CN106004410B - 一种适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，其发动机、弹性减震连接器、第一电机、双盘离合器、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；第一电机控制器分别与整车控制器、第一电机电性连接；第二电机控制器分别与整车控制器、第二电机电性连接。本发明的双盘离合器对电机及发动机无轴向力产生、具备离合器、两档变速箱、冲击过载保护、正反向分离、无动力间断速差换挡等功能。其切换响应迅速、可靠性高、能耗小、效率高；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，能量管理匹配更合理。

Description

一种适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及一种适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成。

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、维护成本高、效率低、液压控制元件复杂等技术问题。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两速或多速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、维护成本低的干式双盘离合器，有效提高新能源汽车的动力传递效率，能量管理匹配精益度和性能的一种适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，包括发动机、弹性减震连接器、第一电机、双盘离合器、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、双盘离合器、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，所述双盘离合器包括输入行星轮机构、一档行星轮机构、二档行星轮机构、一档换档总成、二档换档总成，所述输入行星轮机构的太阳轮、一档行星轮机构的太阳轮、二档行星轮机构的太阳轮均与中间传动轴连接；所述一档换档总成与一档行星轮机构连接；所述二档换档总成与二档行星轮机构连接。

进一步地，所述一档换档总成、二档换档总成结构相同，均包括换档动力装置、换档主缸、换档制动器、换档连接盘，所述换档动力装置、换档主缸、换档制动器、换档连接盘依次连接。

进一步地，所述一档换档总成的换档连接盘与一档行星轮机构齿圈连接；所述二档换档总成的换档连接盘与二档行星轮机构齿圈连接。

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；所述双盘离合器的二档行星轮机构的行星架与第二电机输入轴连接。

进一步地，所述换档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，所述一档换档总成、二档换档总成的换档主缸上均连接有油压报警器；所述油压报警器与整车控制器电性连接。

进一步地，所述换档制动器还安装有换档测速传感器，所述换档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器电性连接。

进一步地，所述整车控制器上还电性连接有第二电机转向控制开关。

采用上述技术方案，由于使用了弹性减震连接器、第一电机、双盘离合器、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；其所采用的双盘离合器由于能实现空挡、I档、II档三种工作模式，同时具备了离合器、两档变速箱和冲击过载保护的功能；以及正向分离、反向分离、正向驱动，并可以实现无动力间断或一定范围速差换挡、以及线性控制等功能；双盘离合器具有切换响应迅速、控制系统简单、结构体积小、可靠性高、能耗小、传动效率高、维护成本低等优点；在双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，同时双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；使得本发明有效优化了新能源汽车的能量管理和匹配，有效提高了新能源汽车的动力传递效率，提高了整机的性能。

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双盘离合器混合动力总成，包括发动机1、弹性减震连接器2、第一电机3、双盘离合器4、第二电机26、第一电机控制器30、第二电机控制器29、整车控制器31、驱动桥总成28、油门踏板33、制动踏板34、储能电源32。

所述发动机1、弹性减震连接器2、第一电机3、双盘离合器4、第二电机26通过同轴依次连接；第二电机26输出轴与驱动桥总成28连接；储能电源32分别与第一电机控制器30、第二电机控制器29、整车控制器31电性连接；第一电机控制器30还分别与整车控制器31、第一电机3电性连接；第二电机控制器29还分别与整车控制器31、第二电机26电性连接；整车控制器31还分别与油门踏板33、制动踏板34电性连接。

上述技术方案，由于本发明双盘离合器4采用了三级行星轮机构整体设计，以及一档换档总成、二档换档总成采用分体设计，其控制系统简单、结构体积小。使得本发明双盘离合器4实现空挡、I档、II档三种工作模式，同时具备了离合器、两档变速箱和冲击过载保护的功能；以及正向分离、反向分离、正向驱动，并可以实现无动力间断或一定范围速差换挡、以及线性控制等功能；本双盘离合器具有切换响应迅速、可靠性高、能耗小、传动效率高、维护成本低等优点。在双盘离合器4的两端串联连接第一电机3、第二电机26，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，同时双盘离合器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；有效提高了新能源汽车的动力传递效率，优化了新能源汽车的能量管理和匹配，提高了整机的性能。

更为具体地，双盘离合器4包括输入行星轮机构、一档行星轮机构、二档行星轮机构、一档换档总成、二档换档总成，输入行星轮机构分别与一档行星轮机构、二档行星轮机构连接，一档换档总成与一档行星轮机构连接；二档换档总成与二档行星轮机构连接。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双盘离合器4的输入行星轮机构的行星架5连接，第一电机3与双盘离合器4通过外圆法兰止口定位连接。双盘离合器4二档行星轮机构的行星架24通过花键与第二电机26连接，双盘离合器4与第二电机26通过法兰止口连接定位；第二电机26通过万向传动轴27将动力传递给驱动桥总成28。储能电源32分别与第一电机控制器30、第二电机控制器29、整车控制器31电性连接；第一电机控制器30分别与整车控制器31、第一电机3电性连接；第二电机控制器29分别与整车控制器31、第二电机26电性连接；整车控制器31分别与油门踏板33、制动踏板34电性连接。第一电机控制器30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32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29控制第二电机26处于驱动电机、发电机状态，也控制将储能电源32直流电转变为交流电或将第二电机26发出的交流电转变为直流电。第一电机3、第二电机26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的输出轴侧还连接有输出测速传感器38，输出测速传感器38与第一电机控制器30电性连接；第二电机26的输入轴侧还连接有输入测速传感器25，输入测速传感器25与第二电机控制器29电性连接。

双盘离合器4输入行星轮机构的行星架5均匀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。输入齿圈9通过浮动花键与壳体连接。输入太阳轮6、一档太阳轮10、二档太阳轮17均固连在中间传动轴7上，实现同轴转动。一档行星轮11、二档行星轮18共同安装在同轴行星轮轴39上，本发明实施中一档行星轮11、二档行星轮18共同使用行星架24。一档太阳轮10、一档行星轮11、一档齿圈40依次啮合；二档太阳轮17、二档行星轮18、二档齿圈41依次啮合。

一档换档总成的换档动力装置13与换档主缸14连接，换档主缸14与换档制动器15上的活塞连接，在活塞的活塞杆安装内摩擦块、换档制动器15上安装外摩擦块；换档连接盘12的制动盘位于内摩擦块与外摩擦块之间并保持一定间隙，换档连接盘12的连接盘与一档齿圈40连接。换档动力装置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；换档主缸14还连接有油压报警器37，油压报警器37与整车控制器31电性连接；在换档制动器15上还安装有测速传感器16；测速传感器16与整车控制器31电性连接。如果需要制动时，只需要启动换挡动力装置13，推动换档主缸14中液体运动产生高压液压，使与换档主缸14连接的换档制动器15上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块和外摩擦块的共同作用下实现对换档连接盘12的制动盘的固定，使换档连接盘12的连接盘也实现制动，从而实现对换档连接盘12的连接盘连接的一档齿圈40的制动，实现一档的传动工作。卸掉换档动力装置13加载的动力，将换档连接盘12的连接盘释放，即可解除一档的制动。运行过程中，油压报警器37用来监控换档主缸14最低油压，并将信号反馈给整车控制器31，整车控制器31通过逻辑判断选择控制换档动力装置13的工作状态；当换档动力装置13损坏或换档主缸14损坏或液压连接管路出现泄漏时，均会导致油压报警器37向整车控制器31低压故障报警进行及时更换，以提高使用的安全性。

二档换档总成的换档动力装置20与换档主缸21连接，换档主缸21与安装换档制动器22上的活塞连接，活塞的活塞杆安装内摩擦块、换档制动器22上安装外摩擦块；换档连接盘19的制动盘位于内摩擦块与外摩擦块之间并保持一定间隙，换档连接盘19的连接盘与二档齿圈41连接。换档动力装置20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；换档动力装置20推动换档主缸21的活塞，使其产生高压液压。换档主缸21还连接有油压报警器36，油压报警器36与整车控制器31电性连接；在换档制动器22上还安装有测速传感器23；测速传感器23与整车控制器31电性连接。如果需要制动时，只需要启换档动动力装置20，推动换档主缸21中液体运动产生高压液压，使与换档主缸21连接的换档制动器22上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块和外摩擦块的共同作用下实现对换档连接盘19的制动盘的固定，使换档连接盘19的连接盘也实现制动，从而实现对换档连接盘19的连接盘连接的二档齿圈41的制动，实现二档的传动工作。卸掉换档动力装置20加载的动力，将换档连接盘19的连接盘释放，即可解除二档的制动。运行过程中，油压报警器36用来监控换档主缸21最低油压，并将信号反馈给整车控制器31，整车控制器31通过逻辑判断选择控制换档动力装置20的工作状态；当换档动力装置20损坏或换档主缸21损坏或液压连接管路出现泄漏时，均会导致油压报警器36向整车控制器31低压故障报警进行及时更换，以提高使用的安全性。第一电机的输出轴上还连接有测速传感器38，测速传感器38与第一电机控制器30电性连接；第二电机的输人轴上还连接有测速传感器25，测速传感器25与第二电机控制器29电性连接。

油门踏板33有两个定位触点a点和b点，a点用来标定纯电驱动至车速Va时，若整车控制器31发出指令，则会切换到双盘离合器一档发动机1驱动模式；b点用来标定纯电动驱动至车速Vb或发动机1驱动至车速Vb时，整车控制器31发出指令，切换到双盘离合器二档发动机驱动模式；制动踏板34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；第二电机转向控制开关35用来确定电机26正向转动和反向转动。

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：

当车辆停车或纯电动行驶需要发动机快速启动时，双盘离合器处于分离模式，第一电机3通过第一电机控制器30从储能电源32中获得电能，由整车控制器31控制第一电机3经弹性减震连接器2带动发动机1的曲轴迅速提升到设定转速(600-1500rpm)，在未达到设定转速前整车控制器31控制发动机ECU不进行喷油，以此来降低燃油消耗和减少排放。

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32需要补充电能时，有两种情况：一、双盘离合器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30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，并经电机控制器30整流后为储能电源32充电；二、双盘离合器处于II档非坡道行驶时，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32充电；

纯电动行驶：

当车辆起步，即踩下油门踏板33时，分为两种情况：一、当车速V<Va且储能电源SOC1<SOC<SOC2时，双盘离合器处于分离状态，发动机处于关闭状态，第二电机26通过第二电机控制器29从储能电源32中获得电能，整车控制器31响应油门踏板33输入的加速信号，向第二电机控制器29发出指令控制第二电机26的运行状态，第二电机26经传动轴27、驱动桥总成28驱动车辆行驶直至车速达到V＝Va。二、当车速Va<V<Vb且储能电源SOC2<SOC时，双盘离合器处于分离状态，发动机处于关闭状态，第二电机26通过第二电机控制器29从储能电源32中获得电能，整车控制器31响应油门踏板33输入的加速信号，向第二电机控制器29发出指令控制第二电机26的运行状态，第二电机26经传动轴27、驱动桥总成28驱动车辆行驶直至车速达到V＝Vb。

发动机驱动行驶：

车辆以发动机驱动行驶分为三种情况：一、当储能电源SOC1<SOC<SOC2、油门踏板33处于a点和b点之间、车速达到V＝Va时，第二电机26继续驱动车辆加速行驶，整车控制器31发出实施发动机快速启动模式，当整车控制器31检测到测速传感器16所测转速n<n0时，整车控制器31向换档动力装置13发出驱动指令，换档动力装置13驱动换档主缸14使缸内液压油产生压力推动换档制动器15上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块和外摩擦块的共同作用下实现对换档连接盘12的制动盘的固定，使换档连接盘12的连接盘也实现制动，从而实现对换档连接盘12的连接盘连接的一档齿圈40的制动，发动机1通过双盘离合器4的一档模式驱动车辆行驶，第二电机26不再施加驱动仅以传动轴的形式传递动力。

此时若油门踏板33踩过点b且车速达到V＝Vb，整车控制器31向换档动力装置13发出卸荷指令，换档动力装置13卸除换档主缸14缸内油压，换档制动器15在复位机构作用下释放一档齿圈40及换档连接盘12，双盘离合器进入空档模式。同时，整车控制器31向第一电机控制器30发出指令使其控制第一电机3切换到发电机模式，发动机1停止供油，第一电机3将发动机1转速下调；当整车控制器31检测到换档测速传感器23所测转速n<n0时，第一电机3切换到传动轴模式，发动机1开始供油，整车控制器31向换档动力装置20发出驱动指令，换档动力装置20驱动换档主缸21中液体运动产生高压液压，是与换档主缸21连接的换档制动器22上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块和外摩擦块的共同作用下实现对换档连接盘19的制动盘的固定，使换档连接盘19的连接盘也实现制动，从而实现对换档连接盘19的连接盘连接的二档齿圈41的制动，发动机1通过双盘离合器的二档模式驱动车辆行驶，第二电机26以传动轴的形式传递动力。

制动：

油门踏板33恢复到原点位置时，整车控制器31发出指令使双盘离合器4处于空挡模式，踩下制动踏板34车辆进行两种模式制动。一是当制动踏板34踏板未接触到c点时，整车控制器31向第二电机控制器29发出指令，使第二电机26转换为发电机模式，驱动桥总成28通过传动轴27拖动第二电机26发电，第二电机控制器29将第二电机26发出的电能储存到储能电源32中。二是当制动踏板34踏板超过c点时，整车控制器31向第二电机控制器29发出电制动指令的同时，也向机械刹车系统发出指令进行刹车制动。

倒车：

当驾驶员通过第二电机转向控制开关35选择倒车档时，双盘离合器4处于空挡模式，整车控制器31向第二电机控制器29发出指令使第二电机26从储能电源32获得电能，并反向驱动传动轴27，并通过驱动桥总成28驱动车辆倒车行驶，行驶速度由油门踏板33控制。

故障诊断模式：

当双盘离合器处于一档驱动时，换档主缸14油压低于设定阈值P0油压报警器37向整车控制器31发出故障报警。若换档测速传感器16检测到换档连接盘12有转速产生时，向整车控制器31发出报警。当双盘离合器4处于I二档驱动时，换档主缸20油压低于设定阈值P1油压报警器36向整车控制器31发出故障报警；若测速传感器23检测到换档连接盘19有转速产生时，向整车控制器31发出报警。

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 (7)

1.一种适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，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、双盘离合器、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、双盘离合器、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；

所述第一电机控制器用于控制第一电机用于驱动电机或发电电机；控制储能电源将直流电转变为交流电；控制第一电机作为发电电机使用时将交流电转变为直流电；所述第二电机控制器用于控制第二电机用于驱动电机或发电电机；控制储能电源将直流电转变为交流电；控制第二电机作为发电电机使用时将交流电转变为直流电；

所述双盘离合器包括输入行星轮机构、一档行星轮机构、二档行星轮机构、一档换档总成、二档换档总成，所述输入行星轮机构的太阳轮、一档行星轮机构的太阳轮、二档行星轮机构的太阳轮均与中间传动轴连接；所述一档换档总成与一档行星轮机构连接；所述二档换档总成与二档行星轮机构连接；

所述一档换档总成、二档换档总成结构相同，均包括换档动力装置、换档主缸、换档制动器、换档连接盘，所述换档动力装置、换档主缸、换档制动器、换档连接盘依次连接；

所述一档换档总成的换档连接盘与一档行星轮机构齿圈连接；所述二档换档总成的换档连接盘与二档行星轮机构齿圈连接。

2.根据权利要求1所述的适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，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；所述双盘离合器的二档行星轮机构的行星架与第二电机输入轴连接。

3.根据权利要求1所述的适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，其特征在于，所述换档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。

4.根据权利要求1所述的适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，其特征在于，所述一档换档总成、二档换档总成的换档主缸上均连接有油压报警器；所述油压报警器与整车控制器电性连接。

5.根据权利要求1所述的适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，其特征在于，所述换档制动器还安装有换档测速传感器，所述换档测速传感器与整车控制器电性连接。

6.根据权利要求1所述的适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，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器电性连接。

7.根据权利要求1所述的适用于新能源汽车的双盘离合器混合动力总成，其特征在于，所述整车控制器上还电性连接有第二电机转向控制开关。