CN206884722U - 一种行星式混联动力***和一种车辆 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种行星式混联动力***和一种车辆，在发动机的传动轴处设置有锁止离合器，用于锁止或者释放发动机的传动轴，由于发动机的传动轴与前行星排的前行星架连接，那么，该锁止离合器能够锁止或者释放前行星架。在纯电动模式下，如果需要动力***输出高转矩，那么利用第一锁止离合器将前行星架锁止，一号电机在转动时就会带动前行星排的前太阳轮和前齿圈向动力***的输出端输出转矩，再加上二号电机的输出，就能够实现两个电机的联合输出，也就是说，***输出的转矩与一号电机和二号电机的输出转矩之和相关，满足坡度较大的上坡或者较重的车辆等特殊转矩需求，保证了车辆动力性和安全性。

Description

一种行星式混联动力***和一种车辆

技术领域

本实用新型涉及一种行星式混联动力***和一种车辆。

背景技术

面对能源匮乏和环境污染日益严重的现状，新能源汽车是目前主要的汽车研究方向。受电池关键核心技术的制约，纯电动汽车的应用领域具有一定局限性，因此发展混合动力汽车是当前最有效的绿色环保汽车方案。混合动力汽车驱动***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，但是能量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工作在最优区域；混联兼具串联和并联的优点，是目前较为主流的驱动***方案。

当前混联式动力***主要采用行星机构作为功率分流装置，典型的结构形式为丰田的THS***、通用的AHS***及科力远的CHS***。其中，丰田的THS***采用单行星排结构，属于单模功率分流装置，其在高速区的传动效率较低。通用公司的AHS***采用两排或三排行星机构来实现功率分流，可以实现输入式功率分流和复合式功率分流两种模式，在低速及高速时的传动效率均较高，但AHS***结构十分复杂，控制难度较大。科力远的CHS***采用双排行星机构实现功率分流，使用了多个离合器及制动器，具有多种工作模式，但是***结构复杂，控制难度大。

申请公布号为CN104175860A的中国专利申请文件公开了一种行星式混联动力***，包括发动机、一号电机、二号电机、前行星排、后行星排和***输出轴，前行星排的前太阳轮与一号电机连接，发动机与前行星排的前行星架连接，前行星排的前齿圈用于直接或者间接连接***输出轴。该混合动力***虽然有多种工作模式，比如：纯电动模式、混合驱动模式、发动机直驱模式和制动能量回收模式，其中，纯电动模式包括低速纯电动和高速纯电动状态，但是，在低速电动状态下，***只有二号电机提供转矩，无法实现多电机联合驱动，并且，一个电机的输出的转矩有限，无法提供较大转矩，该转矩能够满足一般的缓坡或者起步，对于一些较为特殊的情况，比如：坡度较大的上坡，或者较重的车辆，上述转矩可能就无法满足起步或者上坡要求。而且，在纯电动模式下一号电机始终在空转，造成动力电池电能的浪费。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种行星式混联动力***，用以解决传统的行星混联动力***在纯电动模式下提供的转矩值可能无法满足起步或者上坡要求的问题。本实用新型同时提供一种车辆。

为实现上述目的，本实用新型的方案包括：一种行星式混联动力***，包括发动机、一号电机、前行星排和二号电机，前行星排的前太阳轮与一号电机连接，发动机的传动轴与前行星排的前行星架连接，所述动力***还包括第一锁止离合器，用于锁止或者释放发动机的传动轴。

所述发动机的传动轴与前行星排的前行星架之间设置有扭转减震器，所述第一锁止离合器用于锁止或者释放所述扭转减震器的输出端。

所述动力***包括后行星排，所述前行星排的前齿圈连接所述后行星排的后行星架，所述后行星排的后行星架连接***输出端，所述二号电机与后行星排的后太阳轮连接。

所述动力***包括第三锁止离合器，用于锁止或者释放后行星排的后齿圈。

所述动力***包括第二锁止离合器，用于锁止或者释放所述前行星排的前太阳轮与一号电机。

一种车辆，包括一种行星式混联动力***，所述动力***包括发动机、一号电机、第一锁止离合器、前行星排和二号电机，前行星排的前太阳轮与一号电机连接，发动机的传动轴与前行星排的前行星架连接，所述第一锁止离合器用于锁止或者释放发动机的传动轴。

所述发动机的传动轴与前行星排的前行星架之间设置有扭转减震器，所述第一锁止离合器用于锁止或者释放所述扭转减震器的输出端。

所述动力***包括后行星排，所述前行星排的前齿圈连接所述后行星排的后行星架，所述后行星排的后行星架连接***输出端，所述二号电机与后行星排的后太阳轮连接。

所述动力***包括第三锁止离合器，用于锁止或者释放后行星排的后齿圈。

所述动力***包括第二锁止离合器，用于锁止或者释放所述前行星排的前太阳轮与一号电机。

本实用新型提供的行星式混联动力***中，在发动机的传动轴处设置有第一锁止离合器，用于锁止或者释放发动机的传动轴，由于发动机的传动轴与前行星排的前行星架连接，那么，该锁止离合器能够锁止或者释放前行星架。在纯电动模式下，如果需要动力***输出高转矩，那么利用第一锁止离合器将前行星架锁止，一号电机在转动时就会带动前行星排的前太阳轮和前齿圈向动力***的输出端输出转矩，再加上二号电机的输出，就能够实现两个电机的联合输出，也就是说，***输出的转矩与一号电机和二号电机的输出转矩之和相关，相较于传统的动力***提供的转矩，转矩值增大了很多，满足坡度较大的上坡或者较重的车辆等高转矩需求，保证了车辆动力性和安全性。

附图说明

图1是行星式混联动力***的一种实施方式的结构示意图；

图2是行星式混联动力***的各工作模式逻辑示意图；

图1中，1、发动机，2、扭转减震器，3、第一锁止离合器，4、一号电机，5、双电机及电附件集成控制器，6、动力电池，7、第二锁止离合器，8、前行星排齿圈，9、第三锁止离合器，10、后行星排齿圈，11、后行星排太阳轮，12、二号电机，13、***输出轴，14、后行星排行星架，15、前行星排行星架，16、前行星排太阳轮。

具体实施方式

本实施例提供一种车辆，包括一种行星式混联动力***，以及其他的组成部分，由于其他组成部分属于常规技术，而且不属于本实用新型的实用新型点，这里就不再具体说明，以下对行星式混联动力***进行详细说明。

如图1所示，行星式混联动力***包括发动机1、一号电机4和前行星排，前行星排的前太阳轮16与一号电机4连接，发动机1的传动轴与前行星排的前行星架15连接，由于通常情况下发动机均连接扭转减震器，所以，本实施例中，发动机1的传动轴连接扭转减震器2，扭转减震器2的输出端与前行星排的前行星架15连接。扭转减震器2的输出端设置有第一锁止离合器，为锁止离合器3，用于锁止或者释放扭转减震器2的输出端。由于锁止离合器属于常规设备，其结构以及工作原理均属于现有技术，本实施例就不再对本实施例中涉及到的三个锁止离合器本身进行具体说明。锁止离合器有两个状态，分别是锁止和释放，锁止是指将被控对象锁止，比如锁止在壳体上，使其无法运动；释放，即非锁止，是指不锁止被控对象，使其***。

所以，动力***在纯电动模式下，如果需要动力***输出高转矩，那么利用锁止离合器3将前行星架15锁止，那么，一号电机4在转动时，就会带动前太阳轮15和前齿圈8转动，向动力***的输出端13输出转矩，再加上二号电机12的输出，就能够实现两个电机的联合输出，也就是说，***输出的转矩与一号电机4和二号电机12的输出转矩之和相关，相较于传统的动力***提供的转矩，转矩值增大了很多，满足坡度较大的上坡或者较重的车辆等特殊转矩需求，保证了车辆动力性和安全性。

该动力***还包括第二锁止离合器，为锁止离合器7，用于锁止或者释放前太阳轮16与一号电机4，可以设置在一号电机4的传动轴上，能够将前太阳轮16与一号电机4锁止在壳体上。动力电池6通过双电机以及电附件集成控制器5连接一号电机4和二号电机12，用于为一号电机4和二号电机12提供电能。

前行星排的前齿圈8连接动力***的后一部分，后一部分可以是背景技术中引用的对比文件中的相关结构，也可以是现有当中的其他相关结构，本实施例中，给出一种具体的实现方式。

如图1所示，前齿圈8连接后行星排的后行星架14，后行星架14连接动力***输出端13，二号电机12与后行星排的后太阳轮11连接。并且，该动力***还包括第三锁止离合器，为锁止离合器9，可以设置在行星排的后齿圈10上，用于锁止或者释放后行星排的后齿圈10，能够将后齿圈10锁止在壳体上。

该行星式混联动力***可实现纯电动驱动、混合驱动、发动机直驱、滑行制动等工作模式，以下对各工作模式进行分别说明。

(1)纯电动模式：

包括两种工作模式，二号电机单独驱动(即纯电动模式1)和双电机联合驱动(纯电动模式2)，两种模式的选择通过功率需求条件进行选择，逻辑判断如图2所示，其中P_需求为车辆需求功率，P₁为一号电机的最大输出功率，P₂为二号电机的最大输出功率。

纯电动模式1：

车辆起步或者行驶中，如果整车需求功率较小，并且动力电池6的SOC充足，二号电机12单独驱动车辆。那么，发动机1关闭，一号电机4空转，动力电池6向二号电机12提供能量驱动整车，锁止离合器3处于非锁止状态，锁止离合器7处于非锁止状态，锁止离合器9处于锁止状态。

具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2，其中k₂为后齿圈10的半径与后太阳轮11的半径的比值，T_MG2为二号电机12的输出转矩。

纯电动模式2：

车辆起步或者行驶中，如果整车需求功率较大，并且动力电池6的SOC充足，一号电机4和二号电机12联合驱动整车行驶。那么，发动机1关闭，动力电池6向一号电机4和二号电机12提供能量联合驱动整车行驶，锁止离合器3处于锁止状态，锁止离合器7处于非锁止状态，锁止离合器9处于锁止状态。

具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2+k₁T_MG1。其中k₁为前齿圈8的半径与前太阳轮16的半径的比值，k₂为后齿圈10的半径与后太阳轮11的半径的比值，T_MG1为一号电机4的输出转矩，T_MG2为二号电机12的输出转矩。

所以，纯电动模式2通常应用在起步或者爬坡工况中，整车需求功率大，为保证车辆动力性，双电机联合驱动车辆，以提供较大的转矩。

(2)混合动力驱动模式：

包含3种工作模式，低速混动模式(即混合动力模式1)、高速混动模式(即混合动力模式2)和强制发电模式(即混合动力模式3)。该模式下，发动机1工作，一号电机4工作于发电状态，二号电机12工作于电动状态或者不工作，动力电池6依据整车需求向二号电机12不提供或提供动力。并且，***根据实际车速V是否大于V_锁来判断低速混动和高速混动两种状态，V_锁为行星排处于机械点的临界速度，即混合动力模式下锁止离合器7锁止的分界速度。另外，利用锁止离合器能够避免在高车速时现有的行星混联***的功率循环问题。

混合动力模式1：

当车速V＜V_锁时，工作在低速混动模式，即混合动力模式1。这种情况下，发动机1工作，一号电机4不工作，二号电机12工作于驱动状态，锁止离合器3处于非锁止状态，锁止离合器7处于锁止状态，锁止离合器9处于锁止状态。

此时动力***的输入为连接在前行星架15上的发动机1及连接在后太阳轮11上的二号电机12，输出为后行星架14。具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2+k₁/(1+k₁)T_ENG，T_ENG为发动机转矩。低速工况下，一号电机4的转速会较高，通过锁止离合器7处于锁止状态将一号电机4固定在壳体上，避免了功率循环带来的能量损失。

混合动力模式2：

当车速V≥V_锁时，工作在高速混动模式，即混合动力模式2。这种情况下，发动机1工作，一号电机4工作于发电状态，二号电机12工作于驱动状态，锁止离合器3处于非锁止状态，锁止离合器7处于非锁止状态，锁止离合器9处于锁止状态。

此时动力***的输入为连接在前行星架15上的发动机1及连接在后太阳轮11上的二号电机12，输出为后行星架14，具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2+k₁/(1+k₁)T_ENG。

混合动力模式3：

当动力电池6的SOC≤SOC_L时，其中SOC_L为动力电池6电量下限值。为保证电池电量处于合理的范围，动力***要工作在强制发电模式，即混合动力模式3。这种情况下，发动机1工作，一号电机4工作于发电状态，二号电机12工作于驱动状态，锁止离合器3处于非锁止状态，锁止离合器7处于非锁止状态，锁止离合器9处于锁止状态。

此时动力***的输入为连接在前行星架15上的发动机1及连接在后太阳轮11上的二号电机12，输出为后行星架14，具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2+k₁/(1+k₁)T_ENG。

(3)发动机直驱模式：

一号电机4和二号电机12均不工作，发动机1单独提供动力驱动整车行驶，锁止离合器3处于非锁止状态，锁止离合器7处于锁止状态，锁止离合器9处于非锁止状态。

由于锁止离合器7处于锁止状态，那么能够将一号电机4固定在壳体，避免了能量转换过程中的效率损失。由于锁止离合器9处于非锁止状态，能够使后行星架14及后齿圈10工作，后太阳轮11与二号电机12相连不工作，减少了二号电机14空转带来的弱磁损失。具体的转矩关系为：T_out＝k₁/(1+k₁)T_ENG。该模式适合于车辆高速行驶，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***在发动机直驱时存在的机电转换问题和电机高速运转弱磁问题，提高动力***的效率。

(4)滑行制动模式：

发动机1关闭，一号电机4空转，二号电机12处于发电状态，锁止离合器3处于非锁止状态，锁止离合器7处于非锁止状态，锁止离合器9处于锁止状态。

动力***的输入为连接在后太阳轮11上的二号电机12，输出为后行星架14，二号电机12的电制动力通过***输出轴13作用到车轮上，实现能量回收功能。具体的转矩关系为：T_out＝(1+k₂)T_MG2。该模式可降低对二号电机12的转矩需求，有利于降低驱动电机的体积和成本。

表1是上述几种模式下，动力***中的各相关组成部分的工作状态。

表1

该行星式混联动力***的具体控制方法如图2所示，其中，P_{E_opt}为发动机最优功率。

首先，根据油门踏板的状态来判定是否属于滑行制动模式，当油门踏板未被踩下时，进入滑行制动模式。

当油门踏板被踩下的时候，根据整车动力电池的SOC值是否低于下限值SOC_L来判断车辆是否进入强制发电模式(即混合动力模式3)，当动力电池SOC≤SOC_L时，进入混合动力模式3。

当动力电池SOC＞SOC_L时，根据整车功率需求P_需求是否大于两个电机最大功率之和P₁+P₂来判定是否进入纯电动模式：

当P_需求＞P₁+P₂时，根据整车功率需求是否在发动机高效区来判断是否进入发动机直驱模式，当整车功率需求在发动机高效区内时，即P_需求＜P_{E_opt}，进入发动机直驱模式，当P_需求≥P_{E_opt}时，根据车速V是否大于V_锁来判断，当V≤V_锁时，进入混合动力模式1，否则进入混合动力模式2。

当P_需求≤P₁+P₂时，根据整车功率需求P_需求是否大于二号电机最大功率来判断是否进入纯电模式1，当P_需求＞P₂时，进入纯电动模式1，否则进入纯电动模式2。

因此，利用锁止离合器及行星排实现模式切换，能够避免市场上现有行星混联***在低速时的电功率过大及高速时的功率循环问题。

利用第一锁止离合器，克服了原有行星排混联***无法实现多电机联合驱动缺点，本实施例提供的动力***在纯电动模式加速时可以实现两电机同时参与驱动，提高***驱动能力。

利用第二锁止离合器，克服了原有行星排混联***无法实现发动机直驱功能，避免现有混联***在混合驱动时存在的机电转换问题，提高了动力***效率。

利用第三锁止离合器，克服了原有行星排混联***高速工况下电机弱磁问题，避免现有混联***在高速工况下电机高速空转弱磁问题，提高了动力***效率。

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行星式混联动力***的硬件结构，并不局限于具体的控制策略，以该动力***作为基础而进行的任何控制策略均在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种行星式混联动力***，包括发动机、一号电机、前行星排和二号电机，前行星排的前太阳轮与一号电机连接，发动机的传动轴与前行星排的前行星架连接，其特征在于，所述动力***还包括第一锁止离合器，用于锁止或者释放发动机的传动轴。

2.根据权利要求1所述的行星式混联动力***，其特征在于，所述发动机的传动轴与前行星排的前行星架之间设置有扭转减震器，所述第一锁止离合器用于锁止或者释放所述扭转减震器的输出端。

3.根据权利要求1或2所述的行星式混联动力***，其特征在于，所述动力***包括后行星排，所述前行星排的前齿圈连接所述后行星排的后行星架，所述后行星排的后行星架连接***输出端，所述二号电机与后行星排的后太阳轮连接。

4.根据权利要求3所述的行星式混联动力***，其特征在于，所述动力***包括第三锁止离合器，用于锁止或者释放后行星排的后齿圈。

5.根据权利要求1或2所述的行星式混联动力***，其特征在于，所述动力***包括第二锁止离合器，用于锁止或者释放所述前行星排的前太阳轮与一号电机。

6.一种车辆，包括一种行星式混联动力***，其特征在于，所述动力***包括发动机、一号电机、第一锁止离合器、前行星排和二号电机，前行星排的前太阳轮与一号电机连接，发动机的传动轴与前行星排的前行星架连接，所述第一锁止离合器用于锁止或者释放发动机的传动轴。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述发动机的传动轴与前行星排的前行星架之间设置有扭转减震器，所述第一锁止离合器用于锁止或者释放所述扭转减震器的输出端。

8.根据权利要求6或7所述的车辆，其特征在于，所述动力***包括后行星排，所述前行星排的前齿圈连接所述后行星排的后行星架，所述后行星排的后行星架连接***输出端，所述二号电机与后行星排的后太阳轮连接。

9.根据权利要求8所述的车辆，其特征在于，所述动力***包括第三锁止离合器，用于锁止或者释放后行星排的后齿圈。

10.根据权利要求6或7所述的车辆，其特征在于，所述动力***包括第二锁止离合器，用于锁止或者释放所述前行星排的前太阳轮与一号电机。