CN209008380U - 混合动力系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混合动力系统和车辆。混合动力系统的前行星齿轮机构的行星架与发动机传动连接，太阳轮与第一电机传动连接，该混合动力系统还包括后行星齿轮机构，前行星齿轮机构的齿圈与后行星齿轮机构的太阳轮、行星架分别通过锁止离合器传动连接，且通过锁止离合器的状态切换实现前行星齿轮机构的齿圈分别与后行星齿轮机构的太阳轮和行星架的传动，后行星齿轮机构的齿圈固定，第二电机传动连接后行星齿轮机构的行星架，车桥与后行星齿轮机构的行星架连接。本实用新型的混合动力系统可以实现前行星排齿圈到车桥两种挡位的切换，速比变化较大，更适应车辆的不同工况。通过齿轮行星机构实现减速和变速制造和装配精度要求降低。

Description

混合动力系统和车辆

技术领域

本实用新型涉及车辆领域，尤其涉及一种混合动力系统和车辆。

背景技术

随着矿藏资源的逐渐枯竭，新能源的应用越来越多的出现在人们的生活，新能源车辆作为一种新能源产品被人们大量使用。新能源车辆分为纯电动和混合动力两种，两种车辆由于动力输出来源不同而采用不同的传动系统。以混合动力车辆为例，申请号为201621358654.2、授权公告号为CN206475732U的中国实用新型公开了车辆及其混联式混合动力系统，这种混动系统在串联在行星排后侧的减速机构中加入了变速挡位的设计，从而实现了多挡位变速的功能，在一定程度上满足了车辆在行驶过程中对于输出转矩和车速的变化需求。但是，这种混动系统轴向长度太长，不容易布置。而且，同步换挡器与电机的输出轴同轴连接，对于两者的同轴度要求较高，然而同步换挡器位于减速箱内，这就同时对减速箱的生产厂家和电机生产厂家提出了较高的加工要求，且只有两个厂家的加工精度标准一致时，才能很好的实现两者的同轴连接，这对于整个生产链来讲是很难实现的，往往很难满足这样的要求。电机的输出轴与同步换挡器同轴连接精度较低的话，车辆在行驶过程中，同步换挡器往往难以承受侧向载荷，很容易损坏，最终导致车辆不能正常运行，故障率高，提高了维修的投入。另外，换挡执行机构也是此构型的一个弊端，目前主流电动换挡采用的换挡电机寿命满足不了全生命周期的要求。

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，用以解决现有的混合动力系统布置难度大、制造装配难度大、可靠性差等问题。同时，本实用新型还提供了一种使用该混合动力系统的车辆。

本实用新型的混合动力系统包括发动机、第一电机、第二电机以及前行星齿轮机构，前行星齿轮机构的行星架与发动机传动连接，太阳轮与第一电机传动连接，该混合动力系统还包括后行星齿轮机构，前行星齿轮机构的齿圈与后行星齿轮机构的太阳轮、行星架分别通过锁止离合器传动连接，且通过锁止离合器的状态切换实现前行星齿轮机构的齿圈分别与后行星齿轮机构的太阳轮和行星架的传动，后行星齿轮机构的齿圈固定，第二电机传动连接后行星齿轮机构的行星架，车桥与后行星齿轮机构的行星架连接。

本实用新型的混合动力系统通过锁止离合器的状态切换实现前行星齿轮机构的齿圈分别与太阳轮和行星架的传动，可以实现行星排齿圈到车桥两种挡位的切换，速比变化较大，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，更适应车辆的不同工况。而且，通过齿轮行星机构实现减速和变速，相比现有技术的变速换挡机构制造和装配精度要求降低。

优选地，第二电机和车桥均与后行星齿轮机构的行星架传动连接。

进一步地，前行星齿轮机构的太阳轮连接有用于与车架实现锁止和脱离的锁止离合器，避免在发动机直驱模式时因第一电机堵转而无法长时间由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，提高了动力系统效率。

进一步地，前行星齿轮机构的行星架连接有用于与车架实现锁止和脱离的锁止离合器。这样在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、第二电机单独驱动模式，制动模式下能实现双电机同时制动回收能量，进一步提升了动力性和经济性。

此外，前、后行星齿轮机构紧挨设置，这样使得整个混合动力系统中变速机构的结构更加紧凑。

本实用新型的车辆包括车架以及安装在车架上的混合动力系统，混合动力系统包括发动机、第一电机、第二电机以及前行星齿轮机构，前行星齿轮机构的行星架与发动机传动连接，太阳轮与第一电机传动连接，该混合动力系统还包括后行星齿轮机构，前行星齿轮机构的齿圈与后行星齿轮机构的太阳轮、行星架分别通过锁止离合器传动连接，且通过锁止离合器的状态切换实现前行星齿轮机构的齿圈分别与后行星齿轮机构的太阳轮和行星架的传动，后行星齿轮机构的齿圈固定，第二电机传动连接后行星齿轮机构的行星架，车桥与后行星齿轮机构的行星架连接。

本实用新型的车辆的混合动力系统通过锁止离合器的状态切换实现前行星齿轮机构的齿圈分别与太阳轮和行星架的传动，可以实现行星排齿圈到车桥两种挡位的切换，速比变化较大，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，更适应车辆的不同工况。而且，通过齿轮行星机构实现减速和变速，相比现有技术的变速换挡机构制造和装配精度要求降低。

优选地，第二电机和车桥均与后行星齿轮机构的行星架传动连接。

进一步地，前行星齿轮机构的太阳轮连接有用于与车架实现锁止和脱离的锁止离合器，避免在发动机直驱模式时因第一电机堵转而无法长时间由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，提高了动力系统效率。

进一步地，前行星齿轮机构的行星架连接有用于与车架实现锁止和脱离的锁止离合器。这样在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、第二电机单独驱动模式，制动模式下能实现双电机同时制动回收能量，进一步提升了动力性和经济性。

此外，前、后行星齿轮机构紧挨设置，这样使得整个混合动力系统中变速机构的结构更加紧凑。

附图说明

图1为本实用新型的混合动力系统的传动示意图；

图2为本实用新型的混合动力系统控制方法的控制逻辑图；

图3为混合动力系统控制方法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

下面结合附图对本实用新型的实施方式作进一步说明。

本实用新型的车辆的实施例，包括车架，车架上安装有混合动力系统，混合动力系统包括动力装置和变速机构，动力装置主要由发动机和第一、第二电机构成。变速机构主要包括前后连接的两个行星齿轮系统。如图1所示，发动机1 通过扭转减震器2连接前行星齿轮机构的行星架6B，且扭转减震器2和行星架 6B之间连接有实现发动机与行星架之间的离合的第二锁止离合器8。第一电机3 的转子连接前行星齿轮机构的太阳轮6C，太阳轮6C与车架之间连接有实现太阳轮6C与车架的锁止固定和相互分离的第一锁止离合器5。其中，太阳轮6C的轮轴为空心轴，行星架6B的中心轴穿过该空心轴与第二锁止离合器8连接。

前行星齿轮机构的齿圈6A与后行星齿轮机构的行星架9B、太阳轮9C分别通过第三锁止离合器10和第四锁止离合器15传动连接，且能分别实现前行星齿轮机构的齿圈6A与后行星齿轮机构的太阳轮9C之间的传动和前行星齿轮机构的齿圈6A与后行星齿轮机构的行星架9B之间的传动。后行星齿轮机构的齿圈 9A与车架相对固定，后行星齿轮系统的行星架9B通过输出轴12与第二电机11 的转子传动连接，且与车桥13传动连接，带动车轮14转动。

第一、第二电机连接有控制器4和动力电源7，本实用新型的车辆通过控制器4对各部件的控制能够实现多种工作模式。

如图2所示，(一)、纯电动模式下，主要包括五种工作模式：

(1)第二电机单独驱动：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死或非锁死状态，第一锁止离合器5处于锁死或非锁死状态。此时系统的输入为第二电机11，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG2，T_MG2为第二电机11转矩，T_out为输出轴的输出转矩。

(2)第一电机单独驱动，低速模式：第四锁止离合器15处于锁死状态，第三锁止离合器10处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为第一电机3，输出为输出轴12，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为前行星齿轮机构的齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，k₂为后行星齿轮机构的齿圈 9A半径与太阳轮9C半径的比值，T_out为输出轴的输出转矩。

(3)第一电机单独驱动，高速模式：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为第一电机3，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG1*k₁，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为前行星齿轮机构的齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_out为输出轴的输出转矩。

(4)双电机同时驱动，低速模式：第四锁止离合器15处于锁死状态，第三锁止离合器10处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为第一电机3、第二电机11，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG1*k₁*(1+k₂)+T_MG2，T_MG2为第二电机11 转矩，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为前行星齿轮机构的齿圈6A半径与太阳轮6C 半径的比值，k₂为后行星齿轮机构的齿圈9A半径与太阳轮9C半径的比值，T_out为输出轴的输出转矩。

(5)双电机同时驱动，高速模式：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为第一电机3、第二电机11，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：T_out＝T_MG1*k₁+T_MG2，T_MG2为第二电机11转矩，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为前行星齿轮机构的齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值， T_out为输出轴的输出转矩。

以上五种工作模式主要基于以下原则进行选择：

如图3所示，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：判断工作模式(1)和工作模式(5)综合效率，如果工作模式(1) 效率优于工作模式(5)，则进入工作模式(1)，否则进入工作模式(5)，结束判断。

第七步：判断工作模式(1)和工作模式(4)综合效率，如果工作模式(1) 效率优于工作模式(4)，则进入工作模式(1)，否则进入工作模式(4)，结束判断。

(二)、混合动力模式下，主要包括两种工作模式：

(A)低速混合动力模式：第四锁止离合器15处于锁死状态，第三锁止离合器10处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第一锁止离合器5 处于非锁死状态。此时系统的输入为发动机1和第二电机11，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：T_out＝T_E*k₁/(1+k₁)*(1+k₂)+T_MG2，其中k₁为前行星齿轮机构的齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，k₂为后行星齿轮机构的齿圈9A半径与太阳轮9C半径的比值，T_MG2为第二电机11转矩，T_E为发动机1的转矩，T_out为输出轴的输出转矩，通过后排的速比将发动机输出扭矩增大，适合于低速混动以及大爬坡工况。

(B)高速混合动力模式：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第一锁止离合器5 处于非锁死状态。此时系统的输入为发动机1和第二电机11，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：T_out＝T_E*k₁/(1+k₁)+T_MG2，其中k₁为前行星齿轮机构的齿圈 6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_MG2为第二电机11转矩，T_E为发动机1的转矩，T_out为输出轴的输出转矩。

(三)、发动机直驱模式：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第一锁止离合器 5处于锁死状态。此时系统的输入为发动机1，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：T_out＝T_E*k₁/(1+k₁)，其中k₁为前行星齿轮机构的齿圈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的动力模式驱动时存在的机电转换问题，提高动力系统的效率。

(四)、制动能量回收模式包括三种模式：

(a)第二电机单独制动：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死或非锁死状态，第一锁止离合器5处于锁死或非锁死状态。此时系统的输入为输出轴12，输出为第二电机11，具体的转矩关系为：T_MG2＝T_out，其中，T_MG2为第二电机11转矩，T_out为输出轴转矩。

(b)双电机同时制动，低速工况制动能量回收：第四锁止离合器15处于锁死状态，第三锁止离合器10处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为输出轴12，输出为第一电机3、第二电机11，具体的转矩关系为：T_MG2+T_MG1*k₁*(1+k₂)＝T_out，其中， k₂为后行星齿轮机构的齿圈9A半径与太阳轮9C半径的比值，T_MG2为第二电机 11转矩，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为前行星齿轮机构的齿圈6A半径与太阳轮 6C半径的比值，T_out为输出轴转矩。

(c)双电机同时制动，高速工况制动能量回收：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态。此时系统的输入为输出轴12，输出为第一电机3、第二电机11，具体的转矩关系为：T_MG2+T_MG1*k₁＝T_out，其中，T_MG2为第二电机11转矩，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为前行星齿轮机构的齿圈6A半径与太阳轮6C半径的比值，T_out为输出轴转矩。

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 (a)，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(c)，否则进入工作模式(b)，结束判断。

在其他实施方式中，前后两个行星齿轮机构也可以间隔设置，具体设置方式根据车辆具体的结构设置选择性布置即可，此处不再具体限定。

本实用新型的车辆利用第一锁止离合器，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。利用第三锁止离合器、第四锁止离合器，可以实现前行星齿轮机构的齿圈到输出轴两种挡位，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。利用第三锁止离合器、第四锁止离合器，可以实现纯电模式下第二电机单独驱动，避免了第一电机带来的随转损失。利用第二锁止离合器，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。

本实用新型的混合动力系统的实施例：其具体结构与上述车辆实施例中的混合动力系统的结构相同，此处不再详细描述。

Claims (10)

1.一种混合动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机以及前行星齿轮机构，前行星齿轮机构的行星架与发动机传动连接，太阳轮与第一电机传动连接，其特征是，该混合动力系统还包括后行星齿轮机构，前行星齿轮机构的齿圈与后行星齿轮机构的太阳轮、行星架分别通过锁止离合器传动连接，且通过锁止离合器的状态切换实现前行星齿轮机构的齿圈分别与后行星齿轮机构的太阳轮和行星架的传动，后行星齿轮机构的齿圈固定，第二电机传动连接后行星齿轮机构的行星架，车桥与后行星齿轮机构的行星架连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征是，第二电机和车桥均与后行星齿轮机构的行星架传动连接。

3.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征是，前行星齿轮机构的太阳轮连接有用于与车架实现锁止和脱离的锁止离合器。

4.根据权利要求1或2或3所述的混合动力系统，其特征是，前行星齿轮机构的行星架连接有用于与车架实现锁止和脱离的锁止离合器。

5.根据权利要求1或2或3所述的混合动力系统，其特征是，前、后行星齿轮机构紧挨设置。

6.一种车辆，包括车架以及安装在车架上的混合动力系统，混合动力系统包括发动机、第一电机、第二电机以及前行星齿轮机构，前行星齿轮机构的行星架与发动机传动连接，太阳轮与第一电机传动连接，其特征是，该混合动力系统还包括后行星齿轮机构，前行星齿轮机构的齿圈与后行星齿轮机构的太阳轮、行星架分别通过锁止离合器传动连接，且通过锁止离合器的状态切换实现前行星齿轮机构的齿圈分别与后行星齿轮机构的太阳轮和行星架的传动，后行星齿轮机构的齿圈固定，第二电机传动连接后行星齿轮机构的行星架，车桥与后行星齿轮机构的行星架连接。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征是，第二电机和车桥均与后行星齿轮机构的行星架传动连接。

8.根据权利要求6所述的车辆，其特征是，前行星齿轮机构的太阳轮连接有用于与车架实现锁止和脱离的锁止离合器。

9.根据权利要求6或7或8所述的车辆，其特征是，前行星齿轮机构的行星架连接有用于与车架实现锁止和脱离的锁止离合器。

10.根据权利要求6或7或8所述的车辆，其特征是，前、后行星齿轮机构紧挨设置。