CN106608176A - 混合动力汽车动力系统及其动力传动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车动力系统及其动力传动方法，动力系统包括发动机、变速器、离合器、第一动力切换装置、第二动力切换装置、动力输出轴及电机。动力切换装置为同步器，用于变速器的输入端与输出端与电机之间的动力切换。在发动机静车起动或车辆停车发电状态下，电机与变速器的输入端连接，发动机与电机的动力相互耦合，实现快速起动、停车发电；当变速器换挡状态下，电机与变速器的输出端连接，电机提供补偿扭矩，可以实现无扭矩中断换挡，本发明可同时实现快速起动、停车发电及无扭矩中断换挡。

Description

混合动力汽车动力系统及其动力传动方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域，特别涉及一种混合动力汽车动力系统及其动力传动方法。
背景技术
随着油耗和排放法规的日益严格，汽车的经济性和排放性能需要不断提升。混合动力汽车作为一种有效、可靠的新能源汽车解决方法，具有较强的节能、减排能力和广阔的市场前景。
目前，采用自动变速器的单电机定轴式并联混合动力系统分为两类，第一类为电机安装在发动机和变速器之间，且电机通过离合器与发动机解耦(离合器断开，电机与发动机分开)的混合动力系统(以下简称为P2型动力系统)，第二类为电机安装在变速器和差速器之间的混合动力系统(以下简称为P3型动力系统)。如图1所示，在P2型动力系统中，电机20安装在发动机10和变速器30之间，且通过离合器40与发动机10解耦，电机20的转矩通过离合器41与变速器30输出给动力输出轴50，动力输出轴50连接差速器60，将转矩传递给A车轮70与B车轮71，对电机峰值功率和转矩的要求较低，同时电机工作效率得到提升，但是由于电机安装在变速器输入端，换挡时存在扭矩中断问题，而且，P2型动力系统轴向布置空间有限，电机功率较小。如图2所示，在P3型动力系统中，电机20安装在变速器30的输出端，变速器30换挡时，离合器40中断，电机20提供补偿扭矩，可以实现无扭矩中断换挡，但是，P3型动力系统无法实现车辆静止状态下快速起动发动机和停车发电。
因此，需要设计一种既可以发动机静车快速起动和停车发电，又实现无扭矩中断换挡的动力系统及动力传动方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合动力汽车动力系统及其动力传动方法，以解决现有的动力系统及方法无法同时实现快速起动、停车发电及无扭矩中断换挡的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力汽车动力系统，所述混合动力汽车动力系统包括发动机、离合器、变速器、第一动力切换装置、第二动力切换装置、动力输出轴及电机，其中：
所述发动机用于为所述混合动力汽车的动力系统提供转矩；
所述离合器连接于所述发动机与所述变速器之间，用于分离所述发动机与所述变速器；
所述变速器包括输入端与输出端，所述输入端连接所述离合器，所述输出端连接所述动力输出轴；
所述第一动力切换装置连接于所述变速器的输入端与所述电机之间；
所述第二动力切换装置连接于所述变速器的输出端与所述电机之间。
可选的，在所述的混合动力汽车动力系统中，所述第一动力切换装置包括第一同步器和正对所述第一同步器的第一齿轮。
可选的，在所述的混合动力汽车动力系统中，所述第一同步器与所述变速器的输入端耦合。
可选的，在所述的混合动力汽车动力系统中，所述第二动力切换装置包括第二同步器和正对所述第二同步器的第二齿轮。
可选的，在所述的混合动力汽车动力系统中，所述第二同步器与所述变速器的输出端耦合。
可选的，在所述的混合动力汽车动力系统中，所述第一齿轮及所述第二齿轮均与所述电机连接。
可选的，在所述的混合动力汽车动力系统中，所述第一同步器与所述第一齿轮在所述发动机静车起动和车辆停车过程中保持接合状态，在所述变速器换挡过程中保持断开状态。
可选的，在所述的混合动力汽车动力系统中，所述第二同步器与所述第二齿轮在所述发动机静车起动和车辆停车过程中保持断开状态，在所述变速器换挡过程中保持接合状态。
本发明还提供一种混合动力汽车动力传动方法，所述混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：
所述混合动力汽车动力系统收到发动机静车起动或车辆停车发电指令；
所述混合动力汽车动力系统中的第一动力切换装置接合；
所述混合动力汽车动力系统中的第二动力切换装置断开；
所述混合动力汽车动力系统中的离合器接合；
所述混合动力汽车动力系统中的电机输入或输出转矩；
所述混合动力汽车动力系统完成发动机静车起动或完成车辆停车发电。
本发明还提供一种混合动力汽车动力传动方法，所述混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：
所述混合动力汽车动力系统中的变速器收到换挡指令；
所述混合动力汽车动力系统中的第一动力切换装置断开；
所述混合动力汽车动力系统中的第二动力切换装置接合；
所述混合动力汽车的动力系统中的变速器进行换挡操作，其中，所述变速器进行换挡操作包括离合器断开，摘挡，挂挡，离合器接合；
所述混合动力汽车的动力系统中的电机在上述换挡过程中向动力输出轴输出转矩。
在本发明提供的混合动力汽车动力系统及其动力传动方法中，第一动力切换装置与第二动力切换装置分别连接在变速器的输入端和输出端与电机之间，接合和断开电机与变速器的输入输出端的动力传输，实现了P2型动力系统与P3型动力系统的相互切换。在发动机静车起动或车辆停车发电状态下，第一动力切换装置接合，第二动力切换装置断开，发动机与电机的动力相互耦合，实现快速起动、停车发电；当变速器换挡状态下，第一动力切换装置断开，第二动力切换装置接合，电机为动力输出轴提供补偿扭矩，可以实现无扭矩中断换挡，该动力传动方法可同时实现快速起动、停车发电及无扭矩中断换挡。
本发明兼具P2、P3型混合动力汽车传动装置的优点：与P2型方案相比，增加了无动力中断换挡功能；与P3型方案相比，增加了车辆静止时发动机快速起动和停车发电功能，且电机峰值转矩/功率较小，电机工作效率较高。本发明提升了现有单电机定轴式并联混合动力汽车传动装置的性能。
本发明的混合动力系统仅通过在传统自动变速器基础上增加两个动力切换装置，可以有效摆脱自动变速器(以下简称为AT)和双离合自动变速器(以下简称为DCT)等技术瓶颈。与采用AT/DCT作为传动装置的混合动力系统相比，集成难度低，增加成本小。
附图说明
图1是现有的混合动力汽车P2型动力系统结构图；
图2是现有的混合动力汽车P3型动力系统结构图；
图3是本发明实施例一混合动力汽车动力系统结构图；
图4是本发明实施例一混合动力汽车动力系统示意图；
图5是本发明实施例二混合动力汽车动力系统示意图；
图6是本发明实施例三混合动力汽车动力传动方法等效示意图；
图7是本发明实施例四混合动力汽车动力传动方法等效示意图；
图中所示：10-发动机；20-电机；21-电机输出轴齿轮；30-变速器；31-输入端；32-输出端；33-A挡输入轴齿轮；34-B挡输入轴齿轮；35-A挡和B挡切换同步器；36-A挡输出轴齿轮；37-B挡输出轴齿轮；40-离合器；50-动力输出轴；60-差速器；70-A车轮；71-B车轮；80-第一动力切换装置；81-第二动力切换装置；82-第一同步器；83-第一齿轮；84-第二同步器；85-第二齿轮。
具体实施方式
以下结合附图3～7和具体实施例对本发明提出的混合动力汽车动力系统及其动力传动方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于提供一种混合动力汽车动力系统及其动力传动方法，以实现同时实现快速起动、停车发电及无扭矩中断换挡。
为实现上述思想，本发明提供了一种混合动力汽车动力系统，包括发动机、变速器、离合器、第一动力切换装置、第二动力切换装置、动力输出轴及电机；本发明提供的混合动力汽车动力传动方法包括动力切换装置和离合器的断开和接合。
发动机起动分两种情况，一种是静车起动，即发动机起动时车辆静止；一种是行车起动，即车辆行进过程中(电机驱动)的发动机起动。以下实施例中涉及的发动机起动状态指车辆静止时的发动机起动。
以下实施例中所述的停车发电，是指车辆在停车状态下，发动机与电机组成发电单元为电池充电。发动机停机时，车辆有可能处于纯电动驱动状态，仅由电机驱动车辆，不适用于本发明。
进一步的，发动机静车起动过程是指发动机转速从零到某非零值的过程，针对发动机而言，起步过程是指车速从零到某非零值的过程，针对车辆而言。以下实施例中的静车起动是指车辆起步前的发动机起动过程，即车速为零时，发动机的起动过程。
<实施例一>
如图3所示，图3是本发明实施例一混合动力汽车动力系统结构图，本实施例提供了一种混合动力汽车动力系统1，混合动力汽车动力系统1包括发动机10、变速器30、离合器40、第一动力切换装置80、第二动力切换装置81、动力输出轴50及电机20，发动机10用于为混合动力汽车动力系统1提供转矩；离合器40连接于发动机10与变速器30之间，用于换挡时分离发动机10与变速器30；变速器30包括输入端31与输出端32，输入端31连接离合器40，输出端32连接动力输出轴50，用于控制混合动力汽车动力系统1动力输出；第一动力切换装置80连接于变速器30的输入端31与电机20之间，在发动机10静车起动和车辆停车发电过程中保持接合状态，在变速器30换挡过程中保持断开状态；第二动力切换装置81连接于变速器30的输出端32与电机20之间，在发动机10静车起动和车辆停车发电过程中保持断开状态，在变速器30换挡过程中保持接合状态。动力输出轴50输出动力系统1的转矩给差速器60，并通过差速器60传递给A车轮70与B车轮71，以实现汽车的运行。
如图4所示，图4是本发明实施例一混合动力汽车动力系统示意图。其中，变速器30还包括A挡输入轴齿轮33、B挡输入轴齿轮34、A挡与B挡切换同步器35、A挡输出轴齿轮36及B挡输出轴齿轮37。
第一动力切换装置80包括第一同步器82和正对第一同步器82的第一齿轮83。第一同步器82与变速器30的输入端31耦合，即第一同步器82的输出转速和转矩与变速器30的输入端31的参数相同，第一同步器82与变速器30的输入端31同步转动。
第二动力切换装置81包括第二同步器84和正对第二同步器84的第二齿轮85。第二同步器84与变速器30的输出端32耦合，即第二同步器84的输出转速和转矩与变速器30的输出端32的参数相同，第二同步器84与变速器30的输出端32同步转动。
第一齿轮83及第二齿轮85与电机20连接，即电机20的电机输出轴齿轮21通过与第二齿轮85啮合，第二齿轮85与第一齿轮83啮合，从而达到电机输出轴齿轮21与第一齿轮83及第二齿轮85的动力传输和同步转动。
发动机静车起动和车辆停车发电过程中，第一同步器82与第一齿轮83保持接合状态，第二同步器84与第二齿轮85保持断开状态，因此，转矩通过与变速器30的输入端31同步转动的第一同步器82、第一齿轮83及第二齿轮85在变速器30的输入端31和电机输出轴齿轮21之间传递，进而在发动机10和电机20之间传递，在发动机静车起动过程中，电机20的转矩也通过电机输出轴齿轮21、第二齿轮85、第一齿轮83及第一同步器82传递给变速器30的输入端31、离合器40，使发动机10快速起动；而在车辆停车发电过程中，发动机10的转矩通过离合器40及变速器30的输入端31传递给电机20，使电机20工作在发电机模式，与发动机10组成发电单元为电池充电。
在变速器换挡过程中，第一同步器82与第一齿轮83保持断开状态，第二同步器84与第二齿轮85保持接合状态，因此，与变速器30的输出端32同步转动的第二同步器84将通过第二齿轮85从电机输出轴齿轮21获取转矩，电机20的转矩通过电机输出轴齿轮21、第二齿轮85及第二同步器84传递给变速器30的输出端32，从离合器40分离开始到离合器40完全接合这段过程中，发动机10动力存在中断，电机20转矩通过第二动力切换装置81，动力输出轴50，差速器60，传递给车轮，即电机20通过输出补偿扭矩，可以实现无动力中断换挡，提高换挡平顺性。
以A挡换B挡为例：换挡前，变速器30在A挡，离合器40接合，A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33接合；混合动力汽车的动力系统中的变速器30收到换挡指令后，第一同步器82与第一齿轮83保持断开状态，第二同步器84与第二齿轮85保持接合状态，变速器30进行换挡操作，其中，所述变速器进行换挡操作包括离合器40断开，摘挡(A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33分离)，挂挡(A挡和B挡切换同步器35与B挡输入轴齿轮34接合)，最后离合器40接合完成换挡。从离合器40分离开始到离合器40完全接合这段过程中，发动机10动力存在中断，电机20转矩通过电机输出轴齿轮21、第二齿轮85及第二同步器84传递给变速器30的输出端32，再通过动力输出轴50，差速器60，传递给车轮，即电机20在上述整个换挡过程中向动力输出轴50输出转矩，通过输出补偿扭矩，可以实现无动力中断换挡，提高换挡平顺性。
<实施例二>
如图5所示，图5是本发明实施例二混合动力汽车动力系统示意图。与实施例一不同之处在于，本实施例中，电机输出轴齿轮21通过与第一齿轮83啮合，第二齿轮85与第一齿轮83啮合，从而达到电机输出轴齿轮21与第一齿轮83及第二齿轮85的动力传输和同步转动。其动力传输原理与实施例一相同。
实施例一与实施例二兼具P2、P3型混合动力汽车传动装置的优点：一、与P2型方案相比，增加了无动力中断换挡功能；二、与P3型方案相比，增加了车辆静止时发动机快速起动和停车发电功能，且电机峰值转矩/功率较小，电机工作效率较高。本发明提升了现有单电机定轴式并联混合动力汽车传动装置的性能。
<实施例三>
如图6所示，图6是本发明实施例三混合动力汽车动力传动方法等效示意图。本实施例的混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：所述混合动力汽车动力系统收到发动机静车起动或车辆停车发电指令；所述混合动力汽车动力系统中的第一动力切换装置接合；所述混合动力汽车动力系统中的第二动力切换装置断开；所述混合动力汽车动力系统中的离合器接合；所述混合动力汽车动力系统中的电机输入或输出转矩；所述混合动力汽车动力系统完成发动机静车起动或完成车辆停车发电。
本实施例中的混合动力汽车动力传动方法用于发动机静车起动和车辆停车发电过程中。本实施例中的发动机静车起动过程是指车辆静止时，发动机转速从零到某非零值的过程。当车辆静止且电池电量较低时，若车辆收到起步需求，混合动力汽车动力系统收到发动机静车起动指令，第一动力切换装置80接合，并保持该状态，第二动力切换装置81断开，并保持该状态，离合器40接合并保持该状态，等效的动力及转矩传递路线如图6所示，电机20向发动机10输出转矩，通过助力快速起动发动机10，直到混合动力汽车动力系统完成发动机静车起动。
本实施例中的车辆起步方案为：发动机10起动过程结束后，离合器40断开，变速器30切换挡位，即切换到起步的低挡位。变速器30切换挡位过程结束后，离合器40可以保持断开，车辆纯电动起步，离合器40也可以接合，车辆发动机或电机起步。
所述混合动力汽车动力系统收到车辆停车发电指令时，第一动力切换装置80接合并保持该状态，第二动力切换装置81断开并保持该状态，离合器40接合并保持该状态。当车辆停车发电时，发动机10输出转矩，第一动力切换装置80保持接合状态，第二动力切换装置81保持断开状态，离合器40接合，发动机10的输出转矩通过离合器40及第一动力切换装置80传递并输出给电机20，使电机20工作在发电机模式，与发动机10组成发电单元为电池充电，直至混合动力汽车动力系统完成车辆停车发电。
<实施例四>
如图7所示，图7是本发明实施例四混合动力汽车动力传动方法等效示意图。与实施例二的区别在于，本实施例的混合动力汽车动力传动方法用于变速器30换挡状态下。
本实施例的混合动力汽车动力传动方法等效的动力及转矩传递路线如图7所示，包括如下步骤：
所述混合动力汽车动力系统中的变速器收到换挡指令；所述混合动力汽车动力系统中的第一动力切换装置断开；所述混合动力汽车动力系统中的第二动力切换装置接合；所述混合动力汽车的动力系统中的变速器进行换挡操作，其中，所述变速器进行换挡操作包括离合器断开，摘挡(同步器与当前挡位齿轮分离)，挂挡(同步器与目标挡位齿轮接合)，离合器接合；所述混合动力汽车的动力系统中的电机在上述换挡过程中向动力输出轴输出转矩。
以A挡换B挡为例：换挡前，变速器30在A挡，离合器40接合，A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33接合；混合动力汽车的动力系统中的变速器30收到换挡指令后，第一同步器82与第一齿轮83保持断开状态，第二同步器84与第二齿轮85保持接合状态，变速器30进行换挡操作，其中，所述变速器进行换挡操作包括离合器40断开，摘挡(A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33分离)，挂挡(A挡和B挡切换同步器35与B挡输入轴齿轮34接合)，最后离合器40接合完成换挡。从离合器40分离开始到离合器40完全接合这段过程中，发动机10动力存在中断，电机20转矩通过电机输出轴齿轮21、第二齿轮85及第二同步器84传递给变速器30的输出端32，再通过动力输出轴50，差速器60，传递给车轮，即电机20在上述整个换挡过程中向动力输出轴50输出转矩，通过输出补偿扭矩，可以实现无动力中断换挡，提高换挡平顺性。如果在换挡前，第二动力切换装置81是断开的状态，则应该首先接合第二动力切换装置81，再进行换挡。对应地，如果在换挡前，第一动力切换装置80是接合的状态，则应该首先断开第二动力切换装置80，再进行换挡。。
在实施例三及实施例四提供的混合动力汽车动力传动方法中，连接在变速器的输入端和输出端与电机之间的第一动力切换装置与第二动力切换装置实现了接合和断开电机与变速器的输入输出端的动力传输，实现了P2型动力系统与P3型动力系统的相互切换。在发动机静车起动或车辆停车发电状态下，第一动力切换装置接合，第二动力切换装置断开，发动机与电机的动力相互耦合，实现快速起动、停车发电；当变速器换挡状态下，第一动力切换装置断开，第二动力切换装置接合，离合器断开，电机向动力输出轴提供补偿扭矩，可以实现无扭矩中断换挡，该动力传动方法可同时实现快速起动、停车发电及无扭矩中断换挡。
本发明的混合动力系统仅通过在传统自动变速器基础上增加两个动力切换装置，即可实现无动力中断换挡、车辆静止时发动机快速起动、停车发电等功能，可以有效摆脱自动变速器(以下简称为AT)和双离合自动变速器(以下简称为DCT)等技术瓶颈。与采用AT/DCT作为传动装置的混合动力系统相比，集成难度低，增加成本小。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述混合动力汽车动力系统包括发动机、离合器、变速器、第一动力切换装置、第二动力切换装置、动力输出轴及电机，其中：
所述发动机用于为所述混合动力汽车的动力系统提供转矩；
所述离合器连接于所述发动机与所述变速器之间，用于分离所述发动机与所述变速器；
所述变速器包括输入端与输出端，所述输入端连接所述离合器，所述输出端连接所述动力输出轴；
所述第一动力切换装置连接于所述变速器的输入端与所述电机之间；
所述第二动力切换装置连接于所述变速器的输出端与所述电机之间。
2.如权利要求1所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述第一动力切换装置包括第一同步器和正对所述第一同步器的第一齿轮。
3.如权利要求2所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述第一同步器与所述变速器的输入端耦合。
4.如权利要求3所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述第二动力切换装置包括第二同步器和正对所述第二同步器的第二齿轮。
5.如权利要求4所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述第二同步器与所述变速器的输出端耦合。
6.如权利要求4所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述第一齿轮及所述第二齿轮均与所述电机连接。
7.如权利要求6所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述第一同步器与所述第一齿轮在所述发动机静车起动和车辆停车过程中保持接合状态，在所述变速器换挡过程中保持断开状态。
8.如权利要求6所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述第二同步器与所述第二齿轮在所述发动机静车起动和车辆停车过程中保持断开状态，在所述变速器换挡过程中保持接合状态。
9.一种混合动力汽车动力传动方法，其特征在于，提供如权利要求1所述的混合动力汽车动力系统，所述混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：
所述混合动力汽车动力系统收到发动机静车起动或车辆停车发电指令；
所述混合动力汽车动力系统中的第一动力切换装置接合；
所述混合动力汽车动力系统中的第二动力切换装置断开；
所述混合动力汽车动力系统中的离合器接合；
所述混合动力汽车动力系统中的电机输入或输出转矩；
所述混合动力汽车动力系统完成发动机静车起动或完成车辆停车发电。
10.一种混合动力汽车动力传动方法，其特征在于，提供如权利要求1所述的混合动力汽车动力系统，所述混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：
所述混合动力汽车动力系统中的变速器收到换挡指令；
所述混合动力汽车动力系统中的第一动力切换装置断开；
所述混合动力汽车动力系统中的第二动力切换装置接合；
所述混合动力汽车的动力系统中的变速器进行换挡操作，其中，所述变速器进行换挡操作包括离合器断开，摘挡，挂挡，离合器接合；
所述混合动力汽车的动力系统中的电机在上述换挡过程中向动力输出轴输出转矩。
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