CN209224928U - 一种双行星排结构的纯电动驱动系统及一种车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种双行星排结构的纯电动驱动系统及一种车辆，驱动系统包括前动力机构和后动力机构，前动力机构包括第一电机和前行星排，后动力机构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，第一电机驱动连接前行星排的前第一端，前行星排的前第二端通过第一制动器连接壳体，前行星排的前第三端传动连接后动力机构。第一制动器有结合和分离两个状态，那么，通过控制第一制动器就能够实现前行星排的前第二端锁止在壳体上或者松开壳体，当第一制动器的状态改变时，前行星排的传动比也会发生变化，因此，根据实际运行环境相应改变第一制动器的状态，能够改变前行星排的传动比，使第一电机运行在高效区，提升第一电机的运行效率。

Description

一种双行星排结构的纯电动驱动系统及一种车辆

技术领域

本实用新型涉及一种双行星排结构的纯电动驱动系统及一种车辆，属于纯电动动力系统技术领域。

背景技术

纯电动汽车由于其零排放、低噪音的特点得到广泛的推广，但目前纯电动车辆大多采用驱动电机直驱和驱动电机+AMT结构的动力系统，系统构型单一，车辆动力性经济性不够优化，制约了纯电动汽车的发展。驱动电机直驱结构即驱动电机直接与驱动轴连接，结构简单，易于实现，但这种结构存在的弊端有：(1)爬坡性能较弱；(2)为了达到车辆的爬坡性能，需要增大电机的扭矩，而电机的成本与扭矩成正比，因此会大大提高整车设计的成本；(3)较大扭矩的电机尺寸较大，大大增加了底盘布置的难度；(4)工作模式单一，无法调节电机工作点，造成能量浪费。而驱动电机+AMT结构的动力系统存在以下问题：在换挡过程中存在动力中断的问题，换挡平顺性很差。

申请公布号为CN108099594A的中国发明专利申请文件中公开了一种双电机多模纯电动系统，包括第一电机、第二电机、前行星排、后行星排、一个锁止离合器(即制动器)以及两个离合器，该系统能够实现多种工作模式以及多种模式之间的切换。但是，该系统中，前行星排的第一端连接第一电机、第二端锁止，第三端输出连接后续的动力机构，由于前行星排的第二端始终处于锁止状态，无法实现状态的切换，也就无法根据实际运行环境控制第一电机的扭矩输出，无法调节第一电机的工作点，降低第一电机的运行效率。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种双行星排结构的纯电动驱动系统及一种车辆，用以解决现有的纯电动系统中因无法调节第一电机的工作点，从而造成第一电机的运行效率较低的问题。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：

一种双行星排结构的纯电动驱动系统，包括前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括第一电机和前行星排，所述后动力机构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前行星排的前第一端，一个是前行星排的前第二端，一个是前行星排的前第三端，所述第一电机驱动连接所述前第一端，所述前第三端传动连接所述后动力机构，所述前动力机构还包括第一制动器，所述前第二端通过所述第一制动器连接壳体。

前行星排的前第二端通过第一制动器连接壳体，第一制动器有两个状态，分别是结合状态和分离状态，那么，通过控制第一制动器就能够实现前行星排的前第二端锁止在壳体上或者松开壳体，当第一制动器的状态改变时，前行星排的传动比也会发生变化，因此，根据实际运行环境相应改变第一制动器的状态，进而改变前行星排的传动比，使第一电机运行在高效区，提升第一电机的运行效率，进而提升驱动系统的运行效率。

进一步地，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后行星排的后第一端，一个是后行星排的后第二端，一个是后行星排的后第三端，所述第二电机驱动连接所述后第一端，所述前第三端传动连接所述后第二端，所述后第二端传动连接所述系统输出轴。

进一步地，所述后动力机构还包括离合器，所述离合器的一端连接所述后第一端，所述离合器的另一端连接所述后第二端。根据实际情况控制离合器的状态，实现工作模式的切换，使当前的工作模式满足实际的运行需要，提升驱动系统的运行效率。

进一步地，所述后动力机构还包括第二制动器，所述后第三端通过所述第二制动器连接壳体。根据实际情况控制第二制动器的状态，实现工作模式的切换，使当前的工作模式满足实际的运行需要，提升驱动系统的运行效率。

进一步地，所述前第一端为前太阳轮，所述前第二端为前行星架，所述前第三端为前齿圈，所述后第一端为后太阳轮，所述后第二端为后行星架，所述后第三端为后齿圈。

一种车辆，包括车辆本体以及一种双行星排结构的纯电动驱动系统，所述驱动系统包括前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括第一电机和前行星排，所述后动力机构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前行星排的前第一端，一个是前行星排的前第二端，一个是前行星排的前第三端，所述第一电机驱动连接所述前第一端，所述前第三端传动连接所述后动力机构，所述前动力机构还包括第一制动器，所述前第二端通过所述第一制动器连接壳体。

前行星排的前第二端通过第一制动器连接壳体，第一制动器有两个状态，分别是结合状态和分离状态，那么，通过控制第一制动器就能够实现前行星排的前第二端锁止在壳体上或者松开壳体，当第一制动器的状态改变时，前行星排的传动比也会发生变化，因此，根据实际运行环境相应改变第一制动器的状态，进而改变前行星排的传动比，使第一电机运行在高效区，提升第一电机的运行效率，进而提升驱动系统的运行效率。

进一步地，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后行星排的后第一端，一个是后行星排的后第二端，一个是后行星排的后第三端，所述第二电机驱动连接所述后第一端，所述前第三端传动连接所述后第二端，所述后第二端传动连接所述系统输出轴。

进一步地，所述后动力机构还包括离合器，所述离合器的一端连接所述后第一端，所述离合器的另一端连接所述后第二端。根据实际情况控制离合器的状态，实现工作模式的切换，使当前的工作模式满足实际的运行需要，提升驱动系统的运行效率。

进一步地，所述后动力机构还包括第二制动器，所述后第三端通过所述第二制动器连接壳体。根据实际情况控制第二制动器的状态，实现工作模式的切换，使当前的工作模式满足实际的运行需要，提升驱动系统的运行效率。

进一步地，所述前第一端为前太阳轮，所述前第二端为前行星架，所述前第三端为前齿圈，所述后第一端为后太阳轮，所述后第二端为后行星架，所述后第三端为后齿圈。

附图说明

图1是本实用新型提供的双行星排结构的纯电动驱动系统构型图；

图中，1为电机控制器，2为动力电池，3为第一制动器，4为第一电机，5为第二制动器，6为离合器，7为第二电机，8为驱动桥，9为前太阳轮，10为前齿圈，11为前行星架，12为后行星架，13为后齿圈，14为后太阳轮，15为系统输出轴。

具体实施方式

车辆实施例

本实施例提供一种车辆，该车辆为纯电动车辆，包括车辆本体以及一种双行星排结构的纯电动驱动系统(以下简称为驱动系统)，由于车辆本体不是本申请的保护重点，这里就不再具体说明。以下重点对驱动系统的结构以及工作过程进行详述。

驱动系统整体上包括前后两大部分，分别为前动力机构和后动力机构。其中，前动力机构包括第一电机4、前行星排和第一制动器3。通常来说，行星排包括三个端，分别称第一端、第二端和第三端，由于行星排的三个端分别是太阳轮、行星架和齿圈，因此，第一端、第二端和第三端分别与太阳轮、行星架和齿圈中的其中一个一一对应。即前行星排中的前太阳轮9、前行星架11和前齿圈10中有一个是前行星排的前第一端，一个是前行星排的前第二端，一个是前行星排的前第三端。第一电机4驱动连接前行星排的前第一端，前行星排的前第三端传动连接后动力机构，而且，前行星排的前第二端通过第一制动器3连接壳体。通过控制第一制动器3是否锁止能够调节前行星排的传动比，进而调节第一电机4的工作点，使第一电机4工作在高效区。

后动力机构包括第二电机7、后行星排和系统输出轴15，系统输出轴15驱动连接驱动桥8。第二电机7、后行星排和系统输出轴15构成的后动力机构的具体构型并不唯一，以下给出一种具体的构型。与前行星排同理，后行星排中的后太阳轮14、后行星架12和后齿圈13中有一个是后行星排的后第一端，一个是后行星排的后第二端，一个是后行星排的后第三端。第二电机7驱动连接后行星排的后第一端，前行星排的前第三端传动连接后行星排的后第二端，后行星排的后第二端传动连接系统输出轴15。

行星排的第一端、第二端和第三端与太阳轮、行星架和齿圈的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：前行星排的前第一端为前太阳轮9，前行星排的前第二端为前行星架11，前行星排的前第三端为前齿圈10；后行星排的后第一端为后太阳轮14，后行星排的后第二端为后行星架12，后行星排的后第三端为后齿圈13。

那么，如图1所示，第一电机4驱动连接前太阳轮9，前齿圈10传动连接后行星架12和系统输出轴15，前行星架11通过第一制动器3连接壳体，第一制动器3用于锁止前行星架11，第二电机7驱动连接后太阳轮14。

进一步地，如图1所示，后动力机构还包括离合器6，离合器6的一端连接后太阳轮14，离合器6的另一端连接后行星架12，离合器6用于锁止后行星架12与后太阳轮14，使后行星架12与后太阳轮14同步转动。而且，后动力机构还包括第二制动器5，后第三端，即后齿圈13通过第二制动器5连接壳体，第二制动器5用于锁止后齿圈13。

另外，动力电池2通过电机控制器1电连接第一电机4和第二电机7。

本实施例中，前行星排和后行星排的转速关系式相同，均为：

n_s+kn_r＝(1+k)n_c

对于任意一个行星排，n_s为太阳轮的转速，n_r为齿圈的转速，n_c为行星架的转速，k为行星排的特征系数，即齿圈齿数和太阳轮齿数的比值，下述中，k₁表示前行星排的特征系数，k₂表示后行星排的特征系数。

驱动系统可实现以下十种工作模式：

1、纯电驱动模式一：

第一制动器3锁止，第二制动器5锁止，离合器6分离。其中，第一制动器3锁止，前行星排速比i₁＝k₁；第二制动器5锁止，离合器6松开，后行星排速比i₂＝1+k₂。此模式下，第一电机4与第二电机7共同驱动，适用于爬坡路况，可实现车辆较大的爬坡度。

2、纯电驱动模式二：

第一制动器3锁止，第二制动器5松开，离合器6结合。其中，第一制动器3锁止，前行星排速比i₁＝k₁；第二制动器5松开，离合器6结合，此时后太阳轮14与后行星架12锁死，n_c＝n_s，后行星排速比i₂＝1。此模式下，第一电机4与第二电机7共同驱动，适用于高速路况，并且电机此时的工作效率较高。

3、纯电驱动模式三：

第一制动器3锁止，第二制动器5松开，离合器6分离。其中，第一制动器3锁止，前行星排速比i₁＝k₁；第二制动器5松开，离合器6分离，此时第一电机4主驱，后行星架12和后齿圈13空转。此模式下，第一电机4单独驱动，第二电机7空转，适用于需求扭矩较小的工况。

4、纯电驱动模式四：

第一制动器3松开，第二制动器5松开，离合器6结合。其中，第二制动器5松开，离合器6结合，后行星排速比i₂＝1，此时第二电机7主驱，前行星架11空转。此模式下，第二电机7单独驱动，第一电机4空转，适用于车速较高且需求扭矩较小的工况。

5、纯电驱动模式五：

第一制动器3松开，第二制动器5锁止，离合器6分离。其中，第二制动器5锁止，离合器6分离，后行星排速比i₂＝1+k₂，此时第二电机7主驱，前行星架11空转。此模式下，第二电机7单独驱动，第一电机4空转，适用于车速较低且需求扭矩较大的工况。

6、制动回收模式一：

第一制动器3锁止，第二制动器5锁止，离合器6分离。其中，第一制动器3锁止，前行星排速比i₁＝k₁；第二制动器5锁止，离合器6分离，后行星排速比i₂＝1+k₂。此模式下，第一电机4和第二电机7共同发电，适用于车速较低的工况。

7、制动回收模式二：

第一制动器3锁止，第二制动器5松开，离合器6结合。其中，第一制动器3锁止，前行星排速比i₁＝k₁；第二制动器5松开，离合器6结合，后太阳轮14与后行星架12锁死，后行星排速比i₂＝1。此模式下，第一电机4和第二电机7共同发电，适用于车速较高的工况。

8、制动回收模式三：

第一制动器3锁止，第二制动器5松开，离合器6分离。其中，第一制动器3锁止，前行星排速比i₁＝k₁。此模式下，第一电机4发电，第二电机7空转，适用于制动扭矩需求较小的工况。

9、制动回收模式四：

第一制动器3松开，第二制动器5松开，离合器6结合。其中，第二制动器5松开，离合器6结合，后行星排速比i₂＝1。此模式下，第二电机7发电，第一电机4空转，适用于车速较高且制动扭矩需求较小的情况。

10、制动回收模式五：

第一制动器3松开，第二制动器5锁止，离合器6分离。其中，第二制动器5锁止，离合器6分离，后行星排速比i₂＝1+k₂。此模式下，第二电机7发电，第一电机4空转，适用于制动扭矩需求较大的情况。

综上所述，本申请提供的一种双行星排结构的纯电动驱动系统通过控制各制动器以及离合器的状态实现五种纯电驱动模式和五种制动回收模式，各组成部分的工作状态汇总见表1。

表1

因此，通过电机、双行星排、离合器以及制动器的相互配合，实现不同工况下电机都能工作在高效区，通过行星排的不同工作模式满足车辆较大的爬坡能力，并且提高制动能量回收效率。与现有技术相比，本申请提供的一种双行星排结构的纯电动驱动系统具有的技术效果具体如下：

1、双行星排结构紧凑，根据不同的工况，通过控制第一制动器3、第二制动器5以及离合器6的状态，实现不同的挡位切换，确保电机工作在高效区，系统效率高，而且，可以达到更大的爬坡度，系统动力性较好。

2、行星排具有减速增扭的作用，因此动力匹配时可以选择小扭矩的驱动电机，降低了设计开发成本，减小了驱动电机的结构尺寸，也为底盘总布置设计带来方便。

3、通过锁止后齿圈13，以及锁止后太阳轮14和后行星架12，实现大速比差的调节。

4、通过离合器6的滑磨实现在制动过程中进行换挡，根据不同的工况，实现不同的制动回收模式，提高整车经济性，制动能量回收效率较高，提升经济性。

5、通过离合器6的分离和结合，以及第一制动器3和第二制动器5的锁止和松开，增大工作模式的数量，能够实现五种纯电驱动模式以及五种制动回收模式。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。

双行星排结构的纯电动驱动系统实施例

本实施例提供一种双行星排结构的纯电动驱动系统，该驱动系统可以单独保护。由于上述车辆实施例中已对该驱动系统的结构以及工作过程进行了详细地描述，这里就不再具体说明。

Claims (10)

1.一种双行星排结构的纯电动驱动系统，包括前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括第一电机和前行星排，所述后动力机构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前行星排的前第一端，一个是前行星排的前第二端，一个是前行星排的前第三端，所述第一电机驱动连接所述前第一端，所述前第三端传动连接所述后动力机构，其特征在于，所述前动力机构还包括第一制动器，所述前第二端通过所述第一制动器连接壳体。

2.根据权利要求1所述的双行星排结构的纯电动驱动系统，其特征在于，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后行星排的后第一端，一个是后行星排的后第二端，一个是后行星排的后第三端，所述第二电机驱动连接所述后第一端，所述前第三端传动连接所述后第二端，所述后第二端传动连接所述系统输出轴。

3.根据权利要求2所述的双行星排结构的纯电动驱动系统，其特征在于，所述后动力机构还包括离合器，所述离合器的一端连接所述后第一端，所述离合器的另一端连接所述后第二端。

4.根据权利要求3所述的双行星排结构的纯电动驱动系统，其特征在于，所述后动力机构还包括第二制动器，所述后第三端通过所述第二制动器连接壳体。

5.根据权利要求2或3或4所述的双行星排结构的纯电动驱动系统，其特征在于，所述前第一端为前太阳轮，所述前第二端为前行星架，所述前第三端为前齿圈，所述后第一端为后太阳轮，所述后第二端为后行星架，所述后第三端为后齿圈。

6.一种车辆，包括车辆本体以及一种双行星排结构的纯电动驱动系统，所述驱动系统包括前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括第一电机和前行星排，所述后动力机构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前行星排的前第一端，一个是前行星排的前第二端，一个是前行星排的前第三端，所述第一电机驱动连接所述前第一端，所述前第三端传动连接所述后动力机构，其特征在于，所述前动力机构还包括第一制动器，所述前第二端通过所述第一制动器连接壳体。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后行星排的后第一端，一个是后行星排的后第二端，一个是后行星排的后第三端，所述第二电机驱动连接所述后第一端，所述前第三端传动连接所述后第二端，所述后第二端传动连接所述系统输出轴。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于，所述后动力机构还包括离合器，所述离合器的一端连接所述后第一端，所述离合器的另一端连接所述后第二端。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述后动力机构还包括第二制动器，所述后第三端通过所述第二制动器连接壳体。

10.根据权利要求7或8或9所述的车辆，其特征在于，所述前第一端为前太阳轮，所述前第二端为前行星架，所述前第三端为前齿圈，所述后第一端为后太阳轮，所述后第二端为后行星架，所述后第三端为后齿圈。