CN111231647A - 行星混联系统及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及行星混联系统及车辆，行星混联系统包括发动机、传动机构、第一电机、第二电机、动力中断机构和动力输出轴，发动机、第一电机和第二电机通过传动机构相连接，传动机构通过动力中断机构连接动力输出轴，动力输出轴连接传动桥。在驻车发电模式或者滑行发电模式下，动力中断机构断开，发动机同时带动第一电机和第二电机进行发电，相较于只控制一个电机进行发电，避免了电机出现过温的风险，也无需因此对发动机的输出功率进行限制，提升系统的发电功率、发电速率以及发电效率。而且，同时控制第一电机和第二电机共同参与发电，实现车辆急需情况下的快速充电。
Description
技术领域
本发明涉及行星混联系统及车辆。
背景技术
混联式混合动力系统相对于串联式混合动力系统和并联式混合动力系统，具有巨大的性能优势。授权公告号为CN206884721U的中国实用新型专利文件中公开了一种三轴式行星排混合动力系统，该混合动力系统采用行星机构作为功率分流装置，综合了串并联混合动力系统的优点，并且能够实现无级变速。该行星排混合动力系统能够实现行驶过程中发动机转速、扭矩与整车转速及需求扭矩的双解耦，使发动机始终工作在高效区，有效提高了能量的正向传输效率。但是，该三轴式行星排混合动力系统在定点发电工况下存在以下三个问题：
一、在停车发电工况下，后桥锁止，行星排齿圈动力输出端无动力输出，第二电机无法参与停车发电过程。由于第一电机在高速、大扭矩工作点发电时存在电机过温的风险，需对发动机的输出功率进行限制，继而发电功率受限。
二、在停车发电工况下，由于齿圈间接锁止，此时行星排相当于固定速比的减速器，第一电机的转速及扭矩与发动机的转速及扭矩成固定速比关系。因此，当发动机工作点确定之后，第一电机工作点也随之确定，无法保证第一电机工作在高效区，能量传输效率较低。
三、在车辆制动滑行工况下，只能通过第二电机提供反向扭矩的方式进行发电，发电速率较低，不能满足车辆某些急需快速充电工况的需求。
授权公告号为CN204567261U的中国实用新型专利文件中公开了一种多动力输入混合动力驱动装置，包括发动机、第一电机、第二电机、传动机构和动力输出轴，发动机、第一电机和第二电机通过传动机构相连接，动力输出轴的一端连接传动机构，另一端用于连接主减速器。传动机构为多输入轴式混合动力传动箱，传动机构中设置有动力中断机构。当驻车发电模式时，动力中断机构断开，第二电机不工作，整车停止，发动机带动第一电机发电，向高压储能装置充电。而且，在滑行发电模式下，动力中断机构断开，第二电机不工作，发动机带动第一电机发电，向高压储能装置充电。不管是在驻车发电模式还是滑行发电模式下，只通过第一电机进行发电。而第一电机在高速、大扭矩工作点发电时存在电机过温的风险，需对发动机的输出功率进行限制，继而影响系统总的发电功率，系统的发电效率较低。
发明内容
本发明的目的是提供行星混联系统及车辆，用以解决在驻车发电模式或者滑行发电模式下，只通过一个电机进行发电的发电效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明包括以下技术方案：
一种行星混联系统，包括发动机、传动机构、第一电机、第二电机和动力输出轴，所述发动机的动力输出端连接所述传动机构的第一传动端，所述第一电机连接所述传动机构的第二传动端，所述第二电机连接所述传动机构的第三传动端，所述动力输出轴用于连接传动桥，所述行星混联系统还包括动力中断机构，所述传动机构的第四传动端连接所述动力中断机构的一端，所述动力中断机构的另一端连接所述动力输出轴。
行星混联系统中增设有动力中断机构，发动机、第一电机和第二电机均设置在动力中断机构的一侧，当动力中断机构断开时，动力输出轴与发动机、第一电机和第二电机之间断开连接。那么，在驻车发电模式或者滑行发电模式下，发动机能够同时带动第一电机和第二电机运行进行发电，无需专门控制一个电机运行在高速、大扭矩工作点附近进行发电，避免了电机出现过温的风险，也无需因此对发动机的输出功率进行限制，发动机能够运行在高效区。由于两个电机的发电功率要大于一个电机的发电功率，因此，两个电机同时发电时，能够提升系统总的发电功率、发电速率以及发电效率。而且，当车辆急需快速充电时，控制第一电机和第二电机同时发电，共同参与发电能够提升发电速率，实现车辆快速充电。
进一步地，所述传动机构包括行星排、第一传动单元和第二传动单元，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是行星排的第一端，一个是行星排的第二端，一个是行星排的第三端，所述行星排的第二端为所述传动机构的第一传动端，所述第一传动单元的一端连接所述行星排的第一端，所述第一传动单元的另一端为所述传动机构的第二传动端，所述第二传动单元的一端连接所述行星排的第三端，所述第二传动单元的另一端为所述传动机构的第三传动端，所述行星排的第三端为所述传动机构的第四传动端。
行星排能够调节输出传动比，因此，通过行星排能够调节发动机的输出功率，使发动机工作在高效区，提升发动机的工作效率。
进一步地，所述第一传动单元和/或第二传动单元为具有两挡切换功能的换挡机构，所述换挡机构包括常啮合齿轮、一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮，常啮合齿轮能够与一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，所述一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮与第一电机和第二电机中的同一个电机相对应的传动连接，所述常啮合齿轮用于连接行星排的对应端，所述常啮合齿轮与一挡换挡齿轮结合时输出的扭矩与所述常啮合齿轮与二挡换挡齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。
换挡机构能够实现两个挡位的切换，进而调节传动比，即输出扭矩，因此，通过调节传动比能够实现第一电机与第二电机中的至少一个的工作点可调，至少能保证第一电机与第二电机中的其中一个工作在高效区，提升整体的发电效率。
进一步地，所述第二传动单元为所述换挡机构，所述第一传动单元包括第一电机动力传动齿轮，所述第一电机动力传动齿轮的一端为所述第一传动单元的一端，所述第一电机动力传动齿轮的另一端为所述第一传动单元的另一端，所述第一电机动力传动齿轮的另一端上设置有锁止机构。
进一步地，所述行星排的第一端为行星排的太阳轮，所述行星排的第二端为行星排的行星架，所述行星排的第三端为行星排的齿圈。
一种车辆，包括车辆本体以及一种行星混联系统，所述行星混联系统包括发动机、传动机构、第一电机、第二电机和动力输出轴，所述发动机的动力输出端连接所述传动机构的第一传动端，所述第一电机连接所述传动机构的第二传动端，所述第二电机连接所述传动机构的第三传动端，所述动力输出轴用于连接传动桥，所述行星混联系统还包括动力中断机构，所述传动机构的第四传动端连接所述动力中断机构的一端，所述动力中断机构的另一端连接所述动力输出轴。
行星混联系统中增设有动力中断机构，发动机、第一电机和第二电机均设置在动力中断机构的一侧，当动力中断机构断开时，动力输出轴与发动机、第一电机和第二电机之间断开连接。那么，在驻车发电模式或者滑行发电模式下，发动机能够同时带动第一电机和第二电机运行进行发电，无需专门控制一个电机运行在高速、大扭矩工作点附近进行发电，避免了电机出现过温的风险，也无需因此对发动机的输出功率进行限制，发动机能够运行在高效区。由于两个电机的发电功率要大于一个电机的发电功率，因此，两个电机同时发电时，能够提升系统总的发电功率、发电速率以及发电效率。而且，当车辆急需快速充电时，控制第一电机和第二电机同时发电，共同参与发电能够提升发电速率，实现车辆快速充电。
进一步地，所述传动机构包括行星排、第一传动单元和第二传动单元，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是行星排的第一端，一个是行星排的第二端，一个是行星排的第三端，所述行星排的第二端为所述传动机构的第一传动端，所述第一传动单元的一端连接所述行星排的第一端，所述第一传动单元的另一端为所述传动机构的第二传动端，所述第二传动单元的一端连接所述行星排的第三端，所述第二传动单元的另一端为所述传动机构的第三传动端，所述行星排的第三端为所述传动机构的第四传动端。
行星排能够调节输出传动比，因此，通过行星排能够调节发动机的输出功率，使发动机工作在高效区，提升发动机的工作效率。
进一步地，所述第一传动单元和/或第二传动单元为具有两挡切换功能的换挡机构，所述换挡机构包括常啮合齿轮、一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮，常啮合齿轮能够与一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，所述一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮与第一电机和第二电机中的同一个电机相对应的传动连接，所述常啮合齿轮用于连接行星排的对应端，所述常啮合齿轮与一挡换挡齿轮结合时输出的扭矩与所述常啮合齿轮与二挡换挡齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。
换挡机构能够实现两个挡位的切换，进而调节传动比，即输出扭矩，因此，通过调节传动比能够实现第一电机与第二电机中的至少一个的工作点可调，至少能保证第一电机与第二电机中的其中一个工作在高效区，提升整体的发电效率。
进一步地，所述第二传动单元为所述换挡机构，所述第一传动单元包括第一电机动力传动齿轮，所述第一电机动力传动齿轮的一端为所述第一传动单元的一端，所述第一电机动力传动齿轮的另一端为所述第一传动单元的另一端，所述第一电机动力传动齿轮的另一端上设置有锁止机构。
进一步地，所述行星排的第一端为行星排的太阳轮，所述行星排的第二端为行星排的行星架，所述行星排的第三端为行星排的齿圈。
附图说明
图1是本发明提供的行星混联系统动力构型图；
其中，1为发动机，2为行星轮，3为行星架，4为第二电机动力输出齿轮，5为第二电机动力输出轴，6为中间轴，7为换挡结合套，8为输入轴常啮合齿轮，9为第二电机，10为第二电机传动轴，11为动力中断机构，12为动力输出轴，13为后桥，14为二挡换挡齿轮，15为一挡换挡齿轮，16为扭转减震器，17为第一电机动力传动齿轮，18为太阳轮，19为齿圈，20为锁止机构，21为第一电机。
具体实施方式
车辆实施例
本实施例提供一种车辆，比如公交车，包括车辆本体以及一种行星混联系统，由于车辆本体以及车辆的其他组成部分不是本申请的保护点，本实施例就不再具体说明，以下对行星混联系统(以下简称为系统)进行详细说明。
系统包括发动机1、传动机构、第一电机21、第二电机9、动力中断机构11和动力输出轴12。该传动机构包括四个传动端，其中，发动机1的动力输出端连接传动机构的第一传动端，第一电机21连接传动机构的第二传动端，第二电机9连接传动机构的第三传动端，传动机构的第四传动端连接动力中断机构11的一端。动力中断机构11为可控动力中断机构，比如离合器。动力中断机构11的另一端连接动力输出轴12，动力输出轴12连接传动桥，当车辆采用后驱驱动模式时，传动桥为后桥13。
具体地，传动机构为基于行星排的传动机构，包括行星排、第一传动单元和第二传动单元。其中，行星排包括三个端，分别称第一端、第二端和第三端，由于行星排的三个端分别是太阳轮、行星架和齿圈，因此，第一端、第二端和第三端分别与太阳轮、行星架和齿圈中的其中一个相对应。行星排的第二端为上述传动机构的第一传动端，第一传动单元的一端连接行星排的第一端，第一传动单元的另一端为上述传动机构的第二传动端，第二传动单元的一端连接行星排的第三端，第二传动单元的另一端为上述传动机构的第三传动端，行星排的第三端为上述传动机构的第四传动端。当然，传动机构还可以是其他的构型，比如背景技术中公开的专利文献中的多输入轴式混合动力传动箱结构，而且，传动箱结构中还可以设置有动力中断机构(正如背景技术中公开的专利文献中的多输入轴式混合动力传动箱结构)，当然，作为其他的实施方式，该传动箱结构中也可以不设置动力中断机构，由传动轴或者传动齿轮组替换其中的动力中断机构。
行星排的第一端、第二端和第三端与太阳轮、行星架和齿圈的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系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需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：第一端为太阳轮18，第二端为行星架3，第三端为齿圈19。那么，发动机1的动力输出端连接行星架3，行星架3为传动机构的第一传动端，第一传动单元的一端连接太阳轮18，第二传动单元的一端连接齿圈19，齿圈19为传动机构的第四传动端。因此，可通过控制动力中断机构11的开断切换齿圈19与后桥13之间的动力传输的通断状态。另外，行星轮2与齿圈19的内齿相连接。
进一步地，第一传动单元和/或第二传动单元为具有两挡切换功能的换挡机构，也就是说，第一传动单元和第二传动单元中的至少一个为换挡机构。换挡机构包括常啮合齿轮、一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮，常啮合齿轮能够与一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡。一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮与第一电机21和第二电机9中的同一个电机相对应的传动连接。常啮合齿轮用于连接行星排的对应端，常啮合齿轮与一挡换挡齿轮结合时输出的扭矩与常啮合齿轮与二挡换挡齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。作为一个具体的实施方式，二挡换挡齿轮直接连接对应的电机，而一挡换挡齿轮通过变速机构连接相同的电机，由于变速机构的存在，使得常啮合齿轮与一挡换挡齿轮结合时输出的扭矩与常啮合齿轮与二挡换挡齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。当然，作为其他的实施方式，一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮还可以均配设有一个变速机构，这两个变速机构的传动比不同，同样能够实现输出的扭矩不同。因此可以根据实际需要对换挡机构进行控制，实现两个挡位的切换，进而调节传动比，即输出扭矩，能够实现第一电机与第二电机中的至少一个的工作点可调，至少能保证第一电机与第二电机中的其中一个工作在高效区，提升整体的发电效率。
作为一个具体的实施方式，以下以第二传动单元为换挡机构为例进行说明，而第一传动单元采用其他的结构形式。如图1所示，换挡机构包括输入轴常啮合齿轮8(即常啮合齿轮)、一挡换挡齿轮15和二挡换挡齿轮14，二挡换挡齿轮14通过第二电机传动轴10连接第二电机9。变速机构包括相关的传动齿轮以及中间轴6，实现变速，一挡换挡齿轮15通过变速机构连接第二电机传动轴10，输入轴常啮合齿轮8通过第二电机动力输出轴5和第二电机动力输出齿轮4连接齿圈19。为了可靠结合，通过换挡结合套7实现输入轴常啮合齿轮8与一挡换挡齿轮15或者二挡换挡齿轮14的结合。如图1所示，第一传动单元包括第一电机动力传动齿轮17，第一电机21通过第一电机动力传动齿轮17与太阳轮18进行啮合，实现动力传输。第一电机21的传动轴上设置有锁止机构20。
另外，发动机1的动力输出端与行星架3之间设置有扭转减震器16。当然，第一电机21和第二电机9通过连接线路与车载动力电池电连接。
车辆正常行驶过程中，可控动力中断机构11不作用，即处于结合状态，动力输出轴12输出的动力正常向后桥13传输，驱动车辆正常行驶。
在车辆需对动力电池快速补电的时候，车辆可以停车发电，此时动力中断机构11作用，动力输出轴12的动力无法向后桥13进行传递，发动机1驱动第一电机21和第二电机9进行发电。因此，在停车发电工况下，发动机1的输出功率较现有的系统构型可显著增大，使发动机1运行在高效区，提升发动机1的运行效率。且基于行星排以及换挡机构，第一电机21与第二电机9的工作点可调，可实现第一电机21与第二电机9快速、高效地发电。另外，车辆也可以在滑行状态下快速发电，此时动力中断机构11作用，动力输出轴12的动力无法向后桥13进行传递，第一电机21和第二电机9同时参与到发电过程，提升发电速率。
因此，系统具有以下技术效果：通过增加动力中断机构11能够实现第一电机21和第二电机9均参与到停车发电过程中来，消除了因防止第一电机21过温而限制发动机1功率输出的弊端，使得发动机1在停车发电工况下的输出功率可以显著增大，提高发电速率和发电效率。而且，能够使发动机1工作在高效区，并通过调节第一电机21与第二电机9的工作点，至少能保证第一电机21与第二电机9中的其中一个工作在高效区，提升整体的发电效率。而且，在车辆制动滑行过程中，发动机1无需停机，可直接参与到发电过程，能满足车辆某些急需情况下的快速充电的需求，同时还可以减少因发动机1频繁启停机带来的能耗损失。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
行星混联系统实施例
本实施例提供一种行星混联系统，由于该系统在上述车辆实施例中已给出了详细地描述，这里就不再具体说明。
Claims (10)
1.一种行星混联系统，包括发动机、传动机构、第一电机、第二电机和动力输出轴，所述发动机的动力输出端连接所述传动机构的第一传动端，所述第一电机连接所述传动机构的第二传动端，所述第二电机连接所述传动机构的第三传动端，所述动力输出轴用于连接传动桥，其特征在于，所述行星混联系统还包括动力中断机构，所述传动机构的第四传动端连接所述动力中断机构的一端，所述动力中断机构的另一端连接所述动力输出轴。
2.根据权利要求1所述的行星混联系统，其特征在于，所述传动机构包括行星排、第一传动单元和第二传动单元，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是行星排的第一端，一个是行星排的第二端，一个是行星排的第三端，所述行星排的第二端为所述传动机构的第一传动端，所述第一传动单元的一端连接所述行星排的第一端，所述第一传动单元的另一端为所述传动机构的第二传动端，所述第二传动单元的一端连接所述行星排的第三端，所述第二传动单元的另一端为所述传动机构的第三传动端，所述行星排的第三端为所述传动机构的第四传动端。
3.根据权利要求2所述的行星混联系统，其特征在于，所述第一传动单元和/或第二传动单元为具有两挡切换功能的换挡机构，所述换挡机构包括常啮合齿轮、一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮，常啮合齿轮能够与一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，所述一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮与第一电机和第二电机中的同一个电机相对应的传动连接，所述常啮合齿轮用于连接行星排的对应端，所述常啮合齿轮与一挡换挡齿轮结合时输出的扭矩与所述常啮合齿轮与二挡换挡齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。
4.根据权利要求3所述的行星混联系统，其特征在于，所述第二传动单元为所述换挡机构，所述第一传动单元包括第一电机动力传动齿轮，所述第一电机动力传动齿轮的一端为所述第一传动单元的一端，所述第一电机动力传动齿轮的另一端为所述第一传动单元的另一端，所述第一电机动力传动齿轮的另一端上设置有锁止机构。
5.根据权利要求2或3或4所述的行星混联系统，其特征在于，所述行星排的第一端为行星排的太阳轮，所述行星排的第二端为行星排的行星架，所述行星排的第三端为行星排的齿圈。
6.一种车辆，包括车辆本体以及一种行星混联系统，所述行星混联系统包括发动机、传动机构、第一电机、第二电机和动力输出轴，所述发动机的动力输出端连接所述传动机构的第一传动端，所述第一电机连接所述传动机构的第二传动端，所述第二电机连接所述传动机构的第三传动端，所述动力输出轴用于连接传动桥，其特征在于，所述行星混联系统还包括动力中断机构，所述传动机构的第四传动端连接所述动力中断机构的一端，所述动力中断机构的另一端连接所述动力输出轴。
7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述传动机构包括行星排、第一传动单元和第二传动单元，所述行星排中的太阳轮、行星架和齿圈中有一个是行星排的第一端，一个是行星排的第二端，一个是行星排的第三端，所述行星排的第二端为所述传动机构的第一传动端，所述第一传动单元的一端连接所述行星排的第一端，所述第一传动单元的另一端为所述传动机构的第二传动端，所述第二传动单元的一端连接所述行星排的第三端，所述第二传动单元的另一端为所述传动机构的第三传动端，所述行星排的第三端为所述传动机构的第四传动端。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述第一传动单元和/或第二传动单元为具有两挡切换功能的换挡机构，所述换挡机构包括常啮合齿轮、一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮，常啮合齿轮能够与一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮中的其中一个选择性啮合，实现换挡，所述一挡换挡齿轮和二挡换挡齿轮与第一电机和第二电机中的同一个电机相对应的传动连接，所述常啮合齿轮用于连接行星排的对应端，所述常啮合齿轮与一挡换挡齿轮结合时输出的扭矩与所述常啮合齿轮与二挡换挡齿轮结合时输出的扭矩大小不相等。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述第二传动单元为所述换挡机构，所述第一传动单元包括第一电机动力传动齿轮，所述第一电机动力传动齿轮的一端为所述第一传动单元的一端，所述第一电机动力传动齿轮的另一端为所述第一传动单元的另一端，所述第一电机动力传动齿轮的另一端上设置有锁止机构。
10.根据权利要求7或8或9所述的车辆，其特征在于，所述行星排的第一端为行星排的太阳轮，所述行星排的第二端为行星排的行星架，所述行星排的第三端为行星排的齿圈。
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