一種機(jī)電混合變能裝置及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)電混合變能裝置及其控制方法，該裝置主要包括一個(gè)行星排(2)、離合結(jié)構(gòu)和兩個(gè)電機(jī)，太陽輪的輸入端通過離合結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出端連接，齒圈與第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接，行星架與第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接，該轉(zhuǎn)軸也是機(jī)電混合變能裝置的動(dòng)力輸出端。本發(fā)明的控制方法通過對(duì)各種工況下電機(jī)的控制，從而實(shí)現(xiàn)車輛在各種工況下的正常運(yùn)行。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和電能的綜合高效輸出，并能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的制動(dòng)能量回收再利用，車輛動(dòng)力性能得到很大提高，同時(shí)提高了車輛行駛的經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保性能；能夠?qū)崿F(xiàn)無級(jí)變速這一目標(biāo)；而且能夠?qū)崿F(xiàn)車輛純電動(dòng)行駛的特殊功能要求。
【專利說明】一種機(jī)電混合變能裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種將機(jī)械能和電能綜合的裝置及其控制方法，能夠?qū)C(jī)械能和電能綜合之后高效輸出驅(qū)動(dòng)車輛并實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)無級(jí)調(diào)速功能，也能夠?qū)④囕v減速或制動(dòng)過程中的機(jī)械能量轉(zhuǎn)化為電能回收儲(chǔ)存以便再利用，屬于一種高效傳動(dòng)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)汽車使用造成能源緊張和環(huán)境污染問題，電動(dòng)車可以使用非石油能源取代部分或全部石油能量作為能量源，能夠很大程度上減輕石油能源緊張的局勢(shì)，同時(shí)也可以有效解決傳統(tǒng)汽車使用石油能源所造成的嚴(yán)重環(huán)境污染問題。由于電池技術(shù)發(fā)展的局限性，純電動(dòng)車的發(fā)展和廣泛使用受到了限制，兼電動(dòng)車和傳統(tǒng)汽車優(yōu)勢(shì)的混合動(dòng)力車技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。
[0003]混合動(dòng)力技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵是實(shí)現(xiàn)混合動(dòng)力的綜合高效傳輸裝置，充分發(fā)揮混合動(dòng)力技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，在保證車輛動(dòng)力性能的前提下，提高車輛行駛的經(jīng)濟(jì)性能和環(huán)保性能。目前，車輛混合驅(qū)動(dòng)技術(shù)的結(jié)構(gòu)一般有串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式。串聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)形式具有結(jié)構(gòu)布置方便、控制簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，主要應(yīng)用于多輪驅(qū)動(dòng)的輪式車輛，其發(fā)動(dòng)機(jī)的工作與具體的路況沒有直接的關(guān)聯(lián)可以始終工作在經(jīng)濟(jì)工況下；缺陷是該結(jié)構(gòu)形式要求動(dòng)力部件的性能參數(shù)較大，能量轉(zhuǎn)換經(jīng)歷化學(xué)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能、機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能、電能再轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，所以能量轉(zhuǎn)換效率較低。并聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)形式和混聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)形式則采用了電驅(qū)動(dòng)和機(jī)械驅(qū)動(dòng)的混合形式，一路為電驅(qū)動(dòng)路徑，另一路為機(jī)械驅(qū)動(dòng)路徑，這兩路驅(qū)動(dòng)路徑共同匯入到綜合傳動(dòng)裝置，最后輸出動(dòng)力到車輪。其中，履帶車輛結(jié)構(gòu)更適用于采用混聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)在于實(shí)現(xiàn)混聯(lián)技術(shù)的動(dòng)力綜合傳輸裝置，但是現(xiàn)有的上述裝置結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜，成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是一種機(jī)電混合變能裝置及其控制方法，解決了現(xiàn)有的混聯(lián)式混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜成本較高的問題，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能和電能的綜合高效輸出；發(fā)動(dòng)機(jī)始終工作在經(jīng)濟(jì)工況下；并能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)無級(jí)調(diào)速功能；以及制動(dòng)能量回收再利用功能；動(dòng)力部件的性能參數(shù)要求較小，能量傳遞效率較高。
[0005]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下:一種機(jī)電混合變能裝置，其特征在于:主要包括一個(gè)行星排、離合結(jié)構(gòu)和兩個(gè)電機(jī)，所述行星排包括太陽輪、行星輪、齒圈、行星架；太陽輪的輸入端通過離合結(jié)構(gòu)與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出端連接，齒圈的轉(zhuǎn)軸與第一電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接，行星架與第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接；行星排的轉(zhuǎn)速確定如下=,其中，Ii1分別是太陽輪的半徑、轉(zhuǎn)速，r3、n3分別是齒圈的半徑、轉(zhuǎn)速，％是行星架的轉(zhuǎn)速；第二電機(jī)的轉(zhuǎn)軸也是機(jī)電混合變能裝置的動(dòng)力輸出端，動(dòng)力綜合輸出到后續(xù)的傳動(dòng)裝置再到達(dá)車輛的行動(dòng)部分。
[0006]所述離合結(jié)構(gòu)包括一個(gè)動(dòng)力輸入端、一個(gè)動(dòng)力輸出端、一個(gè)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)和殼體；所述換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)有左、中、右三個(gè)檔位可控制，當(dāng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于左檔位時(shí)，換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)與動(dòng)力輸入端哨合，同時(shí)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)與動(dòng)力輸出端哨合，則動(dòng)力輸入端和動(dòng)力輸出端實(shí)現(xiàn)連通；當(dāng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于中檔位時(shí),換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)與動(dòng)力輸入端脫離，同時(shí)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)與動(dòng)力輸出端嚙合，則動(dòng)力輸入端和動(dòng)力輸出端不連通且動(dòng)力輸出端為無約束轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)處于右檔位時(shí)，換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)與殼體實(shí)現(xiàn)靜摩擦制動(dòng)，同時(shí)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)與動(dòng)力輸出端嚙合，則動(dòng)力輸出端(受約束靜止不轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0007]—種機(jī)電混合變能裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟:
[0008]I)車輛起步加速工況:控制發(fā)動(dòng)機(jī)首先啟動(dòng)，設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向?yàn)檎较颍刂齐x合機(jī)構(gòu)處于左檔位置，控制第二電機(jī)處于電動(dòng)模式，輸出轉(zhuǎn)矩為峰值轉(zhuǎn)矩狀態(tài)、轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵f增正方向運(yùn)行即車輛開始起步加速；控制第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)速隨動(dòng)
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)電混合變能裝置，其特征在于:主要包括一個(gè)行星排(2)、離合結(jié)構(gòu)(I)和兩個(gè)電機(jī)，所述行星排包括太陽輪(21)、行星輪(22)、齒圈(23)、行星架(24);太陽輪(21)的輸入端通過離合結(jié)構(gòu)(I)與發(fā)動(dòng)機(jī)(32)的輸出端連接，齒圈(23)的轉(zhuǎn)軸與第一電機(jī)(3)的轉(zhuǎn)軸連接，行星架(24)與第二電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)軸連接；行星架(24)、太陽輪與齒圈的轉(zhuǎn)速關(guān)系如下=,其中，Ii1分別是太陽輪的半徑、轉(zhuǎn)速，r3、n3分別是齒圈的半徑、轉(zhuǎn)速，nH是行星架的轉(zhuǎn)速；第二電機(jī)(4)的轉(zhuǎn)軸也是機(jī)電混合變能裝置的動(dòng)力輸出端，動(dòng)力輸出到后續(xù)的傳動(dòng)裝置再到達(dá)車輛的行動(dòng)部分。
2.如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)電混合變能裝置，其特征在于:所述離合結(jié)構(gòu)包括一個(gè)動(dòng)力輸入端(11)、一個(gè)動(dòng)力輸出端(12)、一個(gè)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)和殼體；所述換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)有左、中、右三個(gè)檔位可控制，當(dāng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)處于左檔位時(shí)，換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)與動(dòng)力輸入端(11)哨合，同時(shí)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)與動(dòng)力輸出端(12)哨合,貝U動(dòng)力輸入端(11)和動(dòng)力輸出端(12)實(shí)現(xiàn)連通；當(dāng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)處于中檔位時(shí)，換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)與動(dòng)力輸入端(11)脫離，同時(shí)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)與動(dòng)力輸出端(12)嚙合，則動(dòng)力輸入端(11)和動(dòng)力輸出端(12)不連通且動(dòng)力輸出端(12)為無約束轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)；當(dāng)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)處于右檔位時(shí)，換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)與殼體實(shí)現(xiàn)靜摩擦制動(dòng)，同時(shí)換檔執(zhí)行機(jī)構(gòu)(13)與動(dòng)力輸出端(12)嚙合，則動(dòng)力輸出端(12)受約束靜止不轉(zhuǎn)動(dòng)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種機(jī)電混合變能裝置的控制方法，其特征在于包括以下步驟: 1)車輛起步加速工況:控制發(fā)動(dòng)機(jī)首先啟動(dòng)，設(shè)定發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速方向?yàn)檎较?，控制離合機(jī)構(gòu)處于左檔位置，控制第二電機(jī)處于電動(dòng)模式，輸出轉(zhuǎn)矩為峰值轉(zhuǎn)矩狀態(tài)、轉(zhuǎn)速?gòu)牧氵f增；控制第一電機(jī)處于發(fā)電狀態(tài)，轉(zhuǎn)速n3隨動(dòng)； 2)車輛急加速工況:控制第二電機(jī)為電動(dòng)模式輸出峰值轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速遞增；驅(qū)動(dòng)功率需求大則控制第一電機(jī)為電動(dòng)模式、轉(zhuǎn)矩峰值輸出，轉(zhuǎn)速n3隨動(dòng)； 3)車輛勻速行駛工況:控制第二電機(jī)為電動(dòng)模式、轉(zhuǎn)速恒定；控制第一電機(jī)以發(fā)電模式工作或不工作求，轉(zhuǎn)速n3隨動(dòng)； 4)車輛爬坡工況:控制第二電機(jī)為電動(dòng)模式輸出峰值轉(zhuǎn)矩，第一電機(jī)轉(zhuǎn)速隨動(dòng)，按車輛功率需求高或低工作于電動(dòng)模式或發(fā)電模式； 5)車輛制動(dòng)行駛工況:車輛減速或是制動(dòng)過程中，控制發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工作狀態(tài)并使離合機(jī)構(gòu)處于中檔位置；第一電機(jī)和第二電機(jī)均為發(fā)電模式，把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池組中； 6)車輛倒退行駛工況:控制發(fā)動(dòng)機(jī)處于怠速工況并控制離合機(jī)構(gòu)處于右檔位置，行星排機(jī)構(gòu)的太陽輪鎖止；控制第二電機(jī)為電動(dòng)模式、轉(zhuǎn)速方向?yàn)榉捶较颍瑒t車輛倒退行駛:當(dāng)車輛倒退加速時(shí)，第二電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為峰值轉(zhuǎn)矩狀態(tài)、轉(zhuǎn)速遞增；當(dāng)勻速行駛時(shí)，第二電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定；根據(jù)上述車輛倒車行駛工況的功率需求，確定第一電機(jī)為電動(dòng)模式或不工作，轉(zhuǎn)速113隨動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B60W10/06GK104029672SQ201410273614
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年6月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月19日
【發(fā)明者】葉輝萍, 肖磊, 馬士奔, 邢杰, 陳銳, 金宇春, 朱蘭, 葉輝, 黃冠富, 韓雪峰 申請(qǐng)人:中國(guó)北方車輛研究所