混合动力装置及其操控方法与流程

本发明涉及车辆驱动技术领域，尤其涉及电动车辆混合动力驱动领域，具体是指一种混合动力装置及其操控方法。

背景技术：

现有技术中公开的混合动力装置包括：发动机、与发动机曲轴固定连接的ISG电动机、驱动电动机、两档变速器和两个离合器，其中一个离合器设置在驱动电动机与两档变速器输入端之间，另一个离合器设置在ISG电动机与两档变速器输入端之间。上述的混合动力装置存在以下问题：在纯电动行驶模式时，由于ISG电动机与发动机曲轴固定连接静止不动，故只有驱动电动机驱动车辆，使得驱动电动机的功率必须较大才能满足纯电动行驶的性能指标，导致装置的成本较高；在混合动力行驶模式时，换挡时动力中断难以避免，换挡性能有所降低；采用了两个离合器和一个换挡同步器，换挡机构较复杂，导致装置成本较高。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术中的问题，本发明提出了一种装置成本低、换挡机构结构简单的混合动力装置及其操控方法。

本发明的混合动力装置及其操控方法具体如下：

该混合动力装置，包括发动机，其主要特点是，所述的混合动力装置还包括电动机、主减速器被动齿轮和主离合器，所述的电动机包括第一电动机和第二电动机，所述的混合动力装置还包括分别与所述的第一电动机和第二电动机相连接的第一变速机构和第二变速机构、分别与所述的第一变速机构和第二变速机构相连接的第一主减速器主动齿轮和第二主减速器主动齿轮，所述的发动机通过所述的主离合器和所述的第一变速机构连接所述的第一主减速器主动齿轮和所述的主减速器被动齿轮，所述的第一电动机通过所述的第一变速机构连接所述的第一主减速器主动齿轮和所述的主减速器被动齿轮，所述的第二电动机通过所述的第二变速机构连接所述的第二主减速器主动齿轮和所述的主减速器被动齿轮，且所述的混合动力装置还包括一用于对所述的主离合器和第一变速机构和第二变速机构进行变速控制的换挡毂。

较佳地，所述的第一变速机构包括1挡和2档，所述的1挡速比介于5挡手动变速器的2挡速比和3档速比之间，所述的2挡速比与5挡手动变速器的5档的速比相同，所述的第二变速机构包括L挡和H挡，所述的L挡速比介于5挡手动变速器的2挡速比和3档速比之间，所述的H挡速比与5挡手动变速器的5档的速比相同。

较佳地，所述的第一变速机构包括用于挂1挡或2挡的第一换挡拨叉，所述的第二变速机构包括用于挂L挡或H挡的第二换挡拨叉，且所述的主离合器为常开型离合器，且所述的主离合器具有一离合拨叉。

更佳地，所述的换挡毂包括第一滑道、第二滑道和第三滑道，且所述的第一滑道与所述的第一变速机构的第一换挡拨叉连接；所述的第二滑道与所述的第二变速机构的第二换挡拨叉连接；所述的第三滑道与所述的主离合器的离合拨叉连接。

该上述的混合动力装置的操控方法，其主要特点是，所述的第一变速机构包括1挡和2档，所述的第二变速机构包括L挡和H挡，所述的换挡毂根据其转动角度设置有混合动力模式零位和纯电动模式零位，用户根据需要选择所述的混合动力模式零位和纯电动模式零位其一以起动车辆，并控制所述的换挡毂进行正转或反转实现车辆行进，其中，所述的混合动力模式零位时，所述的第一变速机构和第二变速机构均挂N挡，所述的纯电动模式零位时，所述的第一变速机构挂1挡，所述的第二变速机构挂L挡。

较佳地，用户选择混合动力模式零位起动车辆时，所述的第一变速机构和第二变速机构的挂挡状态与所述的换挡毂的正转角度的关系如下：

(1)所述的换挡毂工作在混合动力模式零位，所述的第一变速机构和所述的第二变速机构均挂N挡，所述的主离合器为分离状态；

(2)所述的换挡毂正转一定角度，所述的第一变速机构挂N挡，所述的第二变速机构挂L挡，所述的主离合器为分离状态；

(3)所述的换挡毂继续正转一定角度，所述的第一变速机构保持在N挡，所述的第二变速机构保持的L挡，所述的主离合器为接合状态；

(4)所述的换挡毂继续正转一角度，所述的第一变速机构挂N档，所述的第二变速机构保持在L挡，且所述的主离合器为分离状态；

(5)所述的换挡毂继续正转一角度，所述的第一变速机构挂1档，所述的第二变速机构保持在L挡，且所述的主离合器为分离状态。

较佳地，用户选择混合动力模式零位起动车辆时，所述的第一变速机构和第二变速机构的挂挡状态与所述的换挡毂的反转角度的关系如下：

(1)车辆起动，所述的第一变速机构和所述的第二变速机构均挂N挡，所述的主离合器为分离状态；

(2)所述的换挡毂反转一定角度时，所述的第一变速机构保持在N挡，且所述的第二变速机构挂L挡，且所述的主离合器为分离状态；

(3)所述的换挡毂继续反转一定角度时，所述的第一变速机构挂1挡，且所述的第二变速机构仍挂L挡，且所述的主离合器为分离状态。

更佳地，所述的换挡毂上还设置有一倒车起动/发电模式位，所述的倒车起动/发电模式位时，所述的第一变速机构为N挡，所述的第二变速机构为L挡，且所述的主离合器接合。

尤佳地，倒车起动/发电模式位下所述的第一变速机构与第二变速机构与所述的换挡毂的反转角度的关系如下：

(1)用户控制所述的换挡毂从倒车起动/发电模式位反转一定角度，所述的第一变速机构保持在N挡，所述的第二变速机构保持在L挡，所述的主离合器为分离状态；

(2)所述的换挡毂继续反转一定角度，所述的第一变速机构挂1挡，所述的第二变速机构挂L挡，所述的主离合器为分离状态。

较佳地，用户选择纯电动模式零位起动车辆时，所述的第一变速机构和第二变速机构的挂挡状态与所述的换挡毂的正转角度的关系如下：

(1)车辆从纯电动模式零位起动，所述的换挡毂从纯电动模式零位正转一定角度，所述的第一变速机构挂1挡，所述的第二变速机构挂L挡，且所述的主离合器为接合状态；

(2)所述的换挡毂继续正转一定角度，所述的主离合器分离，所述的第一变速机构挂2挡，所述的第二变速机构仍挂L挡；

(3)所述的换挡毂继续正转一定角度，所述的主离合器接合，所述的第一变速机构仍挂2挡，所述的第二变速机构挂H挡。

采用本发明的混合动力装置及其操控方法，由于其具有两个电动机和换挡毂，在纯电动行驶模式下，在主离合器分离后两个电动机可以一起驱动车辆，因此减少了第二电动机的功率和成本；在混合动力行驶模式下，两个变速机构可以先后进行换挡，避免了动力中断，从而提高了换挡性能，具有很高的性价比，有很大的应用价值。

附图说明

图1为本发明的一具体实施例中所涉及的混合动力装置的结构示意图。

图2为本发明的一具体实施例中包括换挡毂的混合动力装置的结构示意图。

图3为本发明的一具体实施例中换挡毂的工作原理示意图。

图4为本发明的一具体实施例中另一换挡毂的工作原理示意图。

附图标记：

1 发动机

2 主离合器

21 离合拨叉

3 第一电动机

4 第二电动机

5 第一变速机构

51 第一换挡拨叉

6 第二变速机构

61 第二换挡拨叉

71 第一主减速器主动齿轮

72 第二主减速器主动齿轮

73 主减速器被动齿轮

8 换挡毂

81 第一滑道

82 第二滑道

83 第三滑道。

具体实施方式

为了更好的说明对本发明进行说明，下面举出一些实施例来对本发明进行进一步的说明。

该混合动力装置，包括发动机1，其中所述的混合动力装置还包括电动机、主减速器被动齿轮73和主离合器2，所述的电动机包括第一电动机3和第二电动机4，所述的混合动力装置还包括分别与所述的第一电动机3和第二电动机4相连接的第一变速机构5和第二变速机构6、分别与所述的第一变速机构5和第二变速机构6相连接的第一主减速器主动齿轮71和第二主减速器主动齿轮72，所述的发动机1通过所述的主离合器2和所述的第一变速机构5连接所述的第一主减速器主动齿轮71和所述的主减速器被动齿轮，所述的第一电动机3通过所述的第一变速机构5连接所述的第一主减速器主动齿轮71和所述的主减速器被动齿轮73，所述的第二电动机4通过所述的第二变速机构6连接所述的第二主减速器主动齿轮72和所述的主减速器被动齿轮73，且所述的混合动力装置还包括一用于对所述的主离合器2和第一变速机构5和第二变速机构6进行变速控制的换挡毂。

所述的第一变速机构5包括1挡和2档，所述的1挡速比介于5挡手动变速器的2挡速比和3档速比之间，所述的2挡速比与5挡手动变速器的5档的速比相同，所述的第二变速机构6包括L挡和H挡，所述的L挡速比介于5挡手动变速器的2挡速比和3档速比之间，所述的H挡速比与5挡手动变速器的5档的速比相同。

所述的第一变速机构5包括用于挂1挡或2挡的第一换挡拨叉51，所述的第二变速机构6包括用于挂L挡或H挡的第二换挡拨叉61，且所述的主离合器2为常开型离合器，且所述的主离合器2具有一离合拨叉21。

所述的换挡毂8包括第一滑道81、第二滑道82和第三滑道83，且所述的第一滑道81与所述的第一变速机构5的第一换挡拨叉51连接；所述的第二滑道82与所述的第二变速机构6的第二换挡拨叉61连接；所述的第三滑道83与所述的主离合器2的离合拨叉21连接。

该上述的混合动力装置的操控方法，其中，所述的第一变速机构5包括1挡和2档，所述的第二变速机构6包括L挡和H挡，所述的换挡毂8根据其转动角度设置有混合动力模式零位和纯电动模式零位，用户根据需要选择所述的混合动力模式零位和纯电动模式零位其一以起动车辆，并控制所述的换挡毂8进行正转或反转实现车辆行进，其中，所述的混合动力模式零位时，所述的第一变速机构5和第二变速机构6均挂N挡，所述的纯电动模式零位时，所述的第一变速机构5挂1挡，所述的第二变速机构6挂L挡。

用户选择混合动力模式零位起动车辆时，所述的第一变速机构5和第二变速机构6的挂挡状态与所述的换挡毂8的正转角度的关系如下：

(1)所述的换挡毂工作在混合动力模式零位，所述的第一变速机构5和所述的第二变速机构6均挂N挡，所述的主离合器2为分离状态；

(2)所述的换挡毂8正转一定角度，所述的第一变速机构5挂N挡，所述的第二变速机构6挂L挡，所述的主离合器2为分离状态；

(3)所述的换挡毂8继续正转一定角度，所述的第一变速机构5保持在N挡，所述的第二变速机构6保持的L挡，所述的主离合器2为接合状态；

(4)所述的换挡毂8继续正转一角度，所述的第一变速机构5挂N档，所述的第二变速机构6保持在L挡，且所述的主离合器2为分离状态；

(5)所述的换挡毂8继续正转一角度，所述的第一变速机构5挂1档，所述的第二变速机构6保持在L挡，且所述的主离合器2为分离状态。

用户选择混合动力模式零位起动车辆时，所述的第一变速机构5和第二变速机构6的挂挡状态与所述的换挡毂8的反转角度的关系如下：

(1)车辆起动，所述的第一变速机构5和所述的第二变速机构6均挂N挡，所述的主离合器2为分离状态；

(2)所述的换挡毂8反转一定角度时，所述的第一变速机构5保持在N挡，且所述的第二变速机构6挂L挡，且所述的主离合器2为分离状态；

(3)所述的换挡毂8继续反转一定角度时，所述的第一变速机构5挂1挡，且所述的第二变速机构6仍挂L挡，且所述的主离合器2为分离状态。

所述的换挡毂8上还设置有一倒车起动/发电模式位，所述的倒车起动/发电模式位时，所述的第一变速机构5为N挡，所述的第二变速机构6为L挡，且所述的主离合器2接合。

倒车起动/发电模式位下所述的第一变速机构5与第二变速机构6与所述的换挡毂8的反转角度的关系如下：

(1)用户控制所述的换挡毂8从倒车起动/发电模式位反转一定角度，所述的第一变速机构5保持在N挡，所述的第二变速机构6保持在L挡，所述的主离合器2为分离状态；

(2)所述的换挡毂8继续反转一定角度，所述的第一变速机构5挂1挡，所述的第二变速机构6挂L挡，所述的主离合器2为分离状态。

用户选择纯电动模式零位起动车辆时，所述的第一变速机构5和第二变速机构6的挂挡状态与所述的换挡毂8的正转角度的关系如下：

(1)车辆从纯电动模式零位起动，所述的换挡毂8从纯电动模式零位正转一定角度，所述的第一变速机构5挂1挡，所述的第二变速机构6挂L挡，且所述的主离合器2为接合状态；

(2)所述的换挡毂8继续正转一定角度，所述的主离合器2分离，所述的第一变速机构5挂2挡，所述的第二变速机构6仍挂L挡；

(3)所述的换挡毂8继续正转一定角度，所述的主离合器2接合，所述的第一变速机构5仍挂2挡，所述的第二变速机构6挂H挡。

在一种具体实施例中，采用1挡、2挡、3挡、4挡、5挡、N挡、L挡和H挡来描述相应的挡位，其中，1挡、2挡、3挡和4挡均为前进挡，N挡是空挡，如此对应只能单向转动的动力机，例如发动机；L挡和H挡分别是低挡和高挡，如此对应可以双向转动的动力机，例如驱动电动机。

通常，换挡毂上沿圆周方向设置滑道，换挡拨叉的头部嵌入滑道内，换挡毂转动时，换挡拨叉由滑道驱动带动同步器左右移动，挂在空挡或者其他两个挡位中的一个挡位上，从而实现了换挡。滑道可以按照一定的角度间隔分成数段连通的部分，例如可以设置成从一个挡位换到另一个挡位时换挡毂需转动60度，包括一次主离合器分离和一次主离合器接合所需换挡毂转动的角度，但并不以此为限制。滑道通常是封闭，换挡毂正转时升挡，反转时降挡，并不以此为限制。

请参阅图1，该混合动力装置包括发动机1、主离合器2、第一电动机3、第二电动机4、第一变速机构5、第二变速机构6、与第一变速机构5的输出端固定连接的第一主减速器主动齿轮71、与第二变速机构6的输出端固定连接的第二主减速器主动齿轮72和主减速器被动齿轮73，其中发动机1通过主离合器2和第一变速机构5驱动第一主减速器主动齿轮71和主减速器被动齿轮73；第一电动机3通过第一变速机构5驱动第一主减速器主动齿轮71和主减速器被动齿轮73；以及第二电动机4通过第二变速机构6驱动第二主减速器主动齿轮72和主减速器被动齿轮73。

在一种具体实施例中，纯电动行驶模式下，在主离合器分离后两个电动机可以一起驱动车辆，因此减少了第二电动机的功率和装置的成本；在混合动力行驶模式下，两个变速机构可以先后进行换挡，避免了动力中断，从而提高了换挡性能。

已公开的混合动力装置用于B级轿车上的对应产品的具体参数如下：ISG电动机和驱动电动机的峰值功率分别为27kW和50kW，两挡变速器的两个速比(含主减速器速比)分别为5.799和3.097。5挡手动变速箱的2/3/5挡速比(含主减速器速比)分别为7.835、5.133和3.052。

请参阅图1，第一变速机构5包括1挡和2档，1挡的速比介于5挡手动变速器的2挡速比和3档速比之间，2挡的速比与5挡手动变速器的5档的速比相当；第二变速机构6包括L挡和H挡，L挡的速比介于5挡手动变速器的2挡速比和3档速比之间，H挡的速比与5挡手动变速器的5档的速比相当。

第一变速机构5和第二变速机构6各设置2个挡位，可以满足乘用车宽广的车速范围需求。更多的挡位有利于提高车辆经济性，但增加了装置的复杂程度和成本。第一变速机构5的两个挡位的速比也可以是其它数值，并不以此为限制。第一变速机构5的两个挡位的速比也可以是其它数值，并不以此为限制。

第一电动机3与第二电动机4的功率之和根据车辆百公里加速时间指标确定；第二电动机4的功率根据NEDC工况的市区循环部分的功率需求确定。

通常根据车辆百公里加速时间确定驱动电动机的峰值功率。具体地，用于B级车的第一电动机3与第二电动机4的峰值功率之和可以为50kW。而根据仿真计算结果可知，NEDC工况的市区循环部分的峰值功率需求不超过20kW，因此，第二电动机4的峰值功率大于20kW就可以单独驱动车辆完成市区循环部分。可以选择第二电动机4的峰值功率为23kW，则第一电动机3的峰值功率为27kW。也可以采用峰值功率对应的额定功率来表征对于电动机的功率需求。目前，车用永磁同步电动机的峰值功率约为额定功率的2～2.5倍。

此外，可以选择1挡速比等于L挡的速比，2挡的速比等于H挡的速比，且第一电动机3和第二电动机4选择相同的峰值功率25kW，则两电动机可以为相同的电动机，如此简化了生产制造，有利于减小成本，但并不以此为限制。

请参阅图2和图3，混合动力装置还包括一个用于对主离合器2、第一变速机构5和第二变速机构6进行变速控制的换挡毂8，该换挡毂8包括第一滑道81、第二滑道82和第三滑道83，其中，第一滑道81与第一变速机构5的换挡拨叉连接，第二滑道82与第二变速机构6的换挡拨叉连接，第三滑道83与主离合器2的离合拨叉21连接。

通过一个换挡毂8来实现主离合器2、第一变速机构5和第二变速机构6的变速控制，只需要一个用于驱动换挡毂8转动的液压致动器或机电致动器，因此减小了换挡机构的复杂性，进一步减小了混合动力装置的成本。

第一变速机构5的换挡拨叉包括第一换挡拨叉51，且第一换挡拨叉用于挂1挡或2挡；第二变速机构6的换挡拨叉包括第二换挡拨叉61，且第二换挡拨叉用于挂L挡或H挡。

主离合器2为一常开型离合器。第一变速机构5和第二变速机构6也可以包含更多的拨叉以实现更多的挡位，主离合器2也可以是常闭型离合器，并不以此为限制。

在换挡毂8上设置有混合动力模式零位、倒车起动/发电模式位和纯电动模式零位，当换挡毂8工作在混合动力模式零位时，第二变速机构6和第一变速机构5均挂N挡，且主离合器2保持分离；当换挡毂8正转一定角度时，第二变速机构6挂L挡，当换挡毂8继续正转一定角度到达倒车起动/发电模式位时，主离合器2接合，第一变速机构5保持在N挡，第二变速机构6保持在L挡；当换挡毂8继续正转一定角度时，主离合器2分离，第一变速机构5保持在N挡，第二变速机构6保持在L挡；当换挡毂8继续正转一定角度到达纯电动模式零位时，第一变速机构5挂1挡，第二变速机构6保持在L挡，主离合器2保持分离。

对于可外接充电混合动力车辆，由于存在纯电动行驶模式(即EV模式)和混合动力行驶模式(即HEV模式)，因此带来了两种行驶模式之间的切换。此外，还存在停车发电模式。为此，在换挡毂8上设置有混合动力模式零位、倒车起动/发电模式位和纯电动模式零位。在纯电动行驶模式时，换挡毂8可以工作在纯电动模式零位，当需要起动发动机1时，换挡毂8反转一定角度达到倒车起动/发电模式位，主离合器2接合后，第一电动机3带着发动机1起动。停车时，换挡毂8可以工作在倒车起动/发电模式位，此时发动机1带着第一电动机3发电。

当换挡毂8从所述纯电动模式零位正转一定角度时，第一变速机构5保持在1挡，第二变速机构6保持在L挡，主离合器2接合；当换挡毂8继续正转一定角度时，主离合器2分离后，第一变速机构5挂2挡，第二变速机构6保持在L挡；当换挡毂8继续正转一定角度时，主离合器2接合后，第二变速机构6挂H挡，第一变速机构5保持在2挡。

随着车速的提高，第一变速机构5和第二变速机构6要进行换挡。可以是第一变速机构5先换挡，也可以是第二变速机构6先换挡，只要两变速机构避免同时换挡，就可以利用暂时不进行换挡的动力机提供动力继续驱动车辆，避免动力中断，从而提高了换挡性能。第一滑道81和第二滑道82在设计上保证了两变速机构先后进行换挡，但并不以此为限制。

当换挡毂8从混合动力模式零位反转一定角度时，第一变速机构5保持在N挡且第二变速机构6挂L挡，换挡毂8反转一定角度时，第一变速机构5挂1挡且第二变速机构6保持在L挡，主离合器2始终保持分离。

由于没有设置单独的倒挡，因此依靠第一电动机3和第二电动机4的反转来驱动车辆倒车。在油门开度较小时，只第二电动机4驱动车辆倒车，若油门开度较大，则第一电动机3也参与驱动车辆倒车。也可以在第一变速机构5中设置单独的倒挡，只要对换挡毂8的滑道进行相应的修改即可满足需求，但并不以此为限制。

请参阅图4，,在换挡毂8上还设置有倒车起动/发电模式位，当换挡毂8从混合动力模式零位反转一定角度时，第二变速机构6挂L挡；当换挡毂8继续反转一定角度到达倒车起动/发电模式位时，主离合器2接合，第一变速机构5保持在N挡，第二变速机构6保持在L挡；当换挡毂8继续反转一定角度时，主离合器2分离，第一变速机构5保持在N挡，第二变速机构保持在L挡；当换挡毂8继续反转一定角度时，第一变速机构5挂1挡，第二变速机构6保持在L挡，主离合器2保持分离。

纯电动行驶模式下倒车时，如果蓄电装置电量不足则需要起动发动机1，为此可以在换挡毂8上增加一个倒车起动/发电模式位。当换挡毂8工作在这一位置时，可以由第一电动机3带着发动机1起动，或者发动机1带着第一电动机3发电，只第二电动机4驱动车辆倒车。通常，较陡坡的长度都比较小，需要较大动力输出时第一电动机3和第二电动机4一起驱动车辆倒车爬坡。当倒车爬较长的小坡时，则第一电动机3可以由发动机1带着发电，给第二电动机4供电，或者给蓄电装置充电。根据具体需求对换挡毂8的滑道进行其他修改也是可以的，并不以此为限制。

应该指出，图3和图4给出的滑道中心轨迹仅用于滑道功能性示意，其可以进行适当修改以满足具体的实际应用需求。例如，滑道的形状可以根据具体的第一换挡拨叉51、第二换挡拨叉61和离合拨叉21的轴向位移进行自由设定，并不以此为限制。

此外，如果将一个换挡毂8分解成两个或多个子换挡毂，子换挡毂上相应设置部分滑道，但在子换挡毂间设置了传动机构进行连接，只要一个液压致动器或机电致动器即可驱动所有子换挡毂，则这种情况本质上仍然是一个换挡毂8，也包含在本发明的范围内。

采用本发明的混合动力装置及其使用方法，由于其具有两个电动机和换挡毂，在纯电动行驶模式下，在主离合器分离后两个电动机可以一起驱动车辆，因此减少了第二电动机的功率和成本；在混合动力行驶模式下，两个变速机构可以先后进行换挡，避免了动力中断，从而提高了换挡性能，具有很高的性价比，有很大的应用价值。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。