CN208881575U - 一种车辆及其行星排混合动力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种车辆及其行星排混合动力装置。其中行星排混合动力装置包括发动机和一、二号电机，还包括用于实现发动机与一号电机的汇流的前行星排，前行星排具有用于向后行星排传递动力的前排输出端，二号电机具有向后行星排传递动力的二号电机输出轴，后行星排的后齿圈锁止固定，前排输出端与后行星排的后太阳轮和后行星架之间分别设有后排锁止离合器，二号电机的输出轴与装置输出轴相连并与后太阳轮或后行星架连接。采用该方案，通过转换后排锁止离合器的状态即可实现两种速度模式，同时通过锁止离合器的动作能够避免一号电机会产生随转而导致弱磁损失。另外，仅使用两个双向离合器即可实现四个离合器的功能，能够节省成本、提高可靠性。

Description

一种车辆及其行星排混合动力装置

技术领域

本实用新型涉及一种车辆及其行星排混合动力装置。

背景技术

混合动力汽车是目前最有效的节能汽车方案，其动力系统有串联、并联和混联三种形式。串联能实现发动机的最优控制，但是全部能量都会经过二次转换，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处于较优的工作区域内；混联能结合串联和并联的优点，规避二者的缺点，是三者中最为优化的构型方案。

授权公告号为CN206884722U的中国专利公开了一种行星式混联动力系统及使用该动力系统的车辆，包括发动机、一号电机、前行星排、二号电机和后行星排，前行星排用于实现发动机与一号电机的汇流。其前太阳轮与一号电机的传动轴连接，前行星排与发动机的传动轴连接，一号电机和发动机的传动轴均连接有锁止离合器。后行星排用于实现第一行星排的输出端与第二电机的汇流，包括后太阳轮、后行星架、后行星轮和后齿圈，后太阳轮与第二电机连接，第二行星架与装置输出轴及所述第一行星排的输出端连接，所述后齿圈连接有用于对后齿圈锁止或释放的后齿圈锁止离合器。在纯电动模式下，如果需要动力系统输出高转矩，那么利用锁止离合器将前行星架锁止，一号电机在转动时就会带动前行星排的前太阳轮和前齿圈向动力系统的输出端输出转矩，再加上二号电机的输出，就能够实现两个电机的联合输出，也就是说，系统输出的转矩与一号电机和二号电机的输出转矩之和相关，相较于传统的动力系统提供的转矩，转矩值增大了很多，满足坡度较大的上坡或者较重的车辆等高转矩需求，保证了车辆动力性和安全性。

但是，上述专利中的混合动力系统在后齿圈锁止离合器锁死的情况下，后行星排仅能够通过二号电机增加输出转矩，并不能改变输出转速，因此模式较少，无法良好适应纯电模式的高低速要求。并且，在二号电机单独驱动的情况下，一号电机会产生随转而导致弱磁损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种行星排混合动力装置，以解决现有的混合动力装置的纯电模式较少且在二号电机单独驱动的情况下，一号电机会产生随转而导致弱磁损失的问题。同时，本实用新型还提供了一种使用上述行星排混合动力装置的车辆，解决现有的车辆纯电模式无法良好适应高低速要求和一号电机因随转导致弱磁损失而影响车辆性能的问题。

本实用新型中行星排混合动力装置采用的技术方案如下。

行星排混合动力装置，包括发动机、一号电机和二号电机，还包括用于实现发动机与一号电机的汇流的前行星排，前行星排具有用于向后行星排传递动力的前排输出端，二号电机具有向后行星排传递动力的二号电机输出轴，所述后行星排的后齿圈锁止固定，前排输出端与后行星排的后太阳轮和后行星架之间分别设有后排锁止离合器，所述二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后太阳轮或后行星架连接。

有益效果：后行星排的后齿圈锁止固定，前排输出端与后行星排的后太阳轮和后行星架之间分别设有后排锁止离合器，同时二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后太阳轮或后行星架连接，通过转换后排锁止离合器的状态即可实现两种速度模式，例如二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后行星架连接时，前排输出端仅与后太阳轮锁止时后太阳轮将作为主动件，后行星架将作为从动件，实现减速大速比，前排输出端仅与后行星架锁止时后行星架将直接输出动力，后太阳轮空转，相对地实现高速。同时，前排输出端与后太阳轮和后行星架均分离时，能够将后行星排与前行星排隔离开，从而避免一号电机会产生随转而导致弱磁损失的问题。另外，二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后行星架连接时，后行星架与装置输出轴直接连接即可，轴系结构简单，装配、维护方便。

作为一种优选的技术方案，所述前排输出端与后太阳轮之间的后排锁止离合器，以及前排输出端与后行星架之间的后排锁止离合器分别是由一只双离合器的两个离合器单元形成。

有益效果：采用双离合器能够在实现多模式切换的基础上，有效减少了离合器数目，降低成本、减少空间尺寸、提升可靠性、节省成本。

作为一种优选的技术方案，所述后排锁止离合器为双向离合器，具有使前排输出端仅与后太阳轮锁止的第一离合状态、使前排输出端仅与后行星架锁止的第二离合状态和使前排输出端与后太阳轮和后行星架均分离的分离状态。

作为一种优选的技术方案，所述前行星排的前太阳轮与所述一号电机连接，前行星排的前行星架与发动机相连，行星排混合动力装置还包括两只分别用于锁止所述前太阳轮和前行星架的前排锁止离合器，两只所述前排锁止离合器分别是由一只双离合器的两个离合器单元形成。

作为一种优选的技术方案，所述前排锁止离合器为双向离合器，具有仅与前太阳轮锁止的第一锁止状态、仅与前行星架锁止的第二锁止状态和与前太阳轮与前行星架均分离的分离状态。上述各优选的技术方案可以单独采用，在能够组合的情况下也可以两种以上任意组合采用。

后排锁止离合器和前排锁止离合器使用双向离合器，虽然从整体上看也是两个离合器，但是工作模式较背景技术中的专利有了大幅提升，能更好的适应工况，仅仅使用两个双向离合器实现了四个离合器的功能，能够大大节省成本，提高系统可靠性。

本实用新型中一种车辆采用的技术方案如下。

一种车辆，包括车体、车轮和用于驱动车轮转动的行星排混合动力装置，所述行星排混合动力装置包括发动机、一号电机和二号电机，还包括用于实现发动机与一号电机的汇流的前行星排，前行星排具有用于向后行星排传递动力的前排输出端，二号电机具有向后行星排传递动力的二号电机输出轴，所述后行星排的后齿圈锁止固定，前排输出端与后行星排的后太阳轮和后行星架之间分别设有后排锁止离合器，所述二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后太阳轮或后行星架连接。

有益效果：后行星排的后齿圈锁止固定，前排输出端与后行星排的后太阳轮和后行星架之间分别设有后排锁止离合器，同时二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后太阳轮或后行星架连接，通过转换后排锁止离合器的状态即可实现两种速度模式，例如二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后行星架连接时，前排输出端仅与后太阳轮锁止时后太阳轮将作为主动件，后行星架将作为从动件，实现减速大速比，前排输出端仅与后行星架锁止时后行星架将直接输出动力，后太阳轮空转，相对地实现高速。同时，前排输出端与后太阳轮和后行星架均分离时，能够将后行星排与前行星排隔离开，从而避免一号电机会产生随转而导致弱磁损失的问题。另外，二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后行星架连接时，后行星架与装置输出轴直接连接即可，轴系结构简单，装配、维护方便。另外，由于后太阳轮作为主动件时为减速传动，后行星架作为主动件时为增速传动，因此可以根据二号电机的驱动需求和二号电机的制动能量回收需求合理选择二号电机与后太阳轮或后行星架连接。

作为一种优选的技术方案，所述前排输出端与后太阳轮之间的后排锁止离合器，以及前排输出端与后行星架之间的后排锁止离合器分别是由一只双离合器的两个离合器单元形成。

有益效果：采用双离合器能够在实现多模式切换的基础上，有效减少了离合器数目，降低成本、减少空间尺寸、提升可靠性、节省成本。

作为一种优选的技术方案，所述后排锁止离合器为双向离合器，具有使前排输出端仅与后太阳轮锁止的第一离合状态、使前排输出端仅与后行星架锁止的第二离合状态和使前排输出端与后太阳轮和后行星架均分离的分离状态。

作为一种优选的技术方案，所述前行星排的前太阳轮与所述一号电机连接，前行星排的前行星架与发动机相连，行星排混合动力装置还包括两只分别用于锁止所述前太阳轮和前行星架的前排锁止离合器，两只所述前排锁止离合器分别是由一只双离合器的两个离合器单元形成。

作为一种优选的技术方案，所述前排锁止离合器为双向离合器，具有仅与前太阳轮锁止的第一锁止状态、仅与前行星架锁止的第二锁止状态和与前太阳轮与前行星架均分离的分离状态。

上述各优选的技术方案可以单独采用，在能够组合的情况下也可以两种以上任意组合采用。

附图说明

图1是本实用新型中行星排混合动力装置的实施例一的结构示意图；

图2是图1中混合动力装置的纯电模式选择逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型中行星排混合动力装置的一个实施例如图1至图2所示，包括发动机1、扭转减振器2、第一电机3、电机控制器4、前排锁止离合器5、第一齿圈6A、第一行星架6B、第一太阳轮6C、动力电源7、后排锁止离合器8、第二齿圈9A、第二行星架9B、第二太阳轮9C、第二电机10、装置输出轴11、后桥12和轮胎13。

发动机1的输出轴通过扭转减振器2与第一行星架6B连接；第一电机3的转子与第一太阳轮6C相连接；前排锁止离合器5为双向离合器，可以实现三个位置控制，右位置与第一太阳轮6C结合，左位置与第一行星架6B结合，中间位置与第一太阳轮6C和第一行星架6B都不结合；第一行星排的齿圈6A与后排锁止离合器8的一端连接，后排锁止离合器8也为双向离合器，可以实现三个位置控制，右位置与第二太阳轮9C结合，左位置与第二行星架9B结合，中间位置与第二太阳轮9C和第二行星架9B都不结合；第二行星架9B与装置输出轴11相连接；第二电机的转子10与装置输出轴11相连接。

纯电动模式下，主要包括五种工作模式：

纯电动工作模式1，第二电机10单独驱动：后排锁止离合器8处于中间位置，前排锁止离合器5处于左、中、右三个位置都可以。此时系统的输入为第二电机10，输出为装置输出轴11，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG2，T_MG2为第二电机10转矩，T_out为装置输出轴的输出转矩。

纯电动工作模式2，第一电机单独驱动，低速模式：后排锁止离合器8处于右位置，前排锁止离合器5处于左位置。此时系统的输入为第一电机3，输出为装置输出轴11，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG1*k₁*(1+k₂)，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为第一齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，k₂为第二齿圈9A半径与太阳轮9C半径的比值，T_out为装置输出轴的输出转矩。

纯电动工作模式3，第一电机单独驱动，高速模式：后排锁止离合器8处于左位置，前排锁止离合器5处于左位置。此时系统的输入为第一电机3，输出为装置输出轴11，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG1*k₁，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为第一齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_out为装置输出轴的输出转矩。

纯电动工作模式4，双电机同时驱动，低速模式：后排锁止离合器8处于右位置，前排锁止离合器5处于左位置。此时系统的输入为第一电机3、第二电机10，输出为装置输出轴11，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG1*k₁*(1+k₂)+T_MG2，T_MG2为第二电机10转矩，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为第一齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_out为装置输出轴的输出转矩。

纯电动工作模式5，双电机同时驱动，高速模式：后排锁止离合器8处于左位置，前排锁止离合器5处于左位置。此时系统的输入为第一电机3、第二电机10，输出为装置输出轴11，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG1*k₁+T_MG2，T_MG2为第二电机10转矩，T_MG1为第一电机3转矩，T_out为装置输出轴的输出转矩。

以上五种工作模式主要基于以下原则进行选择：

第一步：开始判断。

第二步：判断整车驱动功率需求P_drive，P₁为第一电机最大功率，P₂为第二电机10最大功率，P₁＜P₂。如果P_drive＞P₂，则进入第三步，否则进入第四步。

第三步：判断当前车速V与挡位切换速度V_切换的关系，如果，V>V_切换进入工作模式5，否则进入工作模式4，结束判断。

第四步：如果P_drive≤P₁，判断当前车速V与挡位切换速度V_切换的关系，如果V>V_切换进入工作模式3，则进入工作模式2，结束判断，如果P_drive＞P₁，进入第五步。

第五步：判断当前车速V与挡位切换速度V_切换的关系，如果V>V_切换进入第六步，否则进入第七步。

第六步：判断模式1和模式5综合效率，如果1模式效率优于5模式则进入1模式，否则进入5模式，结束判断。

第七步：判断模式1和模式4综合效率，如果1模式效率优于4模式则进入1模式，否则进入4模式，结束判断。

逻辑图如图2所示。

混合动力模式下，主要包括两种工作模式：

混动模式1，低速混合动力模式：后排锁止离合器8处于右位置，前排锁止离合器5处于中间位置。此时系统的输入为发动机1和第二电机10，输出为装置输出轴11，具体的转矩关系为：T_out＝T_E*k₁/(1+k₁)*(1+k₂)+T_MG2，其中k₁为第一齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，k₂为第二齿圈9A半径与太阳轮9C半径的比值，T_MG2为第二电机10转矩，T_E为发动机1的转矩，T_out为装置输出轴的输出转矩，通过后排的速比将发动机1输出扭矩增加，适合于低速混动以及大爬坡工况。

混动模式2，高速混合动力模式：后排锁止离合器8处于左位置，前排锁止离合器5处于中间位置。此时系统的输入为发动机1和第二电机10，输出为装置输出轴11，具体的转矩关系为：T_out＝T_E*k₁/(1+k₁)+T_MG2，其中k₁为第一齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_MG2为第二电机10转矩，T_E为发动机1的转矩，T_out为装置输出轴的输出转矩。

发动机直驱模式：后排锁止离合器8处于左位置，前排锁止离合器5处于右位置。此时系统的输入为发动机1，输出为装置输出轴11，具体的转矩关系为：T_out＝T_E*k₁/(1+k₁)，其中k₁为第一齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_E为发动机1的转矩，T_out为输出轴的输出转矩，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混动模式驱动时存在的机电转换问题，提高动力系统的效率。

制动能量回收模式包括三种模式：

制动能量回收模式1，第二电机10单独制动：

后排锁止离合器8处于中间位置，前排锁止离合器5处于左、中、右三个位置都可以。此时系统的输入为装置输出轴11，输出为第二电机10，具体的转矩关系为：T_MG2＝T_out，其中，T_MG2为第二电机10转矩，T_out为装置输出轴转矩。

制动能量回收模式2，双电机同时制动，低速工况制动能量回收：

后排锁止离合器8处于右位置，前排锁止离合器5处于左位置。此时系统的输入为装置输出轴11，输出为第一电机3、第二电机10，具体的转矩关系为：T_MG2+T_MG1*k₁*(1+k₂)＝T_out，其中，k₂为第二齿圈9A半径与太阳轮9C半径的比值，T_MG2为第二电机10转矩，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为第一齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_out为装置输出轴转矩。

制动能量回收模式3，双电机同时制动，高速工况制动能量回收：

后排锁止离合器8处于左位置，前排锁止离合器5处于左位置。此时系统的输入为装置输出轴11，输出为第一电机3、第二电机10，具体的转矩关系为：T_MG2+T_MG1*k₁＝T_out，其中，k₂为第二齿圈9A半径与太阳轮9C半径的比值，T_MG2为第二电机10转矩，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为第一齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_out为装置输出轴转矩。

以上三种工作模式主要基于以下原则进行选择：

第一步：开始判断。

第二步：判断整车制动功率需求P_brake，P₁为第一电机最大功率，P₂为第二电机10最大功率，P₁＜P₂。如果P_brake＞P₂，则进入第三步，否则直接进入制动模式1，结束判断。

第三步：判断当前车速V与挡位切换速度V_切换的关系，如果，V>V_切换进入工作模式3，否则进入工作模式2，结束判断。

下表为几种模式下，具体各零部件的工作状态见下表：

利用前排锁止离合器5位置控制，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发动机直接驱动的问题，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。

利用后排锁止离合器8位置控制，可以实现第一齿圈到输出轴两种挡位，后太阳轮作为主动件时为低挡，后行星架作为主动件时为高挡，低挡大速比用于爬坡和急加速，高挡小速比用于高车速行驶。

利用后排锁止离合器8位置控制，后排锁止离合器8处于中间位置时，可以实现纯电模式下第二电机10单独驱动，避免了第一电机带来的随转损失。

利用前排锁止离合器5位置控制，纯电模式下能实现双电机同时驱动模式、第一电机单独驱动模式、第二电机10单独驱动模式，制动模式下能实现双电机同时制动回收，进一步提升了动力性和经济性。

另外，第一离合器和第二离合器都是双向离合器，在实现多模式切换的基础上，有效的减少了离合器数目，降低成本、减少空间尺寸、提升可靠性。

在上述实施例中，所述前行星排的前太阳轮与所述一号电机连接，前行星排的前行星架与发动机相连，行星排混合动力装置还包括两只分别用于锁止所述前太阳轮和前行星架的前排锁止离合器。在本实用新型的其他实施例中，也可以仅对应于前太阳轮设置前排锁止离合器。另外，在其他实施例中，前行星排的汇流形式也可以替换为其他形式，例如可以将所述前行星排的前行星架与所述一号电机连接、将前行星排的前太阳轮与发动机相连。

在上述实施例中，前排锁止离合器和后排锁止离合器均为双离合器，在其他实施例中，两只前排锁止离合器可以为独立的离合器，两只后排锁止离合器也可以为独立的离合器。另外，在其他实施例中，在不影响后行星排的情况下，两只前排锁止离合器在需要时可以同时锁止。

后太阳轮作为主动件时为减速传动，后行星架作为主动件时为增速传动，可以根据二号电机的驱动需求和二号电机的制动能量回收需求合理选择二号电机与后太阳轮或后行星架连接。

本实用新型中车辆的实施例包括车体、车轮和用于驱动车轮转动的行星排混合动力装置，所述行星排混合动力装置即上述实施例中的行星排混合动力装置，具体结构此处不再赘述。

最后需要说明的是，以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行不需付出创造性劳动的修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种行星排混合动力装置，包括发动机、一号电机和二号电机，还包括用于实现发动机与一号电机的汇流的前行星排，前行星排具有用于向后行星排传递动力的前排输出端，二号电机具有向后行星排传递动力的二号电机输出轴，其特征在于：所述后行星排的后齿圈锁止固定，前排输出端与后行星排的后太阳轮和后行星架之间分别设有后排锁止离合器，所述二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后太阳轮或后行星架相连。

2.根据权利要求1所述的行星排混合动力装置，其特征在于：所述前排输出端与后太阳轮之间的后排锁止离合器，以及前排输出端与后行星架之间的后排锁止离合器分别是由一只双离合器的两个离合器单元形成。

3.根据权利要求2所述的行星排混合动力装置，其特征在于：所述后排锁止离合器为双向离合器，具有使前排输出端仅与后太阳轮锁止的第一离合状态、使前排输出端仅与后行星架锁止的第二离合状态和使前排输出端与后太阳轮和后行星架均分离的分离状态。

4.根据权利要求1或2或3所述的行星排混合动力装置，其特征在于：所述前行星排的前太阳轮与所述一号电机相连，前行星排的前行星架与发动机相连，行星排混合动力装置还包括两只分别用于锁止所述前太阳轮和前行星架的前排锁止离合器，两只所述前排锁止离合器分别是由一只双离合器的两个离合器单元形成。

5.根据权利要求4所述的行星排混合动力装置，其特征在于：所述前排锁止离合器为双向离合器，具有仅与前太阳轮锁止的第一锁止状态、仅与前行星架锁止的第二锁止状态和与前太阳轮与前行星架均分离的分离状态。

6.一种车辆，包括车体、车轮和用于驱动车轮转动的行星排混合动力装置，所述行星排混合动力装置包括发动机、一号电机和二号电机，还包括用于实现发动机与一号电机的汇流的前行星排，前行星排具有用于向后行星排传递动力的前排输出端，二号电机具有向后行星排传递动力的二号电机输出轴，其特征在于：所述后行星排的后齿圈锁止固定，前排输出端与后行星排的后太阳轮和后行星架之间分别设有后排锁止离合器，所述二号电机的输出轴与行星排混合动力装置的装置输出轴相连并与后太阳轮或后行星架相连。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于：所述前排输出端与后太阳轮之间的后排锁止离合器，以及前排输出端与后行星架之间的后排锁止离合器分别是由一只双离合器的两个离合器单元形成。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于：所述后排锁止离合器为双向离合器，具有使前排输出端仅与后太阳轮锁止的第一离合状态、使前排输出端仅与后行星架锁止的第二离合状态和使前排输出端与后太阳轮和后行星架均分离的分离状态。

9.根据权利要求6或7或8所述的车辆，其特征在于：所述前行星排的前太阳轮与所述一号电机相连，前行星排的前行星架与发动机相连，行星排混合动力装置还包括两只分别用于锁止所述前太阳轮和前行星架的前排锁止离合器，两只所述前排锁止离合器分别是由一只双离合器的两个离合器单元形成。

10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于：所述前排锁止离合器为双向离合器，具有仅与前太阳轮锁止的第一锁止状态、仅与前行星架锁止的第二锁止状态和与前太阳轮与前行星架均分离的分离状态。