CN206983712U - 一种双行星轮系多模式混合动力*** - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及双行星轮系多模式混合动力***，包括发动机总成（300）、集成启动发电电机（19）、主驱动电机（14）、第一行星轮系总成（200）和第二行星轮系总成（100），发动机总成（300）包括发动机（301），第一行星轮系总成（200）包括第一齿圈（203）、第一行星架（204）和第一太阳轮（205），第一行星轮系总成（200）与第二行星轮系总成（100）之间设置有离合器（16），发动机（301）输出轴与第一行星架（204）相连接，集成启动发电电机（19）与第一太阳轮（205）相连接，第一齿圈（203）设为输出端。本实用新型确保发动机工作在最佳燃油经济区，整车综合效率处于较高水平。

Description

一种双行星轮系多模式混合动力***

技术领域

本实用新型涉及混合动力汽车的混合动力***，尤其涉及一种双行星轮系多模式混合动力***。

背景技术

面对当今世界日益严峻的能源危机和环境污染形势，发展新能源汽车已经成为汽车技术领域的重要研究方向之一。混合动力驱动***及混合动力汽车是目前一种高效的节能减排解决方案，其主要动力部件一般包含发动机、ISG电机和驱动电机，通过不同的功率流耦合控制，可工作于串联模式、并联模式或混联模式。国际上先进的混合动力***主要是日本丰田的THS***以及本田的i-MMD***。THS***主要通过单行星轮系***来实现不同动力源之间的功率分流和汇流。其技术特点是结构紧凑，能够良好地实现电子无级变速功能，且无复杂的控制。但是，其仅能实现基本的混联模式，无法根据整车复杂工况的需要进行相应的模式切换，其驱动电机直接与输出行星轮系齿圈相连，向整车输出动力，对电机的输出扭矩要求较高，对整体***的匹配要求严格，必须开发专用的发动机及电机才能够相互配合，从而达到较优的驱动效果。i-MMD***主要是通过离合器的分离与接合来实现不同模式间的切换，能够稳定地工作于并联模式和串联模式。但是，其在并联驱动时无法实现发动机与整车的速度解耦，即无法实现电子无级变速功能，使得发动机工作效率降低。此外，由于其对离合器的控制精度要求较高，当无法及时接合或分离离合器时，将会对整车运行造成冲击。

鉴于行星轮系良好的功率耦合特性，国内已经出现一些针对THS***的改进设计，但是其仍是基于所述THS***的混联模式，并未考虑到新能源车辆在行驶过程中对于驱动、制动能量回收时的不同功率需求，因而无法根据实际需要进行复杂、精准、稳定的模式切换，未能充分发挥双电机和发动机耦合后各自的潜能，从而限制了整个混合动力***对于能量管理的优化空间。基于现有技术中存在的上述技术问题，为充分发挥各驱动部件的能力并提高整个混合动力***总成的输出能力和效率，急需拓展混合动力***的工作模式。

专利号为ZL201210457934.9的中国发明专利公开了一种双行星轮系动力耦合传动***，旨在克服多种动力源动力耦合效率低，很难实现多种驱动模式来优化发动机工作区间的问题，该***包括前齿圈、前行星架、前太阳轮、后齿圈、后行星架、后太阳轮、前制动器、离合器、后制动器与减速齿轮组。前齿圈空套在发动机的输出轴上为转动连接，前齿圈的左端***前制动器内，前行星架与发动机的输出轴固定连接，前太阳轮与发电机输入轴的左端键连接，发电机输入轴的右端和减速齿轮组的输入端键连接，减速齿轮组的输出端和离合器的左端固定连接，离合器的右端和后行星架通过一轴固定连接，轴***后制动器内，驱动电机空套在后太阳轮上，驱动电机与后齿圈固定连接，后太阳轮的右端与驱动桥固定连接。但该发明是利用前制动器3锁住前齿圈2，通过前太阳轮16输出扭矩，发电机4在前太阳轮16上与发动机1的输出动力进行扭矩耦合，可见，其前排行星轮系对于发动机1而言仅起到减扭增速的作用。因此，所述前排行星轮系存在如下技术缺陷：第一，若其前制动器3不发生作用，即不将前齿圈2制动，则发动机1将无法输出功率，导致其输出功率完全传递到前齿圈2上空转；第二，若其前制动器3发生作用，即将前齿圈2制动，由于发动机1连接于前行星架15上，前齿圈2制动，以前太阳轮16进行输出，则对发动机1而言，所述前排行星轮系将产生“减扭增速”的反向不利作用，这显然与一般发动机特性相违背。因此亟待改进。

专利号为ZL201510214940.5的中国发明专利公开了一种混合动力汽车混联式双行星轮系动力耦合装置及方法，所述动力耦合装置包括发动机、第一、二行星轮系、第一、二电机；第一行星轮系由第一太阳轮、第一行星架、第一齿圈及其行星轮构成；第二行星轮系由第二太阳轮、第二行星架、第二齿圈及其行星轮构成；第一电机与第一太阳轮连接；第二电机与第二太阳轮连接；发动机通过一离合器与第一齿圈连接，第一齿圈上设有制动器；第一行星架与第二齿圈固连在一起作为动力输出端，第二齿圈通过动力输出齿轮与外部传动机构连接；第二行星架固定在车架上。该发明结构简单、控制简便，能够实现多种动力耦合与模式切换，改善耗油特性与动力性能，并且能够实现无级变速，不需要加装变速器。但由于该发明是将离合器2设置在发动机1的输出端处，因而既无法保证离合器2工作状态的稳定，也无法实现混合动力的串联工作模式和并联工作模式。因此亟待改进。

实用新型内容

本实用新型目的是提供一种利用双行星轮系耦合***来实现多种工作模式自由切换的混合动力***，并提供基于该混合动力***在各种工作模式下相应的控制方法。

为了实现上述实用新型目的以及解决现有的双行星轮系动力耦合传动***和混合动力汽车混联式双行星轮系动力耦合装置存在的技术缺陷，本实用新型的双行星轮系多模式混合动力***采用的技术方案如下：

一种双行星轮系多模式混合动力***，包括发动机总成、集成启动发电电机、主驱动电机、第一行星轮系总成和第二行星轮系总成，所述发动机总成包括发动机，所述第一行星轮系总成包括第一齿圈、第一行星架和第一太阳轮，所述第一行星轮系总成与第二行星轮系总成之间设置有离合器，所述发动机输出轴与所述第一行星架相连接，所述集成启动发电电机与所述第一太阳轮相连接，所述第一齿圈设为输出端。

优选的是，所述集成启动发电电机处设置有发电制动器。

在上述任一方案中优选的是，所述第一齿圈处设置有第一齿圈制动器。

在上述任一方案中优选的是，所述发动机输出轴与所述第一行星架之间设置有扭转减震器。

在上述任一方案中优选的是，所述离合器一端与所述第一齿圈相连接，其另一端与所述主驱动电机相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括车架和***输出轴，所述第二行星轮系总成包括第二齿圈、第二行星架和第二太阳轮，所述第二太阳轮与所述主驱动电机相连接，所述第二齿圈与所述车架之间固定连接，所述第二行星架与所述***输出轴相连接。

在上述任一方案中优选的是，所述第一齿圈处设置有第一齿圈转速传感器。

在上述任一方案中优选的是，所述主驱动电机处设置有TM电机转速传感器。

在上述任一方案中优选的是，所述离合器处设置有离合器接合状态传感器。

在上述任一方案中优选的是，所述主驱动电机采用高速小扭矩TM电机。

在上述任一方案中优选的是，包括整车CAN通讯网络、整车控制单元、电池管理***、仪表控制单元和整车其它模块，所述整车CAN通讯网络分别与所述整车控制单元、电池管理***、仪表控制单元和整车其它模块相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括内部CAN通讯网络、发动机控制单元、混合动力整车控制器、集成电机控制单元，所述内部CAN通讯网络分别与所述仪表控制单元、发动机控制单元、整车控制单元、混合动力整车控制器和集成电机控制单元相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括动力电池，所述动力电池分别与所述电池管理***和集成电机控制单元相连接。

在上述任一方案中优选的是，包括法兰盘、车辆驱动轮和车辆驱动桥，所述第二行星轮系总成通过所述法兰盘与所述车辆驱动桥相连接，所述车辆驱动桥与所述车辆驱动轮相连接。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：本实用新型通过对现有的双行星轮系动力耦合传动***中的前排行星轮系进行改进，即将所述集成启动发电电机与所述第一太阳轮相连接，将所述发动机输出轴与所述第一行星架相连接，所述第一齿圈输出扭矩，从而解决了上述现有的前排行星轮系所产生的“减扭增速”的反向不利作用。本实用新型通过在第一行星轮系与第二行星轮系之间设置的离合器，以及在离合器处分别布置的离合器接合状态传感器、第一齿圈转速传感器和TM电机输入轴转速传感器，不仅能够确保离合器的接合可靠和分离彻底，还能够确保离合器始终处于最佳工作状态，亦可实现串联、并联工作模式，解决了现有的混合动力汽车混联式双行星轮系动力耦合装置中，因将离合器设置在发动机的输出端处而造成的既无法保证离合器工作状态的稳定，也无法实现混合动力的串联工作模式和并联工作模式的技术缺陷。本实用新型能够实现纯电动、串联、并联、混联、纯发动机驱动、强制补充充电、停车补充充电和再生制动共计八种工作模式，构型成熟、结构紧凑，符合车辆运行中的各项需求。本实用新型针对现有混合动力汽车存在的TM电机体积及需求峰值扭矩较大的技术问题，采用双行星轮系结构，第二行星轮系可实现减速增扭、减小TM电机峰值扭矩及其体积，以便于进行整车布置以及进一步降低产品成本。本实用新型使用离合器实现第一行星轮系与TM电机之间动力的传输与中断，有效避免在TM电机单独工作时ISG电机空转的情况，进而降低能量损耗，同时所设置的离合器也便于实现所述八种工作模式的切换工作。本实用新型利用行星轮系的功率分流作用可实现对发动机工作点的精确控制，保证发动机工作在最佳燃油经济区，使整车综合效率始终保持在较高水平。本实用新型通过对***中制动器与离合器的控制可实现制动能量回收，进一步提高***经济性。同时，本实用新型只需选用功率较小的发动机即可满足车辆行驶要求，此举可进一步减少有害气体的排放量，有利于保护大气环境。

附图说明

图1作为本实用新型的双行星轮系多模式混合动力***的一优选实施例的总体结构示意图；

图2为按照本实用新型的双行星轮系多模式混合动力***图1实施例中的双行星轮系的结构及工作原理示意图。

附图标记说明：

1动力电池；2电池管理***(Battery Management System，BMS)；3整车CAN通讯网络(CAN1)；4内部CAN通讯网络(CAN2)；5仪表控制单元(Instrument Control Unit，ICU)；6发动机控制单元(Engine Control Unit，ECU)；7整车控制单元(Vehicle Control Unit，VCU)；8混合动力整车控制器(Hybrid Control Unit，HCU)；9整车其它模块；10车辆驱动轮；11TM电机转速传感器；12车辆驱动桥；13法兰盘；14主驱动电机(Traction Motor，TM)；15集成电机控制单元(Motor Control Unit，MCU)；16离合器；17离合器接合状态传感器；18第一齿圈转速传感器；19集成启动发电电机(Integrated Starter and Generator，ISG)；100第二行星轮系总成；101第二齿圈；102***输出轴；103第二行星架；104第二太阳轮；200第一行星轮系总成；201发电制动器；202第一齿圈制动器；203第一齿圈；204第一行星架；205第一太阳轮；300发动机总成；301发动机；302扭转减震器。

具体实施方式

本实施例仅为一优选技术方案，其中所涉及的各个组成部件以及连接关系并不限于该实施例所描述的以下这一种实施方案，该优选方案中的各个组成部件的设置以及连接关系可以进行任意的排列组合并形成完整的技术方案。

下面结合图1、2详细描述所述双行星轮系多模式混合动力***的技术方案：

一种双行星轮系多模式混合动力***，包括发动机总成300、集成启动发电电机19、主驱动电机14、第一行星轮系总成200和第二行星轮系总成100，所述两组行星轮系在各自内部连接及运动上相互独立。发动机总成300包括发动机301，第一行星轮系总成200包括第一齿圈203、第一行星架204和第一太阳轮205，第一行星轮系总成200与第二行星轮系总成100之间设置有离合器16，发动机301输出轴与第一行星架204相连接，集成启动发电电机19与第一太阳轮205相连接，第一齿圈203设为输出端。集成启动发电电机19处设置有发电制动器201，发电制动器201能够控制第一太阳轮205及所连接轴系的制动锁止或释放转动；第一齿圈203处设置有第一齿圈制动器202，第一齿圈制动器202用于控制第一齿圈203相对于车架固连或脱开。发动机301输出轴与第一行星架204之间设置有扭转减震器302。离合器16一端与第一齿圈203相连接，其另一端与主驱动电机14相连接。包括车架和***输出轴102，第二行星轮系总成100包括第二齿圈101、第二行星架103和第二太阳轮104，第二太阳轮104与主驱动电机14相连接，第二齿圈101与所述车架之间固定连接，第二行星架103与***输出轴102相连接，进而将***输出轴102与整车主减速器相连接，从而实现向车辆驱动桥12输出动力。第一齿圈203处设置有第一齿圈转速传感器18，主驱动电机14处设置有TM电机转速传感器11，离合器16处设置有离合器接合状态传感器17。主驱动电机14可以采用高速小扭矩TM电机，通过所述第二行星轮系的减速增扭作用仍可实现大扭矩输出，在保证***输出扭矩满足要求的同时能够降低主驱动电机14的体积、质量以及制造成本，集成启动发电电机19和主驱动电机14的大小与体积相近，以便于整车布置。包括整车CAN通讯网络3、整车控制单元7、电池管理***2、仪表控制单元5和整车其它模块9，整车CAN通讯网络3分别与整车控制单元7、电池管理***2、仪表控制单元5和整车其它模块9相连接。包括内部CAN通讯网络4、发动机控制单元6、混合动力整车控制器8、集成电机控制单元15，内部CAN通讯网络4分别与仪表控制单元5、发动机控制单元6、整车控制单元7、混合动力整车控制器8和集成电机控制单元15相连接。包括动力电池1，动力电池1分别与电池管理***2和集成电机控制单元15相连接。包括法兰盘13、车辆驱动轮10和车辆驱动桥12，第二行星轮系总成100通过法兰盘13与车辆驱动桥12相连接，车辆驱动桥12与车辆驱动轮10相连接。

本实用新型的工作原理是：通过控制发电制动器201、第一齿圈制动器202和离合器16的工作状态，加之双行星轮系的功率分流作用，实现了如下八种工作模式：1)当离合器16分离时，发电制动器201和第一齿圈制动器202均不制动，整个动力***中仅有主驱动电机14工作，此时动力***处于纯电动工作模式；2)当离合器16不接合时，发电制动器201不工作，第一齿圈制动器202制动，发动机301启动，主驱动电机14与集成启动发电电机19均工作，此时动力***工作处于串联工作模式；3)当离合器16接合时，发电制动器201制动，第一齿圈制动器202不制动，集成启动发电电机19不工作，发动机301工作，此时动力***处于并联工作模式；4)当离合器16接合时，发电制动器201和第一齿圈制动器202均不制动，发动机301、集成启动发电电机19、主驱动电机14均工作，此时动力***工作处于混联工作模式；5)当离合器16接合时，发电制动器201制动，第一齿圈制动器202不制动，集成启动发电电机19与主驱动电机14均不工作，仅发动机301工作，此时动力***处于纯发动机驱动工作模式；6)当离合器16接合时，发电制动器201和第一齿圈制动器202均不制动，主驱动电机14不工作，发动机301与集成启动发电电机19工作，此时动力***处于强制补充充电工作模式；7)当离合器16不接合时，发电制动器201不工作，第一齿圈制动器202制动，发动机301与集成启动发电电机19均工作，而主驱动电机14不工作，若车辆停驶，此时动力***可实现停车补充充电工作模式；8)当离合器16不接合时，发电制动器201和第一齿圈制动器202均不制动，发动机301与集成启动发电电机19不启动，且主驱动电机14工作在发电状态，此时动力***可实现再生制动工作模式。

当主驱动电机14单独工作时，由于离合器16可实现动力中断，避免了因主驱动电机14单独驱动而导致的集成启动发电电机19的转子进行空载转动所带来的能量损耗和机械损耗，从而可以延长集成启动发电电机19的工作寿命，同时可以降低***检修与维护周期。

本实用新型在进行特定模式切换时需要离合器16接合，为了保证离合器16的控制精度，在第一齿圈203和主驱动电机14处均设有转速传感器，在离合器16接合前通过所述两个转速传感器的转速差来确认是否满足接合条件；在离合器16接合后通过所述两个转速传感器的转速差是否为零来判断接合状态是否真实有效；在离合器16分离后通过所述两个转速传感器的转速差是否不为零来判断分离是否彻底。同时在离合器16处设置的离合器接合状态传感器可以进行位置诊断，以进一步检测出离合器16的主动部分和从动部分的接合状态，从而时刻保障离合器工作的可靠性，以确保车辆顺利进行不同工作模式之间的切换工作。

本实用新型的所述八种工作模式如表1所示：

表1：

表1说明：表中●表示该部件工作，╳表示该部件不工作。

所述八种工作模式，可随时根据车辆不同工况切换适宜的工作模式，时刻满足车辆动力性与经济性要求，使车辆始终保持在最佳工作状态。

本实用新型通过选择适当的第二行星轮系齿轮齿数比，在进行动力性匹配时通过选用高速小扭矩的主驱动电机14，经过第二行星轮系总成100的减速增扭作用实现大扭矩输出，在保证***输出扭矩满足要求的同时降低了主驱动电机14的体积、质量，进一步降低了制造开发成本，集成启动发电电机19和主驱动电机的大小与体积相近，以便进行整车布置。

本实用新型通过采用双行星轮系结构，使得第一行星轮系总成200实现了功率分流，第二行星轮系总成100起着减速增扭的作用。通过所设置的集成启动发电电机19与第一太阳轮205相连接并由发电制动器201控制第一太阳轮205的制动或释放，以及所设置的发动机301的输出轴通过扭转减震器302与第一行星架204相连接，从而实现了发动机301的工作点和车速解耦。通过集成电机控制单元15对集成启动发电电机19的转速进行调节，达到调节发动机301工作点的技术效果，使发动机301时刻工作在燃油经济性良好的高效区，从而实现节能减排的技术效果。

Claims (14)

1.一种双行星轮系多模式混合动力***，包括发动机总成（300）、集成启动发电电机（19）、主驱动电机（14）、第一行星轮系总成（200）和第二行星轮系总成（100），发动机总成（300）包括发动机（301），第一行星轮系总成（200）包括第一齿圈（203）、第一行星架（204）和第一太阳轮（205），第一行星轮系总成（200）与第二行星轮系总成（100）之间设置有离合器（16），其特征在于，发动机（301）输出轴与第一行星架（204）相连接，集成启动发电电机（19）与第一太阳轮（205）相连接，第一齿圈（203）设为输出端。

2.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，集成启动发电电机（19）处设置有发电制动器（201）。

3.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，第一齿圈（203）处设置有第一齿圈制动器（202）。

4.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，发动机（301）输出轴与第一行星架（204）之间设置有扭转减震器（302）。

5.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，离合器（16）一端与第一齿圈（203）相连接，其另一端与主驱动电机（14）相连接。

6.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，包括车架和***输出轴（102），第二行星轮系总成（100）包括第二齿圈（101）、第二行星架（103）和第二太阳轮（104），第二太阳轮（104）与主驱动电机（14）相连接，第二齿圈（101）与所述车架之间固定连接，第二行星架（103）与***输出轴（102）相连接。

7.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，第一齿圈（203）处设置有第一齿圈转速传感器（18）。

8.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，主驱动电机（14）处设置有TM电机转速传感器（11）。

9.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，离合器（16）处设置有离合器接合状态传感器（17）。

10.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，主驱动电机（14）采用高速小扭矩TM电机。

11.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，包括整车CAN通讯网络（3）、整车控制单元（7）、电池管理***（2）、仪表控制单元（5）和整车其它模块（9），整车CAN通讯网络（3）分别与整车控制单元（7）、电池管理***（2）、仪表控制单元（5）和整车其它模块（9）相连接。

12.如权利要求11所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，包括内部CAN通讯网络（4）、发动机控制单元（6）、混合动力整车控制器（8）、集成电机控制单元（15），内部CAN通讯网络（4）分别与仪表控制单元（5）、发动机控制单元（6）、整车控制单元（7）、混合动力整车控制器（8）和集成电机控制单元（15）相连接。

13.如权利要求12所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，包括动力电池（1），动力电池（1）分别与电池管理***（2）和集成电机控制单元（15）相连接。

14.如权利要求1所述的双行星轮系多模式混合动力***，其特征在于，包括法兰盘（13）、车辆驱动轮（10）和车辆驱动桥（12），第二行星轮系总成（100）通过法兰盘（13）与车辆驱动桥（12）相连接，车辆驱动桥（12）与车辆驱动轮（10）相连接。