混合動(dòng)力系統(tǒng)和具有該系統(tǒng)的混合動(dòng)力車輛及驅(qū)動(dòng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種混合動(dòng)力系統(tǒng)。特別是涉及一種混合動(dòng)力系統(tǒng)和具有該系統(tǒng)的混 合動(dòng)力車輛及驅(qū)動(dòng)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 面對(duì)能源短缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀，混合動(dòng)力汽車是目前最有效的節(jié)能汽 車方案，其動(dòng)力系統(tǒng)有串聯(lián)、并聯(lián)和混聯(lián)三種形式。串聯(lián)能實(shí)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)的最優(yōu)控制，但是全 部能量都會(huì)經(jīng)過二次轉(zhuǎn)換，損失較大；并聯(lián)能實(shí)現(xiàn)較好的傳動(dòng)效率，但是內(nèi)燃機(jī)與輸出軸機(jī) 械連接，不能保證內(nèi)燃機(jī)始終處于較優(yōu)的工作區(qū)域內(nèi)；混聯(lián)能結(jié)合串聯(lián)和并聯(lián)的優(yōu)點(diǎn)，規(guī)避 二者的缺點(diǎn)，是三者中最為優(yōu)化的構(gòu)型方案。
[0003] 當(dāng)前混聯(lián)式混合動(dòng)力汽車主要采用行星機(jī)構(gòu)作為功率分流裝置，典型的結(jié)構(gòu)形式 包括豐田的THS系統(tǒng)和通用的AHS系統(tǒng)。其中豐田的THS系統(tǒng)采用單行星排結(jié)構(gòu)，屬于單 模功率分流裝置，只能實(shí)現(xiàn)輸入式功率分流一種模式，在高速區(qū)的傳動(dòng)效率較低。通用公司 的AHS系統(tǒng)采用雙排或三排行星排來實(shí)現(xiàn)功率分流，可以實(shí)現(xiàn)輸入式功率分流和復(fù)合式功 率分流兩種模式，兩種模式相互彌補(bǔ)，使得AHS的傳動(dòng)效率在整個(gè)車速區(qū)域內(nèi)都能維持較 高的水平，但AHS系統(tǒng)內(nèi)往往需要多個(gè)離合器的控制來實(shí)現(xiàn)模式切換，使得整個(gè)系統(tǒng)的結(jié) 構(gòu)十分復(fù)雜，控制難度較大。
[0004] "行星式混聯(lián)動(dòng)力系統(tǒng)及使用該動(dòng)力系統(tǒng)的車輛"（申請(qǐng)公布CN104175860A，申請(qǐng) 公布日20141203)和"行星式雙模油電混聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)"（申請(qǐng)公布號(hào)CN103448529A，申 請(qǐng)公布日20131218)都提出了雙行星排的混合動(dòng)力系統(tǒng)，但是這兩種系統(tǒng)以盡量減少機(jī)電 的二次轉(zhuǎn)換、減少能量的浪費(fèi)為由都極力的避免串聯(lián)式工況的發(fā)生，并且這兩種。但是在城 市中行駛的機(jī)動(dòng)車輛，由于堵車情況較為嚴(yán)重車輛走走停停，有時(shí)候車速很難達(dá)到輸出功 率分流所需要的水平，車上的動(dòng)力電源無法及時(shí)的補(bǔ)充電量。所以串聯(lián)式工況對(duì)于混合動(dòng) 力車輛還是很有必要的，但上述兩種混合動(dòng)力系統(tǒng)都無法實(shí)現(xiàn)串聯(lián)式工況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可以實(shí)現(xiàn)包括串聯(lián)式工況在內(nèi)的多種混 合動(dòng)力工況，能夠提高對(duì)于不同行駛條件和要求適應(yīng)能力的混合動(dòng)力系統(tǒng)和具有該系統(tǒng)的 混合動(dòng)力車輛及驅(qū)動(dòng)方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種混合動(dòng)力系統(tǒng)，包括內(nèi)燃機(jī)，包括有前太陽輪、 前行星架和前齒圈的前行星排，包括有后太陽輪、后行星架和后齒圈的后行星排，所述前行 星排的前齒圈連接第一電機(jī)，所述后行星排的后齒圈連接第二電機(jī)，所述內(nèi)燃機(jī)的輸出端 與所述前行星排的前太陽輪連接，所述前行星排的前行星架與所述后行星排的后行星架連 接，所述的前齒圈連接有對(duì)所述前齒圈進(jìn)行鎖止或釋放的前鎖止離合器，所述前行星架連 接有對(duì)所述前行星架鎖止或釋放的中鎖止離合器，所述后行星排的所述后太陽輪與系統(tǒng)輸 出軸連接，所述的后齒圈連接有對(duì)所述后齒圈進(jìn)行鎖止或釋放的后鎖止離合器，所述后齒 圈與所述后行星架之間設(shè)有模式離合器。
[0007] 一種具有混合動(dòng)力系統(tǒng)的混合動(dòng)力車輛，混合動(dòng)力系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出軸連接混合動(dòng) 力車輛的驅(qū)動(dòng)橋。
[0008] -種混合動(dòng)力系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)方法，包括以下模式：
[0009] a、純電動(dòng)模式：
[0010] 內(nèi)燃機(jī)關(guān)閉，動(dòng)力電源向第二電機(jī)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)整車行駛，該模式分為低車速純 電動(dòng)、高車速純電動(dòng)兩種模式：
[0011] al、低車速純電動(dòng)模式：
[0012] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器接 合；
[0013] 由電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電能，通過逆變器驅(qū)動(dòng)第二電機(jī)，第二電機(jī)利用 電能做功，帶動(dòng)后齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，后齒圈、后行星架、后太陽輪共同以一個(gè)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，后太陽輪將 動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出，此時(shí)第一電機(jī)處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)，內(nèi)燃機(jī)不轉(zhuǎn)，第一電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠恰 好使得前行星輪的自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速保證前行星輪的內(nèi)側(cè)繞靜止的前太陽輪公轉(zhuǎn)，且前行星輪的外 側(cè)與前齒圈的內(nèi)側(cè)配合轉(zhuǎn)動(dòng)；
[0014] a2、高車速純電動(dòng)模式：
[0015] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器鎖止、后鎖止離合器脫開以及模式離合器脫 開；
[0016] 能量由電源將其他形式的能量轉(zhuǎn)化成電能，通過逆變器驅(qū)動(dòng)第二電機(jī)，第二電機(jī) 利用電能做功，帶動(dòng)后齒圈轉(zhuǎn)動(dòng)，后行星輪此時(shí)僅自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)，后太陽輪被后行星輪帶動(dòng)自 轉(zhuǎn)，后太陽輪通過系統(tǒng)輸出軸輸出功率；
[0017] b、純充電模式：
[0018] 純充電模式中，第二電機(jī)不運(yùn)轉(zhuǎn)，后行星排的后齒圈、后行星架和后太陽輪均不旋 轉(zhuǎn)，功率僅僅由內(nèi)燃機(jī)向第一電機(jī)和逆變器流動(dòng)，該模式分為以下模式：
[0019] bl、0100 模式：
[0020] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器鎖止、后鎖止離合器脫開以及模式離合器脫開； 由內(nèi)燃機(jī)向系統(tǒng)輸入動(dòng)力，第一電機(jī)和前齒圈被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的前太陽輪帶動(dòng)，前太陽輪 將動(dòng)力傳遞給前齒圈，與前齒圈連接的第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；
[0021] b2、0101 模式：
[0022] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器鎖止、后鎖止離合器脫開以及模式離合器接合； 由內(nèi)燃機(jī)向系統(tǒng)輸入動(dòng)力，第一電機(jī)和前齒圈被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的前太陽輪帶動(dòng)，前太陽輪 將動(dòng)力傳遞給前齒圈，與前齒圈連接的第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；
[0023] b3、0110 模式：
[0024] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器鎖止、后鎖止離合器鎖止以及模式離合器脫開； 由內(nèi)燃機(jī)向系統(tǒng)輸入動(dòng)力，第一電機(jī)和前齒圈被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的前太陽輪帶動(dòng)，前太陽輪 將動(dòng)力傳遞給前齒圈，與前齒圈連接的第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；
[0025] b4、0111 模式：
[0026] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器鎖止、后鎖止離合器鎖止以及模式離合器接合； 由內(nèi)燃機(jī)向系統(tǒng)輸入動(dòng)力，第一電機(jī)和前齒圈被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的前太陽輪帶動(dòng)，前太陽輪 將動(dòng)力傳遞給前齒圈，與前齒圈連接的第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；
[0027] b5、0011 模式：
[0028] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器鎖止以及模式離合器接合； 由內(nèi)燃機(jī)向系統(tǒng)輸入動(dòng)力，第一電機(jī)和前齒圈被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)的前太陽輪帶動(dòng)，前太陽輪 將動(dòng)力傳遞給前齒圈，與前齒圈連接的第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)；
[0029] c、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：
[0030] 內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng)，第一電機(jī)不工作，內(nèi)燃機(jī)提供動(dòng)力驅(qū)動(dòng)整車行駛，該模式分為低車速 純內(nèi)燃機(jī)直驅(qū)、高車速純內(nèi)燃機(jī)直驅(qū)兩種模式；
[0031] cl、高車速純內(nèi)燃機(jī)直驅(qū)模式：
[0032] 前鎖止離合器鎖止、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器鎖止以及模式離合器脫 開；
[0033] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，前行星架帶動(dòng)后行星架旋轉(zhuǎn)，后行星架帶動(dòng)后太陽輪 旋轉(zhuǎn)，后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0034] c2、低車速純內(nèi)燃機(jī)直驅(qū)模式：
[0035] 前鎖止離合器鎖止、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器接 合；
[0036] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，前行星架帶動(dòng)后行星架旋轉(zhuǎn)，行星架帶動(dòng)后太陽輪以 相同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0037] d、混合驅(qū)動(dòng)模式：
[0038] 混合驅(qū)動(dòng)模式中，內(nèi)燃機(jī)工作，第二電機(jī)處于電動(dòng)狀態(tài)，通過后齒圈向后行星排輸 入動(dòng)力，第一電機(jī)則根據(jù)需要選擇處于發(fā)電或電動(dòng)或不工作狀態(tài)，該模式分為以下5種模 式：
[0039] dl、串聯(lián)式混合動(dòng)力模式：
[0040] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器鎖止、后鎖止離合器脫開以及模式離合器脫開； 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，經(jīng)過只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)的前行星輪傳遞給前齒圈，前齒圈帶 動(dòng)第一電機(jī)發(fā)電；而第二電機(jī)被逆變器驅(qū)動(dòng)，向后齒圈輸入動(dòng)力，動(dòng)力經(jīng)過只自轉(zhuǎn)不公轉(zhuǎn)的 前行星輪傳遞給后太陽輪，后齒圈將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0041] d2、內(nèi)燃機(jī)+第二電機(jī)輸入并聯(lián)且第二電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合混合動(dòng)力模式：
[0042] 前鎖止離合器鎖止、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器脫 開；
[0043] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，前行星架帶動(dòng)后行星架旋轉(zhuǎn)，后行星架帶動(dòng)后齒圈旋 轉(zhuǎn)；同時(shí)，逆變器驅(qū)動(dòng)第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)，第二電機(jī)經(jīng)過后齒圈向后行星排輸入能量，后行星排 將第二電機(jī)的動(dòng)力與前行星架輸入的動(dòng)力轉(zhuǎn)速耦合，由后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸 出；
[0044] d3、內(nèi)燃機(jī)+第二電機(jī)輸入并聯(lián)且第二電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合混合動(dòng)力模式：
[0045] 前鎖止離合器鎖止、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器接 合；
[0046] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，前行星架帶動(dòng)后行星架旋轉(zhuǎn)，后行星架帶動(dòng)后齒圈旋 轉(zhuǎn)；同時(shí)，逆變器驅(qū)動(dòng)第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)，第二電機(jī)經(jīng)過后齒圈向后行星排輸入能量，后行星排 將第二電機(jī)的動(dòng)力與前行星架輸入的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩耦合，由后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸 出；
[0047] d4、內(nèi)燃機(jī)+第二電機(jī)+第一電機(jī)輸入并聯(lián)且第二電機(jī)轉(zhuǎn)速親合混合動(dòng)力模式：
[0048] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器脫 開；
[0049] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，同時(shí)，逆變器驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)旋轉(zhuǎn)，第一電機(jī)經(jīng)過前齒 圈向前行星排輸入能量，前行星排將第一電機(jī)的動(dòng)力與前太陽輪輸入的動(dòng)力轉(zhuǎn)速耦合，前 行星排的動(dòng)力經(jīng)過前行星架向后輸出，帶動(dòng)后行星架旋轉(zhuǎn)，后行星架帶動(dòng)后齒圈旋轉(zhuǎn)；同 時(shí)，逆變器驅(qū)動(dòng)第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)，第二電機(jī)經(jīng)過后齒圈向后行星排輸入能量，后行星排將第二 電機(jī)的動(dòng)力與前行星架輸入的動(dòng)力轉(zhuǎn)速耦合，由后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0050] d5、內(nèi)燃機(jī)+第二電機(jī)+第一電機(jī)輸入并聯(lián)且第二電機(jī)轉(zhuǎn)矩親合混合動(dòng)力模式：
[0051] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器接 合；
[0052] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，同時(shí)，逆變器驅(qū)動(dòng)第一電機(jī)旋轉(zhuǎn)，第一電機(jī)經(jīng)過前齒 圈向前行星排輸入能量，前行星排將第一電機(jī)的動(dòng)力與前太陽輪輸入的動(dòng)力轉(zhuǎn)速耦合，前 行星排的動(dòng)力經(jīng)過前行星架向后輸出，帶動(dòng)后行星架旋轉(zhuǎn)，后行星架帶動(dòng)后齒圈旋轉(zhuǎn)；同 時(shí)，逆變器驅(qū)動(dòng)第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)，第二電機(jī)經(jīng)過后齒圈向后行星排輸入能量，后行星排將第二 電機(jī)的動(dòng)力與前行星架輸入的動(dòng)力轉(zhuǎn)矩耦合，由后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0053] e、功率分流輸出模式：
[0054] el、第一電機(jī)充電+內(nèi)燃機(jī)高車速驅(qū)動(dòng)模式：
[0055] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器鎖止以及模式離合器脫開； 由于后鎖止離合器鎖止，所以第二電機(jī)不會(huì)接受后行星排的能量，后行星排此時(shí)就變成一 個(gè)單級(jí)升速器，將由前齒圈輸入的動(dòng)力升、降轉(zhuǎn)矩，輸出給后太陽輪、外齒輪傳動(dòng)裝置、系統(tǒng) 輸出軸；
[0056] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，前齒圈被前太陽輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)將動(dòng)力傳遞給第一電機(jī)， 第一電機(jī)從前行星排吸收能量，前行星排的動(dòng)力經(jīng)過前行星架向后輸出，帶動(dòng)后行星架旋 轉(zhuǎn)，后行星架帶動(dòng)后太陽輪以大于后行星架轉(zhuǎn)速的速度旋轉(zhuǎn)；由后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸 出軸輸出；
[0057] e2、第一電機(jī)充電+內(nèi)燃機(jī)低車速驅(qū)動(dòng)模式：
[0058] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器接 合；
[0059] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，前齒圈被前太陽輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并將動(dòng)力傳遞給第一電 機(jī)，第一電機(jī)從前行星排吸收能量，前行星排的動(dòng)力經(jīng)過前行星架向后輸出，帶動(dòng)后行星架 旋轉(zhuǎn)，后行星架帶動(dòng)后太陽輪以相同的速度旋轉(zhuǎn)；由后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0060] e3、第二電機(jī)充電+內(nèi)燃機(jī)高車速驅(qū)動(dòng)模式：
[0061] 前鎖止離合器鎖止、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器脫 開；
[0062] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自轉(zhuǎn)，前行星架帶動(dòng)后行星架旋轉(zhuǎn)，后行星架帶動(dòng)后齒圈和 后太陽輪旋轉(zhuǎn)；后齒圈將動(dòng)力傳遞給第二電機(jī)，第二電機(jī)發(fā)電將電能傳送給逆變器，后行星 排處于轉(zhuǎn)速耦合狀態(tài)，由后太陽輪將動(dòng)力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0063] e4、第二電機(jī)充電+內(nèi)燃機(jī)低車速驅(qū)動(dòng)模式：
[0064] 前鎖止離合器鎖止、中鎖止離合器脫開、后鎖止離合器脫開以及模式離合器接 合；
[0065] 動(dòng)力由內(nèi)燃機(jī)輸入到前太陽輪上，前太陽輪帶動(dòng)前行星輪和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行 星輪為公轉(zhuǎn)+自轉(zhuǎn)，前行星架為自