一种混合动力系统及其控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种具有多个动力源和多级速比的混合动力系统及其控制方法，包括发动机、双向可控超越离合器、第一电机、第二电机、多级变速器、电池组，双向可控超越离合器的一端与发动机的输出轴连接，双向可控超越离合器的另一端与第一电机的输出轴连接，多级变速器的主动件与双向可控超越离合器连接，多级变速器的从动件与第二电机的输出轴连接，电池组供电至第一电机及第二电机，通过双向可控超越离合器的模式和多级变速器的挡位切换，实现多动力源能够部分或全部参与的多种驱动和能量回收模式。本发明控制简化结构紧凑，避免离合器带来的滑摩能量损失，提高整车效率，系统变速比降低了第一电机性能要求，提升发动机燃油经济性，增强节能效果。
【专利说明】一种混合动力系统及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机电复合传动系统、特别是机动车辆的混合动力传动【技术领域】，具体涉及一类具有双向可控超越离合器、具有包括发动机在内的多个动力源和多级速比的混合动力系统及其控制方法。
[0002]【背景技术】
混合动力系统是指两个及两个以上动力源，通过某种动力耦合装置实现单独或共同驱动车辆的系统。
[0003]现有技术普遍采用摩擦式离合器(包括干式和湿式)或者行星齿轮机构作为多动力源的耦合装置。摩擦式离合器只具有通断功能，主要应用在并联式混动系统之中，具有控制难度大、要求高、易磨损的缺点，离合器频繁通断产生的滑摩也会带来能量损失。行星齿轮机构应用于混联式混动系统，不能实现速比可变，难以将发动机保持在最佳工作状态。
[0004]单向超越离合器是一类广泛应用于单一旋转方向传动的基础件，有啮合式、滚珠式、滚柱式、楔块式等多种形式，通常具有外圈、内圈、结合件等基本部件，是可根据主、从动件(内、外圈)相对旋转速度或方向的变化，自行实现结合(传动)或分离(超越)的装置。
[0005]现有的混合动力系统已有采用普通超越离合器的方案:CN101439665提出了在带有起动机的发动机和电动机之间设有单向超越离合器的方案，该方案不设有变速器，极大地限制了系统的适用范围，难以满足一般车辆正常行驶的需要。CN101314325.CN101334076提出了在第一动力源(发动机连接第一电机)和第二动力源(第二电机)之间设置超越离合器的方案，该方案的问题在于，第一电机驱动或被反拖发电时必然拖动发动机，虽然这个问题可以通过在发动机和第一电机间增设摩擦式离合器来解决，但增设离合器增加了系统尺寸和控制难度，抵消了使用超越离合器所带来的结构紧凑和操作简化的优点，工程应用范围和价值有限。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种无需摩擦式离合器、结构紧凑、效率高、生产继承性好，且有利于降低控制难度和制造成本的混合动力系统。
[0007]本发明的另一目的在于提供一种控制简单方便的混合动力系统的控制方法。
[0008]本发明的目的通过采取下述技术方案实现:本发明的混合动力系统，包括有发动机、双向可控超越离合器、第一电机、第二电机、多级变速器、电池组，双向可控超越离合器的一端与发动机的输出轴连接，双向可控超越离合器的另一端与第一电机的输出轴连接，多级变速器的主动件与双向可控超越离合器连接，多级变速器的从动件与第二电机的输出轴连接，电池组供电至第一电机及第二电机，通过双向可控超越离合器的模式和多级变速器的挡位切换，实现多动力源能够部分或全部参与的多种驱动和能量回收模式。
[0009]所述发动机与双向可控超越离合器的内圈相连，双向可控超越离合器的外圈与多级变速器的输入轴相连；或发动机与双向可控超越离合器的外圈相连，双向可控超越离合器的内圈与多级变速器的输入轴相连。[0010] 所述第一电机通过齿轮副与多级变速器的输入轴相连，第一电机通过输入轴与双向可控超越离合器外圈相连，多级变速器包括有I挡及2挡同步器、3挡同步器，通过控制I挡及2挡同步器、3挡同步器来实现相关挡位的介入或退出；第二电机通过齿轮副与多级变速器的输出轴相连，输出轴将动力通过主减速器、差速器传递至车轮，驱动车辆。
[0011 ] 所述双向可控超越离合器是基于超越离合器原理演变而成，部分或全部具有正向传递动力或超越、反向传递动力或超越、双向超越分离、双向传递动力四种工作模式；所述双向可控超越离合器通过控制双向可控超越离合器的保持架、外圈或内圈的相对运动在这些工作模式之间实现切换。
[0012]本发明混合动力系统的控制方法，根据混合动力系统状态和汽车工况需求的不同具有以下驱动模式:
1)纯电驱动模式
当电池组电量充足时，混合动力系统优选处于纯电驱动模式，
11)第一电机单独驱动
此模式下，双向可控超越离合器优选被控于完全分离模式，发动机和第二电机不参与工作，变速器被控于1、2、3挡的中的一个挡位；
12)第二电机单独驱动
此模式下，变速器被控于空挡，发动机和第一电机不参与工作；
13)双电机并联驱动
此模式下，第一单机和第二电机共同驱动车辆。双向可控超越离合器优选被控于完全分离模式，发动机不参与工作，变速器被控于1、2、3挡位中的某一挡位；
2)发动机驱动模式
此模式下，双向可控超越离合器优选被控于完全结合模式，多级变速器被控于1、2、3挡位中的某一挡位；发动机不带有常规起动机，发动机启动由双向可控超越离合器与第一电机配合工作实现:双向可控超越离合器被控于反向使能、正向失能模式，第一电机带动发动机启动，由于此时动力只能经由双向可控超越离合器反向传递，发动机启动后在无负载的情况下快速达到稳定怠速状态；
3)发动机和电机混合驱动模式
31)增程模式
当电池组电量不足时，混合动力系统优选处于增程模式实现纯电驱动，
此模式下，发动机与第一电机串联，第一电机在发动机的拖动下为电池组充电，电池组为第二电机供电，第二电机驱动车辆；
此时，双向可控超越离合器优选被控于完全结合模式，以实现发动机拖动第一电机发电，变速器被控于空挡，发动机、第一电机与第二电机之间无机械连接；
32)并联驱动模式
此模式下，发动机与第一电机或第二电机共同驱动车辆，双向可控超越离合器优选被控于完全结合模式，多级变速器被控于1、2、3挡位中的某一挡位；
33)混联驱动模式
此模式下，发动机与第一电机串联，第一电机在发动机的拖动下为电池组充电，发动机与第二电机并联，发动机与第二电机共同驱动车辆，双向可控超越离合器优选被控于完全结合模式，以保证发动机动力的稳定可靠传输，多级变速器被控于1、2、3挡位中的某一挡位；
4)能量回收模式
此模式下，第一电机或/和第二电机被反拖发电，为电池组充电，将车辆的动能或者势能转化为电能进行回收。此时，双向超越离合器优选被控于正向使能、反向失能模式，以避免对发动机进行反拖。
[0013]本发明的有益之处在于:
I)通过双向可控超越离合器的应用，省却了一般多级速比混合动力系统的摩擦式离合器和专用起动机，从而使得混合动力系统结构更加紧凑、控制更加简化，还避免了使用摩擦式离合器带来的滑摩能量损失，提高了整车效率。
[0014]2)通过多级变速器的应用，提升了混合动力系统中发动机工作效率，优化了发动机工况，同时降低了第一电机的性能要求，减小了其质量和尺寸；通过在多级变速器下游设置第二电机，提升了电力驱动和能量回收的效率。
[0015]3)采用的双向可控超越离合器可由滚柱式、啮合式、楔块式等多种超越离合器经可控化改造而来，而这类传动基础部件的设计、生产技术均已相对成熟可靠；沿用了传统机械变速器的同步器或啮合套，以及与传统有级式机械变速器相同或相似的布局结构；这些均使本发明的实际应用能在很大程度上沿用成熟的设计、生产技术、加工设备及工业体系，具备生产继承性好、成本低、易于实现等优点。
[0016]本发明特别适合于插电式混合动力汽车，符合未来新能源汽车的长期发展趋势。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面将结合实施例和附图对本发明作进一步的详细描述:
图1为本发明不意图；
图2为本发明具体实施例1的不意图；
图3为本发明具体实施例2的不意图；
图4为本发明具体实施例3的示意图。
[0018]各图中，100-发动机，200-双向可控超越离合器，201-双向可控超越离合器内圈，202-双向可控超越离合器外圈，211-单向可控超越离合器(正向)，212-单向可控超越离合器(反向)，220-单向超越离合器，300-第一电机，301-齿轮副，400-第二电机，402-齿轮畐Ij，500-变速器，501 -1挡齿轮副，502-2挡齿轮副，503-3挡齿轮副，511 -1挡和2挡同步器，512-3挡同步器，521-输入轴，522-输出轴，600-电池组，700-主减速器，800-差速器，900-车轮。
【具体实施方式】
[0019]本发明的具体原理和结构将通过下列实施例及附图进一步加以详细说明。
[0020]实施例1
图1为本发明的一种实施方案，以下进一步说明本发明的实现方法，当然变速器挡位总数可以不限于3挡。
[0021]本发明的混合动力系统，包括有发动机100、双向可控超越离合器200、第一电机300、第二电机400、多级变速器500、电池组600，双向可控超越离合器200的一端与发动机100的输出轴连接，双向可控超越离合器200的另一端与第一电机300的输出轴连接，多级变速器500的主动件与双向可控超越离合器200连接，多级变速器500的从动件与第二电机400的输出轴连接，电池组600供电至第一电机300及第二电机400，通过双向可控超越离合器200的模式和多级变速器500的挡位切换，实现多动力源能够部分或全部参与的多种驱动和能量回收模式。中国专利
【发明者】刘延伟, 赵克刚, 黄向东, 郭钟宁 申请人:广东工业大学