CN105835684A - 适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机通过同轴依次连接；第二电机输出轴与驱动桥总成连接；储能电源分别与第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器电性连接；第一电机控制器还分别与整车控制器、第一电机电性连接；第二电机控制器还分别与整车控制器、第二电机电性连接。本发明的单盘离合器对电机及发动机无轴向力产生、离合迅速、可长时间滑摩结合、损耗小、轴向尺寸小、传递转矩功率大、具有过载保护、速比可调、成本低。能量输出可在发动机、储能电源之间根据工况随意切换，并实现回收利用，使整机能量管理匹配更合理，节能环保性能更好。

Description

适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成。

背景技术

随着社会和车辆工程技术的不断发展，车辆的保有量愈来愈大，车辆使用过程中对能源的消耗、以及尾气的排放对环境的污染受到社会各界的高度重视。越来越多的国家和地区对新能源汽车的发展出台了激励政策，尤其大型商用车使用动力总成对积极促进新能源车辆、以及相关配套产业和技术的发展有着重要的作用。目前市场上采用的技术路线主要为混合动力技术和纯电动技术。不管是混合动力技术还是纯电动技术，都需要对系统的传动系统进行优化配置。对于大型商用车使用混合动力系统，需要配置具有低损耗空挡模式的两速或三速自动离合器优化适应行驶工况。对于混合动力或纯电动车辆而言，要求其传动装置可靠性高、节能、成本低。由于传统液压自动变速箱存在持续工作的液压泵，耗能大，且不能被反向拖动，对于混合动力或纯电动车辆不再适用。

目前，混合动力总成主要采用三种自动离合器，一是通过气缸推动拨叉分离轴承使干式离合器分离或结合的自动离合器；但是，存在切换平顺差、磨损后很难实现线性化控制、分离轴承寿命短、控制系统复杂、结构体积大、加工精度高、故障概率较高、寿命短、维护成本高等技术问题。二是通过液压缸推动多片湿式摩擦副来实现离合的自动离合器；但是，存在多片湿式摩擦副带排阻力大、效率低、液压控制元件复杂、维护成本高等技术问题。三是气缸或电动执行器推动拨叉换挡的定轴式具有空挡模式的2速或多速AMT。但是，AMT存在换挡平顺差、不能实现无动力间断换挡、换挡时间长、控制系统复杂、结构体积大、加工精度高、可靠性低、无法实现半联动驱动等技术问题。

因此，上述三种类型的离合器都不满足混合动力总成总体性能匹配要求，造成了混合动力总成动力传递效率低，能量的管理匹配不合理，整车性能低等技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供配置了无动力间断切换、切换响应迅速、控制系统简单、结构体积小、可靠性高、能耗小、传动效率高、维护成本低的干式单盘离合器，有效提高新能源汽车动力传递效率，能量管理匹配精益度和性能的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，包括发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器、驱动桥总成、油门踏板、制动踏板、储能电源，所述发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机通过同轴依次连接；所述第二电机输出轴与驱动桥总成连接；所述储能电源分别与第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器电性连接；所述第一电机控制器还分别与整车控制器、第一电机电性连接；所述第二电机控制器还分别与整车控制器、第二电机电性连接；所述整车控制器还分别与油门踏板、制动踏板电性连接。

进一步地，所述单盘离合器包括输入行星轮机构、输出行星轮机构、离合制动总成，所述输入行星轮机构的太阳轮、输出行星轮机构的太阳轮均与中间传动轴连接；所述离合制动总成与输入行星轮机构连接。

进一步地，所述离合制动总成包括制动动力装置、制动主缸、制动器、制动连接盘，所述制动动力装置、制动主缸、制动器、制动连接盘依次连接。

进一步地，所述离合制动总成的制动连接盘与输入行星轮机构的输入齿圈连接。

进一步地，所述第一电机的输出轴与输入行星轮机构的行星架连接；所述输出行星轮机构的行星架与第二电机输入轴连接。

进一步地，所述制动动力装置的动力源为气源驱动、液压驱动、电动驱动其中任一种类。

进一步地，所述离合制动总成的制动主缸上还连接有油压报警器；所述油压报警器与整车控制器电性连接。

进一步地，所述制动器还安装有测速传感器，所述测速传感器与整车控制器电性连接。

进一步地，所述第一电机的输出轴侧还连接有输出测速传感器，所述输出测速传感器与第一电机控制器电性连接；所述第二电机的输入轴侧还连接有输入测速传感器，所述输入测速传感器与第二电机控制电性连接。

采用上述技术方案，由于使用了发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器、驱动桥总成、油门踏板、制动踏板、储能电源等技术特征。本发明单盘离合器采用两星型机构，通过干式制动盘进行离合切换，将离合元件与本体传动机构分开，离合过程产生热量不会影响内部传动机构，对电机及发动机无任何轴向力产生、离合迅速、可较长时间滑摩结合、单盘离合器制动盘结构空挡损耗小、采用同轴星型机构结合传动损耗小、轴向尺寸小、更换离合元件时无需将总成从底盘拆卸、传递转矩功率大、具有转矩过载保护功能、速比可调、使用维护成本低等有点；在单盘离合器的两端串联连接第一电机、第二电机，使得整个总成的能源输出可以在发动机、储能电源之间根据总成的工况进行随意切换，同时单盘离合器由于实现正向分离、反向分离、正向驱动等性能，使得总成的第二电机有效将在减速、制动过程中的能量进行回收、储存在储能电源中；有效提高了新能源汽车动力传递效率，能量管理匹配精益度和性能。

附图说明

图1为本发明机构原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如附图1所示，一种适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，包括发动机1、弹性减震连接器2、第一电机3、单盘离合器4、第二电机18、第一电机控制器22、第二电机控制器21、整车控制器23、驱动桥总成20、油门踏板25、制动踏板26、储能电源24。发动机1、弹性减震连接器2、第一电机3、单盘离合器4、第二电机18通过同轴依次连接；第二电机18输出轴与驱动桥总成20连接；储能电源24分别与第一电机控制器22、第二电机控制器21、整车控制器23电性连接；第一电机控制器22还分别与整车控制器23、第一电机3电性连接；第二电机控制器21还分别与整车控制器23、第二电机18电性连接；所述整车控制器23还分别与油门踏板25、制动踏板26电性连接。

上述技术方案，由于本发明单盘离合器4采用了两级行星轮机构整体设计，以及两级行星轮机构与离合制动总成采用分体设计，其控制系统简单、结构体积小，使得本发明单盘离合器4实现离合切换的无动力中断输出，实现离合器的线性化控制；正/逆空挡损耗非常小，离合切换耗能小，响应迅速和平顺，可靠性高，传动效率高，成本低、使用寿命长。离合制动总成实现自散热风冷，可在不拆解行星齿轮箱的情况下实现离合器元件更换，维护保养成本低。在单盘离合器4的两端串联连接第一电机3、第二电机18，使得整个总成的能源输出可以在发动机、储能电源之间根据总成的工况进行随意切换，同时单盘离合器4由于实现正向分离、反向分离、正向驱动等性能，使得总成的第二电机有效将在减速、制动过程中的能量进行回收、储存在储能电源24中；有效提高了新能源汽车动力传递效率，能量管理匹配精益度和性能。

更为具体地，单盘离合器4包括输入行星轮机构、输出行星轮机构、离合制动总成，输入行星轮机构与输出行星轮机构连接，离合制动总成与输入行星轮机构连接。单盘离合器4输入行星轮机构的行星架5安装多个输入行星轮8，输入行星轮8与输入太阳轮6外啮合，与输入齿圈9内啮合。输入太阳轮6、输出太阳轮10均固连在中间传动轴7上，实现同轴转动。输出星型轮机构的行星架30上均匀安装多个输出行星轮11，输出星型轮11与输出太阳轮10外啮合，与输出齿圈12内啮合。输出齿圈12可以固定连接的壳体上，也可以直接在壳体上加工形成输出齿圈12，本案实施中采用了固定连接方式。

发动机1通过飞轮盘与弹性减震连接器2外圆盘连接，弹性减震连接器2通过花键与第一电机3的输入轴连接。第一电机3的输出轴通过花键与单盘离合器4的输入行星轮机构的输入行星架5连接，第一电机3与单盘离合器4通过外圆法兰止口定位连接。单盘离合器4输出行星轮机构的输出行星架30通过花键与第二电机18连接，单盘离合器4与第二电机18通过法兰止口连接定位；第二电机18通过万向传动轴19将动力传递给驱动桥总成20。储能电源24分别与第一电机控制器22、第二电机控制器21、整车控制器23电性连接；第一电机控制器22分别与整车控制器23、第一电机3电性连接；第二电机控制器21分别与整车控制器23、第二电机18电性连接；整车控制器23分别与油门踏板25、制动踏板26电性连接。第一电机控制器22控制第一电机3处于驱动电机、发电机状态，也控制储能电源24将直流电转变为交流电或将第一电机3发出的交流电转变为直流电。第二电机控制器21控制第二电机18处于驱动电机、发电机状态，也控制将储能电源24直流电转变为交流电或将第二电机21发出的交流电转变为直流电。第一电机3、第二电机18可以是但不限于三相交流异步电机、永磁同步电机；可以采用风冷散热也可采用水冷散热。第一电机3的输出轴上还连接有输出测速传感器27，输出测速传感器27与第一电机控制器22电性连接；第二电机18的输入轴侧还连接有输入测速传感器17，输入测速传感器17与第二电机控制21电性连接。

离合制动总成的制动动力装置13与制动主缸14连接，制动主缸14与安装在制动器15上的活塞连接，活塞的活塞杆安装内摩擦块、制动器15上安装外摩擦块；制动连接盘27的制动盘位于内摩擦块与外摩擦块之间并保持一定间隙，制动连接盘27的连接盘与输入齿圈9连接。制动动力装置13可以采用但不限于气动动力或液压动力或电动动力，只要产生轴向推力的机构均可以采用；制动动力装置13推动制动主缸14的液体产生高压液压，高压液压推动制动器15上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块、外摩擦块的共同作用下将制动连接盘27的制动盘固定，从而使与输入齿圈9连接的制动连接盘27的连接盘固定，实现对输入齿圈的固定，从而为输入行星轮8提供反作用力，使输入行星轮8驱动太阳轮6运动，同轴的输出太阳轮10在驱动输出行星架30运动，由于输出齿圈12是固定再壳体上的，输出太阳轮10将驱动输出行星架30运动实现动力输出。制动主缸14还连接有油压报警器31，油压报警器31与整车控制器23电性连接；在制动器15上还安装有测速传感器16；测速传感器16与整车控制器23电性连接。

如果需要传递动力时，只需要启动制动动力装置13，制动动力装置13推动制动主缸14的液体产生高压液压，高压液压推动制动器15上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块、外摩擦块的共同作用下将制动连接盘27的制动盘固定，从而使与输入齿圈9连接的制动连接盘27的连接盘固定，实现对输入齿圈的固定，为输入行星轮8提供反作用力，使输入行星轮8驱动太阳轮6运动，同轴的输出太阳轮10在驱动输出行星架30运动，由于输出齿圈12是固定再壳体上的，输出太阳轮10将驱动输出行星架30运动实现动力输出。卸掉动力装置13加载的动力，将制动连接盘12的连接盘释放，即可解除输入齿圈9制动。运行过程中，油压报警器31用来监控制动主缸14最低油压，并将信号反馈给整车控制器23，整车控制器23通过逻辑判断选择控制制动动力装置13的工作状态；当制动动力装置13损坏或制动主缸14损坏或液压连接管路出现泄漏时，均会导致油压报警器31向整车控制器23低压故障报警进行及时更换，以提高使用的安全性。

油门踏板25有定位触点a点，a点用来标定纯电驱动至车速Va时，若整车控制器23发出指令，则会切换到单盘离合器4发动机1驱动模式。制动踏板26有一个定位触点c点，c点用来划分纯电动制动和机械-电复合制动模式。

本发明主要控制策略和运行过程包括以下几个方面：

发动机快速启动：

当储能电源24电量充足时，整车控制器23将发动机1关闭，单盘离合器4处于分离状态，第二电机18驱动车辆行驶；当车辆行驶到设定车速时，整车控制器23向第一电机控制器22发出指令，第一电机控制器22驱动第一电机3通过弹性减震连接器2带动发动机1曲轴转动至设定转速，整车控制器23向发动机1的ECU发出指令进行喷油点火启动。

第一电机发电：

当车辆停车、减速行驶、滑行行驶、纯电动行驶或发动机驱动行驶而储能电源24需要补充电能时，有两种情况：一、单盘离合器4处于分离状态，发动机1经弹性减震盘2驱动第一电机3，第一电机3在第一电机控制器22控制下转换为发电机模式，发动机1以第一电机3的额定转速额定功率高效发电，并经第一电机控制器22整流后为储能电源24充电；二、单盘离合器4处于非坡道行驶时，发动机1不仅驱动车辆行驶，而且富余功率和转矩用于第一电机3发电为储能电源22充电。

纯电动行驶：

当车辆起步、低速运行时，存在两种运行情况：一是储能电源24电量充足，整车控制器23将发动机1关闭，制动动力装置13对制动主缸14没有驱动，制动器15上的活塞不运动，制动连接盘27的连接盘处于内摩擦块、外摩擦块的间隙中间，输入齿圈9将带动制动连接盘27一同转到，输出星型架30无动力输出。第一电机3和第二电机18处于动力中断状态，整车控制器23向第二电机控制器21发出指令，第二电机控制器21从储能电源24中获得直流电并将其转换为三相交流电驱动第二电机18带动车辆行驶。二是储能电源24电量不足，整车控制器23向发动机1ECU发出指令，发动机1自带起动电机将曲轴带动设定转速，发动机1启动，同时，单盘离合器处于分离状态，发动机1通过弹性减震连接器2以最佳转速和负荷功率带动第一电机3发电，第一电机控制器22将第一电机3所发出的三相交流电供给第二电机控制器21驱动第二电机18，多余部分转换为直流电为储能电源24充电。

发动机驱动行驶：

当油门踏板25踩过a点且第二电机18驱动车辆至设定车速时，存在两种运行情况：一是发动机1保持关闭，此时，整车控制器23向第一电机控制器22发出指令驱动第一电机3带动发动机曲轴至目标转速，该目标转速由测速传感器16确定，即整车控制器23检测到测速传感器16所测转速n满足设定n<n0，此时认为发动机1曲轴已达到目标转速，整车控制器23向发动机1的ECU发出指令进行喷油点火启，同时，整车控制器23向制动动力装置13发出指令推动制动主缸14的液体产生高压液压，高压液压推动制动器15上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块、外摩擦块的共同作用下将制动连接盘27的制动盘逐渐夹紧制动，从而使与输入齿圈9连接的制动连接盘27的连接盘制动，实现对输入齿圈的制动，从而为输入行星轮8提供发作用力，使输入行星轮8驱动太阳轮6运动，同轴的输出太阳轮10在驱动输出行星架30运动，由于输出齿圈12是固定再壳体上的，输出太阳轮10将驱动输出行星架30运动实现动力输出。此时，发动机1将输出转矩并与第二电机18转矩叠加驱动车辆加速，当整车控制器23检测到测速传感器16所测转速n＝0时，第一电机3和第二电机18退出驱动转换为传动轴，发动机1驱动整车行驶。

二是发动机1带动第一电机3发电时，第二电机18驱动车辆至设定目标车速，该目标车速由测速传感器16确定，即整车控制器23检测到测速传感器16所测转速n满足设定n<n0，时认为车辆已达到目标车速，整车控制器23向制动动力装置13发出指令推动制动主缸14的液体产生高压液压，高压液压推动制动器15上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块、外摩擦块的共同作用下将制动连接盘27的制动盘逐渐夹紧制动，从而使与输入齿圈9连接的制动连接盘27的连接盘制动，实现对输入齿圈的制动，从而为输入行星轮8提供发作用力，使输入行星轮8驱动太阳轮6运动，同轴的输出太阳轮10在驱动输出行星架30运动，由于输出齿圈12是固定再壳体上的，输出太阳轮10将驱动输出行星架30运动实现动力输出，此时，发动机1将输出转矩并与第二电机18转矩叠加驱动车辆加速，当整车控制器23检测到测速传感器16所测转速n＝0时，第一电机3退出发电机模式转换为传动轴，第二电机18退出驱动转换为传动轴，发动机1驱动整车行驶。

制动：

当踩下制动踏板26时，存在两种情况：一是当踏板未超过设定点c时，单盘离合器4处于分离状态，整车控制器23向第二电机控制器21发出指令，第二电机18切换到发电模式，对车辆产生电制动，并将回收的电能经第二电机控制器21整流后储存到储能电源24。二是当踏板超过设定点c时，单盘离合器处于分离状态，整车控制器23向第二电机控制器21和整车机械制动系统发出指令，第二电机18切换到发电模式，机械制动和电机制动对车辆产生复合制动，并将回收的电能经第二电机控制器21整流后储存到储能电源24。

滑行：

当松开油门踏板25及并未踩下制动踏板26时，整车控制器23发出指令让单盘离合器处于分离状态，第一电机3转换为发电机模式，将发动机1所发出能量储存到储能电源24中；若此时储能电源24电量充足，则整车控制器23将关闭发动机1。

故障诊断模式：

当单盘离合器处于一档驱动时，制动主缸14油压低于设定阈值P0油压报警器31向整车控制器23发出故障报警。若测速传感器16检测到制动连接盘24有转速产生时，向整车控制器23发出报警。当单盘离合器4处于驱动时，制动主缸14油压低于设定阈值P1油压报警器31向整车控制器23发出故障报警。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，包括发动机、驱动桥总成、油门踏板、制动踏板，其特征在于，还包括弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器、储能电源，所述发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机通过同轴依次连接；所述第二电机输出轴与驱动桥总成连接；所述储能电源分别与第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器电性连接；所述第一电机控制器还分别与整车控制器、第一电机电性连接；所述第二电机控制器还分别与整车控制器、第二电机电性连接；所述整车控制器还分别与油门踏板、制动踏板电性连接。

2.根据权利要求1所述的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其特征在于，所述单盘离合器包括输入行星轮机构、输出行星轮机构、离合制动总成，所述输入行星轮机构的太阳轮、输出行星轮机构的太阳轮均与中间传动轴连接；所述离合制动总成与输入行星轮机构连接。

3.根据权利要求2所述的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其特征在于，所述离合制动总成包括制动动力装置、制动主缸、制动器、制动连接盘，所述制动动力装置、制动主缸、制动器、制动连接盘依次连接。

4.根据权利要求3所述的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其特征在于，所述离合制动总成的制动连接盘与输入行星轮机构输入齿圈连接。

5.根据权利要求2～4任一项所述的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其特征在于，所述第一电机的输出轴与输入行星轮机构的行星架连接；所述输出行星轮机构的行星架与第二电机输入轴连接。

6.根据权利要求3所述的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其特征在于，所述制动动力装置的动力源为气源驱动、液压驱动、电动驱动其中任一种类。

7.根据权利要求3所述的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其特征在于，所述离合制动总成的制动主缸上还连接有油压报警器；所述油压报警器与整车控制器电性连接。

8.根据权利要求3所述的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其特征在于，所述制动器还安装有测速传感器，所述测速传感器与整车控制器电性连接。

9.根据权利要求1所述的适用于新能源汽车的单盘离合器双电机混合动力总成，其特征在于，所述第一电机的输出轴侧还连接有输出测速传感器，所述输出测速传感器与第一电机控制器电性连接；所述第二电机的输入轴侧还连接有输入测速传感器，所述输入测速传感器与第二电机控制电性连接。