CN112721610A - 一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，包括：输入轴；其可旋转支撑设置在所述变速箱箱体上；输出轴，其一端同轴连接所述输入轴，另一端连接驱动桥；动力电机，其同轴固定设置在所述变速箱内，所述动力电机的动力输出固定连接所述输入轴；气动分离机构，其固定设置在所述动力电机的一端，并空套在所述输入轴上，所述气动分离机构的一端抵靠在离合器摩擦片一侧；气动加载机构，其与所述气动分离机构相连通，用于对所述气动分离机构充放气，使所述气动分离机构能够沿着所述输入轴往复运动。本发明还提供一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的控制方法。

Description

一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，属于汽车零部件领域。

背景技术

随着汽车工业的快速发展，“节能”“减排”已成为汽车工业发展的主旋律。混合动力系统作为传统动力向新能源动力过渡的一种中间产物，其节能效果突出，同时兼顾使用便利性和驾驶者习惯，已成为当前汽车发展的重要技术方案。

混合动力按照其结构原理分为串联式混合动力、并联式混合动力、混联式混合动力三种，其中并联式混合动力系统为结构相对简单的单电机系统，可实现动力电机与发动机联合驱动、动力电机或发动机单独驱动等模式切换，是混合动力的一种重要原理构型，其具有部件种类少、系统效率高、综合燃油经济性突出、整车改动小等特点，受到国内外各零部件及整车企业的高度关注。并联式混合动力系统根据动力电机的布置位置分为P0、P1、P2、P3及P4等构型。P2构型动力电机位于变速箱与离合器之间，通过离合器分离可实现发动机与动力电机扭矩的中断，从而可实现纯电起步、纯电行驶、制动能量回收等模式控制；当离合器结合状态下，动力电机可与发动机并行联合驱动车辆前进，实现大扭矩动力输出，从而实现较高的整车动力输出。P2构型并联混合动力系统可兼顾整车动力性与燃油经济性，同时满足商用车辆高出勤率、高续驶里程、高载重、高燃油经济性的需求，是商用车尤其适重型卡车重要的发展方向。2018年德国汉诺威商用车展上，商用车厂商达夫、斯堪尼亚、扶桑等均展示了相关的P2构型的同轴并联式混合动力系统商用车整车。动力电机与变速箱高度集成的机电一体化电驱自动变速箱系统是P2构型混合动力系统的核心部件，其集成度、平顺性、功率密度等优劣直接关系到整车的燃油经济性及动力性。

传统的P2构型并联式混合动力系统通常通过动力电机、变速箱、自动离合器并排式布置，此时系统的轴向尺寸相对较长；多部件同轴布置同轴度要求高，容易因加工精度导致系统同轴度较差、噪音大、部件寿命短等问题；使用传统拨叉、离合器分离轴承、离合器自动分泵等部件组成的自动离合控制系统，容易出现机械部件卡死或磨损等导致离合器结合及分离异常，影响整车功能。

发明内容

本发明设计开发了一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，通过气动分离机构和气动加载机构配合，使变速箱与发动机选择性接合或分离，使系统的集成度高、同轴度好，提高整车性能。

本发明还设计开发了一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的控制方法，通过离合器电控阀体与气动分离机构的配合，提高离合器分离及结合的速度，以及实现离合器位置的精确控制。

本发明提供的技术方案为：

一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，包括：

离合器壳体，其一端与所述变速箱的箱体固定连接；

飞轮壳，其一端与所述离合器壳体的另一端固定连接，所述飞轮壳内设置有离合器摩擦片；

发动机，其与所述飞轮壳的另一端固定连接；

输入轴，其设置在所述离合器壳体内，所述输入轴的一端可旋转支撑在所述变速箱的箱体一端；

动力电机，其设置在所述离合器壳体内，所述动力电机的输出端固定连接所述输入轴；

气动分离机构，其空套在所述输入轴上，所述气动分离机构的一端与所述动力电机的一端固定连接，另一端抵靠在离合器摩擦片的一侧；

气动加载机构，其与所述气动分离机构相连通，用于对所述气动分离机构充放气，使所述气动分离机构能够沿着所述输入轴往复运动；

输出轴，其一端同轴连接所述输入轴，另一端穿过所述变速箱箱体连接驱动桥。

优选的是，所述动力电机包括；

动力电机定子，其固定设置在所述变速箱箱体的内壁上；

动力电机转子，其固套在所述输入轴上，并位于所述动力电机定子内部；

连接板，其固定连接在所述动力电机转子和所述输入轴之间。

优选的是，所述动力电机定子和所述动力电机转子均为圆环柱状结构，使所述动力电机的一端形成向内凹陷的容纳腔。

优选的是，所述气动分离机构包括：

分离气缸，其固定设置在所述容纳腔内；

分离活塞，设置在所述分离气缸内，并空套在所述输入轴上；

离合器推环，其一端固定连接所述分离活塞，另一端抵靠在所述离合器摩擦片的一侧。

优选的是，所述气动加载机构包括：

分离泵气管，其一端与所述分离活塞相连通；

阀体，其为四个相对独立高速开关阀构成的组合阀体，包括其设置在其上的第一连通位、第二连通位、第三连通位，所述分离泵气管的另一端与所述第一连通位相连通；

供气气管，其与所述第二连通位相连通；

卸荷气管，其与所述第三连通为相连通；

四个相对独立高速开关阀为两个大口径的第一高速开关阀、第三高速开关阀，两个小口径的第二高速开关阀、第四高速开关阀；

四个高速开关阀的一端与第一连通位相连通；第一高速开关阀和第二高速开关阀的另一端与第二连通位相连通，第三高速开关阀和第四高速开关阀的另一端与第三连通位相连通。

优选的是，所述离合器摩擦片与所述输入轴通过花键连接。

优选的是，还包括：

离合器分离轴承，其空套在所述输入轴上，并位于所述离合器摩擦片和所述离合器推环之间，所述离合器摩擦片的一侧通过离合器分离轴承与离合器推环相连接。

优选的是，还包括：

发动机控制单元，其设置在所述发动机上；

变速箱控制单元，其电连接所述发动机控制单元；

整车控制单元，其与所述发动机控制单元、所述变速箱控制单元同时电连接。

一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的控制方法，其特征在于，使用所述的混合动力用机电一体化电驱动变速箱系统，对离合器进行控制，包括：控制离合器快速分离、离合器快速结合、离合器缓慢结合；

所述离合器快速分离包括：

整车控制单元向变速箱发出离合器快速分离指令，控制离合器电控阀体动作，实现供气气管与分离泵气管直接导通，压缩气体经离合器；

所述离合器快速结合包括：

整车控制单元向变速箱控制单元发出离合器快速结合的指令，控制离合器的电控阀体动作，实现卸荷管与分离泵直接导通，气缸内的压缩气体在自身压力机离合器膜片弹簧的推力作用下，排出气缸，实现离合器的快速结合；

所述离合器缓慢结合包括：

整车控制单元向变速箱控制单元发出离合器缓慢结合的指令，控制离合器电控阀体动作，通过脉宽可调控制方法，卸荷气管与分离泵气管直接导通，气缸内的压缩气体在自身压力机离合器膜片弹簧的推力作用下，排出气缸，实现离合器结合动作。

优选的是，其特征在于，

所述离合器快速分离过程中，离合器分离力的经验公式为：

F_Opn＝P_ClutchPrss*A_Clutch-K_Clutch*S_Clutch

其中：K_Clutch为离合器膜片弹簧弹力系数；S_Clutch为离合器推环以离合器膜片弹簧无弹力点为初始位置的位移量；P_ClutchPrss为离合器气腔与环境压力差；A_Clutch为离合器气腔截面积。

本发明所述的有益效果：

1.动力电机转子为圆环柱状结构，可降低动力电机转动惯量，提高响应特性及机械效率；

2.动力电机转子为圆环柱状结构，离合器分离泵嵌入到前端盖，可最大程度上缩短轴向空间；

3.动力电机后端盖、变速箱前端盖、离合器壳为一体化结构，最大程度上实现系统的轻量化、集成化；

4.动力电机转子与变速箱一轴通过动力电机转子连接板相连，共用一根输入轴，最大程度上保证动力电机与变速箱的同轴度，提高系统平顺性，提高部件寿命；

5.圆环柱状离合器分离泵气缸嵌入到动力电机前端盖内部，通过轴承与输入轴相连，与变速箱端盖端轴承共同组成动力电机转子的支撑结构，保证动力电机转子与动力电机定子之间的气隙尺寸稳定；

6.圆环柱状离合器分离泵结构，使用整车压缩气体推动实现离合器的分离及结合，结构简单、稳定可靠；

7.离合器分离泵的控制装置，即离合器电控阀体通过离合器分离泵气管与离合器分离泵相连，布置在动力电机外部，可最大程度上匹配较大尺寸的离合器分离泵，提高离合器分离及结合的速度，同时便于方便快速的进行离合器电控阀体的检修；

8.使用四个相对独立高速开关阀构成的组合阀体，分为两组大小口径配合的气路控制回路可精确实现离合器分离泵充放气流量控制，实现离合器位置的精确控制；

9.系统输入端相关机械结构及尺寸设计遵循相关行业标准，如SAE相关标准，最大程度上保证了系统的匹配系列化及灵活性。

附图说明

图1为本发明所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的剖面结构示意图。

图2为图1中A处的局部放大图。

图3为本发明所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的应用结构示意图。

图4为本发明所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的离合器分离泵的结构示意图。

图5为本发明所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的离合器分离泵缸体的结构示意图。

图6为本发明所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的离合器分离泵活塞体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1-6所示，本发明提供一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，包括：变速箱本体100、动力电机定子111、动力电机转子112、离合器推环121、输入轴130、离合器分离泵活塞123、离合器电控阀体132、卸荷气管133、供气气管134、离合器壳体140、输出轴150、变速箱控制单元210、发动机220、离合器分离轴承310、飞轮壳320、飞轮及离合器主动盘330、发动机曲轴输出端340、离合器摩擦片350、传动轴400、驱动桥500。

离合器壳体140的一侧与变速箱本体100固定连接，另一侧与飞轮壳320固定连接，输入轴130的一端可旋转支撑设置在变速箱本体100上，另一端同轴连接输出轴140的一端，输出轴140的另一端穿过变速箱本体100连接驱动桥500，动力电机固定设置在变速箱本体100内，动力电机的输出端固定连接输入轴130，气动分离机构固定设置在动力电机的一端，并空套在输入轴130上，气动分离机构的一端抵靠在离合器摩擦片350的一侧，气动分离机构与气动加载机构相连通，通过气动加载机构对气动机构充放气，使气动机构能够沿着输入轴130往复运动，进而使变速箱选择性的与发动机相接合。

飞轮壳320与离合器壳140相连接，设置在飞轮壳320内的飞轮及离合器主动盘330与发动机220的发动机曲轴输出端340相连接，离合器摩擦片350与输入轴130之间通过花键连接，离合器摩擦片350的一侧通过分离轴承与离合器推环121相连。离合器分离轴承310经离合器分离轴承套空套在输入轴130上，在离合器推环121和离合器摩擦片350的弹簧的作用下，往复运动。

在本发明中，作为一种优选，离合器从动盘中心位置为外花键结构，输入轴为外花键结构。

动力电机包括动力电机定子111和动力电机转子112，动力电机定子固定设置在离合器壳体140的内壁上，动力电机转子112嵌套在动力电机定子111的内部，中间的间隙由动力电机气隙参数决定。动力电机定子111和动力电机转子112均为圆环柱状结构，使动力电机的一端形成向内凹陷的容纳腔，并且容纳腔与动力电机转子112中间有一定的间隙，能够保证动力电机转子112自由转动。动力电机转子112通过动力电机转子连接板与输入轴130固定连接。

气动分离机构包括：离合器推环121、离合器分离气缸122、离合器分离活塞123，离合器分离气缸122固定设置在容纳腔内，离合器分离活塞123设置在离合器分离气缸122内，离合器推环的一端固定连接离合器分离活塞123，另一端抵靠在离合器摩擦片350的一侧，离合器分离活塞123与离合器分离气缸控制装置相连通。合器分离气缸控制装置包括：离合器分离泵气管131、离合器电控阀体132、卸荷气管133、供气气管134，在本发明中，作为一种优选，离合器电控阀体132为四个相对独立高速开关阀构成的组合阀体，包括其设置在其上的第一连通位、第二连通位、第三连通位，分离泵气管131的一端与离合器分离活塞123相连通，另一端与电控阀体132的第一联通位相连通，供气气管134与第二连通位相连通，卸荷气管133与第三连通位相连通，四个相对独立高速开关阀为两个大口径、两个小口径高速开关阀。

如图2所示，四个相对独立高速开关阀为两个大口径的第一高速开关阀132_1、第三高速开关阀132_3，两个小口径的第二高速开关阀132_2、第四高速开关阀132_4。

第一高速开关阀132_1、第二高速开关阀132_2的一端与第三联通位150_3相连，另一端与第一联通位150_1相连。第三高速开关阀132_3、第四高速开关阀132_4的一端与第二联通位150_2相连，另一端与第一联通位150_1相连。

如图3所示，离合器分离气缸122为中空的圆环柱状结构，外壁与动力电机向内凹陷的端盖固定连接，离合器分离气缸122嵌套在动力电机转子112圆环柱状结构内侧的动力电机前端盖上，离合器分离气缸122的内环壁通过轴承与输出轴相连；离合器分离活塞123为环状机构，嵌套在离合器分离气缸122内部，离合器分离活塞123空套在输入轴130上，能够沿着输入轴130往复运动，离合器推环121的一端固定设置在离合器分离活塞123上，另一端抵靠在离合器摩擦片350上，供气气管134的一端与第二连通位相连通，另一端与整车压缩气储气筒相连，为离合器电控阀体132提供压缩气体，卸荷气管133的一端与第三连通位相连通，另一端与大气相连通。

如图4-5所示，离合器分离泵缸体122包括：离和气分离泵缸体外缸体122a、离合器分离泵缸体内缸体122b、离合器分离泵缸体底板122c、离合器分离泵气管131、磁感应传感器122d；离合器分泵活塞123包括：离合器分泵活塞外底板123a、离合器分泵活塞内底板123b、离合器分泵活塞输出端123c组成；离合器分离泵缸体外缸体122a、离合器分离泵缸体内缸体122c为圆筒状，一端由圆环状离合器分离泵缸体底板122d连接，其中，离合器分离泵气管131位于靠近离合器分离泵缸体底板123b的一侧；离合器分泵活塞体外底板123a及离合器分泵活塞体内底板123b组成离合器分泵活塞体123的底板，离合器分泵活塞体外底板123a的外侧与离合器分离泵缸体外缸体122a内侧紧密配合并能够相对滑动，离合器分泵活塞体内底板123b的内侧与离合器分离泵缸体内缸体122c的外侧紧密配合并能够相对滑动，形成密闭气室；离合器分泵活塞体外底板123a、离合器分泵活塞体内底板123b边缘为耐磨材质；在本发明中，作为一种优选，离合器分泵活塞体外底板123a同时为磁性材料，在离合器分泵活塞相对运动时，离合器分离泵缸体外缸体1022a外侧磁感应传感器122d通过感应磁场变化感知气缸体的位置。

离合器电控阀体132的四个高速开关阀可独立控制，当第一高速开关阀或者第二高速开关阀打开且第三高速开关阀及第四高速开关阀关闭，压缩气体经过供气气管134、离合器电控阀体132、离合器分离泵气管131到达离合器分离泵气缸122，推动离合器分离活塞123向前运动，此时，离合器推环121经所匹配的离合器分离轴承310推动离合器膜片弹簧实现离合器的分离；当第三高速开关阀或者第四高速开关阀打开且第一高速开关阀及第二高速开关阀关闭，离合器分离泵气缸122的压缩气体经离合器分离泵气管131、离合器电控阀体134、卸荷气管133与大气导通，实现离合器分离泵气缸122的卸荷，所匹配的离合器膜片弹簧力经所匹配的离合器分离轴承340推动离合器推环121向右移动，实现离合器的接合；

在高速开关阀控制过程中，使用PWM脉冲功率控制信号驱动高速开关阀，可实现阀开度比例调节，通过控制气体导通截面积控制离合器结合或者分离的速度。

其中，变速箱本体100、输入轴130、变速箱输出轴150、选换挡执行机构160组成机械式自动变速箱，输入轴130为变速箱的一轴，一端具有外花键结构，与所匹配的离合器摩擦片350内花键相连。

在本发明中，作为一种优选，输入轴130一端的外花键尺寸及相对离合器壳体140伸长长度等于常规机械式自动变速箱一致，符合相关的行业标准，如SAE离合器壳体140及花键相关尺寸标准。选换挡执行实现变速箱本体100的摘挡、选档、换挡操作。

在发明中，作为一种优选，使用X-Y轴电动方案，也可启动方案。变速箱的输出轴可经所匹配的传动轴与整车的驱动桥500相连，实现动力到驱动轮的传递。

整车控制单元280为整车控制策略的执行单元，其通过通讯线束290与动力电池及电池管理系统270、高压配电单元260、电机控制器250、自动变速箱控制单元210、发动机控制单元230相连；动力电池及电池管理系统270为整车提供电能，同时上报动力电池实时状态，包括但不局限与电压、电流、单体电压、温度、剩余电量、绝缘状态、电池故障信息等。

高压配电单元260能够实现高压电能的通断控制，同时内部集成有熔断器，起到短路保护作用；电机控制器经高压配电单元260配电的高压直流电能转化为与动力电机驱动关联的三相交流电能，动力电池及电池管理系统270通过高压直流母线251与高压配电单元260相连，高压配电单元260通过三相交流线240与动力电机相连，其中，变速箱本体100的输出端经传动轴400与驱动桥500相连，传动轴400具有万向节和伸缩花键结构。

本发明还提供一种混合动力用机电一体化变速箱系统的控制方法，使用混合动力用机电一体化变速箱系统，对离合器快速分离、离合器快速结合以及离合器缓慢结合进行控制，具体包括：

离合器分离泵及离合器膜片弹簧进行参数设计及参数匹配时，一般过程为：

自动变速箱控制单元接收到离合器快速分离指令时，控制离合器电控阀体动作，压缩气体与离合器腔体导通，压缩气体推动离合器活塞动作，克服离合器膜片弹簧阻力，实现离合器分离，离合器分离力为：

F_Opn＝P_ClutchPrss*A_Clutch-K_Clutch*S_Clutch

其中：K_Clutch为离合器膜片弹簧弹力系数；S_Clutch为离合器推环以离合器膜片弹簧无弹力点为初始位置的位移量；P_ClutchPrss为离合器气腔与环境压力差；A_Clutch为离合器气腔截面积；

在进行离合器截面积、膜片弹簧弹力系数、压缩气体压力匹配时；首先保证压缩气体最小气压时，产生的推力可实现离合器完全分离，即为离合器分离力差F_Opn为零时：

P_{MinClutchPrss}*A_Clutch＝K_Clutch*S_ClutchMax

此时获得离合器气腔截面积A_Clutch与合器膜片弹簧弹力系数K_Clutch关系为：

此时根据常规离合器膜片型谱，根据已知的弹簧弹力系数，可以确定离合器气腔截面积A_Clutch的最小值。

在离合器控制过程中，建立离合器简化模型，即离合器传递扭矩T_Clutch通过离合器位移量查表获得，即为

T_Clutch＝LookupMap(S_ClutchAction)

其中：S_ClutchAction为以离合器膜片弹簧完全释放为零点下离合器推环实际行程的位移量

整车工作模式下，离合器的动作包括离合器快速分离、离合器快速结合、离合器缓慢结合三个动作。

其中离合器快速分离控制方法如下：

自动变速箱控制单元接收到整车控制单元离合器快速分离指令或有离合器快速分离控制需要时，控制离合器电控阀体动作，实现供气气管与分离泵气管直接导通，压缩气体经离合器电控阀体进入气缸内，推动气缸动作，压缩气体克服离合器膜片弹簧弹力实现离合器快速分离。

离合器快速结合的控制方法如下：

自动自动变速箱控制单元接收到整车控制单元离合器快速结合指令或有离合器快速结合控制需要时，控制离合器电控阀体动作，实现卸荷气管与分离泵气管直接导通，气缸内的压缩气体在自身压力及离合器膜片弹簧的推力作用下，排除气缸，实现离合器快速结合。

离合器缓慢结合的控制方法如下：

自动自动变速箱控制单元接收到整车控制单元离合器缓慢结合指令或有离合器缓慢结合控制需要时，控制离合器电控阀体动作，首先根据需求离合器传递扭矩T_ClutchDmd查表获得离合器的目标位移量S_ClutchTaget，以磁感应传感器实时反馈的位移量为当前位移量值，离合器的目标位移量S_ClutchTaget为目标控制量，自动变速箱控制单元控制离合器电磁阀动作，优选使用脉宽可调控制方法，卸荷气管与分离泵气管直接导通，气缸内的压缩气体在自身压力及离合器膜片弹簧的推力作用下，排除气缸，实现离合器结合动作，该过程中结合的目标位移量实时跟随需求离合器传递扭矩T_ClutchDmd。

发明所述的一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的控制方法，其中：

整车控制单元根据动力电池及电池管理系统上报的动力电池温度、动力电池SOC通过查表方式获得动力电池实时允许充放电电流信息，包括峰值放电电流I_{peakDischarge}、峰值充电电流I_PeakCharge、持续放电电流I_Discharge、持续充电电流I_Charge：

I_x＝LookupMap(P_BPSOC,T_BPTemp)

其中：I_x为上述电流信息、P_BPSOC为动力电池SOC、T_BPTemp为动力电池温度

整车控制单元根据动力电机请求堵转扭矩，查表获得动力电机堵转电流I_MCUStall：

I_MCUStall＝LookupMap(T_MCUstall)

其中：T_MCUStall为动力电机堵转扭矩

整车控制单元根据发动机温度信息，查表获得发动机起动需求扭矩T_EngStart：

T_EngStart＝LookupMap(T_Engine)

其中：T_Engine为发动机起动需求扭矩

整车控制单元通过查表的行驶获得驾驶需求驱动扭矩T_DrvDmd，即通过X、Y坐标分别为油门踏板开度、变速箱输入轴转速，纵坐标为驾驶需求扭矩的三维MAP查表获取：

T_DrvDmd＝LookupMap(P_AccalPedal，n_axle)

其中：P_AccelPedal为油门踏板开度；n_axle为变速箱输入轴转速；

整车控制单元通过查表的行驶获得发动机起动成功转速值n_EngineStart，即通过X、Y坐标分别为发动机温度、环境压力，纵坐标为驾驶需求扭矩的三维MAP查表获取：

n_EngineStart＝LookupMap(T_EngineTemp，P_AirPrss)

其中：T_EngineTemp为发动机温度；P_AirPrss为环境压力；

离合器膜片弹簧推力F_Clutch可等效为弹力系数与位移量乘积，即为：

F_Clutch＝K_Clutch*S_Clutch

其中：K_Clutch为离合器膜片弹簧弹力系数；S_Clutch为离合器推环以离合器膜片弹簧无弹力点为初始位置的位移量；

当离合器活塞在离合器膜片弹簧、离合器气室压力共同作用下沿着离合器垂直于离合器面的圆心轴方向前后移动，即为：

K_Clutch*S_Clutch＝P_ClutchPrss*A_Clutch

换算为：

其中：P_ClutchPrss为离合器气腔与环境压力差；A_Clutch为离合器气腔截面积；

在离合器动作过程中，使用离合器位移传感器反馈离合器行程信号，使用离合器行程信号为横坐标的二维MAP获得离合器扭矩传递系数，即为：

T_Clutch＝LookupMap(S_Clutch)

S01：当车辆低压上电时，整车控制单元根据动力电池及电池管理系统、电机控制器上报的故障状态信息判断车辆处于混动模式还是燃油模式；

进一步地，当无故障时，整车控制单元判定整车处于混动模式，控制高压配电单元完成高压电上电；当存在故障时，整车控制单元判定车辆处于燃油模式，自动关闭发送至电机控制器、自动变速箱控制单元、高压配电单元的控制报文；

SA01：当整车为混动模式时，整车控制单元根据动力电池及电池管理系统、发动机控制单元上报的状态信息判断发动机起动的动力源，当接收到起动信号时，根据选择的动力源执行发动机起动；

整车控制单元接收到的动力电池及电池管理系统、发动机控制单元上报的状态及故障信判断，首先获取发动机起动需求扭矩下T_EngStart对应的动力电机堵转电流I_MCUStall，当动力电池无故障且I_{PeakDischarge}＞I_MCUStall时，使用动力电机起动发动机，否则使用起动机起动发动机；

SA01A：当使用动力电机起动发动机时，整车控制单元发送自动变速箱控制单元请求离合器结合、变速箱空挡控制指令，当离合器、变速箱动作执行完毕后，整车控制单元向电机控制器发送起动扭矩T_EngStart，动力电机控制器将直流电能转化为驱动动力电机旋转的三相交流电，动力电机输出电能实现发动机起动；当发动机转速到达设定阈值n_EngineStart时，认为发动机起动成功，整车控制单元向电机控制器发送扭矩指令；

进一步地，自动变速箱控制单元控制离合器电控阀体动作，实现离合器活塞腔体与大气导通，此时离合器推环在离合器膜片弹簧推力作用力下运动，离合器活塞腔体内空气排出，离合器闭合或保持闭合状态；

SA01B：当起动机为动力源起动发动机时，整车控制单元向发动机控制单元发送起动发动机指令，发动机控制单元控制机载起动机实现发动机起动；进一步地，自动变速箱控制单元控制离合器电控阀体动作，实现离合器活塞腔体与近期管导通，离合器推环在气缸推力作用下分离。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，其特征在于，包括：

离合器壳体，其一端与所述变速箱的箱体固定连接；

飞轮壳，其一端与所述离合器壳体的另一端固定连接，所述飞轮壳内设置有离合器摩擦片；

发动机，其与所述飞轮壳的另一端固定连接；

输入轴，其设置在所述离合器壳体内，所述输入轴的一端可旋转支撑在所述变速箱的箱体一端；

动力电机，其设置在所述离合器壳体内，所述动力电机的输出端固定连接所述输入轴；

气动分离机构，其空套在所述输入轴上，所述气动分离机构的一端与所述动力电机的一端固定连接，另一端抵靠在离合器摩擦片的一侧；

气动加载机构，其与所述气动分离机构相连通，用于对所述气动分离机构充放气，使所述气动分离机构能够沿着所述输入轴往复运动；

输出轴，其一端同轴连接所述输入轴，另一端穿过所述变速箱箱体连接驱动桥。

2.根据权利要求1所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，其特征在于，所述动力电机包括；

动力电机定子，其固定设置在所述变速箱箱体的内壁上；

动力电机转子，其固套在所述输入轴上，并位于所述动力电机定子内部；

连接板，其固定连接在所述动力电机转子和所述输入轴之间。

3.根据权利要求2所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，其特征在于，所述动力电机定子和所述动力电机转子均为圆环柱状结构，使所述动力电机的一端形成向内凹陷的容纳腔。

4.根据权利要求3所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，其特征在于，所述气动分离机构包括：

分离气缸，其固定设置在所述容纳腔内；

分离活塞，设置在所述分离气缸内，并空套在所述输入轴上；

离合器推环，其一端固定连接所述分离活塞，另一端抵靠在所述离合器摩擦片的一侧。

5.根据权利要求4所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，其特征在于，所述气动加载机构包括：

分离泵气管，其一端与所述分离活塞相连通；

阀体，其为四个相对独立高速开关阀构成的组合阀体，包括其设置在其上的第一连通位、第二连通位、第三连通位，所述分离泵气管的另一端与所述第一连通位相连通；

供气气管，其与所述第二连通位相连通；

卸荷气管，其与所述第三连通为相连通；

四个相对独立高速开关阀为两个大口径的第一高速开关阀、第三高速开关阀，两个小口径的第二高速开关阀、第四高速开关阀；

四个高速开关阀的一端与第一连通位相连通；第一高速开关阀和第二高速开关阀的另一端与第二连通位相连通，第三高速开关阀和第四高速开关阀的另一端与第三连通位相连通。

6.根据权利要求5所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，其特征在于，所述离合器摩擦片与所述输入轴通过花键连接。

7.根据权利要求6所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，其特征在于，还包括：

离合器分离轴承，其空套在所述输入轴上，并位于所述离合器摩擦片和所述离合器推环之间，所述离合器摩擦片的一侧通过离合器分离轴承与离合器推环相连接。

8.根据权利要求7所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统，其特征在于，还包括：

发动机控制单元，其设置在所述发动机上；

变速箱控制单元，其电连接所述发动机控制单元；

整车控制单元，其与所述发动机控制单元、所述变速箱控制单元同时电连接。

9.一种混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的控制方法，其特征在于，使用权利要求1-8任意一项所述的混合动力用机电一体化电驱动变速箱系统，对离合器进行控制，包括：控制离合器快速分离、离合器快速结合、离合器缓慢结合；

所述离合器快速分离包括：

整车控制单元向变速箱发出离合器快速分离指令，控制离合器电控阀体动作，实现供气气管与分离泵气管直接导通，压缩气体经离合器；

所述离合器快速结合包括：

整车控制单元向变速箱控制单元发出离合器快速结合的指令，控制离合器的电控阀体动作，实现卸荷管与分离泵直接导通，气缸内的压缩气体在自身压力机离合器膜片弹簧的推力作用下，排出气缸，实现离合器的快速结合；

所述离合器缓慢结合包括：

整车控制单元向变速箱控制单元发出离合器缓慢结合的指令，控制离合器电控阀体动作，通过脉宽可调控制方法，卸荷气管与分离泵气管直接导通，气缸内的压缩气体在自身压力机离合器膜片弹簧的推力作用下，排出气缸，实现离合器结合动作。

10.根据权利要求9所述的混合动力用机电一体化电驱变速箱系统的控制方法，其特征在于，

所述离合器快速分离过程中，离合器分离力的经验公式为：

F_Opn＝P_ClutchPrss*A_Clutch-K_Clutch*S_Clutch

其中：K_Clutch为离合器膜片弹簧弹力系数；S_Clutch为离合器推环以离合器膜片弹簧无弹力点为初始位置的位移量；P_ClutchPrss为离合器气腔与环境压力差；A_Clutch为离合器气腔截面积。

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