混合動力系統(tǒng)和混合動力車輛及混合驅(qū)動方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種混合動力系統(tǒng)。特別是涉及一種混合動力系統(tǒng)和混合動力車輛及 混合驅(qū)動方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 面對能源短缺和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的現(xiàn)狀，混合動力汽車是目前最有效的節(jié)能汽 車方案，其動力系統(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)動力系統(tǒng)及使用該動力系統(tǒng)的車輛"（申請公布CN104175860A，申請 公布日20141203)和"行星式雙模油電混聯(lián)混合動力系統(tǒng)"（申請公布號CN103448529A，申 請公布日20131218)都提出了雙行星排的混合動力系統(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。但是在城市中行駛的 機(jī)動車輛，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，車上的動力電源無法及時(shí)的補(bǔ)充電量。所以串聯(lián)式工況對于混合動力車輛還是 很有必要的，但上述兩種混合動力系統(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 合動力工況，能夠提高對于不同行駛條件和要求適應(yīng)能力的混合動力系統(tǒng)和混合動力車輛 及混合驅(qū)動方法。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種混合動力系統(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 星排的前行星架連接第一電機(jī)，所述后行星排的后齒圈連接第二電機(jī)，所述前行星排的前 齒圈與所述后行星排的后太陽輪連接，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，所述后行星排的后行星架與系統(tǒng)輸出軸連接，所述的前行星架連接有對所述前行星架 進(jìn)行鎖止或釋放的前鎖止離合器，所述的后太陽輪連接有對所述后太陽輪進(jìn)行鎖止或釋放 的中鎖止離合器，所述的后齒圈連接有對所述后齒圈進(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] 一種具有混合動力系統(tǒng)的混合動力車輛，混合動力系統(tǒng)的系統(tǒng)輸出軸連接混合動 力車輛的驅(qū)動橋。
[0008] -種混合動力系統(tǒng)的驅(qū)動方法，包括以下工作模式：
[0009] a、純電動模式：
[0010] 內(nèi)燃機(jī)關(guān)閉，動力電源向第二電機(jī)提供動力驅(qū)動整車行駛，該模式分為低車速純 電動、高車速純電動兩種模式：
[0011] al、高車速純電動模式：
[0012] 前鎖止離合器脫開、中鎖止離合器脫開以及后鎖止離合器脫開，模式離合器接 合；
[0013] 通過逆變器驅(qū)動第二電機(jī)，第二電機(jī)帶動后齒圈轉(zhuǎn)動，后齒圈、后行星架和后太陽 輪共同以同一個(gè)轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，此時(shí)第一電機(jī)空轉(zhuǎn)，內(nèi)燃機(jī)不轉(zhuǎn)，第一電機(jī)的轉(zhuǎn)速能夠恰好使得 前太陽輪自轉(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；
[0014] a2、低車速純電動模式：
[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、模式離合器脫開，
[0016] 通過逆變器驅(qū)動第二電機(jī)，第二電機(jī)帶動后齒圈轉(zhuǎn)動，后齒圈帶動后行星輪和后 行星架繞后太陽輪旋轉(zhuǎn)，后行星架通過系統(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、后太陽輪均不旋 轉(zhuǎn)，功率僅僅在內(nèi)燃機(jī)與第一電機(jī)之間流動；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； 內(nèi)燃機(jī)輸出動力，第一電機(jī)和前行星架被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的前太陽輪帶動，前太陽輪把動力 傳遞給前行星架，與前太陽輪連接的第一電機(jī)發(fā)電；
[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； 內(nèi)燃機(jī)輸出動力，第一電機(jī)和前行星架被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的前太陽輪帶動，前太陽輪把動力 傳遞給前行星架，與前太陽輪連接的第一電機(jī)發(fā)電；
[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； 內(nèi)燃機(jī)輸出動力，第一電機(jī)和前行星架被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的前太陽輪帶動，前太陽輪把動力 傳遞給前行星架，與前太陽輪連接的第一電機(jī)發(fā)電；
[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、模式離合器接合；內(nèi) 燃機(jī)輸入動力，第一電機(jī)和前行星架被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的前太陽輪帶動，前太陽輪把動力傳 遞給前行星架，與前太陽輪連接的第一電機(jī)發(fā)電；
[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； 內(nèi)燃機(jī)輸入動力，第一電機(jī)和前行星架被由內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動的前太陽輪帶動，前太陽輪把動力 傳遞給前行星架，與前太陽輪連接的第一電機(jī)發(fā)電；
[0029] c、內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動模式：
[0030] 內(nèi)燃機(jī)啟動，第一電機(jī)不工作，內(nèi)燃機(jī)提供動力驅(qū)動整車行駛，該模式分為低車速 純內(nèi)燃機(jī)直驅(qū)和高車速純內(nèi)燃機(jī)直驅(qū)兩種模式：
[0031] cl、低車速純內(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] 動力由內(nèi)燃機(jī)輸出到前太陽輪上，前太陽輪通過前行星輪帶動前齒圈旋轉(zhuǎn)，前齒 圈帶動后太陽輪旋轉(zhuǎn)，后太陽輪帶動后行星架和后行星輪旋轉(zhuǎn)，后行星架將動力經(jīng)過系統(tǒng) 輸出軸輸出；
[0034] c2、高車速純內(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] 動力由內(nèi)燃機(jī)輸出到前太陽輪上，前太陽輪通過前行星輪帶動前齒圈旋轉(zhuǎn)，前齒 圈帶動后太陽輪旋轉(zhuǎn)，后太陽輪帶動后行星架和后行星輪以后行星排的整體轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，后 行星架將動力經(jīng)過系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0037] d、混合驅(qū)動模式：
[0038] 混合驅(qū)動模式中，內(nèi)燃機(jī)工作，第二電機(jī)處于電動狀態(tài)，通過后齒圈向后行星排輸 入動力，第一電機(jī)則根據(jù)需要選擇處于發(fā)電或電動或不工作狀態(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；
[0041] 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，傳遞給前行星架，前行星架帶動第一電機(jī)發(fā)電； 第二電機(jī)被逆變器驅(qū)動，向后齒圈輸入動力，動力傳遞給后行星輪和后行星架，后行星架將 動力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0042] d2、內(nèi)燃機(jī)+第二電機(jī)輸入并聯(lián)且第二電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合混合動力模式：
[0043] 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；
[0044] 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，前太陽輪經(jīng)前行星輪帶動前齒圈旋轉(zhuǎn)，前齒圈 將動力傳遞到后太陽輪上，后太陽輪帶動后行星輪和后行星架旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，逆變器驅(qū)動第二 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)的動力與前齒 圈經(jīng)后太陽輪輸入的動力轉(zhuǎn)速耦合，由后行星架將動力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0045] d3、內(nèi)燃機(jī)+第二電機(jī)輸入并聯(lián)且第二電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合混合動力模式：
[0046] 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；
[0047] 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，前太陽輪經(jīng)前行星輪帶動前齒圈旋轉(zhuǎn)，前齒圈 將動力傳遞到后太陽輪上，后太陽輪帶動后行星輪和后行星架以后行星排的整體轉(zhuǎn)速旋 轉(zhuǎn)；逆變器驅(qū)動第二電機(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)的動力與前齒圈經(jīng)后太陽輪輸入的動力轉(zhuǎn)矩耦合，由后行星架將動力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸 出；
[0048] 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)速親合混合動力模式：
[0049] 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；
[0050] 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，前太陽輪經(jīng)前行星輪帶動前齒圈旋轉(zhuǎn)，前齒圈 將動力傳遞到后太陽輪上，后太陽輪帶動后行星輪和后行星架旋轉(zhuǎn)；逆變器驅(qū)動第一電機(jī) 旋轉(zhuǎn)，第一電機(jī)經(jīng)過前行星架和前行星輪向前行星排輸入能量，前行星排將第一電機(jī)的動 力與前行星架輸入的動力轉(zhuǎn)速耦合；逆變器驅(qū)動第二電機(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)的動力與前齒圈經(jīng)后太陽輪輸入的動力轉(zhuǎn)速耦合， 由后行星架將動力經(jīng)系統(tǒng)輸出軸輸出；
[0051] 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)矩親合混合動力模式：
[0052] 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； 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，前太陽輪經(jīng)前行星輪帶動前齒圈旋轉(zhuǎn)，前齒圈將動力傳 遞到后太陽輪上，后太陽輪帶動后行星輪和后行星架旋轉(zhuǎn)；同時(shí)，逆變器驅(qū)動第一電機(jī)旋 轉(zhuǎn)，第一電機(jī)經(jīng)過前行星架和前行星輪向前行星排輸入能量，前行星排將第一電機(jī)的動力 與前行星架輸入的動力轉(zhuǎn)速耦合；同時(shí)，逆變器驅(qū)動第二電機(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)的動力與前齒圈經(jīng)后太陽輪輸入的動力轉(zhuǎn)矩耦 合，由后行星架將動力經(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)低速驅(qū)動模式：
[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； 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，前太陽輪帶動前齒圈和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行星架被前行 星輪帶動將部分動力傳遞給第一電機(jī)，第一電機(jī)從前行星排吸收能量，前行星排的動力經(jīng) 過前齒圈向后輸出，帶動后太陽輪，后太陽輪帶動后行星輪自轉(zhuǎn)+公轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動后行星架 公轉(zhuǎn)，由前齒圈輸入的動力減速、升轉(zhuǎn)矩，通過后行星架輸出給系統(tǒng)輸出軸；
[0056] e2、第一電機(jī)充電+內(nèi)燃機(jī)高速驅(qū)動模式：
[0057] 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； 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，前太陽輪帶動前齒圈和前行星架旋轉(zhuǎn)，前行星架被前行 星輪帶動將部分動力傳遞給第一電機(jī)，第一電機(jī)從前行星排吸收能量，前行星排的動力經(jīng) 過前齒圈向后輸出，帶動后太陽輪，后太陽輪帶動后行星輪、后行星架以后行星排的整體轉(zhuǎn) 速公轉(zhuǎn)，后行星排通過后行星架把動力輸出給系統(tǒng)輸出軸；
[0058] e3、第二電機(jī)充電+內(nèi)燃機(jī)低速驅(qū)動模式：
[0059] 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； 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，前太陽輪經(jīng)前行星輪帶動前齒圈旋轉(zhuǎn)，前行星排的動力 經(jīng)過前齒圈向后輸出，帶動后太陽輪，后太陽輪帶動后行星輪、后行星架、后齒圈旋轉(zhuǎn)，后齒 圈將部分動力傳遞給第二電機(jī)，第二電機(jī)從后行星排吸收能量，后行星排通過后行星架把 其余動力輸出給系統(tǒng)輸出軸；
[0060] e4、第二電機(jī)充電+內(nèi)燃機(jī)高速驅(qū)動模式：
[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接合； 動力由內(nèi)燃機(jī)經(jīng)過前太陽輪輸入，前太陽輪經(jīng)前行星輪帶動前齒圈旋轉(zhuǎn)，前行星排的動力 經(jīng)過前齒圈向后輸出帶動后太陽輪，后太陽輪帶動后行星輪、后行星架、后齒圈以后行星排 的整體轉(zhuǎn)速公轉(zhuǎn)，后齒圈將部分動力傳遞給第二電機(jī)，第二電機(jī)從后行星排吸收能量，后行 星排通過后行星架把其余動力輸出給系統(tǒng)輸出軸；
[0062] f、制動能量回收模式：
[0063] 內(nèi)燃機(jī)關(guān)閉，第一電機(jī)不工作，第二電機(jī)發(fā)電，第二電機(jī)與整車的摩擦制動系統(tǒng)提 供動力驅(qū)動整車行駛，該模式