CN111791688A - 混合动力机电耦合***和车辆 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种混合动力机电耦合***及车辆。混合动力机电耦合***包括发动机、驱动电机、发电机、第一行星齿轮机构、离合器以及轮系组；发动机的输出轴与离合器的输入轴相连，离合器的输出轴与轮系组耦合，轮系组用于与驱动轮耦合；发电机的输出轴与第一行星齿轮机构相连，第一行星齿轮机构还分别与发动机的输出轴以及离合器的输入轴相连；驱动电机的输出轴与轮系组耦合；其中，通过改变离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换。可以通过改变离合器的结合状态，使得***实现多模式切换，满足不同城市工况以及不同车型的要求，可以覆盖HEV车型和PHEV车型，平台化好。发电机通过第一行星齿轮传动机构实行升速降扭，可有效减小发电机体积。

Description

混合动力机电耦合***和车辆
技术领域
本公开属于车辆动力***技术领域，具体涉及一种混合动力机电耦合***和车辆。
背景技术
传统地，动力***包括发动机(内燃机)和一个由变速器、差速器和传动轴组成的传动***。它的作用是向车辆提供驱动轮所需的驱动动力。
但是，上述动力***，驱动模式比较单一，无法满足不同工况以及不同车型的要求。
发明内容
本公开旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种混合动力机电耦合***和车辆。
本公开的一个方面，提供一种混合动力机电耦合***，所述混合动力机电耦合***包括发动机、驱动电机、发电机、第一行星齿轮机构、离合器以及轮系组；
所述发动机的输出轴与所述离合器的输入轴相连，所述离合器的输出轴与所述轮系组耦合，所述轮系组用于与驱动轮耦合；
所述发电机的输出轴与所述第一行星齿轮机构相连，所述第一行星齿轮机构还分别与所述发动机的输出轴以及所述离合器的输入轴相连；
所述驱动电机的输出轴与所述轮系组耦合；其中，
通过改变离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换。
在一些可选地实施方式中，在多模式切换过程中，所述驱动电机能够一直为所述驱动轮提供动力；和/或，
在制动模式时，所述驱动电机产生驱动力矩并且在绕组中产生感应电流以向动力电池充电。
在一些可选地实施方式中，所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；其中，
所述第一太阳轮与所述发电机的输出轴相连，所述第一行星架分别与所述第一太阳轮以及所述第一齿圈耦合，所述第一齿圈与所述发动机的输出轴相连且所述第一行星架固定。
在一些可选地实施方式中，所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；其中，
所述第一太阳轮与所述发电机的输出轴相连，所述第一行星架分别与所述第一太阳轮以及所述第一齿圈耦合，所述第一行星架与所述发动机的输出轴相连且所述第一齿圈固定。
在一些可选地实施方式中，所述混合动力机电耦合***还包括第二行星齿轮机构；其中，
所述驱动电机通过所述第二行星齿轮机构与所述轮系组耦合，并且，所述第二行星齿轮机构还选择性地与所述第一行星齿轮机构耦合，以使得***实现多模式切换。
在一些可选地实施方式中，所述第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；其中，
所述第二太阳轮与所述驱动电机的输出轴相连，所述第二行星架分别与所述第二太阳轮以及所述第二齿圈耦合，所述第二行星架与所述轮系组相连，所述第二齿圈选择性地与所述第一行星齿轮机构的第一行星架耦合。
在一些可选地实施方式中，所述混合动力机电耦合***还包括第一制动器和第二制动器；其中，
所述第一制动器的第一端与所述第一行星齿轮机构的第一行星架相连，所述第一制动器的第二端固定；
所述第二制动器的第一端与所述第二行星齿轮机构的第二齿圈相连，所述第二制动器的第二端固定。
在一些可选地实施方式中，所述轮系组包括传动输出轴、第一传动轮和第二传动轮；其中，
所述传动输出轴与所述离合器的输出轴相连；
所述第一传动轮设置在所述传动输出轴上，并用于与所述驱动轮耦合；
所述第二传动轮与所述第一传动轮耦合并与所述驱动电机的输出轴相连。
在一些可选地实施方式中，根据动力电池SOC值与预设的第一阈值的大小关系，改变所述离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换；和/或，
根据驱动轮所驱动的车速值与预设的第二阈值的大小关系，改变所述离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换。
本公开的另一方面，提供一种车辆，所述车辆包括前文记载的所述的混合动力机电耦合***。
本公开的混合动力机电耦合***和车辆，包括发动机、驱动电机、发电机、第一行星齿轮机构、离合器以及轮系组，所述发动机的输出轴与所述离合器的输入轴相连，所述离合器的输出轴与所述轮系组耦合，所述轮系组用于与驱动轮耦合，所述发电机的输出轴与所述第一行星齿轮机构相连，所述第一行星齿轮机构还分别与所述发动机的输出轴以及所述离合器的输入轴相连，所述驱动电机的输出轴与所述轮系组耦合。这样，可以通过改变离合器的结合状态，使得***实现多模式切换，从而可以满足不同城市工况以及不同车型的要求，可以覆盖HEV车型和PHEV车型，平台化好。此外，发电机通过第一行星齿轮传动机构实行升速降扭，这样可有效减小发电机体积。
附图说明
图1为本公开一实施例的混合动力机电耦合***的结构示意图；
图2为本公开另一实施例的混合动力机电耦合***的结构示意图；
图3至图6为本公开另一实施例的混合动力机电耦合***工作在不同模式下的示意图；
图7为本公开另一实施例的混合动力机电耦合***的结构示意图；
图8至图12为本公开另一实施例的混合动力机电耦合***工作在不同模式下的示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作进一步详细描述。
如图1所示，一种混合动力机电耦合***100，该混合动力机电耦合***100包括发动机110、驱动电机120、发电机130、第一行星齿轮机构140、离合器150以及轮系组160。
示例性的，如图1所示，所述发动机110的输出轴111与所述离合器150的输入轴相连，所述离合器150的输出轴与所述轮系组160耦合，所述轮系组160用于与驱动轮200耦合。所述发电机130的输出轴与所述第一行星齿轮机构140相连，所述第一行星齿轮机构140还分别与所述发动机110的输出轴111以及所述离合器150的输入轴相连。所述驱动电机120的输出轴与所述轮系组160耦合。如此设置，可以通过改变离合器150的结合状态，使得该混合动力机电耦合***100实现多模式切换。
示例性的，上述提及的多模式是指：根据离合器150的结合状态，混合动力机电耦合***可以工作在发动机直驱模式、并联混动模式、串联混动模式以及纯电动模式等。
示例性的，一并结合图3，混合动力机电耦合***100工作在发动机直驱模式，此时，离合器150结合，动力由发动机110、发动机的输出轴111、离合器150以及轮系组160最终传递至驱动轮200。又一示例性的，如图4所示，混合动力机电耦合***100工作在并联混动模式，此时离合器150结合，该模式一共具有三条动力传输路径。路径1：发动机110的动力由发动机的输出轴111、离合器150以及轮系组160最终传递至驱动轮200。路径2：发电机130的动力通过第一行星齿轮机构140以及轮系组160最终传递至驱动轮200。路径3：驱动电机120的动力经由轮系组160传递至驱动轮200。当然，除此以外，混合动力机电耦合***100还可以具有其他一些工作模式，具体可以参考下文详细记载。
本实施例的混合动力机电耦合***，其包括发动机、驱动电机、发电机、第一行星齿轮机构、离合器以及轮系组，所述发动机的输出轴与所述离合器的输入轴相连，所述离合器的输出轴与所述轮系组耦合，所述轮系组用于与驱动轮耦合，所述发电机的输出轴与所述第一行星齿轮机构相连，所述第一行星齿轮机构还分别与所述发动机的输出轴以及所述离合器的输入轴相连，所述驱动电机的输出轴与所述轮系组耦合。这样，可以通过改变离合器的结合状态，使得***实现多模式切换，从而可以满足不同城市工况以及不同车型的要求，可以覆盖HEV车型和PHEV车型，平台化好。此外，发电机通过第一行星齿轮传动机构实行升速降扭，这样可有效减小发电机体积。
示例性的，在多模式切换过程中，所述驱动电机120能够一直为所述驱动轮200提供动力。例如，如图3和图4所示，***在由发动机直驱模式转换为并联混动模式时，驱动电机120可以一直工作输出动力，这样，可以确保驱动轮200在模式切换过程中，动力不存在中断，可以确保驱动轮200实现平稳切换不同的工作模式，提高用户体验。
示例性的，如图1所示，所述第一行星齿轮机构140包括第一太阳轮141、第一行星架142和第一齿圈143。所述第一太阳轮141与所述发电机130的输出轴相连，所述第一行星架142分别与所述第一太阳轮141以及所述第一齿圈143耦合，所述第一齿圈143与所述发动机110的输出轴111相连且所述第一行星架142固定。
此外，除了可以采用如图1所示，第一行星齿轮机构140中制动的原件采用第一行星架142固定以外，还可以采用第一齿圈143制动，如图2所示，与图1不同的是，所述第一行星架142与所述发动机110的输出轴111相连且所述第一齿圈143固定。
示例性的，如图1和图2所示，所述轮系组160包括传动输出轴161、第一传动轮162和第二传动轮163。该第一传动轮162和第二传动轮163均可以采用齿轮结构。当然，也还可以采用其他一些传动结构，本实施例对此并不限制。所述传动输出轴161与所述离合器150的输出轴相连，所述第一传动轮162设置在所述传动输出轴161上，所述第一传动轮162用于与所述驱动轮200耦合，所述第二传动轮163与所述第一传动轮162耦合并与所述驱动电机120的输出轴相连。
下文将结合图3至图6详细描述混合动力机电耦合***100工作在不同模式下的动力传输过程。
如图3至图6所示，通过离合器150控制发动机110的动力是否输出，实现多模式的切换，当离合器150断开时，***可以实现纯电动模式和制动能量回收模式，当离合器150结合时，***可以实现混合驱动模式和发动机单独驱动模式，如下表1所示：
表1
Figure BDA0002630996920000061
示例性的，如图3所示，***工作在发动机单独驱动模式，此时，离合器150结合，动力由发动机110、发动机输出轴111、离合器150、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
示例性的，如图4所示，***工作在并联混动模式，此时，离合器150结合，该模式一共具有三条动力传输路径。路径1：发动机110、发动机输出轴111、离合器150、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。路径2：发电机130的动力通过第一太阳轮141、第一行星架142、第一齿圈143、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。路径3：驱动电机120的动力通过第三传动轮164、第一传动轮162、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
示例性的，如图5所示，***工作在串联混动模式，此时，离合器150分离，该模式一共具有两条动力传输路径。路径1：发动机110的动力经由发动机输出轴111、第一齿圈143、第一行星架142、太阳轮141、传递至发电机130发电，并将电能存储在动力电池(图中并未示出)中。路径2：驱动电机120的动力通过第三传动轮164、第一传动轮162、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
示例性的，如图6所示，***工作在纯电动模式，此时离合器150分离。驱动电机120的动力通过第三传动轮164、第一传动轮162、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
为了进一步实现***可以在更多模式之间切换，示例性的，如图7所示，所述混合动力机电耦合***100还包括第二行星齿轮机构170。所述驱动电机120通过所述第二行星齿轮机构170与所述轮系组160耦合，并且，所述第二行星齿轮机构170还选择性地与所述第一行星齿轮机构140耦合，从而可以使得***实现更多模式的切换。
示例性的，如图7所示，所述第二行星齿轮机构170包括第二太阳轮171、第二行星架172和第二齿圈173。所述第二太阳轮171与所述驱动电机120的输出轴相连，所述第二行星架172分别与所述第二太阳轮171以及所述第二齿圈173耦合，所述第二行星架172与所述轮系组160相连，所述第二齿圈173选择性地与所述第一行星齿轮机构140的第一行星架142耦合。
示例性的，如图7所示，所述混合动力机电耦合***100还包括第一制动器B1和第二制动器B2。所述第一制动器B1的第一端与所述第一行星齿轮机构140的第一行星架142相连，所述第一制动器B1的第二端固定。所述第二制动器B2的第一端与所述第二行星齿轮机构170的第二齿圈173相连，所述第二制动器B2的第二端固定。
此外，如图7所示，轮系组160也同样包括上述所列举的传动输出轴161、第一传动轮162、第二传动轮163、第三传动轮164以及差速器165等结构。与上述不同的是，所述第三传动轮通过所述第二行星架172实现与所述驱动电机120的输出轴相连。
下文将结合图8至图12详细描述混合动力机电耦合***100工作在不同模式下的动力传输过程。
如图8至图12所示，通过离合器150控制发动机110的动力是否输出，实现多模式的切换，当离合器150断开时，***可以实现纯电动模式和制动能量回收模式，当离合器150结合时，***可以实现混合驱动模式和发动机单独驱动模式，此外，当第一制动器B1制动时，***可实现纯电动模式。当第一制动器B1和第二制动器B2同时制动时，***可以实现增程模式，如下表2所示：
表2
Figure BDA0002630996920000081
Figure BDA0002630996920000091
示例性的，如图8所示，***工作在发动机单独驱动模式，此时离合器150结合，动力由发动机110、发动机输出轴111、离合器150、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
示例性的，如图9所示，***工作在并联混动模式，此时两个制动器结合，离合器150结合。该模式一共具有三条动力传输路径。路径1：发动机110、发动机输出轴111、离合器150、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。路径2：发电机130的动力通过第一太阳轮141、第一行星架142、第一齿圈143、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。路径3：驱动电机120的动力通过第二太远轮171、第二行星架172、第三传动轮164、第一传动轮162、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
示例性的，如图10所示，***工作在功率分流模式，此时两个制动器断开，离合器150分离。该模式一共具有三条动力传输路径。路径1：发动机110、发动机输出轴111、离合器150、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。路径2：发电机130的动力通过第一太阳轮141、第一行星架142、第一齿圈143、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。路径3：驱动电机120的动力通过第二太远轮171、第二行星架172、第三传动轮164、第一传动轮162、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
示例性的，如图11所示，***工作在串联混动模式，此时离合器150分离，该模式一共具有两条动力传输路径。路径1：发动机110、发动机输出轴111、第一齿圈143、第一行星架142、第一太阳轮141，传递至发电机130发电，并将电能存储在动力电池中。离合器150、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。路径2：驱动电机120的动力通过第二太远轮171、第二行星架172、第三传动轮164、第一传动轮162、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
示例性的，如图12所示，***工作在纯电动模式，此时离合器150分离，驱动电机120的动力通过第二太远轮171、第二行星架172、第三传动轮164、第一传动轮162、传动输出轴161、第二传动轮163、差速器165最终传递至驱动轮200。
示例性的，在上述多模式切换过程中，可以根据动力电池SOC值与预设的第一阈值的大小关系，改变所述离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换。或者，也可以根据驱动轮所驱动的车速值与预设的第二阈值的大小关系，改变所述离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换。再或者，也可以同时根据动力电池SOC值与预设的第一阈值的大小关系以及根据驱动轮所驱动的车速值与预设的第二阈值的大小关系，改变所述离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换。
需要说明的是，上述第一阈值用于判断动力电池SOC值的高低，第二阈值用于判断车速的高低，本实施例不对第一阈值和第二阈值的取值范围做限定，通常可以根据具体的控制策略自由设定，不同的控制策略下，第一阈值和第二阈值的取值都不尽相同。设定好第一阈值和第二阈值后，则自动判断并根据判断结果在各种模式间自动切换。
示例性的，在制动时，所述驱动电机120产生制动力矩制动驱动轮200，同时其电机绕组中将产生感应电流向动力电池充电，实现制动能量的回收。
本公开的另一方面，提供一种车辆，所述车辆包括前文记载的所述的混合动力机电耦合***，具体可以参见上述记载，本实施例对此不作赘述。
本实施例的车辆，具有前文记载的混合动力机电耦合***，其包括发动机、驱动电机、发电机、第一行星齿轮机构、离合器以及轮系组，所述发动机的输出轴与所述离合器的输入轴相连，所述离合器的输出轴与所述轮系组耦合，所述轮系组用于与驱动轮耦合，所述发电机的输出轴与所述第一行星齿轮机构相连，所述第一行星齿轮机构还分别与所述发动机的输出轴以及所述离合器的输入轴相连，所述驱动电机的输出轴与所述轮系组耦合。这样，可以通过改变离合器的结合状态，使得***实现多模式切换，从而可以满足不同城市工况以及不同车型的要求，可以覆盖HEV车型和PHEV车型，平台化好。此外，发电机通过第一行星齿轮传动机构实行升速降扭，这样可有效减小发电机体积。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合动力机电耦合***，其特征在于，所述混合动力机电耦合***包括发动机、驱动电机、发电机、第一行星齿轮机构、离合器以及轮系组；
所述发动机的输出轴与所述离合器的输入轴相连，所述离合器的输出轴与所述轮系组耦合，所述轮系组用于与驱动轮耦合；
所述发电机的输出轴与所述第一行星齿轮机构相连，所述第一行星齿轮机构还分别与所述发动机的输出轴以及所述离合器的输入轴相连；
所述驱动电机的输出轴与所述轮系组耦合；其中，
通过改变离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换。
2.根据权利要求1所述的混合动力机电耦合***，其特征在于，在多模式切换过程中，所述驱动电机能够一直为所述驱动轮提供动力；和/或，
在制动模式时，所述驱动电机产生驱动力矩并且在绕组中产生感应电流以向动力电池充电。
3.根据权利要求1所述的混合动力机电耦合***，其特征在于，所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；其中，
所述第一太阳轮与所述发电机的输出轴相连，所述第一行星架分别与所述第一太阳轮以及所述第一齿圈耦合，所述第一齿圈与所述发动机的输出轴相连且所述第一行星架固定。
4.根据权利要求1所述的混合动力机电耦合***，其特征在于，所述第一行星齿轮机构包括第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；其中，
所述第一太阳轮与所述发电机的输出轴相连，所述第一行星架分别与所述第一太阳轮以及所述第一齿圈耦合，所述第一行星架与所述发动机的输出轴相连且所述第一齿圈固定。
5.根据权利要求1所述的混合动力机电耦合***，其特征在于，所述混合动力机电耦合***还包括第二行星齿轮机构；其中，
所述驱动电机通过所述第二行星齿轮机构与所述轮系组耦合，并且，所述第二行星齿轮机构还选择性地与所述第一行星齿轮机构耦合，以使得***实现多模式切换。
6.根据权利要求5所述的混合动力机电耦合***，其特征在于，所述第二行星齿轮机构包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；其中，
所述第二太阳轮与所述驱动电机的输出轴相连，所述第二行星架分别与所述第二太阳轮以及所述第二齿圈耦合，所述第二行星架与所述轮系组相连，所述第二齿圈选择性地与所述第一行星齿轮机构的第一行星架耦合。
7.根据权利要求6所述的混合动力机电耦合***，其特征在于，所述混合动力机电耦合***还包括第一制动器和第二制动器；其中，
所述第一制动器的第一端与所述第一行星齿轮机构的第一行星架相连，所述第一制动器的第二端固定；
所述第二制动器的第一端与所述第二行星齿轮机构的第二齿圈相连，所述第二制动器的第二端固定。
8.根据权利要求1至7任一项所述的混合动力机电耦合***，其特征在于，所述轮系组包括传动输出轴、第一传动轮和第二传动轮；其中，
所述传动输出轴与所述离合器的输出轴相连；
所述第一传动轮设置在所述传动输出轴上，并用于与所述驱动轮耦合；
所述第二传动轮与所述第一传动轮耦合并与所述驱动电机的输出轴相连。
9.根据权利要求1至7任一项所述的混合动力机电耦合***，其特征在于，根据动力电池SOC值与预设的第一阈值的大小关系，改变所述离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换；和/或，
根据驱动轮所驱动的车速值与预设的第二阈值的大小关系，改变所述离合器的结合状态，以使得***实现多模式切换。
10.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括权利要求1至9任一项所述的混合动力机电耦合***。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115817144A (zh) * 2022-12-28 2023-03-21 广州汽车集团股份有限公司 混合动力机电耦合***、车辆及控制方法

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