一种行星排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排混合动力系统和一种车辆。

背景技术：

混联式混合动力系统相对于串联混合动力系统和并联混合动力系统具有巨大的性能优势。当前混联式动力系统主要采用行星机构作为功率分流装置，而基于双行星排的混合动力系统为现有的主流动力系统。比如：授权公告号为cn101318462b的中国专利文件中公开了一种混合动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机、前行星排和后行星排。该混合动力系统综合了串并联混合动力系统的优点，能够实现无级变速，而且还能够实现几种纯电动工作模式和混合动力工作模式。但是，对于发动机直驱模式，该混合动力系统实现的形式有限，无法根据实际需要在发动机直驱模式中进行动力切换。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种行星排混合动力系统，用以解决现有的混合动力系统无法根据实际需要在发动机直驱模式中进行动力切换的问题。本发明同时提供一种车辆。

为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。

系统方案一：本方案提供一种行星排混合动力系统，包括前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括发动机、第一电机和前行星排，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前第一端，一个是前第二端，一个是前第三端，所述前动力机构还包括第一锁止离合器和第二锁止离合器，发动机的输出轴连接所述前第二端，所述第一电机连接所述前第一端，所述前第一端通过所述第一锁止离合器连接壳体，所述前第三端连接所述后动力机构，所述第二锁止离合器具有以下三种设置方式：第一种设置方式：第二锁止离合器设置在所述前第二端与所述第一锁止离合器之间；第二种设置方式：第二锁止离合器设置在所述前第二端和所述前第三端之间；第三种设置方式：第二锁止离合器设置在所述前第一端和所述前第三端之间。

动力系统中设置两个锁止离合器，前行星排的前第一端通过第一锁止离合器连接壳体，前行星排的前第二端与第一锁止离合器之间通过第二锁止离合器连接。第一锁止离合器和第二锁止离合器均包括非锁死和锁死两个运行状态，当动力系统为发动机直驱模式时，能够根据这两个锁止离合器的工作状态使系统具有两种不同的发动机直驱模式，当只有一个锁止离合器锁死、另一个锁止离合器非锁死时能够分别对应两种发动机直驱模式，根据行星排的工作原理可知，这两种发动机直驱模式的动力输出传动比不同，进而输出转矩就不同，那么，对于发动机直驱模式，车辆相当于有两个不同的档位，根据转矩的高低可以将这两个档位分为正常行驶直接档和超速档，不但满足在发动机直驱模式中根据实际需要进行动力切换的目的，而且还能够优化发动机的工作点，提升经济性。现有的动力系统第一电机无法长时间堵转，进而无法实现发动机直驱模式；背景技术中引用的参考专利由于无锁止机构，只要发动机运转，第一电机就要有扭矩，而第一电机在高速时不能停机，必须出扭矩，而且，如果车速在中高速时，根据行星排的转速关系，第一电机基本在零转，这就相当于电机堵转，电机会发热，过温；如果车速更高，第一电机就会反转，由之前的发电变为电动状态，第二电机由电动变为发电状态，产生功率循环，浪费能量，系统效率降低。而加入第一锁止离合器和第二锁止离合器之后，通过机械结构的锁止，不用第一电机再出力维持发动机的正常运行，能够提升系统运行效率，并还能解决现有的动力系统在发动机直驱模式时因第一电机堵转而无法长时间发动机直接驱动的问题。而且，在车辆以较高车速行驶且整车驱动力需求位于发动机高效区时发动机高速直接驱动整车，避免现有的动力系统在混合驱动时存在的机电转换以及功率循环问题，提高了动力系统效率。

系统方案二：在系统方案一的基础上，所述后动力机构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后第一端，一个是后第二端，一个是后第三端，所述前第三端连接所述后第二端和系统输出轴，所述后第一端连接第二电机，所述后第三端连接壳体。

系统方案三：在系统方案二的基础上，所述前动力机构还包括第三锁止离合器，所述前第二端通过所述第三锁止离合器连接壳体。

由于现有的动力系统发动机无法锁止，纯电动模式下不能实现双电机同时驱动和第一电机单独驱动，降低了动力性以及经济性，并且制动模式下不能实现双电机同时制动回收，未能最大限度的回收能量，造成了能量的浪费。所以，利用第三锁止离合器，纯电动模式下能实现双电机同时驱动、第一电机单独驱动和第二电机单独驱动，同时，制动模式下能实现双电机同时制动回收，进一步提升了动力性和经济性。

系统方案四：在系统方案二或三的基础上，所述前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈，所述后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。

系统方案五：在系统方案一或二或三的基础上，所述前动力机构还包括扭转减震器，所述发动机通过扭转减震器输出所述发动机的输出轴。

车辆方案一：本方案提供一种车辆，包括一种行星排混合动力系统，所述行星排混合动力系统包括前动力机构和后动力机构，所述前动力机构包括发动机、第一电机和前行星排，所述前行星排中的前太阳轮、前行星架和前齿圈中有一个是前第一端，一个是前第二端，一个是前第三端，所述前动力机构还包括第一锁止离合器和第二锁止离合器，发动机的输出轴连接所述前第二端，所述第一电机连接所述前第一端，所述前第一端通过所述第一锁止离合器连接壳体，所述前第三端连接所述后动力机构，所述第二锁止离合器具有以下三种设置方式：第一种设置方式：第二锁止离合器设置在所述前第二端与所述第一锁止离合器之间；第二种设置方式：第二锁止离合器设置在所述前第二端和所述前第三端之间；第三种设置方式：第二锁止离合器设置在所述前第一端和所述前第三端之间。

车辆方案二：在车辆方案一的基础上，所述后动力机构包括第二电机、后行星排和系统输出轴，所述后行星排中的后太阳轮、后行星架和后齿圈中有一个是后第一端，一个是后第二端，一个是后第三端，所述前第三端连接所述后第二端和系统输出轴，所述后第一端连接第二电机，所述后第三端连接壳体。

车辆方案三：在车辆方案二的基础上，所述前动力机构还包括第三锁止离合器，所述前第二端通过所述第三锁止离合器连接壳体。

车辆方案四：在车辆方案二或三的基础上，所述前第一端为前太阳轮，前第二端为前行星架，前第三端为前齿圈，所述后第一端为后太阳轮，后第二端为后行星架，后第三端为后齿圈。

车辆方案五：在车辆方案一或二或三的基础上，所述前动力机构还包括扭转减震器，所述发动机通过扭转减震器输出所述发动机的输出轴。

附图说明

图1是行星排混合动力系统第一种实施方式的结构图；

图2是纯电动模式选择逻辑图；

图3是行星排混合动力系统第二种实施方式的结构图；

图4是行星排混合动力系统第三种实施方式的结构图。

具体实施方式

车辆实施例一

本实施例提供一种车辆，发明点在于车辆中的行星排混合动力系统，因此，虽然车辆中还有其他的组成部分，但是，本实施例不再对这些组成部分进行说明，以下重点对行星排混合动力系统进行详细说明。

行星排混合动力系统包括两大部分，分别是前动力机构和后动力机构，其中，前动力机构包括发动机1、第一电机3、前行星排、第一锁止离合器5和第二锁止离合器8。

前行星排包括三个端，分别称为前第一端、前第二端和前第三端，由于前行星排的三个端分别是前太阳轮6c、前行星架6b和前齿圈6a，因此，前第一端、前第二端和前第三端分别与前太阳轮6c、前行星架6b和前齿圈6a中的其中一个一一对应。发动机1的输出轴连接前第二端，第一电机3的转子连接前第一端，前第一端通过第一锁止离合器5连接壳体，前第二端与第一锁止离合器5之间通过第二锁止离合器8连接，也就是说，第二锁止离合器8的一端连接前第二端，另一端与第一锁止离合器5连接。前第三端连接后动力机构。由于通过第一锁止离合器5和第二锁止离合器8就能够实现在发动机直驱模式中根据需要进行动力切换的目的，即通过第一锁止离合器5和第二锁止离合器8就能够解决现有问题，因此，后动力机构的结构并不唯一，本发明并不局限于以下提供的后动力机构的一种具体实施方式。

后动力机构包括第二电机11、后行星排和系统输出轴12，与前行星排同理，后行星排包括三个端，分别称为后第一端、后第二端和后第三端，由于后行星排的三个端分别是后太阳轮9c、后行星架9b和后齿圈9a，因此，后第一端、后第二端和后第三端分别与后太阳轮9c、后行星架9b和后齿圈9a中的其中一个一一对应。那么，前第三端连接后第二端和系统输出轴12，后第一端连接第二电机11，后第三端连接壳体。

前第一端、前第二端和前第三端与前太阳轮6c、前行星架6b和前齿圈6a的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：前第一端为前太阳轮6c，前第二端为前行星架6b，前第三端为前齿圈6a。同理，后第一端、后第二端和后第三端与后太阳轮9c、后行星架9b和后齿圈9a的对应关系并不唯一，原则上总共有六种对应关系，不同的对应关系代表机械传动变比不同，因此，在满足运行要求的前提下，具体的对应关系可以根据实际需要进行设定，本实施例中，给出一种具体的对应关系：后第一端为后太阳轮9c，后第二端为后行星架9b，后第三端为后齿圈9a。那么，如图1所示，发动机1的输出轴连接前行星架6b，第一电机3的转子连接前太阳轮6c，前太阳轮6c通过第一锁止离合器5连接壳体，前行星架6b与第一锁止离合器5之间通过第二锁止离合器8连接，即第二锁止离合器8的一端连接前行星架6b，另一端与第一锁止离合器5连接，前齿圈6a连接后行星架9b和系统输出轴12，后太阳轮9c连接第二电机11，后齿圈9a连接壳体。

进一步地，前动力机构还包括第三锁止离合器10，前行星架6b通过第三锁止离合器10连接壳体。另外，前动力机构还包括扭转减震器2，发动机1通过扭转减震器2输出连接前行星架6b。动力电池7通过电机控制器4电连接第一电机3和第二电机11，系统输出轴12通过后桥13连接车轮14。

基于第一锁止离合器5和第二锁止离合器8，在发动机直驱模式中，图1所示的动力系统具有两种驱动形式，具体如下：

发动机直驱模式1：第一锁止离合器5处于锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10非锁死状态。此时系统的输入为发动机1，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：tout＝k1/(1+k1)te，其中k1为前行星排中前齿圈6a半径与前太阳轮6c半径的比值，te为发动机1的转矩，tout为输出轴12的输出转矩，此为超速档的固定速比，适合于车辆以接近最高车速行驶，且整车功率需求位于发动机高效区的驱动工况，避免了现有动力系统在发动机直驱时存在的机电转换问题，提高动力系统的效率。

发动机直驱模式2：第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于锁死状态，第三锁止离合器10非锁死状态。此时系统的输入为发动机1，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：tout＝te，te为发动机1的转矩，tout为输出轴12的输出转矩，适合于车辆以较高车速行驶，且整车功率需求位于发动机高效区的驱动工况，避免了现有动力系统在发动机直驱时存在的机电转换问题，提高动力系统的效率。

除了发动机直驱模式之外，系统还包括纯电动模式、混合动力模式和制动能量回收模式，具体如下：

纯电动模式主要包括以下三种工作模式：

纯电动工作模式1，第二电机11单独驱动，其中，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10锁死/非锁死状态。此时系统的输入为第二电机11，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：tout＝(1+k2)tmg2，其中k2为后行星排中后齿圈9a半径与后太阳轮9c半径的比值，tmg2为第二电机11转矩，tout为输出轴12的输出转矩。

纯电动工作模式2，第一电机3单独驱动，其中，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10锁死状态。此时系统的输入为第一电机3，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：tout＝k1tmg1，tmg1为第一电机3转矩，k1为前行星排中前齿圈6a半径与前太阳轮6c半径的比值，tout为输出轴12的输出转矩。

纯电动工作模式3，双电机同时驱动纯电模式，其中，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于锁死状态。此时系统的输入为第一电机3和第二电机11，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：tout＝k1tmg1+(1+k2)tmg2，其中k2为后行星排中后齿圈9a半径与后太阳轮9c半径的比值，tmg2为第二电机11转矩，tmg1为第一电机3转矩，k1为前行星排中前齿圈6a半径与前太阳轮6c半径的比值，tout为输出轴12的输出转矩。

以上三种纯电动工作模式主要基于以下原则进行选择，如图2所示。

第一步：开始判断。

第二步：判断整车驱动功率需求pdrive，p1为第一电机3的最大功率，p2为第二电机11的最大功率，p1＜p2。如果pdrive＞p2，则进入纯电动工作模式3，否则进入第三步。

第三步：如果pdrive≤p1，进入纯电动工作模式2，否则进入第四步。

第四步：比较纯电动工作模式2和1的效率，如果纯电动工作模式2的效率>纯电动工作模式1的效率，则进入纯电动工作模式2，否则进入纯电动工作模式1。

混合动力模式，其中，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10非锁死状态。此时系统的输入为发动机1和第二电机11，输出为输出轴12，具体的转矩关系为：tout＝k1/(1+k1)te+tmg2(1+k2)，其中k1为前行星排中前齿圈6a半径与前太阳轮6c半径的比值，k2为后行星排中后齿圈9a半径与后太阳轮9c半径的比值，tmg2为第二电机11转矩，te为发动机1的转矩，tout为输出轴12的输出转矩，适合于低速混动以及大爬坡工况。

制动能量回收模式包括以下两种模式：

制动能量回收模式1，第二电机单独制动，其中，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10锁死/非锁死状态。此时系统的输入为输出轴12，输出为第二电机11，具体的转矩关系为：tmg2＝1/(1+k2)tout，其中，k2为后行星排中后齿圈9a半径与后太阳轮9c半径的比值，tmg2为第二电机11转矩，tout为输出轴12转矩。

制动能量回收模式2，双电机同时制动，其中，第一锁止离合器5处于非锁死状态，第二锁止离合器8处于非锁死状态，第三锁止离合器10处于锁死状态。此时系统的输入为输出轴12，输出为第一电机3和第二电机11，具体的转矩关系为：tmg1k1+tmg2(1+k2)＝tout，其中，k2为后行星排中后齿圈9a半径与后太阳轮9c半径的比值，tmg2为第二电机11转矩，tmg1为第一电机3转矩，k1为前行星排中前齿圈6a半径与前太阳轮6c半径的比值，tout为输出轴12的转矩。

以上两种制动能量回收模式主要基于以下原则进行选择。

判断整车制动功率需求pbrake，p1为第一电机3最大功率，p2为第二电机11最大功率，p1＜p2。如果pbrake＞p2，则进入制动模式2，否则进入制动模式1。

表1为几种模式下，各零部件具体的工作状态。

表1

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混合动力系统的硬件结构，并不局限于该动力系统所实现的工作模式，因此，除了上述工作模式之外，动力系统还可能实现其他的工作模式。当然，不管什么工作模式，均在本发明的保护范围内。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

车辆实施例二

本实施例提供一种车辆，包括一种行星排混合动力系统，该行星排混合动力系统与上述车辆实施例一中的动力系统的结构相比，不同点仅在于第二锁止离合器8的布置方式不同，本实施例中，第二锁止离合器8设置在前行星排中的前第二端和前第三端之间。基于车辆实施例一给出的具体实施方式，第二锁止离合器8具体设置在前行星架6b和前齿圈6a之间，如图3所示。而动力系统的其他结构组成与车辆实施例一中的相同，这里就不再赘述。那么，该动力系统的控制原理，各个工作模式以及各种工作模式中的转矩关系式均与上述车辆实施例一中的相同，这里也不做具体说明。另外，图3中的各附图标记与图1所示的各附图标记中，相同的附图标记所指代的含义相同。

车辆实施例三

本实施例提供一种车辆，包括一种行星排混合动力系统，该行星排混合动力系统与上述车辆实施例一中的动力系统的结构相比，不同点仅在于第二锁止离合器8的布置方式不同，本实施例中，第二锁止离合器8设置在前行星排中的前第一端和前第三端之间。基于车辆实施例一给出的具体实施方式，第二锁止离合器8具体设置在前太阳轮6c和前齿圈6a之间，如图4所示。而动力系统的其他结构组成与车辆实施例一中的相同，这里就不再赘述。那么，该动力系统的控制原理，各个工作模式以及各种工作模式中的转矩关系式均与上述车辆实施例一中的相同，这里也不做具体说明。另外，图4中的各附图标记与图1所示的各附图标记中，相同的附图标记所指代的含义相同。

行星排混合动力系统实施例一

本实施例提供一种行星排混合动力系统，如图1所示，由于该动力系统在上述车辆实施例一中已给出了详细地描述，本实施例就不再具体说明。

行星排混合动力系统实施例二

本实施例提供一种行星排混合动力系统，如图3所示，由于该动力系统在上述车辆实施例二中已给出了描述，本实施例就不再具体说明。

行星排混合动力系统实施例三

本实施例提供一种行星排混合动力系统，如图4所示，由于该动力系统在上述车辆实施例三中已给出了描述，本实施例就不再具体说明。