混合动力汽车动力系统及其动力传动方法与流程

文档序号:11060701
混合动力汽车动力系统及其动力传动方法与制造工艺

本发明涉及混合动力汽车技术领域,特别涉及一种混合动力汽车动力系统及其动力传动方法。



背景技术:

随着油耗和排放法规的日益严格,汽车的经济性和排放性能需要不断提升。混合动力汽车作为一种有效、可靠的新能源汽车解决方法,具有较强的节能、减排能力和广阔的市场前景。

目前,采用自动变速器的单电机并联混合动力系统分为四类,第一类为电机通过带传动机构与发动机耦合(带传动机构处于发动机输出端的另一端)的混合动力系统(以下简称为P0型动力系统),第二类为电机安装在发动机和变速器之间,且电机与发动机没有解耦的混合动力系统(以下简称为P1型动力系统),第三类为电机安装在发动机和变速器之间,且电机通过离合器与发动机解耦(离合器断开,电机与发动机分开)的混合动力系统(以下简称为P2型动力系统),第四类为电机安装在变速器和差速器之间的混合动力系统(以下简称为P3型动力系统)。如图1所示,在P0型动力系统中,电机20与发动机10通过传动机构80耦合,发动机10与电机20的转矩通过离合器40与变速器30输出给动力输出轴50,动力输出轴50连接差速器60,将转矩传递给A车轮70与B车轮71,如图2所示,在P1型动力系统中,电机20安装在发动机10和变速器30之间,电机20与发动机10输出轴耦合,如图3所示,在P2型动力系统中,电机20安装在发动机10和变速器30之间,且通过离合器40与发动机10解耦,电机20的转矩通过离合器41与变速器30输出给动力输出轴50,动力输出轴50连接差速器60,将转矩传递给A车轮70与B车轮71,对电机峰值功率和转矩的要求较低,同时电机工作效率得到提升,P0、P1及P2动力系统都可以实现车辆静止状态下的发动机快速起动、驻车发电以及蠕行发电,但是由于电机20的转矩必须经过变速器30传递给车轮,换挡时都存在扭矩中断问题,而且,P2型动力系统轴向布置空间有限,电机功率较小。如图4所示,在P3型动力系统中,电机20安装在变速器30的输出端,变速器30换挡时,离合器40中断,电机20提供补偿扭矩,可以实现无扭矩中断换挡,但是,P3型动力系统无法实现车辆静止状态下快速起动发动机、停车发电和蠕行发电。

因此,需要设计一种既可以发动机静车快速起动、停车发电及蠕行发电,又实现无扭矩中断换挡的动力系统及方法。



技术实现要素:

本发明的目的在于提供一种混合动力汽车动力系统及其动力传动方法,以解决现有的动力系统及方法无法同时实现快速起动、驻车及蠕行发电及无扭矩中断换挡的问题。

为解决上述技术问题,本发明提供一种混合动力汽车动力系统,所述混合动力汽车动力系统包括发动机、离合器、变速器、动力切换装置、传动机构、动力输出轴及电机,其中:

所述发动机用于为所述混合动力汽车动力系统提供转矩;

所述离合器连接于所述发动机与所述变速器之间,用于分离所述发动机与所述变速器;

所述变速器包括输入端与输出端,所述输入端连接所述离合器,所述输出端连接所述动力输出轴,用于控制所述混合动力汽车动力系统动力输出;

所述动力切换装置连接于所述传动机构与所述动力输出轴之间,所述动力切换装置还连接所述电机,用于电机转矩在传动机构与动力输出轴之间的切换;

所述传动机构连接所述发动机。

可选的,在所述的混合动力汽车动力系统中,所述动力切换装置为同步器或同步器与离合器的组合机构。

可选的,在所述的混合动力汽车动力系统中,所述传动机构为传送带、齿轮、传送带与齿轮的组合机构或齿轮组。

可选的,在所述的混合动力汽车动力系统中,所述动力切换装置包括动力原端机构、第一切换机构及第二切换机构,其中:

所述动力原端机构连接所述电机,位于所述第一切换机构与所述第二切换机构之间,所述动力原端机构的轴与所述第一切换机构及所述第二切换机构的轴在同一直线上;

所述第一切换机构连接所述传动机构;

所述第二切换机构连接所述动力输出轴。

可选的,在所述的混合动力汽车动力系统中,所述在动力原端机构在所述发动机静车起动、车辆停车发电过程中及车辆蠕行发电过程中切换到所述第一切换机构端,在所述变速器换挡过程中切换到所述第二切换机构端。

本发明还提供一种混合动力汽车动力传动方法,所述混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤:

所述混合动力汽车的动力系统收到发动机静车起动或车辆停车发电指令;

所述混合动力汽车动力系统中的动力切换装置将电机转矩切换到传动机构端;

所述混合动力汽车的动力系统中的离合器断开;

所述混合动力汽车的动力系统中的电机输出转矩或发电;

所述混合动力汽车的动力系统完成发动机静车起动或车辆停车发电。

可选的,在所述的混合动力汽车动力传动方法中,所述混合动力汽车动力传动方法还包括:所述混合动力汽车的动力系统中的离合器转换为滑转状态。

可选的,在所述的混合动力汽车动力传动方法中,所述离合器为干式离合器或湿式离合器。

可选的,在所述的混合动力汽车动力传动方法中,所述混合动力汽车动力传动方法用于车辆由停车发电状态转换为蠕行状态。

可选的,在所述的混合动力汽车动力传动方法中,所述混合动力汽车的动力系统中的电机发电。

本发明还提供一种混合动力汽车动力传动方法,所述混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤:

所述混合动力汽车的动力系统中的变速器收到换挡指令;

所述混合动力汽车动力系统中的动力切换装置将电机转矩切换到动力输出轴端;

所述混合动力汽车的动力系统中的变速器进行换挡操作,其中,所述变速器进行换挡操作包括离合器断开,摘挡,挂挡,离合器接合;

所述混合动力汽车的动力系统中的电机在上述换挡过程中向动力输出轴输出转矩。

在本发明提供的混合动力汽车动力系统及其动力传动方法中,动力切换装置分别连接在传动装置及动力输出轴与电机之间,接合和断开电机与传动装置及动力输出轴的动力传输,实现了P0或P1型动力系统与P3型动力系统的相互切换。在发动机静车起动、车辆停车或蠕行发电状态下,动力切换装置切换到传动机构端,发动机与电机的动力相互耦合,实现快速起动、车辆停车及蠕行发电;当变速器换挡状态下,动力切换装置切换到动力输出轴端,离合器断开,电机提供补偿扭矩,可以实现无扭矩中断换挡,该动力传动方法可同时实现快速起动、车辆停车、蠕行发电及无扭矩中断换挡。

本发明兼具P0~P3型混合动力汽车传动装置的优点:与P0~P2型方案相比,增加了无动力中断换挡功能;与P3型方案相比,增加了车辆静止时发动机快速起动和驻车发电功能,且电机峰值转矩/功率较小,电机工作效率较高。本发明提升了现有单电机并联混合动力汽车传动装置的性能。

本发明的混合动力系统仅通过在传统自动变速器基础上增加动力切换装置和传动机构,即可实现无动力中断换挡、车辆静止时发动机快速起动、停车发电和蠕行发电等功能,可以有效摆脱自动变速器(以下简称为AT)和双离合自动变速器(以下简称为DCT)等技术瓶颈。与采用AT/DCT作为传动装置的混合动力系统相比,集成难度低,增加成本小。

附图说明

图1是现有的混合动力汽车P0型动力系统结构图;

图2是现有的混合动力汽车P1型动力系统结构图;

图3是现有的混合动力汽车P2型动力系统结构图;

图4是现有的混合动力汽车P3型动力系统结构图;

图5是本发明实施例一混合动力汽车动力系统结构图;

图6是本发明实施例一混合动力汽车动力系统示意图;

图7是本发明实施例一混合动力汽车动力系统示意图;

图8是本发明实施例一混合动力汽车动力系统示意图;

图9是本发明实施例一混合动力汽车动力系统示意图;

图10是本发明实施例一混合动力汽车动力系统示意图;

图11是本发明实施例二混合动力汽车动力传动方法等效示意图;

图12是本发明实施例三混合动力汽车动力传动方法等效示意图;

图中所示:10-发动机;20-电机;30-变速器;31-输入端;32-输出端;33-A挡输入轴齿轮;34-B挡输入轴齿轮;35-A挡和B挡切换同步器;36-A挡输出轴齿轮;37-B挡输出轴齿轮;40-离合器;50-动力输出轴;51-动力输出轴齿轮;60-差速器;70-A车轮;71-B车轮;80-传动机构;81-传动机构第一齿轮;82-传动机构第二齿轮;90-动力切换装置;91-动力原端机构;92-第一切换机构;93-第二切换机构。

具体实施方式

以下结合附图5~12和具体实施例对本发明提出的混合动力汽车动力系统及其动力传动方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书,本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种混合动力汽车动力系统及其动力传动方法,以实现同时实现快速起动、车辆停车及蠕行发电以及无扭矩中断换挡。

为实现上述思想,本发明提供了一种混合动力汽车动力系统,包括发动机、变速器、离合器、动力切换装置、传动机构、动力输出轴及电机;本发明提供的混合动力汽车动力传动方法包括动力切换装置的切换和离合器的断开和接合。

发动机起动分两种情况,一种是静车起动,即发动机起动时车辆静止;一种是行车起动,即车辆行进过程中(电机驱动)的发动机起动。以下实施例中涉及的发动机起动状态指车辆静止时的发动机起动。

以下实施例中所述的停车发电,是指车辆在停车状态下,发动机与电机组成发电单元为电池充电。发动机停机时,车辆有可能处于纯电动驱动状态,仅由电机驱动车辆,不适用于本发明。

进一步的,发动机静车起动过程是指发动机转速从零到某非零值的过程,针对发动机而言,起步过程是指车速从零到某非零值的过程,针对车辆而言。以下实施例中的静车起动就指车辆起步前的发动机起动过程,即车速为零时,发动机的起动过程。

<实施例一>

如图5所示,图5是本发明实施例一混合动力汽车动力系统结构图,本实施例提供了一种混合动力汽车动力系统1,混合动力汽车动力系统1包括发动机10、变速器30、离合器40、动力切换装置90、传动机构80、动力输出轴50及电机20,发动机10用于为混合动力汽车动力系统1提供转矩;离合器40连接于发动机10与变速器30之间,用于换挡时分离发动机10与变速器30;变速器30包括输入端31与输出端32,输入端31连接离合器40,输出端32连接动力输出轴50,用于控制混合动力汽车动力系统1动力输出;动力切换装置90连接于传动机构80与动力输出轴50之间,动力切换装置90还连接电机20,用于电机20转矩在传动机构80与动力输出轴50之间的切换;传动机构80连接发动机10。动力输出轴50输出动力系统1的转矩给差速器60,并通过差速器60传递给A车轮70与B车轮71,以实现汽车的运行。

如图6所示,图6是本发明实施例一混合动力汽车动力系统示意图。其中,变速器30还包括A挡输入轴齿轮33、B挡输入轴齿轮34、A挡与B挡切换同步器35、A挡输出轴齿轮36及B挡输出轴齿轮37。

动力切换装置90包括动力原端机构91、第一切换机构92及第二切换机构93,其中:动力原端机构91连接电机20,本实施例中,动力原端机构91与电机20耦合,即同步转动,动力原端机构91位于第一切换机构92与第二切换机构93之间,动力原端机构91的轴与第一切换机构92及第二切换机构93的轴位于同一直线上;第一切换机构92连接传动机构80,与传动机构80耦合;第二切换机构93连接动力输出轴50,与动力输出轴50耦合,如果动力原端机构91切换到第一切换机构92端,则电机20与传动机构80的转矩通过动力原端机构91与第一切换机构92之间进行传递,如果动力原端机构91切换到第二切换机构93端,则电机20与动力输出轴50的转矩通过动力原端机构91与第二切换机构93之间进行传递。

动力原端机构91在发动机静车起动、车辆停车发电过程中及车辆蠕行发电过程中切换到第一切换机构92端,则电机20与传动机构80的转矩通过动力原端机构91与第一切换机构92之间进行传递,发动机10与电机20的动力通过传动机构80、动力切换装置90之间相互耦合,在发动机静车起动过程中,电机20提供转矩,实现快速起动,在车辆停车发电及蠕行发电时,发动机10的输出转矩提供给电机20,电机20运行在发电状态。

动力原端机构91在变速器换挡过程中切换到第二切换机构93端,则电机20与动力输出轴50的转矩通过动力原端机构91与第二切换机构93之间进行传递,电机20为动力输出轴50提供补偿扭矩,可以实现无扭矩中断换挡。以A挡换B挡为例:换挡前,变速器30在A挡,离合器40接合,A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33接合;混合动力汽车的动力系统中的变速器30收到换挡指令后,动力原端机构91在变速器换挡过程中切换到第二切换机构93端,变速器30进行换挡操作,其中,所述变速器进行换挡操作包括离合器40断开,摘挡(A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33分离),挂挡(A挡和B挡切换同步器35与B挡输入轴齿轮34接合),最后离合器40接合完成换挡。从离合器40分离开始到离合器40完全接合这段过程中,发动机10动力存在中断,则电机20与动力输出轴50的转矩通过动力原端机构91与第二切换机构93之间进行传递,再通过动力输出轴50,差速器60,传递给车轮,即电机20在上述整个换挡过程中向动力输出轴50输出转矩,通过输出补偿扭矩,可以实现无动力中断换挡,提高换挡平顺性。本实施例中的动力系统可同时实现快速起动、停车发电、蠕行发电及无扭矩中断换挡。

具体的,如图6所示,图中的传动机构80为传送带,动力输出轴50耦合动力输出轴齿轮51,通过动力输出轴齿轮51与第二切换机构93连接。

如图7所示,与图7不同之处在于,传动机构80为传送带与齿轮的组合机构,传送带耦合传动机构第一齿轮81,通过传动机构第一齿轮81与第一切换机构92连接。

如图8所示,与图6~7中不同之处在于,图中的传动机构80为齿轮,直接与第一切换机构92,即切换齿轮相互啮合,从而实现动力传动。

如图9所示,与图6~8中不同之处在于,图中的传动机构80为齿轮组,第一切换机构92,即切换齿轮与传动机构第一齿轮81相互啮合,传动机构第一齿轮81与传动机构第二齿轮82相互啮合,传动机构第二齿轮82与发动机10耦合,从而实现动力传动。

进一步的,如图6所示,图中的动力切换装置90为同步器,优选地,为切换同步器,更进一步的,可以进行两端切换的同步器。动力原端机构91为切换同步器的接合套,第一切换机构92及第二切换机构93为切换齿轮。当接合套向两端移动时,可分别与两端的切换齿轮啮合,从而使齿轮被带动实现转动,达到动力切换的目的。

如图10所示,与图6不同之处在于,图中的动力切换装置90为同步器与离合器的组合机构。动力原端机构91为两个啮合的齿轮,第一个齿轮与电机20耦合,第二个齿轮一端连接一个离合器,即第一切换机构92;另一端连接切换同步器的切换齿轮,即第二切换机构93的一部分,第二切换机构93的另一部分为切换同步器的接合套,接合套连接动力输出轴50。在动力切换装置90切换到第一切换机构92端时,离合器接合,切换同步器的接合套与切换齿轮断开;在动力切换装置90切换到第二切换机构93端时,离合器断开,切换同步器的接合套与切换齿轮接合。

本实施例兼具P0~P3型混合动力汽车传动装置的优点:与P0~P2型方案相比,增加了无动力中断换挡功能;与P3型方案相比,增加了车辆静止时发动机快速起动和车辆停车、蠕行发电功能,且电机峰值转矩/功率较小,电机工作效率较高。本发明提升了现有单电机并联混合动力汽车传动装置的性能。

<实施例二>

如图11所示,图11是本发明实施例二混合动力汽车动力传动方法示意图。本实施例的混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤:所述混合动力汽车的动力系统收到发动机静车起动或车辆停车发电指令;所述混合动力汽车动力系统中的动力切换装置将电机转矩切换到传动机构端;所述混合动力汽车的动力系统中的离合器断开;所述混合动力汽车的动力系统中的电机输出转矩或发电;所述混合动力汽车的动力系统完成发动机静车起动或车辆停车发电。

所述混合动力汽车的动力系统收到发动机静车起动指令时,发动机10的起动及车辆起步方案为:将动力系统切换至P0模式下,即电机20与发动机10耦合实现起动发动机10及车辆起步的功能。具体地,切换所述混合动力汽车动力系统中的动力切换装置,使电机转矩切换到传动机构上,即动力原端机构91切换到第一切换机构92端,调节所述混合动力汽车动力系统中的变速器的挡位,使所述变速器保持在合适的挡位上,在发动机静车起动情况下,变速器30挡位的位置为空挡,调节所述混合动力汽车动力系统中的离合器,使所述离合器保持合适的状态,在发动机静车起动情况下即离合器40保持断开状态,电机20输出转矩,通过带动传动机构80快速起动发动机10。接着,变速器挡位调节到适当的挡位,离合器40接合,车辆起步。

所述混合动力汽车的动力系统收到车辆停车发电指令后,切换所述混合动力汽车动力系统中的动力切换装置,使电机转矩切换到传动机构上,即动力原端机构91切换到第一切换机构92端,调节所述混合动力汽车动力系统中的变速器的挡位,使所述变速器保持在合适的挡位上,在车辆停车发电过程中变速器挡位的位置为空挡,调节所述混合动力汽车动力系统中的离合器,使所述离合器保持合适的状态,车辆停车发电过程中即离合器保持断开状态,发动机10转矩通过传动机构80,第一切换机构92,动力原端机构91,传递给电机20,电机工作在发电机模式,与发动机组成发电单元为电池充电。

进一步的,在所述的混合动力汽车动力传动方法中,所述混合动力汽车动力传动方法还包括:所述混合动力汽车的动力系统中的离合器40转换为滑转状态。此时离合器40为干式离合器或湿式离合器,此时车辆由停车发电状态转换为蠕行状态。而混合动力汽车的动力系统中的电机20发电。

当车辆处于蠕行工况,且电池电量较低时,该混合动力汽车处于蠕行发电模式。蠕行发电,即道路拥堵时,时而停车发电,时而低速前行,车辆在停车发电和蠕行两种模式之间切换,同时要求停车发电模式可以向蠕行模式快速切换。具体地,当车辆停车发电时,切换所述混合动力汽车动力系统中的动力切换装置,使电机转矩切换到传动机构上,即动力原端机构91切换到第一切换机构92端,离合器40断开,发动机10的输出转矩通过传动机构传递给电机20,使电机20工作在发电机模式,与发动机10组成发电单元为电池充电。当从停车发电模式向蠕行模式切换时,动力切换装置保持在传动机构端不变,离合器40转换为滑摩状态,发动机转矩一部分通过传动机构和动力切换装置传递给电机进行发电(路径与上述停车发电时相同),一部分通过离合器40,变速器输入轴31,变速器30,变速器输出轴32,动力输出轴50,差速器60,输出给车轮70。根据整车需求,发动机转矩可以一部分传递给电机进行发电,一部分输出给车轮,也可以全部输出给车轮。离合器40在蠕行过程中,可能保持滑摩状态(离合器40前后转速差不为零),也可能从滑摩状态变为接合状态(离合器40前后转速差为零时)。另外,在蠕行状态下,混合动力汽车动力系统中的变速器保持在合适的挡位上,在车辆蠕行过程中变速器挡位的位置为低挡位。

<实施例三>

如图12所示,图12是本发明实施例三混合动力汽车动力传动方法示意图。与实施例二的区别在于,本实施例的混合动力汽车动力传动方法用于变速器30换挡状态下。

本实施例的混合动力汽车动力传动方法等效的动力及转矩传递路线如图12所示,包括如下步骤:所述混合动力汽车的动力系统中的变速器收到换挡指令;所述混合动力汽车动力系统中的动力切换装置将电机转矩切换到动力输出轴端;所述混合动力汽车的动力系统中的变速器进行换挡操作,其中,所述变速器进行换挡操作包括离合器断开,摘挡(同步器与当前挡位齿轮分离),挂挡(同步器与目标挡位齿轮接合),离合器接合;所述混合动力汽车的动力系统中的电机在上述换挡过程中向动力输出轴输出转矩。

以A挡换B挡为例:换挡前,变速器30在A挡,离合器40接合,A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33接合;混合动力汽车的动力系统中的变速器30收到换挡指令后,动力原端机构91在变速器换挡过程中切换到第二切换机构93端,变速器30进行换挡操作,其中,所述变速器进行换挡操作包括离合器40断开,摘挡(A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33分离),挂挡(A挡和B挡切换同步器35与B挡输入轴齿轮34接合),最后离合器40接合完成换挡。从离合器40分离开始到离合器40完全接合这段过程中,发动机10动力存在中断,则电机20与动力输出轴50的转矩通过动力原端机构91与第二切换机构93之间进行传递,再通过动力输出轴50,差速器60,传递给车轮,即电机20在上述整个换挡过程中向动力输出轴50输出转矩,通过输出补偿扭矩,可以实现无动力中断换挡,提高换挡平顺性。本实施例中的动力系统可同时实现快速起动、停车、蠕行发电及无扭矩中断换挡。

在实施例二及实施例三提供的混合动力汽车动力传动方法中,动力切换装置分别接合和断开电机与传动装置及动力输出轴的动力传输,实现了P0或P1型动力系统与P3型动力系统的相互切换。在发动机静车起动停车发电或蠕行发电状态下,动力切换装置切换到传动机构端,发动机与电机的动力相互耦合,实现快速起动、驻车及蠕行发电;当变速器换挡状态下,动力切换装置切换到动力输出轴端,离合器断开,电机提供补偿扭矩,可以实现无扭矩中断换挡,该动力传动方法可同时实现快速起动、停车发电、蠕行发电及无扭矩中断换挡。

本发明的混合动力系统仅通过在传统自动变速器基础上增加两个动力切换装置,即可实现无动力中断换挡、车辆静止时发动机快速起动、停车发电和蠕行发电等功能,可以有效摆脱自动变速器(以下简称为AT)和双离合自动变速器(以下简称为DCT)等技术瓶颈。与采用AT/DCT作为传动装置的混合动力系统相比,集成难度低,增加成本小。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言,由于与实施例公开的方法相对应,所以描述的比较简单,相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明范围的任何限定,本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰,均属于权利要求书的保护范围。

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