CN113173067A - 一种混合动力装置、控制***及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力控制***，包括同轴设置的发动机、第一电机以及第二电机，发动机的动力输入轴与第一行星排连接，第一电机与第一行星排的太阳轮连接，第二电机第二行星排的太阳轮连接，动力传动轴用于被配置为向车轮输出来自发动机、第一电机和第二电机中至少一个动力源的动力，以驱动车轮转动，离合器设于第一行星排与动力传动轴之间，用于在结合状态下将动力从第一行星排传递至动力传动轴。本发明设计巧妙，结构简单紧凑，将发动机、第一电机以及第二电机组成的装置同轴布局，有效降低总成的径向尺寸，同时发动机直接驱动时传动路径简单，机械损失小，传动效率高，因此在大多数纵置布局要求的车型上有极大应用潜力。

Description

一种混合动力装置、控制***及汽车
技术领域
本发明涉及汽车技术领域，尤其涉及一种混合动力装置、控制***及汽车。
背景技术
目前国内各主机厂也对串并联***有着浓厚的兴趣，并着手研发类似的产品推向市场。目前的很多***采用了双电机同轴布局、平行轴减速布局，为了提高集成度、降低总成体积，采用了定制的盘式电机，这使***在不同车型上的平台化应用变得更加困难，且整个动力总成轴向尺寸和径向尺寸均较大，总体尺寸更大，在大多数车型上只能横置，布置难度也更高，不能满足纵置(后驱或四驱)车辆的布置需求。
发明内容
根据本发明的一个方面，至少解决现有技术中一个问题，提供了一种混合动力装置、控制***及汽车。
第一方面，本发明实施例提供一种混合动力装置，包括同轴设置的发动机、第一电机以及第二电机；
发动机的动力输入轴与第一行星排连接，用于提供动力输入；
第一电机，与第一行星排的太阳轮连接，用于提供动力输入；
第二电机，与第二行星排的太阳轮连接，用于提供动力输入；
动力传动轴，用于被配置为向车轮输出来自发动机、第一电机和第二电机中至少一个动力源的动力，以驱动车轮转动；
离合器，设于所述第一行星排与所述动力传动轴之间，用于在结合状态下将动力从所述第一行星排传递至所述动力传动轴。
在一些实施方式中，所述发动机动力输入轴与所述第一行星排的齿圈相连，第一行星排的行星架固定，所述第一行星排的齿圈与所述离合器的外毂连接，所述离合器的内毂连接所述动力传动轴。
在一些实施方式中，所述第二行星排的行星架与所述动力传动轴连接，所述第二行星排的齿圈固定。
在一些实施方式中，所述发动机动力输入轴与所述第一行星排的行星架连接，第一行星排的齿圈固定，所述第一行星排的行星架与所述离合器的外毂连接，所述离合器的内毂连接所述动力传动轴。
在一些实施方式中，所述第二行星排的齿圈与所述动力传动轴连接，所述第二行星排的行星架固定。
在一些实施方式中，还包括一种混合动力装置箱体，所述第一电机、第二电机、第一行星排、第二行星排、离合器都集成在所述混合动力装置箱体内。
在一些实施方式中，还包括电机控制器，用于对第一电机和第二电机进行控制，所述电机控制器连接动力电池。
本发明实施例还提供了一种混合动力控制***，用于混合动力汽车的驱动，包括：
上述混合动力装置，和
模式切换装置，所述模式切换装置，用于根据当前电池电量SOC(或SOE，即电量状态)值或/及汽车当前车速、驾驶员需求扭矩/功率，确定所述混合动力装置的工作模式，并将所述混合动力装置切换至确定的工作模式，所述工作模式包括单电机纯电动驱动模式、双电机纯电动驱动模式、发动机直驱模式、串联混合动力驱动模式以及并联混合动力驱动模式。
在一些实施方式中，所述模式切换装置还包括：
比较单元，用于将当前电池电量SOC(或SOE)值与第一阈值进行比较，或/及将汽车当前车速与第二阈值进行比较，或/及将驾驶员需求扭矩/功率与第三阈值进行比较；
确认单元，用于根据比较单元的比较结果，确认所述混合动力耦合控制***的工作模式；
切换执行单元，用于根据所述确定单元所确定的工作模式，控制所述混合动力控制***中各元件的关闭或位置，使所述混合动力装置切换至所述工作模式。
本发明实施例还提供了混动汽车，包括车体和设于所述车体的混合动力控制***，所述混合动力控制***为上述的混合动力控制***。
本发明的有益效果：
本发明设计巧妙，结构简单紧凑，采用第一行星排作为发动机和第一电机之间的增速机构，从而实现了整个动力总成同轴布局，有效降低了总成的径向尺寸，尺寸更紧凑，传动***更简单，发动机直接驱动时传动路径简单，机械损失小，总成尺寸小、传动效率高，因此本发明在纵置后驱、纵置四驱及大多数纵置布局要求的车型上有极大的应用潜力。
同时本发明中的电机充分发挥了电机的驱动能力，在动力调节方面，可通过动力电池有效的补充动力轮所需的驱动动力从而更合理地调配发动机的动力，保持发动机的工作状态不受或少受路况的影响，发动机可始终工作在设定的最佳状态，以提高整车的效率。因此，本发明的汽车成本以及配套维修管理成本都能得到很大程度的降低，可以根据行驶工况、自动切换到相应的工作模式，满足驾驶员的多种需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种混合动力装置的结构示意图；
图2是本发明另一实施例提供的一种混合动力装置的结构示意图；
图3是本发明另一实施例提供的一种混合动力控制***的部分结构示意图；
图4是本发明另一实施例提供的混合动力控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
附图中的电机I是指本申请具体实施方式中的第一电机，电机II是指本申请具体实施方式中的第二电机。
实施例1
本发明一实施例提供的一种混合动力装置，包括同轴设置的发动机1、第一电机2以及第二电机5；
发动机1的动力输入轴与第一行星排3连接，用于提供动力输入；
第一电机2，与第一行星排3的太阳轮连接，用于提供动力输入；
第二电机5，与第二行星排6的太阳轮连接，用于提供动力输入；
动力传动轴7，用于被配置为向车轮输出来自发动机1、第一电机2和第二电机5中至少一个动力源的动力，以驱动车轮转动；
离合器4，设于第一行星排3与动力传动轴7之间，用于在结合状态下将动力从第一行星排3传递至动力传动轴7。
在本实施例中，发动机1动力输入轴可以为发动机1曲轴或与发动机1连接的传动轴，同理，第一电机2和第二电机5动力输入轴为电机轴或与电机轴连接的传动轴。
由此，采用同轴设置的发动机1、第一电机2以及第二电机5，第一电机2与第一行星排3的太阳轮连接，第二电机5与第二行星排6的太阳轮连接，并通过设于第一行星排3与动力传动轴7之间的离合器4，使动力传动轴7可向车轮输出来自发动机1、第一电机2和第二电机5中至少一个动力源的动力，以驱动车轮转动，从而实现了整个动力总成同轴布局，有效降低了总成的径向尺寸，尺寸更紧凑，传动***更简单，发动机直接驱动时传动路径简单，机械损失小，总成尺寸小、传动效率高。
具体地，还包括混合动力装置箱体，第一电机2、第二电机5、第一行星排3、第二行星排6、离合器4都集成混合动力装置箱体内，动力传动轴7连接差速器8，差速器8将动力传递至车轮上。
如图所示，在本实施例中，还包括电机控制器，用于对第一电机2和第二电机5进行控制，电机控制器还连接着动力电池。由此，第一电机2和/或第二电机5工作时，动力电池可以为第一电机2和/或第二电机5提供能量；当第一电机2和/或第二电机5处于发电模式时，动力电池可以接收并存储第一电机2和/或第二电机5提供的能量，发动机1连接有油箱，油箱用于给发动机1提供能量。
在本申请中，电机“工作”即指电机处于将电能转化为机械能或将机械能转化为电能的状态，“不工作”即指电机处于既不将电能转化为机械能又不将机械能转化为电能的状态，“处于发电模式”特指电机处于将机械能转化为电能的状态。
由此，在实施例中，将发动机1、第一电机2以及第二电机5组成的装置同轴布局，有效降低了总成的径向尺寸，同时，发动机1直接驱动时传动路径简单，机械损失小，同时由于总成尺寸小、传动效率高，本发明在纵置后驱、纵置四驱及大多数纵置布局要求的车型上有极大的应用潜力。
实施例2
作为一种可实现的方式，在上述实施例的基础上参考附图1可知，本发明一实施例提供的一种混合动力装置，包括同轴设置的发动机1、第一电机2以及第二电机5；
发动机1的动力输入轴与第一行星排3连接，用于提供动力输入；
第一电机2，与第一行星排3的太阳轮连接，用于提供动力输入；
第二电机5，与第二行星排6的太阳轮连接，用于提供动力输入；
动力传动轴7，用于被配置为向车轮输出来自发动机1、第一电机2和第二电机5中至少一个动力源的动力，以驱动车轮转动；
离合器4，设于第一行星排3与动力传动轴7之间，用于在结合状态下将动力从第一行星排3传递至动力传动轴7。
在本实施例中，发动机1动力输入轴与第一行星排3的齿圈相连，第一行星排3的齿圈与离合器4的外毂连接，离合器4的内毂连接动力传动轴7，第二行星排6的行星架与动力传动轴7连接，第一行星排3的行星架及第二行星排6的齿圈与变速箱箱体固定连接。
因此，当离合器4处于结合状态时，用于将动力从第一行星排3的齿圈传递至动力传动轴7，当离合器4处于脱开状态时，会断开从第一行星排3的齿圈到动力传动轴7的动力传递路径。由此，离合器4接合后可以直接将动力输出至动力传动轴7，相当于为汽车增加了一个挡位，此时发动机1和第一电机2可以分别对应两个挡位，从而可以适应更多的工况。
实施例2
作为一种可实现的方式，在上述实施例的基础上参考附图2可知，本发明另一实施例提供的一种混合动力装置，包括同轴设置的发动机1、第一电机2以及第二电机5；
发动机1的动力输入轴与第一行星排3连接，用于提供动力输入；
第一电机2，与第一行星排3的太阳轮连接，用于提供动力输入；
第二电机5，与第二行星排6的太阳轮连接，用于提供动力输入；
动力传动轴7，用于被配置为向车轮输出来自发动机1、第一电机2和第二电机5中至少一个动力源的动力，以驱动车轮转动；
离合器4，设于第一行星排3与动力传动轴7之间，用于在结合状态下将动力从第一行星排3传递至动力传动轴7。
在本实施例中，所述发动机1动力输入轴与所述第一行星排3的行星架连接，第一行星排3的齿圈固定，所述第一行星排3的行星架与所述离合器4的外毂连接，所述离合器4的内毂连接所述动力传动轴7，所述第二行星排6的齿圈与所述动力传动轴7连接，所述第二行星排6的行星架固定。具体地，在本实施例中，第一行星排3的齿圈及第二行星排6的行星架与变速箱箱体固定连接。
因此，当离合器处于结合状态时，用于将动力从第一行星排的行星架传递至动力传动轴，当离合器处于脱开状态时，会断开从第一行星排3的行星架到动力传动轴的动力传递路径。由此，离合器接合后可以直接将动力输出至动力传动轴，相当于为汽车增加了一个挡位，此时发动机和第一电机可以分别对应两个挡位，从而可以适应更多的工况。
实施例3
作为一种可实现的方式，在上述实施例的基础上参考附图3可知，本发明实施例还提供了一种混合动力控制***，用于混合动力汽车的驱动，包括：
上述混合动力装置，和
模式切换装置，用于根据当前电池电量值(SOC或SOE)或/及汽车当前车速、驾驶员需求扭矩或/及功率，确定混合动力装置的工作模式，并将混合动力装置切换至确定的工作模式，工作模式包括单电机纯电动驱动模式、双电机纯电动驱动模式、发动机1直驱模式、串联混合动力驱动模式以及并联混合动力驱动模式。
在一些实施方式中，模式切换装置还包括：
比较单元，用于将当前电池电量值(SOC或SOE)与第一阈值进行比较，或/及将汽车当前车速与第二阈值进行比较，及将驾驶员需求扭矩/功率与第三阈值进行比较；
确认单元，用于根据比较单元的比较结果，确认混合动力耦合控制***的工作模式；
切换执行单元，用于根据确定单元所确定的工作模式，控制
混合动力控制***中各元件的关闭或位置，使混合动力装置切换至工作模式。
具体地，切换执行单元具体采用下述方式进行工作模式切换：
如图所示，当工作模式被配置为单电机纯电动驱动模式时，离合器4断开，以第二电机5作为唯一动力源，第二电机5由动力电池提供电能，适合于汽车在动力电池电量充足且需求扭矩及/或需求功率较小，比如起步或者低速行驶、减速回馈等行驶工况时运行；具体为：控制发动机1和第一电机2不工作，控制离合器4断开，控制第二电机5工作，向车轮输出驱动力；
当工作模式被配置为双电机纯电动驱动模式时，第一离合器4处于闭合状态，以第一电机2和第二电机5作为动力源，第一电机2和第二电机5的电能均由动力电池提供，两个电机同时驱动，适合于动力电池电量充足且汽车在大扭矩需求的行驶工况时运行；具体为：控制发动机1关闭(如闭缸)，控制第一电机2和第二电机5工作，共同向车轮输出驱动力；
当工作模式被配置为发动机1直驱模式时，离合器4结合，适合车速较高、车速和驾驶员需求扭矩在发动机1高效范围内或者动力电池出现故障时的工况，具体为：控制发动机1工作，发动机1可经过离合器4、动力传动轴7、差速器8直接输出动力到轮胎，传动链简单可靠效率高。
当工作模式被配置为串联混合动力驱动模式时，离合器4处于断开状态，适合动力电池电量不足或中低功率需求工况以串联增程模式运行；具体为：首先，发动机1由第一电机2起动，发动机1动力输出轴输出的动力经第一行星排3并通过第一电机2转化为电能，所发出的电能可以通过第二电机5转化为机械能，再通过第二行星排6、差速器8等传递到车轮，驱动车辆行驶；此时发动机1驱动第一电机2产生的电能，可以分出一部分存储到电池中，或者从电池中取出部分电能与第一电机2产生的电能共同输入第二电机5转化为机械能驱动车辆。同时，发动机1转速与车速解耦，可以保持在高效范围内工作，从而避免低速、低功率导致发动机1油耗和排放变差。
当工作模式被配置为并联混合动力驱动模式时，离合器4处于闭合状态，适合汽车高速高功率需求工况时运行，具体为：控制发动机1、第一电机2和第二电机5同时工作，共同向车轮输出驱动力；或者控制发动机1和第二电机5工作，共同向车轮输出驱动力；或者发动机1输出的动力一部分可以经过离合器4以机械路径传递至车轮，另一部分经过所述第一行星排3传递至第一电机2，通过第一电机2将机械能转化为电能也可储存在动力电池内。
本发明提供的一种混合动力控制***，设计巧妙，结构简单紧凑，本发明中的电机充分发挥了电机的驱动能力；在动力调节方面，可通过动力电池有效的补充动力轮所需的驱动动力从而更合理地调配发动机1的动力，保持发动机1的工作状态不受或少受路况的影响，发动机1可始终工作在设定的最佳状态，以提高整车的效率。本发明的汽车成本以及配套维修管理成本都能得到很大程度的降低，可以根据行驶工况、自动切换到相应的工作模式，满足驾驶员的多种需求。
实施例4
作为一种可实现的方式，在上述实施例的基础上如图4可知，本实施例提供一种混合动力控制***的控制方法，控制方法包括如下步骤：
步骤S1，根据当前电池电量值(SOC或SOE)值或/及汽车当前车速、驾驶员需求扭矩/功率，确定混合动力装置的工作模式，工作模式包括单电机纯电动驱动模式、双电机纯电动驱动模式、发动机直驱模式、串联混合动力驱动模式以及并联混合动力驱动模式；
步骤S2，将混合动力装置切换至所确定的工作模式。
具体地，步骤S10进一步包括：
步骤S11，将当前电池电量值(SOC或SOE)值与第一阈值进行比较，或/及将汽车当前车速与第二阈值进行比较，或/及将驾驶员需求扭矩/功率与第三阈值进行比较；
步骤S12，根据比较结果，确定混合动力耦合控制***的工作模式；
步骤S13，根据所确定的工作模式，控制混合动力耦合控制***中各元件的关闭或位置，使混合动力装置切换至工作模式。
具体地，步骤S13包括：
当工作模式被配置为单电机纯电动驱动模式时，控制发动机1和第一电机2关闭，控制离合器4断开，控制第二电机5工作，向车轮输出驱动力；
当工作模式被配置为双电机纯电动驱动模式时，控制发动机1关闭(如闭缸)，控制离合器4结合，控制第一电机2和第二电机5工作，共同向车轮输出驱动力；
当工作模式为发动机1直驱模式时，控制离合器4结合，控制发动机1工作，发动机1可经过离合器4、动力传动轴7、差速器8直接输出动力到车轮，传动链简单可靠效率高。
当工作模式被配置为串联混合动力驱动模式时，离合器4处于断开状态，适合动力电池电量不足或中低功率需求工况以串联增程模式运行；具体为：首先，发动机1由第一电机2起动，发动机1动力输出轴输出的动力经第一行星排3并通过第一电机2转化为电能，所发出的电能可以通过第二电机5转化为机械能，再通过第二行行星排、差速器8等传递到车轮，驱动车辆行驶；
当工作模式被配置为并联混合动力驱动模式时，离合器4处于闭合状态，适合汽车高速高功率需求工况时运行，具体为：控制发动机1、第一电机2和第二电机5同时工作，共同向车轮输出驱动力；或者控制发动机1和第二电机5工作，共同向车轮输出驱动力；或者发动机1输出的动力一部分可以经过离合器4以机械路径传递至车轮，另一部分经过所述第一行星排3传递至第一电机2，通过第一电机2将机械能转化为电能也可储存在动力电池内。
因此，本实施例的控制方法包括了上述的单电机纯电动驱动模式、双电机纯电动驱动模式、发动机1直驱模式、串联混合动力驱动模式以及并联混合动力驱动模式，装备该混合动力控制***的汽车可根据行驶工况，自动切换工作模式。
本发明实施例还提供了混动汽车，包括车体和设于车体的混合动力控制***，混合动力控制***为上述的混合动力控制***。
综上，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本发明的混合动力装置在纯电动工况下，发动机1和第一电机2、第二电机5均可参与驱动，可以提高动力性能；在各种模式下，均可控制发动机1在高效区间工作，***效率高，经济性好；
此外，该混合动力装置的发动机1、第一电机2、第二电机5通过第一行星排3、离合器4、第二行星排6连接，速比可调，速比范围较大，有利于电机的高速化，从而可以减小电机体积，有利于节省空间和轻量化；该混合动力装置结构简单。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，且针对同一保护主体的不同实施例中的不同技术特征可以任意组合；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种混合动力装置，其特征在于，包括：同轴设置的发动机、第一电机以及第二电机；
发动机的动力输入轴与第一行星排连接，用于提供动力输入；
第一电机，与第一行星排的太阳轮连接，用于提供动力输入；
第二电机，与第二行星排的太阳轮连接，用于提供动力输入；
动力传动轴，用于被配置为向车轮输出来自发动机、第一电机和第二电机中至少一个动力源的动力，以驱动车轮转动；
离合器，设于所述第一行星排与所述动力传动轴之间，用于在结合状态下将动力从所述第一行星排传递至所述动力传动轴。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力装置，其特征在于，所述发动机动力输入轴与所述第一行星排的齿圈相连，第一行星排的行星架固定，所述第一行星排的齿圈与所述离合器的外毂连接，所述离合器的内毂连接所述动力传动轴。
3.根据权利要求2所述的一种混合动力装置，其特征在于，
所述第二行星排的行星架与所述动力传动轴连接，所述第二行星排的齿圈固定。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力装置，其特征在于，所述发动机动力输入轴与所述第一行星排的行星架连接，第一行星排的齿圈固定，所述第一行星排的行星架与所述离合器的外毂连接，所述离合器的内毂连接所述动力传动轴。
5.根据权利要求4所述的一种混合动力装置，其特征在于，
所述第二行星排的齿圈与所述动力传动轴连接，所述第二行星排的行星架固定。
6.根据权利要求1所述的一种混合动力装置，其特征在于，还包括差速器，所述动力传动轴连接所述差速器，所述差速器将动力传递至车轮。
7.一种混合动力控制***，用于混合动力汽车的驱动，其特征在于，包括：
权利要求1-6所述的混合动力装置，和
模式切换装置，所述模式切换装置，用于根据当前电池电量值或/及汽车当前车速、驾驶员需求扭矩或/及功率，确定所述混合动力装置的工作模式，并将所混合动力装置切换至确定的工作模式，所述工作模式包括单电机纯电动驱动模式、双电机纯电动驱动模式、发动机直驱模式、串联混合动力驱动模式以及并联混合动力驱动模式。
8.如权利要求7所述的一种混合动力控制***，其特征在于，所述模式切换装置还包括：
比较单元，用于将当前电池电量值与第一阈值进行比较，或/及将汽车当前车速与第二阈值进行比较，或/及驾驶员需求扭矩或/及功率与第三阈值进行比较；
确认单元，用于根据比较单元的比较结果，确认所述混合动力耦合控制***的工作模式；
切换执行单元，用于根据所述确定单元所确定的工作模式，控制所述混合动力控制***中各元件的关闭或位置，使所述混合动力装置切换至所述工作模式。
9.混动汽车，包括车体和设于所述车体的混合动力控制***，其特征在于，所述混合动力控制***为上述权利要求7至8中任一项所述的一种混合动力控制***。
10.控制方法，其特征在于，应用于控制权利要求7至8中任一项所述的一种混合动力控制***。
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