本實用新型涉及混合動力領(lǐng)域中的混合動力系統(tǒng)及使用該混合動力系統(tǒng)的車輛。

背景技術(shù)：

混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)相對于串聯(lián)混合動力系統(tǒng)和并聯(lián)混合動力系統(tǒng)具有巨大的性能優(yōu)勢。現(xiàn)有的混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)如中國專利CN105857054A、申請名稱為“一種混合動力系統(tǒng)及使用該系統(tǒng)的混合動力車輛”中公開的混合動力系統(tǒng)，該混合動力系統(tǒng)包括通過行星齒輪機(jī)構(gòu)耦合傳動的發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)(即第一電機(jī))，混合動力系統(tǒng)還包括用于對發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子進(jìn)行制動的發(fā)電制動器(即鎖止器)、驅(qū)動電機(jī)(即第二電機(jī))和連接于驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)子上的變速機(jī)構(gòu)，變速機(jī)構(gòu)與機(jī)構(gòu)輸出軸相連，機(jī)構(gòu)輸出軸與行星齒輪機(jī)構(gòu)之間設(shè)置有離合器。該混合動力系統(tǒng)可以實現(xiàn)多種控制模式，比如說純電動模式、發(fā)動機(jī)串聯(lián)發(fā)電模式、發(fā)動機(jī)行車發(fā)電模式、發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式等，但是現(xiàn)有的這種混合動力系統(tǒng)還存在很多不足，比如說在純電動模式工況為：在車輛以低速或者小負(fù)荷行駛時，離合器分離，驅(qū)動電機(jī)通過變速機(jī)構(gòu)降速增扭后驅(qū)動車輪轉(zhuǎn)動，車輛以純電驅(qū)動模式行駛，避免低速行駛時發(fā)動機(jī)由于怠速而陳述的高油耗?，F(xiàn)有混合動力系統(tǒng)的純電動模式下僅有一個降速增扭模式，無論是低速還是高速狀態(tài)，第二電機(jī)都要經(jīng)過降速增扭后才能介入傳動，不利于第二電機(jī)的能效發(fā)揮，模式過于單一，不能滿足車輛行駛中的各種工況，無法實現(xiàn)多電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動和第一電機(jī)單獨驅(qū)動，系統(tǒng)在高速及低速時的傳動效率不能得到保證。此外在制動能量回收時，還會造成對應(yīng)軸雙曲面主減異常磨損問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種混合動力系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)混合動力系統(tǒng)的純電動模式過于單一的技術(shù)問題；本實用新型的目的還在于提供一種使用該混合動力系統(tǒng)的車輛。

為了解決上述問題，本實用新型中混合動力系統(tǒng)的技術(shù)方案為：

混合動力系統(tǒng)，包括通過行星齒輪機(jī)構(gòu)耦合的發(fā)動機(jī)、第一電機(jī)和機(jī)構(gòu)輸出軸，發(fā)動機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動路徑上設(shè)置有第一鎖止離合器，混合動力系統(tǒng)還包括至少一對輪邊電機(jī)及與所述第一電機(jī)和輪邊電機(jī)控制連接的控制器。

第一電機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動路徑上設(shè)置有第二鎖止離合器。

機(jī)構(gòu)輸出軸和輪邊電機(jī)分別與不同的車輪軸相連。

本實用新型中車輛的技術(shù)方案為：

車輛，包括車架及設(shè)置于車架上的混合動力系統(tǒng)，混合動力系統(tǒng)包括通過行星齒輪機(jī)構(gòu)耦合的發(fā)動機(jī)、第一電機(jī)和機(jī)構(gòu)輸出軸，發(fā)動機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動路徑上設(shè)置有第一鎖止離合器，混合動力系統(tǒng)還包括至少一對輪邊電機(jī)及與所述第一電機(jī)和輪邊電機(jī)控制連接的控制器。

第一電機(jī)與行星齒輪機(jī)構(gòu)的傳動路徑上設(shè)置有第二鎖止離合器。

機(jī)構(gòu)輸出軸和輪邊電機(jī)分別與車輛的不同車輪軸相連。

本實用新型的有益效果為：通過對第一鎖止離合器的使用，克服了現(xiàn)有技術(shù)中無法實現(xiàn)多電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動缺點，根據(jù)合適的判據(jù)選擇合適的電機(jī)進(jìn)行工作，比如在加速時，可以采用第一純電動模式，第一電機(jī)和輪邊電機(jī)同時參與驅(qū)動，提高系統(tǒng)加速能力，避免功能上的浪費；在高速工況下，可采用第一電機(jī)單獨驅(qū)動，避免大功率電機(jī)介入而帶來的效率損失。

附圖說明

圖1是本實用新型中混合動力系統(tǒng)的一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型中混合動力系統(tǒng)控制方法的控制邏輯圖；

圖3是本實用新型中混合動力系統(tǒng)所能實現(xiàn)的工作模式與對應(yīng)部件的工作狀態(tài)表。

具體實施方式

車輛的實施例如圖1所示：車輛包括車架及設(shè)置于車架上的混合動力系統(tǒng)，混合動力系統(tǒng)包括通過行星齒輪機(jī)構(gòu)8耦合的發(fā)動機(jī)1、第一電機(jī)4和機(jī)構(gòu)輸出軸9，具體的耦合關(guān)系為，發(fā)動機(jī)1與行星齒輪機(jī)構(gòu)的行星架8B相連，第一電機(jī)的轉(zhuǎn)子4A與行星齒輪機(jī)構(gòu)的太陽輪8C相連，機(jī)構(gòu)輸出軸9與行星齒輪機(jī)構(gòu)的齒圈8A相連，在發(fā)動機(jī)1與行星架8B的傳動路徑上設(shè)置有扭矩減震器2和第一鎖止離合器3，在第一電機(jī)4與太陽輪8C的傳動路徑上設(shè)置有第二鎖止離合器5?；旌蟿恿ο到y(tǒng)還包括一對輪邊電機(jī)，該對輪邊電機(jī)中的兩個輪邊電機(jī)分別稱為第二電機(jī)11和第三電機(jī)12，第一電機(jī)、第二電機(jī)為普通結(jié)構(gòu)的電機(jī)，輪邊電機(jī)和機(jī)構(gòu)輸出軸9分別與不同的車輪軸相連，本實施例中將與機(jī)構(gòu)輸出軸9相連的車輪軸稱為第一軸10，第一軸10包括第一軸左半軸10B、第一軸右半軸10A和差速機(jī)構(gòu)10C，將與輪邊電機(jī)相連的車輪軸稱為第二軸13，第二軸包括第二軸左半軸13B和第二軸右半軸13A?；旌蟿恿ο到y(tǒng)還包括動力電源和與第一電機(jī)和輪邊電機(jī)控制連接的集成控制器。第一鎖止離合器和第二鎖止離合器也由集成控制器控制。

本車輛實施例中混合動力系統(tǒng)的可實現(xiàn)工作模式及相應(yīng)控制方法請見混合動力系統(tǒng)控制方法的實施例，在此不再詳述。在本實用新型的其它實施例中：車輛也可以不限于第一軸、第二軸的兩車輪軸結(jié)構(gòu)，比如說車輛具有三軸或者N(N>3)軸，相應(yīng)的，第三軸到第N軸可以為帶兩個輪邊電機(jī)的輪邊驅(qū)動軸(與第二軸一樣)，也可以為普通的從動軸(橋)；當(dāng)然輪邊電機(jī)和機(jī)構(gòu)輸出軸也可以與同一個車輪軸相連；也可以不采用集成式控制器，比如說第一電機(jī)、第二電機(jī)、第三電機(jī)和各離合鎖止器分別由各自對應(yīng)的控制器控制；第一電機(jī)、第二電機(jī)還可以為輪轂電機(jī)。

混合動力系統(tǒng)的實施例如圖1所示：混合動力系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)與上述各車輛實施例中所述的混合動力系統(tǒng)相同，在此不再詳述。

上述混合動力系統(tǒng)的混合動力系統(tǒng)控制方法如圖1～3所示：該混合動力系統(tǒng)控制方法中涉及到的混合動力系統(tǒng)與上述車輛實施例中所述的混合動力相同，在此對其具體結(jié)構(gòu)不再詳述。

該混合動力系統(tǒng)有以下工作模式：

純電動模式，主要包括三種工作模式，三電機(jī)共同驅(qū)動的第一純電動模式、第一電機(jī)單獨驅(qū)動的第二純電動模式、第二電機(jī)11和第三電機(jī)12共同驅(qū)動的第三純電動模式。三種模式的選擇通過功率要求以及效率最優(yōu)兩個條件進(jìn)行選擇，邏輯判斷如圖2所示，其中P_需求為車輛需求功率，P₁為第一電機(jī)的最大功率，P₂₃為第二電機(jī)11的最大功率和第三電機(jī)12的最大功率之和，即P₂₃＝P₂+P₃,且P₂＝P₃，這里P₁<P₂₃。

第一純電動模式：此模式為三電機(jī)共同驅(qū)動，第一鎖止離合器3處于鎖死狀態(tài)，第二鎖止離合器5處于非鎖死狀態(tài)。此時系統(tǒng)的輸入為第一電機(jī)4、第二電機(jī)11和第三電機(jī)12，第一軸、第二軸輸出，具體的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為：T_out＝i₀k₁T_MG1+2k₂T_MG2，其中i₀為第一軸主減速比，k₁為行星齒輪系齒圈8A半徑與太陽輪8C半徑的比值，k₂為第二電機(jī)11和第二軸右半軸13A之間或者第三電機(jī)12和第二軸左半軸13B之間的傳動速比，T_MG1為第一電機(jī)4轉(zhuǎn)矩，T_MG2為第二電機(jī)11轉(zhuǎn)矩，第三電機(jī)12的轉(zhuǎn)矩T_MG3＝T_MG2，T_out為系統(tǒng)總的輸出轉(zhuǎn)矩(折算到每個半軸上)。

第二純電動模式：此模式為第一電機(jī)4單獨驅(qū)動，第二電機(jī)11和第三電機(jī)12不工作，第一鎖止離合器3處于鎖死狀態(tài)，第二鎖止離合器5處于非鎖死狀態(tài)。此時系統(tǒng)的輸入為第一電機(jī)4，第一軸輸出，具體的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為：T_out＝i₀k₁T_MG1。

第三純電動模式：此模式為第二電機(jī)11和第三電機(jī)12共同驅(qū)動，第一電機(jī)4隨動，第一鎖止離合器3處于非鎖死狀態(tài)，第二鎖止離合器5處于非鎖死狀態(tài)。此時系統(tǒng)的輸入為第二電機(jī)11和第三電機(jī)12，第二軸輸出，具體的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為：T_out＝2k₂T_MG2。

混動模式：此模式下發(fā)動機(jī)1工作，第一電機(jī)4發(fā)電，第二電機(jī)11和第三電機(jī)12處于電動狀態(tài)，動力電源7依據(jù)整車需求向第二電機(jī)11不提供或提供動力，發(fā)動機(jī)1與第二電機(jī)11、第三電機(jī)12共同驅(qū)動整車行駛，此時系統(tǒng)根據(jù)車速V是否大于V_鎖又可以分為低速和高速兩種狀態(tài)，V_鎖為行星齒輪系處于機(jī)械點的臨界速度。

當(dāng)V≤V_鎖時，系統(tǒng)處于低速狀態(tài)，第一鎖止離合器3處于非鎖死狀態(tài)，第二鎖止離合器5處于非鎖死狀態(tài)。此時系統(tǒng)的輸入發(fā)動機(jī)1和第二電機(jī)11，輸出為第一軸和第二軸，具體的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為：T_out＝i₀k₁(1+k₁)T_E+2k₂T_MG2，其中i₀為第一軸主減速比，k₁為行星齒輪系齒圈8A半徑與太陽輪8C半徑的比值，k₂為第二電機(jī)11和第二軸右半軸13A之間或者第三電機(jī)12和第二軸左半軸13B之間的傳動速比，T_E為發(fā)動機(jī)1的轉(zhuǎn)矩，T_MG2為第二電機(jī)11轉(zhuǎn)矩，第三電機(jī)12的轉(zhuǎn)矩T_MG3＝T_MG2，T_out為系統(tǒng)總的輸出轉(zhuǎn)矩(折算到每個半軸上)。適合于低速驅(qū)動工況。

當(dāng)V>V_鎖時，系統(tǒng)處于高速狀態(tài)，第一鎖止離合器3處于非鎖死狀態(tài)，第二鎖止離合器5處于鎖死狀態(tài)。此時系統(tǒng)的輸入發(fā)動機(jī)1和第二電機(jī)11、第三電機(jī)12，輸出為第一軸和第二軸，具體的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為：T_out＝i₀k₁(1+k₁)T_E+2k₂T_MG2，適合于高速驅(qū)動工況。

依據(jù)行星混聯(lián)系統(tǒng)的機(jī)械點，通過運用第二鎖止離合器5進(jìn)行低速與高速混合驅(qū)動的模式切換，可以避免現(xiàn)有行星混聯(lián)系統(tǒng)的功率循環(huán)問題，即：第一電機(jī)4處于驅(qū)動狀態(tài)，第二電機(jī)11和第三電機(jī)12處于發(fā)電狀態(tài)。保證在混合驅(qū)動的任何時刻，第一電機(jī)4永遠(yuǎn)處于發(fā)電狀態(tài)，第二電機(jī)11和第三電機(jī)12永遠(yuǎn)處于驅(qū)動狀態(tài)，防止額外的機(jī)電二次轉(zhuǎn)換過程，提高動力系統(tǒng)效率。

發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式：此模式下發(fā)動機(jī)1工作，第一電機(jī)4不工作，第二電機(jī)11和第三電機(jī)12不工作，第一鎖止離合器3處于非鎖死狀態(tài)，第二鎖止離合器5處于鎖死狀態(tài)，發(fā)動機(jī)1提供動力驅(qū)動整車行駛，此時系統(tǒng)的輸入發(fā)動機(jī)1，輸出為第一軸，具體的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為：T_out＝i₀k₁(1+k₁)T_E，適合于車輛以高速行駛，且整車功率需求位于發(fā)動機(jī)高效區(qū)的驅(qū)動工況，避免了現(xiàn)有混聯(lián)系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)直驅(qū)時存在的機(jī)電轉(zhuǎn)換問題，提高動力系統(tǒng)的效率。

制動能量回收模式：此模式下發(fā)動機(jī)1不工作，第一電機(jī)4空轉(zhuǎn)，第二電機(jī)11和第三電機(jī)12處于發(fā)電狀態(tài)，提供整車制動力矩，第一鎖止離合器3處于非鎖死狀態(tài)，第二鎖止離合器5處于非鎖死狀態(tài)，此時系統(tǒng)的輸入為第二電機(jī)11和第三電機(jī)12，輸出為第二軸，第二電機(jī)11和第三電機(jī)12的制動力通過第二軸右半軸13A和第二軸左半軸13B作用到車輪上實現(xiàn)制動能量回收，具體的轉(zhuǎn)矩關(guān)系為：T_out＝2k₂T_MG2。

混合系統(tǒng)控制方法的邏輯圖如圖2所示，其中，V是車輛行駛速度，V_鎖止為混動模式下第二鎖止離合器鎖止的分界速度，V_H為純電模式行駛的最高速度限制，SOC_L為車輛動力電源SOC下限值，P_需求為整車需求功率，P₁為第一電機(jī)最大功率，P₂₃為第二電機(jī)最大功率和第三電機(jī)最大功率之和。

第一步，根據(jù)制動踏板和油門踏板的狀態(tài)來判定是否屬于制動能量回收模式，當(dāng)制動踏板被踩下，或者油門踏板未被踩下的時候，進(jìn)入制動能量回收模式，否則進(jìn)入第二步。

第二步，根據(jù)整車動力電源SOC值是否低于下限值SOC_L來判斷車輛是否進(jìn)入低速混動模式，當(dāng)動力電源SOC≤SOC_L時，進(jìn)入低速混動模式，否則進(jìn)入第三步。

第三步，根據(jù)整車功率需求P_需求是否大于三個電機(jī)最大功率之和P₁+P₂₃和車速V是否大于V_H來判定是否進(jìn)入純電模式，當(dāng)P_需求≤P₁+P₂₃，且V≤V_H時，進(jìn)入第六步，否則進(jìn)入第四步。

第四步，根據(jù)整車功率需求是否在發(fā)動機(jī)高效區(qū)，來判斷是否進(jìn)入發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式，當(dāng)整車功率需求在發(fā)動機(jī)高效區(qū)時，進(jìn)入發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式，否則進(jìn)入第五步。

第五步，根據(jù)車速V是否大于V_鎖來判斷是否進(jìn)入低速混動模式，當(dāng)V≤V_鎖時，進(jìn)入低速混動模式，否則進(jìn)入高速混動模式。

第六步，根據(jù)整車功率需求P_需求是否大于第二電機(jī)最大功率和第三電機(jī)最大功率之和P₂₃來判斷是否進(jìn)入第一純電動模式，當(dāng)P_需求>P₂₃時，進(jìn)入第一純電動模式，當(dāng)P_需求≤P₂₃時，進(jìn)入第七步

第七步，根據(jù)整車功率需求P_需求是否大于第一電機(jī)最大功率P₁來判斷是否進(jìn)入第八步，當(dāng)P_需求>P₁時，進(jìn)入第八步，P_需求≤P₁時，進(jìn)入第九步。

第八步，判斷是否第一純電動模式功率最優(yōu)，如果是，進(jìn)入第一純電動模式，否則進(jìn)入第三純電動模式。第一電動模式功率最優(yōu)是指該工況下，各電動模式相比，綜合電機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)效率最高的電動模式，比如說判斷第一純電動模式功率最優(yōu)，是指第一純電動模式與其它純電動模式相比，第一傳動電動模式的綜合電機(jī)效率最高。

第九步，判斷是否第一純電動模式功率最優(yōu)，如果是，進(jìn)入第一純電動模式，否則進(jìn)入第十步。

第十步，判斷是否第二純電動模式功率最優(yōu)，如果是，進(jìn)入第二純電動模式，否則進(jìn)入第三純電動模式。

本實用新型通過利用第二鎖止離合器，解決了現(xiàn)有行星混聯(lián)系統(tǒng)在發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式時因第一電機(jī)堵轉(zhuǎn)而無法長時間直接驅(qū)動的問題，在車輛以較高車速行駛且整車驅(qū)動力需求位于發(fā)動機(jī)高效區(qū)時，發(fā)動機(jī)高速直接驅(qū)動整車，避免現(xiàn)有混聯(lián)系統(tǒng)在混合驅(qū)動時存在的機(jī)電轉(zhuǎn)換問題，提高了動力系統(tǒng)效率；利用第一鎖止離合器，克服原有混合動力系統(tǒng)無法實現(xiàn)多電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動及第一電機(jī)單獨驅(qū)動的缺點，在純電動模式下，加速時可以三電機(jī)同時參與驅(qū)動，提高系統(tǒng)加速能力，避免功能上的浪費，避免高速工況下第二電機(jī)和第三電機(jī)共同驅(qū)動造成的效率損失，可通過第一電機(jī)單獨驅(qū)動來解決該問題；利用第二軸上的第二電機(jī)和第三電機(jī)進(jìn)行制動能量回收，解決了制動能量回收造成第一軸雙曲面主減異常磨損的問題，同時簡化了車軸(橋)，降低車重，減少了車輛成本。