CN109080435A - 一种单行星排混合动力***及使用该混合动力***的车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单行星排混合动力***及使用该混合动力***的车辆，以增加电机输出扭矩。单行星排混合动力***包括行星排，行星排具有三个动力输入端和一个动力输出端，混合动力***还包括分别与三个动力输入端对应传动相连的发动机、第一电机和第二电机，发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电子输出轴三者异轴布置，所述第一电机和第二电机中的至少一个与行星排的相应动力输入端之间设有变速箱。变速箱能够起到减速增扭的作用，电子转子经过变速箱后，速度降低，扭矩增加，使由行星排动力输出端输出的扭矩也增加，保证能够驱动整车行驶。

Description

一种单行星排混合动力***及使用该混合动力***的车辆
技术领域
本发明涉及一种单行星排混合动力***及使用该混合动力***的车辆。
背景技术
混联式混合动力***相对于串联混合动力***和并联混合动力***具有巨大的性能优势。当前的混联式动力***主要采用行星机构作为功率分流装置，综合了串并联混合动力***的优点，并且能够实现无极变速。
申请公布日为2016年11月16日、申请公布号为CN106114185A的一篇发明专利公开了一种混合动力耦合传动装置，该传动装置（动力***）包括行星排，行星排具有三个动力输入端和一个动力输出端，三个动力输入端分别为太阳轮输入端、齿圈输入端以及行星架输入端，动力输出端上连接有动力输出轴。动力***还包括分别与三个动力输入端对应传动相连的发动机、第一电机和第二电机，其中第一电机和第二电机中的一个为传动辅助电机，另一个为驱动电机，发动机输出轴、第一电机输出输出轴和第二电机输出轴并排布置，在发动机输出轴与行星排之间、传动辅助电机输出轴与行星排之间设有制动器。该动力***中，通过控制第一电机、第二电机和发动机的通断，能够实现不同工作模式的切换。如纯电动模式，处于该模式时，发动机停止工作，动力***的动力输出是由驱动电机提供的；如混合动力模式，处于该模式时，发动机和驱动电机均工作，动力***的动力输出是由驱动电机和发动机共同提供的；如发动机驱动模式，处于该模式时，发动机直接驱动车辆。
但是在上述的动力***中，当驱动电机工作为动力***提供动力时，由于驱动电机通过齿轮直接与行星排输出轴相连，驱动电机向行星排输入的扭矩值为一定值，为了提高行星排输出端的扭矩，需要配备较大输出扭矩的驱动电机，提高了驱动电机的成本。而且，驱动电机与行星排输出轴之间的转速之比为定值，扭矩之比也为定值，驱动电机无法适应。当动力***处于发动机驱动模式时，发动机会带动行星排的其中一个动力输入端转动，由于驱动电机通过齿轮直接与行星排输出轴相连，行星排输出轴会带动驱动电机发生随转，存在机电转换，降低了动力***的能量利用率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够增加电机输出扭矩的单行星排混合动力***，本发明还提供一种使用该混合动力***的车辆。
为实现上述目的，本发明单行星排混合动力***的技术方案是：一种单行星排混合动力***，包括行星排，行星排具有三个动力输入端和一个动力输出端，混合动力***还包括分别与三个动力输入端对应传动相连的发动机、第一电机和第二电机，发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电子输出轴三者异轴布置，所述第一电机和第二电机中的至少一个与行星排的相应动力输入端之间设有变速箱。
所述第一电机为ISG电机，第二电机为主驱动电机，所述变速箱设于主驱动电机与行星排相应的动力输入端之间。
ISG电机输出轴与相应的动力输入端之间通过ISG电机输出轴齿轮啮合传动，混合动力***还包括对ISG电机输出轴或ISG电机输出轴齿轮或相应的动力输入端进行锁止的锁止机构。
发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电机输出轴并排布置，第一电机、第二电机分设于发动机输出轴的两侧，第一电机、第二电机和发动机位于行星排的同一侧。
混合动力***包括安装座，安装座上集成有所述的发动机、第一电机、第二电机和变速箱。
混合动力***具有如下工作模式：一、纯电动驱动模式：发动机不启动，ISG电机不工作，锁止机构松开，主驱动电机输出动力，动力经变速箱减速增扭后驱动车辆行驶；二、混合驱动模式：锁止机构松开，发动机启动，ISG电机调节发动机转速和扭矩，发动机驱动车辆行驶，同时主驱动电机根据整车的扭矩需求确定是否工作助力；三、发动机直驱模式：锁止机构锁止，ISG电机不工作，发动机启动，发动机驱动车辆行驶，同时主驱动电机根据整车扭矩需求确定是否工作助力；四、制动能量回收模式：发动机不工作，ISG电机不工作，主驱动电机提供制动力，根据不同的制动力需求，变速箱处于不同的档位，车辆制动时带动主驱动电机转动进行发电。
本发明车辆的技术方案是：一种车辆，包括单行星排混合动力***，混合动力***包括行星排，行星排具有三个动力输入端和一个动力输出端，混合动力***还包括分别与三个动力输入端对应传动相连的发动机、第一电机和第二电机，发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电子输出轴三者异轴布置，所述第一电机和第二电机中的至少一个与行星排的相应动力输入端之间设有变速箱。
所述第一电机为ISG电机，第二电机为主驱动电机，所述变速箱设于主驱动电机与行星排相应的动力输入端之间。
ISG电机输出轴与相应的动力输入端之间通过ISG电机输出轴齿轮啮合传动，混合动力***还包括对ISG电机输出轴或ISG电机输出轴齿轮或相应的动力输入端进行锁止的锁止机构。
所述发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电机输出轴并排布置，所述第一电机、第二电机分设于发动机输出轴的轴向两侧，第一电机、第二电机和发动机均位于行星排的一侧。
混合动力***包括安装座，安装座上集成有所述的发动机、第一电机、第二电机和变速箱。
混合动力***具有如下工作模式：一、纯电动驱动模式：发动机不启动，ISG电机不工作，锁止机构松开，主驱动电机输出动力，动力经变速箱减速增扭后驱动车辆行驶；二、混合驱动模式：锁止机构松开，发动机启动，ISG电机调节发动机转速和扭矩，发动机驱动车辆行驶，同时主驱动电机根据整车的扭矩需求确定是否工作助力；三、发动机直驱模式：锁止机构锁止，ISG电机不工作，发动机启动，发动机驱动车辆行驶，同时主驱动电机根据整车扭矩需求确定是否工作助力；四、制动能量回收模式：发动机不工作，ISG电机不工作，主驱动电机提供制动力，根据不同的制动力需求，变速箱处于不同的档位，车辆制动时带动主驱动电机转动进行发电。
本发明的有益效果是：本发明提供的单行星排混合动力***，在第一电机和第二电机中的至少一个与行星排之间设置变速箱，变速箱能够起到减速增扭的作用，经过变速箱后，速度降低，扭矩增加，使由行星排动力输出端输出的扭矩也增加，保证能够驱动整车行驶。由于增加了减速增扭的变速箱，选用电机时，可以选用输出扭矩较小的电机，降低了电机成本。变速箱通常具有多个档位，通过多个档位的切换，能够使电机输出的功率与车辆处于的工况相适应，使电机处于高效工作的状态。使用时，当不需要电机工作时，使变速箱处于空档的位置，发动机不会通过行星排带动电机零扭矩转动，进而增加能量的转换和损耗，提高了发动机输出能量的利用效果。
附图说明
图1为本发明车辆实施例的示意图。
图中，1为发动机，2为扭矩减震器，3为ISG电机，4为锁止机构，5为行星排，6为变速箱，7为主驱动电机，8为电机控制器，9为动力电池，10为后桥，3A为ISG电机转子，5A为行星架，5B为齿圈，5C为太阳轮，6A为变速箱输入轴，6B为变速箱中间轴，6C为中间轴二档齿轮，6D为中间轴一档齿轮，6E为变速箱输出轴，6F为输出轴一档齿轮，6G为输出轴二档齿轮，6H为变速箱同步装置，6I为减速齿轮，7A为主驱动电机转子。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的车辆的具体实施例，如图1所示，本发明的车辆包括单行星排混合动力***和后桥10，后桥10作为传动轴。单行星排混合动力***包括行星排，行星排包括太阳轮5C、行星架5A和齿圈5B，在行星架5A上安装有行星轮（图中未标记）。在齿圈5B上连接有***输出轴，***输出轴与后桥10相连接。混合动力***还包括发动机1、ISG电机3和主驱动电机7，由图1可以看出，发动机1的输出轴、ISG电机3的ISG电子转子3A和主驱动电机7的主驱动电机转子7A三者并排布置，缩短了混合动力***的图1所示的左右方向的距离，消除了混合动力***尺寸的制约，扩大了混合动力***的适用范围。同时，由于采用了并排布置的方式，ISG电机和主驱动电机均可采用实心轴电机，与现有技术中存在的同轴设置的形式相比，实现轴电机降低了加工难度和加工成本，同时降低了行星排润滑油渗入电机的风险。
在发动机输出轴上安装有扭矩减震器2，发动机输出轴直接与行星架5A相连，工作时，发动机1驱动行星架5A转动，带动行星轮进行公转。ISG电机转子3A通过主动齿轮与太阳轮5C进行齿轮啮合传动，太阳轮5C进行自转。混合动力***还包括设于主动齿轮外部的锁止机构4，锁止机构4能够锁止主动齿轮，使主动齿轮、ISG电机转子与太阳轮5C均处于不可转动的状态，锁止机构4可以松开，使ISG电机转子、主动齿轮和太阳轮5C处于可以转动的状态。本实施例中，锁止机构4是通过对主动齿轮的锁止实现对三者的控制，在其他实施例中，锁止机构4可以设于ISG电机转子3A或太阳轮5C的外部以对ISG电机转子3A或太阳轮5C进行锁止和松开。通过锁止机构4对ISG电机3进行锁止，使得在发动机1直接驱动车辆行驶时，避免发动机1带动行星排转动时，行星排反向驱动ISG电机3进行转动，使***存在机电转换，存在能量的损耗。
在主驱动电机转子7A上连接有变速箱6，变速箱输入轴6A与主驱动电机转子7A传动相连。本实施例中，变速箱6为两档变速箱，包括一档、二档和空档。变速箱输出轴6E上连接有减速齿轮6I，减速齿轮6I与行星排的齿圈5B的外齿轮啮合传动。本实施例中，利用变速箱6和减速齿轮6I分别对主驱动电机7进行减速增扭，在主驱动电机7驱动车辆行走时，大大提高了混合动力***的爬坡性能，***的动力性比较好。由于变速箱6的存在，在选用主驱动电机7时，可以选用较小扭矩的主驱动电机，从而降低了电机的成本。且由于变速箱6具有不同的档位，通过使变速箱6处于不同的档位，使得主驱动电机7输出的扭矩与实际的车辆行驶工况相匹配，使主驱动电机7处于高效率的工作状态。由于变速箱6具有空档，当主驱动电机7处于不工作的状态时，将变速箱6置于空档的位置，行星排不会反向带动主驱动电机7进行转动，减少***输出的载荷，提高了***的整体工作效率。
本发明中的混合动力***可以具有纯电驱动、混合驱动、发动机直驱、制动能量回收等工作模式，具体如下所述：
1、纯电驱动模式：
处于该模式的混合动力***，发动机不启动，ISG电机不工作，锁止机构松开，主驱动电机驱动，动力通过主驱动电机转子传递至变速箱经变速箱减速增扭后通过减速齿轮传递给行星排齿圈，行星排齿圈驱动整车行驶。根据不同的车速和工况需要变速箱选择不同的档位，使得在满足车辆工况行驶需求的前提下，主驱动电机始终处于高效率区域工作，从而提升***效率。
2、混合驱动模式：
处于此模式下，锁止机构松开，发动机工作，根据整车需求ISG电机调节发动机转速和扭矩使得发动机始终处于高效率区域运行从而提升燃油经济性。主驱动电机根据整车需求扭矩的大小确定是否需要助力，当整车需求的扭矩较大时，单纯依靠发动机无法满足整车扭矩需求时，电机控制器8控制主驱动电机输出扭矩驱动车辆。当发动机输出扭矩满足整车扭矩需求时，变速箱处于空档的位置，避免主驱动电机随转带来的效率损失。当发动机处于高效率区时，通过行星排输出的扭矩大于整车需求时，驱动电机处于发电模式，将多余的机械能转换为电能存储至动力电池9内。
3、发动机直驱模式：
当车速较高时，发动机处于高效率区域工作，锁止机构锁止ISG电机使得发动机处于直接驱动行星排转动的模式，此模式下发动机直接驱动车辆，主驱动电机根据整车需求扭矩的大小确定是否助力。此模式相比混合驱动模式取消了ISG电机发电的工况，取消了能量的转换，提高了能量利用效率。
4、制动能量回收模式：
此模式下发动机不工作，ISG电机不工作，主驱动电机提供制动力，根据不同的制动力需求，变速箱处于不同的档位，保证主驱动电机能够提供充足的制动扭矩，此时，车辆反向带动主驱动电机转动，主驱动电机处于发电模式，将多余的机械能转换为电能存储至动力电池9内。由于主驱动电机连接在行星排的齿圈上，而行星排的***输出轴也是连接在行星排的齿圈上的，因此，制动能量回收模式下，能量回收由主驱动电机完成。
本发明中通过发动机、ISG电机、主驱动电机、变速箱、锁止机构的锁止和松开完成了多个模式的工作，以适应车辆不同工况和速度的需求。本发明中通过变速箱提高了主驱动电机输出的扭矩，使电动模式下车辆也能够正常行驶。同时，在发动机工作时，主驱动电机通过变速箱的传输也能够为发动机进行助力。在车辆匀速小功率行驶时，将变速箱置于空档的位置，防止了现有技术中虽然主驱动电机不需要助力但是也需要随转而导致效率损失的情况发生。
本实施例中，ISG电机为第一电机，ISG仅作为调节发动机转速和扭矩以及启动发动机的作用，不作为单独的驱动动力源单独使用，第二电机为主驱动电机，在其他实施例中，第一电机、第二电机可以均为能够独立的驱动车辆行驶的驱动电机。对应的，可以在两个电机与行星排之间均设置变速箱，也可以仅在其中一个与行星排之间设置变速箱。
由图1可以看出，第一电机、第二电机分设于发动机输出轴的轴向两侧，同时第一电机、第二电机和发动机均位于行星排的一侧，使整体轴向长度减小，便于安装。
本实施例中，发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电机输出轴三者平行布置，在其他实施例中，三者之间可以呈一定的角度布置。
本发明中的混合动力***包括了一个安装座，其中发动机、第一电机、第二电机和变速箱集成于安装座上，便于后续与车桥的组合安装。
本实施例中，行星排中太阳轮上与外部齿轮的相啮合的部分为太阳轮动力输入端，行星排中与发动机传动相连的一端为行星架动力输入端，行星排齿圈的外齿为齿圈动力输入端，齿圈中与***输出轴相连的部分为动力输出端。
本发明单行星排混合动力***的具体实施例，单行星排混合动力***的结构与上述实施例的结构一致，其内容在此不再赘述。

Claims (12)

1.一种单行星排混合动力***，包括行星排，行星排具有三个动力输入端和一个动力输出端，混合动力***还包括分别与三个动力输入端对应传动相连的发动机、第一电机和第二电机，发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电子输出轴三者异轴布置，其特征在于：所述第一电机和第二电机中的至少一个与行星排的相应动力输入端之间设有变速箱。
2.根据权利要求1所述的单行星排混合动力***，其特征在于：所述第一电机为ISG电机，第二电机为主驱动电机，所述变速箱设于主驱动电机与行星排相应的动力输入端之间。
3.根据权利要求2所述的单行星排混合动力***，其特征在于：ISG电机输出轴与相应的动力输入端之间通过ISG电机输出轴齿轮啮合传动，混合动力***还包括对ISG电机输出轴或ISG电机输出轴齿轮或相应的动力输入端进行锁止的锁止机构。
4.根据权利要求1所述的单行星排混合动力***，其特征在于：发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电机输出轴并排布置，第一电机、第二电机分设于发动机输出轴的两侧，第一电机、第二电机和发动机位于行星排的同一侧。
5.根据权利要求4所述的单行星排混合动力***，其特征在于：混合动力***包括安装座，安装座上集成有所述的发动机、第一电机、第二电机和变速箱。
6.根据权利要求3所述的单行星排混合动力***，其特征在于：混合动力***具有如下工作模式：一、纯电动驱动模式：发动机不启动，ISG电机不工作，锁止机构松开，主驱动电机输出动力，动力经变速箱减速增扭后驱动车辆行驶；二、混合驱动模式：锁止机构松开，发动机启动，ISG电机调节发动机转速和扭矩，发动机驱动车辆行驶，同时主驱动电机根据整车的扭矩需求确定是否工作助力；三、发动机直驱模式：锁止机构锁止，ISG电机不工作，发动机启动，发动机驱动车辆行驶，同时主驱动电机根据整车扭矩需求确定是否工作助力；四、制动能量回收模式：发动机不工作，ISG电机不工作，主驱动电机提供制动力，根据不同的制动力需求，变速箱处于不同的档位，车辆制动时带动主驱动电机转动进行发电。
7.一种车辆，包括单行星排混合动力***，混合动力***包括行星排，行星排具有三个动力输入端和一个动力输出端，混合动力***还包括分别与三个动力输入端对应传动相连的发动机、第一电机和第二电机，发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电子输出轴三者异轴布置，其特征在于：所述第一电机和第二电机中的至少一个与行星排的相应动力输入端之间设有变速箱。
8.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于：所述第一电机为ISG电机，第二电机为主驱动电机，所述变速箱设于主驱动电机与行星排相应的动力输入端之间。
9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于：ISG电机输出轴与相应的动力输入端之间通过ISG电机输出轴齿轮啮合传动，混合动力***还包括对ISG电机输出轴或ISG电机输出轴齿轮或相应的动力输入端进行锁止的锁止机构。
10.根据权利要求7所述的车辆，其特征在于：所述发动机输出轴、第一电机输出轴和第二电机输出轴并排布置，所述第一电机、第二电机分设于发动机输出轴的轴向两侧，第一电机、第二电机和发动机均位于行星排的一侧。
11.根据权利要求10所述的车辆，其特征在于：混合动力***包括安装座，安装座上集成有所述的发动机、第一电机、第二电机和变速箱。
12.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于：混合动力***具有如下工作模式：一、纯电动驱动模式：发动机不启动，ISG电机不工作，锁止机构松开，主驱动电机输出动力，动力经变速箱减速增扭后驱动车辆行驶；二、混合驱动模式：锁止机构松开，发动机启动，ISG电机调节发动机转速和扭矩，发动机驱动车辆行驶，同时主驱动电机根据整车的扭矩需求确定是否工作助力；三、发动机直驱模式：锁止机构锁止，ISG电机不工作，发动机启动，发动机驱动车辆行驶，同时主驱动电机根据整车扭矩需求确定是否工作助力；四、制动能量回收模式：发动机不工作，ISG电机不工作，主驱动电机提供制动力，根据不同的制动力需求，变速箱处于不同的档位，车辆制动时带动主驱动电机转动进行发电。
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