双电机混合动力用变速器及其控制方法与流程

2021-02-03 18:02:50|

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本发明涉及的是一种汽车变速器领域的技术，具体是一种双电机混合动力用变速器及其控制方法。

背景技术：

机械式自动变速器的设计原理和生产工艺、技术经过长时间的发展已经成熟稳定，但在换挡过程中存在发动机的动力丢失，驱动电机的加入，可以很好的弥补机械式自动变速器的这一缺陷，同时又可以充分利用机械式变速器的高效率低成本优势，是很多混合动力车型的所选方案。已有的在机械式自动变速器基础上改进的混合动力变速器，均具有以下某个缺陷：1)单电机结构，无法实现串联驱动；2)挡位偏少，无法更好的调整发动机工作区间；3)纯电驱动只有一个挡位，或者存在多个挡位，但有换挡动力中断；4)结构复杂，变速器传递效率低；5)轴向尺寸大，整车布置困难。

技术实现要素：

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种双电机混合动力用变速器及其控制方法,具备两个驱动电机、一个离合器、三个同步器、齿轴/轴承及附件若干，第一驱动电机通过四个挡位驱动车辆或一个离合器与发动机连接，第二驱动电机通过两个挡位驱动车辆，通过控制离合器及同步器，能够实现发动机/第一驱动电机/第二驱动电机三个动力源单独驱动车辆、两两组合驱动车辆、共同驱动车辆、或者串联模式驱动车辆，同时对该变速器的控制方法进行说明。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明包括：相互平行的第一驱动电机总成、第二驱动电机总成、第一输入轴总成、第二输入轴总成、中间轴总成、差速机构总成、驱动轴总成、惰轮轴总成、发动机和离合器，其中：发动机通过离合器与第一驱动电机总成相连，第一输入轴总成与第一驱动电机总成相连，驱动轴总成与第二驱动电机总成相连。

所述的第一输入轴总成包括：第一输入轴和设置于其上的一挡主动齿轮、二挡主动齿轮、三挡主动齿轮、四挡主动齿轮、第一同步器，其中：第一输入轴通过离合器与第一驱动电机总成相连。

所述的中间轴总成包括：中间轴和设置于其上的主减速主动齿轮、一挡从动齿轮、四挡从动齿轮、ev二挡从动齿轮、ev一挡从动齿轮、第二同步器。

所述的第二输入轴总成包括：第二输入轴和设置于其上的过渡从动齿轮、ev二挡主动齿轮、ev一挡主动齿轮、第三同步器。

所述的惰轮轴总成包括：惰轮轴和设置于其上的过渡主动齿轮。

所述的驱动轴总成包括：驱动轴和设置于其上的驱动齿轮，其中：驱动轴与第二驱动电机总成相连。

所述的差速机构总成包括：差速器和设置于其上的主减速从动齿轮。

所述的一挡从动齿轮与一挡主动齿轮啮合，四挡从动齿轮与四挡主动齿轮啮合，ev二挡从动齿轮分别与ev二挡主动齿轮和三挡主动齿轮啮合，ev一挡从动齿轮分别与ev一挡主动齿轮和二挡主动齿轮啮合，主减速主动齿轮与主减速从动齿轮啮合。

所述的过渡从动齿轮分别与过渡主动齿轮和驱动齿轮啮合。

本发明涉及一种基于上述变速器的控制方法，通过收集整车状态信息后进行整车可运行模式判断，并根据判断结果相应进行目标挡位选择，通过目标挡位及离合器执行实现整车目标动力输出。

技术效果

与现有技术相比，本发明利用两个驱动电机的多挡位巧妙布局，实现了整车纯电驱动下的动力换挡；通过离合器将发动机动力接入后，既实现整车的串联驱动，又可以单电机或双电机的混动并联驱动；四个发动机驱动挡、六个纯电驱动挡、多种混动驱动挡的自由选择，使该变速器在保留高效传输能量的同时，针对不同工况，选择不同的驱动方式，达到整车能量利用的最大化；并通过合理的齿轴布局，使变速器尺寸得到优化。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为实施例流程示意图。

图3为可实现本发明的另一种相似结构示意图；

图中：第一驱动电机总成1、第二驱动电机总成2、第一输入轴总成3、第二输入轴总成4、中间轴总成5、差速机构总成6、驱动轴总成7、第一惰轮轴总成8、离合器9、第一输入轴10、发动机一挡主动齿轮11、发动机二挡主动齿轮12、三挡主动齿轮13、四挡主动齿轮14、第一同步器15、中间轴16、主减速主动齿轮17、发动机一挡从动齿轮18、四挡从动齿轮19、ev一挡从动齿轮20、ev二挡从动齿轮21、第二同步器22、第二输入轴23、过渡从动齿轮24、ev二挡主动齿轮25、ev一挡主动齿轮26、第三同步器27、第一惰轮轴28、第一过渡主动齿轮29、第一驱动轴30、第一驱动齿轮31、差速器32、主减速从动齿轮33、发动机34、驻车齿轮35、第二惰轮轴总成36、第二惰轮轴37、第二过渡主动齿轮38、第二驱动轴39、第二驱动齿轮40和第三驱动电机总成41。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及的一种双电机混合动力用变速器，其中包含：相互平行的第一驱动电机总成1、第二驱动电机总成2、第一输入轴总成3、第二输入轴总成4、中间轴总成5、差速机构总成6、驱动轴总成7、第一惰轮轴总成8、发动机34和离合器9，其中：发动机34通过离合器9与第一驱动电机总成1相连，第一输入轴总成3通过花键与第一驱动电机总成1相连，驱动轴总成7与第二驱动电机总成2相连。

所述的第一输入轴总成3包括：第一输入轴10和设置于其上的发动机一挡主动齿轮11、发动机二挡主动齿轮12、三挡主动齿轮13、四挡主动齿轮14、第一同步器15，其中：第一输入轴10通过离合器9与第一驱动电机总成1相连；自左到右发动机一挡主动齿轮11、四挡主动齿轮14、第一同步器15固定设置于第一输入轴10上，三挡主动齿轮13空套于第一输入轴10上；第一同步器15固定设置于第一输入轴10上；发动机二挡主动齿轮12空套于第一输入轴10上。

所述的中间轴总成5包括：中间轴16和设置于其上的主减速主动齿轮17、发动机一挡从动齿轮18、四挡从动齿轮19、ev一挡从动齿轮20、ev二挡从动齿轮21、第二同步器22，其中：自左到右主减速主动齿轮17固定设置于中间轴16上；发动机一挡从动齿轮18空套于中间轴16上；第二同步器22固定设置于中间轴16上；四挡从动齿轮19空套于中间轴16上；ev一挡从动齿轮20、ev二挡从动齿轮21固定设置于中间轴16上。

所述的第二输入轴总成4包括：第二输入轴23和设置于其上的过渡从动齿轮24、ev二挡主动齿轮25、ev一挡主动齿轮26、第三同步器27，其中：自左到右过渡从动齿轮24固定设置于第二输入轴23上；ev二挡主动齿轮25空套于第二输入轴23；第三同步器27固定设置于第二输入轴23上；ev一挡主动齿轮26空套于第二输入轴23。

所述的第一惰轮轴总成8包括：第一惰轮轴28和固定设置于其上的第一过渡主动齿轮29。

所述的驱动轴总成7包括：第一驱动轴30和固定设置于其上的第一驱动齿轮31，其中：第一驱动轴30通过花键与第二驱动电机总成2相连。

所述的差速机构总成6包括：差速器32和设置于其上的主减速从动齿轮33，其中：主减速从动齿轮33固定设置于差速器32上。

所述的发动机一挡从动齿轮18与发动机一挡主动齿轮11啮合，四挡从动齿轮19与四挡主动齿轮14啮合，ev二挡从动齿轮21分别与ev二挡主动齿轮25和三挡主动齿轮13啮合，ev一挡从动齿轮20分别与ev一挡主动齿轮26和发动机二挡主动齿轮12啮合，主减速主动齿轮17与主减速从动齿轮33啮合。

所述的第一过渡主动齿轮29分别与过渡从动齿轮24和第一驱动齿轮31啮合。

所述的第一同步器15、第二同步器22和第三同步器27采用液压换挡系统或电换挡系统控制，第一同步器15、第二同步器22控制第一驱动电机总成1的四个挡位，第三同步器27控制第二驱动电机总成2的两个挡位。

如图3所示，所述的主减速主动齿轮17与第二同步器22之间进一步设有驻车齿轮35。

如图3所示，所述的发动机一挡主动齿轮11与第一驱动电机总成1之间进一步设有第二惰轮轴总成36、第二惰轮轴37、第二过渡主动齿轮38、第二驱动轴39、第二驱动齿轮40和第三驱动电机总成41。

如图2所示，通过收集整车状态信息后进行整车可运行模式判断，并根据判断结果相应进行目标挡位选择，通过目标挡位及离合器执行实现整车目标动力输出，以达到整车动力性和经济性的共同优化。

所述的整车状态信息收集包括：混合动力整车电池剩余电量(电池soc)百分比、车速和油门踏板深度等，并根据收集的整车信息，确定可运行的工作模式；工作模式包括：第一驱动电机或者第二驱动电机单独驱动的纯电经济模式，第一驱动电机和第二驱动电机共同驱动的纯电运动模式，串联驱动或者纯发动机驱动的混动经济模式，发动机、第一驱动电机、第二驱动电机共同驱动的混动运动模式。

所述的确定可运行工作模式可以是其中的一种模式，或者多种模式共存。

所述的整车可运行模式判断为：确定的整车可运行模式中，是否包含驾驶员选择的驾驶模式，当包含则定义驾驶员选择的驾驶模式为实际运行模式，当不包含时，则将驾驶员选择的纯电经济模式改为混动经济模式作为实际运行模式，或者将驾驶员选择的纯电运动模式改为混动运动模式作为实际运行模式。

所述的目标挡位选择是指：根据确定的实际运行模式，将车速与动力源的转速进行匹配，选择合适的目标挡位。

所述的同步器执行及离合器闭合是指：将选择的目标挡位、离合器状态与当前挡位、离合器状态进行比对，当相同时，则保持当前挡位和离合器状态，否则进行挡位和离合器状态的切换，在切换过程中，需要保证有动力持续输出，即一挡与二挡切换时，第二驱动电机通过ev一挡持续驱动整车，二挡、三挡、四挡相互切换时，第二驱动电机通过ev二挡持续驱动整车，ev一挡与ev二挡切换时，发动机、第一驱动电机、或者两者共同通过二挡驱动整车。

所述的车目标动力输出为：控制动力源按实际的整车需求进行动力输出。

所述的电池soc小于50％或者当前模式无法满足整车动力需求时，则需要重新进行可运行模式的判断，否则整车维持当前模式持续输出动力。

在纯电经济模式或混动经济模式作为实际运行模式驱动整车的过程中，需要将三个动力源的传递效率进行比对，并选择最优的路径进行动力输出，传递效率的定力分别指纯电驱动时电池输出的能量经过第一驱动电机及其所在挡位后传递到整车轮端的有效驱动能量，纯电驱动时电池输出的能量经过第二驱动电机及其所在挡位传递到整车轮端的有效驱动能量，纯发动机驱动时发动机输出的能量经过所在挡位后传递到整车轮端的有效能量，串联驱动时发动机输出的能量经过第一驱动电机发电、第二驱动电机、及所在挡位传递到整车轮端的有效能量。

所述的电池soc，当小于50％时，只能纯发动机驱动整车，或者由发动机带动第一驱动电机发电，第二驱动电机驱动整车；电池soc大于等于50％时，可以发动机、第一驱动电机、第二驱动电机单独驱动整车，也可以其中的任意两个动力源组合，或者三个动力源一起共同驱动整车；当电池soc小于95％时，可以将发动机的剩余能量经过第一驱动电机发电并保存到电池中，同时可以将整车制动的能量经过第一驱动电机或者第二驱动电机发电并保存到电池中；电池soc大于等于95％时，不能对电池进行充电操作。

所述的驾驶员选定的驾驶模式同样包括：纯电经济模式、纯电运动模式、混动经济模式、混动运动模式，纯电经济模式下，以更高效率为判定条件，选择第一驱动电机和第二驱动电机中的一个动力源驱动整车，纯电运动模式下，第一驱动电机和第二驱动电机共同驱动整车，混动经济模式下，以更高效率为判定条件，选择串联模式和纯发动机驱动中的一种方式驱动整车，其中纯发动机驱动中以更高效率为判定条件，可以选择第一驱动电机进行助力，混动运动模式下，发动机、第一驱动电机、第二驱动电机共同作为动力源驱动整车。

所述的车速、油门踏板深度，根据其不同值控制发动机、第一驱动电机、第二驱动电机三个动力源在四种驾驶模式中切换。

所述的挡位、动力源是指：ev一挡和ev二挡控制第二驱动电机的动力输出，一挡～四挡控制发动机、第一驱动电机、或者两者共同的动力输出。

所述的串联驱动，一～四所有挡位脱开，离合器闭合，发动机在高效区输出的能量经过第一驱动电机转化为电能，然后由第二驱动电机将电能转化为机械能，并经过ev一挡或ev二挡传递到车轮，驱动整车，第二驱动电机正转则驱动整车前行，第二驱动电机反转则驱动整车倒车。

本实施例通过控制同步器的位置及离合器的开闭，可以实现以下几种驱动方式：

一、纯电驱动模式

纯电驱动过程中，第一驱动电机和第二驱动电机正转时，则驱动整车前行，第一驱动电机和第二驱动电机反转则驱动整车倒车。

二、纯发动机驱动模式

三、混动并联驱动模式

四、混动串联驱动模式

混动串联驱动过程中，发动机在高效区输出的能量经过第一驱动电机转化为电能，然后由第二驱动电机将电能转化为机械能，并经过ev一挡或ev二挡传递到车轮，驱动整车，驱动第二电机正转则驱动整车前行，第二驱动电机反转则驱动整车倒车。

五、驻车充电模式

整车制动能量回收，车轮制动过程中的机械能，可以通过当前已在挡位的驱动电机转化为电能，并存储到电池中。