CN108482101B - 一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统，包括：发动机、电机、奇数轴、偶数轴、输出轴、奇数轴离合器、偶数轴离合器；发动机与奇数轴离合器的输入轴连接，奇数轴离合器的输出轴与奇数轴连接，偶数轴离合器的输入轴通过耦合同步器选择性地与电机相连或与发动机相连，偶数轴离合器的输出轴与偶数轴连接；奇数轴和偶数轴上安装有多个主动齿轮，输出轴上空套有多个与多个主动齿轮常啮合的从动齿轮，并通过同步器选择性地与不同从动齿轮连接；电机与奇数轴连接。本发明还提供一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统的控制方法。本发明可实现各个挡位下的电机联合驱动或发电和实现用电机平稳起动发动机。

Description

一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车动力系统，特别涉及一种双离合器混合动力汽车动力系统及其控制方法，属于电动汽车技术领域。

背景技术

双离合器变速器由于在换挡过程中无动力中断，因此得到广泛的应用。基于双离合器变速器开发的混合动力系统目前属于搭载开发的主流方案。

专利文献1(DE102009059944A1)公开的双离合器混合动力方案是在传统车的发动机和双离合器变速器之间增加一个分离离合器和电动机实现，其中分离离合器位于发动机和电动机之间。这种混合动力方案具备所有混合动力功能，无需对传统的双离合器变速器做改动，但是需要增加一个离合器来保证车辆用电机驱动的时候脱开发动机以及起动发动机，控制简单，但成本较高。

专利文献2(CN203543640U)公开的双离合器混合动力方案将电机与传统的双离合器变速器的奇数轴或者偶数轴相连。这种方案纯电动行驶时只能用与电机直接连接的奇数轴挡位或者偶数轴挡位驱动，且纯电动换挡过程中有动力中断。这种方案在纯电动行驶时不能用电机平稳起动发动机，需要额外的起动设备，成本较高。

专利文献3(CN103863085A)公开的双离合器混合动力方案将电机和双离合器变速器的奇数轴和偶数轴分别用一个同步器耦合。这种方案本质上与专利文献2相同，优点是纯电动驱动可以用到所有挡位。这种方案的纯电动换挡过程中也有动力中断，且在纯电动行驶时不能用电机平稳起动发动机，需要额外的起动设备，成本较高。

专利文献4(CN101716880A)公开的双离合器混合动力方案将电机和双离合器变速器的输出轴相连。这种方案纯电动驱动时无法换挡，电机扭矩需求大。这种方案混合动力电机无法实现停车发电，需要额外的高压发电装置，且在纯电动行驶时不能用电机平稳起动发动机，需要额外的起动设备，成本较高。

因此，亟待需要提供一种在纯电动行驶时能用电机平稳起动发动机，不需要额外的起动设备，成本较低的双离合器混合动力方案。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统，该系统在纯电动驱动时可以用电机平稳起动发动机，成本低，并且在发动机驱动和纯电动时可用多挡行驶，且换挡过程中无动力中断。另外，本发明还提供一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统的控制方法。

本发明采用的技术方案为：

本发明实施例提供一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统，包括：发动机、电机、奇数轴、偶数轴、输出轴、奇数轴离合器、偶数轴离合器、奇数挡同步器、偶数挡同步器和耦合同步器；所述发动机与所述奇数轴离合器的输入轴连接，所述奇数轴离合器的输出轴与所述奇数轴连接，所述偶数轴离合器的输入轴通过耦合同步器选择性地与所述电机相连或与所述发动机相连，所述偶数轴离合器的输出轴与所述偶数轴连接；所述奇数轴上安装有多个奇数挡主动齿轮，所述偶数轴上安装有多个偶数挡主动齿轮，所述输出轴上空套有多个与所述奇数挡主动齿轮和偶数挡主动齿轮常啮合的奇数挡从动齿轮和偶数挡从动齿轮，所述输出轴通过所述奇数挡同步器选择性地与不同的奇数挡从动齿轮连接，以及通过所述偶数挡同步器选择性地与不同的偶数挡从动齿轮连接；所述电机通过齿轮传动机构与所述奇数轴连接，所述电机的转速方向与所述奇数轴的转速方向相同。

可选地，所述系统的工作模式包括：停车发电模式，纯电动模式，发动机驱动、电机驱动或发电模式，制动能量回收模式。

可选地，在所述停车发电模式下，所述奇数挡同步器、所述偶数挡同步器和所述耦合同步器均处于断开状态，所述奇数轴离合器处于结合状态，所述偶数轴离合器处于分离状态，所述发动机驱动电机进行发电。

可选地，在所述纯电动模式下，所述奇数轴离合器处于分离状态，所述奇数挡同步器处于断开状态，所述偶数轴离合器处于结合状态，所述偶数挡同步器根据车速选择合适的偶数挡，所述电机通过所述耦合同步器与所述偶数轴离合器的输入轴相连，所述电机输出的动力通过选择的偶数挡传递到所述输出轴上，以驱动车辆。

可选地，在所述发动机驱动、电机驱动或发电模式下，所述偶数轴离合器的输入轴通过所述耦合同步器与所述发动机相连；

当所述发动机利用奇数挡驱动时，所述偶数轴离合器处于分离状态，所述偶数挡同步器处于结合状态，所述电机与发动机相连，直接参与驱动或发电；

当所述发动机利用偶数挡驱动时，所述奇数挡同步器处于断开状态，所述奇数轴离合器处于结合状态，所述电机参与驱动或发电。

可选地，在所述制动能量回收模式下，所述发动机停机，所述奇数挡同步器处于断开状态，所述奇数轴离合器处于分离状态，所述偶数轴离合器处于结合状态，所述偶数挡同步器选择合适的挡位进行结合，所述电机通过所述耦合同步器与所述偶数轴离合器的输入轴相连。

本发明另一实施例提供一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统的控制方法，用于对前述的系统进行控制，所述方法包括：通过对所述耦合同步器、所述奇数挡同步器、所述偶数挡同步器、所述奇数轴离合器和所述偶数轴离合器进行控制，以实现纯电动换挡控制和纯电动起动发动机控制。

可选地，所述纯电动换挡通过以下控制来实现：首先将电机扭矩降低为0，控制偶数挡同步器断开当前挡位对应的齿轮，然后控制电机的转速与目标偶数挡位对应的转速相同，然后再将电机扭矩降低为0，控制偶数挡同步器结合目标偶数挡位，完成纯电动换挡。

可选地，所述纯电动起动发动机通过以下控制来实现：首先控制偶数挡离合器的输出扭矩等于当前目标驱动扭矩，然后增加电机扭矩使偶数挡离合器处于打滑状态，保证偶数挡离合器的输出扭矩不变，然后逐渐结合奇数轴离合器，用电机拖动发动机起动。

本发明实施例提供的双离合器变速器混合动力汽车动力系统及其控制方法，偶数轴离合器通过一个耦合同步器选择性地与电机和发动机进行连接，实现电机和发动机的动力耦合，简单有效；另外，可以在纯电动模式下使用电机实现平稳起动发动机，无需其他起动装置，成本较低。此外，在发动机驱动时保留了传统双离合变速器无换挡动力中断的优点，同时可以实现各个挡位下的电机联合驱动或发电。

附图说明

图1为本发明实施例提供的双离合器变速器混合动力汽车动力系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的双离合器变速器混合动力汽车动力系统的结构示意图。如图1所示，本发明实施例提供的双离合器变速器混合动力汽车动力系统，包括：发动机ICE1、电机EM7、奇数轴3、偶数轴8、输出轴2、奇数轴离合器C1、偶数轴离合器C2、奇数挡同步器S1、偶数挡同步器S2和耦合同步器S0。

其中，所述发动机1与所述奇数轴离合器C1的输入轴连接，所述奇数轴离合器C1的输出轴与所述奇数轴3连接，所述偶数轴离合器C2的输入轴通过所述耦合同步器S0选择性地与所述电机7相连或与所述发动机1相连，所述偶数轴离合器C2的输出轴与所述偶数轴8连接。

所述奇数轴3上安装有多个奇数挡主动齿轮，所述偶数轴8上安装有多个偶数挡主动齿轮，所述输出轴2上空套有多个与所述奇数挡主动齿轮和偶数挡主动齿轮常啮合的奇数挡从动齿轮和偶数挡从动齿轮，所述输出轴2通过奇数挡同步器S1选择性地与不同的奇数挡从动齿轮连接，以及通过偶数挡同步器S2选择性地与不同的偶数挡从动齿轮连接。在一个实施例中，所述奇数轴3上安装有两个奇数挡主动齿轮，所述偶数轴8上安装有两个偶数挡主动齿轮，所述输出轴2上空套有两个与所述奇数挡主动齿轮常啮合的奇数挡从动齿轮，以及空套有两个与所述偶数挡主动齿轮常啮合的偶数挡从动齿轮。本实施例中的两个奇数挡主动齿轮和奇数挡从动齿轮分别相互配合构成两个奇数挡G1和G3，以及两个偶数挡主动齿轮和偶数挡从动齿轮分别相互配合构成两个偶数挡G2和G4。

在本发明实施例中，所述奇数挡同步器S1用于实现所述奇数挡从动齿轮与所述输出轴2选择性的结合，所述偶数挡同步器S2用于实现所述偶数挡从动齿轮与所述输出轴2选择性的结合。具体地，奇数挡同步器S1和偶数挡同步器S2有三个位置，其中，当所述奇数挡同步器S1位于左侧位置时，G1的从动齿轮与所述输出轴2结合，这样，动力可以通过G1传递到输出轴2；当所述奇数挡同步器S1位于右侧位置时，G3的从动齿轮与所述输出轴2结合，这样，动力可以通过G3传递到输出轴2；当所述奇数挡同步器S1位于中间位置(即处于断开状态)时，G1和G3的从动齿轮都与所述输出轴2处于分离状态。当所述偶数挡同步器S2位于左侧位置时，G2的从动齿轮与所述输出轴2结合，这样，动力可以通过偶数挡G2传递到输出轴2；当所述偶数挡同步器S2位于右侧位置时，G4的从动齿轮与所述输出轴2结合，这样，动力可以通过偶数挡G4传递到输出轴2；当所述偶数挡同步器S2位于中间位置(即处于断开状态)时，G2和G4的从动齿轮都与所述输出轴2处于分离状态。

所述电机7与所述偶数轴8同轴设置，所述电机通过一组齿轮传动机构与所述奇数轴3连接，所述电机的转速与所述奇数轴3的转速方向相同。在本实施例中，该一组齿轮传动机构包括安装在电机转轴上的电机齿轮6，以及与所述电机齿轮6相啮合的第一齿轮5和与所述第一齿轮5相啮合的第二齿轮4，第二齿轮4与所述奇数轴3连接，这样，电机7输出的动力可通过电机齿轮6、第一齿轮5和第二齿轮4而传递到奇数轴3，并且，通过该齿轮传动结构，可保证电机7的转速与奇数轴3的转速方向相同。此外，所述电机齿轮6与所述耦合同步器S0连接并空套在所述偶数轴离合器C2的输入轴上。

在本发明实施例中，所述耦合同步器S0用于实现所述偶数轴离合器的输入轴选择性地与所述电机或者与所述发动机结合。具体地，所述耦合同步器S0有三个位置，当所述耦合同步器S0位于左侧位置时，所述电机7与所述偶数轴离合器C2的输入轴结合；当所述耦合同步器S0位于右侧位置时，所述发动机1与所述偶数轴离合器C2的输入轴结合；当所述耦合同步器S0位于中间位置(即处于断开状态)时，发动机1和电机7均不与所述偶数轴离合器C2的输入轴结合。

在本实施例中，可通过对所述耦合同步器S0、所述奇数挡同步器S1、所述偶数挡同步器S2、所述奇数轴离合器C1和所述偶数轴离合器C2进行控制，实现所述发动机与所述电机之间的动力耦合和解耦，以实现多种驱动模式，所述驱动模式包括：停车发电模式，纯电动模式，发动机驱动、电机驱动或发电模式，制动能量回收模式等，各模式如下所示：

(1)停车发电模式

在该模式下，所述奇数挡同步器S1、所述偶数挡同步器S2和所述耦合同步器S0全部处于断开状态即处于中间位置，所述奇数轴离合器C1处于结合状态(即奇数轴离合器C1的输入轴与输出轴处于结合状态)，即发动机1与奇数轴3连接，所述偶数轴离合器C2处于分离状态(即偶数轴离合器C2的输入轴与输出轴处于分离状态)，发动机1输出的动力通过奇数轴3而给电机7进行充电。

(2)纯电动模式

在该模式下，车辆可以用纯电动起步也可以用纯电动行驶。本发明实施例利用偶数挡进行纯电动驱动。具体地，在纯电动驱动时，所述奇数轴离合器C1处于分离状态(即奇数轴离合器C1的输入轴与输出轴处于分离状态)，所述偶数轴离合器C2处于结合状态(即偶数轴离合器C2的输入轴与输出轴处于结合状态)，所述奇数挡同步器S1处于断开状态，所述偶数挡同步器S2根据车速选择合适的偶数挡进行结合，所述耦合同步器S0位于左侧位置，电机7与偶数轴离合器C2的输入轴相连，电机7输出的动力通过选择的偶数挡G2或G4传递到输出轴2上，以驱动车辆。

(3)发动机驱动、电机驱动或发电模式

在该模式下，所述偶数轴离合器C2的输入轴通过所述耦合同步器S0与所述发动机1相连；当所述发动机1利用奇数挡驱动时，所述偶数轴离合器C2处于分离状态，所述偶数挡同步器S2处于结合状态，所述电机7与发动机1相连，直接参与驱动或发电；当所述发动机1利用偶数挡驱动时，所述奇数挡同步器S1处于断开状态，所述奇数轴离合器C1处于结合状态，所述电机7参与驱动或发电。

具体地，在该模式下，耦合同步器S0位于右侧位置，使得发动机1通过所述耦合同步器S0和偶数轴离合器C2的输入轴相连。当发动机1利用奇数挡驱动时，奇数轴离合器C1处于结合状态，奇数挡同步器S1选择合适的奇数挡G1或G3进行驱动，偶数挡离合器C2处于分离状态，偶数挡同步器S2选择合适的偶数挡G2或G4结合，电机可7驱动或发电，即电机7输出的动力通过奇数轴3直接驱动输出轴2，或者发动机1通过奇数轴3输出动力给电机7以对电机进行充电；当发动机1利用偶数挡驱动时，偶数轴离合器C2处于结合状态，偶数挡同步器S2选择合适的偶数挡G2或G4进行驱动，奇数挡同步器S1全部断开(即位于中间位置)，奇数轴离合器C1处于结合状态，电机7进行驱动或发电，即电机1输出的动力依次通过奇数轴3、发动机1、偶数轴8而输出到输出轴2上，从而驱动输出轴2，或者，发动机1的动力通过奇数轴3而输出到电机以对电机7进行充电。

(4)制动能量回收模式

该模式下，发动机1停机，所述奇数轴离合器C1处于分离状态，所述偶数轴离合器C2处于结合状态，所述奇数挡同步器S1处于断开状态，所述偶数挡同步器S2选择合适的偶数挡位进行结合，所述耦合同步器S0位于左侧位置，即电机7通过所述耦合同步器S0与所述偶数轴离合器C2的输入轴相连，电机进行制动能量回收，即输出轴2的动力可通过偶数轴8而传递给电机7。

在本发明的另一实施例中，提供一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统的控制方法，用于对前述实施例的系统进行控制，所述方法包括：通过对所述耦合同步器S0、所述奇数挡同步器S1、所述偶数挡同步器S2、所述奇数轴离合器C1和所述偶数轴离合器C2进行控制，以实现纯电动换挡控制和纯电动起动发动机控制。本实施例的纯电动换挡控制和纯电动起动发动机控制如下所示：

1)纯电动换挡控制

首先将电机扭矩降低为0，控制偶数挡同步器S2断开当前挡位对应的齿轮，然后控制电机转速与目标偶数挡位对应的转速相同，然后再将电机扭矩降低为0，控制偶数挡同步器S2结合目标偶数挡位，完成纯电动换挡。

2)纯电动起动发动机控制

首先控制偶数轴离合器C2的输出扭矩等于当前目标驱动扭矩，然后增加电机扭矩使偶数挡离合器C2处于打滑状态，保证偶数轴离合器C2的输出扭矩不变，然后逐渐结合奇数轴离合器C1，用电机拖动发动机起动，具体可按照奇数轴离合器C1输出的扭矩满足发动机起动需求的扭矩来结合奇数轴离合器C1。

综上，本发明实施例提供的双离合器变速器混合动力汽车动力系统及其控制方法，偶数轴离合器通过一个耦合同步器选择性地与电机和发动机进行连接，实现电机和发动机的动力耦合，简单有效；另外，可以在纯电动模式下使用电机实现平稳起动发动机，无需其他起动装置，成本较低。此外，在发动机驱动时保留了传统双离合变速器无换挡动力中断的优点，同时可以实现各个挡位下的电机联合驱动或发电。

以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统，其特征在于，包括：发动机、电机、奇数轴、偶数轴、输出轴、奇数轴离合器、偶数轴离合器、奇数挡同步器、偶数挡同步器和耦合同步器；

所述发动机与所述奇数轴离合器的输入轴连接，所述奇数轴离合器的输出轴与所述奇数轴连接，所述偶数轴离合器的输入轴通过所述耦合同步器选择性地与所述电机相连或与所述发动机相连，所述偶数轴离合器的输出轴与所述偶数轴连接；

所述奇数轴上安装有多个奇数挡主动齿轮，所述偶数轴上安装有多个偶数挡主动齿轮，所述输出轴上空套有多个与所述奇数挡主动齿轮和偶数挡主动齿轮常啮合的奇数挡从动齿轮和偶数挡从动齿轮，所述输出轴通过所述奇数挡同步器选择性地与不同的奇数挡从动齿轮连接，以及通过所述偶数挡同步器选择性地与不同的偶数挡从动齿轮连接；

所述电机通过齿轮传动机构与所述奇数轴连接，所述电机的转速方向与所述奇数轴的转速方向相同。

2.根据权利要求1所述的双离合器变速器混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述系统的工作模式包括：停车发电模式，纯电动模式，发动机驱动、电机驱动或发电模式，制动能量回收模式。

3.根据权利要求2所述的双离合器变速器混合动力汽车动力系统，其特征在于，在所述停车发电模式下，所述奇数挡同步器、所述偶数挡同步器和所述耦合同步器均处于断开状态，所述奇数轴离合器处于结合状态，所述偶数轴离合器处于分离状态，所述发动机驱动电机进行发电。

4.根据权利要求2所述的双离合器变速器混合动力汽车动力系统，其特征在于，在所述纯电动模式下，所述奇数轴离合器处于分离状态，所述奇数挡同步器处于断开状态，所述偶数轴离合器处于结合状态，所述偶数挡同步器根据车速选择合适的偶数挡，所述电机通过所述耦合同步器与所述偶数轴离合器的输入轴相连，所述电机输出的动力通过选择的偶数挡传递到所述输出轴上，以驱动车辆。

5.根据权利要求2所述的双离合器变速器混合动力汽车动力系统，其特征在于，在所述发动机驱动、电机驱动或发电模式下，所述偶数轴离合器的输入轴通过所述耦合同步器与所述发动机相连；

当所述发动机利用奇数挡驱动时，所述偶数轴离合器处于分离状态，所述偶数挡同步器处于结合状态，所述电机与发动机相连，直接参与驱动或发电；

当所述发动机利用偶数挡驱动时，所述奇数挡同步器处于断开状态，所述奇数轴离合器处于结合状态，所述电机参与驱动或发电。

6.根据权利要求2所述的双离合器变速器混合动力汽车动力系统，其特征在于，在所述制动能量回收模式下，所述发动机停机，所述奇数挡同步器处于断开状态，所述奇数轴离合器处于分离状态，所述偶数轴离合器处于结合状态，所述偶数挡同步器选择合适的挡位进行结合，所述电机通过所述耦合同步器与所述偶数轴离合器的输入轴相连。

7.一种双离合器变速器混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于，用于对所述权利要求1至6任一项所述的系统进行控制，所述方法包括：通过对所述耦合同步器、所述奇数挡同步器、所述偶数挡同步器、所述奇数轴离合器和所述偶数轴离合器进行控制，以实现纯电动换挡控制和纯电动起动发动机控制。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述纯电动换挡通过以下控制来实现：

首先将电机扭矩降低为0，控制偶数挡同步器断开当前挡位对应的齿轮，然后控制电机的转速与目标偶数挡位对应的转速相同，然后再将电机扭矩降低为0，控制偶数挡同步器结合目标偶数挡位，完成纯电动换挡。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述纯电动起动发动机通过以下控制来实现：

首先控制偶数挡离合器的输出扭矩等于当前目标驱动扭矩，然后增加电机扭矩使偶数挡离合器处于打滑状态，保证偶数挡离合器的输出扭矩不变，然后逐渐结合奇数轴离合器，用电机拖动发动机起动。

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