CN206644630U - 一种混合动力系统及使用该混合动力系统的车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种混合动力系统及使用该混合动力系统的车辆,混合动力系统包括前行星排、后行星排、发动机、第一电机、第二电机及系统输出轴,发动机的输出轴及第一电机的输出轴分别与前行星排的对应输入端传动连接,第二电机的输出轴与后行星排的输入端传动连接,前行星排的输出端通过中间离合器与后行星排的输出端传动连接,后行星排的输出端与所述系统输出轴传动连接,中间离合器具有使前行星排通过后行星排与系统输出轴传动连接的接合工位和使前、后行星排脱开的分离工位。当中间离合器处于分离工位时,前、后行星排脱开,彻底中断前、后行星排之间的机械联系,有效解决了第一电机产生的空载摩擦损耗和弱磁损耗,降低能耗,提升经济性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种混合动力系统及使用该混合动力系统的车辆。
背景技术
目前,新能源客车驱动系统的工作模式可分为:串联、并联、混联三种类型。串联模式优点是控制简单,发动机转速可自由调节,但是传动效率低。并联模式的优点是传动效率高,缺点是发动机转速调节受车速限值。混联模式克服了串、并联的缺点,整车性能较好。
较普遍的混联模式构型有:(1)发电机与发动机通过皮带传动,驱动电机与发动机同轴的BSG构型;(2)发电机、驱动电机、发动机同轴结构的ISG构型。这两种构型都能实现发动机转矩与整车需求转矩的解耦,但是无法实现发动机转速与整车转速的解耦。因此,为了解决发动机转速与车速的解耦,从而实现发动机转速不受车速限制可以实现自由调节,发明了基于行星排的混联结构。
基于行星排的典型混联结构形式为丰田的THS系统及通用的AHS系统。其中,丰田的THS系统采用单行星排结构,属于单模功率分流装置,其在高速区的传动效率较低。通用公司的AHS系统采用两排或三排行星机构来实现功率分流,可以实现输入式功率分流和复合式功率分流两种模式,在低速及高速时的传动效率均较高,但AHS系统结构十分复杂,控制难度较大。
专利号为CN201520461268.5的中国实用新型专利中公开了一种混合动力系统和混合动力车辆,包括内燃机、第一电机、第二电机、前行星排、后行星排及系统输出轴,前行星排的两输入端对应与第一电机的输出轴、发动机输出轴传动连接,作为前行星排的齿圈通过传动轴与后行星排的太阳轮传动连接,后行星排的太阳轮同样为后行星排的一个输入端,并且,对应传动轴配置有相应的锁止离合器以中断前、后行星排之间的动力联系,后行星排的齿圈作为另一个输入端与第二电机的输出轴传动连接,后行星排的行星架作为后行星排的输出轴与系统输出轴传动连接,并且,对应第一电机的输出轴配置有相应的锁止离合器、对应后行星排的齿圈配置有相应的锁止离合器,通过控制三个锁止离合器的不同工作状态,实现包括串联模式工况在内的多种混合动力工况,提高了对不同行驶条件和要求的适应能力。这些混合动力工况中有一种三个锁止离合器均脱开的高车速纯电动模式,此模式中,仅由第二电机利用电能做功,内燃机不转,虽然对应传动轴配置有相应的锁止离合器,但在相应锁止离合器脱开时,前、后行星排通过传动轴一直存在相应的机械连接,会使得第一电机跟随第二电机空转,实际上增大了高车速纯电模式下第一电机的摩擦损耗和弱磁损耗,增加了能耗,降低了整车经济性。
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,以解决现有技术中在第二电机单电机驱动模式下第一电机将跟随第二电机空转而带来的能耗增加的技术问题;同时,本实用新型还提供一种使用上述混合动力系统的车辆。
为实现上述目的,本实用新型所提供的混合动力系统的技术方案是:一种混合动力系统,包括前行星排、后行星排、发动机、第一电机、第二电机及系统输出轴,发动机的输出轴及第一电机的输出轴分别与前行星排的对应输入端传动连接,第二电机的输出轴与后行星排的输入端传动连接,所述前行星排的输出端通过中间离合器与后行星排的输出端传动连接,所述后行星排的输出端与所述系统输出轴传动连接,所述中间离合器具有使前行星排通过后行星排与系统输出轴传动连接的接合工位和使前、后行星排脱开的分离工位。
所述后行星排的太阳轮为后行星排的输入端,后行星排的行星架为后行星排的输出端,对应后行星排的齿圈配置有用于安装在相应车体上的齿圈锁止离合器。
所述后行星排位于前行星排和第二电机之间,所述第二电机的输出轴为第二空心轴,所述系统输出轴同轴穿过所述第二空心轴布置。
对应所述发动机的输出轴配置有用于安装在相应车体上的发动机锁止离合器。
所述前行星排的行星架为与所述发动机的输出轴传动连接的所述前行星排的第一输入端,所述前行星排的太阳轮为与所述第一电机的输出轴传动连接的所述前行星排的第二输入端,所述前行星排的齿圈为所述前行星排的输出端,所述第一电机位于所述发动机和前行星排之间,所述第一电机的输出轴为第一空心轴,所述发动机的输出轴包括同轴穿过所述第一空心轴以与所述前行星排的行星架传动连接的动力轴段,对应所述第一电机的输出轴配置有用于安装在相应车体上的电机输出轴锁止离合器。
本实用新型所提供的使用上述混合动力系统的车辆的技术方案是:一种车辆,包括车体,车体上设有车桥及混合动力系统,混合动力系统包括前行星排、后行星排、发动机、第一电机、第二电机及系统输出轴,系统输出轴与车桥传动连接,发动机的输出轴及第一电机的输出轴分别与前行星排的对应输入端传动连接,第二电机的输出轴与后行星排的输入端传动连接,所述前行星排的输出端通过中间离合器与后行星排的输出端传动连接,所述后行星排的输出端与所述系统输出轴传动连接,所述中间离合器具有使前行星排通过后行星排与系统输出轴传动连接的接合工位和使前、后行星排脱开的分离工位。
所述后行星排的太阳轮为后行星排的输入端,所述后行星排的行星架为后行星排的输出端,对应后行星排的齿圈配置有齿圈锁止离合器,该齿圈锁止离合器安装在所述车体上。
所述后行星排位于前行星排和第二电机之间,所述第二电机的输出轴为第二空心轴,所述系统输出轴同轴穿过所述第二空心轴布置。
对应所述发动机的输出轴配置有发动机锁止离合器,该发动机锁止离合器安装在所述车体上。
所述前行星排的行星架为与所述发动机的输出轴传动连接的所述前行星排的第一输入端,所述前行星排的太阳轮为与所述第一电机的输出轴传动连接的所述前行星排的第二输入端,所述前行星排的齿圈为所述前行星排的输出端,所述第一电机位于所述发动机和前行星排之间,所述第一电机的输出轴为第一空心轴,所述发动机的输出轴包括同轴穿过所述第一空心轴以与所述前行星排的行星架传动连接的动力轴段,对应所述第一电机的输出轴配置有电机输出轴锁止离合器,该电机输出轴锁止离合器安装在所述车体上。
本实用新型的有益效果是:本实用新型所提供的车辆的混合动力系统中,前行星排的输出端通过中间离合器与后行星排的输出端传动连接,中间离合器具有相应的接合工位和分离工位,当中间离合器处于接合工位时,前行星排的输出端通过中间离合器与后行星排的输出端传动连接,从而使得前行星排通过中间离合器、后行星排与系统输出轴传动连接,实现相应的动力传递,当中间离合器处于分离工位时,前、后行星排脱开,彻底中断前、后行星排之间的机械联系,有效解决了第一电机产生的空载摩擦损耗和弱磁损耗,并实现了纯电多模式驱动,双电机持续工作在高效区,降低了整车电耗,提升了整车经济性。
附图说明
图1为本实用新型所提供的使用混合动力系统的车辆的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。
本实用新型所提供的使用混合动力系统的车辆的具体实施例,如图1所示,该实施例中的车辆包括车体,车体上设有车桥17,车桥17上设有行走轮18,车桥传动连接有混合动力系统,此处的混合动力系统包括前行星排、后行星排、发动机1、第一电机3、第二电机15及系统输出轴23,系统输出轴23通过中间传动轴16与车桥17传动连接。此处的发动机1、第一电机3、前行星排、后行星排及第二电机15由前向后的依次布置,且发动机1、第一电机3、前行星排、后行星排、第二电机15及系统输出轴均同轴布置。
本实施例中,前行星排包括前排太阳轮5、前排行星架8、前排行星轮6及前排齿圈7,其中,前排行星架8作为前行星排的第一输入端与发动机1的输出轴同轴传动连接,前排太阳轮5作为前行星排的第二输入端与第一电机3的输出轴同轴传动连接,前排齿圈7为前行星排的输出端。
对应的,后行星排包括后排太阳轮14、后排行星架10、后排行星轮11及后排齿圈13,后排太阳轮14作为后行星排的输入端与第二电机15的输出轴传动连接,后排行星架10作为后行星排的输出端与系统输出轴23传动连接,而且,对应后排齿圈13配置有齿圈锁止离合器12,齿圈锁止离合器具备锁止和释放功能,齿圈锁止离合器12安装在车体上。
作为前行星排的输出端的前排齿圈7通过中间离合器9与作为后行星排的输出端的后排行星架10传动连接,中间离合器9具有使前行星排通过后行星排与系统输出轴传动连接的接合工位和使前、后行星排脱开的分离工位。
由于第一电机3位于发动机1和前行星排之间,为方便装配,将第一电机的输出轴设计为第一空心轴,发动机1的输出轴包括依次传动连接的输出轴本体、减振器21及动力轴段22,动力轴段22同轴穿过第一空心轴以与前行星排的前排行星架8传动连接。
并且,对应发动机1的输出轴配置有发动机锁止离合器2,发动机锁止离合器2具备锁止和释放功能,发动机锁止离合器2具体安装在车体上,此处的发动机锁止离合器2具体作用在动力轴段22上。
另外,本实施例中,对应第一电机的输出轴配置有电机输出轴锁止离合器4,电机输出轴锁止离合器4具备锁止和释放功能,电机输出轴锁止离合器4安装在车体上。
由于后行星排位于前行星排和第二电机之间,为方便布置,将第二电机的输出轴设计为第二空心轴,系统输出轴23同轴穿过第二空心轴布置。
并且,通过动力电源20为双电机控制器19提供电能,由双电机控制器19控制第一电机3和第二电机15。
本实施例所提供的车辆的混合动力系统可实现多种驱动模式,具体驱动模式如下:
一、纯电动模式
纯电动模式1:第一电机3单独驱动
第一电机3单独驱动,发动机锁止离合器2锁止,电机输出轴锁止离合器4释放,中间离合器9处于接合工位,齿圈锁止离合器12释放。动力电源20把能量传递给双电机控制器19,双电机控制器19控制第一电机3工作,第一电机3把动力传递给前排太阳轮5,前排太阳轮5、前排行星轮6、前排齿圈7通过齿啮合把动力传递给中间离合器9,中间离合器9将动力传递到系统输出轴23,系统输出轴23通过中间传动轴16、车桥17传递动力到行走轮18驱动车辆行驶。中间传动轴16上的输出扭矩Tout和转速nout为:
Tout=k1T1
其中,k1为前行星排的特性参数(前排齿圈7的齿数与前排太阳轮5的齿数比值),T1为第一电机3的输出扭矩,n1为第一电机3的转速,“-”代表第一电机3和中间传动轴16的转速方向相反。
此模式适合整车空载平地起步或低速运行工况,此工况过程中整车需要的扭矩比较小,车速比较低,第一电机3单独驱动可以持续工作在高效率点,提升纯电模式的经济性。
纯电动模式2:第二电机15单独驱动
第二电机15单独驱动,中间离合器9处于分离工位,齿圈锁止离合器13锁止。动力电源20把能量传递给双电机控制器19,双电机控制器19控制第二电机15工作,第二电机15把动力传递给后排太阳轮14,后排太阳轮14通过后排行星轮11、后排行星架10、系统输出轴23把动力传递给中间传动轴16,中间传动轴16通过车桥17传递动力到行走轮18,进而驱动车辆行驶。中间传动轴16上的输出扭矩Tout和转速nout为:
Tout=(1+k2)T2
其中,k2为后行星排的特性参数(后排齿圈13的齿数与后排太阳轮14齿数比值),T2为第二电机15的输出扭矩,n2为第二电机15的转速。
此模式适合整车满载平地起步或低速(车速在25km/h以下)运行工况,此工况过程中整车需要的扭矩比较大,车速比较低,第二电机15单独驱动可以持续工作在高效率点,提升纯电模式的经济性。
纯电动模式3:第一电机3和第二电机15共同驱动
第一电机3和第二电机15共同驱动。发动机锁止离合器2锁止,电机输出轴锁止离合器4释放,中间离合器9闭合,齿圈锁止离合器12锁止。动力电源20把能量传递给双电机控制器19,双电机控制器19控制第一电机3和第二电机15,第一电机3把动力传递给前排太阳轮5,前排太阳轮5、前排行星轮6、前排齿圈7通过齿啮合把动力传递给中间离合器9,中间离合器9传递动力到系统输出轴23,第二电机15把动力传递给后排太阳轮14,后排太阳轮14通过后排行星轮11、后排行星架10传递动力到系统输出轴23,系统输出轴23把动力传递给中间传动轴16,中间传动轴16通过车桥17传递动力到行走轮18以驱动车辆行驶。中间传动轴16上的输出扭矩Tout和转速nout为:
Tout=k1T1+(1+k2)T2
其中,k1为前行星排的特性参数(前排齿圈7的齿数与前排太阳轮5的齿数比值),T1为第一电机3的输出扭矩;k2为后行星排的特性参数(后排齿圈13的齿数与后排太阳轮14齿数比值),T2为第二电机15的输出扭矩,n1为第一电机3的转速,n2为第二电机15的转速。
此模式适合整车满载半坡起步或低速(车速在25km/h以下)爬坡运行工况,此工况过程中整车需要的扭矩最大,车速比较低,第一电机3和第二电机15共同驱动,第一电机3和第二电机15都可以持续运行在高效区,提升整车经济性和动力性。
二、发动机直接驱动模式
整车高速巡航状态(车速在60km/h以上),发动机锁止离合器2释放,电机输出轴锁止离合器4锁止,中间离合器9闭合,齿圈锁止离合器13释放,发动机1直接驱动。发动机1通过减振器21把动力传递给动力轴段22,动力轴段22通过前排行星架8把动力传递给前排行星轮6,前排行星轮6、前排齿圈7通过齿啮合把动力传递给中间离合器9,中间离合器9通过系统输出轴23、中间传动轴16、车桥17把动力传递给行走轮18,中间传动轴16上的输出扭矩Tout和转速nout为:
其中,Te为发动机的输出扭矩,k1为前行星排的特性参数(前排齿圈7的齿数与前排太阳轮5的齿数比值),ne为发动机转速。
此发动机直接驱动模式下,第一电机3和第二电机15都是静止状态,电机不产生空载摩擦损耗和弱磁损耗,同时消除了高速巡航状态下功率循环产生的功率损耗,提升了整车经济性。
三、混合驱动模式
整车高速状态(车速在25km/h~60km/h之间),发动机锁止离合器2释放,电机输出轴锁止离合器4释放,中间离合器9闭合,齿圈锁止离合器13锁止,发动机1和第二电机15共同驱动,第一电机3发电。
发动机1通过减振器21把动力传递给动力轴段22,动力轴段22通过前排行星架8把动力传递给前排行星轮6,前排行星轮6、前排太阳轮5通过齿啮合把发动机1的一部分动力传递给第一电机3实现发电,前排行星轮6、前排齿圈7通过齿啮合把发动机1的一部分动力传递给中间离合器9,中间离合器9通过系统输出轴23、中间传动轴16、车桥17把动力传递给行走轮18;第二电机15通过后排太阳轮14、后排行星轮11的齿啮合把动力传递给后排行星架10,后排行星架10通过系统输出轴23、中间传动轴16、车桥17把动力传递给行走轮18。
中间传动轴16上的输出扭矩Tout和转速nout为:
其中,Te为发动机的输出扭矩,k1为前行星排的特性参数(前排齿圈7的齿数与前排太阳轮5的齿数比值),k2为后行星排的特性参数(后排齿圈13的齿数与后排太阳轮14齿数比值),T2为第二电机15的输出扭矩,n2为第二电机15的转速。
此模式下,发动机1持续工作在高效率点,第一电机3发的电能通过双电机控制器19直接给第二电机15,避免第一电机3经过动力电池20再给第二电机15时出现的二次损耗,提高整车经济性。
四、回馈模式
车辆回馈模式工况下,第二电机15单独工作,中间离合器9打开,齿圈锁止离合器13锁止,行走轮18通过车桥17、传动轴16、系统输出轴23把整车动能传递给后排行星架10,后排行星轮11、后排太阳轮14通过齿啮合把整车动能传递给第二电机15,双电机控制器19控制第二电机15正转发电实现电制动,制动能量通过双电机控制器19给动力电源20充电。
五、倒车模式
第二电机15单独反转驱动,中间离合器9打开,齿圈锁止离合器13锁止。动力电源20把能量传递给双电机控制器19,双电机控制器19控制第二电机15,第二电机15反转把动力传递给后排太阳轮14,后排太阳轮14通过后排行星轮11、后排行星架10、系统输出轴23把动力传递给中间传动轴16,中间传动轴16通过车桥17传递动力到行走轮18以驱动车辆倒车行驶。中间传动轴16上的输出扭矩Tout和转速nout为:
Tout=(1+k2)T2
其中,k2为后行星排的特性参数(后排齿圈13的齿数与后排太阳轮14齿数比值),T2为第二电机15的输出扭矩,n2为第二电机15的转速。
本实施例中,前行星排的输出端通过中间离合器与后行星排的输出端传动连接,这样可在中间离合器处于分离工位时中断两行星排的机械连接,从而实现第一电机和第二电机的分离,解决了第一电机产生的空载摩擦损耗和弱磁损耗,并实现了纯电多模式驱动,双电机持续工作在高效区,降低了整车电耗,提升了整车经济性。另外,在发动机的输出轴上配置输出轴锁止离合器,可实现对发动机的输出轴的锁止控制和释放控制,从而实现第一电机的驱动功能,提升低车速纯电模式下的动力性能。而且,对应后排齿圈配置有齿圈锁止离合器,可实现对后排齿圈的锁止控制和释放控制,消除了发动机直驱工况下的第二电机弱磁随动损耗以及整车高速巡航状态下功率循环产生的功率损耗,提升了整车的经济性。本实施例中,通过相应锁止离合器和中间离合器的优化设置,实现整车同样功能的情况下,简化了原有的结构和工作模式,提升了整车经济性和动力性。
本实施例中,第一电机、第二电机、发动机、前行星排、后行星排及系统输出轴均同轴布置,在其他实施例中,也可根据实际需要不同轴布置。
本实施例中,前行星排的输出端为齿圈,两输入端为太阳轮和行星架,在其他实施例中,前行星排的输出端也可为行星架,两输入端可为太阳轮和齿圈。前行星排的输出端还可为太阳轮,此时,齿圈和行星架则为前行星排的两输入端对应的与发动机的输出轴及第一电机的输出轴传动连接。对应的,也可根据实际情况设置后行星排的输入端和输出端,只要保证两行星排的输出端通过中间离合器传动连接,且后行星排的输出端与系统输出端传动连接即可。
本实施例中,为发动机的输出轴配置有发动机锁止离合器,为第一电机配置有电机输出轴锁止离合器,为后行星排的齿圈配置有齿圈锁止离合器,这样方便实现整个混合动力系统的不同工作模式,在其他实施例中,也可以省去相应的锁止离合器,此时,整个混合动力系统会失去相应的工作模式。
本发明还提供一种混合动力系统的实施例,该实施例中的混合动力系统与上述车辆实施例中的混合动力系统的结构相同,在此不再赘述。
Claims (10)
1.一种混合动力系统,包括前行星排、后行星排、发动机、第一电机、第二电机及系统输出轴,发动机的输出轴及第一电机的输出轴分别与前行星排的对应输入端传动连接,第二电机的输出轴与后行星排的输入端传动连接,其特征在于:所述前行星排的输出端通过中间离合器与后行星排的输出端传动连接,所述后行星排的输出端与所述系统输出轴传动连接,所述中间离合器具有使前行星排通过后行星排与系统输出轴传动连接的接合工位和使前、后行星排脱开的分离工位。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统,其特征在于:所述后行星排的太阳轮为后行星排的输入端,后行星排的行星架为后行星排的输出端,对应后行星排的齿圈配置有用于安装在相应车体上的齿圈锁止离合器。
3.根据权利要求2所述的混合动力系统,其特征在于:所述后行星排位于前行星排和第二电机之间,所述第二电机的输出轴为第二空心轴,所述系统输出轴同轴穿过所述第二空心轴布置。
4.根据权利要求1或2或3所述的混合动力系统,其特征在于:对应所述发动机的输出轴配置有用于安装在相应车体上的发动机锁止离合器。
5.根据权利要求4所述的混合动力系统,其特征在于:所述前行星排的行星架为与所述发动机的输出轴传动连接的所述前行星排的第一输入端,所述前行星排的太阳轮为与所述第一电机的输出轴传动连接的所述前行星排的第二输入端,所述前行星排的齿圈为所述前行星排的输出端,所述第一电机位于所述发动机和前行星排之间,所述第一电机的输出轴为第一空心轴,所述发动机的输出轴包括同轴穿过所述第一空心轴以与所述前行星排的行星架传动连接的动力轴段,对应所述第一电机的输出轴配置有用于安装在相应车体上的电机输出轴锁止离合器。
6.一种车辆,包括车体,车体上设有车桥及混合动力系统,混合动力系统包括前行星排、后行星排、发动机、第一电机、第二电机及系统输出轴,系统输出轴与车桥传动连接,发动机的输出轴及第一电机的输出轴分别与前行星排的对应输入端传动连接,第二电机的输出轴与后行星排的输入端传动连接,其特征在于:所述前行星排的输出端通过中间离合器与后行星排的输出端传动连接,所述后行星排的输出端与所述系统输出轴传动连接,所述中间离合器具有使前行星排通过后行星排与系统输出轴传动连接的接合工位和使前、后行星排脱开的分离工位。
7.根据权利要求6所述的车辆,其特征在于:所述后行星排的太阳轮为后行星排的输入端,所述后行星排的行星架为后行星排的输出端,对应后行星排的齿圈配置有齿圈锁止离合器,该齿圈锁止离合器安装在所述车体上。
8.根据权利要求7所述的车辆,其特征在于:所述后行星排位于前行星排和第二电机之间,所述第二电机的输出轴为第二空心轴,所述系统输出轴同轴穿过所述第二空心轴布置。
9.根据权利要求6或7或8所述的车辆,其特征在于:对应所述发动机的输出轴配置有发动机锁止离合器,该发动机锁止离合器安装在所述车体上。
10.根据权利要求9所述的车辆,其特征在于:所述前行星排的行星架为与所述发动机的输出轴传动连接的所述前行星排的第一输入端,所述前行星排的太阳轮为与所述第一电机的输出轴传动连接的所述前行星排的第二输入端,所述前行星排的齿圈为所述前行星排的输出端,所述第一电机位于所述发动机和前行星排之间,所述第一电机的输出轴为第一空心轴,所述发动机的输出轴包括同轴穿过所述第一空心轴以与所述前行星排的行星架传动连接的动力轴段,对应所述第一电机的输出轴配置有电机输出轴锁止离合器,该电机输出轴锁止离合器安装在所述车体上。
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