专利名称：混合电动车辆的动力系统的制作方法
技术领域：
总体来说，本发明涉及混合电动车辆的动力系统。
背景技术：
通常，混合电动车辆(HEV)采用发动机和电机两个动力源，这成为HEV区别于采用内燃机的传统车辆的一个特征。因此HEV必须提供适当的动力系统和变速控制技术，从而两个动力源的动力传输得以平稳保持。
如图1所示，根据这种HEV的动力系统的传统方案，来自发动机110的动力和来自电机120的动力不是完全分开。因此，良好的纯粹电驱动模式很难实现。另外，发动机110的惯性和/或摩擦负载在再生制动下是有效的，而这些负载可能降低再生制动的效率。
具体地说，由于离合器130接收到发动机110和电机120的动力，该离合器130需要具有较大的扭矩能力。这样，用于控制离合器130接合的液压泵也需要有足够的能力，以确保使在较低车速下(例如在较低换挡速度下)离合器接合具有足够的扭矩，这样就降低了总的车辆动力效率。
考虑到持续变化的减速器(CVT)通常在其扭矩能力方面受到限制，因此把其作为减速器140是不适合的，特别是用于比具有相当大动力发动机的中等型号轿车还大的车辆。当CVT用在这种大型轿车中时，由于过大扭矩，这种CVT很容易产生滑移。
可选择的是，考虑把自动换档轮(ASG)作为HEV的变速器。此时，适当的动力系统以及用于控制换档操作的规程都应该重新设计，从而消除换档振动和/或消除无动力变速的期间。
图2为HEV的换档振动图像，其中HEV具有由传统方式控制的ASG变速器。
在换档操作的起始点，来自所有动力源的动力与驱动轮分开，这使车辆的输出扭矩突然变零(0)。
另外，在同步装置的接合点即在档位的接合点(指圆圈1)以及在离合器的接合点可能发生瞬时振动。
由于这种换档振动是由动力系统的示意结构产生，因此，该动力系统的结构和/或者用于该结构的换档操作的规程应该重新设计，从而消除这种换档振动。
在本发明背景技术部分披露的信息只用来增强对发明背景的理解，而不应作为一种确认或任何形式的暗示，即确认或暗示该信息构成了已经为本国本领域技术人员公知的现有技术。
发明概述因此，本发明的目的是提供一种具有增强换档性能的众多优点的混合电动车辆的动力系统。
根据本发明一个实施例的一种混合电动车辆(HEV)的典型动力系统，包括发动机、离合器、主电机和副电机、通过离合器与发动机连接的自动换档齿轮(ASG)、以及差动齿轮箱，其中主电机位于离合器输出轴和ASG输入轴之间，且副电机位于ASG输出轴和差动齿轮箱输入轴之间。
在另一个实施例中，根据本发明实施例的HEV的典型动力系统还包括通过控制发动机、离合器、主电机和副电机以及ASG来进行换档操作的控制器，其中该控制器在换档操作过程中调节发动机和主副电机的输出。
在又一个实施例中，在换档操作过程中，控制器执行离合器脱开模式，该离合器脱开模式包括在离合器脱开过程中控制发动机输出扭矩，从而发动机的输出扭矩处于离合器预定扭矩容量内；在离合器脱开后，控制发动机转速，从而发动机转速与在目标档位下离合器输出轴的转速同步；以及控制主副电机，从而需要的扭矩通过差动齿轮箱的输入轴输出。
在又一个实施例中，在换档操作过程中，控制器执行当前档位释放模式，当前档位释放模式包括在离合器脱开后脱离ASG当前档位；以及在当前档位脱离时，利用主电机来控制ASG输入轴的转速，从而ASG的输入轴转速与在目标档位下的速度同步。
在又一个实施例中，在换档操作过程中，控制器执行目标档位接合模式，该目标档位接合模式包括在ASG的输入轴转速与在目标档位下的速度同步后，接合目标档位；以及在接合目标档位后，控制主副电机，从而使需要的扭矩通过差动齿轮箱的输入轴输出。
在又一个实施例中，在换档操作过程中，控制器执行换档完成模式，该换挡完成模式包括，在接合目标档位，以及发动机转速与在目标档位下离合器输出轴转速同步后，使离合器接合。
包含在并构成说明书一部分的附图示出了本发明的一个实施例，这些附图与描述部分一起用来解释本发明原理。
图1示出了传统混合电动车辆动力系统的示意结构；图2为具有通过传统方式控制的ASG变速器的HEV换挡振动的图像；图3为根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的示意图；图4示出了根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的通常驱动模式；图5示出了根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的离合器脱开模式；图6示出了根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的当前换挡速度释放模式；图7示出了根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的目标档位接合模式；以及图8示出了根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的换档完成模式。
优选实施例的详细描述下面将参照附图来详细描述本发明的优选实施例。
图3为根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的示意图；如图3所示，根据本发明一个实施例的混合电动车辆的动力系统包括发动机310、离合器320、主副电机330和350、自动换档齿轮(ASG)340和差动齿轮箱360。
另外，本发明实施例的混合电动车辆的动力系统还包括通过控制发动机310来控制换档操作的控制器300、离合器320、主副电机330和350以及ASG 340。
控制器300可通过由预定程序驱动的一个或多个处理器来实现控制，同时该预定程序可以是一组命令，从而形成用于本发明优选实施例换档操作的规程。
ASG 340是具有基于人工操作齿轮机构的变速器，其中该齿轮接合/分开由控制器来控制。这种ASG对于本领域的普通技术人员是显而易见的。
ASG 340通过离合器320与发动机310连接。主电机330位于离合器320的输出轴和ASG 340的输入轴之间。副电机350位于ASG 340的输出轴和差动齿轮箱360的输入轴之间。
这样，在控制器300的控制下，主电机330可把其电机扭矩加在ASG 340的输入轴上。另外，在控制器300的控制下，副电机350可把其电机扭矩加在ASG 340的输出轴上(即差动齿轮箱360的输入轴上)。
下面为适合于一个实施例的这种HEV动力系统的换档操作规程。
首先，根据传统换档方案来确定换档点。
也就是说，根据预定的换档方案，基于在司机的油门踏板操作控制的节流阀门开口、当前车速以及当前档位，确定加速/减速点。
如果当发动机310为柴油机时，电机330和350的容量相对小，则传统的换档方式可作为本实施例的换档方式。
当电机330和350的容量相对较大，或者当发动机310为汽油机时，考虑到负荷平衡，可采用由传统方式改型的换档方式，来作为本下面详细描述本实施例的换档操作。
当如加速或减速的换档点确定时，控制器300启动换档操作。
当启动换档操作时，控制器300使离合器320脱开，同时控制发动机310的输出扭矩，从而输出扭矩位于离合器320的预定扭矩容量内。
接着，控制器300分别控制主副电机330和350，从而使司机要求的动力(例如通过对油门踏板的操作)传递到差动齿轮箱360的输入轴上。
当离合器320完全脱开时，控制器300控制发动机310的转速，从而可在下一个档位(即目标档位)下与离合器320的输出轴转速同步，即离合器两端之间的速度差减少到目标差以下。
当离合器320完全脱开时，控制器300脱离当前档位。当前档位的脱离可通过使当前档位的同步装置脱开来实现，例如通过采用换档致动器来实现。
在当前档位完全脱离时，利用主电机330，控制器300控制ASG 340的输入轴转速，从而ASG 340的输入轴转速与在目标档位下的转速同步。
此时，控制器300控制副电机350，从而副电机350使其输出动力尽可能地接近由司机要求的需要动力。车辆的输出动力于是就避免为零(0)。
当完成对当前档位的脱离同时ASG 340的输入轴转速与处于目标档位的转速同步时，控制器300获得ASG 340的下一个档位(即目标档位)。可通过对目标档位同步装置进行接合，例如通过采用换档致动器，而切换到目标档位。
在该操作过程中，控制器300针对发动机310的转速而继续对其控制。
当得到了目标档位同时发动机310的转速与离合器320输出轴在目标档位的转速同步时，控制器300使离合器320接合，从而完成换档操作。
下面参照图4-8，就1→2加速来描述上述的换档操作。
不同档位之间的换档操作与将要就1→2加速进行描述的操作相同，从下面描述中，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。
下面参照图4来描述根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的通常驱动模式。
在对于本领域技术人员来说是显而易见的通常驱动模式中，采用发动机310的动力和主副电机330以及350的动力。
在通常驱动模式中，当如加速或减速的换档点确定时，控制器300启动换档操作。
下面参照图5来描述根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的离合器脱开模式。
当启动换档操作时，控制器300使离合器320脱开。
当离合器320脱开时，控制器300控制发动机310的输出扭矩，从而输出扭矩处于离合器320的预定扭矩容量内。
当离合器320完全脱开时，控制器300控制发动机310的转速，从而发动机310的转速与在目标档位下离合器320的输出轴转速同步。
接着控制器300分别控制主副电机330和350，从而司机要求的动力传递到差动齿轮箱360的输入轴上。
下面参照图6来描述根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的当前档位释放模式。
当离合器320完全脱开时，控制器300使ASG 340的当前档位脱开。这样，只通过副电机350就能实现由司机要求的动力。
在当前档位完全脱离时，控制器300利用主电机330来控制ASG340输入轴的转速，从而ASG 340输入轴转速与在目标档位下的转速同步。
在该操作过程中，控制器300继续就转速来控制发动机310。
下面参照图7来描述根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的目标档位接合模式。
当ASG 340输入轴的转速与处于目标档位下转速同步时，控制器300接合ASG 340的目标档位。
接着控制器300利用主副电机330和350来实现要求的动力，并通过差动齿轮箱360的输入轴来输出该动力。
在该操作过程中，控制器300继续控制发动机310的转速。
下面参照图8来描述根据本发明一个实施例的混合电动车辆动力系统的换档完成模式。
当接合了目标档位以及离合器320两端转速彼此同步时，控制器300使离合器320接合。在离合器320接合过程中，控制器300利用主副电机330和350来实现要求的动力，并通过差动齿轮箱360输入轴把该动力输出。
通过使离合器320接合，完成换档操作，同时在完成换档操作后，控制器300利用发动机310、主副电机330和350实现要求的动力，并通过差动齿轮箱360的输入轴来把该动力输出。
如上所述，根据本发明实施例的HEV的动力系统具有下面优点。
由于有两个电机位于离合器后面，因此离合器需要的扭矩容量减少了。
通过控制两个电机，减小了在目标档位接合过程中的换档振动。
当由于离合器脱开而发动机动力没有经过该离合器而传递时，利用主电机和/或副电机来维持动力输出。
当动力既没有从发动机也没有从主电机传递时，动力输出由副电机来维持。
当结合最实际和优选实施例来描述本发明同时，可以理解的是，本发明不限于披露的实施例，相反，本发明意在覆盖包括在附加权利要求书的精神和范围内的各种改型和等同设计。
权利要求
1.一种混合电动车辆(HEV)的动力系统，包括发动机；离合器；主电机；通过离合器与发动机连接的自动换档齿轮(ASG)；副电机；以及差动齿轮箱，其中主电机位于离合器输出轴和ASG输入轴之间，且副电机位于ASG输出轴和差动齿轮箱输入轴之间。
2.如权利要求1所述的动力系统，还包括通过控制发动机、离合器、主电机和副电机以及ASG来进行换档操作的控制器，其中该控制器在换档操作过程中调节发动机和主副电机的输出。
3.如权利要求2所述的动力系统，在换档操作过程中，控制器执行离合器脱开模式，该离合器脱开模式包括在离合器脱开过程中控制发动机输出扭矩，从而发动机的输出扭矩处于离合器预定扭矩容量内；在离合器脱开后，控制发动机转速，从而发动机转速与在目标档位下离合器输出轴的转速同步；以及控制主副电机，从而使需要的扭矩通过差动齿轮箱的输入轴输出。
4.如权利要求3所述的动力系统，其中在换档操作过程中，控制器执行当前档位释放模式，当前档位释放模式包括在离合器脱开后脱离ASG当前档位；以及在当前档位脱离时，利用主副电机来控制ASG输入轴的转速，从而ASG的输入轴转速与在目标档位下的速度同步。
5.如权利要求4所述的动力系统，其中在换档操作过程中，控制器执行目标档位接合模式，该目标档位接合模式包括在ASG的输入轴转速与在目标档位下的速度同步后，接合目标档位；以及在接合目标档位后，控制主副电机，从而使需要的扭矩通过差动齿轮箱的输入轴输出。
6.如权利要求5所述的动力系统，其中在换档操作过程中，控制器执行换档完成模式，该换挡完成模式包括，在得到目标档位以及发动机转速与在目标档位下离合器输出轴转速同步后，使离合器接合。
全文摘要
本发明提供一种，可增强混合电动车辆动力系统的换档性能的动力系统，其中该动力系统包括发动机、离合器、主电机、通过离合器与发动机连接的自动换档齿轮(ASG)、副电机和差动齿轮箱。其中主电机位于离合器输出轴和ASG输入轴之间，且副电机位于ASG输出轴和差动齿轮箱输入轴之间。
文档编号B60W10/11GK1576079SQ20031012342
公开日2005年2月9日 申请日期2003年12月26日 优先权日2003年7月7日
发明者赵成泰 申请人:现代自动车株式会社