CN207345475U - 一种混合动力汽车及其行星混联系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种混合动力汽车及其行星混联系统，包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机、第一电机和前行星排，后动力结构包括后行星排和系统输出轴，前动力结构和后动力结构之间设置有离合器，前齿圈通过制动器连接壳体。在发动机起动之前，离合器处于分离状态，并且，制动器处于锁止状态，将前齿圈固定在壳体上，第一电机的输出扭矩全部给到发动机，第一电机无需输出较大的扭矩即可实现发动机的快速有效起动，避免第一电机不必要的电能消耗。而且，在发动机起动之前，离合器先分离，发动机起动瞬间产生的扭矩波动就不会传递到后动力结构以及整车，有效避免了发动机起动过程中产生的车身抖动和振动噪音大的情况。

Description

一种混合动力汽车及其行星混联系统

技术领域

本实用新型涉及一种混合动力汽车及其行星混联系统，属于行星排混合动力技术领域。

背景技术

面对日益突出的环境污染和能源枯竭，节能环保已经成为时代发展的主题，新能源汽车由于具有节能减排的属性，已经成为汽车厂商的主要发展方向。现有新能源汽车主要包括纯电动汽车(EV)、混合动力汽车(HEV)、燃料电池汽车(FHEV)。纯电动汽车受制于电池成本和充电时间通常作为市区内短途运输使用；燃料电池汽车受制于燃料电池技术及成本目前仍处于样机阶段。混合动力汽车由于其续驶里程受限制以及兼具纯电行驶功能因此受到公众的青睐。

混合动力汽车驱动系统有串联、并联和混联三种形式。串联能实现发动机的最优控制，但是能量经过二次转换损失较大；并联能实现较好的传动效率，但是发动机与输出轴机械连接，不能保证发动机始终工作在最优区域；混联兼具串联和并联的优点，是目前较为主流的驱动系统方案。

当前混联式动力系统主要采用行星机构作为功率分流装置，国内典型的结构形式为科力远的CHS系统及万丰的CATARC混合动力系统。其中，科力远的CHS系统采用双排行星机构实现功率分流，使用了多个离合器及制动器(制动器即为锁止离合器)，具有多种工作模式，但是系统结构复杂，控制难度大。万丰的CATARC混合动力系统采用双行星排双电机驱动动力耦合技术实现功率分流和不同的工作模式，系统结构简单。

而且，申请公布号为CN101323242A的中国专利申请文件中公开了一种混合动力汽车双行星排机电耦合驱动装置，包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机、前行星排和第一电机，后动力结构包括后行星排，前行星排和后行星排之间设置有离合器。当需要投入发动机时，离合器结合，第一电机作为起动机，第一电机一方面通过前行星排带动发动机起动，另一方面通过前行星排、离合器、后行星排和系统输出轴传递至车轮驱动汽车。第一电机的驱动扭矩分为两部分，一部分用于带动发动机起动，另一部分用于驱动汽车，而且，为了保证汽车行驶，驱动汽车的这一部分扭矩就需要较大，那么，相应地，带动发动机起动的这一部分扭矩就不会很大，无法快速有效带动发动机起动，要想快速有效带动发动机起动，第一电机就需要输出很大的扭矩，增大了第一电机的电能消耗。而且，即便将离合器分离，第一电机的扭矩虽然不驱动汽车行驶，但是，前行星排的齿圈和离合器的主动盘仍旧转动，第一电机的输出扭矩仍旧有相当一部分消耗在了前行星排的齿圈和离合器的主动盘上，即仍旧会消耗一定的、不必要的扭矩，增大了第一电机的电能消耗。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种混合动力汽车行星混联系统，用以解决传统的动力系统无法快速有效地带动发动机起动的问题。本实用新型同时提供一种混合动力汽车。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种混合动力汽车行星混联系统，包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机、第一电机和前行星排，后动力结构包括后行星排和系统输出轴，所述前动力结构和后动力结构之间设置有离合器，所述前动力结构还包括制动器，所述前行星排中的前太阳轮连接第一电机，所述发动机连接所述前行星排中的前行星架，所述前行星排中的前齿圈通过所述制动器连接壳体，所述前齿圈通过所述离合器连接后行星排。

在发动机起动之前，离合器处于分离状态，并且，制动器处于锁止状态，将前齿圈固定在壳体上，这样的话，第一电机的输出扭矩就会通过前太阳轮和前行星架给发动机，由于前齿圈固定在壳体上，那么，离合器和前齿圈就固定静止不动，不消耗第一电机的扭矩，因此，第一电机的输出扭矩全部给到发动机，第一电机无需输出较大的扭矩即可实现发动机的快速有效起动，避免第一电机不必要的电能消耗。而且，在发动机起动之前，离合器先分离，发动机起动瞬间产生的扭矩波动就不会传递到后动力结构以及整车，避免发动机扭矩波动传递给整车，待发动机转速稳定后制动器处于非锁止状态，离合器结合，有效避免了发动机起动过程中产生的车身抖动和振动噪音大的情况，提升汽车行驶舒适性。

所述后动力结构还包括第二电机，所述后行星排中的后行星架连接所述离合器和所述系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮连接所述第二电机，所述后行星排中的后齿圈与壳体固定连接。

所述发动机通过扭矩减震器连接所述前行星架。

所述行星混联系统还包括动力电池和电机控制器，所述动力电池连接所述电机控制器，所述电机控制器连接所述第一电机和第二电机。

本实用新型还提供一种混合动力汽车，包括一种行星混联系统，所述行星混联系统包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机、第一电机和前行星排，后动力结构包括后行星排和系统输出轴，所述前动力结构和后动力结构之间设置有离合器，所述前动力结构还包括制动器，所述前行星排中的前太阳轮连接第一电机，所述发动机连接所述前行星排中的前行星架，所述前行星排中的前齿圈通过所述制动器连接壳体，所述前齿圈通过所述离合器连接后行星排。

所述后动力结构还包括第二电机，所述后行星排中的后行星架连接所述离合器和所述系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮连接所述第二电机，所述后行星排中的后齿圈与壳体固定连接。

所述发动机通过扭矩减震器连接所述前行星架。

所述行星混联系统还包括动力电池和电机控制器，所述动力电池连接所述电机控制器，所述电机控制器连接所述第一电机和第二电机。

附图说明

图1是混合动力汽车行星混联系统结构图；

图2是混合动力汽车行星混联系统的一种具体的控制逻辑图。

具体实施方式

混合动力汽车实施例

本实施例提供一种混合动力汽车，该混合动力汽车的动力系统为一种行星混联系统，由于混合动力汽车的其他组成部分不是本申请的重点，因此，以下着重对该行星混联系统进行详细描述。

行星混联系统整体上包括三大部分，前动力结构、后动力结构和离合器8，前动力结构和后动力结构之间设置该离合器8，如图1所示，前动力结构包括发动机1、第一电机3和前行星排，前行星排包括前太阳轮15、前行星架14和前齿圈4，前太阳轮15连接第一电机3，发动机1连接前行星架14，前齿圈4通过制动器7连接壳体，前齿圈4通过离合器8连接后行星排。本实施例中，第一电机3为ISG电机，并且，发动机1通过扭矩减震器2连接前行星架14。

后动力结构包括第二电机11、后行星排和系统输出轴12，后行星排包括后太阳轮10、后行星架13和后齿圈9，后行星架13连接离合器8和系统输出轴12，后太阳轮10连接第二电机11，后齿圈9与壳体固定连接。由于第二电机11的作用一般为驱动车辆行驶(当然，特殊情况下也具有发电作用)，因此，本实施例中，第二电机11也可称为驱动电机。

当然，行星混联系统还包括动力电池6和电机控制器5，动力电池6连接电机控制器5，电机控制器5连接第一电机3和第二电机11。

在发动机1起动之前，离合器8处于分离状态，并且，制动器7处于锁止状态，将前齿圈4固定在壳体上，这样的话，第一电机3的输出扭矩就会通过前太阳轮15和前行星架14给发动机1，由于前齿圈4固定在壳体上，那么，离合器8和前齿圈4就固定静止不动，不消耗第一电机3的扭矩，因此，第一电机3的输出扭矩全部给到发动机1，第一电机3无需输出较大的扭矩即可实现发动机1的快速有效起动，避免第一电机3不必要的电能消耗。而且，在发动机1起动之前，离合器8先分离，发动机1起动瞬间产生的扭矩波动就不会传递到后动力结构以及整车，避免发动机1扭矩波动传递给整车，待发动机1转速稳定后制动器7处于非锁止状态，离合器8结合，有效避免了发动机1起动过程中产生的车身抖动和振动噪音大的情况，提升汽车行驶舒适性。

并且，该行星混联系统的运行模式有纯电驱动模式、混合驱动模式、串联发电模式、制动回馈模式等，以下分别具体说明。

(1)纯电驱动模式：

发动机1停机，第一电机3静止，离合器8处于分离状态，制动器7处于非锁止状态，第二电机11运行在电动状态，经后行星架13传递后驱动整车。

车辆起步或者行驶中，如果整车需求功率较小，并且电池SOC充足，第二电机11单独驱动车辆，以纯电模式工作，具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2，其中，k₂为后齿圈9半径与后太阳轮10半径的比值，T_MG2为第二电机11的输出转矩。

(2)混合驱动模式：

发动机1工作，第一电机3工作于发电状态，第二电机11依据整车需求工作于电动状态，离合器8处于结合状态，制动器7处于非锁止状态。

此时混联系统的输入为发动机1及第二电机11，输出为后行星架13，具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2+k₁/(1+k₁)T_ENG。其中，k₁为前齿圈4半径与前太阳轮15半径的比值，k₂为后齿圈9半径与后太阳轮10半径的比值，T_ENG为发动机1的输出转矩，T_MG2为第二电机11的输出转矩。

现有的行星混联系统在由纯电模式自动切换混合驱动模式时，因系统中没有离合器，发动机启机瞬间扭矩波动，通过车桥直接传递至整车，造成车辆抖动，噪音也较大。而本发明提供的混联系统中，发动机1起动前，离合器8处于分离状态，制动器7处于锁止状态，将前齿圈4固定在壳体上，第一电机3拖起发动机1，待发动机1转速稳定后制动器7改变为非锁止状态，离合器8结合，有效避免模式自动切换时车身抖动和噪音大的问题。

(3)串联发电模式：

发动机1工作，第一电机3工作于发电状态，第二电机11依据整车需求工作于电动状态或者不工作，离合器8处于分离状态，制动器7处于锁止状态。

当车辆静止或者低速纯电行驶时，当电池SOC低于某下限值，进入串联发电模式，发动机1带动第一电机3发电至电池SOC高于某上限值，发动机1停机。因该模式发动机1不直接参与驱动车辆，具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2，其中，k₂为后齿圈9半径与后太阳轮10半径的比值，T_MG2为第二电机11的输出转矩。

(4)制动回馈模式：

发动机1停机，第一电机3静止，离合器8处于分离状态，制动器7处于非锁止状态，第二电机11工作在发电状态回收能量。

当驾驶员松开油门或者踩制动时，进入制动回馈模式，该模式下，车轮上的制动扭矩通过系统输出轴12传递给第二电机11，第二电机11运行在发电状态，实现能量回收功能。具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2，其中，k₂为后齿圈9半径与后太阳轮10半径的比值，T_MG2为第二电机11的输出转矩。

现有的行星混联系统，当进入制动回馈模式时，发动机停机，因系统中没有离合器，停机瞬间扭矩波动，通过车桥直接传递至整车，造成车辆抖动，噪音较大。而本系统中，发动机1停机前，离合器8先处于分离状态，制动器7处于锁止状态，将前齿圈4固定在壳体上，第一电机3将发动机1拖灭，有效避免了模式自动切换时车身抖动和噪音大的问题。

下表为几种模式下，具体各零部件的工作状态见表1。

表1

工作模式	发动机	第一电机	第二电机	制动器	离合器
						纯电模式	不工作	不工作	电动	非锁止	分离
混合驱动模式	工作	发电	电动	非锁止	结合
						串联发电模式	工作	发电	电动/不工作	锁止	分离
制动回馈模式	不工作	不工作	发电	非锁止	分离

该行星混联系统的一种具体的控制逻辑如图2所示，其中，SOC₁为设定的车辆动力电池SOC下限值，SOC₂为设定的车辆由纯电驱动模式进入混合驱动模式时动力电池SOC门限值，P_需求为整车需求功率，P₁为第二电机最大功率，P_{E_opt}为发动机最优输出功率。

第一步，根据油门踏板的状态来判定是否进入制动回馈模式，当油门踏板未被踩下的时候，进入制动回馈模式，否则进入第二步。

第二步，根据整车动力电池SOC值是否低于下限值SOC₁来判断车辆是否进入串联发电模式，当动力电源SOC≤SOC₁时，进入串联发电模式，否则进入第三步。

第三步，根据整车需求功率P_需求是否大于第二电机最大功率P₁及电池电量是否充足来判定是否进入纯电模式，当P_需求≤P₁并且SOC≥SOC₂时，进入纯电驱动模式，否则进入第四步。

第四步，整车控制策略控制发动机时刻工作在高效区，发动机输出功率为P_{E_opt}，第二电机根据整车需求联合驱动车辆。

上述实施例中，给出了后动力结构的一种具体的实施方式，但是，本发明的重点在于前动力结构中设置有制动器，前动力结构和后动力结构之间设置有离合器，根据这两个机构，再结合前动力结构的相关结构就能够实现发动机的快速有效起动，以及避免发动机起动瞬间产生的扭矩波动传递到后动力结构以及整车，进而有效避免发动机起动过程中产生的车身抖动和振动噪音大的情况。因此，本发明并不局限于上述后动力结构的具体实施方式，也可以应用现有当中的其他相关结构。

行星混联系统实施例

本实施例提供一种行星混联系统，由于上述混合动力汽车已对该行星混联系统做出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车行星混联系统，包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机、第一电机和前行星排，后动力结构包括后行星排和系统输出轴，所述前动力结构和后动力结构之间设置有离合器，其特征在于，所述前动力结构还包括制动器，所述前行星排中的前太阳轮连接第一电机，所述发动机连接所述前行星排中的前行星架，所述前行星排中的前齿圈通过所述制动器连接壳体，所述前齿圈通过所述离合器连接后行星排。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车行星混联系统，其特征在于，所述后动力结构还包括第二电机，所述后行星排中的后行星架连接所述离合器和所述系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮连接所述第二电机，所述后行星排中的后齿圈与壳体固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的混合动力汽车行星混联系统，其特征在于，所述发动机通过扭矩减震器连接所述前行星架。

4.根据权利要求2所述的混合动力汽车行星混联系统，其特征在于，所述行星混联系统还包括动力电池和电机控制器，所述动力电池连接所述电机控制器，所述电机控制器连接所述第一电机和第二电机。

5.一种混合动力汽车，包括一种行星混联系统，所述行星混联系统包括前动力结构和后动力结构，前动力结构包括发动机、第一电机和前行星排，后动力结构包括后行星排和系统输出轴，所述前动力结构和后动力结构之间设置有离合器，其特征在于，所述前动力结构还包括制动器，所述前行星排中的前太阳轮连接第一电机，所述发动机连接所述前行星排中的前行星架，所述前行星排中的前齿圈通过所述制动器连接壳体，所述前齿圈通过所述离合器连接后行星排。

6.根据权利要求5所述的混合动力汽车，其特征在于，所述后动力结构还包括第二电机，所述后行星排中的后行星架连接所述离合器和所述系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮连接所述第二电机，所述后行星排中的后齿圈与壳体固定连接。

7.根据权利要求5或6所述的混合动力汽车，其特征在于，所述发动机通过扭矩减震器连接所述前行星架。

8.根据权利要求6所述的混合动力汽车，其特征在于，所述行星混联系统还包括动力电池和电机控制器，所述动力电池连接所述电机控制器，所述电机控制器连接所述第一电机和第二电机。