本實(shí)用新型涉及混合動(dòng)力系統(tǒng)，特別涉及一種使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著能源與環(huán)境問題日益嚴(yán)重，國家大力發(fā)展新能源汽車。目前國內(nèi)搭載耦合器的混合動(dòng)力系統(tǒng)有AMT并聯(lián)系統(tǒng)，但AMT變速器技術(shù)在國內(nèi)尚不成熟，而且換擋期間動(dòng)力中斷較為明顯，車輛駕駛舒適性較差，推廣起來存在較大問題。另外一種主流系統(tǒng)是雙排行星齒輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，該構(gòu)型雖然可以解決部分爬坡及模式切換平順性的問題，但是由于發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩經(jīng)過齒圈分流以后直接輸出至后排行星架，依然存在動(dòng)力不足的問題，尤其是純電動(dòng)行駛過程中普遍存在的動(dòng)力不足問題。如果提高電機(jī)系統(tǒng)的參數(shù)要求，同時(shí)又會增加電機(jī)系統(tǒng)的尺寸及集成難度，同時(shí)成本也會相應(yīng)增加，為系統(tǒng)推廣增加更大的難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的，就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括動(dòng)力耦合裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)、第一電機(jī)、第二電機(jī)、動(dòng)力電池、第一電機(jī)控制器、第二電機(jī)控制器和傳動(dòng)軸；

所述動(dòng)力耦合裝置包括前排行星齒輪機(jī)構(gòu)、后排行星齒輪機(jī)構(gòu)、第一模式離合器、第二模式離合器、第一鎖止離合器和第二鎖止離合器；

所述前排行星齒輪機(jī)構(gòu)包括前排太陽輪、前排齒圈和前排行星架，后排行星齒輪機(jī)構(gòu)包括后排太陽輪、后排齒圈和后排行星架；

所述發(fā)動(dòng)機(jī)與前排行星架連接；

所述第一電機(jī)連接前排太陽輪；

所述第二電機(jī)連接后排太陽輪；

所述動(dòng)力電池分別連接第一電機(jī)控制器和第二電機(jī)控制器，第一電機(jī)控制器與第一電機(jī)電氣連接，第二電機(jī)控制器與第二電機(jī)電氣連接；

所述第一模式離合器設(shè)置在前排齒圈與后排太陽輪之間；

所述第二模式離合器設(shè)置在前排齒圈與后排行星架之間；

所述第一鎖止離合器與后排齒圈連接；

所述第二鎖止離合器與前排行星架連接；

所述傳動(dòng)軸與后排行星架連接輸出整車動(dòng)力至車輪。

本實(shí)用新型一種使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)的工作過程是：

純電動(dòng)模式下：

EV1：車輛起步過程中第一模式離合器、第一鎖止離合器、第二鎖止離合器結(jié)合，第二模式離合器分離，第一電機(jī)(MG1)與第二電機(jī)(MG2)同時(shí)驅(qū)動(dòng)整車純電動(dòng)行駛；

EV2：當(dāng)車輛行駛至較高車速時(shí)，第一模式離合器、第二模式離合器分離，第一鎖止離合器、第二鎖止離合器結(jié)合，由第二電機(jī)(MG2)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)整車純電動(dòng)行駛；

EV3：當(dāng)車輛在中高車速下爬坡時(shí)，第二模式離合器、第一鎖止離合器、第二鎖止離合器結(jié)合，第一模式離合器分離，第一電機(jī)(MG1)與第二電機(jī)(MG2)在高效區(qū)附近同時(shí)驅(qū)動(dòng)整車純電動(dòng)行駛；

EV4：當(dāng)車輛行駛至高車速時(shí)，第一模式離合器、第二模式離合器、第二鎖止離合器結(jié)合，第一鎖止離合器分離，前排齒圈、后排行星架、后排太陽輪轉(zhuǎn)速一致，形成直接檔。

混合動(dòng)力模式下：

EVT1：當(dāng)車輛行駛至較高車速時(shí)，第一模式離合器、第一鎖止離合器結(jié)合，第二模式離合器、第二鎖止離合器分離，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩經(jīng)前排齒圈分流以后輸出，與第二電機(jī)(MG2)輸出扭矩進(jìn)行耦合，后排齒圈鎖止，耦合扭矩降速增扭以后通過后排行星架輸出至傳動(dòng)軸；

EVT2：當(dāng)車輛行駛至中高車速時(shí)，第二模式離合器、第一鎖止離合器結(jié)合，第一模式離合器、第二鎖止離合器結(jié)分離，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩經(jīng)前排齒圈分流以后直接輸出至后排行星架，第二電機(jī)(MG2)輸出扭矩降速增扭以后輸出至后排行星架，與前排齒圈輸出扭矩耦合以后輸出至傳動(dòng)軸；

EVT3：當(dāng)車輛行駛至高車速時(shí)，第一模式離合器、第二模式離合器結(jié)合，第一鎖止離合器分離、第二鎖止離合器分離，前排齒圈、后排行星架、后排太陽輪轉(zhuǎn)速一致，形成直接檔。發(fā)動(dòng)機(jī)輸出扭矩經(jīng)前排齒圈分流以后直接輸出至后排行星架，第二電機(jī)(MG2)輸出扭矩降直接輸出至后排行星架，與前排齒圈輸出扭矩耦合以后輸出至傳動(dòng)軸。

本實(shí)用新型通過兩個(gè)模式離合器、兩個(gè)鎖止離合器的分離或結(jié)合可實(shí)現(xiàn)四種純電動(dòng)工作模式和三種混合動(dòng)力工作模式?？梢詫?shí)現(xiàn)多模切換，在滿足整車爬坡及加速性能要求的同時(shí)可以減少第一電機(jī)和第二電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩；在滿足整車最高車速要求的同時(shí)可以降低第二電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)速?；谏鲜鰞?yōu)勢本實(shí)用新型一種使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)可以減小電機(jī)系統(tǒng)的尺寸，成本相對較低，具有較大的推廣優(yōu)勢。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型搭載多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型多模動(dòng)力耦合裝置桿模型示意圖。

圖3是本實(shí)用新型使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)三種混合動(dòng)力工作模式下速比與效率關(guān)系圖。

圖4是本實(shí)用新型使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)四種純電動(dòng)工作模式下不同車速與其最大輸出扭矩對應(yīng)關(guān)系圖。

圖5是本實(shí)用新型使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)三種混合動(dòng)力工作模式下不同車速與其最大輸出扭矩對應(yīng)關(guān)系圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，配合參見圖2。本實(shí)用新型的一種使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)，該系統(tǒng)構(gòu)型包括發(fā)動(dòng)機(jī)1、第一電機(jī)2(MG1)、第二電機(jī)3(MG2)、第一電機(jī)控制器4、第二電機(jī)控制器5、動(dòng)力電池6和傳動(dòng)軸13，動(dòng)力耦合裝置包括前排太陽輪7、前排行星架8、前排齒圈9、后排太陽輪10、后排行星架11、后排齒圈12、第一模式離合器14、第二模式離合器15、第一鎖止離合器16和第二鎖止離合器17。其中前排特征參數(shù)k值為k₁，后排特征參數(shù)k值為k₂。

發(fā)動(dòng)機(jī)1通過前排行星架8與第二鎖止離合器17連接，第一電機(jī)2(MG1)連接前排太陽輪7，第二電機(jī)3(MG2)連接后排太陽輪10。

前排齒圈9通過第一模式離合器14與后排太陽輪10連接，或者通過第二模式離合器15與后排行星架11連接，后排齒圈12與第一鎖止離合器16連接。

第一電機(jī)2(MG1)與第一電機(jī)控制器4電氣連接，第一電機(jī)控制器4與動(dòng)力電池6電氣連接，第二電機(jī)3(MG2)與第二電機(jī)控制器5電氣連接，第二電機(jī)控制器5與動(dòng)力電池6電氣連接。

后排行星架11與傳動(dòng)軸13連接傳遞整車動(dòng)力。

本實(shí)用新型的工件過程原理結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5和表1說明如下。表1是本實(shí)用新型使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)在不同工作模式下的離合器狀態(tài)。

表1

純電動(dòng)模式：

EV1：車輛起步時(shí)，車輛需要低速大扭矩，此時(shí)第一模式離合器14、第一鎖止離合器16、第二鎖止離合器17結(jié)合，前排形成一個(gè)k₁的速比，后排齒圈12鎖止，后排形成一個(gè)1+k₂的速比，第一電機(jī)2(MG1)與第二電機(jī)3(MG2)同時(shí)驅(qū)動(dòng)整車純電動(dòng)行駛。第一電機(jī)2(MG1)輸出扭矩降速增扭后輸出至前排齒圈9，與后排第二電機(jī)3(MG2)輸出扭矩進(jìn)行耦合，耦合扭矩降速增扭后由后排行星架11輸出至傳動(dòng)軸13。在EV1模式下，第一電機(jī)2(MG1)與第二電機(jī)3(MG2)同時(shí)參與純電動(dòng)行駛，因此純電動(dòng)爬坡能力大大提高。

EV2：當(dāng)車輛行駛至較高車速時(shí)，車輛無需大扭矩輸出，此時(shí)第一模式離合器14、第二模式離合器15斷開，前后行星齒輪機(jī)構(gòu)斷開；第一鎖止離合器16結(jié)合，后排形成一個(gè)1+k₂的速比。該模式下由第二電機(jī)3(MG2)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)整車純電動(dòng)行駛，第二電機(jī)3(MG2)輸出扭矩降速增扭后輸出動(dòng)力至后排行星架11，后排行星架11輸出動(dòng)力至輸出軸13。在EV2模式下，因?yàn)榍昂笮行驱X輪機(jī)構(gòu)斷開，因此純電動(dòng)效率大大提高。

EV3：當(dāng)車輛在中高車速下爬坡時(shí)，車輛需要中高速大扭矩，此時(shí)第二模式離合器15、第一鎖止離合器16、第二鎖止離合器17結(jié)合，前排形成一個(gè)k₁的速比，后排齒圈12鎖止，后排形成一個(gè)1+k₂的速比。第一電機(jī)2(MG1)與第二電機(jī)3(MG2)同時(shí)驅(qū)動(dòng)整車純電動(dòng)行駛。第一電機(jī)2(MG1)輸出扭矩降速增扭后經(jīng)前排齒圈9直接輸出至后排行星架11，第二電機(jī)3(MG2)輸出扭降速增扭后輸出至后排行星架11，與前排齒圈9輸出扭矩耦合以后輸出至傳動(dòng)軸13。在EV3模式下，第一電機(jī)2(MG1)與第二電機(jī)3(MG2)同時(shí)參與純電動(dòng)行駛，并且因?yàn)樵撃Ｊ较虑芭琵X圈9與后排行星架11連接，第一電機(jī)2(MG1)在提供大扭矩的過程中可以工作在額定轉(zhuǎn)速附近，因此在保證爬坡能力的前提下純電動(dòng)效率大大提高。

EV4：當(dāng)車輛行駛在高速工況下，此時(shí)第一模式離合器14、第二模式離合器15、第二鎖止離合器17結(jié)合，第一鎖止離合器16分離，前排齒圈9、后排行星架11、后排太陽輪10轉(zhuǎn)速一致，形成直接檔。在該模式下，第一電機(jī)2(MG1)與第二電機(jī)3(MG2)均可以工作在額定轉(zhuǎn)速附近，不會因?yàn)楦哕囁俣鴮?dǎo)致電機(jī)溫升過快，從而保證高速工況下系統(tǒng)效率大大提高。

混合動(dòng)力模式：

EVT1：當(dāng)車輛行駛至較高車速時(shí)，此時(shí)第一模式離合器14、第一鎖止離合器結(jié)合，第二模式離合器、第二鎖止離合器分離，后排形成一個(gè)1+k₂的速比，雙行星排系統(tǒng)形成一個(gè)速比大于1的機(jī)械點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)1介入工作在最佳工作點(diǎn)，前排齒圈9與后排太陽輪10連接，發(fā)動(dòng)機(jī)1通過前行星排進(jìn)行功率分流，一部分能量通過太陽輪7作用在第一電機(jī)2(MG1)進(jìn)行發(fā)電，一部分能量通過前排齒圈9與第二電機(jī)3(MG2)輸出扭矩進(jìn)行耦合，耦合扭矩經(jīng)過后排降速增扭后輸出至后排行星架11，后排行星架11輸出動(dòng)力至傳動(dòng)軸13，該混合動(dòng)力工作模式將前排分流扭矩輸出至后排太陽輪10，解決了雙行星排系統(tǒng)混合動(dòng)力模式下爬坡能力不足的問題。

EVT2：當(dāng)車輛行駛至中高車速時(shí)，第一電機(jī)2(MG1)接近零轉(zhuǎn)速。此時(shí)第一模式離合器14分離、第二模式離合器15結(jié)合，雙行星排系統(tǒng)形成一個(gè)速比小于1的機(jī)械點(diǎn)；第一鎖止離合器16結(jié)合，后排齒圈11鎖止，后排形成一個(gè)1+k₂的速比。發(fā)動(dòng)機(jī)1介入工作在最佳工作點(diǎn)，第一電機(jī)2(MG1)的轉(zhuǎn)速正向升高。前排齒圈9與后排行星架11連接，發(fā)動(dòng)機(jī)1通過前行星排進(jìn)行功率分流，一部分能量通過太陽輪7作用在第一電機(jī)2(MG1)進(jìn)行發(fā)電，一部分能量通過前排齒圈9輸出至后排行星架11，第二電機(jī)3(MG2)的輸出扭矩經(jīng)過后排降速增扭后輸出至后排行星架11，與前排齒圈9輸出扭矩耦合以后輸出動(dòng)力至傳動(dòng)軸13。該混合動(dòng)力工作模式將前排齒圈9與后排行星架11連接，通過降低前排齒圈9的轉(zhuǎn)速從而正向提高第一電機(jī)2(MG1)的轉(zhuǎn)速，解決行星排混合動(dòng)力系統(tǒng)中高速行駛過程中第一電機(jī)2(MG1)反轉(zhuǎn)形成功率循環(huán)導(dǎo)致系統(tǒng)效率下降的問題。

EVT3：當(dāng)車輛行駛至高車速時(shí)，此時(shí)第一模式離合器14、第二模式離合器15結(jié)合，第一鎖止離合器16分離、第二鎖止離合器17分離，前排齒圈9、后排行星架11、后排太陽輪10轉(zhuǎn)速一致，形成直接檔。該模式下發(fā)動(dòng)機(jī)1輸出扭矩經(jīng)前排齒圈9分流以后直接輸出至后排行星架11，第二電機(jī)3(MG2)輸出扭矩降直接輸出至后排行星架11，與前排齒圈9輸出扭矩耦合以后輸出至傳動(dòng)軸13。該混合動(dòng)力工作模式下，后排形成速比為1的直接檔，解決行星排混合動(dòng)力系統(tǒng)高速工況下主電機(jī)3轉(zhuǎn)速過高的問題。

從上述執(zhí)行過程可以看出，本實(shí)用新型的混合動(dòng)力系統(tǒng)構(gòu)型屬于多模系統(tǒng)，通過兩個(gè)模式離合器和兩個(gè)鎖止離合器形成四種純電動(dòng)工作模式和三種混合動(dòng)力工作模式，分別適應(yīng)不同的工況需求。

本實(shí)用新型所具備的四種純電動(dòng)工作模式和三種混合動(dòng)力工作模式有著各自不同的優(yōu)勢。從圖4、圖5可以看出，同一車速下不同工作模式均有自己對應(yīng)的最大輸出扭矩，在實(shí)際的行駛過程中根據(jù)具體工況及車輛需求選擇合適的工作模式。

其具體的四種純電動(dòng)工作模式適應(yīng)的行駛工況及優(yōu)勢如下：

EV1：解決純電動(dòng)低速爬坡能力的問題；

EV2：解決大多數(shù)純電動(dòng)工況下效率較低的問題；

EV3：解決在中高速爬坡工況下的爬坡能力問題，同時(shí)保證電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)工作在高效區(qū)；

EV4：解決高速工況下第二電機(jī)(MG2)轉(zhuǎn)速過高的問題，保證系統(tǒng)可以適應(yīng)高速工況。

其具體的三種混合動(dòng)力工作模式適應(yīng)的行駛工況及優(yōu)勢如下：

EVT1：該混合動(dòng)力工作模式下，系統(tǒng)形成一個(gè)速比大于1的機(jī)械點(diǎn)。解決了雙行星排系統(tǒng)混合動(dòng)力模式下爬坡能力不足的問題；

EVT2：該混合動(dòng)力工作模式下，系統(tǒng)形成一個(gè)速比小于1的機(jī)械點(diǎn)。解決了車輛中高速行駛過程中第一電機(jī)(MG1)反轉(zhuǎn)形成功率循環(huán)所帶來的系統(tǒng)效率較低問題；

EVT3：該混合動(dòng)力工作模式下，后排形成一個(gè)速比為1的直接檔。解決了混合動(dòng)力系統(tǒng)在高速工況下導(dǎo)致第二電機(jī)(MG2)轉(zhuǎn)速過高的問題，使得該系統(tǒng)可以適應(yīng)高速工況行駛。

本實(shí)用新型的混合動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)槠涮厥獾碾p行星排構(gòu)型設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)多模切換，有效解決原有系統(tǒng)存在的諸多缺陷。在滿足整車爬坡及加速性能要求的同時(shí)可以減少第一電機(jī)和第二電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩；在滿足整車最高車速要求的同時(shí)可以降低第二電機(jī)的峰值轉(zhuǎn)速?；谏鲜鰞?yōu)勢在滿足整車需求的同時(shí)可以減小電機(jī)系統(tǒng)的尺寸，成本相對較低。在整車性能優(yōu)勢方面，不僅有效解決在純電動(dòng)和混合動(dòng)力工作模式下均可以適應(yīng)全工況，同時(shí)保證在每個(gè)工況下系統(tǒng)效率均達(dá)到最優(yōu)。因此本實(shí)用新型所述的一種使用多模動(dòng)力耦合裝置的混合動(dòng)力系統(tǒng)具有廣泛的適應(yīng)性。