CN206394423U - 混合动力系统及使用该混合动力系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及混合动力系统及使用该混合动力系统的车辆，混合动力系统包括通过行星齿轮机构耦合的发动机、第一电机和机构输出轴，发动机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第一锁止离合器，混合动力系统还包括至少一对轮边电机及与所述第一电机和轮边电机控制连接的控制器。通过对第一锁止离合器的使用，克服了现有技术中无法实现多电机联合驱动缺点，根据合适的判据选择合适的电机进行工作，比如在加速时，可以采用第一纯电动模式，第一电机和轮边电机同时参与驱动，提高系统加速能力，避免功能上的浪费；在高速工况下，可采用第一电机单独驱动，避免大功率电机介入而带来的效率损失。

Description

混合动力系统及使用该混合动力系统的车辆

技术领域

本实用新型涉及混合动力领域中的混合动力系统及使用该混合动力系统的车辆。

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。现有的混联式混合动力系统如中国专利CN105857054A、申请名称为“一种混合动力系统及使用该系统的混合动力车辆”中公开的混合动力系统，该混合动力系统包括通过行星齿轮机构耦合传动的发动机、发电机(即第一电机)，混合动力系统还包括用于对发电机的转子进行制动的发电制动器(即锁止器)、驱动电机(即第二电机)和连接于驱动电机的转子上的变速机构，变速机构与机构输出轴相连，机构输出轴与行星齿轮机构之间设置有离合器。该混合动力系统可以实现多种控制模式，比如说纯电动模式、发动机串联发电模式、发动机行车发电模式、发动机直驱模式等，但是现有的这种混合动力系统还存在很多不足，比如说在纯电动模式工况为：在车辆以低速或者小负荷行驶时，离合器分离，驱动电机通过变速机构降速增扭后驱动车轮转动，车辆以纯电驱动模式行驶，避免低速行驶时发动机由于怠速而陈述的高油耗。现有混合动力系统的纯电动模式下仅有一个降速增扭模式，无论是低速还是高速状态，第二电机都要经过降速增扭后才能介入传动，不利于第二电机的能效发挥，模式过于单一，不能满足车辆行驶中的各种工况，无法实现多电机联合驱动和第一电机单独驱动，系统在高速及低速时的传动效率不能得到保证。此外在制动能量回收时，还会造成对应轴双曲面主减异常磨损问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种混合动力系统，以解决现有技术混合动力系统的纯电动模式过于单一的技术问题；本实用新型的目的还在于提供一种使用该混合动力系统的车辆。

为了解决上述问题，本实用新型中混合动力系统的技术方案为：

混合动力系统，包括通过行星齿轮机构耦合的发动机、第一电机和机构输出轴，发动机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第一锁止离合器，混合动力系统还包括至少一对轮边电机及与所述第一电机和轮边电机控制连接的控制器。

第一电机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第二锁止离合器。

机构输出轴和轮边电机分别与不同的车轮轴相连。

本实用新型中车辆的技术方案为：

车辆，包括车架及设置于车架上的混合动力系统，混合动力系统包括通过行星齿轮机构耦合的发动机、第一电机和机构输出轴，发动机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第一锁止离合器，混合动力系统还包括至少一对轮边电机及与所述第一电机和轮边电机控制连接的控制器。

第一电机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第二锁止离合器。

机构输出轴和轮边电机分别与车辆的不同车轮轴相连。

本实用新型的有益效果为：通过对第一锁止离合器的使用，克服了现有技术中无法实现多电机联合驱动缺点，根据合适的判据选择合适的电机进行工作，比如在加速时，可以采用第一纯电动模式，第一电机和轮边电机同时参与驱动，提高系统加速能力，避免功能上的浪费；在高速工况下，可采用第一电机单独驱动，避免大功率电机介入而带来的效率损失。

附图说明

图1是本实用新型中混合动力系统的一个实施例的结构示意图；

图2是本实用新型中混合动力系统控制方法的控制逻辑图；

图3是本实用新型中混合动力系统所能实现的工作模式与对应部件的工作状态表。

具体实施方式

车辆的实施例如图1所示：车辆包括车架及设置于车架上的混合动力系统，混合动力系统包括通过行星齿轮机构8耦合的发动机1、第一电机4和机构输出轴9，具体的耦合关系为，发动机1与行星齿轮机构的行星架8B相连，第一电机的转子4A与行星齿轮机构的太阳轮8C相连，机构输出轴9与行星齿轮机构的齿圈8A相连，在发动机1与行星架8B的传动路径上设置有扭矩减震器2和第一锁止离合器3，在第一电机4与太阳轮8C的传动路径上设置有第二锁止离合器5。混合动力系统还包括一对轮边电机，该对轮边电机中的两个轮边电机分别称为第二电机11和第三电机12，第一电机、第二电机为普通结构的电机，轮边电机和机构输出轴9分别与不同的车轮轴相连，本实施例中将与机构输出轴9相连的车轮轴称为第一轴10，第一轴10包括第一轴左半轴10B、第一轴右半轴10A和差速机构10C，将与轮边电机相连的车轮轴称为第二轴13，第二轴包括第二轴左半轴13B和第二轴右半轴13A。混合动力系统还包括动力电源和与第一电机和轮边电机控制连接的集成控制器。第一锁止离合器和第二锁止离合器也由集成控制器控制。

本车辆实施例中混合动力系统的可实现工作模式及相应控制方法请见混合动力系统控制方法的实施例，在此不再详述。在本实用新型的其它实施例中：车辆也可以不限于第一轴、第二轴的两车轮轴结构，比如说车辆具有三轴或者N(N>3)轴，相应的，第三轴到第N轴可以为带两个轮边电机的轮边驱动轴(与第二轴一样)，也可以为普通的从动轴(桥)；当然轮边电机和机构输出轴也可以与同一个车轮轴相连；也可以不采用集成式控制器，比如说第一电机、第二电机、第三电机和各离合锁止器分别由各自对应的控制器控制；第一电机、第二电机还可以为轮毂电机。

混合动力系统的实施例如图1所示：混合动力系统的具体结构与上述各车辆实施例中所述的混合动力系统相同，在此不再详述。

上述混合动力系统的混合动力系统控制方法如图1～3所示：该混合动力系统控制方法中涉及到的混合动力系统与上述车辆实施例中所述的混合动力相同，在此对其具体结构不再详述。

该混合动力系统有以下工作模式：

纯电动模式，主要包括三种工作模式，三电机共同驱动的第一纯电动模式、第一电机单独驱动的第二纯电动模式、第二电机11和第三电机12共同驱动的第三纯电动模式。三种模式的选择通过功率要求以及效率最优两个条件进行选择，逻辑判断如图2所示，其中P_需求为车辆需求功率，P₁为第一电机的最大功率，P₂₃为第二电机11的最大功率和第三电机12的最大功率之和，即P₂₃＝P₂+P₃,且P₂＝P₃，这里P₁<P₂₃。

第一纯电动模式：此模式为三电机共同驱动，第一锁止离合器3处于锁死状态，第二锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为第一电机4、第二电机11和第三电机12，第一轴、第二轴输出，具体的转矩关系为：T_out＝i₀k₁T_MG1+2k₂T_MG2，其中i₀为第一轴主减速比，k₁为行星齿轮系齿圈8A半径与太阳轮8C半径的比值，k₂为第二电机11和第二轴右半轴13A之间或者第三电机12和第二轴左半轴13B之间的传动速比，T_MG1为第一电机4转矩，T_MG2为第二电机11转矩，第三电机12的转矩T_MG3＝T_MG2，T_out为系统总的输出转矩(折算到每个半轴上)。

第二纯电动模式：此模式为第一电机4单独驱动，第二电机11和第三电机12不工作，第一锁止离合器3处于锁死状态，第二锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为第一电机4，第一轴输出，具体的转矩关系为：T_out＝i₀k₁T_MG1。

第三纯电动模式：此模式为第二电机11和第三电机12共同驱动，第一电机4随动，第一锁止离合器3处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为第二电机11和第三电机12，第二轴输出，具体的转矩关系为：T_out＝2k₂T_MG2。

混动模式：此模式下发动机1工作，第一电机4发电，第二电机11和第三电机12处于电动状态，动力电源7依据整车需求向第二电机11不提供或提供动力，发动机1与第二电机11、第三电机12共同驱动整车行驶，此时系统根据车速V是否大于V_锁又可以分为低速和高速两种状态，V_锁为行星齿轮系处于机械点的临界速度。

当V≤V_锁时，系统处于低速状态，第一锁止离合器3处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入发动机1和第二电机11，输出为第一轴和第二轴，具体的转矩关系为：T_out＝i₀k₁(1+k₁)T_E+2k₂T_MG2，其中i₀为第一轴主减速比，k₁为行星齿轮系齿圈8A半径与太阳轮8C半径的比值，k₂为第二电机11和第二轴右半轴13A之间或者第三电机12和第二轴左半轴13B之间的传动速比，T_E为发动机1的转矩，T_MG2为第二电机11转矩，第三电机12的转矩T_MG3＝T_MG2，T_out为系统总的输出转矩(折算到每个半轴上)。适合于低速驱动工况。

当V>V_锁时，系统处于高速状态，第一锁止离合器3处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于锁死状态。此时系统的输入发动机1和第二电机11、第三电机12，输出为第一轴和第二轴，具体的转矩关系为：T_out＝i₀k₁(1+k₁)T_E+2k₂T_MG2，适合于高速驱动工况。

依据行星混联系统的机械点，通过运用第二锁止离合器5进行低速与高速混合驱动的模式切换，可以避免现有行星混联系统的功率循环问题，即：第一电机4处于驱动状态，第二电机11和第三电机12处于发电状态。保证在混合驱动的任何时刻，第一电机4永远处于发电状态，第二电机11和第三电机12永远处于驱动状态，防止额外的机电二次转换过程，提高动力系统效率。

发动机直驱模式：此模式下发动机1工作，第一电机4不工作，第二电机11和第三电机12不工作，第一锁止离合器3处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于锁死状态，发动机1提供动力驱动整车行驶，此时系统的输入发动机1，输出为第一轴，具体的转矩关系为：T_out＝i₀k₁(1+k₁)T_E，适合于车辆以高速行驶，且整车功率需求位于发动机高效区的驱动工况，避免了现有混联系统在发动机直驱时存在的机电转换问题，提高动力系统的效率。

制动能量回收模式：此模式下发动机1不工作，第一电机4空转，第二电机11和第三电机12处于发电状态，提供整车制动力矩，第一锁止离合器3处于非锁死状态，第二锁止离合器5处于非锁死状态，此时系统的输入为第二电机11和第三电机12，输出为第二轴，第二电机11和第三电机12的制动力通过第二轴右半轴13A和第二轴左半轴13B作用到车轮上实现制动能量回收，具体的转矩关系为：T_out＝2k₂T_MG2。

混合系统控制方法的逻辑图如图2所示，其中，V是车辆行驶速度，V_锁止为混动模式下第二锁止离合器锁止的分界速度，V_H为纯电模式行驶的最高速度限制，SOC_L为车辆动力电源SOC下限值，P_需求为整车需求功率，P₁为第一电机最大功率，P₂₃为第二电机最大功率和第三电机最大功率之和。

第一步，根据制动踏板和油门踏板的状态来判定是否属于制动能量回收模式，当制动踏板被踩下，或者油门踏板未被踩下的时候，进入制动能量回收模式，否则进入第二步。

第二步，根据整车动力电源SOC值是否低于下限值SOC_L来判断车辆是否进入低速混动模式，当动力电源SOC≤SOC_L时，进入低速混动模式，否则进入第三步。

第三步，根据整车功率需求P_需求是否大于三个电机最大功率之和P₁+P₂₃和车速V是否大于V_H来判定是否进入纯电模式，当P_需求≤P₁+P₂₃，且V≤V_H时，进入第六步，否则进入第四步。

第四步，根据整车功率需求是否在发动机高效区，来判断是否进入发动机直驱模式，当整车功率需求在发动机高效区时，进入发动机直驱模式，否则进入第五步。

第五步，根据车速V是否大于V_锁来判断是否进入低速混动模式，当V≤V_锁时，进入低速混动模式，否则进入高速混动模式。

第六步，根据整车功率需求P_需求是否大于第二电机最大功率和第三电机最大功率之和P₂₃来判断是否进入第一纯电动模式，当P_需求>P₂₃时，进入第一纯电动模式，当P_需求≤P₂₃时，进入第七步

第七步，根据整车功率需求P_需求是否大于第一电机最大功率P₁来判断是否进入第八步，当P_需求>P₁时，进入第八步，P_需求≤P₁时，进入第九步。

第八步，判断是否第一纯电动模式功率最优，如果是，进入第一纯电动模式，否则进入第三纯电动模式。第一电动模式功率最优是指该工况下，各电动模式相比，综合电机驱动系统效率最高的电动模式，比如说判断第一纯电动模式功率最优，是指第一纯电动模式与其它纯电动模式相比，第一传动电动模式的综合电机效率最高。

第九步，判断是否第一纯电动模式功率最优，如果是，进入第一纯电动模式，否则进入第十步。

第十步，判断是否第二纯电动模式功率最优，如果是，进入第二纯电动模式，否则进入第三纯电动模式。

本实用新型通过利用第二锁止离合器，解决了现有行星混联系统在发动机直驱模式时因第一电机堵转而无法长时间直接驱动的问题，在车辆以较高车速行驶且整车驱动力需求位于发动机高效区时，发动机高速直接驱动整车，避免现有混联系统在混合驱动时存在的机电转换问题，提高了动力系统效率；利用第一锁止离合器，克服原有混合动力系统无法实现多电机联合驱动及第一电机单独驱动的缺点，在纯电动模式下，加速时可以三电机同时参与驱动，提高系统加速能力，避免功能上的浪费，避免高速工况下第二电机和第三电机共同驱动造成的效率损失，可通过第一电机单独驱动来解决该问题；利用第二轴上的第二电机和第三电机进行制动能量回收，解决了制动能量回收造成第一轴双曲面主减异常磨损的问题，同时简化了车轴(桥)，降低车重，减少了车辆成本。

Claims (6)

1.混合动力系统，其特征在于：包括通过行星齿轮机构耦合的发动机、第一电机和机构输出轴，发动机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第一锁止离合器，混合动力系统还包括至少一对轮边电机及与所述第一电机和轮边电机控制连接的控制器。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于：第一电机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第二锁止离合器。

3.根据权利要求1或2所述的混合动力系统，其特征在于：机构输出轴和轮边电机分别与不同的车轮轴相连。

4.车辆，包括车架及设置于车架上的混合动力系统，其特征在于：混合动力系统包括通过行星齿轮机构耦合的发动机、第一电机和机构输出轴，发动机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第一锁止离合器，混合动力系统还包括至少一对轮边电机及与所述第一电机和轮边电机控制连接的控制器。

5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于：第一电机与行星齿轮机构的传动路径上设置有第二锁止离合器。

6.根据权利要求4或5所述的车辆，其特征在于：机构输出轴和轮边电机分别与车辆的不同车轮轴相连。