一种行星并联式混合动力系统和一种车辆的制作方法

本发明涉及一种行星并联式混合动力系统和一种车辆。

背景技术

面对日益严重的环境污染和能源危机，节能环保成为时代的主题，新能源车辆由于其节能环保性能，应成为所有汽车和零部件厂家中的发展方向。现有新能源车辆主要包括纯电动车辆(ev)、混合动力车辆(hev)、燃料电池车辆(fhev)。纯电动车辆受制于电池成本和充电时间通常作为市区内短途运输使用；燃料电池车辆受制于燃料电池技术及成本目前仍处于样机阶段。混合动力车辆由于其续驶里程受限制以及兼具纯电行驶功能因此受到公众的青睐。

混合动力系统构型分为串联、并联、混联三种构型。串联构型发动机驱动发电机发电产生电能，然后再由驱动电机驱动车辆，串联系统发动机虽然可以处于高效率区，但是所有能量都经过化学能转化为电能，电能转化为车辆动能。所有能量经过的二次转化因此总体效率并不高，不能很好地降低车辆能耗。混联系统可以提升车辆燃油经济性，但是混联系统必须具备两个电机，因此会导致动力系统成本增加，同时目前现有混合动力系统在保证成本的前提下无法保证车辆的大爬坡能力。

申请公布号为cn102448755a的专利申请文件公开了一种混合动力车的动力传递机构，包括发动机、行星排和电机，发动机、行星排和电机同轴向设置。对于需要传递大扭矩和大扭矩驱动的商用车或者其他的公共车辆，发动机、电机和行星排均需要输出和传递大扭矩，因此这种公共车辆中就需要布置大扭矩的电机，相应地，电机的体积就很大，那么，就会导致动力系统的轴向尺寸很大，对于一些小型公交车、公路车或者小型商用车，尤其是10米以下的车辆，就会因上述动力系统的轴向长度多长而无法将这种动力系统应用到小型车辆中。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种行星并联式混合动力系统，用以解决传统的动力系统轴向长度过长的问题。本发明同时提供一种车辆。

为实现上述目的，本发明的方案包括一种行星并联式混合动力系统，包括发动机、行星排和电机，所述发动机和行星排同轴设置，所述电机通过传动机构连接行星排，所述电机布置在所述发动机和行星排所在轴线的径向一侧。

所述电机的轴线与所述发动机和行星排所在轴线平行设置。

所述动力系统包括用于锁止或者释放电机的第二锁止离合器，所述发动机的传动轴连接所述行星排的行星架，所述电机通过传动机构连接所述行星排的太阳轮，所述行星排的齿圈连接系统输出端。

所述动力系统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通过扭转减震器连接所述行星架。

一种车辆，包括一种行星并联式混合动力系统，所述动力系统包括发动机、行星排和电机，所述发动机和行星排同轴设置，所述电机通过传动机构连接行星排，所述电机布置在所述发动机和行星排所在轴线的径向一侧。

所述电机的轴线与所述发动机和行星排所在轴线平行设置。

所述动力系统包括用于锁止或者释放电机的第二锁止离合器，所述发动机的传动轴连接所述行星排的行星架，所述电机通过传动机构连接所述行星排的太阳轮，所述行星排的齿圈连接系统输出端。

所述动力系统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通过扭转减震器连接所述行星架。

本发明提供的行星并联式混合动力系统中，电机通过传动机构布置在发动机和行星排所在轴线的径向上一侧，也就是说，电机没有与发动机和行星排设置在同一轴线上，电机与发动机和行星排并没有同轴设置，因此，电机不占用整个动力系统的轴向长度，可以大大地缩短系统轴向长度，提升系统应用范围，保证小型车辆的应用。

附图说明

图1是行星并联式混合动力系统一种具体的实施方式的结构图；

图2是行星并联式混合动力系统控制策略流程图；

图1中，1、发动机，2、扭转减震器，3、第一锁止离合器，4、驱动/发电电机，5、集成控制器，6、动力电池，7、第二锁止离合器，8、传动轴，9、变速箱，10、齿圈，11、行星架，12、太阳轮。

具体实施方式

本实施例提供一种车辆，该车辆中设置有一种行星并联式混合动力系统，当然，还包括其他组成部分，由于其他组成部分属于常规技术，并且不是本发明的发明点，这里就不再对其他组成部分进行具体说明，以下对行星并联式混合动力系统的结构以及运行进行详细说明。

行星并联式混合动力系统包括发动机1，驱动/发电电机(简称电机)4和行星排。发动机1和行星排同轴设置，所在轴为主轴，如图1所示，电机通过传动机构，比如传动齿轮或者传动齿轮组，布置在主轴的径向上一侧，可以理解为电机通过传动机构与主轴横向设置。这样的话，电机就不与发动机1和行星排同轴设置，就不会占用主轴轴向长度，降低了主轴的轴向长度。进一步地，为了便于布置，降低系统结构复杂度，电机的轴线与主轴轴向平行设置，如图1所示，电机通过两个直齿轮的配合与行星排连接，当然，也可以通过多个锥齿轮的配合实现连接。另外，电机轴线和主轴的位置关系还可以是其他形式，比如：垂直或者其他角度关系，但是，实现这些种角度关系可能需要更复杂的传动机构组合来实现，比如需要更多个齿轮和传动杆之间的配合才能够实现。

对于行星并联式混合动力系统的其他组成部分，本实施例给出一种具体的实施方式，当然，本发明并不局限于下述的实施方式，也可以是背景技术中引用的对比文件中的相关结构，或者其他的现有结构。

如图1所示，行星并联式混合动力系统还包括扭转减震器2，第一锁止离合器，即锁止离合器3，集成控制器5，动力电池6，第二锁止离合器，即锁止离合器7，传动轴8和变速箱9。行星排由齿圈10，行星架11和太阳轮12构成。

发动机1的传动轴与行星齿轮系的行星架11相连接，由于通常情况下发动机1的传动轴连接有扭转减震器，因此，本实施例中，发动机1的传动轴通过扭转减震器2与行星齿轮系的行星架11相连接，并且，扭转减震器2通过锁止离合器3与行星齿轮系的行星架11相连接，用于锁止或者释放发动机1、扭转减震器2和行星架11，那么，在锁止离合器3的作用下，可以锁止发动机1的传动轴、扭转减震器2和行星架11而使其静止不动，或者释放发动机1的传动轴、扭转减震器2和行星架11而使其自由运动。

电机4与锁止离合器7以及行星排的太阳轮12相连接，锁止离合器7用于锁止或者释放电机4和太阳轮12，那么，在锁止离合器7的作用下，可以锁止电机4和太阳轮12而使其静止不动，或者释放电机4和太阳轮12而使其自由运动。

齿圈10与系统输出轴相连接，系统输出轴与变速箱9相连接，变速箱9通过传动轴8连接车轮。另外，动力电池6通过集成式控制器5与电机4供电连接，集成式控制器5集成了驱动/发电电机控制器和电转向控制器、dc/dc、高压配电盒等电附件控制器。

该行星并联式混合动力系统主要包括以下几种工作模式：发动机快速启停机模式、纯电动模式、发动机和电机联合驱动模式、发动机直驱模式、发动机驱动电机调速发电模式、制动能量回收模式1以及制动模式2。

发动机快速启停机模式：发动机怠速停机是混合动力车辆节能的重要措施之一。尤其是公交车辆，由于车辆需要频繁停车，因此发动机长时间处于怠速工作。车辆具有怠速停机功能就需要发动机频繁启停，现有车辆发动机启动电机无法满足车辆频繁启停机需求，本发明提供的动力系统通过发电机快速拖启发动机可以实现发动机的快速启机，通过发电机拖停发动机可以实现发动机的快速停机。

纯电动工作模式：此模式为电机4单独驱动，锁止离合器3处于锁止状态，锁止离合器3把发动机1、扭转减震器2、行星架11锁止在机壳上，锁止离合器7处于非锁止状态。此时系统根据车速v是否大于v电以及整车需求功率是否大于p电来确定车辆是否工作在纯电动工作模式，其中，v电和p电分别为纯电模式判断条件的速度限值和功率限值。

发动机和电机联合驱动模式：当车辆处于高速爬坡或其他大功率工作模式下，锁止离合器3和锁止离合器7均处于非锁止状态，发动机1工作和电机4共同输出扭矩驱动车辆。

发动机直驱模式：根据整车需求功率以及发动机特性判断发动机是否处于高效工作区域，当发动机单独驱动可以使得发动机处于高效区域时，系统工作在发动机直驱工作模式。此模式下发动机1工作，电机4不工作，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，把电机4、太阳轮12锁止在机壳上，即电机4无法转动，发动机1单独提供动力驱动整车行驶。此时扭矩关系为：tout＝k/(1+k)te，其中tout为行星架输出扭矩，te为发动机输入扭矩，k为行星排特征参数。发动机直驱工作模式避免了现有并联系统在发动机直驱时存在的机电转换问题，电机4无法进行能量转换，提高动力系统的效率。

发动机驱动电机调速发电模式：当车速较高或动力电池无法满足车辆行驶条件等因素下，发动机需参与车辆驱动，当发动机工作区间不在发动机高效率区域时，发动机直接驱动车辆行驶会导致车辆经济性差，此时通过电机调速使得发动机工作在高效率区域，从而提升发动机经济性。或者是当动力电池6的soc较低时，需要发动机在工作过程中为动力电池充电，此时系统也工作在该模式。此模式下，发动机输出扭矩分为两部分，一部分通过行星架传递给变速箱用于驱动车辆，另一部分通过太阳轮传递给电机用于发电。此时行星排转速关系为：(1+k)nr＝kne+ns其中，nr为行星架输出轴转速，ne为发动机转速，ns为电机转速，通过调整驱动电机转速ns可以使得发动机处于任意转速工作，从而保证发动机长期处于高效率区域工作，从而提升车辆经济性。

根据控制锁止离合器3和锁止离合器7的状态可将制动分为两种模式。

制动能量回收模式：当锁止离合器3锁止，锁止离合器7非锁止，此时处于制动能力回收模式。此时发动机不工作，电机处于发电模式，电机提供整车制动力矩，将车辆动能回收为电能存储到动力电池中。此制动模式适用于车辆正常行驶过程中的制动过程。

制动模式：当锁止离合器3非锁止，锁止离合器7锁止，此时处于制动模式。此模式下电机4处于锁止状态不参与工作，发动机处于排气制动工作模式，发动机排气制动和车辆制动系统共同作用。此模式适用于山区下长坡工况，此时利用发动机排气制动来代替缓速器功能，保证车辆制动性能的前提下降低了成本。

该行星并联式混合动力系统的具体控制如图2所示，其中，v为车速，v纯电为纯电动模式和混动模式切换速度限值，socl为车辆动力电池soc下限值，socbrk为制动能量回收动力电池soc上限值，pned为整车需求功率，pl为纯电模式和混动模式切换功率限值，peng为发动机高效区输出功率。

首先，车辆正常行驶时，根据制动踏板和油门踏板的状态来判定是否属于制动能量回收模式：

当制动踏板被踩下或者油门踏板未被踩下的时候，根据整车动力电池soc值是否低于制动电池soc上限值socbrk来判断车辆是否进入电制动回馈模式，当动力电池soc≤socbrk时，进入电制动回馈模式，否则取消电制动回馈。

当不满足“制动踏板被踩下或者油门踏板未被踩下”时，根据整车动力电池soc值是否低于动力电池soc下限值socl来判断车辆是否进入发动机驱动电机调速发电模式，当动力电池soc≤socl时，进入发动机驱动电机调速发电模式。当动力电池soc＞socl时，根据整车需求功率peng和车速v判断车辆是否进入纯电动工作模式，当整车需求功率pned≤出电动行驶功率上限值pl且车速v为车速≤纯电模式行驶的最高速度限值v纯电时，车辆进入纯电动工作模式，否则根据整车需求功率peng是否大于或者等于发动机高效区输出功率peng判断车辆是否进入发动机和电机联合驱动模式：当整车需求功率peng≥发动机高效区输出功率peng时，车辆进入发动机和电机联合驱动模式，当整车需求功率peng＜发动机高效区输出功率peng时，根据发动机工作区域是否在发动机高效率区域判断是否进入发动机直驱工作模式，当发动机工作在高效区时，车辆进入发动机直驱工作模式，否则进入发动机驱动电机调速发电模式。

因此，该动力系统有以下有益效果：

(1)采用电机与行星排和变速箱横向布置，电机不占用轴向长度，因此可以大大的缩短该系统的轴向长度，提升系统应用范围。

(2)利用锁止离合器7及行星轮系实现模式切换，实现了发动机处于高效率工作区域发动机直驱功能，提升了驱动效率避免了功率循环问题。

(3)利用变速箱9，提升了车辆爬坡能力以及高速行驶能力，解决了现有系统爬坡能力差以及坡道起步能力差的问题，同时可以使用小扭矩电机满足车辆爬坡性能。并且，通过变速箱作用可降低电机扭矩需求，保证车辆爬坡能力的前提下降低电机扭矩降低电机成本。

(4)行星齿轮系行星排扭矩转速传递关系实现了发动机转速与车速的解耦，使得发动机转速和车速无直接关系，从而使得发动机一直工作在高效率区，解决了现有系统发动机无法长期工作在高效区的问题。

(5)混合驱动时电机可以根据车速调节发动机转速，实现发动机转速与车速的解耦，同时根据整车需求扭矩的不同输出不同的发动机扭矩和电机扭矩，实现发动机扭矩和整车需求扭矩的解耦。因此该系统实现了发动机转速和车速、发动机扭矩和整车需求扭矩的双解耦，解决了市场上现有并联系统无法实现发动机转速和车速的解耦关系的问题，相比于现有并联系统可以提升车辆燃油经济性。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述行星并联式混合动力系统，并不局限于具体的控制策略，在行星并联式混合动力系统的基础上所进行的任何控制策略均在本发明的保护范围之内。