CN106564362B - 一种混合动力汽车的动力耦合系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力汽车的动力耦合系统及其控制方法，其中，动力耦合系统包括：发动机（10）；发电机（11），与所述发动机（10）同轴相连；离合器（20），设置在所述发动机（10）与所述发电机（11）之间；驱动电机（12），通过传动装置分别与所述离合器（20）和差速器（30）相连；所述传动装置包括均设置于中间轴（210）上的同步器（70）、第一档位齿轮（71）和第二档位齿轮（72），所述同步器（70）用于控制所述第一档位齿轮（71）或所述第二档位齿轮（72）与所述中间轴（210）同步结合或分离。本发明可以有效改善混合动力汽车的动力性和经济性。

Description

一种混合动力汽车的动力耦合系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种混合动力汽车的动力耦合系统及其控制方法。

背景技术

随着石油资源的缺乏和人们环保意识的提高，以及越来越严格的环境保护法规的要求，迫切需要可节省能源和低排放甚至是零排放的绿色环保汽车产品。为此，世界各国政府以及各大汽车制造商都在加大力度开发各种不同类型的新能源汽车。与传统内燃机相比，混合动力汽车是指使用两种以上能量来源的车辆。

最常见的油电混合动力汽车（Hybrid electric vehicle，简称HEV）是有发动机和电动机，发动机消耗燃油，牵引电动机消耗动力电池的电能。近年来，用于混合动力汽车的动力驱动系统及其工作模式已成为研究热点。

由于混合动力系统涉及传统发动机驱动以及电动机驱动，结构往往比较复杂，占用空间较大，影响车辆其他部件的布置。一方面目前比较主流的电机并联式混合动力系统中，普遍是电机采用盘式结构，安装在发动机与变速器之间，占用一定的轴向尺寸，造成动力总成轴向长度大，在整车上布置困难。由于受尺寸限制，电机的功率一般不大，纯电动下动力性能较差。另一方面，目前混合动力变速箱集成电机的方案中普遍采用一档齿轮结构，一般很少采用多档齿轮结构，要获得动力性和经济都满意往往比较困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可提高动力性和经济性的混合动力汽车的动力耦合系统及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力汽车动力耦合系统，包括：

发动机；

发电机，与所述发动机同轴相连；

离合器，设置在所述发动机与所述发电机之间；

驱动电机，通过传动装置分别与所述离合器和差速器相连；

所述传动装置包括均设置于中间轴上的同步器、第一档位齿轮和第二档位齿轮，所述同步器用于控制所述第一档位齿轮或所述第二档位齿轮与所述中间轴同步结合或分离。

其中，所述传动装置还包括：

第一齿轮、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮；

所述第一齿轮与所述离合器的从动部分相连；

所述第二齿轮和所述第三齿轮均设置在驱动电机输出轴上，所述第一档位齿轮与所述第三齿轮相啮合，所述第二档位齿轮分别与所述第一齿轮和所述第二齿轮相啮合；

所述第四齿轮设置在所述中间轴上；

所述第五齿轮设置在驱动轴上，所述第五齿轮与所述第四齿轮相啮合并与所述差速器相连。

其中，所述第一档位齿轮与所述第三齿轮之间，以及所述第二档位齿轮与所述第二齿轮之间分别形成不同的传动比。

其中，所述同步器设置在所述第一档位齿轮和所述第二档位齿轮之间。

其中，所述混合动力汽车动力耦合系统还包括：

减振器，设置在所述发动机与所述离合器之间，所述减振器的输入端与所述发动机相连，所述减振器的输出端与所述离合器的主动部分相连。

本发明还提供一种混合动力汽车动力耦合系统的控制方法，包括：

步骤21，判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；

步骤S22，根据判断结果，切换所述电动汽车动力耦合系统的工作模式，并且在所述工作模式下，控制同步器使第一档位齿轮或者第二档位齿轮与中间轴同步结合，使驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出。

其中，当所述步骤S21判断电池SOC值高于第一阈值时，所述步骤S22包括：

控制所述发动机、发电机均不工作，断开所述离合器，所述驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出给所述传动装置后，再传递给所述差速器，所述混合动力汽车动力耦合系统进入纯电动模式。

其中，当所述步骤S21判断电池SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，所述步骤S22包括：

控制断开所述离合器，所述发动机带动所述发电机发电以向电池充电或给所述驱动电机供电，所述驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出给所述传动装置后，再传递给所述差速器，所述混合动力汽车动力耦合系统进入增程模式。

其中，当所述步骤S21判断电池SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，所述步骤S22包括：

控制所述离合器结合，所述驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出，与所述发动机的动力一部分耦合后传递给所述差速器；所述发动机的另一部分动力带动所述发电机发电以向电池充电或给所述驱动电机供电，所述混合动力汽车动力耦合系统进入混合驱动模式。

其中，所述控制方法还包括：

在制动时控制所述驱动电机产生制动力矩，并且在绕组中产生感应电流以向电池充电。

本发明实施例的混合动力汽车的动力耦合系统及其控制方法，通过在中间轴上设置两个档位齿轮，并由同步器控制其与中间轴同步结合或分离，使得驱动电机的动力可以经由两条输出路线输出，提供了两个档位，有效改善了动力性及经济性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一混合动力汽车的动力耦合系统的结构示意图。

图2是本发明实施例二混合动力汽车的动力耦合系统的控制方法的流程示意图。

图3是本发明实施例混合动力汽车的动力耦合系统工作于纯电动模式的示意图。

图4是本发明实施例混合动力汽车的动力耦合系统工作于纯电动模式的另一示意图。

图5是本发明实施例混合动力汽车的动力耦合系统工作于增程模式的示意图。

图6是本发明实施例混合动力汽车的动力耦合系统工作于增程模式的另一示意图。

图7是本发明实施例混合动力汽车的动力耦合系统工作于混合模式的示意图。

图8是本发明实施例混合动力汽车的动力耦合系统工作于混合驱动模式的另一示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

请参照图1所示，本发明实施例一提供一种混合动力汽车的动力耦合系统，包括：

发动机10；

发电机11，与发动机10同轴相连；

离合器20，设置在发动机10与发电机11之间；

驱动电机12，通过传动装置分别与离合器20和差速器30相连；

传动装置包括均设置于中间轴210上的同步器70、第一档位齿轮71和第二档位齿轮72，同步器70用于控制第一档位齿轮71或第二档位齿轮72与中间轴210同步结合或分离。

离合器20包括相互配合的主动部分和从动部分，离合器20的主动部分与发动机10的输出轴100相固定。

本实施例中，传动装置还包括：

第一齿轮21、第二齿轮22、第三齿轮23、第四齿轮24和第五齿轮25；

第一齿轮21与离合器20的从动部分相连；

第二齿轮22和第三齿轮23均设置在驱动电机输出轴120上，第一档位齿轮71与第三齿轮23相啮合，第二档位齿轮72分别与第一齿轮21和第二齿轮22相啮合；

第四齿轮24设置在中间轴210上；

第五齿轮25设置在驱动轴50上，第五齿轮25与第四齿轮24相啮合并与差速器30相连。

同步器70设置在第一档位齿轮71和第二档位齿轮72之间。

本发明实施例通过在中间轴210上设置两个档位齿轮，并由同步器70控制其与中间轴210同步结合或分离，具体来说，第一档位齿轮71与第三齿轮23之间，以及第二档位齿轮72与第二齿轮22之间，分别形成不同的传动比，使得驱动电机12的动力可以经由两条输出路线输出，提供了两个档位，有效改善了动力性及经济性。

此外，本实施例中，发动机10与发电机11同轴相连，结构更为紧凑，并且因为将省去二者之间额外的传动装置，传动效率更高。由此，图1所示的发动机10的输出轴100与发电机11的电机轴110为同一轴。

为对发动机10的输出进行缓冲和减振，本实施例还包括减振器40，设置在发动机10与离合器20之间，减振器40的输入端与发动机10相连，减振器40的输出端与离合器20的主动部分相连。具体的，减振器10可以为扭转减振器或液力耦合器。

差速器30则通过驱动轴50与驱动轮60相连。

本实施例中，作为另一种实现方式，离合器20为双离合器，该双离合器包括第一离合器和第二离合器，第一离合器的从动部分与发电机11相连，第二离合器的从动部分与传动装置相连。

上述结构的电动汽车动力耦合系统，各部件布局合理，结构紧凑，有利于装配且节省空间，提高了车内空间利用率。

本发明实施例的动力耦合系统具有纯电动模式、增程模式及混合驱动模式，可根据电池SOC值及车速需求自动实现三种模式的切换，由此，本发明实施例二提供一种如本发明实施例一所述的混合动力汽车的动力耦合系统的控制方法，请参照图2所示，包括：

步骤21，判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；

步骤S22，根据判断结果，切换所述电动汽车动力耦合系统的工作模式，并且在所述工作模式下，控制同步器使第一档位齿轮或者第二档位齿轮与中间轴同步结合，使驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出。

具体地，分别如图3、图4所示，当步骤S21判断电池SOC值高于第一阈值时，步骤S22包括：控制发动机10、发电机11均不工作，断开离合器20，同步器70让第一档位齿轮71或者第二档位齿轮72与中间轴210同步结合（如果第一档位齿轮71与中间轴210同步结合，则第二档位齿轮72与中间轴210为分离状态；如果第二档位齿轮72与中间轴210同步结合，则第一档位齿轮71与中间轴210为分离状态），驱动电机12的动力经第三齿轮23到第一档位齿轮71（图3）或者经第二齿轮22到第二档位齿轮72（图4），然后再经过第四齿轮24、第五齿轮25两级减速后传递给差速器30，经差速器30将动力传递到驱动轮60，此时车辆以纯电动模式行驶在低速区域，动力传递路线分别如图3和图4中箭头所示。

再分别如图5、图6所示，当步骤S21判断电池SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，步骤S22包括：控制断开离合器20，发动机10带动发电机11发电，以向电池充电或给驱动电机12供电，同步器70让第一档位齿轮71或者第二档位齿轮72与中间轴210同步结合（如果第一档位齿轮71与中间轴210同步结合，则第二档位齿轮72与中间轴210为分离状态；如果第二档位齿轮72与中间轴210同步结合，则第一档位齿轮71与中间轴210为分离状态），驱动电机12的动力经第三齿轮23到第一档位齿轮71（图5）或者经第二齿轮22到第二档位齿轮72（图6），然后再经过第四齿轮24、第五齿轮25两级减速后传递给差速器30，经差速器30将动力传递到驱动轮60，此时车辆以增程模式行驶，动力传递路线分别如图5和图6中箭头所示。

再分别如图7、图8所示，当步骤S21判断电池SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，步骤S22包括：控制离合器20结合，发动机10的动力一部分经第一齿轮21、第二齿轮22到中间轴210；同步器70让第一档位齿轮71或者第二档位齿轮72与中间轴210同步结合（如果第一档位齿轮71与中间轴210同步结合，则第二档位齿轮72与中间轴210为分离状态；如果第二档位齿轮72与中间轴210同步结合，则第一档位齿轮71与中间轴210为分离状态），驱动电机12的动力经第三齿轮23到第一档位齿轮71（图7）或者经第二齿轮22到第二档位齿轮72（图8），与前述发动机10的一部分动力耦合，再经过第四齿轮24、第五齿轮25两级减速后传递给差速器30，经差速器30将动力传递到驱动轮60；发动机10的另一部分动力带动发电机11发电，以向电池充电或给驱动电机12供电，此时车辆以混合驱动模式行驶，动力传递路线分别如图7和图8中箭头所示。

在上述增程模式中，由于电池SOC值较低，发电机11作为启动电机使用，用于启动发动机10，使发动机10带动发电机11向电池充电或给驱动电机12供电；当汽车需要高速行驶时，发电机11同样将作为启动电机使用，用于启动发动机10，发动机10输出驱动力矩，驱动电机12则辅助驱动，进入混合驱动模式。

上述三种模式以表格体现如下：

第一阈值用于判断电池SOC值的高低，第二阈值用于判断车速的高低，本实施例不对第一阈值和第二阈值的取值范围做限定，通常可以根据具体的控制策略自由设定，不同的控制策略下，第一阈值和第二阈值的取值都不尽相同。设定好第一阈值和第二阈值后，则自动判断并根据判断结果在三种模式间自动切换。

此外，汽车制动时，驱动电机12产生制动力矩制动车轮，同时其电机绕组中将产生感应电流向电池充电，实现制动能量的回收。由此，本实施例的控制方法还包括：

在制动时控制所述驱动电机产生制动力矩，并且在绕组中产生感应电流以向电池充电。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，包括：

发动机(10)；

发电机(11)，与所述发动机(10)同轴相连；

离合器(20)，设置在所述发动机(10)与所述发电机(11)之间；

驱动电机(12)，通过传动装置分别与所述离合器(20)和差速器(30)相连；

减振器(40)，设置在所述发动机(10)与所述离合器(20)之间；

所述传动装置包括均设置于中间轴(210)上的同步器(70)、第一档位齿轮(71)和第二档位齿轮(72)；所述同步器(70)用于控制所述第一档位齿轮(71)或所述第二档位齿轮(72)与所述中间轴(210)同步结合或分离；

所述传动装置还包括第一齿轮(21)、第二齿轮(22)、第三齿轮(23)、第四齿轮(24)和第五齿轮(25)；所述第二齿轮(22)和所述第三齿轮(23)均设置在驱动电机输出轴(120)上，所述第一档位齿轮(71)与所述第三齿轮(23)相啮合，所述第二档位齿轮(72)分别与所述第一齿轮(21)和所述第二齿轮(22)相啮合；所述第四齿轮(24)设置在所述中间轴(210)上；所述第五齿轮(25)设置在驱动轴(50)上，所述第五齿轮(25)与所述第四齿轮(24)相啮合并与所述差速器(30)相连；

所述第一档位齿轮与所述第三齿轮之间，以及所述第二档位齿轮与所述第二齿轮之间分别形成不同的传动比。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，所述同步器(70)设置在所述第一档位齿轮(71)和所述第二档位齿轮(72)之间。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车动力耦合系统，其特征在于，

所述减振器(40)的输入端与所述发动机(10)相连，所述减振器(40)的输出端与所述离合器(20)的主动部分相连。

4.一种如权利要求1-3任一项所述的混合动力汽车动力耦合系统的控制方法，包括：

步骤S21，判断电池SOC值与第一阈值的大小关系，或者同时判断电池SOC值与第一阈值的大小关系以及车速与第二阈值的大小关系；

步骤S22，根据判断结果，切换所述混合动力汽车动力耦合系统的工作模式，并且在所述工作模式下，控制同步器使第一档位齿轮或者第二档位齿轮与中间轴同步结合，使驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出；

其中，如果第一档位齿轮(71)与中间轴(210)同步结合，则第二档位齿轮(72)与中间轴(210)为分离状态；如果第二档位齿轮(72)与中间轴(210)同步结合，则第一档位齿轮(71)与中间轴(210)为分离状态。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，当所述步骤S21判断电池SOC值高于第一阈值时，所述步骤S22包括：

控制所述发动机、发电机均不工作，断开所述离合器，所述驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出给所述传动装置后，再传递给所述差速器，所述混合动力汽车动力耦合系统进入纯电动模式。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当所述步骤S21判断电池SOC值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，所述步骤S22包括：

控制断开所述离合器，所述发动机带动所述发电机发电以向电池充电或给所述驱动电机供电，所述驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出给所述传动装置后，再传递给所述差速器，所述混合动力汽车动力耦合系统进入增程模式。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，当所述步骤S21判断电池SOC值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，所述步骤S22包括：

控制所述离合器结合，所述驱动电机的动力经由第一档位齿轮或第二档位齿轮输出，与所述发动机的动力一部分耦合后传递给所述差速器；所述发动机的另一部分动力带动所述发电机发电以向电池充电或给所述驱动电机供电，所述混合动力汽车动力耦合系统进入混合驱动模式。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

在制动时控制所述驱动电机产生制动力矩，并且在绕组中产生感应电流以向电池充电。

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