CN112373290A - 混合动力汽车驱动系统、驱动方法及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合动力驱动技术领域，公开了一种混合动力汽车驱动系统、驱动方法及车辆；驱动系统的发动机连接行星排行星架及发动机输入轴总成，行星排行星架及发动机输入轴总成与发动机锁止离合器连接；行星排外齿圈总成与输出轴总成齿轮传动连接，行星排外齿圈总成与驻车离合器连接；二号电机连接主驱动电机输入轴总成；主驱动电机输入轴总成齿轮传动连接输出轴总成；一号电机连接行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成；输出轴总成齿轮连接差速器总成。发动机锁止离合器和驻车离合器的工作状态由操纵电机及蜗杆总成、离合器操纵蜗轮控制。

Description

混合动力汽车驱动系统、驱动方法及车辆
技术领域
本发明涉及混合动力驱动技术领域，尤其涉及一种混合动力汽车驱动系统、驱动方法及车辆。
背景技术
节能环保是当前汽车技术发展的主要目标之一。混合动力汽车兼顾了内燃机和纯电驱动汽车的优点，具有节能环保及长续航里程的优点，综合成本较纯电驱动汽车低，使用便利性与传统车类似，大大优于纯电驱动汽车。混合动力是当前切实可行的一种技术方向。混合动力汽车的驱动系统在结构上主要有串联、并联、混联三种方式。如上所述，串联混合动力的特征是发动机直接驱动发电机对储能装置或驱动电机进行供电，缺点是能效低，对电机功率要求高，体积质量大；并联混合动力的特征是发动机与电机可以独立驱动车辆，缺点是系统复杂，成本较高；混联混合动力的特征是发动机的动力可以实现分流，一部分用于整车驱动，一部分用于驱动发电机发电，混联系统的缺点是双电机系统导致整车成本高，系统控制复杂。
现有的机械电子混动无级驱动系统普遍的均含有一个发动机，两个电动机。耦合机构行星轮系有单排和双排的。双排的主要为混联模式，发动机和其中一电动机形成电子无级变速驱动，另一电动机发电或辅助提供动力。单排行星相对简单，模式较多，但由于有时需要电机直接驱动汽车，进行电机设计匹配时，电机功率体积都会选择相对较大。双排行星轮系本身结构相对复杂，且模式一般较为单一；若要增加驾驶模式，结构会更为复杂。
因此，亟需一种混合动力汽车驱动系统、驱动方法及车辆，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合动力汽车驱动系统、驱动方法及车辆，其仅需操控发动机锁止离合器和驻车离合器便可实现在多个模式下工作，且物理结构简单。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，提供一种混合动力汽车驱动系统，包括发动机、一号电机、二号电机、发动机锁止离合器、驻车离合器、行星排外齿圈总成、行星排行星架及发动机输入轴总成、行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成和输出轴总成；所述发动机传动连接于所述行星排行星架及发动机输入轴总成，所述行星排行星架及发动机输入轴总成与所述发动机锁止离合器连接；
所述行星排行星架及发动机输入轴总成与所述行星排外齿圈总成传动连接,所述行星排外齿圈总成与所述输出轴总成传动连接，所述行星排外齿圈总成与所述驻车离合器连接；
所述二号电机与所述输出轴总成传动连接；
所述一号电机传动连接于所述行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成，所述行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成与所述行星排行星架及发动机输入轴总成传动连接。
作为一种混合动力汽车驱动系统的优选技术方案，所述混合动力汽车驱动系统还包括主驱动电机输入轴总成，所述二号电机连接所述主驱动电机输入轴总成。
作为一种混合动力汽车驱动系统的优选技术方案，所述主驱动电机输入轴总成通过齿轮与所述输出轴总成传动连接，所述行星排外齿圈总成通过齿轮与所述输出轴总成传动连接。
作为一种混合动力汽车驱动系统的优选技术方案，所述混合动力汽车驱动系统还包括：相互连接的操纵电机及蜗杆总成和离合器操纵蜗轮，所述操纵电机及蜗杆总成和离合器操纵蜗轮用于控制所述发动机锁止离合器和驻车离合器。
作为一种混合动力汽车驱动系统的优选技术方案，所述混合动力汽车驱动系统还包括差速器总成，所述输出轴总成与所述差速器总成传动连接，所述差速器总成通过传动轴与车轮传动连接。
作为一种混合动力汽车驱动系统的优选技术方案，所述混合动力汽车驱动系统还包括系统控制器，系统控制器包括整车控制器、发动机控制器、电机控制器以及电源管理器，包括所有控制整车和混动系统正常运行的所有软硬件系统。
第二方面，提供一种混合动力汽车驱动方法，所述混合动力汽车驱动方法针对如上所述的混合动力汽车驱动系统，所述混合动力汽车驱动方法包括：
驻车状态：所述驻车离合器处于结合状态，所述发动机锁止离合器处于打开状态时，所述发动机处于自由状态；
驻车状态下热车：所述驻车离合器处于结合状态，所述一号电机正向转动拖动启动发动机直至发动机怠速稳定，然后所述根据车辆电池电量，确定所述一号电机处于正转发电状态或正转空转状态。
作为一种混合动力汽车驱动方法的优选技术方案，所述混合动力汽车驱动方法还包括：
前进状态：所述驻车离合器处于打开状态，所述前进状态包括车辆起步和车辆正常行驶，所述车辆起步包括发动机驱动起步和纯电驱动起步；
所述发动机驱动起步：如果所述车辆电池电量低于第一预设阈值和/或冷却液温度低于第二预设阈值，所述发动机启动后，所述一号电机处于正转发电状态，所述二号电机处于空转状态，所述发动机驱动车辆起步；
所述纯电驱动起步：如果所述车辆电池电量达到所述第一预设阈值且所述冷却液温度达到所述第二预设阈值，所述二号电机启动后，所述发动机锁止离合器处于结合状态，所述二号电机驱动车辆起步前行；
车辆正常行驶：所述驻车离合器处于打开状态，所述车辆正常行驶包括纯电驱动模式和混合动力模式，所述纯电驱动模式包括单电机驱动模式和双电机驱动模式；
所述单电机驱动模式：所述发动机锁止离合器处于结合状态，所述发动机处于锁止状态，所述二号电机正转驱动车辆前行，所述一号电机处于反转空转状态；
所述双电机驱动模式：所述发动机锁止离合器处于结合状态，所述发动机处于锁止状态，所述二号电机正转和所述一号电机反转共同驱动车辆前行；
所述混合动力模式：所述发动机锁止离合器处于打开状态，所述发动机处于正常工作状态；所述一号电机处于正转发电状态；所述二号电机处于正转空转、正转驱动或正转发电状态。
作为一种混合动力汽车驱动方法的优选技术方案，所述混合动力汽车驱动方法还包括：倒车模式，由所述二号电机反转驱动车辆倒车。
第三方面，提供一种车辆，其采用了如上所述的混合动力汽车驱动方法。
本发明的有益效果：
本发明中的混合动力汽车驱动系统，通过控制发动机锁止离合器及驻车离合器的状态，并通过控制发动机、一号电机和二号电机的状态，来实现驱动系统在多个模式下工作及切换。该驱动系统仅需操控发动机锁止离合器和驻车离合器便可实现在多个模式下工作，物理结构简单。
而且控制方法与控制策略简单有效。在可以满足所有工程目标要求的情况下，可以简化机电两方面的机构，易于进行工程实现及系统集成，能够以低成本达成良好的环保节能效果。
附图说明
图1是本发明混合动力汽车驱动系统的结构示意图。
图中：
1、发动机；2、一号电机；3、二号电机；4、主驱动电机输入轴总成；5、系统控制器；6、发动机锁止离合器；7、操纵电机及蜗杆总成；8、离合器操纵蜗轮；9、驻车离合器；10、行星排外齿圈总成；11、行星排行星架及发动机输入轴总成；12、行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成；13、输出轴总成；14、差速器总成。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
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，而不能理解为对本发明的限制。
实施例一
如图1所示，本实施例公开了一种混合动力汽车驱动系统，其包括发动机1、一号电机2、二号电机3、主驱动电机输入轴总成4、系统控制器5、发动机锁止离合器6、操纵电机及蜗杆总成7、离合器操纵蜗轮8、驻车离合器9、行星排外齿圈总成10、行星排行星架及发动机输入轴总成11、行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成12、输出轴总成13和差速器总成14。上述这些部件设置在壳体内或集成于壳体上。
发动机1传动连接于行星排行星架及发动机输入轴总成11，行星排行星架及发动机输入轴总成11与发动机锁止离合器6连接，具体地，由发动机锁止离合器6控制发动机1处于打开状态或结合状态，具体地，由发动机锁止离合器6控制行星排行星架及发动机输入轴总成11是否被锁死，以控制发动机1是否处于锁止状态。
行星排行星架及发动机输入轴总成11与行星排外齿圈总成10齿轮传动连接,具体地，行星排行星架与行星排外齿圈齿轮传动连接。行星排外齿圈总成10与输出轴总成13齿轮传动连接，具体地，行星排外齿圈总成10通过齿轮与输出轴总成13传动连接。行星排外齿圈总成10与驻车离合器9连接，驻车离合器9用于控制车辆是否处于驻车状态。
二号电机3与输出轴总成13齿轮传动连接，具体地，二号电机3通过主驱动电机输入轴总成4与输出轴总成13齿轮传动连接，主驱动电机输入轴总成4通过齿轮与输出轴总成13齿轮传动连接。
一号电机2传动连接行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成12，行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成12与行星排行星架及发动机输入轴总成11传动连接，行星排太阳轮和行星排行星架齿轮传动连接。
操纵电机及蜗杆总成7和离合器操纵蜗轮8蜗轮蜗杆传动连接，操纵电机及蜗杆总成7和离合器操纵蜗轮8用于控制发动机锁止离合器6和驻车离合器9，以使发动机锁止离合器6处于打开或结合状态及驻车离合器9处于打开或结合状态。
输出轴总成13与差速器总成14传动连接，差速器总成14通过传动轴与车轮传动连接。
发动机1、一号电机2、二号电机3和操纵电机及蜗杆总成7均与系统控制器5电连接，系统控制器5用于控制发动机1、一号电机2、二号电机3和操纵电机及蜗杆总成7的运行。所述系统控制器5包括整车控制器、发动机控制器、电机控制器以及电源管理器，还包括所有控制整车和混动系统正常运行的所有软硬件系统。
实施例二
本实施例公开了一种混合动力汽车驱动方法，其针对实施例一中的混合动力汽车驱动系统，混合动力汽车驱动方法包括驻车状态、前进状态和倒车状态的控制方法。
其中，驻车状态时，操纵操纵电机及蜗杆总成7和离合器操纵蜗轮8，使驻车离合器9处于结合状态，此时，输出轴总成13经行星排外齿圈总成10被锁死，车辆处于驻车状态。发动机锁止离合器6处于打开状态时，发动机1处于自由状态。
驻车状态下热车：所述驻车离合器9处于结合状态，发动机锁止离合器6处于打开状态且发动机1热机，车辆处于驻车状态。此时，一号电机2正向转动启动发动机1直至发动机1怠速稳定，然后根据车辆电池电量，确定一号电机2处于正转发电状态或正转空转状态。具体地，如果车辆电池电量低于第一预设阈值，一号电机2正转发电为车辆电池充电。如果车辆电池电量不低于第一预设阈值，即车辆电池电量充足时，无需为车辆电池充电，此时一号电机2处于正转空转状态。
前进状态时：驻车离合器9处于打开状态，前进状态包括车辆起步和车辆正常行驶。车辆起步包括发动机驱动起步和纯电驱动起步。
发动机驱动起步：如果车辆电池电量低于第一预设阈值和/或冷却液温度低于第二预设阈值，车辆由发动机1驱动起步。在车辆静止状态下启动车辆，车辆需先启动发动机1，由一号电机2正转旋转启动发动机1。一号电机2处于正转发电状态。松开制动踏板，踩下加速踏板，驻车离合器9打开，车辆解除驻车状态，逐步提升一号电机2的发电扭矩和发动机1的输出功率，发动机1驱动车辆起步前行，此时，二号电机3处于空转状态。
纯电驱动起步：如果车辆电池电量达到第一预设阈值，且冷却液温度达到第二预设阈值，在车辆制动状态下启动车辆，无需启动发动机。在松开制动踏板，踩下加速踏板后，驻车离合器9打开，车辆解除驻车状态。发动机锁止离合器6处于结合状态，并锁止发动机。二号电机3驱动车辆起步前行。
车辆正常行驶包括纯电驱动模式和混合动力模式，纯电驱动模式指的是完全由电机驱动的工作状态，其包括单电机驱动模式和双电机驱动模式。纯电驱动模式与纯电驱动起步时各零部件的工作状态一致。单电机驱动模式：驻车离合器9打开，车辆解除驻车状态；发动机锁止离合器6结合，发动机1处于锁止状态，二号电机3正转驱动车辆前行，一号电机2处于反转空转状态。双电机驱动模式：驻车离合器9打开，车辆解除驻车状态；发动机锁止离合器6结合，发动机1处于锁止状态，二号电机3正转和一号电机2反转共同驱动车辆前行。
混合动力模式：驻车离合器9和发动机锁止离合器6都处于打开状态，发动机1处于正常工作状态；一号电机2处于正转发电状态；二号电机3处于正转空转、正转驱动或正转发电状态。
倒车状态：纯电驱动模式驱动车辆倒车，由二号电机3反转驱动车辆倒车。
车辆在驾驶过程中可以由混合动力模式切换为纯电驱动模式，也可以由纯电驱动模式切换为混合动力模式。
混合动力模式切换为纯电驱动模式时，发动机1断油，发动机锁止离合器6结合，发动机1处于锁止状态。二号电机3由正转空转或正转发电转换为正转驱动状态，或者保持正转驱动状态；一号电机2由正转发电状态转换为反转空转状态或反转驱动状态。
纯电驱动模式切换为混合动力模式时，发动机锁止离合器6处于打开状态。控制一号电机2由反转空转状态或反转驱动状态转为正转驱动状态启动发动机1；发动机1启动后，一号电机2调整为正转发电状态；二号电机3由正转驱动状态转换为正转空转或正转发电状态，或者保持正转驱动状态。
本发明中的混合动力汽车驱动系统，通过操控操纵电机及蜗杆总成7和离合器操纵蜗轮8控制发动机锁止离合器6及驻车离合器9的结合或打开，并通过系统控制器5控制发动机1、一号电机2和二号电机3的状态，来实现驱动系统在多个模式下工作及切换。其可以实现纯电驱动模式和混合动力模式下工作，在纯电驱动模式下，可以实现单电机驱动和双电机驱动。该驱动系统仅需操控发动机锁止离合器6和驻车离合器9便可实现在多个模式下工作，物理结构简单，控制方法与控制策略简单有效。在满足所有工程目标要求的情况下，可以简化机电两方面的机构，易于进行工程实现及系统集成，能够以低成本达成良好的环保节能效果。
本实施例还公开了一种车辆，其采用了实施例一中的混合动力汽车驱动系统和实施例二中的混合动力汽车驱动方法。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车驱动系统，其特征在于，包括发动机(1)、一号电机(2)、二号电机(3)、发动机锁止离合器(6)、驻车离合器(9)、行星排外齿圈总成(10)、行星排行星架及发动机输入轴总成(11)、行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成(12)和输出轴总成(13)；
所述发动机(1)连接于所述行星排行星架及发动机输入轴总成(11)，所述行星排行星架及发动机输入轴总成(11)与所述发动机锁止离合器(6)连接；
所述行星排外齿圈总成(10)与所述输出轴总成(13)传动连接，所述行星排外齿圈总成(10)与所述驻车离合器(9)连接；
所述二号电机(3)与所述输出轴总成(13)传动连接；
所述一号电机(2)连接于所述行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成(12)，所述行星排太阳轮及发电与辅助驱动电机输入轴总成(12)与所述行星排行星架及发动机输入轴总成(11)传动连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于，所述混合动力汽车驱动系统还包括主驱动电机输入轴总成(4)，所述二号电机(3)通过所述主驱动电机输入轴总成(4)与所述输出轴总成(13)传动连接。
3.根据权利要求2所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于，所述主驱动电机输入轴总成(4)和所述行星排外齿圈总成(10)均通过齿轮与所述输出轴总成(13)传动连接。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于，所述混合动力汽车驱动系统还包括：相互连接的操纵电机及蜗杆总成(7)和离合器操纵蜗轮(8)，所述操纵电机及蜗杆总成(7)和离合器操纵蜗轮(8)用于控制所述发动机锁止离合器(6)和驻车离合器(9)。
5.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于，所述混合动力汽车驱动系统还包括差速器总成(14)，所述输出轴总成(13)与所述差速器总成(14)传动连接，所述差速器总成(14)通过传动轴与车轮传动连接。
6.根据权利要求4所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于，所述混合动力汽车驱动系统还包括系统控制器(5)，所述发动机(1)、所述一号电机(2)、所述二号电机(3)和所述操纵电机及蜗杆总成(7)均与所述系统控制器(5)电连接，所述系统控制器(5)用于控制所述发动机(1)、所述一号电机(2)、所述二号电机(3)和所述操纵电机及蜗杆总成(7)。
7.一种混合动力汽车驱动方法，其特征在于，所述混合动力汽车驱动方法针对权利要求1-6中任一项所述的混合动力汽车驱动系统，所述混合动力汽车驱动方法包括：
驻车状态：所述驻车离合器(9)处于结合状态，所述发动机锁止离合器(6)处于打开状态时，所述发动机(1)处于自由状态；
驻车状态下热车：所述驻车离合器(9)处于结合状态，所述一号电机(2)正向转动启动发动机(1)直至发动机(1)怠速稳定，然后根据车辆电池电量，确定所述一号电机(2)处于正转发电状态或正转空转状态。
8.根据权利要求7所述的混合动力汽车驱动方法，其特征在于，所述混合动力汽车驱动方法还包括：
前进状态：所述驻车离合器(9)处于打开状态，所述前进状态包括车辆起步和车辆正常行驶，所述车辆起步包括发动机驱动起步和纯电驱动起步；
所述发动机驱动起步：如果所述车辆电池电量低于第一预设阈值和/或冷却液温度低于第二预设阈值，所述发动机(1)启动后，所述一号电机(2)处于正转发电状态，所述二号电机(3)处于空转状态，所述发动机驱动车辆起步；所述纯电驱动起步：如果所述车辆电池电量达到所述第一预设阈值且所述冷却液温度达到所述第二预设阈值，所述二号电机(3)启动后，所述发动机锁止离合器(6)处于结合状态，所述二号电机(3)驱动车辆起步前行；
车辆正常行驶：所述驻车离合器(9)处于打开状态，所述车辆正常行驶，包括纯电驱动模式和混合动力模式，所述纯电驱动模式包括单电机驱动模式和双电机驱动模式；
所述单电机驱动模式：所述发动机锁止离合器(6)处于结合状态，所述发动机(1)处于锁止状态，所述二号电机(3)正转驱动车辆前行，所述一号电机(2)处于反转空转状态；
所述双电机驱动模式：所述发动机锁止离合器(6)处于结合状态，所述发动机(1)处于锁止状态，所述二号电机(3)正转和所述一号电机(2)反转共同驱动车辆前行；
所述混合动力模式：所述发动机锁止离合器(6)处于打开状态，所述发动机(1)处于正常工作状态；所述一号电机(2)处于正转发电状态；所述二号电机(3)处于正转空转、正转驱动或正转发电状态。
9.根据权利要求8所述的混合动力汽车驱动方法，其特征在于，所述混合动力汽车驱动方法还包括：倒车模式，由所述二号电机(3)反转驱动车辆倒车。
10.一种车辆，其特征在于，其采用了如权利要求7-9中任一项所述的混合动力汽车驱动方法。
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