳轮，所述后行星排的后齿圈锁止在壳体上。
5.一种车辆，包括车辆本体和一种行星排混合动力系统，所述行星排混合动力系统包括发动机、前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括前行星排和第一电机，后动力机构包括系统输出轴，第一电机连接前行星排的前太阳轮，发动机的动力输出端连接前行星排的前行星架，前行星排的前齿圈连接后动力机构，其特征在于，所述前动力机构还包括第一锁止离合器，所述前太阳轮、前行星架和前齿圈中的某两个元件之间设置所述第一锁止离合器。
6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述行星排混合动力系统还包括第一离合器，所述前齿圈连接所述第一离合器的一端，所述第一离合器的另一端连接后动力机构。
7.根据权利要求5或6所述的车辆，其特征在于，所述前动力机构还包括第二锁止离合器，所述第二锁止离合器的一端连接所述前齿圈，所述第二锁止离合器的另一端用于连接壳体。
8.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，后动力机构还包括后行星排和第二电机，所述第一离合器的另一端连接所述后行星排的后行星架和所述系统输出轴，所述第二电机连接所述后行星排的后太阳轮，所述后行星排的后齿圈锁止在壳体上。
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