一種混合動力系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有多個動力源和多級速比的混合動力系統(tǒng)及其控制方法，包括發(fā)動機、雙向可控超越離合器、第一電機、第二電機、多級變速器、電池組，雙向可控超越離合器的一端與發(fā)動機的輸出軸連接，雙向可控超越離合器的另一端與第一電機的輸出軸連接，多級變速器的主動件與雙向可控超越離合器連接，多級變速器的從動件與第二電機的輸出軸連接，電池組供電至第一電機及第二電機，通過雙向可控超越離合器的模式和多級變速器的擋位切換，實現多動力源能夠部分或全部參與的多種驅動和能量回收模式。本發(fā)明控制簡化結構緊湊，避免離合器帶來的滑摩能量損失，提高整車效率，系統(tǒng)變速比降低了第一電機性能要求，提升發(fā)動機燃油經濟性，增強節(jié)能效果。
【專利說明】一種混合動力系統(tǒng)及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于機電復合傳動系統(tǒng)、特別是機動車輛的混合動力傳動【技術領域】，具體涉及一類具有雙向可控超越離合器、具有包括發(fā)動機在內的多個動力源和多級速比的混合動力系統(tǒng)及其控制方法。
[0002]【背景技術】
混合動力系統(tǒng)是指兩個及兩個以上動力源，通過某種動力耦合裝置實現單獨或共同驅動車輛的系統(tǒng)。
[0003]現有技術普遍采用摩擦式離合器(包括干式和濕式)或者行星齒輪機構作為多動力源的耦合裝置。摩擦式離合器只具有通斷功能，主要應用在并聯式混動系統(tǒng)之中，具有控制難度大、要求高、易磨損的缺點，離合器頻繁通斷產生的滑摩也會帶來能量損失。行星齒輪機構應用于混聯式混動系統(tǒng)，不能實現速比可變，難以將發(fā)動機保持在最佳工作狀態(tài)。
[0004]單向超越離合器是一類廣泛應用于單一旋轉方向傳動的基礎件，有嚙合式、滾珠式、滾柱式、楔塊式等多種形式，通常具有外圈、內圈、結合件等基本部件，是可根據主、從動件(內、外圈)相對旋轉速度或方向的變化，自行實現結合(傳動)或分離(超越)的裝置。
[0005]現有的混合動力系統(tǒng)已有采用普通超越離合器的方案:CN101439665提出了在帶有起動機的發(fā)動機和電動機之間設有單向超越離合器的方案，該方案不設有變速器，極大地限制了系統(tǒng)的適用范圍，難以滿足一般車輛正常行駛的需要。CN101314325.CN101334076提出了在第一動力源(發(fā)動機連接第一電機)和第二動力源(第二電機)之間設置超越離合器的方案，該方案的問題在于，第一電機驅動或被反拖發(fā)電時必然拖動發(fā)動機，雖然這個問題可以通過在發(fā)動機和第一電機間增設摩擦式離合器來解決，但增設離合器增加了系統(tǒng)尺寸和控制難度，抵消了使用超越離合器所帶來的結構緊湊和操作簡化的優(yōu)點，工程應用范圍和價值有限。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種無需摩擦式離合器、結構緊湊、效率高、生產繼承性好，且有利于降低控制難度和制造成本的混合動力系統(tǒng)。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種控制簡單方便的混合動力系統(tǒng)的控制方法。
[0008]本發(fā)明的目的通過采取下述技術方案實現:本發(fā)明的混合動力系統(tǒng)，包括有發(fā)動機、雙向可控超越離合器、第一電機、第二電機、多級變速器、電池組，雙向可控超越離合器的一端與發(fā)動機的輸出軸連接，雙向可控超越離合器的另一端與第一電機的輸出軸連接，多級變速器的主動件與雙向可控超越離合器連接，多級變速器的從動件與第二電機的輸出軸連接，電池組供電至第一電機及第二電機，通過雙向可控超越離合器的模式和多級變速器的擋位切換，實現多動力源能夠部分或全部參與的多種驅動和能量回收模式。
[0009]所述發(fā)動機與雙向可控超越離合器的內圈相連，雙向可控超越離合器的外圈與多級變速器的輸入軸相連；或發(fā)動機與雙向可控超越離合器的外圈相連，雙向可控超越離合器的內圈與多級變速器的輸入軸相連。[0010] 所述第一電機通過齒輪副與多級變速器的輸入軸相連，第一電機通過輸入軸與雙向可控超越離合器外圈相連，多級變速器包括有I擋及2擋同步器、3擋同步器，通過控制I擋及2擋同步器、3擋同步器來實現相關擋位的介入或退出；第二電機通過齒輪副與多級變速器的輸出軸相連，輸出軸將動力通過主減速器、差速器傳遞至車輪，驅動車輛。
[0011 ] 所述雙向可控超越離合器是基于超越離合器原理演變而成，部分或全部具有正向傳遞動力或超越、反向傳遞動力或超越、雙向超越分離、雙向傳遞動力四種工作模式；所述雙向可控超越離合器通過控制雙向可控超越離合器的保持架、外圈或內圈的相對運動在這些工作模式之間實現切換。
[0012]本發(fā)明混合動力系統(tǒng)的控制方法，根據混合動力系統(tǒng)狀態(tài)和汽車工況需求的不同具有以下驅動模式:
1)純電驅動模式
當電池組電量充足時，混合動力系統(tǒng)優(yōu)選處于純電驅動模式，
11)第一電機單獨驅動
此模式下，雙向可控超越離合器優(yōu)選被控于完全分離模式，發(fā)動機和第二電機不參與工作，變速器被控于1、2、3擋的中的一個擋位；
12)第二電機單獨驅動
此模式下，變速器被控于空擋，發(fā)動機和第一電機不參與工作；
13)雙電機并聯驅動
此模式下，第一單機和第二電機共同驅動車輛。雙向可控超越離合器優(yōu)選被控于完全分離模式，發(fā)動機不參與工作，變速器被控于1、2、3擋位中的某一擋位；
2)發(fā)動機驅動模式
此模式下，雙向可控超越離合器優(yōu)選被控于完全結合模式，多級變速器被控于1、2、3擋位中的某一擋位；發(fā)動機不帶有常規(guī)起動機，發(fā)動機啟動由雙向可控超越離合器與第一電機配合工作實現:雙向可控超越離合器被控于反向使能、正向失能模式，第一電機帶動發(fā)動機啟動，由于此時動力只能經由雙向可控超越離合器反向傳遞，發(fā)動機啟動后在無負載的情況下快速達到穩(wěn)定怠速狀態(tài)；
3)發(fā)動機和電機混合驅動模式
31)增程模式
當電池組電量不足時，混合動力系統(tǒng)優(yōu)選處于增程模式實現純電驅動，
此模式下，發(fā)動機與第一電機串聯，第一電機在發(fā)動機的拖動下為電池組充電，電池組為第二電機供電，第二電機驅動車輛；
此時，雙向可控超越離合器優(yōu)選被控于完全結合模式，以實現發(fā)動機拖動第一電機發(fā)電，變速器被控于空擋，發(fā)動機、第一電機與第二電機之間無機械連接；
32)并聯驅動模式
此模式下，發(fā)動機與第一電機或第二電機共同驅動車輛，雙向可控超越離合器優(yōu)選被控于完全結合模式，多級變速器被控于1、2、3擋位中的某一擋位；
33)混聯驅動模式
此模式下，發(fā)動機與第一電機串聯，第一電機在發(fā)動機的拖動下為電池組充電，發(fā)動機與第二電機并聯，發(fā)動機與第二電機共同驅動車輛，雙向可控超越離合器優(yōu)選被控于完全結合模式，以保證發(fā)動機動力的穩(wěn)定可靠傳輸，多級變速器被控于1、2、3擋位中的某一擋位；
4)能量回收模式
此模式下，第一電機或/和第二電機被反拖發(fā)電，為電池組充電，將車輛的動能或者勢能轉化為電能進行回收。此時，雙向超越離合器優(yōu)選被控于正向使能、反向失能模式，以避免對發(fā)動機進行反拖。
[0013]本發(fā)明的有益之處在于:
I)通過雙向可控超越離合器的應用，省卻了一般多級速比混合動力系統(tǒng)的摩擦式離合器和專用起動機，從而使得混合動力系統(tǒng)結構更加緊湊、控制更加簡化，還避免了使用摩擦式離合器帶來的滑摩能量損失，提高了整車效率。
[0014]2)通過多級變速器的應用，提升了混合動力系統(tǒng)中發(fā)動機工作效率，優(yōu)化了發(fā)動機工況，同時降低了第一電機的性能要求，減小了其質量和尺寸；通過在多級變速器下游設置第二電機，提升了電力驅動和能量回收的效率。
[0015]3)采用的雙向可控超越離合器可由滾柱式、嚙合式、楔塊式等多種超越離合器經可控化改造而來，而這類傳動基礎部件的設計、生產技術均已相對成熟可靠；沿用了傳統(tǒng)機械變速器的同步器或嚙合套，以及與傳統(tǒng)有級式機械變速器相同或相似的布局結構；這些均使本發(fā)明的實際應用能在很大程度上沿用成熟的設計、生產技術、加工設備及工業(yè)體系，具備生產繼承性好、成本低、易于實現等優(yōu)點。
[0016]本發(fā)明特別適合于插電式混合動力汽車，符合未來新能源汽車的長期發(fā)展趨勢。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]下面將結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述:
圖1為本發(fā)明不意圖；
圖2為本發(fā)明具體實施例1的不意圖；
圖3為本發(fā)明具體實施例2的不意圖；
圖4為本發(fā)明具體實施例3的示意圖。
[0018]各圖中，100-發(fā)動機，200-雙向可控超越離合器，201-雙向可控超越離合器內圈，202-雙向可控超越離合器外圈，211-單向可控超越離合器(正向)，212-單向可控超越離合器(反向)，220-單向超越離合器，300-第一電機，301-齒輪副，400-第二電機，402-齒輪畐Ij，500-變速器，501 -1擋齒輪副，502-2擋齒輪副，503-3擋齒輪副，511 -1擋和2擋同步器，512-3擋同步器，521-輸入軸，522-輸出軸，600-電池組，700-主減速器，800-差速器，900-車輪。
【具體實施方式】
[0019]本發(fā)明的具體原理和結構將通過下列實施例及附圖進一步加以詳細說明。
[0020]實施例1
圖1為本發(fā)明的一種實施方案，以下進一步說明本發(fā)明的實現方法，當然變速器擋位總數可以不限于3擋。
[0021]本發(fā)明的混合動力系統(tǒng)，包括有發(fā)動機100、雙向可控超越離合器200、第一電機300、第二電機400、多級變速器500、電池組600，雙向可控超越離合器200的一端與發(fā)動機100的輸出軸連接，雙向可控超越離合器200的另一端與第一電機300的輸出軸連接，多級變速器500的主動件與雙向可控超越離合器200連接，多級變速器500的從動件與第二電機400的輸出軸連接，電池組600供電至第一電機300及第二電機400，通過雙向可控超越離合器200的模式和多級變速器500的擋位切換，實現多動力源能夠部分或全部參與的多種驅動和能量回收模式。中國專利
【發(fā)明者】劉延偉, 趙克剛, 黃向東, 郭鐘寧 申請人:廣東工業(yè)大學