一种双离合器控制的平行轴式混合动力系统及控制方法与流程

本发明涉及汽车动力系统技术领域，特别涉及一种串并联构型的混合动力系统。

背景技术：

为了克服纯电动汽车续驶里程较短、长途行驶受限等问题，混合动力技术已成为各大整车企业应对日益严苛的油耗限值和排放法规的必然选择。混合动力系统有三种构型：串联式、并联式、混联式，混联式又分为串并联式和功率分流混联式。串联式构型结构简单，但在高速工况下能量转化效率低、动力性较差。并联式构型动力强劲，但由于只有一台电机，无法在充电的同时驱动车辆。功率分流混联式构型节油效果好，但结构和控制复杂，且核心技术被国外企业所垄断。相对而言，串并联构型综合了串联式构型结构简单和并联式构型动力强劲的优点。

目前市场上的串并联构型混合动力系统中，发动机与电机直接刚性连接，导致发动机即使不工作时也处于倒拖状态；与发动机相连的电机，仅作为发电机，不能辅助动力，不能充分发挥电机的驱动能力，有限的驱动模式也不能完全满足驾驶员的需求。因此，发明人开发了一种双离合器控制的平行轴式混合动力系统，解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可以解决发动机不工作时处于倒拖状态、充分发挥各动力源的能力、具备多种驱动模式、实现降低油耗和排放的串并联构型混合动力系统，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明的第一方面是提供一种双离合器控制的平行轴式混合动力系统，包括发动机、第一离合器、第一齿轮组、第二离合器、第二齿轮组、后桥主减速器、第一电机、第二电机、动力电池和逆变器；其中：

所述发动机通过所述第一离合器与所述第一齿轮组联接，所述第一齿轮组通过所述第二离合器与所述第二齿轮组联接，所述第二齿轮组与所述后桥主减速器联接；

所述第一电机与所述第一齿轮组联接，所述第二电机与所述第二齿轮组联接；

所述第一电机及所述第二电机通过电路并联后与所述逆变器电性连接，所述逆变器与所述动力电池电性连接。

在本发明的一些实施例中，所述第一离合器和所述第二离合器同轴排列。采用这种同轴排列方式，使得本系统结构紧凑，减少了动力传递方向的转换，降低了能量损失，适合应用于纵置后驱混合动力汽车。

在本发明的一些实施例中，所述第一齿轮组为增速齿轮组，其包括相啮合的第一大齿轮和第一小齿轮；

所述第二齿轮组为减速齿轮组，其包括相啮合的第二大齿轮和第二小齿轮；

所述第一离合器联接所述发动机和所述第一大齿轮；所述第二离合器联接所述第一大齿轮的轮轴和所述第二小齿轮的轮轴；所述第一电机联接所述第一小齿轮的轮轴，所述第二电机联接所述第二大齿轮的轮轴；所述第二小齿轮的轮轴通过传动轴输出动力至所述后桥主减速器。

进一步地，所述平行轴式混合动力系统还包括变速箱箱体，所述第一离合器、第一齿轮组、第二离合器、第二齿轮组、第一电机和第二电机都集成在所述变速箱箱体内。集成方式的设计可方便整个系统的安装和布置。

更进一步地，所述变速箱箱体的输出轴通过传动轴与所述后桥主减速器联接，所述后桥主减速器将动力传递至车轮上。

在本发明的一些实施例中，所述第一电机和所述第二电机之间、所述逆变器与所述动力电池之间均通过高压线束连接。

本发明的第二方面是提供上述双离合器控制的平行轴式混合动力系统的控制方法，其特征在于，包括以下工作模式：单电机纯电驱动模式、双电机纯电驱动模式、串联混合动力驱动模式和并联混合动力驱动模式；其中：

单电机纯电驱动模式：汽车在此模式运行时，所述第一离合器和所述第二离合器都处于打开状态，所述发动机和所述第一电机都不工作，汽车由所述第二电机驱动，所有驱动力由所述动力电池提供，这种工作模式为纯电动模式，仅有一个电机驱动，适合于汽车在小扭矩需求的行驶工况时运行；

双电机纯电驱动模式：汽车在此模式运行时，所述第一离合器处于打开状态，所述第二离合器处于闭合状态，所述发动机不工作，汽车由所述第一电机和所述第二电机驱动，所有驱动力由所述动力电池提供，这种工作模式为纯电动模式，两个电机同时驱动，适合于汽车在大扭矩需求的行驶工况时运行；

串联混合动力驱动模式：汽车在此模式运行时，所述第一离合器处于闭合状态，所述第二离合器处于打开状态，所述发动机首先由第一电机启动，然后经过所述第一齿轮组提供动力给第一电机发电，所发出的电能提供给第二电机，汽车由第二电机驱动，多余电能通过所述逆变器给所述动力电池充电，这种工作模式适合电池soc（stateofcharge，荷电状态）较低、中低功率需求工况时以增程模式运行；

并联混合动力驱动模式：汽车在此模式运行时，所述第一离合器和所述第二离合器都处于闭合状态，所述发动机、第一电机和第二电机同时工作，所述发动机的动力一部分经过所述第一离合器和所述第二离合器，以机械路径传递至车轮，另一部分经过所述第一离合器和所述第一齿轮组传递至所述第一电机，通过第一电机将机械能转化为电能，驱动所述第二电机和所述发动机共同驱动车辆行驶，这种工作模式适合汽车高功率需求工况时运行。

进一步地，上述控制方法还包括发动机驱动模式：汽车在此模式运行时，所述第一离合器和第二离合器都处于闭合状态，所述发动机工作，所述第一电机和第二电机空转，发动机动力全部经过上述第一离合器和第二离合器，以机械路径传递到车轮，驱动车辆行驶。

进一步地，上述控制方法还包括制动回馈模式：汽车在此模式运行时，所述第一离合器和第二离合器都处于打开状态，所述发动机和第一电机不工作，所述第二电机将机械能转化为电能，再经过所述逆变器储存在所述动力电池内，这种工作模式适合汽车刹车制动工况时运行。

进一步地，上述控制方法还包括停车发电模式：汽车在此模式运行时，所述第一离合器处于闭合状态，所述第二离合器处于打开状态，所述发动机和第一电机工作，所述第二电机不工作，所述发动机首先由所述第一电机启动，然后经过所述第一齿轮组提供动力给所述第一电机发电，电能经过所述逆变器储存在所述动力电池内，这种工作模式适合汽车怠速工况并且动力电池soc较低的情况。

在一个具体实施例中，根据本发明的一种双离合器控制的平行轴式混合动力系统的控制方法包括了上述的单电机纯电驱动模式、双电机纯电驱动模式、串联混合动力驱动模式、并联混合动力驱动模式、发动机驱动模式、制动回馈模式和停车发电模式这七种工作模式，装备该混合动力系统的汽车可根据行驶工况，自动切换工作模式。

由于采用上述技术方案，本发明达到以下有益效果：

本发明的混合动力系统设计巧妙，结构紧凑，将两个电机、两个齿轮组通过两个离合器与发动机和后桥主减速器整合为一套混合动力系统，发动机不与电机直接刚性连接，避免了发动机即使不工作时也处于倒拖状态的缺陷；本发明中与发动机相连的电机，不仅作为发电机，还能辅助动力，充分发挥了电机的驱动能力；

本发明的混合动力系统的控制方法能够实现该混合动力系统至少具备小扭矩需求纯电动、大扭矩需求纯电动、串联混合动力、并联混合动力四种工作模式，装备此动力系统的汽车可以根据行驶工况、自动切换到相应的工作模式，满足驾驶员的多种需求。

附图说明

附图1是本发明的结构示意图；

附图2是本发明的单电机纯电驱动模式能量传递路线示意图；

附图3是本发明的双电机纯电驱动模式能量传递路线示意图；

附图4是本发明的串联混合动力驱动模式能量传递路线示意图；

附图5是本发明的并联混合动力驱动模式能量传递路线示意图；

附图6是本发明的发动机驱动模式能量传递路线示意图；

附图7是本发明的制动回馈模式能量传递路线示意图；

附图8是本发明的停车充电模式能量传递路线示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围作出更为清楚准确的界定。

如图1所示，本实施例的一种双离合器控制的平行轴式混合动力系统，包括发动机1、第一离合器2、第一齿轮组3、第二离合器4、第二齿轮组5、变速箱箱体6、后桥主减速器7、第一电机8、第二电机9、动力电池10和逆变器11。

其中，发动机1通过第一离合器2与第一齿轮组3联接，第一齿轮组3通过第二离合器4与第二齿轮组5联接，第二齿轮组5与后桥主减速器7联接。本实施例中的第一齿轮组3为增速齿轮组，其包括相啮合的第一大齿轮和第一小齿轮。第二齿轮组5为减速齿轮组，其包括相啮合的第二大齿轮和第二小齿轮。第一电机8与第一齿轮组3联接，第二电机9与所述第二齿轮组5联接。具体地，第一离合器2联接发动机1和增速齿轮组的第一大齿轮；第二离合器4联接增速齿轮组的第一大齿轮的轮轴和减速齿轮组的第二小齿轮的轮轴；第一电机8联接增速齿轮组的第一小齿轮的轮轴，第二电机9联接减速齿轮组的第二大齿轮的轮轴；减速齿轮组的第二小齿轮的轮轴通过传动轴输出动力至后桥主减速器7。在本实施例中，第一离合器2、第一齿轮组3、第二离合器4、第二齿轮组5、第一电机8和第二电机9都集成在所述变速箱箱体6内，变速箱箱体6的输出轴通过传动轴输出动力至后桥主减速器7，后桥主减速器7将动力传递至车轮上。5

其中，第一电机8及第二电机9通过电路并联后与逆变器11电性连接，逆变器11与所述动力电池10电性连接。本实施例中，第一电机8和第二电机9之间、逆变器11与动力电池10之间均通过高压线束连接。

本实施例中，第一离合器2和第二离合器4为同轴排列。而且进一步地，第一离合器2和第二离合器4的轴线方向与发动机1的输出轴的轴线方向相平行。本实施例的混合动力系统应用于纵置后驱汽车中，当第一离合器2和第二离合器4都闭合时，发动机1的动力不需要变换方向即可传递至后桥主减速器7。

以下对本实施例双离合器控制的平行轴式混合动力系统的控制方法进行详细介绍。

本实施例双离合器控制的平行轴式混合动力系统具有单电机纯电驱动模式、双电机纯电驱动模式、串联混合动力驱动模式、并联混合动力驱动模式、发动机驱动模式、制动回馈模式和停车发电模式这七种工作模式，装备该混合动力系统的汽车可根据行驶工况，自动切换工作模式。

图2为单电机纯电驱动模式的能量传递路线示意图，当动力电池12电量充足且需求扭矩较小（起步、倒车或低速行驶）时，第一离合器2和第二离合器4都打开，第二电机9工作，动力电池12的电功率通过驱动第二电机9转化为机械能，通过第二齿轮组（5）、后桥主减速器7等传递到车轮，驱动车辆行驶。

图3为双电机纯电驱动模式的能量传递路线示意图，当动力电池12电量充足且需求扭矩较大（爬坡、急加速或者高速行驶工况）时，第一离合器2打开，第二离合器4闭合，第一电机8和第二电机9工作，动力电池12的电功率通过两个电机转化为机械能，并通过第一齿轮组3、第二齿轮组5、后桥主减速器7等传递到车轮，驱动车辆行驶。

图4为串联混合动力驱动模式的能量传递路线示意图，当动力电池12电量不足且车速较低时，第一离合器2闭合，第二离合器4打开，发动机1、第一电机8和第二电机9同时工作，发动机1的动力经第一离合器2、第一齿轮组3，通过第一电机8转化为电能，其中一部分电能通过第二电机9转化为机械能，再通过第二齿轮组5、后桥主减速器7等传递到车轮，驱动车辆行驶，另一部分电能通过逆变器11，储存在动力电池12内。

图5为并联混合动力驱动模式的能量传递路线示意图，当车速较高时，第一离合器2和第二离合器4同时闭合，发动机1、第一电机8和第二电机9同时工作，发动机1的动力一部分经第一离合器2、第二离合器4、后桥主减速器7传递到车轮，驱动车辆行驶，另一部分经第一离合器2、第一齿轮组3，通过第一电机8转化为电能，给第二电机9提供电能或者通过逆变器11，储存在动力电池12内。

图6为发动机驱动模式的能量传递路线示意图，当车速较高或者动力电池12出现故障时，第一离合器2和第二离合器4同时闭合，发动机1工作，第一电机8和第二电机9空转，发动机1的动力经第一离合器2、第二离合器4、后桥主减速器7传递到车轮，驱动车辆行驶。

图7为制动回馈模式的能量传递路线示意图，当车辆在制动工况下，第一离合器2和第二离合器4同时打开，发动机1和第一电机8不工作，车辆的机械能通过后桥主减速器7、第二齿轮组5传递，经第二电机9将机械能转化为电能，再通过逆变器11储存到动力电池12内。

图8为停车充电模式的能量传递路线示意图，当动力电池12的soc较低、并且在车辆停止工况下，第一离合器2闭合，第二离合器4打开，发动机1和第一电机8工作，发动机1的动力通过第一离合器2、第一齿轮组3，经第一电机8将机械能转化为电能，再通过逆变器11储存到动力电池12内。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。