CN101373006B - 混合动力驱动系统的驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力驱动系统的驱动方法，其中驱动系统包括具有输出轴的第一动力源，具有输出轴的第二动力源，连接到所述第二动力源的输出轴的驱动轴，以及联接所述第一动力源的输出轴与所述第二动力源的输出轴的离合器，其中所述离合器为具有超越状态、接合状态和双向分离状态的三态超越离合器，所述驱动方法包括：根据所述驱动系统的不同工况，控制所述三态超越离合器分别处于超越状态、接合状态或双向分离状态。在三态超越离合器处于双向分离状态时，这两个动力源可以各自运转而不会发生干扰或者牵阻，因此提高了能量利用率，并且控制方便。

Description

混合动力驱动系统的驱动方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力驱动系统的驱动方法。

背景技术

混合动力车辆同时采用两种不同的动力源，根据动力系统的连接方式不同，主要可以分为三种结构形式，即串联、并联和混联。

串联结构的特征是以电力形式进行复合，发动机直接驱动发电机对储能装置和电动机供电，电动机用来驱动车轮；并联结构的特征是以机械形式进行复合，发动机与驱动轴相连，电机可同时用作电动机和发电机以平衡发动机所受的载荷。

实践中出现的混联模式有一种是通过行星齿轮机构来实现各动力单元的动力分配。在这种结构中，发动机与行星架相连，发动机的一部分机械能通过第一电机转化为电能对第二电机供电或对储能装置进行充电，另一部分机械能直接作用于齿圈上。同时第二电机与齿圈相连，提供部分功率和转矩。在这种模式中，发动机输出动力中总有一部分能量供第一电机发电给蓄电池充电或供第二电机电动使用，这种模式下的控制方法相当复杂。

实践中还有通过离合器来实现各动力单元之间动力分配的混合动力车，例如美国专利No.6209672 B1。如图22所示，该混合动力驱动系统主要包括发动机100、第一电机200、离合器400、第二电机300和驱动轴500(如减速机构的输入轴，下面也可以直接称之为减速机构500)，第一电机200和第二电机300分别与电池组或储能装置600电连接。在这种混合动力车中，离合器400采用普通的摩擦式离合器。摩擦式离合器一般分为干式摩擦式离合器和湿式摩擦式离合器。前者传递动力的摩擦盘处在干燥环境下工作，一般主、被动摩擦副一侧采用金属材料，另一侧采用石棉、石墨等材料制作用以提高摩擦系数，增加传递功率；后者传递动力的摩擦盘处在液体浸泡环境下工作，一般主、被动摩擦副一侧采用金属材料，另一侧也采用金属材料制作，液体用于冷却和润滑。干式摩擦式离合器通常都是常闭式离合器，在一般的车辆中需要踩下离合器踏板后才能使离合器分离，因此如果需要由发动机100或第二电机300单独驱动车辆，则普通的摩擦式离合器无法实现。此外，湿式离合器本身结构相对复杂，控制不方便且成本高。

另外，该混合动力车必须通过调节离合器400的输入轴和输出轴的速度相等时才能接合离合器400，这使得控制方法相当复杂，否则将不可避免地造成摩擦损失。该混合动力车在巡航模式下采用发动机驱动，这使得废气污染物和燃油消耗增加，且不可以通过外接充电为电池组充电，只能通过发动机100带动第一电机200发电进行充电，这也不可避免地造成废气污染物和燃油消耗的增加。

现有的混合动力驱动系统的离合器也有采用超越离合器的。超越离合器又称作单向离合器或单向轴承，是一种只能在一个转动方向传递转矩的装置。现有的超越离合器主要包括滚柱式超越离合器和楔块式超越离合器。

作为楔块式超越离合器的一个例子，CN 2476675Y(或者CN 1430000A)公开了一种具有双保持架的超越离合器，该超越离合器包括内圈和外圈，在内、外圈之间设有多个楔块，并且这些楔块通过内、外圈之间的双保持架(包括内保持架和外保持架)中开设的保持孔予以保持。在这种超越离合器中，通过使用双保持架结构，能够提高超越离合器的承载能力并延长其使用寿命。

但是传统的超越离合器只有接合和超越两个工作状态。当超越离合器外圈的转速与超越离合器内圈的转速不等时，处于超越状态。当超越离合器外圈反转时，例如在车辆倒车时，则超越离合器也可能会从超越状态自动切换到接合状态，从而影响正常操作。内圈需要工作时，可能转速超过外圈而处于接合状态，使得内圈和外圈互相干涉。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力驱动系统的驱动方法，该方法控制简便，燃油更经济且排放低。

根据本发明，提供一种混合动力驱动系统的驱动方法，其中所述驱动系统包括具有输出轴的第一动力源，具有输出轴的第二动力源，连接到所述第二动力源的输出轴的驱动轴，以及联接所述第一动力源的输出轴与所述第二动力源的输出轴的离合器，其中：所述离合器为具有超越状态、接合状态和双向分离状态的三态超越离合器，所述驱动方法包括：根据所述驱动系统的不同工况，控制所述三态超越离合器分别处于超越状态、接合状态或双向分离状态。

第一动力源和第二动力源通过三态超越离合器联接，既可以避免采用干式离合器所必须的复杂的调速控制，也避免了采用湿式离合器所带来的摩擦损失，同时可以容易控制两个动力源之间的能量耦合或者分离。在三态超越离合器处于双向分离状态时，这两个动力源可以各自运转而不会发生干扰或者牵阻，因此提高了能量利用率，并且控制方便。

本发明的附加特征以及相应的优点在下面的具体实施方式部分进行详细说明。

附图说明

图1是根据本发明第一实施例的三态超越离合器的剖视图。

图2是根据本发明第二实施例的三态超越离合器的剖视图。

图3是根据本发明第三实施例的三态超越离合器的剖视图。

图4是根据本发明第四实施例的三态超越离合器的剖视图。

图5是根据本发明第五实施例的三态超越离合器的结构示意图。

图6是根据本发明第六实施例的三态超越离合器的结构示意图。

图7是根据本发明第七实施例的三态超越离合器的结构示意图。

图8是根据本发明的三态超越离合器中的一个带有滑动件的保持架的立体图。

图9是根据本发明的三态超越离合器中的一种预紧弹簧的立体图。

图10是根据本发明的一种概括的混合动力驱动系统的结构示意图。

图11是根据本发明的一种具体的混合动力驱动系统的结构示意图。

图12至图20是表示图11中所示的混合动力驱动系统的各种不同工作模式的示意图。

图21是本发明的一种混合动力驱动系统的扭矩-速度曲线图。

图22是一种现有的混合动力驱动系统的示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的各种具体实施方式进行详细描述。

                        三态超越离合器

首先，根据本发明所使用的三态超越离合器的概括实施例，该三态超越离合器可以包括外圈1、内圈2、位于外圈1和内圈2之间的多个楔块3、位于外圈1和内圈2之间保持所述多个楔块3的保持架4，所述多个楔块3的第一工作面31永久接触所述外圈1的工作面与所述内圈2的工作面之中的一个工作面，并且能够通过转动而使所述多个楔块3的第二工作面32接触或者离开所述外圈1的工作面与所述内圈2的工作面之中的另一个工作面。

在所述超越状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32滑动接触所述外圈1的工作面与所述内圈2的工作面之中的所述另一个工作面，外圈1和内圈2能够彼此相对转动。

在所述接合状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32接触所述外圈1的工作面与所述内圈2的工作面之中的所述另一个工作面，外圈1和内圈2能够同步转动。

在所述双向分离状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32离开所述外圈1的工作面与所述内圈2的工作面之中的所述另一个工作面，外圈1和内圈2能够在正反双向自由转动。

下面参照图1至图9对本发明所使用的三态超越离合器的具体实施方式进行描述。

第一实施例

图1是根据本发明第一实施例的三态超越离合器的剖视图。该三态超越离合器包括外圈1，内圈2，位于外圈1和内圈2之间的多个楔块3，位于外圈1和内圈2之间并通过保持孔保持所述多个楔块3的一个保持架4。所述多个楔块3的第一工作面31永久接触所述外圈1的工作面，并且能够通过转动使所述多个楔块3的第二工作面32接触或者离开所述内圈2的工作面。

具体而言，所述外圈1的工作面上具有多个圆弧槽11，每个圆弧槽11与对应的一个楔块3的所述第一工作面31相配合，并将该第一工作面31保持在圆弧槽11内。

如图8所示，所述保持架4具有轴向向外伸出的多个凸片6，每个凸片6上具有相对于轴向倾斜的斜孔61，并且在所述斜孔61内具有沿轴向可滑动的滑动件7。即，通过保持架4与圆弧槽11的相互作用，楔块3能够围绕保持在圆弧槽11内的第一工作面31转动，从而接触或者离开内圈2的工作面。

凸片6可以与保持架4整体形成，每个凸片6上具有相对于轴向倾斜的斜孔61，以及在所述斜孔61内沿轴向可滑动的滑动件7。

凸片6上的斜孔61也可以是在凸片6上以一定深度开设的非贯通的斜槽。但由于凸片6的厚度相对较小，如果形成为斜槽，则斜槽的深度会更小，从而不利于滑动件7在其中轴向滑动，因此在本发明中优选使用贯通的斜孔61。斜孔61的外端可以敞开，也可以闭合。在此实施例中，斜孔61的外端闭合。

此外，所述斜孔61可以是直的长孔，也可以是弧形或螺旋形的长孔，这可以根据需要进行选择。

如图8所示，在斜孔61的一端可以开设宽度增大的扩孔62。在这种情况下，在需要本发明的三态超越离合器作为传统的单向超越离合器使用时，可以使滑动件7移动到该扩孔62内，由此可以防止由于误操作而影响超越离合器的正常工作。作为一种替换，斜孔61的外端可以设置成敞开的，这也可以在一定程度上实现这种保障功能。

滑动件7可以通过本领域公知的任何合适的手段进行驱动，例如可以通过手动、电动、液动、气动等等手段来实现。作为本发明的一种实施例，滑动件7可以通过拨叉机构(例如类似于换挡拨叉的机构)或者电磁机构驱动在斜孔61内轴向滑动。

为了便于滑动件7在斜孔61内轴向滑动，所述滑动件7优选使用圆辊。

另外，为了确保楔块3的第一工作面31稳定保持在圆弧槽11内，可以在内圈2和外圈1之间设置预紧弹簧5，用于产生预紧力将所述第一工作面31压在所述圆弧槽11内，并能使所述楔块3有一种朝楔紧方向转动的趋势。图9所示为一种弹簧带，其可以作为该预紧弹簧5使用。该弹簧带或者预紧弹簧5上具有弹簧片51，具有将楔块3推向圆弧槽11，并让楔块3有一种朝楔紧方向转动的趋势。本发明的预紧弹簧5可以使用各种各样的弹性部件，并不限于这种具体的弹簧带，只要能够产生预紧力将楔块3的第一工作面31压在圆弧槽11内，并可使楔块3有一种朝楔紧方向转动的趋势即可。

在需要对内圈2与外圈1之间的楔块3的位置进行调节或者控制时，可以通过控制上述滑动件7在斜孔61中轴向滑动。当滑动件7在斜孔61中轴向滑动时，由于斜孔61相对于轴线倾斜一定角度，因此可以带动保持架4转动。此时，由于楔块3的第一工作面31被外圈1的圆弧槽11保持，所以楔块3将围绕该第一工作面31转动一定角度，使楔块3的第二工作面32离开内圈2的工作面，从而使三态超越离合器处于双向分离状态(即内、外圈在正反双向都可以自由转动而互不影响)。如果滑动件7在斜孔61中反向滑动，则楔块3将重新复位，接触内圈2的工作面，变成传统的单向超越离合器。也就是说，通过控制楔块3转动而完全脱离内圈2的工作面，可以使得内外圈能够在正反双向实现自由转动，即实现超越离合器的第三种工作状态(双向分离状态)。

上面针对第一实施例对本发明的三态超越离合器进行了说明。下面参照附图对其它实施例进行说明，但需要注意的是，上述第一实施例的许多方面都可以适用于其它实施例，除非另有说明。因此，在后面的其它实施例的描述中，可以省略与第一实施例相同的重复说明。

第二实施例

图2所示为根据本发明第二实施例的三态超越离合器。与上述第一实施例相比，不同之处在于：在内圈2的工作面上设置圆弧槽21，楔块3的第一工作面31同样保持在该圆弧槽21内，从而通过保持架4可以拨动楔块3围绕其第一工作面31转动，其工作方式与上述第一实施例相同。

另外，在此第二实施例中，预紧弹簧5可以简单地使用一个收缩的螺旋弹簧，将螺旋弹簧5穿过楔块3中开设的通孔，而将楔块3的第一工作面31牢固地保持在圆弧槽21内，并且可以通过对楔块3上通孔位置的设计，预紧弹簧5可使楔块3有一种朝楔紧方向转动的趋势。

第三实施例

图3所示为根据本发明第三实施例的三态超越离合器。与上述第一实施例相比，不同之处在于：所述保持架4为双保持架结构，包括外保持架41和内保持架42。通过这种双保持架结构，能够提高本发明三态超越离合器的承载能力并延长其使用寿命。

其中在所述的内保持架42上沿轴向向外伸出多个凸片6与第一实施例相同。在内保持架42相对转动时，外保持架41可以跟随楔块3作相应的转动，但不会影响到楔块3的转动。

第四实施例

图4所示为根据本发明第四实施例的三态超越离合器。与上述第三实施例相比，不同之处在于：在内圈2的工作面上设置圆弧槽21，楔块3的第一工作面31同样保持在该圆弧槽21内，从而通过外保持架41可以拨动楔块3围绕其第一工作面31转动，其工作方式与上述第三实施例相同。

另外，如同上述的第二实施例，在此第四实施例中，预紧弹簧5同样可以简单地使用一个收缩的螺旋弹簧，将螺旋弹簧5穿过楔块3中开设的通孔，而将楔块3的第一工作面31牢固地保持在圆弧槽21内，并且可以通过对楔块3上通孔位置的设计，弹簧5可使楔块3有一种朝楔紧方向转动的趋势。

第五实施例

图5所示为根据本发明第五实施例的三态超越离合器。与上述第三实施例相比，不同之处在于：在外圈1的工作面上并没有设置圆弧槽11，而是通过将外保持架41固定到外圈1上，来实现外保持架41与内保持架42之间的相对转动，从而实现楔块3的转动。

具体而言，所述外保持架41可以通过本领域任何公知的手段固定到外圈1上，例如螺栓连接、铆接、卡接等等。如图5所示，作为一个例子，可以在外保持架41上设置凸起410，同时在外圈1的工作面上设置对应的凹槽110，将所述凸起410插入或者保持到凹槽110内，即可将外保持架41固定到外圈1上。所述内保持架42上设置有上述的凸片6，与上述实施例相同。因此，通过拨动凸片6带动内保持架42相对于外保持架41相对转动，就可实现楔块3在内外圈之间转动，从而实现三态超越离合器的分离状态。

为了防止对楔块3的转动造成阻碍，在此实施例中不需要设置上述的圆弧槽11或21。

第六实施例

图6所示为根据本发明第六实施例的三态超越离合器。与上述第五实施例相比，不同之处在于：将所述内保持架42固定到内圈2上，在外保持架41上设置凸片6，从而通过拨动外保持架41相对于内保持架42转动，可以实现楔块3的转动。预紧弹簧5同样可以简单地使用一个收缩的螺旋弹簧，将螺旋弹簧5穿过楔块3中开设的通孔，而将楔块3的第一工作面31牢固地保持在内圈2的工作面上，并且可以通过对楔块3上通孔位置的设计，弹簧5可使楔块3有一种朝楔紧方向转动的趋势。

第七实施例

图7所示为根据本发明第七实施例的三态超越离合器。与上述第三实施例相比，不同之处在于：在此第七实施例中，具体使用了拨动盘8来控制楔块3的运动。

具体而言，该三态超越离合器包括外圈1，内圈2，位于外圈1和内圈2之间的多个楔块3，位于外圈1和内圈2之间且例如通过保持孔保持所述多个楔块3的外保持架41和内保持架42。所述外圈1的工作面上具有多个圆弧槽11，每个圆弧槽11与对应的一个楔块3的第一工作面31相配合，并将所述第一工作面31保持在该圆弧槽11内。所述内保持架42具有轴向向外伸出的多个凸片6，每个凸片6上具有相对于轴向倾斜的斜孔61。在所述外圈1的外圆周上具有轴向可滑动的拨动盘8，该拨动盘8上固定有各自插入到对应的斜孔61中的多个拨动杆81。

如上所述，为了确保楔块3的第一工作面31稳定保持在圆弧槽11内，可以在内圈2和外圈1之间设置预紧弹簧5，用于产生预紧力将所述第一工作面31压在所述圆弧槽11内，并能使所述楔块3有一种朝楔紧方向转动的趋势。

在需要对外圈1与内圈2之间的楔块3的位置进行调节或者控制时，可以通过控制上述的拨动盘8(作为一种控制机构)在外圈1上作轴向滑动。当拨动盘8轴向滑动时，拨动盘8上的拨动杆81可以在斜孔61中滑动。由于斜孔61相对于轴线倾斜一定角度，因此可以带动内保持架42相对于外圈1转动相应的角度。同时，由于楔块3的第一工作面31被牢固地保持在外圈1的工作面上的圆弧槽11内，所以由内保持架42和外保持架41所保持的楔块3就可以在内、外圈之间围绕所述第一工作面31转动相应的角度，从而可以导致楔块3上的第二工作面32相应地离开内圈2的工作面，由此内、外圈能够在正方双向实现自由转动，即实现超越离合器的第三种工作状态。

如图7所示，内圈2的左侧可以形成为一个连接端，例如花键孔，用于连接外部的动力源如发动机或者电机等。外圈1也可以具有连接端以连接外部的动力源。并且，如图所示，外圈1还可以在左右两侧分别具有连接端，例如左侧的外齿轮和右侧的内花键。在将这种三态超越离合器应用于混合动力驱动系统中时，例如下面将要说明的各种混合动力驱动系统，则可以将第一电机的输出轴连接到内圈2的左侧连接端，将第二电机的输出轴连接到外圈1的两个连接端中的任意一个连接端上，同时将另一个连接端连接到驱动轴(如变速机构的输入轴)以输出动力，这将使得整体结构更加紧凑。

另外，还可以为该三态超越离合器提供偏压元件如弹簧(未显示)，用于将拨动盘8上的拨动杆81保持在斜孔61的一端，例如内端或者外端(扩孔)，这可以根据需要进行选择。从而，通过该偏压元件，可以在通常情况下使三态超越离合器保持在一定的状态，如超越状态或者分离状态，而在需要改变超越离合器的状态时，可以通过驱动拨动盘8轴向移动来实现。

根据该实施例，拨动盘8在外圈1的外圆周上轴向滑动、周向锁止可以通过任何合适的手段来实现，例如可以通过惯用的键-槽组合，或者花键连接。例如，可以在所述拨动盘8的内表面上和所述外圈1的外表面上分别设置对应的轴向滚道，并且在所述滚道中设置多个滚子84，例如钢球，由此可以方便地实现拨动盘8在外圈1的外圆周上轴向滑动。

拨动盘8可以通过本领域公知的任何合适的手段进行驱动，例如可以通过手动、电动、液动、气动等等手段来实现。作为本发明的一种实施例，拨动盘8可以通过拨叉机构或者电磁机构驱动在外圈1的外圆周上轴向滑动。

另外需要说明的是，该实施例中的拨动盘结构可以应用于上述第一至第六实施例中的任意一种，本发明对此不再一一列举。

                    混合动力驱动系统

下面参照图10和图11对本发明的混合动力驱动系统的具体实施方式进行详细描述。

图10所示为根据本发明的混合动力驱动系统的一个概括实施例。在此概括实施例中，所述混合动力驱动系统包括：具有输出轴的第一动力源401，具有输出轴的第二动力源402，连接到所述第二动力源402的输出轴的驱动轴500(如减速机构的输入轴，下面也可以直接称之为减速机构500)以及联接所述第一动力源401的输出轴与所述第二动力源402的输出轴的离合器400，其中：所述离合器400为具有超越状态、接合状态和双向分离状态的三态超越离合器400。

根据本发明的混合动力驱动系统的驱动方法，其中所述混合动力驱动系统为上述混合动力驱动系统，所述驱动方法包括可以根据所述驱动系统的不同工况，控制所述三态超越离合器400相应地处于超越状态、接合状态或双向分离状态。

在此概括实施例中，所述第一动力源和所述第二动力源可以包括发动机、电机等，发动机可以包括汽油机、柴油机或者甲醇、乙醇等其它燃料发动机等等，电机可以包括A/C交流电机、开关磁阻电机、直流永磁电机等等。此外，所述第一动力源和所述第二动力源还包括多个动力源依次连接的情况，例如第一动力源和/或第二动力源各自包括彼此连接的发动机和电机等，本发明对此均不作限制。

在此概括实施例中，第一动力源和第二动力源通过三态超越离合器400连接，可以容易控制它们之间的能量耦合或者分离。在三态超越离合器处于双向分离状态时，这两个动力源可以各自运转而不会发生干扰或者牵阻，因此提高了能量利用率，并且控制方便。

图11所示为根据本发明的混合动力驱动系统的一个具体的实施例。在此具体的实施例中，所述驱动系统还包括储能装置600，所述第一动力源包括相互串联的发动机100和第一电机200，该第一电机200的输出轴连接到所述三态超越离合器400；所述第二动力源包括第二电机300；所述第一电机200和所述第二电机300电连接到所述储能装置600。

具体而言，该混合动力驱动系统包括：带有输出轴的发动机100；与发动机100的输出轴机械相连的第一电机(图中所示为MG1)200；与第一电机200的输出轴机械相连的三态超越离合器400；与三态超越离合器400的输出轴机械相连的第二电机(图中所示为MG2)300；与三态超越离合器400的输出轴或第二电机300的输出轴机械相连的驱动轴500，例如减速机构(定速比或可变速比减速机构)的输入轴；以及与第一电机200和第二电机300电连接的储能装置600，例如电池组。

根据不同的行车工况，所述三态超越离合器400可以分别处于超越状态、接合状态和双向分离状态。

如上所述，在所述超越状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32滑动接触所述外圈1的工作面与所述内圈2的工作面之中的所述另一个工作面，外圈1和内圈2能够彼此相对转动；在所述接合状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32接触所述外圈1的工作面与所述内圈2的工作面之中的所述另一个工作面，外圈1和内圈2能够同步转动；在所述双向分离状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32离开所述外圈1的工作面与所述内圈2的工作面之中的所述另一个工作面，外圈1和内圈2能够在正反双向自由转动。

具体而言，例如针对上述第一实施例的三态超越离合器来说，在所述超越状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32滑动接触所述内圈2的工作面，外圈1和内圈2能够彼此相对转动；在所述接合状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32接触所述内圈2的工作面，外圈1和内圈2能够同步转动；在所述双向分离状态时，三态超越离合器400的所述多个楔块3的第二工作面32离开所述内圈2的工作面，外圈1和内圈2能够在正反双向自由转动。

所述减速机构500可以是定速比或可变速比减速机构。减速机构500的输出轴可以连接到主减速器和差速器501以及驱动轮502。减速机构500的输入轴可以连接到第二电机300的输出轴上，或者连接到三态超越离合器400的输出端上。储能装置600可以具有车载充电装置601。

第一电机200既可以工作在发电机模式，也可以工作在电动机模式。以发电机模式工作时，可以将发动机100输出的机械能转化为电能，也可以将经驱动轮502、主减速器和差速器501、减速机构500、三态超越离合器400传回的车辆的动能转换为电能。以电动机模式工作时，可以将电能转换为机械能，一方面用来启动发动机100，另一方面也可以经三态超越离合器400、减速机构500和主减速器和差速器501传递给驱动轮502驱动车辆行驶。

第二电机300既可以工作在发电机模式，也可以工作在电动机模式。以发电机模式工作时，可以将经驱动轮502、主减速器和差速器501、减速机构500、三态超越离合器400传回的车辆的动能转换为电能。以电动机模式工作时，可以将电能转换为机械能，经三态超越离合器400、减速机构500和主减速器和差速器501传递给驱动轮502驱动车辆行驶。

第一电机200可以设计为在高转速下实现的效率优于其低转速下实现的效率，可用于独立启动发动机100，还可用于单独以纯电力形式驱动车轮。

第二电机300可以设计为在低转速下实现的效率优于其高转速下实现的效率，其可以具有比第一电机200大的功率，用于在车辆起步或低速行驶过程中单独驱动车轮，或者用于单独驱动车辆在高速下例如巡航速度下行驶。例如，第一电机200的功率可以为50kw，第二电机300的功率可以为30kw。当车辆需要较大的牵引力时，第二电机300与第一电机200可以共同驱动车轮，实现大转矩的输出。

所述第二电机300能够单独驱动车辆以巡航速度行驶，从而可以最大程度地减少发动机的使用，降低燃油消耗并减少排放。

所述第一电机200可以设计为在高转速下的效率高于第二电机300，所述第二电机300则设计为在低转速下的效率高于第一电机200。由此，在车辆低速行驶时，可以使用第二电机300单独驱动车辆行驶，从而提高工作效率。当车辆高速行驶时，则可以使用第一电机200单独驱动车辆行驶，从而提高工作效率。

由于发动机的高效率工作区一般位于相对高的转速下，因此，车辆在从停车状态运转到此相对较高的转速这段过程中，使用电机的电动工作来驱动车轮可以使发动机不参与工作，从而可以避免发动机工作在非高效区所引起的油耗及有害排放物的增加。

作为一种具体的实施例，所述第一电机200的输出轴可以连接到所述三态超越离合器的内圈2，例如图7中所示的内圈2的左侧连接端，所述第二电机300的输出轴则连接到所述三态超越离合器的外圈1，例如图7中所示的外圈1的左侧连接端或者右侧连接端，减速机构500的输入端则可以连接到图7中所示的外圈1的另一侧的连接端。当然，减速机构500可以连接到第二电机300的输出轴上的任何位置以及与该输出轴刚性连接的任何部件上的任何位置，只要能将第二电机300的动力输出即可，本发明对此不作限制。在这种情况下，第二电机300作为主动部件，第一电机200则作为从动部件。即，在此实施例中，第二电机300作为主要的动力源驱动车辆行驶，而第一电机200和/或发动机100则作为辅助的动力源。

                混合动力驱动系统的驱动方法

下面参照图12至图20对本发明的混合动力驱动系统的驱动方法的具体实施方式进行详细描述。

如图12至图20所示，根据本发明的混合动力驱动系统的驱动方法，其中所述混合动力驱动系统可以是上述的混合动力驱动系统，包括：带有输出轴的发动机100；与发动机100的输出轴机械相连的第一电机200；与第一电机200的输出轴机械相连的三态超越离合器400；与三态超越离合器400的输出轴机械相连的第二电机300；与三态超越离合器400的输出轴或第二电机300的输出轴机械相连的驱动轴或者减速机构500；以及与第一电机200和第二电机300电连接的储能装置600，例如电池组。所述驱动方法包括控制所述驱动系统分别处于如下工况：

纯电动工况，发动机100和第一电机200停止，第二电机300单独驱动车辆行驶，三态超越离合器400处于双向分离状态；

串联工况，发动机100带动第一电机200发电，第二电机300单独驱动车辆行驶，三态超越离合器400处于双向分离状态；

超越工况，第二电机300单独驱动车辆行驶，三态超越离合器400处于超越状态；

并联工况，发动机100、第一电机200和第二电机300共同驱动车辆行驶，三态超越离合器400处于接合状态；

混联工况，发动机100和第二电机300共同驱动车辆行驶，第一电机200工作在发电状态，三态超越离合器400处于接合状态；

中间过渡工况，作为纯电动工况、串联工况和并联或混联工况之间的过渡工况，第二电机300单独驱动车辆行驶，发动机100和第一电机200工作在低转速小功率发电状态，三态超越离合器400处于双向分离状态；以及

制动工况，对车辆实施制动，三态超越离合器400处于双向分离状态。

图12所示为纯电动工况。该工况适合于储能装置600电量充足的情况，或者即使电量不是很充足，但是第二电机300的输出动力能够满足车辆需求的情况。此时，第二电机300单独驱动车辆行驶，发动机100和第一电机200可以不工作。该驱动方法可以适合于城市路况、车辆起步阶段、倒车或者巡航行驶，可以降低发动机的燃油消耗。此时，三态超越离合器400优选处于双向分离状态，即内圈2和外圈1彼此之间可以相对转动而互不干扰，因此即使在第二电机300反转时，即外圈1反转时，也不会使超越离合器接合而反拖第二电机200和/或发动机100。在这种情况下，可以通过偏压元件将三态超越离合器400保持在该双向分离状态，由此可以简化操作并提高三态超越离合器的工作可靠性。

图13所示为串联工况。此时第二电机300驱动车轮，三态超越离合器400处于双向分离状态，发动机100带动第一电机200工作在发电机模式，第一电机200吸收发动机100的输出能量，转化为电能储存入储能装置600，或者供第二电机300使用。此工况用于储能装置600的荷电状态SOC较低，且第二电机300的输出动力能满足车辆需求的时候。

图14所示为超越工况。在进入并联工况前，三态超越离合器400处于超越状态，也就是说发动机100与第一电机200的共同转速n1小于第二电机300的转速n2。超越工况是进入并联工况或混联工况前的工况，此工况时间上一般比较短，主要是用来控制使发动机100与第一电机200的共同转速n1赶上第二电机300的转速n2，以顺利进入并联工况或混联工况；同时确保在三态超越离合器400进入接合状态的瞬间，发动机100与第一电机200的加速度与第二电机300的加速度相当，从而避免较大冲击。

图15所示为并联工况。第二电机300、第一电机200、发动机100三者共同驱动车轮，三态超越离合器400处于接合状态。此工况主要用于车辆需要很大输出动力的时候。

图16所示为混联工况。发动机100、第二电机300输出动力驱动车轮，第一电机200工作在发电状态，三态超越离合器400处于接合状态。此工况主要用于车辆需求输出动力超出第二电机300的输出动力，但储能装置600荷电状态SOC不是非常充足的情况。第一电机200的发电量取决于储能装置600荷电状态SOC的需要和整车动力的需求。

图17所示为中间过渡工况。第二电机300输出动力驱动车轮，发动机100与第一电机200工作在低转速小功率发电状态，三态离合器处于分离状态。主要用于在纯电动、纯串联和并联(混联)三个状态之间的过渡。有了中间过渡状态，在三个状态之间转换非常方便。

～从中间过渡工况转为纯电动工况时，只需要停止发动机100与第一电机200即可；

～从中间过渡工况转为串联工况时，只需要调节发动机100与第一电机200，使之工作在发电工况即可；

～从中间过渡工况转为并联工况时，首先调节发动机100和第一电机200的共同转速n1小于第二电机300的转速n2，再控制三态超越离合器400从分离状态切换到超越状态，然后第一电机200与发动机100调速追上第二电机300的转速，使三态超越离合器400进入接合状态。此时，第一电机200与发动机100输出动力与第二电机300合并，并经减速机构500、主减速器和差速器501输出到驱动轮502，即进入并联工况。

图18所示为制动工况。当油门踏板被松开，或制动踏板被踩下时，根据在此之前的状态进行相应的能量回馈控制。

～如果是纯电动工况或串联工况，直接使第二电机300进入回馈制动状态，以发电机模式工作，将回馈的制动能量转换为电能储存到储能装置600中；

～如果处于并联工况或混联工况，那么首先第二电机300进入回馈制动状态，即以发电机模式工作，将回馈的制动能量转换为电能储存到储能装置600中。同时快速降低第一电机200和发动机100的转速，使三态超越离合器400工作在超越状态，然后控制三态超越离合器400从超越状态切换为分离状态，但此时第一电机200和发动机100并未停止，而是工作在中间过渡工况。如油门踏板再次被踩下，整车需求较大输出动力，那么第一电机200和发动机100可以很快地再次助力，不必再次经过启动调速等过程，大大加快了响应时间。在此过程中，不需要花费太多时间来精确调节转速，只需要在接合过程中控制第一电机200和发动机100的加速度不要超过第二电机300太多，就可以避免对动力系统造成较大的冲击，也可以避免冲击对三态离合器带来的损伤，而做到这一点很显然要比精确调节转速简单的多。如果随之而来的是急刹车，由于此时三态超越离合器400已分离开，第二电机300的转速下降也不会对第一电机200与发动机100造成影响。

图19所示为外接电源充电工况。当储能装置600的荷电状态SOC较低时，可以通过外接电源，经过车载充电装置601给储能装置600补充电能。

图20所示为驻车充电工况。当储能装置600的荷电状态SOC较低时，而且没有及时通过外接电源补充电能时，即使车辆处于驻车状态，发动机100也可以带动第一电机200发电，给储能装置600充电。

图21是本发明的一种混合动力驱动系统的扭矩-速度曲线图。如图21所示，当整车需求转矩落在A区域时，即整车需求扭矩小于第二电机最大扭矩时，驱动系统主要工作在纯电动工况或者串联工况。是否工作在串联工况需要依靠电池SOC来判定。当整车需求转矩落在B区域时，即整车需求扭矩超过第二电机最大扭矩时，驱动系统主要工作在并联工况或者混联工况。

本发明的巡航工况下可以由第二电机驱动为主，仅在加速行驶工况时发动机和第一电机同时工作，为第二电机补充额外的功率驱动车辆行驶。这显著降低了发动机工作所造成的废气污染物的排放和燃油的消耗。

本发明可以具有车载充电装置，可以直接用外接电源，比如家用220V电源接口，给储能装置补充电能。如果经常以外接充电方式为储能装置补充电能，使其荷电状态保持在较高水平，那么可以减少车辆进入发动机带动第一电机发电的工况的次数，既减少废气污染物的排放，又减少了燃油消耗，有利于保护环境和资源。

由于采用了三态超越离合器，所以本发明具有中间过渡工况。此时，第二电机输出动力驱动车轮，发动机与第一电机工作在低转速小功率发电状态，三态超越离合器处于分离状态。该中间过渡工况主要用于在纯电动工况、串联工况和并联工况/混联工况三个工况之间的过渡。有了中间过渡工况，在三个工况之间转换非常方便。如果在并联工况或混联工况急刹车，则快速降低第一电机和发动机的转速，使第一电机和发动机工作在中间过渡工况；如油门踏板再次被踩下，整车需求较大输出动力，那么第一电机和发动机可以很快地从中间过渡工况进入到并联工况/混联工况，不必再次经历发动机启动和调速等过程，大大加快了响应时间，在此过程中，不需要花费太多时间来精确调节转速，只需要在接合过程中控制第一电机和发动机的加速度不要超过第二电机太多，就可以避免对动力系统造成较大的冲击，也可以避免冲击对三态超越离合器带来的损伤，而做到这一点很显然要比精确调节转速简单的多。如果随之而来的是急刹车，由于此时三态超越离合器已分离开，第二电机的转速下降也不会对第一电机与发动机造成影响。

由于采用了三态超越离合器，所以本发明还具有超越工况。此时，在进入并联工况前，三态超越离合器处于超越状态，也就是说发动机与第一电机的共同转速n1小于第二电机的转速n2。超越工况是进入并联工况或混联工况前的工况，此工况时间上一般比较短，主要是用来控制使发动机与第一电机的共同转速n1赶上第二电机的转速n2，以顺利进入并联工况或混联工况；同时确保在三态超越离合器进入接合状态的瞬间，发动机与第一电机的加速度与第二电机的加速度相当，从而避免较大冲击。反之，如果从并联工况或混联工况切换到纯电动工况或串联工况，也要先经过超越工况。

通过本发明的技术方案，可实现以下优点：1)控制方法相对简单，能量利用率高，各种工况之间相互切换非常平顺，没有冲击和抖动。2)相比其它的混合动力车辆它更加省油，特别是通过充电设备，利用城市用电低谷时期给动力电池充电，确保电动里程可以满足部分行驶需要；在需要长途行驶的时候利用车载的发动机进行驱动保障了里程要求。3)排放污染物减少，有利于环境保护，4)结构紧凑，有利于在各种车型上布置。

上面通过具体的实施例对使用三态超越离合器的混合动力驱动系统及其驱动方法进行了说明。但是，本发明的混合动力驱动系统及其驱动方法不限于上述具体的实施方式。本领域技术人员在阅读上述具体说明的基础上，可以将本发明的三态超越离合器应用到其它一些不同结构的混合动力驱动系统中，例如可以为发动机增加一个独立的启动电机(第三电机)，或者在三态超越离合器与第二电机的输出轴之间设置一个普通离合器，等等；或者可以使用不同的驱动方法，例如根据需要，所述混合动力驱动系统还可以包括发动机单独驱动车辆行驶的工况，第一电机和第二电机一起驱动车辆行驶的工况，等等，这些驱动系统及其驱动方法同样落入本发明的保护范围在内。

Claims (15)

1.一种混合动力驱动系统的驱动方法，其中所述驱动系统包括具有输出轴的第一动力源(401)，具有输出轴的第二动力源(402)，连接到所述第二动力源(402)的输出轴的驱动轴(500)，以及联接所述第一动力源(401)的输出轴与所述第二动力源(402)的输出轴的离合器(400)，其中：所述离合器(400)为具有超越状态、接合状态和双向分离状态的三态超越离合器(400)，所述驱动方法包括：

根据所述驱动系统的不同工况，控制所述三态超越离合器(400)分别处于超越状态、接合状态或双向分离状态，其中，

所述三态超越离合器包括外圈(1)、内圈(2)、位于外圈(1)和内圈(2)之间的多个楔块(3)、位于外圈(1)和内圈(2)之间保持所述多个楔块(3)的保持架(4)，所述多个楔块(3)的第一工作面(31)永久接触所述外圈(1)的工作面与所述内圈(2)的工作面之中的一个工作面，并且能够通过转动而使所述多个楔块(3)的第二工作面(32)接触或者离开所述外圈(1)的工作面与所述内圈(2)的工作面之中的另一个工作面；其中：

在所述超越状态时，三态超越离合器(400)的所述多个楔块(3)的第二工作面(32)滑动接触所述外圈(1)的工作面与所述内圈(2)的工作面之中的所述另一个工作面，外圈(1)和内圈(2)能够彼此相对转动；

在所述接合状态时，三态超越离合器(400)的所述多个楔块(3)的第二工作面(32)接触所述外圈(1)的工作面与所述内圈(2)的工作面之中的所述另一个工作面，外圈(1)和内圈(2)能够同步转动；

在所述双向分离状态时，三态超越离合器(400)的所述多个楔块(3)的第二工作面(32)离开所述外圈(1)的工作面与所述内圈(2)的工作面之中的所述另一个工作面，外圈(1)和内圈(2)能够在正反双向自由转动。

2.根据权利要求1所述的驱动方法，其中所述驱动系统还包括储能装置(600)，

所述第一动力源包括相互串联的发动机(100)和第一电机(200)，该第一电机(200)的输出轴连接到所述三态超越离合器(400)；

所述第二动力源包括第二电机(300)；

所述第一电机(200)和所述第二电机(300)电连接到所述储能装置(600)。

3.根据权利要求2所述的驱动方法，其中所述驱动方法包括控制所述驱动系统处于如下工况之一：

纯电动工况，发动机(100)和第一电机(200)停止，第二电机(300)单独驱动车辆行驶，三态超越离合器(400)处于双向分离状态；

串联工况，发动机(100)带动第一电机(200)发电，第二电机(300)单独驱动车辆行驶，三态超越离合器(400)处于双向分离状态；

超越工况，第二电机(300)单独驱动车辆行驶，三态超越离合器(400)处于超越状态；

并联工况，发动机(100)、第一电机(200)和第二电机(300)共同驱动车辆行驶，三态超越离合器(400)处于接合状态；

混联工况，发动机(100)和第二电机(300)共同驱动车辆行驶，第一电机(200)工作在发电状态，三态超越离合器(400)处于接合状态；

中间过渡工况，作为纯电动工况、串联工况和并联或混联工况之间的过渡工况，第二电机(300)单独驱动车辆行驶，发动机(100)和第一电机(200)工作在低转速小功率发电状态，三态超越离合器(400)处于分离状态；以及

制动工况，对车辆实施制动，三态超越离合器(400)处于双向分离状态。

4.根据权利要求1所述的驱动方法，其中：

所述外圈(1)的工作面与所述内圈(2)的工作面之中的所述一个工作面上具有多个圆弧槽(11)，每个圆弧槽(11)与对应的一个楔块(3)的所述第一工作面(31)相配合，并将所述第一工作面(31)保持在该圆弧槽(11)内；

所述保持架(4)具有轴向向外伸出的多个凸片(6)，每个凸片(6)上具有相对于轴向倾斜的斜孔(61)，并且在所述斜孔(61)内具有沿轴向可滑动的滑动件(7)。

5.根据权利要求4所述的驱动方法，其中：

在所述外圈(1)和内圈(2)之间具有预紧弹簧(5)，该预紧弹簧(5)产生预紧力将所述楔块(3)的所述第一工作面(31)压在所述圆弧槽(11)内，使所述楔块(3)具有朝楔紧方向转动的趋势，并保证所述多个楔块(3)的工作一致性。

6.根据权利要求4所述的驱动方法，其中：

所述保持架(4)为包括外保持架(41)和内保持架(42)的双保持架结构，所述外保持架(41)或者内保持架(42)具有所述多个凸片(6)。

7.根据权利要求1所述的驱动方法，其中：

所述保持架(4)为包括外保持架(41)和内保持架(42)的双保持架结构，其中外保持架(41)和内保持架(42)中的一个保持架(41或42)固定到所述外圈(1)或者内圈(2)上，另一个保持架(42或41)可相对于所述一个保持架(41或42)转动，以带动所述多个楔块(3)转动。

8.根据权利要求7所述的驱动方法，其中：

所述外保持架(41)和内保持架(42)中的另一个保持架(42或41)具有轴向向外伸出的多个凸片(6)，每个凸片(6)上具有相对于轴向倾斜的斜孔(61)，并且在所述斜孔(61)内具有沿轴向可滑动的滑动件(7)。

9.根据权利要求1所述的驱动方法，其中：

所述外圈(1)和所述内圈(2)各自具有连接端，用于分别连接所述第一电机(200)的输出轴和所述第二电机(300)的输出轴。

10.根据权利要求3所述的驱动方法，其中：

在所述纯电动工况下，第二电机(300)单独驱动车辆以巡航速度行驶。

11.根据权利要求3所述的驱动方法，其中：

所述第一电机(200)设计为在高转速下的效率高于第二电机(300)，所述第二电机(300)设计为在低转速下的效率高于第一电机(200)。

12.根据权利要求3所述的驱动方法，其中：

所述第二电机(300)的功率大于所述第一电机(200)的功率。

13.根据权利要求3所述的驱动方法，其中：

当车辆从纯电动工况或串联工况向制动工况过渡时，使第二电机(300)进入回馈制动状态，将回馈的制动能量转化为电能储存到储能装置(600)中；

当车辆从并联工况或混联工况向制动工况过渡时，首先使第二电机(300)进入回馈制动状态，将回馈的制动能量转化为电能储存到储能装置(600)中，同时降低发动机(100)和第一电机(200)的转速，使三态超越离合器(400)工作在超越状态，然后控制三态超越离合器(400)切换到双向分离状态，使驱动系统工作在中间过渡工况。

14.根据权利要求3所述的驱动方法，其中该驱动方法还包括控制所述驱动系统处于如下工况：

外接电源充电工况，当储能装置(600)的荷电量较低时，通过外接电源，经过车载充电装置(601)给储能装置(600)补充电能。

15.根据权利要求3所述的驱动方法，其中该驱动方法还包括控制所述驱动系统处于如下工况：

驻车充电工况，当储能装置(600)的荷电量较低时，在驻车时，发动机(100)带动第一电机(200)发电，给储能装置(600)充电，三态超越离合器(400)处于双向分离状态。

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