一种多模式混合动力传动装置及其控制方法与流程

[0001]
本发明属于汽车动力传动技术领域，特别涉及一种多模式混合动力传动装置及其控制方法。


背景技术：

[0002]
随着环保标准的不断提高，传统内燃机汽车的排放指标愈发难以适应新要求。在保证动力性和经济性的前提下，如何减少汽车的排放成为行业亟待解决的问题。基于此，以发动机和电动机为动力源的混合动力汽车，以电动机为动力源、燃料电池等为能量源的纯电动汽车成为行业的研究热点。鉴于电池技术的发展还不够成熟，加之充电桩等基础设施的大规模建设还遥遥无期，纯电动汽车的大规模产业化还需要很长一段时间。混合动力汽车对电池的要求标准较低，加之内燃机技术的发展已经很成熟，只需要在传统内燃机汽车的基础上进行改进即可成车，所以混合动力汽车成为适应现阶段环保标准的最合适车型。
[0003]
现阶段的混合动力系统大都采取p2混动模式即电动机安放在变速器的输入轴上。以现有七速变速器的混合动力系统为例，该混动变速器系统主要基于目前成熟的双离合变速器技术和电动机控制技术，通过变换挡位可使驱动电动机和发动机长期工作在高效区；其中，c1离合器、c2离合器分别连接发动机，输入二轴空套在输入一轴上，电动机通过电动机传动轴组件与四六挡主动齿轮连接。该混合动力系统可以执行发动机单独驱动、电动机单独驱动2/4/6/r挡、发动机和电动机同时驱动2/4/6/r挡、电动机制动充电等操作模式。
[0004]
但是，目前双离合混动变速器存在以下缺陷：1、由于电动机通过电动机传动轴组件与四六挡主动齿轮连接，这样导致混动模式下，发动机和电动机只能同时驱动2/4/6/r挡，不能驱动所有挡位，不能很好地满足动力性和经济性要求；2、驱动时电动机不能给蓄电池充电，为保证电动机供电，造成蓄电池的体积大、成本高；3、传动系统结构复杂，占用空间大、搭载不便。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的是克服现有双离合混动变速器的缺陷，提供了一种多模式混合动力传动装置，能够实现纯电动机驱动模式、纯发动机驱动模式、串联驱动模式、混合驱动模式、再生回收模式和驻车发电模式，同时在混合驱动模式下可以实现各档位的驱动，在串联驱动模型、再生回收模式和驻车发电模式下可以对动力电池充电。
[0006]
本发明还提供了一种多模式混合动力传动装置的控制方法，能够便于实现不同工作模式的切换和进行档位调节。
[0007]
本发明提供的技术方案为：
[0008]
一种多模式混合动力传动装置，包括：
[0009]
发动机，其通过燃烧化石燃料为车辆提供动力；
[0010]
二挡齿轮机构，其选择性的连接所述发动机的动力输出轴；
[0011]
四挡齿轮机构，其选择性的连接所述发动机的动力输出轴；
[0012]
电动机；
[0013]
一挡齿轮机构，其与所述电动机的动力输出轴连接；
[0014]
三挡齿轮机构，其与所述电动机的动力输出轴连接；
[0015]
其中，所述电动机的动力输出轴选择性的连接所述发动机的动力输出轴；
[0016]
差速器，其输入端选择性的连接所述一挡齿轮机构、所述二挡齿轮机构、所述三挡齿轮机构或所述四挡齿轮机构，输出端连接汽车的驱动轴；
[0017]
第一齿轮，其固定安装在所述发动机的动力输出轴上；
[0018]
发电机；
[0019]
第二齿轮，其固定安装在所述发电机的动力输入轴上，并且与所述第一齿轮啮合传动；
[0020]
动力电池，其储存由所述发电机提供的电能，并且为所述电动机供电。
[0021]
优选的是，所述的多模式混合动力传动装置，还包括：
[0022]
中间轴；
[0023]
第三齿轮，固定安装在所述中间轴上；
[0024]
第四齿轮，其固定安装在所述差速器壳体上，并且与所述第三齿轮啮合传动；
[0025]
其中，所述中间轴选择性的连接所述述一挡齿轮机构、所述二挡齿轮机构、所述三挡齿轮机构或所述四挡齿轮机构。
[0026]
优选的是，所述一挡齿轮机构包括一挡主动齿轮和一挡从动齿轮；
[0027]
其中，所述一挡主动齿轮固定安装在所述电动机的输出轴上；所述一挡从动齿轮选择性的连接所述中间轴，并且与所述一挡主动齿轮啮合传动；
[0028]
所述三挡齿轮机构包括三挡主动齿轮和三挡从动齿轮；
[0029]
其中，所述三挡主动齿轮固定安装在所述电动机的输出轴上；所述三挡从动齿轮选择性的连接所述中间轴，并且与所述三挡主动齿轮啮合传动。
[0030]
优选的是，所述的多模式混合动力传动装置，还包括：
[0031]
二四挡齿轮轴，其与所述发动机的动力输出轴、所述电动机的输出轴同轴设置；
[0032]
第一离合器，其设置在所述发动机的动力输出轴之间和所述二四挡齿轮轴之间；
[0033]
其中，所述二挡齿轮机构包括二挡主动齿轮和二挡从动齿轮；所述四挡齿轮机构包括四挡主动齿轮和四挡从动齿轮；
[0034]
所述二挡主动齿轮与所述四挡主动齿轮的齿轮轴分别固定安装在所述二四挡齿轮轴上；
[0035]
所述二挡从动齿轮选择性的连接所述中间轴，并且与所述二挡主动齿轮啮合传动；
[0036]
所述四挡从动齿轮选择性的连接所述中间轴，并且与所述四挡主动齿轮啮合传动。
[0037]
优选的是，所述的多模式混合动力传动装置，还包括：
[0038]
第二离合器，其设置在所述电动机的动力输出轴和所述二四挡齿轮轴之间。
[0039]
优选的是，所述的多模式混合动力传动装置，还包括：
[0040]
第一同步器，其固定安装在所述中间轴上；
[0041]
其中，所述二挡从动齿轮空套在所述中间轴上，所述第一同步器与所述二挡从动
齿轮选择性的结合或分离；所述四挡从动齿轮空套在所述中间轴上，所述第一同步器与所述四挡从动齿轮选择性的结合或分离。
[0042]
优选的是，所述的多模式混合动力传动装置，还包括：
[0043]
第二同步器，其固定安装在所述中间轴上；
[0044]
其中，所述一挡从动齿轮空套在所述中间轴上，所述第二同步器与所述一挡从动齿轮选择性的结合或分离；所述三挡从动齿轮空套在所述中间轴上，所述第二同步器与所述三挡从动齿轮选择性的结合或分离。
[0045]
一种多模式混合动力传动装置的控制方法，用于控制所述的多模式混合动力传动装置，包括如下步骤：
[0046]
步骤一、整车控制器获取发动机、电动机、第一离合器和第二离合器的工作状态信号，并且确定所述多模式混合动力传动装置的工作模式；
[0047]
步骤二、整车控制器根据所述工作模式，控制所述发动机、所述电动机、所述发电机、所述第一离合器、所述第二离合器、第一同步器及第二同步器的工作状态，实现所选工作模式的执行；
[0048]
其中，所述的工作模式包括：纯电动机驱动模式、纯发动机驱动模式、串联驱动模式、混合驱动模式、再生回收模式和驻车发电模式。
[0049]
优选的是，所述的多模式混合动力传动装置的控制方法，还包括：
[0050]
当车辆处于纯电动机驱动模式、串联驱动模式或混合驱动模式且车辆状态为滑行或制动减速时，车辆切换至再生回收模式。
[0051]
优选的是，当所述多模式混合动力传动装置处于混合驱动模式时：
[0052]
所述发动机和所述电动机工作，所述第一离合器和所述第二离合器接通；车辆运行的动力源为所述电动机和所述发动机，并且所述发动机驱动发电机发电，产生的电能存储在动力电池内；
[0053]
通过控制第一同步器和第二同步器的工作状态，实现一挡、二挡、三挡和四挡的挡位切换；以及
[0054]
当所述多模式混合动力传动装置处于串联驱动模式时：
[0055]
所述发动机和所述电动机工作，所述第一离合器和第二离合器断开，车辆运行的动力源为所述电动机，所述发动机驱动所述发电机发电，为所述动力电池充电。
[0056]
本发明的有益效果是：
[0057]
本发明提供的多模式混合动力传动装置，结构简单、布置紧凑、占用空间小，搭载方便；可以实现纯电动机驱动模式、纯发动机驱动模式、串联驱动模式、混合驱动模式、再生回收模式和驻车发电模式，同时在混合驱动模式下可以实现各档位的驱动，在串联驱动模型、再生回收模式和驻车发电模式下可以对动力电池充电。
[0058]
本发明提供的多模式混合动力传动装置的控制方法，能够便于实现不同工作模式的切换和进行档位调节。
附图说明
[0059]
图1为本发明所述的多模式混合动力传动装置的总体结构示意图。
[0060]
图2为本发明所述的多模式混合动力传动装置的控制方法示意图。
具体实施方式
[0061]
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。
[0062]
如图1所示，本发明提供了一种多模式混合动力传动装置，主要包括：动力电池1，发电驱动齿轮2，发电机动力输入轴3，发电机4，第一齿轮5，发动机6，发动机动力输出轴7，分离离合器8，二挡主动齿轮9，四挡主动齿轮10，中间轴齿轮11，差速器壳体齿轮12，右车轮13，右半轴14，差速器15，左半轴16，二挡从动齿轮17，第一同步器18，四挡从动齿轮19，左车轮20，三挡从动齿轮21，中间轴22，第二同步器23，一挡从动齿轮24，电动机25，电动机动力输出轴26，一挡主动齿轮27，三挡主动齿轮28，三四挡单面离合器29，整车控制器vcu30。
[0063]
发动机6通过化石燃料的燃烧为车辆提供动力。动力电池1是车辆的能力源之一；电动机25通过动力电池1供电，驱动车辆行驶。发电机4能够将机械能转换为电能，并传输至动力电池1存储起来。发动机动力输出轴7，其布置在发动机6的输出端；发电机动力输入轴3与发动机动力输出轴7平行布置，并且与发电机4的输入端连接，用于驱动发电机4发电。电动机动力输出轴26布置在电动机25的输出端；差速器15可实现左右车轮的差速行驶，且差速器15的壳体外布置有差速器壳体齿轮12；中间轴22与发动机动力输出轴7和电动机动力输出轴26平行布置，且布置在发动机动力输出轴7、电动机动力输出轴26与差速器15之间。整车控制器vcu 30用于接收并处理车辆信号。
[0064]
第一齿轮5固定布置在发动机动力输出轴7上并靠近发动机6；发电驱动齿轮2固定布置在发电机动力输入轴3上，并与第一齿轮5啮合，发动机6输出的动力经第一齿轮5和发电驱动齿轮2传至发电机4，可以驱动发电机4发电。四挡主动齿轮10固定布置在发动机动力输出轴7上；二挡主动齿轮9固定布置在发动机动力输出轴7上并靠近发动机6；分离离合器8布置在第一齿轮5和二挡主动齿轮9之间，分离离合器8的工作状态会影响车辆的驱动模式。一挡主动齿轮27固定布置在电动机动力输出轴26上；三挡主动齿轮28固定布置在电动机动力输出轴26上并处于靠近四挡主动齿轮10的一侧。三四档单面离合器29布置在三挡主动齿轮28和四挡主动齿轮10之间，用于实现发动机动力输出轴7和电动机动力输出轴26的通断。
[0065]
一挡从动齿轮24与一挡主动齿轮27啮合并空套在中间轴22上；二挡从动齿轮17与二挡主动齿轮9啮合并空套在所述中间轴22上；三挡从动齿轮21，其与所述三挡主动齿轮28啮合并空套在所述中间轴22上；四挡从动齿轮19与四挡主动齿轮10啮合并空套在中间轴22上。第一同步器18布置在二挡从动齿轮17和四挡从动齿轮19之间并固定在中间轴22上，第一同步器18与二挡从动齿轮17或四挡从动齿轮19结合或分离，可以实现档位切换。第二同步器23布置在一挡从动齿轮24和三挡从动齿轮21之间并固定在中间轴22上，第一同步器23与一挡从动齿轮24或三挡从动齿轮21结合或分离，可以实现档位切换。中间轴齿轮11固定布置在中间轴22上，差速器壳体齿轮12固定布置在差速器15的壳体上并与中间轴齿轮11啮合。
[0066]
车辆半轴(驱动轴)分为左半轴16和右半轴14，分别与差速器15的两侧输出端连接，实现两侧车轮的差速行驶。发动机6和电动机25布置在所述的多模式混合动力传动装置的两侧，且发动机动力输出轴7和电动机动力输出轴26同轴布置，通过三四档单面离合器29实现相互之间的通断。发动机6在工作状态时总是驱动电动机4发电，与分离离合器8的通断状态无关。动力电池1与电动机25和发电机4相连，发电机4及电动机25被动反转所产生的电
能可以存储在动力电池1内；反过来动力电池1可以为电动机25供电。所述的多模式混合动力传动装置的倒挡可以通过电动机25主动反转挂一档来实现。
[0067]
如图2所示，本发明还提供了一种多模式混合动力传动装置控制方法，包括如下步骤：
[0068]
(1)整车控制器vcu 30信号处理：整车控制器vcu 30处理发动机6、电动机25、分离离合器8和三四挡单面离合器29的工作状态信号(由驾驶员决定)；
[0069]
(2)模式判断：整车控制器vcu 30确定车辆的工作模式；
[0070]
(3)模式执行：根据驾驶员选定的工作模式，控制发动机6、电动机25、分离离合器8、三四挡单面离合器29、第一同步器18及第二同步器23的工作状态，实现所选驱动工作的执行；
[0071]
其中，所述的工作模式包括纯电动机驱动模式、纯发动机驱动模式、串联驱动模式、混合驱动模式、再生回收模式和驻车发电模式；
[0072]
(4)再生回收模式的判断与切换：当车辆处于纯电动机驱动模式、串联驱动模式或混合驱动模式且运行状态为滑行或制动减速时，车辆切换至再生回收模式。
[0073]
当处于纯电动机驱动模式时：发动机6不工作，电动机25工作；分离离合器8处于断开状态，三四挡单面离合器29也处于断开状态；此时，车辆运行的动力源只有电动机25，在该模式下可以实现一挡、三挡和倒挡三个挡位状态，通过调节第二同步器23可以实现一挡和三挡的切换。纯电动驱动模式在一挡(或倒挡)时的动力传输路线为：电动机25(倒挡时电动机25主动反转)、电动机动力输出轴26、一挡主动齿轮27、一挡从动齿轮24、第二同步器23、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴、左右车轮。纯电动驱动模式在三挡时的动力传输路线为：电动机25、电动机动力输出轴26、三挡主动齿轮28、三挡从动齿轮21、第二同步器23、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴、左右车轮。
[0074]
当处于纯发动机驱动模式时：发动机6工作，电动机25不工作；分离离合器8处于接通状态，三四挡单面离合器29处于断开状态。此时，车辆运行的动力源只有发动机6，在该模式下可以实现二挡和四挡两个挡位状态，通过调节第一同步器18可以实现二挡和四挡的切换。发动机6输出的部分动力经发动机动力输出轴7、第一齿轮5、发电驱动齿轮2、发电机动力输入轴3驱动发电机4发电，产生的电能存储在动力电池1内。纯发动机驱动模式在一挡时的动力传输路线为：发动机6、发动机动力输出轴7、分离离合器8、二挡主动齿轮9、二挡从动齿轮17、第一同步器18、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴、左右车轮；纯发动机驱动模式在四挡时的动力传输路线为：发动机6、发动机动力输出轴7、分离离合器8、四挡主动齿轮10、四挡从动齿轮19、第一同步器18、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴、左右车轮。
[0075]
当处于串联驱动模式时：发动机6工作，电动机25工作，分离离合器8处于断开状态，三四挡单面离合器29也处于断开状态。此时，车辆运行的动力源只有电动机25，但是发动机6输出的动力经发动机动力输出轴7、第一齿轮5、发电驱动齿轮2、发电机动力输入轴3驱动发电机4发电，为动力电池1充电。在该模式下可以实现一挡和三挡两个挡位状态，通过调节第二同步器23可以实现一挡和三挡的切换。串联驱动模式在一挡时的动力传输路线为：电动机25、电动机动力输出轴26、一挡主动齿轮27、一挡从动齿轮24、第二同步器23、中
间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴、左右车轮。串联驱动模式在三挡时的动力传输路线为：电动机25、电动机动力输出轴26、三挡主动齿轮28、三挡从动齿轮21、第二同步器23、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴、左右车轮。
[0076]
当处于混合驱动模式时：发动机6工作，电动机25工作，分离离合器8处于接通状态，三四挡单面离合器29也处于接通状态。此时，车辆运行的动力源为电动机25和发动机6，同时发动机6输出的部分动力经发动机动力输出轴7、第一齿轮5、发电驱动齿轮2、发电机动力输入轴3驱动发电机4发电，产生的电能存储在动力电池1内。在该模式下可以实现四个挡位状态：一挡、二挡、三挡、四挡。混合驱动模式在一挡时的动力传输路径为：一方面，电动机25产生的动力经电动机动力输出轴26传至一挡主动齿轮27；另一方面，发动机6产生的动力经发动机动力输出轴7、分离离合器8、三四挡单面离合器29传至一挡主动齿轮27；然后依次经一挡从动齿轮24、第二同步器23、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴驱动左右车轮转动。混合驱动模式在二挡时的动力传输路径为：一方面，电动机25产生的动力经输入轴26、三四挡单面离合器29、发动机动力输出轴7传至二挡主动齿轮9；另一方面，发动机6产生的动力经发动机动力输出轴7、分离离合器8传至二挡主动齿轮9；然后依次经二挡从动齿轮17、第一同步器18、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴驱动左右车轮转动。混合驱动模式在三挡时的动力传输路径为：一方面，电动机25产生的动力经电动机动力输出轴26传至三挡主动齿轮28；另一方面，发动机6产生的动力经发动机动力输出轴7、分离离合器8、三四挡单面离合器29传至三挡主动齿轮28；然后经三挡从动齿轮21、第二同步器23、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴驱动左右车轮转动。混合驱动模式在四挡时的动力传输路径为：一方面，电动机25产生的动力经电动机动力输出轴26、三四挡单面离合器29传至四挡主动齿轮10；另一方面，发动机6产生的动力经发动机动力输出轴7、分离离合器8传至四挡主动齿轮10；然后经四挡从动齿轮19、第一同步器18、中间轴22、中间轴齿轮11、差速器壳体齿轮12、差速器15、左右半轴驱动左右车轮转动。
[0077]
当汽车处于纯电动机驱动模式、串联驱动模式或混合驱动模式且运行状态为滑行或制动减速时，发电机4可以进行能力再生，将车辆的动能转化为电能，存储到动力电池1内，此时即为再生回收模式。
[0078]
当汽车处于驻车发电模式时：车辆处于驻车状态，发动机6工作，电动机25不工作，分离离合器8处于断开状态。此时，发动机6输出的动力经发动机动力输出轴7、第一齿轮5、发电驱动齿轮2、发电机动力输入轴3驱动发电机4工作，向动力电池1充电。
[0079]
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。

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