CN109878503A - 一种混合动力汽车动力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车动力系统，包括发动机、第一离合器、CVT变速器、第二离合器、驱动电机和换挡装置；所述发动机通过第一离合器与CVT变速器连接；所述驱动电机的与CVT变速器连接；所述CVT变速器通过第二离合器和换挡装置的输入轴连接。本发明的混合动力动力系统相对于其他CVT混合动力系统成本低，同时保留了发动机驱动时CVT换挡平顺高效的优点。

Description

一种混合动力汽车动力系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车领域，尤其涉及一种混合动力汽车动力系统及其控制方法。

背景技术

CVT变速器由于换挡平顺和良好的经济性而得到广泛的应用。基于CVT变速器开发的混合动力系统目前属于搭载开发的方案之一。

US 2018/0111604 Al的CVT混合动力系统在CVT输入轴和发动机之间布置一个C1离合器，在CVT输出轴和驱动轮之间布置一个C2离合器，电机与CVT主动轮连接，C2离合器仅满足电机驱动需求，用于保护CVT钢带。这种方案电机驱动时虽然可以用到CVT进行工作点调节，但是电机用CVT调整工作点的意义不大。电机位于CVT输入轴虽然可以降低驱动时的电机扭矩需求，但是如果用电机起动发动机时需要较大的电机扭矩预留，成本较高。

CN 101616831A的CVT混合动力系统在发动机上集成ISG，在发动机和CVT主动轮之间布置一个离合器，用于纯电动驱动时分离发动机以及发动机起步时作为起步装置。该方案在后桥布置一个主驱动电机，用于纯电动驱动车辆。在发动机驱动时，这种方案可以用CVT调整发动机工作转速这种方案。这种方案除了CVT外，需要两个电机，成本较高。

US 6007443A的CVT混合动力系统的发动机和CVT主动轮连接，CVT的从动轮和驱动电机通过离合器相连，驱动电机与驱动轮相连。该专利通过CVT的调速和电机的扭矩分配使得发动机工作在固定的工作点，保证车辆有良好的油耗和排放。这种方案的由于电机和驱动轮连接，需要单独的起动发电装置保证混合动力功能完整性，成本较高。

US 9616883B2的CVT混合动力方案的发动机上集成ISG，发动机和CVT主动轮之间有变矩器，CVT从动轮和驱动电机通过离合器相连，驱动电机也和驱动轮相连。这种方案利用CVT调整发动机驱动时的工作点，降低油耗。这种方案需要专门的起动装置，成本较高。

发明内容

本发明目的是提供一种混合动力汽车动力系统及其控制方法，可以充分发挥CVT变速器平顺高效的特点，还可以保证纯电动行驶时的平稳性和经济性。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种混合动力汽车动力系统，包括发动机、第一离合器、CVT变速器、第二离合器、驱动电机和换挡装置；

所述发动机通过第一离合器与CVT变速器连接；所述驱动电机的与CVT变速器连接；所述CVT变速器通过第二离合器和换挡装置的输入轴连接。

进一步，所述CVT变速器包括主动轮、钢带和从动轮；所述发动机通过第一离合器和CVT变速器的主动轮连接；所述主动轮和从动轮通过钢带连接，且所述主动轮和从动轮通过钢带相互传动；所述驱动电机的转轴与从动轮连接，且所述从动轮随着驱动电机的转轴转动。

进一步，所述换挡装置包括前进挡齿轮组、倒挡齿轮组、同步器和驱动轮；所述同步器设置在输入轴上；所述前进挡齿轮组包括前进挡主动齿轮和前进挡从动齿轮；所述倒挡齿轮组包括倒挡主动齿轮和倒挡从动齿轮；所述前进挡主动齿轮和倒挡主动齿轮空套在输入轴上；所述前进挡从动齿轮和倒挡从动齿轮固定连接在输出轴上，且前进挡从动齿轮与前进挡主动齿轮啮合，倒挡从动齿轮与倒挡主动齿轮啮合；所述输出轴上设置驱动轮。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种混合动力汽车动力系统的控制方法，包括停车起动发动机模式、停车发电模式、纯电动/制动能量回收模式、纯电动起动发动机模式和发动机驱动模式；

所述停车起动发动机模式的控制方法为：车辆停止时，第一离合器结合，第二离合器分离，驱动电机的扭矩通过CVT变速器的从动轮经过钢带传递到主动轮，主动轮通过第一离合器将扭矩传递至发动机，从而拖动发动机起动；

所述停车发电模式的控制方法为：车辆停止时，第一离合器结合，第二离合器分离，发动机扭矩通过CVT变速器的主动轮经过钢带传递到从动轮，从动轮拖动驱动电机进行发电；

所述纯电动/制动能量回收模式的控制方法为：发动机停止转动，第一离合器分离，第二离合器结合，换档装置根据驾驶员需求选择前进挡或者倒挡，驱动电机和驱动轮相连，驱动电机根据驾驶员需求进行驱动或者发电；

所述纯电动起动发动机模式的控制方法为：控制第二离合器输出固定扭矩，通过提升驱动电机扭矩使第二离合器滑磨，控制CVT变速器速比使驱动电机的起动扭矩放大，经过第一离合器拖动发动机起动；

所述发动机驱动模式的控制方法为：第一离合器结合，第二离合器结合，CVT变速器根据实际工况选择合适的速比，换挡装置根据驾驶员需求选择前进挡或倒挡，驱动电机用于联合驱动或发电。

进一步，所述纯电动起动发动机模式工作过程中不允许前进挡和倒挡的切换。

进一步，所述纯电动起动发动机模式的控制方法包括以下步骤：

S10、车辆纯电动行驶需要启动发动机时，第二离合器扭矩维持起动前状态，驱动电机增加扭矩使得第二离合器主动部分和从动部分滑磨，控制电机转速上升到目标转速；

S20、驱动电机达到目标转速后，控制CVT变速器速比等于起动速比，然后同时增加电机扭矩和第一离合器扭矩，驱动电机增加的起动扭矩经过CVT变速器放大后，通过第一离合器拖动发动机起动；

S30、发动机转速达到起动转速后断开第一离合器，发动机开始喷油点火，同时控制CVT变速器速比等于发动机驱动需求速比；

S40、当发动机转速接近CVT变速器主动部分转速时，结合第一离合器，发动机开始驱动车辆；

S50、结合第二离合器，起动过程结束。

本发明具有如下有益效果：本发明的混合动力动力系统相对于其他CVT混合动力系统成本低，同时保留了发动机驱动时CVT换挡平顺高效的优点。

附图说明

图1为本发明的混合动力汽车动力系统的结构图。

图中标记示意为：1-发动机；2-第一离合器；3-CVT变速器；4-主动轮；5-钢带；6-从动轮；7-倒挡主动齿轮；8-同步器；9-前进挡主动齿轮；10-驱动轮；11-第二离合器；12-驱动电机；13-输入轴；14-输出轴；15-倒挡从动齿轮；16-前进挡从动齿轮；

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

本实施例提供了一种混合动力汽车动力系统，其在发动机驱动时可以充分发挥CVT变速器平顺高效的特点，同时也保证了纯电动行驶时的平顺性和经济性。

一种混合动力汽车动力系统，包括发动机1、第一离合器2、CVT变速器3、第二离合器11、驱动电机12和换挡装置；

所述发动机1通过第一离合器2与CVT变速器3连接；所述驱动电机12的与CVT变速器3连接；所述CVT变速器3通过第二离合器11和换挡装置的输入轴13连接；

所述CVT变速器3包括主动轮4、钢带5和从动轮6；所述发动机1通过第一离合器2和CVT变速器3的主动轮4连接；所述主动轮4和从动轮6通过钢带5连接，且所述主动轮4和从动轮6通过钢带5相互传动；所述驱动电机12的转轴与从动轮6连接，且所述从动轮6随着驱动电机12的转轴转动；

所述换挡装置包括前进挡齿轮组、倒挡齿轮组、同步器8和驱动轮10；所述同步器8设置在输入轴13上；所述前进挡齿轮组包括前进挡主动齿轮9和前进挡从动齿轮16；所述倒挡齿轮组包括倒挡主动齿轮7和倒挡从动齿轮15；所述前进挡主动齿轮9和倒挡主动齿轮7空套在输入轴13上；所述前进挡从动齿轮16和倒挡从动齿轮15固定连接在输出轴14上，且前进挡从动齿轮16与前进挡主动齿轮9啮合，倒挡从动齿轮15与倒挡主动齿轮7啮合；所述输出轴14上还设置驱动轮10。

在本发明的实施例中，换挡装置为平行轴方案，输入轴13上连接一个同步器8，同步器8两侧的输入轴13上空套有前进挡主动齿轮9和倒挡主动齿轮7，同步器8可以选择性地与前进挡主动齿轮9或倒挡主动齿轮7连接，从而实现车辆的前进和倒退。

实施例2

本实施例提供了一种混合动力汽车动力系统的纯电动起动发动机模式的控制方法。

本发明的混合动力汽车动力系统的控制方法，包括停车起动发动机模式、停车发电模式、纯电动/制动能量回收模式、纯电动起动发动机模式和发动机驱动模式。

所述停车起动发动机模式的控制方法为：车辆停止时，第一离合器2结合，第二离合器11分离，驱动电机12的扭矩通过CVT变速器3的从动轮6经过钢带5传递到主动轮4，主动轮4通过第一离合器2将扭矩传递至发动机1，从而拖动发动机1起动。在起动过程中，CVT变速器3将驱动电机12的扭矩放大，因此只需要很小的电机扭矩就可以起动发动机1。

所述停车发电模式的控制方法为：车辆停止时，第一离合器2结合，第二离合器11分离，发动机扭矩通过CVT变速器3的主动轮4经过钢带5传递到从动轮6，从动轮6拖动驱动电机12进行发电。具体地，停车发电时，通过CVT变速器速比的调节可以保证最佳的发电效率。

所述纯电动/制动能量回收模式的控制方法为：发动机1停止转动，第一离合器2分离，第二离合器11结合，换档装置根据驾驶员需求选择前进挡或者倒挡，驱动电机12和驱动轮10相连，驱动电机12根据驾驶员需求进行驱动或者发电。

所述纯电动起动发动机模式的控制方法为：控制第二离合器11输出固定扭矩，通过提升驱动电机12扭矩使第二离合器11滑磨，控制CVT变速器3速比使驱动电机12的起动扭矩放大，经过第一离合器2拖动发动机1起动。特别地，在纯电动起动发动机过程中不允许前进挡和倒挡的切换。

所述发动机驱动模式的控制方法为：第一离合器2结合，第二离合器11结合，CVT变速器3根据实际工况选择合适的速比，换挡装置根据驾驶员需求选择前进挡或倒挡，驱动电机12可以用于联合驱动，也可以用于发电。

具体地，所述纯电动起动发动机模式的控制方法包括以下步骤：

S10、车辆纯电动行驶需要启动发动机时，第二离合器结合扭矩维持起动前状态，驱动电机增加扭矩使得第二离合器主动部分和从动部分滑磨，控制电机转速上升到目标转速；

S20、驱动电机达到目标转速后，控制CVT变速器速比等于起动速比，然后同时增加电机扭矩和第一离合器扭矩，驱动电机增加的起动扭矩经过CVT变速器放大后，通过第一离合器拖动发动机起动；

S30、发动机转速达到起动转速后断开第一离合器，发动机开始喷油点火，同时控制CVT变速器速比等于发动机驱动需求速比；

S40、当发动机转速接近CVT变速器主动部分转速时，结合第一离合器，发动机开始驱动车辆；

S50、结合第二离合器，起动过程结束。

以上实施例的先后顺序仅为便于描述，不代表实施例的优劣。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；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：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种混合动力汽车动力系统，其特征在于，包括发动机、第一离合器、CVT变速器、第二离合器、驱动电机和换挡装置；

所述发动机通过第一离合器与CVT变速器连接；所述驱动电机的与CVT变速器连接；所述CVT变速器通过第二离合器和换挡装置的输入轴连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述CVT变速器包括主动轮、钢带和从动轮；

所述发动机通过第一离合器和CVT变速器的主动轮连接；所述主动轮和从动轮通过钢带连接，且所述主动轮和从动轮通过钢带相互传动；所述驱动电机的转轴与从动轮连接，且所述从动轮随着驱动电机的转轴转动。

3.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述换挡装置包括前进挡齿轮组、倒挡齿轮组、同步器和驱动轮；

所述同步器设置在输入轴上；所述前进挡齿轮组包括前进挡主动齿轮和前进挡从动齿轮；所述倒挡齿轮组包括倒挡主动齿轮和倒挡从动齿轮；所述前进挡主动齿轮和倒挡主动齿轮空套在输入轴上；所述前进挡从动齿轮和倒挡从动齿轮固定连接在输出轴上，且前进挡从动齿轮与前进挡主动齿轮啮合，倒挡从动齿轮与倒挡主动齿轮啮合；所述输出轴上设置驱动轮。

4.根据权利要求1-3之一所述的混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于，包括停车起动发动机模式、停车发电模式、纯电动/制动能量回收模式、纯电动起动发动机模式和发动机驱动模式；

所述停车起动发动机模式的控制方法为：车辆停止时，第一离合器结合，第二离合器分离，驱动电机的扭矩通过CVT变速器的从动轮经过钢带传递到主动轮，主动轮通过第一离合器将扭矩传递至发动机，从而拖动发动机起动；

所述停车发电模式的控制方法为：车辆停止时，第一离合器结合，第二离合器分离，发动机扭矩通过CVT变速器的主动轮经过钢带传递到从动轮，从动轮拖动驱动电机进行发电；

所述纯电动/制动能量回收模式的控制方法为：发动机停止转动，第一离合器分离，第二离合器结合，换档装置根据驾驶员需求选择前进挡或者倒挡，驱动电机和驱动轮相连，驱动电机根据驾驶员需求进行驱动或者发电；

所述纯电动起动发动机模式的控制方法为：控制第二离合器输出固定扭矩，通过提升驱动电机扭矩使第二离合器滑磨，控制CVT变速器速比使驱动电机的起动扭矩放大，经过第一离合器拖动发动机起动；

所述发动机驱动模式的控制方法为：第一离合器结合，第二离合器结合，CVT变速器根据实际工况选择合适的速比，换挡装置根据驾驶员需求选择前进挡或倒挡，驱动电机用于联合驱动或发电。

5.根据权利要求4所述的混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于，所述纯电动起动发动机模式工作过程中不允许前进挡和倒挡的切换。

6.根据权利要求4所述的混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于，所述纯电动起动发动机模式的控制方法包括以下步骤：

S10、车辆纯电动行驶需要启动发动机时，第二离合器扭矩维持起动前状态，驱动电机增加扭矩使得第二离合器主动部分和从动部分滑磨，控制电机转速上升到目标转速；

S20、驱动电机达到目标转速后，控制CVT变速器速比等于起动速比，然后同时增加电机扭矩和第一离合器扭矩，驱动电机增加的起动扭矩经过CVT变速器放大后，通过第一离合器拖动发动机起动；

S30、发动机转速达到起动转速后断开第一离合器，发动机开始喷油点火，同时控制CVT变速器速比等于发动机驱动需求速比；

S40、当发动机转速接近CVT变速器主动部分转速时，结合第一离合器，发动机开始驱动车辆；

S50、结合第二离合器，起动过程结束。