CN109866597B - 一种多模混合动力传动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多模混合动力传动系统及其控制方法，包括发动机、发电机、驱动电机、输出轴、与发动机相连的第一输入轴、与第一输入轴相连的离合器、与离合器相连的第二输入轴、与发电机相连的第一从动齿轮以及均与驱动电机相连的第四主动齿轮和第五主动齿轮；第一输入轴上装配有和第一从动齿轮啮合的第一主动齿轮；第二输入轴上装配有第三主动齿轮和第一同步器，第二输入轴上空套有第二主动齿轮；输出轴上装配有第二同步器、输出齿轮以及和第二主动齿轮啮合的第二从动齿轮，输出轴上空套有与第三主动齿轮啮合的第三从动齿轮以及与第四主动齿轮啮合的第四从动齿轮，第五主动齿轮与第三从动齿轮啮合。本发明的结构更紧凑，能够改善整车动力经济性。

Description

一种多模混合动力传动系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及车辆的传动系统，具体涉及一种多模混合动力传动系统及其控制方法。

背景技术

多模混合动力传动系统是除了丰田的THS技术外，目前销量最多的一种混合动力总成系统。由于多模混合动力传动系统结构设计灵活多变，且工作模式多样，可以实现纯电动模式、串联模式和并联模式。众多厂家均设计了专属于自己的多模混合动力传动系统，例如本田IMMD、上汽、广汽、GKN等主流车企及零部件厂家。

现有的多模混合动力系统中的纯电动模式一般为单电机单挡位驱动，因此对驱动电机选型功率、扭矩和体积均相对较大，导致整车的多模混合动力系统体积较大，有的只适合搭载SUV车型，难以运用在轿车上。另一方面由于纯电动模式只是低速时行驶，在高速时会切换为并联模式，主要动力为发动机（扭矩占比超过80%），驱动电机的工作效率较低，且在许多并联模式下，驱动电机输出扭矩较小，导致驱动电机的工作效率低下，影响效率。同时在行驶过程中串联模式相对用得较少，主要用于停车充电，以及极端条件下用于一边发电机一边起步。

发明内容

本发明的目的是提出一种多模混合动力传动系统，以减轻或消除至少一个上述的技术问题。

本发明所述的一种多模混合动力传动系统，包括发动机、发电机、驱动电机、输出轴、与所述发动机相连的第一输入轴、与所述第一输入轴相连的离合器、通过所述离合器与所述第一输入轴相连的第二输入轴、与所述发电机的输入端相连的第一从动齿轮、与所述驱动电机的输出端相连的第四主动齿轮以及与所述驱动电机的输出端相连的第五主动齿轮；所述第一输入轴上装配有与其同步转动的第一主动齿轮，所述第一主动齿轮和所述第一从动齿轮常啮合；所述第二输入轴上装配有均与其同步转动的第三主动齿轮和第一同步器，所述第二输入轴上空套有第二主动齿轮，所述第一同步器能够与所述第二主动齿轮结合或分离；所述输出轴上装配有均与其同步转动的第二从动齿轮、输出齿轮和第二同步器，所述输出轴上空套有第三从动齿轮和第四从动齿轮，所述第二同步器能够选择性的与所述第三从动齿轮和所述第四从动齿轮中的一个结合，所述第二从动齿轮和所述第二主动齿轮常啮合，所述第三从动齿轮与所述第三主动齿轮常啮合，所述第四从动齿轮与所述第四主动齿轮常啮合，所述第五主动齿轮与所述第三从动齿轮常啮合。

本发明还提出了一种多模混合动力传动系统的控制方法，通过控制所述发动机、所述驱动电机和所述发电机的停机或启动，以及控制所述离合器、所述第一同步器和所述第二同步器的结合与断开来实现多个不同的工作模式。

进一步，多个所述工作模式包括纯电模式、串联模式和并联模式；在所述纯电模式下，所述发动机和所述发电机停机，所述驱动电机输出动力；在所述串联模式下，所述驱动电机输出动力，所述发动机驱动所述发电机发电，所述发电机为所述驱动电机供电；在所述并联模式下，所述发动机和所述驱动电机同时输出动力。

进一步，在所述纯电模式下具有第一挡位、第二挡位和第三挡位；在第一挡位时，所述离合器断开，所述第一同步器与所述第二主动齿轮结合，所述第二同步器断开；在第二挡位时，所述离合器断开，所述第一同步器断开，所述第二同步器与所述第四从动齿轮结合；在第三挡位时，所述离合器断开，所述第一同步器断开，所述第二同步器与所述第三从动齿轮结合。

进一步，在所述并联模式下具有第四挡位和第五挡位，在第四挡位下，所述离合器结合，所述第一同步器与所述第二主动齿轮结合，所述第二同步器断开；在第五挡位下，所述离合器结合，所述第一同步器断开，所述第二同步器与所述第三从动齿轮结合。

本发明的优点在于齿轮及同步器数量减少，驱动电机的功率、扭矩和体积减小，成本得到有效控制，结构更紧凑，占用空间更小，便于整车布置；简化结构的同时能够实现五挡速比传动；提高了驱动电机与发动机的工作效率，能够改善整车动力经济性。

附图说明

图1为实施例中所述的多模混合动力传动系统的结构示意图；

图2为实施例中所述的多模混合动力传动系统在纯电模式的第一挡位时的工作示意图；

图3为实施例中所述的多模混合动力传动系统在纯电模式的第二挡位时的工作示意图；

图4为实施例中所述的多模混合动力传动系统在纯电模式的第三挡位时的工作示意图；

图5为实施例中所述的多模混合动力传动系统在串联模式下的工作示意图；

图6为实施例中所述的多模混合动力传动系统在并联模式的第四挡位时的工作示意图；

图7为实施例中所述的多模混合动力传动系统在并联模式的第五挡位时的工作示意图；

图8为表1。

图中：1—发动机；2—第一输入轴；3—第二输入轴；4—输出轴；5—车轴；6—双质量飞轮；7—第一主动齿轮；8—发电机；9—第一从动齿轮；10—离合器；11—第二主动齿轮；12—第一同步器；13—第三主动齿轮；14—第二从动齿轮；15—输出齿轮；16—第三从动齿轮；17—第四从动齿轮；18—第二同步器；19—差速器主减速齿轮；20—驱动电机；21—第四主动齿轮；22—第五主动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示的一种多模混合动力传动系统，包括发动机1、发电机8、驱动电机20、输出轴4、与发动机1相连的第一输入轴2、与第一输入轴2相连的离合器10、通过离合器10与第一输入轴2相连的第二输入轴3、与发电机8的输入端相连的第一从动齿轮9、与驱动电机20的输出端相连的第四主动齿轮21以及与驱动电机20的输出端相连的第五主动齿轮22；第一输入轴2上装配有与其同步转动的第一主动齿轮7，第一主动齿轮7和第一从动齿轮9常啮合；第二输入轴3上装配有均与其同步转动的第三主动齿轮13和第一同步器12，第二输入轴3上空套有第二主动齿轮11，第一同步器12能够与第二主动齿轮11结合或分离；输出轴4上装配有均与其同步转动的第二从动齿轮14、输出齿轮15和第二同步器18，输出轴4上空套有第三从动齿轮16和第四从动齿轮17，第二同步器18能够选择性的与第三从动齿轮16和第四从动齿轮17中的一个结合，第二从动齿轮14和第二主动齿轮11常啮合，第三从动齿轮16与第三主动齿轮13常啮合，第四从动齿轮17与第四主动齿轮21常啮合，第五主动齿轮22与第三从动齿轮16常啮合。进一步，多模混合动力传动系统还包括双质量飞轮6，第一输入轴2通过双质量飞轮6与发动机1相连。进一步，多模混合动力传动系统还包括差速器以及与差速器相连的车轴5，差速器的差速器主减速齿轮19与输出齿轮15啮合。

本发明还提出了一种多模混合动力传动系统的控制方法，通过控制发动机1、驱动电机20和发电机8的停机或启动，以及控制离合器10、第一同步器12和第二同步器18的结合与断开来实现多个不同的工作模式。进一步，多个工作模式包括纯电模式、串联模式和并联模式；在纯电模式下，发动机1和发电机8停机，驱动电机20输出动力；在串联模式下，驱动电机20输出动力，发动机1驱动发电机8发电，发电机8为驱动电机20供电；在并联模式下，发动机1和驱动电机20同时输出动力。发动机1、发电机8、离合器10、第一同步器12、第二同步器18的工作状态和各工作模式的对应关系如图8中的表1所示。

进一步，在纯电模式下具有第一挡位、第二挡位和第三挡位；如图2所示，在第一挡位时，离合器10断开，第一同步器12与第二主动齿轮11结合，第二同步器18断开，驱动电机20输出的动力依次经第五主动齿轮22、第三从动齿轮16、第三主动齿轮13、第二输入轴3、第一同步器12、第二主动齿轮11、第二从动齿轮14和输出轴4传递至输出齿轮15，然后经差速器传递给车轴5，以实现动力的输出；如图3所示，在第二挡位时，离合器10断开，第一同步器12断开，第二同步器18与第四从动齿轮17结合，驱动电机20输出的动力依次经第四主动齿轮21、第四从动齿轮17、第二同步器18和输出轴4传递至输出齿轮15，然后经差速器传递给车轴5；如图4所示，在第三挡位时，离合器10断开，第一同步器12断开，第二同步器18与第三从动齿轮16结合，驱动电机20输出的动力依次经第五主动齿轮22、第三从动齿轮16、第二同步器18和输出轴4传递至输出齿轮15，然后经差速器传递给车轴5。

进一步，在并联模式下，根据车况在驱动电机20提供助力与驱动电机20能量回馈之间来回切换，在并联模式下具有第四挡位和第五挡位。当根据动力需求切换为并联模式后，如图6所示，在第四挡位下，离合器10结合，第一同步器12与第二主动齿轮11结合，第二同步器18断开；驱动电机20提供助力时，发动机1输出的动力依次经第一输入轴2、离合器10、第二输入轴3、第一同步器12、第二主动齿轮11、第二从动齿轮14和输出轴4传递至输出齿轮15，然后经差速器传递给车轴5，驱动电机20输出的动力可以依次经第五主动齿轮22、第三从动齿轮16、第三主动齿轮13、第二输入轴3、第一同步器12、第二主动齿轮11、第二从动齿轮14和输出轴4传递至输出齿轮15；驱动电机20能量回馈时，驱动电机20切换至发电模式，发动机1输出的一部分动力依次经第一输入轴2、离合器10、第二输入轴3、第一同步器12、第二主动齿轮11、第二从动齿轮14和输出轴4传递至输出齿轮15，然后经差速器传递给车轴5，发动机1输出的另一部分动力依次经过第一输入轴2、离合器10、第二输入轴3、第三主动齿轮13、第三从动齿轮16和第五主动齿轮22传递至驱动电机20，以驱动驱动电机20发电。

如图7所示，在第五挡位下，离合器10结合，第一同步器12断开，第二同步器18与第三从动齿轮16结合；驱动电机20提供助力时，发动机1输出的动力依次经第一输入轴2、离合器10、第二输入轴3、第三主动齿轮13、第三从动齿轮16、第二同步器18和输出轴4传递至输出齿轮15，然后经差速器传递给车轴5，驱动电机20输出的动力依次经第五主动齿轮22，第三从动齿轮16、第二同步器18和输出轴4传递至输出齿轮15，然后经差速器传递给车轴5；驱动电机20能量回馈时，发动机1输出的一部分动力依次经第一输入轴2、离合器10、第二输入轴3、第三主动齿轮13、第三从动齿轮16、第二同步器18和输出轴4传递至输出齿轮15，然后经差速器传递给车轴5，发动机1输出的另一部分动力依次经第一输入轴2、离合器10、第二输入轴3、第三主动齿轮13、第三从动齿轮16和第五主动齿轮22传递至驱动电机20，以驱使驱动电机20发电。

进一步，如图5所示，当车辆的电池的电量低于阀值或驾驶员设置串联模式后，离合器10保持断开，发电机8为输出动力模式，发电机8输出的动力依次经第一从动齿轮9、第一主动齿轮7、第一输入轴2传递至发动机1，以使发动机1启动，发动机1启动完成后，发电机8切换为发电模式，发动机1输出的动力依次经过第一输入轴2、第一主动齿轮7和第一从动齿轮9持续驱动发电机8进行发电；期间发动机1一直处于稳态、低油耗工作区持续工作，且发动机1输出的动力全部用于发电，获得电量用于驱使驱动电机20工作。在串联模式下，驱动车辆行驶的动力全部来源于驱动电机20，挡位的设置及动力传递路径与纯电模式一致。

上述各工作模式和各挡位的切换方法如下：

纯电模式下各挡位切换方法：第一同步器12与第二主动齿轮11结合，离合器10和第二同步器18保持断开，驱动电机20工作以进行纯电模式第一挡位驱动。当需要由第一挡位升至第二挡位时，第一同步器12摘挡断开，驱动电机20调速直至第二同步器18与第四从动齿轮17转速差小于等于规定的挂挡转速差，第二同步器18挂挡与第四从动齿轮17结合，第一挡位成功升至第二挡位；第二挡位降至第一挡位的操作与第一挡位升至第二挡位的操作相反。当需要从第二挡位升至第三挡位时，第二同步器18摘挡断开状态，驱动电机20调速直至第二同步器18与第三从动齿轮16的转速差小于或等于规定的挂挡转速差，然后第二同步器18挂挡与第三从动齿轮16结合，第二挡位成功升至第三挡位，第三挡位降至第二挡位的操作与第二挡位升至第三挡位的操作相反。

并联模式挡位切换方法：离合器10闭合，第一同步器12挂挡与第二主动齿轮11结合，发动机1和驱动电机20均工作进行并联模式的第四挡位驱动。当需要从第四挡位升至第五挡位时，断开离合器10，第一同步器12摘挡断开，第二同步器18挂挡与第三从动齿轮16结合，然后离合器10结合，进行第五挡位驱动；第五挡位降至第四挡位的操作与第四挡位升至第五挡位的操作相反。

纯电模式、串联模式和并联模式切换方法：模式切换顺序需要按照纯电模式→串联模式→并联模式依次切换，或者按照并联模式→串联模式→纯电模式依次切换，纯电模式与并联模式不能直接切换。

纯电模式与串联模式相互切换方法：车辆在纯电模式下，当需要由纯电模式切换为串联模式时，离合器10保持断开，发电机8切换至电机模式，发电机8输出的动力通过第一从动齿轮9、第一主动齿轮7和第一输入轴2带动发动机1启动，当发动机1启动成功后，发电机8转换为发电模式，发动机1的动力直接通过第一输入轴2、第一主动齿轮7和第一从动齿轮9带动发电机8进行发电，纯电模式成功切换为串联模式。串联模式切换为纯电模式时，发动机1直接停机即可。

串联模式与并联模式相互切换：车辆在串联模式下，当需要由串联模式切换为并联模式时，此时离合器10断开，发动机1进行调速，使离合器10的主动盘与离合器10的从动盘的转速差小于设定值时，满足离合器10的主动盘、从动盘转速差要求后离合器10结合，模式切换成功，此时发动机1与驱动电机20共同驱动车辆行驶。当需要由并联模式切换为串联模式，离合器10直接断开即可成功切换模式。

针对现有技术中的上述不足，本发明提出了多模混合动力传动系统及其控制方法，该多模混合动力传动系统特点是运用更少的齿轮和同步器，实现了纯电动三挡速比驱动，混动（并联模式）两挡速比驱动，且纯电动三挡速比与混动两挡速比不重叠，共能够实现五挡速比传动。多模混合动力传动系统的结构特点是通过共用部分齿轮，提高齿轮利用率以实现更多速比组合，整体结构更为紧凑并降低了成本。多挡位速比解决了单挡位时驱动电机功率、扭矩和体积受限的问题；此外，本发明的发动机输出速比与驱动电机输出速比分别独立设计，能同时兼顾驱动电机的工作效率和发动机的燃油最佳工作点，提高了整车动力经济性。

Claims (5)

1.一种多模混合动力传动系统，其特征在于，包括发动机（1）、发电机（8）、驱动电机（20）、输出轴（4）、与所述发动机（1）相连的第一输入轴（2）、与所述第一输入轴（2）相连的离合器（10）、通过所述离合器（10）与所述第一输入轴（2）相连的第二输入轴（3）、与所述发电机（8）的输入端相连的第一从动齿轮（9）、与所述驱动电机（20）的输出端相连的第四主动齿轮（21）以及与所述驱动电机（20）的输出端相连的第五主动齿轮（22）；

所述第一输入轴（2）上装配有与其同步转动的第一主动齿轮（7），所述第一主动齿轮（7）和所述第一从动齿轮（9）常啮合；

所述第二输入轴（3）上装配有均与其同步转动的第三主动齿轮（13）和第一同步器（12），所述第二输入轴（3）上空套有第二主动齿轮（11），所述第一同步器（12）能够与所述第二主动齿轮（11）结合或分离；所述输出轴（4）上装配有均与其同步转动的第二从动齿轮（14）、输出齿轮（15）和第二同步器（18），所述输出轴（4）上空套有第三从动齿轮（16）和第四从动齿轮（17），所述第二同步器（18）能够选择性的与所述第三从动齿轮（16）和所述第四从动齿轮（17）中的一个结合，所述第二从动齿轮（14）和所述第二主动齿轮（11）常啮合，所述第三从动齿轮（16）与所述第三主动齿轮（13）常啮合，所述第四从动齿轮（17）与所述第四主动齿轮（21）常啮合，所述第五主动齿轮（22）与所述第三从动齿轮（16）常啮合。

2.一种权利要求1所述的多模混合动力传动系统的控制方法，其特征在于，通过控制所述发动机（1）、所述驱动电机（20）和所述发电机（8）的停机或启动，以及控制所述离合器（10）、所述第一同步器（12）和所述第二同步器（18）的结合与断开来实现多个不同的工作模式。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，多个所述工作模式包括纯电模式、串联模式和并联模式；在所述纯电模式下，所述发动机（1）和所述发电机（8）停机，所述驱动电机（20）输出动力；在所述串联模式下，所述驱动电机（20）输出动力，所述发动机（1）驱动所述发电机（8）发电，所述发电机（8）为所述驱动电机（20）供电；在所述并联模式下，所述发动机（1）和所述驱动电机（20）同时输出动力。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在所述纯电模式下具有第一挡位、第二挡位和第三挡位；在第一挡位时，所述离合器（10）断开，所述第一同步器（12）与所述第二主动齿轮（11）结合，所述第二同步器（18）断开；在第二挡位时，所述离合器（10）断开，所述第一同步器（12）断开，所述第二同步器（18）与所述第四从动齿轮（17）结合；在第三挡位时，所述离合器（10）断开，所述第一同步器（12）断开，所述第二同步器（18）与所述第三从动齿轮（16）结合。

5.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在所述并联模式下具有第四挡位和第五挡位，在第四挡位下，所述离合器（10）结合，所述第一同步器（12）与所述第二主动齿轮（11）结合，所述第二同步器（18）断开；在第五挡位下，所述离合器（10）结合，所述第一同步器（12）断开，所述第二同步器（18）与所述第三从动齿轮（16）结合。

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