CN111497592A - 一种新型混合动力系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

一种新型混合动力系统，包括发动机和车轮，还包括联轴器、第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第一周转轮系、第二周转轮系、第一制动器和第二制动器。本发明设计的混合动力系统，利用发动机与电机各自的特点，通过三级行星齿轮变速，达到最优性能及油耗驱动车辆，而且结构简单，变速箱和电机均为模块化，双电机，三行星排，通过两个离合器与两个制动器不同的组合，可实现平稳的扭矩变化，而且变化范围宽，适应性强。

Description

一种新型混合动力系统及其驱动方法
技术领域
本发明属于混合动力系统开发领域，具体涉及一种新型混合动力系统及其驱动方法。
背景技术
目前，汽车排放和能源消耗已经成为世界性问题，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；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。低排放和低能源消耗的混合动力汽车已经成为当前汽车产业发展的主流之一，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。
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，可以只靠电机带动，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。
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、模块化结构发展；如果考虑采用三级行星排，扭矩变化范围宽，但结构太复杂，尺寸大，不适合低成本特殊用途车辆，而传统的二级行星排混动系统，由于换挡切换动力会中断，也不适合运行工况复杂的特殊用途车辆。总之，现有的混动系统有的结构太复杂，有的燃油经济比不高，有点扭矩范围覆盖小等，有的换挡动力会中断，不能完全满足特特殊市场需求。
发明内容
为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于提供一种新型混合动力系统及其驱动方法。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供的技术方案是：一种新型混合动力系统，包括发动机和车轮，还包括联轴器、第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第一周转轮系、第二周转轮系、第一制动器和第二制动器；
所述第一周转轮系包括第一行星轮、第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架，所述第一行星轮分别与所述第一太阳轮和所述第一齿圈连接，所述第一行星轮与所述第一行星架连接，所述第一行星架与所述车轮连接，所述第一齿圈设置有所述第一制动器，所述第一太阳轮与所述第一行星架通过所述第一离合器传动连接，所述第一太阳轮与所述第二电机连接；
所述第二周转轮系包括第二行星轮、第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架，所述第二行星轮分别与所述第二太阳轮和所述第二齿圈连接，所述第二行星轮与所述第二行星架连接，所述第二行星架与所述车轮连接，所述第二齿圈设置有所述第二制动器，所述第二太阳轮与所述第二行星架通过所述第二离合器传动连接；所述第一行星架与所述第二行星架同步运动；
所述第三周转轮系包括第三行星轮、第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架，所述第三行星轮分别与所述第三太阳轮和所述第三齿圈连接，所述第三行星轮与所述第三行星架连接，所述第三太阳轮与所述第一电机连接，所述第三行星架与所述第二太阳轮连接，所述第三齿圈与所述发动机通过所述联轴器连接。
优选的技术方案为：所述第一周转轮系、第二周转轮系、第三周转轮系从右往左依次设置，所述第一电机位于所述第二周转轮系的左侧，所述第二电机位于所述第一周转轮系的右侧，所述发动机靠近所述第一电机的一侧设置。
优选的技术方案为：所述第一行星架与所述第二行星架一体式设置。
优选的技术方案为：所述联轴器为弹性联轴器。
本发明还提供了一种新型混合动力系统驱动方法：
第一工作状态时，所述第一离合器、所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第一齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第二齿圈分离设置；
第二工作状态时，所述第一离合器、所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第一齿圈分离设置，所述第二制动器与所述第二齿圈结合设置；
第三工作状态时，所述第一离合器、所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第一齿圈分离设置，所述第二制动器与所述第二齿圈分离设置；
第四工作状态时，所述第一离合器、所述第二离合器闭合设置，所述第一制动器与所述第一齿圈分离设置，所述第二制动器与所述第二齿圈分离设置；
第五工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器闭合设置，所述第一制动器与所述第一齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第二齿圈分离设置。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：
本发明设计的混合动力系统，利用发动机与电机各自的特点，通过三级行星齿轮变速，达到最优性能及油耗驱动车辆，而且结构简单，变速箱和电机均为模块化，双电机，三行星排，通过两个离合器与两个制动器不同的组合，可实现平稳的扭矩变化，而且变化范围宽，适应性强。
附图说明
图1为本发明结构示意图一。
图2为本发明结构示意图二。
以上附图中，发动机1，联轴器2，第三齿圈3，第一电机4，第二离合器5，第二齿圈6，第二制动器7，第一齿圈8，第一制动器9，第一离合器10，第二电机11，第一太阳轮12，第一行星轮13，第一行星架14，第二行星轮15，第二太阳轮16，第三行星轮17，第三行星架18，第三太阳轮19，第二行星架20。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1和图2。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例：如图1和图2所示，一种新型混合动力系统，包括发动机1和车轮，还包括联轴器2、第一电机4、第二电机11、第一离合器10、第二离合器5、第一周转轮系、第二周转轮系、第一制动器9和第二制动器7；第一周转轮系包括第一行星轮13、第一太阳轮12、第一齿圈8和第一行星架14，第一行星轮13分别与第一太阳轮12和第一齿圈8连接，第一行星轮13与第一行星架14连接，第一行星架14与车轮连接，第一齿圈8设置有第一制动器9，第一太阳轮12与第一行星架14通过第一离合器10传动连接，第一太阳轮12与第二电机11连接；第二周转轮系包括第二行星轮15、第二太阳轮16、第二齿圈6和第二行星架20，第二行星轮15分别与第二太阳轮16和第二齿圈6连接，第二行星轮15与第二行星架20连接，第二行星架20与车轮连接，第二齿圈6设置有第二制动器7，第二太阳轮16与第二行星架20通过第二离合器5传动连接；第一行星架14与第二行星架20同步运动；第三周转轮系包括第三行星轮17、第三太阳轮19、第三齿圈3和第三行星架18，第三行星轮17分别与第三太阳轮19和第三齿圈3连接，第三行星轮17与第三行星架18连接，第三太阳轮19与第一电机4连接，第三行星架18与第二太阳轮16连接，第三齿圈3与发动机1通过联轴器2连接。
该混合动力系统有五种工作状态：第一工作状态时，第一离合器10、第二离合器5断开设置，第一制动器9与第一齿圈8结合设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置。第二工作状态时，第一离合器10、第二离合器5断开设置，第一制动器9与第一齿圈8分离设置，第二制动器7与第二齿圈6结合设置。第三工作状态时，第一离合器10、第二离合器5断开设置，第一制动器9与第一齿圈8分离设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置。第四工作状态时，第一离合器10、第二离合器5闭合设置，第一制动器9与第一齿圈8分离设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置。 第五工作状态时，第一离合器10断开设置，第二离合器5闭合设置，第一制动器9与第一齿圈8结合设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置。
在汽车起步及低速大负荷工况时，有三种起步方式。
一、纯电起步：引擎关闭，第一离合器10、第二离合器5断开设置，第一制动器9与第一齿圈8结合设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置，此时处于第一工作状态，由第二电机11直接驱动起步。
二、引擎直接起步：第一离合器10、第二离合器5断开设置，第一制动器9与第一齿圈8分离设置，第二制动器7与第二齿圈6结合设置，此时处于第二工作状态，第二电机11反向发电，车辆平稳起步。
三、混动起步：第一离合器10、第二离合器5断开设置，第一制动器9与第一齿圈8分离设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置，此时处于第三工作状态，引擎驱动第一电机4发电并输出动力，第二电机11同步驱动车辆共同起步，此时，输出扭矩很大，车辆爬坡性能强，起步后的工况可依据电池容量、车辆负荷等决定其运行模态。
当车速增加达到中速工况时，可以采用第四工作状态，第一离合器10、第二离合器5闭合设置，第一制动器9与第一齿圈8分离设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置，输出传动比为1:1，此时车辆中速运行。
车速在中速工况时，也可以依据负荷和速度情况采用第五工作状态，第一离合器10断开设置，第二离合器5闭合设置，第一制动器9与第一齿圈8结合设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置。
当车速进一步增加至高速工况时，仍然采用第四工作状态，第一离合器10、第二离合器5闭合设置，第一制动器9与第一齿圈8分离设置，第二制动器7与第二齿圈6分离设置；此时第一电机4运行于调速工况，第二电机11可依据负荷情况工作于驱动状态或发电状态，共同实现车辆从中速向高速无级变速。其中，中速和高速有多种运行模态，此时有三种主要模态（第二电机11单独驱动、发动机1+第一电机4调速驱动、发动机1+第一电机4+第二电机11混合驱动；其中，每种模式中都有1：1直接驱动和减速驱动两种状态）。
下坡缓行时：发动机1怠速，第二电机11发电回收能量。
减速制动时：发动机1怠速，第二电机11发电回收能量。
驻车发电时：发动机1怠速或正常工作，第一电机4发电。
优选的实施方式为：如图2所示，第一周转轮系、第二周转轮系、第三周转轮系从右往左依次设置，第一电机4位于第二周转轮系的左侧，第二电机11位于第一周转轮系的右侧，发动机1靠近第一电机4的一侧设置。第一电机4与第二电机11位置分设在左右两侧，便于散热与整体结构的布局，合理利用空间，适用于不同的功率分配方式。
优选的实施方式为：如图2所示，第一行星架14与第二行星架20一体式设置。将第一行星架14与第二行星架20合并做成同一个行星架，可以设置在第一周转轮系和第二周转轮系之间，节约生产材料，使得变速箱整体重量减小，降低了生产成本和运输成本，行星架合并后空间占用小，而且依旧满足不同工作状态的传动需求。
优选的实施方式为：如图2所示，联轴器2为弹性联轴器2。一体成型，零回转间隙，可同步运转，具有补偿径向、角向和轴向偏差的作用，而且顺时针和逆时针回转特性完全相同。
本发明设计的混合动力系统，利用发动机与电机各自的特点，通过三级行星齿轮变速，达到最优性能及油耗驱动车辆，而且结构简单，变速箱和电机均为模块化，双电机，三行星排，通过两个离合器与两个制动器不同的组合，可实现平稳的扭矩变化，而且变化范围宽，适应性强。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种新型混合动力系统，包括发动机和车轮，其特征在于：还包括联轴器、第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第一周转轮系、第二周转轮系、第一制动器和第二制动器；
所述第一周转轮系包括第一行星轮、第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架，所述第一行星轮分别与所述第一太阳轮和所述第一齿圈连接，所述第一行星轮与所述第一行星架连接，所述第一行星架与所述车轮连接，所述第一齿圈设置有所述第一制动器，所述第一太阳轮与所述第一行星架通过所述第一离合器传动连接，所述第一太阳轮与所述第二电机连接；
所述第二周转轮系包括第二行星轮、第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架，所述第二行星轮分别与所述第二太阳轮和所述第二齿圈连接，所述第二行星轮与所述第二行星架连接，所述第二行星架与所述车轮连接，所述第二齿圈设置有所述第二制动器，所述第二太阳轮与所述第二行星架通过所述第二离合器传动连接；所述第一行星架与所述第二行星架同步运动；
所述第三周转轮系包括第三行星轮、第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架，所述第三行星轮分别与所述第三太阳轮和所述第三齿圈连接，所述第三行星轮与所述第三行星架连接，所述第三太阳轮与所述第一电机连接，所述第三行星架与所述第二太阳轮连接，所述第三齿圈与所述发动机通过所述联轴器连接。
2.根据权利要求1所述的一种新型混合动力系统，其特征在于：所述第一周转轮系、第二周转轮系、第三周转轮系从右往左依次设置，所述第一电机位于所述第二周转轮系的左侧，所述第二电机位于所述第一周转轮系的右侧，所述发动机靠近所述第一电机的一侧设置。
3.根据权利要求2所述的一种新型混合动力系统，其特征在于：所述第一行星架与所述第二行星架一体式设置。
4.根据权利要求3所述的一种新型混合动力系统，其特征在于：所述联轴器为弹性联轴器。
5.根据权利要求4所述的一种新型混合动力系统的驱动方法，其特征在于：
第一工作状态时，所述第一离合器、所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第一齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第二齿圈分离设置；
第二工作状态时，所述第一离合器、所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第一齿圈分离设置，所述第二制动器与所述第二齿圈结合设置；
第三工作状态时，所述第一离合器、所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第一齿圈分离设置，所述第二制动器与所述第二齿圈分离设置；
第四工作状态时，所述第一离合器、所述第二离合器闭合设置，所述第一制动器与所述第一齿圈分离设置，所述第二制动器与所述第二齿圈分离设置；
第五工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器闭合设置，所述第一制动器与所述第一齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第二齿圈分离设置。
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