CN107054050A - 汽车混合动力耦合系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车领域，公开了一种汽车混合动力耦合系统及其控制方法，该耦合系统通过采用第一行星齿轮的方式将发动机上的动力传递给发电机，并在该第一行星齿轮上设置第一制动器，从而使得该耦合系统的结构紧凑、节省空间，通过第一制动器与第一行星齿轮的接合或断开能够实现动力模式的切换，且第一制动器与第一行星齿轮断开时能够实现行星齿轮中各旋转元件的速比调节，实现了发动机与电动机之间的速比可调，且该速比调节范围较大，同时满足了动力性和经济性的要求；该控制方法通过判断电池的剩余电量值和车速的大小来控制不同动力模式的切换，由此满足了不同工况条件下的行驶要求，能够同时获得优良的动力性能和经济性能。

Description

汽车混合动力耦合系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，特别是涉及一种汽车混合动力耦合系统及其控制方法。

背景技术

进入21世纪以来，中国汽车产销量持续增长，成为世界汽车大国。在此背景下，汽车产业内部增长动力、消费结构、生产模式与竞争格局等均在发生深刻变化，而能源、环境、交通等产业外部因素制约也日益严峻。节能与新能源汽车作为汽车工业未来发展的重要方向，对中国能源、环境、科技、经济等方面将产生深远影响。发展节能与新能源汽车(如油电混合动力汽车)，遵循了中国倡导发展循环经济与节约经济的战略方针，对于践行供给侧改革思路、促进汽车产业转型升级、提升产业国际竞争力，以及建设环境友好型社会具有重大战略意义。

最常见的油电混合动力汽车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。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。而且，目前混合动力变速箱集成电机的方案中，发动机与发电机之间普遍采用一档齿轮结构连接，无法实现多个速比可调的效果，要获得动力性和经济性都满意往往比较困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、节省空间、速比可调且能够实现动力模式切换的汽车混合动力耦合系统及其控制方法。

为了实现上述目的，本发明提供一种汽车混合动力耦合系统，其包括发动机、发电机、驱动电机和差速器，所述发动机通过第一行星齿轮与所述发电机连接，所述第一行星齿轮上还连接有第一制动器，所述驱动电机通过传动装置与所述差速器连接，所述传动装置与所述第一行星齿轮通过第一齿轮副连接；

所述第一行星齿轮包括三个旋转元件，所述三个旋转元件分别为第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；

所述第一制动器与所述第一齿轮副分别连接于所述第一行星齿轮的三个所述旋转元件中的同一个旋转元件上，所述第一行星齿轮其余的两个旋转元件分别与所述发动机、所述发电机一一对应连接。

作为优选方案，所述发动机与所述第一齿圈连接，所述发电机与所述第一太阳轮连接，所述第一制动器与所述第一行星架连接，所述第一行星架通过第一齿轮副与所述传动装置连接。

作为优选方案，所述系统还包括第二制动器，所述第二制动器与所述第一齿圈连接。

作为优选方案，所述传动装置包括第二行星齿轮和第二齿轮副，所述第二行星齿轮包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；

所述驱动电机与所述第二太阳轮连接，所述第一齿轮副与所述第二齿圈连接，所述第二行星架通过第二齿轮副与所述差速器连接。

作为优选方案，所述系统还包括扭转减震器，所述扭转减震器的一端与所述发动机连接，所述扭转减震器的另一端与所述第一行星齿轮连接。

为了实现相同的上述目的，本发明还提供一种基于所述的汽车混合动力耦合系统的控制方法，包括以下步骤：判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述系统的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发动机不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述系统进入单电机纯电动模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发动机工作，所述发动机带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述系统进入增程模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮断开，且所述发动机工作，发动机的一部分动力与所述驱动电机的动力相耦合并传递给所述差速器，所述发动机的另一部分动力带动所述发电机发电，所述系统进入混合驱动模式。

作为优选方案，所述系统还包括第二制动器，所述第二制动器与所述发动机连接于所述第一行星齿轮的同一所述旋转元件上，所述控制方法包括：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮断开，控制第二制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发电机工作，所述发电机与所述驱动电机的动力相耦合并经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述系统进入双电机纯电动模式。

作为优选方案，所述控制方法还包括：

在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。

综上，本发明提供一种汽车混合动力耦合系统及其控制方法，该耦合系统通过采用第一行星齿轮的方式将发动机上的动力传递给发电机，并在该第一行星齿轮上设置第一制动器，从而使得该耦合系统的结构紧凑、布置方式多样化、节省空间，且通过第一制动器与第一行星齿轮的接合或断开实现动力模式的切换，并当时第一制动器与第一行星齿轮断开时能够实现行星齿轮中各旋转元件的速比调节，由此实现发动机与电动机之间的速比可调，且该速比调节范围较大，同时满足了动力性和经济性的要求；该控制方法通过判断电池的剩余电量值和车速的大小来控制不同动力模式的切换，由此满足了不同工况条件下的行驶要求，能够同时获得优良的动力性能和经济性能。

附图说明

图1是本发明实施例一的汽车混合动力耦合系统结构图；

图2是本发明实施例一的汽车混合动力耦合系统在单电机纯电动模式下动力传递的示意图；

图3是本发明实施例一的汽车混合动力耦合系统在增程模式下动力传递的示意图；

图4是本发明实施例一的汽车混合动力耦合系统在混合动力模式下动力传递的示意图；

图5是本发明实施例二的汽车混合动力耦合系统结构图；

图6是本发明实施例二的汽车混合动力耦合系统在双电机纯电动模式下动力传递的示意图；

图7是本发明实施例一的汽车混合动力耦合系统的控制方法的流程示意图。

其中，1、发动机；2、扭转减震器；3、第一太阳轮；4、第一行星架；5、第一齿圈；6、发电机；7、第一制动器；8、第二太阳轮；9、第二行星架；10、第二齿圈；11、驱动电机；12、第二齿轮副；14、差速器；16、第一行星齿轮；18、第二行星齿轮；41、第一齿轮副；71、第二制动器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例一：

如图1所示，本发明实施例一的一种汽车混合动力耦合系统，包括：第一行星齿轮16、发动机1、发电机6、第一制动器7和驱动电机11，其中，第一行星齿轮16包括三个旋转元件，三个所述旋转元件分别为第一太阳轮3、第一行星架4和第一齿圈5，发电机6通过第一行星齿轮16与发动机1连接，发动机1的动力能够通过第一行星齿轮16传递到发电机6上，从而实现发电和给电池充电，该种行星齿轮传动方式不仅结构简单而且能够实现多种布置方式，有助于高效利用空间以及提高电机功率，驱动电机11通过传动装置与差速器14连接，以实现通过电动模式为汽车提供动力，所述第一行星齿轮16与传动装置通过第一齿轮副41连接，由此使得能够将发动机1上的动力依次经过第一行星齿轮16、第一齿轮副41、传动装置传递到差速器14上，从而能够实现发动机1以油动模式为汽车提供动力，所述第一齿轮副41与第一制动器7分别连接于第一行星齿轮16的三个所述旋转元件中的同一所述旋转元件上，第一行星齿轮16的其余两个所述旋转元件分别与所述发动机1、所述发电机6一一对应连接，该第一制动器7通过与第一行星齿轮16接合或断开来进行动力传递方式的切换，且当第一制动器7与第一行星齿轮16断开时能够实现对第一行星齿轮16的速比进行调节，从而同时可以满足汽车的动力性和经济性要求。

基于上述方案，本实施例一提供的一种汽车的混合动力耦合系统，通过采用第一行星齿轮的连接方式将发动机上的动力传递给发电机，并在该第一行星齿轮上设置第一制动器，从而使得该耦合系统的结构紧凑、布置方式多样化、节省空间，通过第一制动器与第一行星齿轮的接合或断开以实现动力模式的切换，且通过第一制动器与第一行星齿轮的断开状态能够实现行星齿轮中各旋转元件的速比调节，由此实现发动机与电动机之间的速比可调，且该速比调节范围较大，同时满足了汽车的动力性和经济性要求。

具体地，如图1所示，本发明实施例一提供的一种汽车混合动力耦合系统，发动机1与发电机6位于第一行星齿轮16的两侧且二者同轴连接，发动机1与第一齿圈5连接，发电机6与第一太阳轮3连接，第一制动器7与第一行星架4连接，第一齿轮副41连接于第一行星架4上且与第一行星架4同步转动；依据发动机1的工作与否以及第一制动器7与第一行星架4的接合或断开状态，上述的混合动力耦合系统具有以下三种动力模式：

1)如图2所示，当发动机1不工作，第一制动器7与第一行星架4接合并使得第一行星架4固定不动时，上述的混合动力耦合系统中只有驱动电机11工作并通过传动装置将动力传递给差速器14，进而差速器14带动车轮转动，由此实现单电机纯电动模式。

2)如图3所示，当发动机1工作，第一制动器7与第一行星架4接合并使得第一行星架4固定不动时，驱动电机11工作并通过传动装置将动力传递给差速器14，发动机1的动力输出给发电机6发电，给电池充电，由此实现增程模式。

3)如图4所示，当发动机1工作，第一制动器7与第一行星架4断开并不干扰第一行星架4的运动时，驱动电机11工作并通过传动装置将动力传递给差速器14，发动机1的动力一部分传递给发电机6发电，发动机1的另一部分动力依次通过第一行星架4、第一齿轮副41以及传动装置将动力传递给差速器14，由此实现混动模式。

上述的各种工作模式切换过程中，驱动电机11参与驱动，动力不存在动力中断现象，且上述的混动工作模式下，可以通过第一行星齿轮16调速，优化发动机1的工作区间，提高发动机1的经济性能。

优选地，如图1所示，上述的传动装置包括第二行星齿轮18、第二齿轮副12，第二行星齿轮18包括第二太阳轮8、第二行星架9和第二齿圈10；驱动电机11与所述第二太阳轮8连接，第一齿轮副41与第二齿圈10连接，第二齿轮副12与第二行星架8连接；第二齿轮副12与差速器14连接。由此驱动电机11通过第二行星齿轮18连接输出，可以增加驱动电机11的速比，有利于驱动电机11的高速化驱动，从而可以减小驱动电机11的体积，有利于节省空间和轻量化。

进一步优选地，如图1所示，上述的动力耦合系统还包括扭转减震器2，该扭转减震器2的一端与发动机1连接，该扭转减震器2的另一端与第一行星齿轮16连接，由此能够缓和非稳定工况下扭转冲击载荷，改善接合与传动的平顺性。

此外，本发明实施例还提供一种基于上述的汽车混合动力耦合系统的控制方法，包括以下步骤：

判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述系统的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发动机不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述系统进入单电机纯电动模式，动力传递路线如图2中箭头所示；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发动机工作，所述发动机带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述系统进入增程模式，动力传递路线如图3中箭头所示；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮断开，且所述发动机工作，发动机的一部分动力与所述驱动电机的动力相耦合并传递给所述差速器，所述发动机的另一部分动力带动所述发电机发电，所述系统进入混合驱动模式，动力传递路线如图4中箭头所示。

以上三种模式以表格体现如下：

上述的第一阈值用于判断电池的剩余电量值的高低，第二阈值用于判断车速的高低，本实施例中不对第一阈值和第二阈值的取值范围进行限定，通常可以根据具体的控制策略自由设定，不同控制策略下，第一阈值和第二阈值的取值不尽相同，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进行模式的自由切换。

优选地，如图5所示，所述系统还包括第二制动器，所述第二制动器与所述发动机连接于所述第一行星齿轮的同一所述旋转元件上，所述控制方法包括：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮断开，控制第二制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发电机工作，所述发电机与所述驱动电机的动力相耦合并经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述系统进入双电机纯电动模式，动力传递路线如图6中箭头所示，该种模式有助于提高纯电动模式下的动力性能，且满足了经济性要求。

进一步优选地，在汽车制动时，驱动电机产生制动力矩制动车轮，同时其驱动电机的线圈绕组中将产生感应电流向电池充电，实现制动能量回收。由此，本实施例的控制方法还包括：

在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。

实施例二：

如图5所示，本发明实施例二提供的一种汽车混合动力耦合系统与实施例一的区别在于，该耦合系统还包括第二制动器71，该第二制动器71与第一齿圈5连接，用以控制第一齿圈5的旋转与否，由此增加了另一种动力工作模式，即双电机纯电动模式，具体地，如图6所示，当第二制动器71与第一齿圈5接合使得第一齿圈5不转动，使得发动机1的动力无法传递输出，第一制动器7与第一行星架4断开，此间，发电机6工作并将动力依次通过第一行星架4、第一齿轮副41、传动装置将动力传递给差速器14，且驱动电机11不间断工作，从而形成双电机纯电动模式，该种模式下使得该耦合系统具有更优良的加速性能、省油效果、节能减排和经济性效果。

综上，本发明实施例提供一种汽车混合动力耦合系统及其控制方法，该耦合系统通过采用第一行星齿轮的方式将发动机上的动力传递给发电机，并在该第一行星齿轮上设置第一制动器，从而使得该耦合系统的结构紧凑、布置方式多样化、节省空间，通过第一制动器与第一行星齿轮的断开或接合以实现动力模式的切换，且通过第一制动器与第一行星齿轮的断开状态能够实现行星齿轮中各旋转元件的速比调节，由此实现发动机与电动机之间的速比可调，且该速比调节范围较大，同时满足了动力性和经济性的要求；该控制方法通过判断电池的剩余电量值和车速的大小来控制不同动力模式的切换，由此满足了不同工况条件下的行驶要求，能够同时获得优良的动力性能和经济性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种汽车混合动力耦合系统，其包括发动机、发电机、驱动电机和差速器，其特征在于，所述发动机通过第一行星齿轮与所述发电机连接，所述第一行星齿轮上还连接有第一制动器，所述驱动电机通过传动装置与所述差速器连接，所述传动装置与所述第一行星齿轮通过第一齿轮副连接；

所述第一行星齿轮包括三个旋转元件，所述三个旋转元件分别为第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；

所述第一制动器与所述第一齿轮副分别连接于所述第一行星齿轮的三个所述旋转元件中的同一个旋转元件上，所述第一行星齿轮其余的两个旋转元件分别与所述发动机、所述发电机一一对应连接。

2.如权利要求1所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述发动机与所述第一齿圈连接，所述发电机与所述第一太阳轮连接，所述第一制动器与所述第一行星架连接，所述第一行星架通过第一齿轮副与所述传动装置连接。

3.如权利要求2所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述汽车混合动力耦合系统还包括第二制动器，所述第二制动器与所述第一齿圈连接。

4.如权利要求1-3任一项所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述传动装置包括第二行星齿轮和第二齿轮副，所述第二行星齿轮包括第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；

所述驱动电机与所述第二太阳轮连接，所述第一齿轮副与所述第二齿圈连接，所述第二行星架通过第二齿轮副与所述差速器连接。

5.如权利要求1-3任一项所述的汽车混合动力耦合系统，其特征在于，所述汽车混合动力耦合系统还包括扭转减震器，所述扭转减震器的一端与所述发动机连接，所述扭转减震器的另一端与所述第一行星齿轮连接。

6.一种基于权利要求1所述的汽车混合动力耦合系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述汽车混合动力耦合系统的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发动机不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述系统进入单电机纯电动模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发动机工作，所述发动机带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述汽车混合动力耦合系统进入增程模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速高于第二阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮断开，且所述发动机工作，发动机的一部分动力与所述驱动电机的动力相耦合并传递给所述差速器，所述发动机的另一部分动力带动所述发电机发电，所述汽车混合动力耦合系统进入混合驱动模式。

7.如权利要求6所述的汽车混合动力耦合系统的控制方法，其特征在于，所述系统还包括第二制动器，所述第二制动器与所述发动机连接于所述第一行星齿轮的同一所述旋转元件上，所述汽车混合动力耦合系统的控制方法包括：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述第一制动器与所述第一行星齿轮断开，控制第二制动器与所述第一行星齿轮接合，且所述发电机工作，所述发电机与所述驱动电机的动力相耦合并经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述汽车混合动力耦合系统进入双电机纯电动模式。

8.如权利要求6所述的汽车混合动力耦合系统的控制方法，其特征在于，所述汽车混合动力耦合系统的控制方法还包括：

在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。