CN107953765A - 基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，包括：燃料发动机；电控离合器，电控离合器的主动部分与燃料发动机相连，电控离合器的从动部分与第一传动轴相连；双离合自动变速器，双离合自动变速器中的双离合器的主动部分与第一传动轴相连，双离合器的从动部分与变速器输入轴相连，变速器输入轴与变速器输出轴通过挡位齿轮进行动力传递，第一电机通过齿轮与第一传动轴相连；第二电机，双离合自动变速器的变速器输出轴与第二电机相连，第二电机与差速器相连；蓄电系统，蓄电系统分别与第一电机和第二电机相连。本发明采用双电机配合使用，电机总功率增大，扩大纯电驱动及油电混合驱动模式使用范围，大幅度改善车辆燃油经济性和排放。

Description

基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统及车辆

技术领域

本发明涉及汽车动力系统的制造加工技术，尤其涉及一种基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统及车辆。

背景技术

随着国家对于燃油经济性和排放要求越来越严厉，混合动力车辆逐步普及。传统仅采用单电机的混合动力方案无法产生出较大的动力输出，双电机方案多采用行星齿轮进行电机耦合，而基于双离合自动变速器混合动力方案多采用P2同轴及P2非同轴混合动力方案，普遍存在布置空间限制多，电机可选功率偏小，能量回收效率低等问题。

通过电控离合器或齿轮进行电机耦合，欧洲车企根据电机在传动系统中耦合位置不同将混合动力划分为：弱混(P0)、中混(P1)、重混(P2、P3、P4)方案。弱混(P0)及中混(P1)节油能力极为有限，图1和图2示出了两种典型的重度混合动力方案，其中，图1所示为典型P2非同轴重混方案，采用单电机，电机输出轴与双离合自动变速器中间轴通过一组齿轮副连接；图2所示为典型P3重混方案，采用单电机，电机位于自动变速器与后桥差速器之间，自动变速器输出端及后桥差速器输入端固定连接。

上述现有结构普遍存在以下问题：

1)单独采用P2非同轴混合动力方案，电机与双离合自动变速器集成设计，受车辆布置空间限制，电机硬件尺寸受到极大的限制，因而不能选择较大功率的电机，导致车辆油耗、排放改善幅度偏小。

2)传统P2非同轴混合动力方案能量回收过程，制动能量从车轮、驱动轴、自动变速器传递至电机，由于自动变速器反拖效率偏低，因此导致该工况能量回收效率明显降低。

3)传统P3混合动力方案，发动机单独驱动电机储能模式下，电机吸收发动机输出额外功率，由于电机位于自动变速器输出端，发动机额外功率需经过自动变速器才能用于电机发电储能，而自动变速器传动效率仅为85％-90％，因此导致能量转化效率明显降低。

4)传统P3混合动力方案，燃料发动机、单电机与双离合自动变速器形成混合动力系统。在电机纯电驱动模式下，电机单独运转提供动力，而电机与双离合自动变速器输出轴连接，该状态下电机同时会带动双离合变速器输出系统包括输出轴、输出轴前后端轴承，各从动齿轮对应滚针轴承等部件运转，而该状态下发动机不运转，发动机与变速器之间的电控离合器断开，变速器离合器输入部分不能运转，导致自动变速器机械油泵不运转，无法为双离合自动变速器输出系统提供润滑及冷却油。

发明内容

针对现有混合动力存在的问题，本发明的目的在于提供了一种基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统及车辆，以改善车辆油耗和排放，降低整车的硬件匹配难度。

本发明提供了一种基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，包括：

燃料发动机；

电控离合器，电控离合器的主动部分与燃料发动机相连，电控离合器的从动部分与第一传动轴相连；

双离合自动变速器，双离合自动变速器包括双离合器、变速器输入轴、变速器输出轴和第一电机，双离合器的主动部分与第一传动轴相连，双离合器的从动部分与变速器输入轴相连，变速器输入轴与变速器输出轴通过挡位齿轮进行动力传递，第一电机通过齿轮与第一传动轴相连；

第二电机，双离合自动变速器的变速器输出轴与第二电机相连，第二电机与差速器相连；

蓄电系统，蓄电系统分别与第一电机和第二电机相连。

如上所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，优选的是，双离合自动变速器中的第一电机的电机轴与变速器输入轴平行设置，第一电机的电机轴上固定设置有电机驱动从动齿轮，第一传动轴上固定设置有电机驱动主动齿轮，电机驱动从动齿轮和电机驱动主动齿轮相啮合。

如上所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，优选的是，双离合自动变速器还包括冷却润滑油泵，冷却润滑油泵与双离合器的主动部分与相连，第一电机可通过第一传动轴、双离合器的主动部分驱动冷却润滑油泵，为双离合自动变速器提供润滑冷却油液。

如上所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，优选的是，双离合自动变速器中的双离合器包括第一离合器和第二离合器，变速器输入轴包括内输入轴和外输入轴，第一离合器和第二离合器的主动部分都与第一传动轴固定连接，第一离合器的从动部分与内输入轴相连，第二离合器的从动部分与外输入轴相连。

如上所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，优选的是，内输入轴和外输入轴同轴设置，外输出轴为空心轴，套设在内输出轴的外侧，变速器输出轴与内输入轴和外输入轴平行设置。

如上所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，优选的是，内输入轴上固定设置有一挡主动齿轮和三挡主动齿轮，变速器输出轴上对应设置有一挡从动齿轮和三挡从动齿轮，一挡主动齿轮与一挡从动齿轮相啮合，三挡主动齿轮和三挡从动齿轮相啮合，一挡从动齿轮和三挡从动齿轮之间设置有第一同步器。

如上所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，优选的是，外输入轴上固定设置有二挡主动齿轮和倒挡主动齿轮，变速器输出轴上对应设置有二挡从动齿轮和倒挡从动齿轮，二挡从动齿轮和倒挡从动齿轮之间设置有第二同步器，双离合自动变速器中还设置有倒挡轴，倒挡轴上固定设置有倒挡惰轮，二挡主动齿轮与二挡从动齿轮相啮合，倒挡主动齿轮和倒挡惰轮相啮合，倒挡惰轮和倒挡从动齿轮相啮合。

如上所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，优选的是，蓄电系统包括相互连接的逆变器和电存储装置。

如上所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其中，优选的是，还包括：

发动机控制单元，发动机控制单元与燃料发动机相连；

变速器控制单元，变速器控制单元与双离合自动变速器相连；

电力控制单元，电力控制单元与第一电机、第二电机和蓄电系统相连；

车辆控制模块，车辆控制模块与发动机控制单元、变速器控制单元和电力控制单元相连并可进行数据传输，以协调燃料发动机、双离合自动变速器、第一电机、第二电机和蓄电系统之间的配合。

一种车辆，其中，包括上述基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统。

本发明的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统及车辆具有以下优点：

1)采用双电机配合使用，电机总功率增大，扩大纯电驱动及油电混合驱动模式使用范围，大幅度改善车辆燃油经济性和排放。

2)通过增加第二电机可适当减小第一电机的功率，从而减小其体积，实现双离合自动变速器与电机集成设计，减小双离合自动变速器径向尺寸，极大降低在整车中的硬件匹配难度。

3)PCU控制单元根据使用模式设置两个电机在多种工况下使用优先级，实现了能量最佳利用，大幅改善能量利用率。

4)解决双离合自动变速器输出端设置电机形成的P3混合动力车辆，变速器必须增加电子油泵为纯电驱动模式下的变速器输出系统提供冷却润滑油问题。

附图说明

图1为现有P2非同轴重度混合动力系统的结构示意图；

图2为现有P3重度混合动力系统的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统的结构示意图；

图4为图3中的双离合自动变速器的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统的某一运行状态示意图。

附图标记说明：

T0—双离合自动变速器E1—第一电机E2—第二电机1—内输入轴2—外输入轴3—变速器输出轴4—倒挡轴5—第一传动轴C0—双离合器的主动部分C1—第一离合器C2—第二离合器C3—电控离合器11—一挡主动齿轮13—三挡主动齿轮22—二挡主动齿轮20—倒挡主动齿轮31—一挡从动齿轮33—三挡从动齿轮32—二挡从动齿轮30—倒挡从动齿轮40—倒挡惰轮50—电机驱动主动齿轮60—电机驱动从动齿轮70—冷却润滑油泵S1—第一同步器S2—第二同步器ECU—发动机控制单元TCU—变速器控制单元PCU—电力控制单元VSC—车辆控制模块

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

参照图3至图5，本实施例公开了一种安装于前纵置后驱动车辆上的混合动力系统。该混合动力系统包括燃料发动机、电控离合器、双离合自动变速器、第二电机和蓄电系统。

其中，燃料发动机与电控离合器C3的主动部分相连，电控离合器C3的从动部分与第一传动轴5相连，电控离合器C3为常闭合离合器；双离合自动变速器T0包括双离合器、变速器输入轴、变速器输出轴和第一电机，双离合器的主动部分C0与第一传动轴5相连，从动部分与变速器输入轴相连，变速器输入轴与变速器输出轴通过挡位齿轮进行动力传递，第一电机E1通过齿轮与第一传动轴5相连；双离合自动变速器T0的变速器输出轴3与第二电机E2相连，第二电机E2与后桥差速器相连；蓄电系统分别与第一电机E1和第二电机E2相连。

具体来说，双离合自动变速器T0中的双离合器包括第一离合器C1和第二离合器C2，变速器输入轴包括内输入轴1和外输入轴2，其中，第一离合器C1和第二离合器C2的主动部分都与第一传动轴5固定连接，第一离合器C1的从动部分与内输入轴1相连，第二离合器C2的从动部分与外输入轴2相连。

进一步，本实施例中，内输入轴1和外输入轴2同轴设置，外输出轴2为空心轴，套设在内输出轴1的外侧。其中，内输入轴1上固定设置有一挡主动齿轮11和三挡主动齿轮13，外输入轴2上固定设置有二挡主动齿轮22和倒挡主动齿轮20。

进一步，变速器输出轴3与内输入轴1和外输入轴2平行设置，变速器输出轴3上依次设置有一挡从动齿轮31、三挡从动齿轮33、二挡从动齿轮32和倒挡从动齿轮30。其中，一挡从动齿轮31、三挡从动齿轮33、二挡从动齿轮32、倒挡从动齿轮30空套在变速器输出轴3上，一挡从动齿轮31和三挡从动齿轮33之间设置有第一同步器S1，二挡从动齿轮32和倒挡从动齿轮30之间设置有第二同步器S2。

进一步，双离合自动变速器T0中还设置有倒挡轴4，倒挡轴4上固定设置有倒挡惰轮40。

其中，一挡主动齿轮11与一挡从动齿轮31相啮合，二挡主动齿轮22与二挡从动齿轮32相啮合，三挡主动齿轮13和三挡从动齿轮33相啮合，倒挡主动齿轮20和倒挡惰轮40相啮合，倒挡惰轮40和倒挡从动齿轮30相啮合。

此外，双离合自动变速器T0中的第一电机E1的电机轴与变速器输入轴平行设置，第一电机E1的电机轴上固定设置有电机驱动从动齿轮60，第一传动轴5上固定设置有电机驱动主动齿轮50，电机驱动从动齿轮60和电机驱动主动齿轮50相啮合。

进一步，双离合自动变速器T0中还包括冷却润滑油泵70，冷却润滑油泵70与双离合器的主动部分C0与相连，第一电机E1可通过第一传动轴5、双离合器的主动部分C0驱动冷却润滑油泵70。

另外，本发明的混合动力系统中燃料发动机与发动机控制单元ECU相连；双离合自动变速器与变速器控制单元TCU相连；第一电机、第二电机和蓄电系统与电力控制单元PCU相连，蓄电系统可包括相互连接的逆变器和电存储装置，电存储装置可使用来自外部电源的电力进行充电。

其中，发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU和电力控制单元PCU可与车辆控制模块VSC相连并可进行数据传输，车辆控制模块VSC传输TCU、ECU及PCU之间数据并与车辆其他控制器通信，根据车辆当前状态及用于驾驶请求系统判断和发送TCU、ECU、PCU操作信号，实现各种工况下各系统之间准确配合。具体配合方式可参考下述简要说明：

1)燃料发动机单独驱动且有额外功率输出工况下，PCU控制器选择第一电机用作发电机，吸收燃料发动机额外输出功率，为电存储装置充电，实现能量回收，第一电机与由燃料发动机输出端采用一组齿轮副啮合，与第二电机吸收额外功率相比，采用第一电机能量不经过双离合自动变速器传递，减小机械损失。

2)车辆下坡、减速、制动时，PCU控制器根据控制策略优先选择第二电机用作发电机，吸收制动能量为电存储装置充电，与直接采用第一电机吸收制动能量相比，优先选用第二电机制动能量不经过双离合自动变速器传递，减小了机械损失。

3)急加速工况燃料发动机与电机联合驱动，PCU控制器选择第二电机用作驱动电机，第二电机输出动力通过差速器直接传递至车轮，与使用第一电机用作驱动电机相比，电机输出动力不经过双离合自动变速器传递，减小了机械损失。

本发明的混合动力系统采用两个电机与燃料发动机配合，通过合理的控制逻辑针对混合动力车辆能量回收工况进行优化提升，提高回收效率。

下面结合图3和图5，对本发明的混合动力系统的工作原理进行说明：

在车辆需要燃料发动机参与工作时，第一电机E1用作起动机，快速提升燃料发动机转速，实现燃料发动机快速点火起动。

在车辆起步阶段，动力由第一电机E1输出，起步完成后根据驾驶员意图及路况，选择车辆驱动模式。

在车辆行驶过程中动力需求降低至当前可用电功率以下时，燃料发动机自动停止，电控离合器C3断开，电力控制单元PCU协调控制第二电机E2与第一电机E1动力输出，其中，第二电机E2优先作为驱动电机，第一电机E1作为辅助电机。

在第二电机E2与第一电机E1共同驱动车辆时，根据变速器控制单元TCU中设置的基于双电机纯电驱动模式的换挡策略进行挡位切换，调节两个电机输出转速及扭矩，使其在最佳工作区域运转。

在第二电机E2单独驱动车辆时，双离合自动变速器T0中的第一离合器C1和第二离合器C2断开，第一电机E1低负荷运转驱动与双离合器的主动部分C0连接的冷却润滑油泵40正常运转，向被第二电机E2所带动的双离合变速器输出系统提供必要的冷却和润滑油液，如图5中所示。

在急加速状态下，车辆需求功率较大，电控离合器C3闭合，燃料发动机介入工作，第二电机E2与燃料发动机在车辆控制模块VSC的协调控制下实现转速协调，联合驱动车辆。

在燃料发动机驱动电机蓄能状态下，燃料发动机单独输出动力，电控离合器C3闭合，基于变速器控制单元TCU中设置的换挡策略，根据当前车速及加速踏板开度控制第一离合器C1或第二离合器C2闭合实现动力输出。该状态下第一电机E1被用作发电机，吸收燃料发动机额外输出功率为电存储装置充电，并调节燃料发动机工作点，使燃料发动机工作在高效区域。

在下坡、减速、制动时，电力控制单元PCU优先控制第二电机E2工作在发电状态，为电存储装置充电；当处于重制(紧急)动状态下，电力控制单元PCU控制第二电机E2与第一电机E1同时工作在发电状态，为电存储装置充电，完成制动能量。

本发明的混合动力系统具有以下优点：

1)双离合自动变速器的输出端增加第二电机，与输入端第一电机配合使用，增大电机总功率，增大纯电驱动及油电联合驱动模式使用工况和范围，大幅度改善车辆油耗和排放。同时，通过增加第二电机可适当减小第一电机的功率，从而减小其体积，实现DCT与第一电机集成设计，减小DCT变速器径向尺寸，降低在整车中的硬件匹配难度。

2)双离合自动变速器中增加第一电机后，第二电机纯电驱动模式，第一离合器和第二离合器断开状态下，第一电机驱动双离合器主动部分，双离合器主动部分驱动油泵运转，实现为变速器输出系统提供冷却润滑油液，解决了传统P3混合动力系统中与DCT变速器集成后，第二电机纯电驱动模式下，DCT变速器输出系统无法进行正常的润滑及冷却问题。

3)提高了制动、减速能量回收过程中的能量回收效率，车辆制动、减速状态下，能量通过车轮、驱动轴直接传递至第二电机，不经过自动变速器，减小额外能量损失，提高制动能量回收效率。同时，在紧急制动状态下，第二电机与第一电机还可以同时工作在发电状态，能量回收效率进一步得到提高。

4)提高了燃料发动机单独驱动车辆情况下，燃料发动机额外能量的发电效率，采用双电机结构，PCU根据控制策略控制第一电机用作发电机，用于吸收发动机额外能量，同时调节燃料发动机工作范围，第一电机与燃料发动机直接连接，能量不经过自动变速器，大幅减低额外能量损耗，提高发电效率。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，包括：

燃料发动机；

电控离合器，电控离合器的主动部分与燃料发动机相连，电控离合器的从动部分与第一传动轴相连；

双离合自动变速器，双离合自动变速器包括双离合器、变速器输入轴、变速器输出轴和第一电机，双离合器的主动部分与第一传动轴相连，双离合器的从动部分与变速器输入轴相连，变速器输入轴与变速器输出轴通过挡位齿轮进行动力传递，第一电机通过齿轮与第一传动轴相连；

第二电机，双离合自动变速器的变速器输出轴与第二电机相连，第二电机与差速器相连；

蓄电系统，蓄电系统分别与第一电机和第二电机相连。

2.根据权利要求1所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，双离合自动变速器中的第一电机的电机轴与变速器输入轴平行设置，第一电机的电机轴上固定设置有电机驱动从动齿轮，第一传动轴上固定设置有电机驱动主动齿轮，电机驱动从动齿轮和电机驱动主动齿轮相啮合。

3.根据权利要求1或2所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，双离合自动变速器还包括冷却润滑油泵，冷却润滑油泵与双离合器的主动部分与相连，第一电机可通过第一传动轴、双离合器的主动部分驱动冷却润滑油泵，为双离合自动变速器提供润滑冷却油液。

4.根据权利要求1所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，双离合自动变速器中的双离合器包括第一离合器和第二离合器，变速器输入轴包括内输入轴和外输入轴，第一离合器和第二离合器的主动部分都与第一传动轴固定连接，第一离合器的从动部分与内输入轴相连，第二离合器的从动部分与外输入轴相连。

5.根据权利要求4所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，内输入轴和外输入轴同轴设置，外输出轴为空心轴，套设在内输出轴的外侧，变速器输出轴与内输入轴和外输入轴平行设置。

6.根据权利要求5所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，内输入轴上固定设置有一挡主动齿轮和三挡主动齿轮，变速器输出轴上对应设置有一挡从动齿轮和三挡从动齿轮，一挡从动齿轮和三挡从动齿轮之间设置有第一同步器，一挡主动齿轮与一挡从动齿轮相啮合，三挡主动齿轮和三挡从动齿轮相啮合。

7.根据权利要求5或6所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，外输入轴上固定设置有二挡主动齿轮和倒挡主动齿轮，变速器输出轴上对应设置有二挡从动齿轮和倒挡从动齿轮，二挡从动齿轮和倒挡从动齿轮之间设置有第二同步器，双离合自动变速器中还设置有倒挡轴，倒挡轴上固定设置有倒挡惰轮，二挡主动齿轮与二挡从动齿轮相啮合，倒挡主动齿轮和倒挡惰轮相啮合，倒挡惰轮和倒挡从动齿轮相啮合。

8.根据权利要求1所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，蓄电系统包括相互连接的逆变器和电存储装置。

9.根据权利要求1所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统，其特征在于，还包括：

发动机控制单元，发动机控制单元与燃料发动机相连；

变速器控制单元，变速器控制单元与双离合自动变速器相连；

电力控制单元，电力控制单元与第一电机、第二电机和蓄电系统相连；

车辆控制模块，车辆控制模块与发动机控制单元、变速器控制单元和电力控制单元相连并可进行数据传输，以协调燃料发动机、双离合自动变速器、第一电机、第二电机和蓄电系统之间的配合。

10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1至9中任一所述的基于纵置双离合自动变速器的混合动力系统。