一种混合动力系统和具有该系统的混合动力车辆的制作方法_2

文档序号:9110119阅读:来源:国知局
变器与动力电源5电连接。所述内燃机1的输出端 与前行星排的前太阳轮15连接,其特征在于,所述前行星排的前行星架14与后行星排的后 行星架13连接,所述后行星排的后齿圈7通过外齿轮传动装置18与系统输出轴11连接, 所述的前齿圈6连接有对前齿圈6进行锁止或释放的前锁止离合器3,前齿圈能够在前锁止 离合器3的作用下锁止在行星变速器壳体上或者被释放而自由转动。前行星架14连接有 对前行星架14锁止或释放的中锁止离合器16,前行星架能够在中锁止离合器16的作用下 锁止在行星变速器壳体上或者被释放而自由转动。所述的后太阳轮12连接有对后太阳轮 12进行锁止或释放的后锁止离合器8,所述后太阳轮12与后行星架13之间设有模式离合 器9。该模式离合器9用于在结合时使后行星架13与后太阳轮12连接在一起,进而使后行 星排作为一个整体转动,并且在分离时能够使后齿圈7、后行星架13以及后太阳轮12相对 自由转动。
[0052] 本实用新型的一种混合动力系统的驱动方法的工作模式如表1所示。为了节约表 内的空间,表1中第一电机用Ml表不,第二电机用M2表不:

[0055] 下面结合表1和图2-25,说明本实用新型的一种混合动力系统的驱动模式。其中, 在图中,用箭头表示能量的流动方向。表1中,左侧4列内的1表示前、中、后锁止离合器锁 止或模式离合器接合,〇表示前、中、后锁止离合器或模式离合器脱开。即,
[0056] 前锁止离合器锁止的时候,第一电机的转子和前齿圈被锁住,不能发生旋转。如果 前行星架或前太阳轮发生转动,将会带动前行星架上的前行星轮在前齿圈内公转+自转, 动力在前行星架或前太阳轮之间传递而不与第一电机发生关联,此时前行星排将会变成一 个单级减速器。如果前锁止离合器脱开时,前齿圈和第一电机的转子将会转动,前行星排处 于行星齿轮变速状态,第一电机与前行星排之间可能发生动力传递。
[0057] 中锁止离合器锁止的时候,前行星排的前行星架和后行星排的后行星架将被锁 住,不能发生转动,前行星排与后行星排之间不会发生动力传递,前行星排和后行星排可以 独立的依照各自的需要选择运行或不运行。如果前行星排或后行星排运行,将会发挥单级 变速器的作用。当中锁止离合器脱开的时候,动力可由前行星排的前行星架传递至后行星 排的后行星架。
[0058] 后锁止离合器锁止的时候,后太阳轮和第二电机的转子将被锁住,不能发生转动。 因为后太阳轮不能转动,所以此时后行星排也会变成一个单级减速器。如果后行星架或后 齿圈发生转动,那么动力只会在后行星架和后齿圈之间发生传递而不与第二电机发生关 联。如果后锁止离合器脱开时,后太阳轮和第二电机的转子将可以转动,后行星排处于行星 齿轮变速状态,第二电机与后行星排之间可能发生动力传递。
[0059] 模式离合器接合的时候,后太阳轮与后行星架之间将会被相对的固定在一起,由 于这两者之间没有相对转动,行星轮也不会发生自转,所以此时的后齿圈也不能产生使得 行星轮自转的公转。所以此时,后行星排将会变成一个整体,即后齿圈、后行星架、后太阳轮 共同以一个转速旋转或固定,所以后齿圈、系统输出轴、第二电机的转子要么都固定,要么 系统输出轴与后齿圈、第二电机的转子(其中,后两者的转速相同)以一个确定的速比共同 旋转。
[0060] 此外,对于下文中各个模式中的符号加以说明:
[0061]I;为内燃机输出端即前行星排太阳轮的转矩,Tmm为第一电机的转矩,TM(;2为第二 电机的转矩,Tciut为混合动力系统的系统输出轴输出的总转矩;
[0062]Ic1为前行星排的速比,k2为后行星排的速比,k3为外齿轮传动装置的速比,k3指的 是用后齿圈的齿数除以系统输出轴上的齿轮的齿数之比。
[0063]Iif3为内燃机输出端的转速,n:为第一电机的转速,n2为第二电机的转速,n_为系 统输出轴的转速。
[0064] 本实用新型的一种混合动力系统的驱动包括以下模式:
[0065]a、纯电动模式:
[0066]内燃机1关闭,动力电源5向第二电机10提供动力驱动整车行驶,该模式分为低 车速纯电动、高车速纯电动两种模式:
[0067]al、高车速纯电动模式:
[0068] 如图2所示,各锁止离合器及模式离合器的状态为:前锁止离合器脱开、中锁止离 合器脱开、后锁止离合器脱开以及模式离合器接合。此时混合动力系统的输入为连接在后 齿圈上的第二电机10,输出为系统输出轴,具体的转矩关系为Jciut=TM(;2Xk3,后行星排的 速比为1,该状态适合于高车速巡航工况。
[0069] 由电源将其他形式的能量转化成电能,通过逆变器驱动第二电机,第二电机利用 电能做功,带动后太阳轮转动,由于模式离合器接合,后行星排将会变成一个整体,后齿圈、 后行星架和后太阳轮共同以一个转速旋转,后齿圈通过外传动装置将动力传递给系统输出 轴。此时第一电机处于空转状态,内燃机不转,第一电机的转速能够恰好使得前行星轮的自 转转速保证前行星轮的内侧绕静止的前太阳轮公转,且前行星轮的外侧与前齿圈的内侧配 合转动。第一电机的转速Ii1=n2X(1+1〇/\。
[0070]a2、低车速纯电动模式:
[0071] 如图3所示,各锁止离合器及模式离合器的状态为:前锁止离合器脱开、中锁止离 合器锁止、后锁止离合器脱开以及模式离合器脱开。此时混合动力系统的输入为连接在后 太阳轮上的第二电机10,输出为系统输出轴11,后太阳轮通过后行星架15向后齿圈进行传 动,具体的转矩关系为=Tciut=TMe2Xk2Xk3,适合于低车速起步及驱动工况。在这种状态下, 由于中离合器锁止,混合动力系统中实际起作用的仅为后行星排及其输入、输出的部件,前 行星排在动力传递中并不起作用。
[0072] 能量由电源将其他形式的能量转化成电能,通过逆变器驱动第二电机,第二电机 利用电能做功,带动后太阳轮转动,由于后行星架固定,后行星轮此时为惰轮,仅自转不公 转,所以后行星排此时变成一个单级减速器,后齿圈绕后太阳轮公转,后太阳轮通过仅自转 不公转的后行星轮将动力传递给后齿圈,后齿圈依次通过外齿轮传动装置和系统输出轴输 出功率。
[0073] 另外需要说明的是,在图3所示的低车速纯电动状态下,由于前行星排的前齿圈 已经被中锁止离合器锁死,前齿圈无法转动。所以如图4所示,如果再将前行星架锁死,虽 然也能起到与图3中同样的作用,但这样显然就增加了不必要的需要锁死的环节,降低了 相应部件的使用寿命。所以在低车速纯电动的时候,不适宜也将前锁止离合器锁死。
[0074] 纯电动模式能够消除内燃机的怠速油耗,提高整车燃油经济性。并且,通过控制锁 止离合器及模式离合器实现低车速及高车速两种模式,适应车低速大转矩需求的同时降低 对第二电机的转速需求,在动力电源电量充足时,尽可能利用第二电机驱动整车,提高整车 经济性。
[0075] b、纯充电模式:
[0076] 纯充电模式中,第二电机不运转,后行星排的后齿圈、后行星架和后太阳轮均不旋 转,功率仅仅由内燃机向第一电机和逆变器流动,该模式分为以下模式:
[0077] bl、0100 模式:
[0078] 如图5所示,各锁止离合器及模式离合器的状态为:前锁止离合器脱开、中锁止离 合器锁止、后锁止离合器脱开、模式离合器脱开。由于中锁止离合器锁死,所以前行星架和 后行星架均不可以转动,所以前行星排与后行星排之间的功率传递被中断。由内燃机向系 统输入动力,第一电机和前齿圈被由内燃机驱动的前太阳轮带动,前太阳轮将动力传递给 前齿圈,与前齿圈连接的第一电机处于发电状态;
[0079] b2、0101 模式:
[0080] 如图6所示,各锁止离合器及模式离合器的状态为:前锁止离合器脱开、中锁止离 合器锁止、后锁止离合器脱开以及模式离合器接合。由于中锁止离合器锁死,所以前行星 架和后行星架均不可以转动,所以前行星排与后行星排之间的功率传递被中断。因为中锁 止离合器已经锁止,前、后行星排之间的功率传递已经被中断,所以无论模式离合器是否接 合,实际上并不影响前行星排的发电传动的过程。由内燃机向系统输入动力,第一电机和前 齿圈被由内燃机驱动的前太阳轮带动,前太阳轮将动力传递给前齿圈,与前齿圈连接的第 一电机处于发电状态;
[0081] b3、0110 模式:
[0082] 如图7所示,各锁止离合器及模式离合器的状态为:前锁止离合器脱开、中锁止离 合器锁止、后锁止离合器锁止以及模式离合器脱开。由于中锁止离合器锁死,所以前行星架 和后行星架均不可以转动,所以前行星排与后行星排之间的功率传递被中断。所以无论后 锁止离合器是否锁止,实际上并不影响前行星排的发电传动的过程。但在本模式中,由于后 锁止离合器也实现了锁止功能,所以也能承担一部分锁止的力矩,降低中锁止离合器的负 担。由内燃机向系统输入动力,第一电机和前齿圈被由内燃机驱动的前太阳轮带动,前太阳 轮将动力传递给前齿圈,与前齿圈连接的第一电机处于发电状态;
[0083] b4、0111 模式:
[0084] 如图8所示,各锁止离合器及模式离合器的状态为:前锁止离合器脱开、中锁止离 合器锁止、后锁止离合器锁止以及模式离合器接合。由于中锁止离合器锁死,所以前行星架 和后行星架均不可以转动,所以前行星排与后行星排之间的功率传递被中断。因为中锁止 离合器已经锁止,前、后行星排之间的功率传递已经被中断,所以无论后锁止离合器是否锁 止、模式离合器是否接合,实际上并不影响前行星排的发电传动的过程。但在本模式中,由 于后锁止离合器也实现了锁止功能,所以也能承担一部分锁止的力矩,降低中锁止离合器 的负担。由内燃机向系统输入动力,第一电机和前齿圈被由内燃机驱动的前太阳轮带动,前 太阳轮将动力传递给前齿圈,与前齿圈连接的第一电机处于发电状态;
[0085] b5、0011 模式:
[0086] 如图9所示,各锁止离合器及模式离合器的状态为:前锁止离合器脱开、中锁止离 合器脱开、后锁止离合器锁止以及模式离合器接合。由于模式离合器接合,那么后行星排的 后太阳轮和后行星架
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