CN102085795B - 一种车用离合器动力藕合同步器换档混合动力驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种车用串/并联双电机两离合器与同步器组合换档的混合动力驱动系统，其包括发动机、主驱动电机、集成启动发电机、差速器、第一轴(主轴)、第一级减速装置、第二级减速装置、第一离合器、第二离合器及同步器，所述同步器可以在所述第一轴上滑行，所述第一轴通过所述同步器分别连接所述第一级减速装置或第二级减速装置。本发明的混合动力电驱动单元中的内部结构布置紧凑、内部连接高效合理，而且能够实现各混合动力源与车轮之间连接及断开的切换，实现混合动力驱动系统工作模式及档位的变换。

Description

—种车用离合器动力藕合同步器换档混合动力驱动系统
技术领域
[0001] 本发明涉及混合动力汽车，尤其是插电式混合动力汽车，具体涉及车用离合器动力藕合同步器换档混合动力驱动单元及相应的混合动力驱动系统，以及与所述电驱动单元和驱动系统优选对应的驱动换档及方法。
背景技术
[0002] 在节能和环保成为汽车行业发展主流的今天，混合动力汽车已经成为各国汽车厂商大力发展的关键核心技术。其中，插电式混合动力解决方案，作为除纯电动以外是最环保，也可能是最省油的混合动力解决方案，正为各大厂商所推崇。插电式混合动力主要由一个排量相对小的发动机和一个或两个电机所组成，其中一般情况下电机负责在动力电池能量和功率比较高时实现纯电动动力输出和制动能量回收，在动力电池能量和功率下降到一个预置值时实现发动机启动，通过电机进行发电或直接参与动力驱动等功能。
[0003] 在现有技术中，上述插电式混合动力驱动系统中的发动机和电机之间主要有以下几种联结方法:
[0004] 一、行星齿轮动力藕合和电机调速(Electric VariableTransmiss1n)换档方案，如通用汽车公司推出的雪佛兰Volt混合动力概念车属于插电式混合动力车，即Plug-1nHybrid Electric Vehicle，可以使用家用电源插座(例如110V/220V电源)对混合动力驱动系统中电池充电，插电式混合动力汽车比全混合电力汽车有较长纯电动行驶里程。采用发动机和两个电机通过一个行星齿轮连接，运用力矩叠加(torque sharing)原理实现动力协调和变速以满足整车行驶需求。速比的变化是通过控制集成发电机(IntegratedStarter and Generator)的速度来实现的。但是该方法动力传输路径复杂，存在不必要的将机械能转换为电能再转换为机械能进行驱动输出而造成动力传递损失的现象。因此，采用该方法用于插电式混合动力汽车将导致混合动力汽车混合模式时的效率降低。另外所有的动力输出都是通过行星排的行星齿轮架输出，这对行星齿轮架的材料和加工都有非常高的要求。这种传动系统只适合于重量较轻的车辆。
[0005] 二、单离合器动力藕合无换档方案。比亚迪股份有限公司推出的F3DM型混合动力汽车采用了相对比较简单的连接方式(参考申请号为200610141069.1的发明名称为“混合动力车驱动装置”的中国专利申请)，发动机与启动发电一体机直接连接后通过离合器再直接与另一主电机连接，然后通过主减速器直接与差速器输入轴连接。该方法结构简单，在理想工况下，动力传递直接，传递效率较高。但是在汽车纯电驱动行驶工况下，由于主减速器直接驱动车辆，很难兼顾过坡、加速性能和最高电动行驶车速等方面的设计需求，通常必须采用大扭矩高速电机，与之相配的功率电子(电动)控制器和电池系统功能要求相应提高，即便如此，在城市工况下也很难保证电机经常在较高效率区间工作。另外，当电池能量较低需要转入电机/发动机混合行驶的情况下，由于发动机最低稳定转速和扭矩特性的限制，在很多行驶条件下，如在面对中低速城市路况和过坡路况时，发动机只能像前述串联方式那样参与工作，大大降低了能量利用效率。
发明内容
[0006] 针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是通过对混合动力驱动系统的结构及连接方式的改进来提供一种离合器动力藕合同步器换档混合动力驱动单元及相应的驱动系统、驱动控制方法。
[0007] 根据本发明，提供一种用于汽车的两离合器与同步器组合换档的混合动力电驱动单兀，包括主驱动电机、集成启动发电机、差速器、第一轴(即主轴)、第一离合器、第二离合器、同步器、第一级减速装置、第二级减速装置，所述第一离合器的主动盘连接集成启动发电机以及汽车的发动机，所述第一离合器的从动盘连接所述第一轴，所述第二离合器的主动盘连接主驱动电机，所述第二离合器的从动盘连接所述第一轴，所述同步器分别连接第一级减速装置和第二级减速装置，所述混合动力电驱动单元通过所述第一级减速装置和第二级减速装置输出动力，其特征在于，所述混合动力电驱动单元还包括同步器，所述同步器可以在所述第一轴上滑行，所述第一轴通过所述同步器分别连接所述第一级减速装置或第二级减速装置。
[0008] 根据本发明，提供一种用于汽车的两离合器的同步器换档的混合动力驱动系统，包括第一轴、第一离合器、第二离合器、第一级减速装置、第二级减速装置、主驱动电机、集成启动发电机及发动机，所述混合动力驱动系统还包括同步器及一档主动齿轮、二档主动齿轮、二档主动齿轮，所述混合动力驱动系统的第一离合器的主动盘与所述发动机及所述集成启动发电机的转子支架连接，第一离合器的从动盘与所述第一轴的一端连接，所述混合动力驱动系统的第二离合器的主动盘与所述主驱动电机的转子支架连接，第二离合器的从动盘与所述第一轴的另一端连接，所述第一轴通过所述同步器依次连接所述一档主动齿轮即所述第一级减速装置的第一级主动齿轮，所述第一级从动齿轮连接汽车差速器，所述第一轴通过所述同步器依次连接所述二档主动齿轮即所述第二级减速装置的第二级主动齿轮，所述第二级从动齿轮通过第二齿轮轴连接所述第一级减速装置的从动齿轮及汽车差速器。
[0009] 根据本发明的又一个方面，还提供一种基于上述两离合器动力藕合同步器换档结构的混合动力驱动系统的换档控制策略和混合模式控制方法。所述控制策略和方法能实现所述动力单元高品质的非动力换档，提供至少空档驻车模式、停车充电模式、急加速及换档模式、纯电驱动及换档模式、混合动力并联驱动及换档模式、行车充电串联工作及换档模式、行车充电并联工作及换档模式以及制动减速能量回收模式等工作模式。
[0010] 本发明提供的混合动力驱动单元可以作为混合动力汽车的独立工作部件进行设计和制作，例如，作为一个独立的部件提供给整车制造商，从而实现集成化。
[0011] 本发明提供的混合动力驱动系统通过简单有效的设计，使其能够合理利用发动机以及两个电机输出的动力实现混合动力汽车的串/并联动力输出，并能根据不同的路况及电池电量切换不同的工作模式，以达到混合动力汽车节油环保以及满足不同路况所需系统性能的要求。本发明至少在现有技术上提供的由第一轴、第一离合器、第二离合器、同步器、第一级减速装置、第二级减速装置、一档主动齿轮、二档主动齿轮、主驱动电机、集成启动发电机及发动机等部件组成的混合动力驱动系统，实现了各动力源在混合动力驱动系统中的合理连接，并通过两个离合器和同步器以及各齿轮轴的设置，将主驱动电机动力源和混合动力电驱动单元的传动部件进行合理紧凑地连接，能够实现各混合动力源与车轮之间连接及断开的切换，实现混合动力驱动系统工作模式。
[0012] 进一步地，本发明通过将所述第一离合器及第二离合器设置在所述集成启动发电机转子支架与第一轴、主驱动电机转子支架与第一轴形成的空间内等设计实现节省所述混合动力电驱动单元内部空间的技术目的，使得所述混合动力电驱动单元及驱动系统内部结构布置更为紧凑、内部连接更为高效合理。
附图说明
[0013] 通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0014] 图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的，混合动力汽车的驱动系统的部件连接关系的原理图；
[0015] 图2示出了本发明提供的用于汽车的两离合器同步器换档的混合动力驱动系统的机械结构图；以及
[0016] 图3示出了根据本发明提供的用于汽车的两离合器与同步器组合换档的混合动力驱动系统的工作模式表。
具体实施方式
[0017] 图1示出了根据本发明的一个具体实施方式的，所述混合动力驱动系统的部件连接关系的原理图，即示出了应用本发明提供的混合动力驱动系统的混合动力汽车的发动机1、车轮20和电驱动单元的集成启动发电机3、主驱动电机2、差速器4以及其他各部件的连接方式，其中发动机I及电驱动单元组成了本发明所述的混合动力驱动系统。具体地，所述发动机I连接所述电驱动单元，通过所述电驱动单元将混合动力通过差速器4传输至车轮20。其具体连接方式及工作模式将在下述具体实施方式中详细叙述，在此不予赘述。本领域技术人员理解，传统汽车一般由发动机、底盘、车身和电气设备等四个基本部分组成，而本发明提供的混合动力驱动系统包括了混合动力汽车的三个动力源(即主驱动电机2、集成启动发电机3及发动机I)以及汽车底盘和电气设备的部分结构，实现了传统汽车发动机、汽车底盘及电气设备的部分功能，其相当于混合动力汽车的动力系、底盘及电气设备。具体地，本领域技术人员可以参考其他相关的动力系、底盘、车身和电气设备等现有技术来实现所述混合动力驱动系统及相应的电驱动单元与其他部件配合以构成一个混合动力汽车，在此不予赘述。
[0018] 进一步地，本发明提供的混合动力驱动单元还实现了混合动力汽车空档、一档及二档的档位变换，并且使得混合动力驱动系统不需要匹配高性能的发动机及主驱动电机就能够适应各种路况下的工作要求，使得混合动力汽车更加符合实用需要。其具体工作原理将在本发明的实施例中详细阐述，在此不予赘述。
[0019] 图2示出了本发明新型提供的用于汽车的两离合器式同步器8换档的混合动力驱动系统的机械结构图，图2示出了该驱动系统的各部件详细机械连接方式。下面以图2为例来描述本具体实施方式，其中，所述混合动力驱动系统包括主驱动电机2、集成启动发电机3、发动机1、第一轴(即主轴)5、第一级减速装置9、第二级减速装置10、第一离合器6、第二离合器7、同步器8。具体地，所述第一离合器6的主动盘连接集成启动发电机3以及汽车的发动机1，所述第一离合器6的从动盘连接所述第一轴5，所述第二离合器7的主动盘连接所述主驱动电机2，所述第二离合器7的从动盘连接所述第一轴5。所述混合动力电驱动系统通过所述第一级减速装置9或第二级减速装置10输出动力。所述同步器8可以在所述第一轴5上滑行，所述第一轴5通过所述同步器8连接所述第一级减速装置9或第二级减速装置10。所述第一级减速装置9或第二级减速装置10连接所述差速器4，通过所述差速器4向车轮20传输动力。本领域技术人员理解，所述同步器8和所述第一轴5通过花键连接，其能够和所述第一轴5 —起旋转且能够在所述第一轴5上滑行，本领域技术人员可以结合现有技术实现这样的结构以及旋转机制，在此不予赘述。
[0020] 具体地，所述第一离合器6的主动盘与所述发动机I及所述集成启动发电机转子17支架16连接；具体地，在本实施例中，所述主动盘靠近中心的部分与所述发动机I直接连接，相应地，所述第一离合器6的主动盘在远离中心的外缘处连接所述集成启动发电机转子支架16。所述第一离合器6的从动盘与所述第一轴5的一端连接；具体地，在本具体实施方式中，所述从动盘的中心部分连接所述第一轴5。
[0021] 相应地，所述第二离合器7的主动盘与所述主驱动电机2转子18支架19连接。所述第二离合器7的从动盘与所述第一轴5的一端连接；具体地，在本具体实施方式中，所述从动盘的中心部分连接所述第一轴5。
[0022] 进一步地，所述混合动力驱动系统还包括一档主动齿轮(即第一减速装置的主动齿轮)13。所述一档主动齿轮13通过同步器8连接所述第一轴5的一端，所述的一档主动齿轮13的另一端连接所述第一级减速装置9的第一级从动齿轮，所述第一级减速装置9的第一级从动齿轮通过连接所述差速器4。
[0023] 相应地，所述混合动力驱动系统还包括二档主动齿轮(即第二减速装置的主动齿轮)14及第二齿轮轴15。所述二档主动齿轮14的一端通过所述同步器8连接所述第一轴5，所述二档主动齿轮14的另一端连接所述第二级减速装置10的第二级主动齿轮，所述第二级减速装置10的第二级从动齿轮通过所述第二齿轮轴15连接所述第一级减速装置9的第一级从动齿轮，再通过所述第一级减速装置9的第一级从动齿轮连接差速器4。
[0024] 进一步地，在本实施例中，参考图2，所述发动机I和集成启动发电机3同时与第一离合器6的主动盘进行连接，本领域技术人员理解，上述设计使得所述发动机I与集成启动发电机3保持动力连接，即所述发动机I直接或通过力矩藕合器件与所述集成启动发电机3连接，所述发动机I能够向所述集成启动发电机3输出动力，所述集成启动发电机3既能够利用发动机I输出的动力进行发电，也能够与发动机I 一起输出动力。所述第一轴5用于传输所述混合动力驱动系统各动力源的动力，所述混合动力驱动系统通过控制所述第一离合器6的离合来实现控制所述发动机I及集成启动发电机3与所述第一轴5的动力连接与断开。具体地，所述第一离合器6的从动盘连接所述第一轴5，使得混合动力驱动系统能够通过控制所述第一离合器6的离合来控制所述发动机I和集成启动发电机3是否向车轮20直接输出机械动力。
[0025] 所述混合动力驱动系统通过控制所述第二离合器7的离合来实现控制所述主驱动电机2与所述第一轴5的动力连接与断开。具体地，所述第一离合器6的从动盘连接所述第一轴5，使得混合动力驱动系统能够通过控制所述第一离合器6的离合来控制所述发动机I和集成启动发电机3是否向车轮20直接输出机械动力。所述第二离合器7的主动盘设置在所述主驱动电机2转子支架19上，使得所述混合动力驱动系统能够通过第二离合器7的从动盘连接第一轴5。本领域技术人员理解，所述第一轴5通过第二离合器7与所述主驱动电机转子支架19连接，使得第一离合器6、第二离合器7同时闭合时，所述发动机I及集成启动发电机3输出的动力能够传输至所述主驱动电机转子支架19上，实现混合动力驱动系统三个动力源的动力耦合。
[0026] 更具体地，所述同步器8的一端分别连接所述第一轴5与所述二档主动齿轮14，所述二档主动齿轮14，将动力经所述第二离合器7、二档主动齿轮14、第二级减速装置10、第二齿轮轴15及差速器4后向外输出，实现混合动力驱动系统一档(低速档)的动力传输路径；所述混合动力驱动系统通过同步器8的另一端连接所述一档主动齿轮13，将动力经同步器8、一档主动齿轮13、第一级减速装置9、第二齿轮轴15及差速器4向外输出，实现混合动力驱动系统二档(高速档)的动力传输路径。
[0027] 进一步地，在本实施例中，所述混合动力驱动系统中除了汽车发动机I之外的其他部件及其连接方式构成了与本实施例对应的混合动力电驱动单元。参考图2,所述混合动力电驱动单兀包括主驱动电机2、集成启动发电机3、差速器4、第一轴5、第一离合器6、第二离合器7、同步器8、第一级减速装置9及第二级减速装置10，所述第一轴5通过所述第二离合器7连接所述主驱动电机2，所述第一离合器6的主动盘连接集成启动发电机3以及汽车的发动机1，所述第一离合器6的从动盘连接所述第一轴5，所述混合动力电驱动单元通过所述第一级减速装置9输出动力，所述第一轴5动力通过所述同步器8连接所述第一级减速装置9，所述第一轴5动力通过所述第二离合器7连接所述第二级减速装置10。具体地，所述电驱动单元的连接方式可参考本实施例描述的混合动力驱动系统来进行，在此不予赘述。类似地，本领域技术人员理解，根据本实施例的所述混合动力驱动单元可以作为混合动力汽车的独立工作部件进行设计和制作，例如作为一个独立的部件提供给整车制造商，实现集成化的技术效果。
[0028] 本领域技术人员理解，当所述混合动力驱动系统在一档模式下，输出的动力经第一级减速装置9减速后输出，动力输出的扭矩大，转速小，能够满足汽车在起动、上坡及急加速等情况下的工作需要；而当所述混合动力驱动系统在二档模式下，输出的动力经第二级减速装置10减速后，动力输出的扭矩小、转速大，能够满足汽车中高速行驶等情况下的工作需要，其具体工作方式和控制模式在下文中具体描述，在此不予赘述。进一步地，本发明提供的汽车混合动力驱动系统两个档位的选择使得即使对主驱动电机2的要求适当降低也能够满足混合动力汽车的扭矩输出要求和高速行驶要求，而且使得混合动力汽车的并联驱动工作能够适应的工况条件范围扩大，同时所述主驱动电机2的工作效率也得到进一步地优化。
[0029] 进一步地，所述混合动力驱动系统还可以设置多级减速装置，例如设置第三级减速装置，只要设置的减速装置能够与所述同步器8结合或分离，并连接所述差速器4及车轮20。该减速装置的设置方案可以参照所述第一级减速装置9及所述第二级减速装置10进行，只要当所述同步器8与该减速装置结合时，该减速装置能够将动力源传输而来的动力传输至车轮即可。
[0030] 进一步地，在本实施例中，所述第一离合器6设置在所述集成启动发电机转子支架16与第一轴5形成的空间内。参考图2，所述第一离合器6的主动盘设置空间内靠近所述发动机I的一侧并与所述集成启动发电机转子支架16连接，所述第一离合器6的从动盘设置在空间内靠近所述第一轴5的一侧。具体地，所述第一离合器6的设置方式和技术效果可以参考上述图2所示实施例，在此不予赘述。
[0031] 再进一步地，在本具体实施方式中，可以将所述集成启动发电机转子17、转子支架16及第一离合器6的主动盘的旋转惯量设计等效传统发动机飞轮，从而取消传统发动机飞轮。类似地，其设置方式可参考上述图2所示实施例，在此不予赘述。
[0032] 进一步地，在本实施例中，所述第二离合器7设置在所述主驱动电机转子支架19与第一轴5形成的空间内。具体地，参考图2，所述第二离合器7的主动盘连接所述属主驱动电机转子支架19，所述第二离合器7的从动盘连接所述第一轴5 —端。此时，本具体实施方式可以在不增大本发明提供的混合动力驱动系统的体积且不改变所述混合动力驱动系统其他部件设置方式的情况下，布置所述第二离合器7，充分利用了混合动力驱动系统的内部空间，使得混合动力驱动系统的设计更加紧凑。
[0033] 进一步地，在本具体实施方式中，所述第一轴5、一档主动齿轮13及二档主动齿轮14在所述混合动力驱动系统中同轴设置，所述二档主动齿轮14及一档主动齿轮13采用空套齿轮的方式设置依次设置在所述第一轴5的外圈，分别依靠一档滚针轴承11、二档滚针轴承12支撑在第一轴5上。这并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
[0034] 进一步地，在本具体实施方式中，所述第一离合器6的从动盘优选地通过减震弹簧与所述第一轴5的一端连接。本领域技术人员理解，所述第一离合器6的从动盘还可以通过其他弹性装置与第一轴5进行连接，只要能够达到减震的技术目的即可，在此不予赘述。
[0035] 进一步地，本实施例提供的第一离合器6及第二离合器7是干式离合器或湿式离合器组合相搭配的，即第一离合器6可以是干式离合器或湿式离合器，第二离合器7也可以是干式离合器或湿式离合器。在本实施例中，优选地，尤其是在的内部空间足够放置两个干式离合器的情况下，所述第一离合器6及第二离合器7都采用干式离合器。次优地，在的内部空间只足以放置一个干式离合器和一个湿式离合器的情况下，所述第一离合器6与第二离合器7组合采用一个干式离合器和一个湿式离合器。再次优地，尤其是在的内部空间不足以放置一个干式离合器和一个湿式离合器的情况下，所述第一离合器6与第二离合器7都采用湿式离合器。本领域技术人员理解，优选地采用干式离合器，在此不赘述。
[0036] 本领域技术人员理解，在本发明提供的混合动力驱动系统中，所述发动机I优选地是内燃发动机，所述主驱动电机2优选地是大功率的主驱动电机2，集成启动发电机3优选地是小功率的集成启动发电机3。
[0037] 进一步地，本领域技术人员理解，本发明提供的混合动力驱动系统通过所述第一级减速装置9输出动力。具体地，所述第一级减速装置9包括一个第一级主动齿轮、一个第一级从动齿轮，其即所述第一级主动齿轮和通过所述第一级从动齿轮述第二齿轮轴15与所述变速器差速器4连接。其中，所述第一级减速装置9的第一级主动齿轮空套在所述第一轴5的一端，在垂直于第一轴5方向上，所述第一级主动齿轮与第二齿轮轴15上的第一级从动齿轮啮合，再与差速器4的外壳连接。所述第二级主动齿轮空套在所述第一轴5上，在垂直于第一轴5方向上，其与所述第二齿轮轴15上的第二级从动齿轮啮合，所述第二级从动齿轮再与差速器4的外壳连接。本领域技术人员理解，上述设计使得所述混合动力驱动系统输出的动力可以实现两种路径的传输，当所述同步器8与一档主动齿轮13结合时，所述混合动力驱动系统通过所述一档主动齿轮13向第一级减速装置9输出动力，此时所述第一级减速装置9的减速比为所述第一级从动齿轮与第一级主动齿轮的齿数比，实现了所述混合动力驱动系统一档的减速以及增大输出扭矩的工作；当所述同步器8与二档主动齿轮14结合时，所述混合动力驱动系统通过所述二档主动齿轮14向第二级减速装置10输出动力，此时所述第二级减速装置10减速比为所述第二级从动齿轮与第二级主动齿轮的齿数比实现了所述混合动力驱动系统二档的减速以及增大输出扭矩的工作。
[0038] 本领域技术人员理解，本发明的一档主动齿轮13及二档主动齿轮14这两根输出齿轮轴的动力都要和所述电驱动单元的最终输出轴联动在一起，将动力输送到车轮20上。具体地，当混合动力汽车档位转换时，通过控制同步器8，保证所述混合动力驱动系统输出的动力向车轮20输出，实现非动力换档功能。其具体实施方案可以参照其他专利文件或现有技术进行，在此不予赘述。
[0039] 图3示出了根据本发明提供的用于汽车的两离合器动力藕合与同步器8组合换档的混合动力驱动系统的工作模式表。参考上述图2及图3，本领域技术人员理解，汽车混合动力驱动系统使用本实施所提供的混合动力驱动系统后，离合器控制系统可以通过控制第一离合器6及第二离合器7的离/合，整车控制系统通过控制所述同步器8的同步工作和离/合工作，来实现所述混合动力驱动系统不同工作状态的转换，车辆混合动力驱动系统通过所述第一离合器6及第二离合器7的离/合和所述同步器8的同步工作和离/合工作实现混合动力驱动系统与车轮20间动力断开与连接以及档位切换，即当所述第一离合器6结合，第二离合器7分离且同步器8结合或者所述第一离合器6分离，第二离合器7结合且所述同步器8与所述第一减速装置或第二减速装置结合时，所述混合动力驱动系统能够向车轮20输出动力，当所述第一离合器6及第二离合器7分离时，所述混合动力驱动系统不能向车轮20输出动力，当所述混合动力驱动系统换档时，所述混合动力驱动系统能够改变动力输出扭矩。相应地，汽车混合动力整车控制系统根据驾驶者的油门/制动踏板输入要求分别对发动机1、集成启动发电机3、主驱动电机2进行控制并能够根据驾驶者的功率需求优化选择高效的动力源，从而使混合动力汽车实现各种工作模式。具体地，在本实施例中，至少基于图2所示车辆混合动力驱动系统的架构，可以针对所述主驱动电机2提供至少空档驻车模式、停车充电模式、急加速及换档模式、纯电驱动及换档模式、混合动力并联驱动及换档模式、行车充电串联工作及换档模式、行车充电并联工作及换档模式以及制动减速能量回收模式等工作模式。
[0040] 本领域技术人员理解，优选地，本实施例提供的能够实现上述控制模式的混合动力驱动系统包括第一轴5、第一离合器6、第二离合器7、第一级减速装置9、第二级减速装置10、一档主动齿轮13、二档主动齿轮14、第二齿轮轴15、主驱动电机2、集成启动发电机3及发动机I。具体地，在本实施例中，所述第一离合器6的主动盘与所述发动机I及所述集成启动发电机转子支架16连接,第一离合器6的从动盘通过减震弹簧与所述第一轴5的一端连接，所述第二离合器7的主动盘与所述主驱动电机转子支架19连接，第二离合器7的从动盘与所述第一轴5的另一端连接，所述第一轴5通过所述同步器8分别依次连接所述一档主动齿轮13和所述第一级减速装置9的第一级主动齿轮及二档主动齿轮14和所述第二级减速装置10的第一级主动齿轮，所述第一级从动齿轮和第二级从动齿轮通过所述第二齿轮轴15连接所述差速器4。
[0041] 进一步地，本领域技术人员理解，本实施例提供的车辆两离合器与所述同步器8组合换档的混合动力驱动系统在各模式下切换档位时能够实现非动力换档功能，保证换档时通过第一离合器6和第二离合器7及所述同步器8的同步离/合控制。
[0042] 具体地，下面分别描述本实施例的工作模式:
[0043] I)在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于空档驻车模式时，所述车辆混合动力驱动系统的发动机1、主驱动电机2及集成启动发电机3三个动力源与车轮20动力断开，该模式下控制所述第一离合器6、第二离合器7及同步器8分离，控制所述发动机1、主驱动电机2及集成启动发电机3停止工作。本领域技术人员理解，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于空档驻车模式时，从而断开混合动力驱动系统动力源与车轮20之间的动力连接，实现车辆空档驻车功能以及防止车辆故障需要拖车时因电势过高损坏电机及逆变器。
[0044] 2)在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于停车充电模式时，所述集成启动发电机3在汽车停止时进行利用所述发动机I输出的动力对混合动力汽车的电池组进行充电，该模式下控制所述第一离合器6、第二离合器7及同步器8分离，车辆整车控制器控制集成启动发电机3首先进入启动模式,对所述发动机I进行点火工作,然后所述集成启动发电机3进入发电工作模式，对电池组进行充电，所述主驱动电机2不工作。本领域技术人员理解，只有在整车控制器发现电池电量过低时，例如长时间停车且空调处于工作状态下，才有必要进入停车充电模式。
[0045] 3)在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于急加速及换档模式时，所述混合动力驱动系统利用所述发动机1、集成启动发电机3及主驱动电机2输出的动力共同驱动汽车行驶并进行换档功能，该模式下控制所述发动机1、主驱动电机2及集成启动发电机3进行动力输出工作，并控制主驱动电机2或集成启动发电机3，进一步控制所述第一离合器6、第二离合器7及同步器8分离/结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。具体地，控制所述第一离合器6及第二离合器7结合、所述同步器8结合所述一档主动齿轮13实现该模式下的一档功能，控制所述第一离合器6及第二离合器7结合、所述同步器8结合所述二档主动齿轮14实现该模式下的二档功能。本领域技术人员理解，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆需要急加速模式时，在车辆需求功率大于发动机I效率优化功率时，所述发动机1、主驱动电机2和集成启动发电机3共同工作输出动力驱动车辆，实现最大化地输出所述混合动力驱动系统的动力。
[0046] 4)在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于纯电驱动及换档模式时，所述混合动力驱动系统利用所述主驱动电机2输出的动力驱动汽车行驶并进行换档，该模式下控制所述主驱动电机2进行动力输出，所述发动机I及集成启动发电机3停止工作，并控制主驱动电机2，进一步控制所述第一离合器6、第二离合器7及同步器8分离/结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。具体地，控制所述第二离合器7结合、所述同步器8结合所述一档主动齿轮13实现该模式下的一档功能，控制所述第二离合器7结合、所述同步器8结合所述二档主动齿轮14实现该模式下的二档功能。本领域技术人员理解，在车辆需求功率低于主驱动电机2所能提供的驱动功率，且电池组电量足够时，主驱动电机2单独驱动车辆，电池组为主驱动电机2提供电能，所述混合动力驱动系统将主驱动电机2输出的动力向车轮20输出。
[0047] 5)在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于混合动力并联驱动及换档模式时，混合动力驱动系统利用所述发动机I及主驱动电机2或集成启动发电机3输出的动力驱动汽车行驶并进行换档，该模式下控制所述发动机I和主驱动电机2或集成启动发电机3二者之一(根据总体效率由整车控制器进行判断)进行动力输出工作，并控制主驱动电机2或集成启动发电机3，控制所述第一离合器6、第二离合器7及同步器8分离/结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。具体地，控制所述第一离合器6及第二离合器7结合、所述同步器8结合所述一档主动齿轮13实现该模式下的一档功能，控制所述第一离合器6及第二离合器7结合、所述同步器8结合所述二档主动齿轮14实现该模式下的二档功能。本领域技术人员理解，在车辆长距离正常行驶，所述发动机I与所述主驱动电机2或集成启动发电机3两个电机之一共同驱动车辆，所述混合动力驱动系统将发动机I与所述主驱动电机2或集成启动发电机3两个电机之一的动力向车轮20输出。
[0048] 6)在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于行车充电及换档串联模式时，混合动力驱动系统利用所述发动机I输出的动力对混合动力汽车的电池组进行充电、利用所述主驱动电机2输出的动力驱动汽车行驶并进行换档。该模式下控制所述发动机I进行驱动所述集成启动发电机3进行发电工作，主驱动电机2进行动力输出工作，并控制主驱动电机2，控制所述第一离合器6、第二离合器7及同步器8分离/结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。具体地，控制所述第二离合器7结合、所述第一离合器6分离，所述同步器8结合所述一档主动齿轮13实现该模式下的一档功能，控制所述第二离合器7结合、所述第一离合器6分离，所述同步器8结合所述二档主动齿轮14实现该模式下的二档功能。本领域技术人员理解，在车辆长时间低速行驶(如拥堵路况下)，第一离合器6由于机械速比和所述发动机I最低工作转速的限制无法结合时，所述主驱动电机2驱动车辆，所述集成启动发电机3进入发电模式，所述主驱动电机2需要的电能由所述集成启动发电机3提供，不足或多余部分由电池组提供或吸收，所述混合动力驱动系统将主驱动电机2的动力向车轮20输出。
[0049] 7)在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于行车充电及换档并联模式时，混合动力驱动系统利用所述发动机I及主驱动电机2输出的动力驱动汽车行驶，同时利用集成启动发电机3进行发电对混合动力汽车的电池组进行充电，并进行换档。该模式下控制所述发动机I及主驱动电机2进行动力输出工作，所述集成启动发电机3进行发电工作，并控制主驱动电机2或集成启动发电机3，控制所述第一离合器6、第二离合器7及同步器8分离/结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。具体地，控制所述第一离合器6及第二离合器7结合、所述同步器8结合所述一档主动齿轮13实现该模式下的一档功能，控制所述第一离合器6及第二离合器7结合、所述同步器8结合所述二档主动齿轮14实现该模式下的二档功能。此工况下发动机I的功率部分与主驱动电机2—起直接参与驱动，其余部分由集成启动发电机3发电后给电池充电。本领域技术人员理解，只有在某些特定工况下，例如长距离爬坡工况，且电池因功率或能量受限不足以提供主驱动电机2所需功率，或主驱动电机2提供的扭矩不足以单独驱动车辆克服阻力，才需要由整车控制器控制混合动力驱动系统进入该工作模式。
[0050] 8)在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于制动减速能量回收模式时，根据第一离合器6的离/合状态、制动功率需求、发电效率以及电池允许的充电功率，由整车控制器决定所述集成启动发电机3和/或主驱动电机2通过所述第一级减速装置9在汽车制动时进行能量回收。该模式下控制所述主驱动电机2和/或集成启动发电机3进行发电。本领域技术人员理解，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于制动减速模式时，此时混合动力驱动系统的电机控制器控制所述主驱动电机2和/或集成启动发电机3在汽车制动时进行能量回收并给电池组进行充电。
[0051] 以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (19)

1.一种用于汽车的混合动力电驱动单元，包括主驱动电机、集成启动发电机、差速器、第一轴、第一级减速装置、第二级减速装置、第一离合器、第二离合器，其特征在于，所述第一离合器设置在所述集成启动发电机的转子支架与所述第一轴形成的空间内，所述第一离合器的主动盘靠近中心的部分与发动机直接连接，所述第一离合器的主动盘在远离中心的外缘处连接所述集成启动发电机的转子支架，所述第一离合器的从动盘的中心部分连接所述第一轴，所述第二离合器设置在所述主驱动电机的转子支架与所述第一轴形成的空间内，所述第二离合器的主动盘与所述主驱动电机的转子支架连接，所述第二离合器的从动盘的中心部分连接所述第一轴，并且所述混合动力电驱动单元还包括同步器、一档主动齿轮和二档主动齿轮，所述同步器通过所述一档主动齿轮连接所述第一级减速装置，并且所述同步器通过所述二档主动齿轮连接所述第二级减速装置，所述第一轴与所述一档主动齿轮同轴设置，所述第一轴与所述二档主动齿轮同轴设置，并且所述第一级减速装置包括一个第一级主动齿轮和一个第一级从动齿轮，其中，所述第一级主动齿轮在垂直于第一轴方向上与第一级从动齿轮啮合，再与所述差速器的外壳连接，所述第二级减速装置包括一个第二级主动齿轮和一个第二级从动齿轮，所述第二级主动齿轮在垂直于第一轴方向上与第二级从动齿轮啮合，再与所述差速器的外壳连接，所述同步器能够在所述第一轴上滑行，所述第一轴通过所述同步器连接所述第一级减速装置或第二级减速装置，从而选择性地通过所述第一级减速装置或第二级减速装置输出所述发动机、所述主驱动电机及所述集成启动发电机的动力。
2.根据权利要求1所述的混合动力电驱动单元，其特征在于，所述一档主动齿轮采用空套齿轮的方式设置在所述第一轴的外圈，依靠一档滚针轴承支撑在第一轴上。
3.根据权利要求1所述的混合动力电驱动单元，其特征在于，所述二档主动齿轮采用空套齿轮的方式设置在所述第一轴的外圈，依靠二档滚针轴承支撑在第一轴上。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力电驱动单元，其特征在于，所述第一离合器和第二离合器是干式离合器或湿式离合器。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力电驱动单元，其特征在于，所述集成启动发电机的转子、转子支架以及第一离合器主动盘的转动惯量等效于传统发动机的飞轮。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力电驱动单元，其特征在于，所述第一离合器的从动盘通过减震弹簧与所述第一轴的一端连接。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的混合动力电驱动单元，其特征在于，所述发动机至少包括内燃发动机。
8.一种用于汽车的混合动力驱动系统，至少包括发动机，其特征在于，还包括根据权利要求I至6中任一项所述的混合动力电驱动单元。
9.根据权利要求8所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述发动机至少包括内燃发动机。
10.一种用于根据上述权利要求8所述混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法至少对空档驻车模式、停车充电模式、急加速及换档模式、纯电驱动及换档模式、混合动力并联驱动及换档模式、行车充电串联工作及换档模式、行车充电并联工作及换档模式以及制动减速能量回收模式进行控制。
11.一种用于根据上述权利要求9所述混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，所述控制方法至少对空档驻车模式、停车充电模式、急加速及换档模式、纯电驱动及换档模式、混合动力并联驱动及换档模式、行车充电串联工作及换档模式、行车充电并联工作及换档模式以及制动减速能量回收模式进行控制。
12.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于空档驻车模式时，所述车辆混合动力驱动系统的发动机、主驱动电机及集成启动电机这三个动力源与车轮动力断开，该模式下控制所述第一离合器、第二离合器及同步器分离，控制所述发动机、主驱动电机及集成启动发电机停止工作。
13.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于停车充电模式时，所述集成启动发电机在汽车停止时利用发动机输出的动力对混合动力汽车的电池组进行充电，该模式下控制所述第一离合器、第二离合器及同步器分离，控制所述内燃发动机进行工作，所述集成启动发电机进行发电工作，所述主驱动电机停止工作。
14.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于急加速及换档模式时，混合动力驱动系统利用所述内燃发动机、主驱动电机及集成启动发电机输出的动力驱动汽车行驶，该模式下控制主驱动电机或集成启动发电机，并控制所述第一离合器、第二离合器及同步器分离、结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。
15.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于纯电驱动及换档模式时，混合动力驱动系统利用所述主驱动电机输出的动力驱动汽车行驶，该模式下控制主驱动电机，并控制所述第一离合器、第二离合器及同步器分离、结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。
16.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于混合动力并联驱动及换档模式时，混合动力驱动系统利用所述发动机与主驱动电机或集成启动发电机这两个电机之一输出的动力驱动汽车行驶，该模式下控制主驱动电机或集成启动发电机，并控制所述第一离合器、第二离合器及同步器分离、结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。
17.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于行车充电及换档串联模式时，混合动力驱动系统利用发动机输出的动力对混合动力汽车的电池组进行充电、利用所述主驱动电机输出的动力驱动汽车行驶，该模式下控制主驱动电机，并控制所述第一离合器、第二离合器及同步器分离、结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。
18.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于并联充电及换档模式时，混合动力驱动系统利用所述发动机部分动力及主驱动电机输出的动力驱动汽车行驶，所述发动机其余动力驱动集成启动发电机发电对混合动力汽车的电池组进行充电，该模式下控制主驱动电机或集成启动发电机，并控制所述第一离合器、第二离合器及同步器分离、结合，实现混合动力驱动系统的一档或二档换档功能。
19.根据权利要求10或11所述的控制方法，其特征在于，在所述车辆混合动力驱动系统所应用的车辆处于制动减速能量回收模式时，所述集成启动发电机和/或主驱动电机在汽车制动时进行能量回收，该模式下控制所述主驱动电机和/或集成启动发电机进行发电工作。
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