CN209320670U

CN209320670U - 一种复合式行星排混合动力装置及使用该装置的车辆

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Publication number: CN209320670U
Application number: CN201821753305.XU
Authority: CN
Inventors: 刘小伟; 王印束; 陈慧勇; 王岩; 王富生; 王兴; 李建锋; 吴胜涛; 郭涛; 王建温
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2018-10-25
Filing date: 2018-10-25
Publication date: 2019-08-30
Anticipated expiration: 2028-10-25

Abstract

本实用新型涉及一种复合式行星排混合动力装置及使用该装置的车辆。一种复合式行星排混合动力装置，包括发动机、电机和用于实现发动机与电机的汇流的行星排，所述行星排为设有两级行星轮的复合式行星排，其太阳轮与电机连接并由太阳轮锁止离合器锁止或释放，其齿圈与发动机传动连接，其动力由行星架输出。本实用新型采用上述技术方案，行星排为设有两级行星轮的复合式行星排，发动机直接与齿圈相连接，在高速时，第一电机通过第一锁止离合器锁止，发动机与行星排的动力输出端的速比为(k‑1)/k，在k值为1.5‑4时，速比约为0.33‑0.75，与现有技术相比，速比可调节范围大，且可实现较小的速比，在高车速时，例如超车时不会导致发动机转速过高。

Description

一种复合式行星排混合动力装置及使用该装置的车辆

技术领域

本实用新型涉及复合式行星排混合动力装置及使用该装置的车辆。

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CN104175860B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、二号电机、前行星排、后行星排和系统输出轴，前行星排能够实现发动机与一号电机的汇流，其前太阳轮与一号电机连接并由前锁止离合器锁止或释放，前行星架与发动机传动连接；所述后行星排能够实现前行星排的输出端与二号电机的汇流，其后太阳轮与二号电机连接，后行星架与系统输出轴连接，所述前行星排的前齿圈与所述后行星排的后太阳轮连接；所述后行星排的后齿圈连接有用于对后齿圈锁止或释放的后锁止离合器；后齿圈、后行星架和后太阳轮的至少两个之间设有用于在结合和分离时分别使所述后行星排作为一个整体转动和使后齿圈、后行星架以及后太阳轮相对自由转动的模式离合器。

前行星排采用的是单行星轮方式，由于机械结构的限制，行星排特征参数k/至少需要大于1.5，车辆需要高速运行时，在避免一号电机反转的前提下(反转会带来功率循环，系统效率降低)，假设一号电机转速为0，发动机与行星排的输出轴速比为k/(k+1)，由于k/值范围大约为1.5-4，因此速比大约为0.6-0.8，可调范围较小，且速比不能调到小于0.5，这会导致发动机工作转速偏高，工作点不经济。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种复合式行星排混合动力装置，以解决现有技术中超速速比难以满足要求而导致发动机工作转速偏高的问题。本实用新型的另一个目的是提供一种使用该复合式行星排混合动力装置的车辆，以解决现有的车辆所采用的混合动力装置发动机工作转速偏高，工作点不经济的问题。

本实用新型中复合式行星排混合动力装置采用的技术方案如下。

复合式行星排混合动力装置，包括发动机、电机和用于实现发动机与电机的汇流的行星排，所述行星排为设有两级行星轮的复合式行星排，其太阳轮与电机连接并由太阳轮锁止离合器锁止或释放，其齿圈与发动机传动连接，其动力由行星架输出。

该技术方案的有益效果：本实用新型采用上述技术方案，行星排为设有两级行星轮的复合式行星排，发动机直接与齿圈相连接，在高速时，第一电机通过第一锁止离合器锁止，发动机与行星排的动力输出端的速比为(k-1)/k，在k/值为1.5-4时，速比约为0.33-0.75，与现有技术相比，速比可调节范围大，且可实现较小的速比，在高车速时，例如超车时不会导致发动机转速过高。

作为一种优选的技术方案，所述复合式行星排混合动力装置包括用于锁止所述齿圈的齿圈锁止离合器。

有益效果：设置齿圈锁止离合器能够获得更多的工作模式，提升动力性能。

作为一种优选的技术方案，所述电机为第一电机，所述行星排为第一行星排，所述太阳轮为第一太阳轮，所述行星架为第一行星架；所述复合式行星排混合动力装置还包括第二电机和第二行星排，所述第二行星排用于实现第一行星排的输出端与第二电机的汇流，包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，第二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第一行星架连接，所述第二齿圈连接有用于对第二齿圈锁止或释放的锁止离合器。

有益效果：第二行星架与所述装置输出轴及所述第一行星排的第一行星架连接能够实现第一行星排和第二行星排与装置输出轴的直接连接，依靠第一电机、第二电机实现制动；同时，第二齿圈连接有用于对第二齿圈锁止或释放的锁止离合器，在增加工作模式的同时，结构简单，有利于提高行星排混合动力装置的空间利用率。

作为一种优选的技术方案，第二齿圈、第二行星架和第二太阳轮的至少两个之间设有模式离合器，所述模式离合器用于在结合和分离时分别使所述第二行星排作为一个整体转动和使第二齿圈、第二行星架以及第二太阳轮相对自由转动。

有益效果：设置模式离合器能够实现更多的速比变化和工作模式。

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复合式行星排混合动力装置，所述复合式行星排混合动力装置包括发动机、电机和用于实现发动机与电机的汇流的行星排，所述行星排为设有两级行星轮的复合式行星排，其太阳轮与电机连接并由太阳轮锁止离合器锁止或释放，其齿圈与发动机传动连接，其动力由行星架输出。

该技术方案的有益效果：本实用新型采用上述技术方案，行星排为设有两级行星轮的复合式行星排，发动机直接与齿圈相连接，在高速时，第一电机通过第一锁止离合器锁止，发动机与行星排的动力输出端的速比为(k-1)/k，在k值为1.5-4时，速比约为0.33-0.75，与现有技术相比，速比可调节范围大，且可实现较小的速比，在高车速时，例如超车时不会导致发动机转速过高，解决现有的车辆所采用的混合动力装置发动机工作转速偏高，工作点不经济的问题。

附图说明

图1是本实用新型中复合式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；

图3是图1中混合动力装置的制动模式选择逻辑图；

图4是本实用新型中复合式行星排混合动力装置的实施例二的结构示意图；

图5是本实用新型中复合式行星排混合动力装置的实施例三的结构示意图。

图中各附图标记所对应的组成部分的名称为：1-发动机；2-扭转减振器；3-第一电机；4-电机控制器；5-第一锁止离合器；61-第一齿圈；62-第一行星架；63-第一太阳轮；7-动力电源；8-第二锁止离合器；91-第二齿圈；92-第二行星架；93-第二太阳轮；10-第三锁止离合器；11-第二电机；12-输出轴；13-后桥；14-轮胎；15-第四锁止离合器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步说明。

本实用新型中复合式行星排混合动力装置的一个实施例如图1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、第一锁止离合器5、第一齿圈61、第一行星架62、第一太阳轮63、动力电源7、第二锁止离合器8、第二齿圈91、第二行星架92、第二太阳轮93、第三锁止离合器10、第二电机11、输出轴12、后桥13、轮胎14、第四锁止离合器15。其中第一锁止离合器5为太阳轮锁止离合器，第四锁止离合器15为齿圈锁止离合器，第一齿圈61、第一行星架62、第一太阳轮63构成第一行星排，第二齿圈91、第二行星架92、第二太阳轮93构成第二行星排，第一行星排为复合式行星排，设有两级行星轮。设有两级行星轮的复合式行星排为现有技术，具体结构此处不再详细说明。

发动机1的输出端通过扭转减振器2与第一齿圈61相连接；第一电机3的转子与第一锁止离合器5以及第一太阳轮63相连接；第一行星架62与第二行星架92相连接并与输出轴12相连接；第二电机11的转子与第二太阳轮93相连接；第三锁止离合器10为模式离合器，一端与第二行星架92连接，一端与第二电机11的转子连接；第四锁止离合器与第一行星架62相连接。具体工作模式为：

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11单独驱动，低速纯电模式：第四锁止离合器15处于锁死/非锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第三锁止离合器10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＝k₂T_MG2，其中k₂为第二齿圈91半径与第二太阳轮93半径的比值，T_MG2为第二电机11转矩，T_out为输出轴的输出转矩。第四锁止离合器15处于锁死状态时，可以通过控制电路的开断使第一电机3不产生力矩，第一电机3处于空转状态。

纯电动工作模式2，第二电机11单独驱动，高速纯电模式：第四锁止离合器15处于锁死/非锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10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。第四锁止离合器15处于锁死状态时，可以通过控制电路的开断使第一电机3不产生力矩，第一电机3处于空转状态。

纯电动工作模式3，第一电机单独驱动：第四锁止离合器15处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10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＝(k₁-1)T_MG1，T_MG1为第一电机3转矩，k₁为第一齿圈61半径与第一太阳轮63半径的比值，T_out为输出轴的输出转矩。

纯电动工作模式4，双电机同时驱动低速纯电模式：第四锁止离合器15处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第三锁止离合器10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＝(k₁-1)T_MG1+k₂T_MG2，其中k₂为第二齿圈91半径与第二太阳轮93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为第一齿圈61半径与第一太阳轮63半径的比值，T_out为输出轴的输出转矩。

纯电动工作模式5，双电机同时驱动高速纯电模式：第四锁止离合器15处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10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＝(k₁-1)T_MG1+T_MG2，其中k₂为第二齿圈91半径与第二太阳轮93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为第一齿圈61半径与第一太阳轮63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：

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。

第四步：如果P_drive≤P₁，进入工作模式3，否则进入第五步。

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：比较工作模式2和5的效率，如果工作模式2效率>工作模式5效率，则进入工作模式2，否则进入工作模式5。

第七步：比较工作模式1和4的效率，如果工作模式1效率>工作模式4效率，则进入工作模式1，否则进入工作模式4。

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：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第三锁止离合器10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＝(k₁-1)/k₁T_E+T_MG2k₂，其中k₁为第一齿圈61半径与第一太阳轮63半径的比值，k₂为第二齿圈91半径与第二太阳轮93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，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：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10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＝(k₁-1)/k₁T_E+T_MG2，其中k₁为第一齿圈61半径与第一太阳轮63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，通过第二锁止离合器8的释放与第三锁止离合器10的锁止，降低第二电机11的转速，适合于高速混动工况。

发动机直驱模式：第四锁止离合器15处于非锁死状态，第一锁止离合器5处于锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10非锁死状态。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＝k₁/(k₁-1)T_E，其中k₁为第一齿圈61半径与第一太阳轮63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直驱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四种模式：

制动能量回收模式1，第二电机单独制动，低速工况制动能量回收：

第四锁止离合器15处于锁死/非锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第三锁止离合器10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＝1/k₂T_out，其中，k₂为第二齿圈91半径与第二太阳轮93半径的比值，T_MG2为第二电机11转矩，T_out为输出轴转矩。第四锁止离合器15处于锁死状态时，可以通过控制电路的开断使第一电机3不产生力矩，第一电机3处于空转状态。

制动能量回收模式2，第二电机单独制动，高速工况制动能量回收：

第四锁止离合器15处于锁死/非锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10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。第四锁止离合器15处于锁死状态时，可以通过控制电路的开断使第一电机3不产生力矩，第一电机3处于空转状态。

制动能量回收模式3，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，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第三锁止离合器10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_MG1(k₁-1)+T_MG2k₂＝T_out，其中，k₂为第二齿圈91半径与太阳轮93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为第一齿圈61半径与第一太阳轮63半径的比值，T_out为输出轴转矩。

制动能量回收模式4，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处于锁死状态，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10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_MG1(k₁-1)+T_MG2＝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为第一齿圈61半径与第一太阳轮63半径的比值，T_out为输出轴转矩。

以上四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4，否则进入工作模式3。

第四步：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2，否则进入工作模式1。

逻辑图如图3所示。

下表为几种模式下，具体各零部件的工作状态见表1：

表1

上述复合式行星排混合动力装置利用第一锁止离合器5，能够解决现有行星混联系统在发动机直驱模式时因第一电机3堵转而无法长时间发动机1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1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。

利用第二锁止离合器8、第三锁止离合器10，在高速行驶不需要电机助力的时候，可以将实现高车速第二电机11不随转，避免高速弱磁损失。

利用第二锁止离合器8、第三锁止离合器10，可以实现后排行星排两个速比，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，解决了现有的系统无法兼顾大爬坡和高车速的问题。

利用第四锁止离合器15，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11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。

本实用新型中的实施例二如图4所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例中第三锁止离合器10一端与第二齿圈91连接，一端与第二电机11的转子连接。

本实用新型中的实施例三如图5所示，本实施例与实施例一的不同之处在于，本实施例中第三锁止离合器10一端与第二齿圈91连接，一端与第二行星架92连接。

在上述实施例中，混合动力装置通过两级行星排实现动力传递，在本实用新型的其他实施例中，第二行星排也可以替换为其他形式，例如替换为双离合变速器的形式或定轴轮系的形式，或者仅第二齿圈锁止的行星排，或者仅第二行星架锁止的行星排。

另外，在上述实施例中，复合式行星排混合动力装置包括用于锁止所述发动机的第四锁止离合器15，在其他实施例中，也可以不设置第四锁止离合器15，此时复合式行星排混合动力装置的工作模式将不包含上表中的纯电驱动模式的模式3、模式4、模式5，以及制动能量回收模式的模式3、模式4。

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复合式行星排混合动力装置，所述复合式行星排混合动力装置即上述实施例中的复合式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

1.一种复合式行星排混合动力装置，包括发动机、电机和用于实现发动机与电机的汇流的行星排，其特征在于：所述行星排为设有两级行星轮的复合式行星排，其太阳轮与电机连接并由太阳轮锁止离合器锁止或释放，其齿圈与发动机传动连接，其动力由行星架输出。

2.根据权利要求1所述的复合式行星排混合动力装置，其特征在于：所述复合式行星排混合动力装置包括用于锁止所述齿圈的齿圈锁止离合器。

3.根据权利要求1或2所述的复合式行星排混合动力装置，其特征在于：所述电机为第一电机，所述行星排为第一行星排，所述太阳轮为第一太阳轮，所述行星架为第一行星架；所述复合式行星排混合动力装置还包括第二电机和第二行星排，所述第二行星排用于实现第一行星排的输出端与第二电机的汇流，包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，第二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第一行星架连接，所述第二齿圈连接有用于对第二齿圈锁止或释放的锁止离合器。

4.根据权利要求3所述的复合式行星排混合动力装置，其特征在于：第二齿圈、第二行星架和第二太阳轮的至少两个之间设有模式离合器，所述模式离合器用于在结合和分离时分别使所述第二行星排作为一个整体转动和使第二齿圈、第二行星架以及第二太阳轮相对自由转动。

5.一种车辆，包括车体、车轮和用于驱动车轮转动的复合式行星排混合动力装置，所述复合式行星排混合动力装置包括发动机、电机和用于实现发动机与电机的汇流的行星排，其特征在于：所述行星排为设有两级行星轮的复合式行星排，其太阳轮与电机连接并由太阳轮锁止离合器锁止或释放，其齿圈与发动机传动连接，其动力由行星架输出。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于：所述复合式行星排混合动力装置包括用于锁止所述齿圈的齿圈锁止离合器。

7.根据权利要求5或6所述的车辆，其特征在于：所述电机为第一电机，所述行星排为第一行星排，所述太阳轮为第一太阳轮，所述行星架为第一行星架；所述复合式行星排混合动力装置还包括第二电机和第二行星排，所述第二行星排用于实现第一行星排的输出端与第二电机的汇流，包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈，第二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第一行星架连接，所述第二齿圈连接有用于对第二齿圈锁止或释放的锁止离合器。

8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于：第二齿圈、第二行星架和第二太阳轮的至少两个之间设有模式离合器，所述模式离合器用于在结合和分离时分别使所述第二行星排作为一个整体转动和使第二齿圈、第二行星架以及第二太阳轮相对自由转动。