汽车混合动力耦合机构及混合动力控制方法、装置与流程

本发明涉及汽车技术领域，特别是涉及一种汽车混合动力耦合机构及混合动力控制方法、装置。

背景技术：

现有的动力系统包括发动机(内燃机)和一个由变速器、差速器和传动轴组成的传动系统。它的作用是向车辆提供驱动轮所需的驱动动力。内燃机有一定的速度和扭矩范围，并在其中很小的范围内达到最佳的工作状态，这时或是油耗最小，或是有害排放最低，或是俩者皆然。然而，实际路况千变万化，不但表现在驱动轮的速度上，同时还表现在驱动轮所要求的扭矩。因此，实现内燃机的转速和扭矩最优，即动力最优状态，与驱动轮动力状态之匹配好，是变速器的首要任务。

目前市场上的变速器主要有有级变速器和无级变速器两大类。有级变速器又细分为手动和自动两种。它们大多通过齿轮系或行星轮系不同的啮合排列来提供有限个离散的输出输入速比。两相邻速比之间驱动轮速度的调节则依靠内燃机的速度变化来实现。无级变速器，无论是机械式，液压式，或机一电式的，都能在一定速度范围内提供无限个连续可选用的速比，理论上说，驱动轮的速度变化完全可通过变速器来完成。这样，内燃机可以尽可能的工作在最佳速度范围内。同时无级变速器和有级变速器相比，具有调速平稳，能充分利用内燃机最大功率等诸多优点，因此，无级变速器多年来一直是各国工程师们研究的对象。

近年来，电机混合动力技术的诞生为实现内燃机与动力轮之间动力的完全匹配开拓了新的途径。在众多的动力总成设计案中，最具代表性的有串联混合系统和并联混合系统两种。电机串联混合系统中，内燃机一发电机一电动机一轴系一驱动轮组成一条串联的动力链，动力总成结构极为简单。其中，发电机一电动机组合可视为传统意义下的变速器。当与储能器，如电池，电容等联合使用时，该变速器又可作为能量调节装置，完成对速度和扭矩的独立调节。

电机并联系统有两条并行的独立的动力链。一条由传统的机械变速器组成，另一条由电机一电池系统组成。机械变速器负责完成对速度的调节，而电机一电池系统则完成对功率或扭矩的调节。为充分发挥整个系统的潜能，机械变速器还需采用无级变速方式。

串联混合系统的优点在于结构简单，布局灵活。但全部动力通过发电机和电动机，因此电机的功率要求高，体积大，重量重。同时，由于能量传输过程经过两次机一电，电一机的转换，整个系统的效率较低。在并联混合系统中，只有部分动力通过电机系统，因此，对电机的功率要求相对较低，整体系统的效率高。然而，此系统需两套独立的子系统，造价高；上述混合动力系统通过合理的控制相关动力源，虽然可实现纯电动、混合驱动等工作模式，但该系统轴系较多，结构复杂，对电机及传动结构的空间布置要求高，开发及设计成本高。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种结构简单紧凑的汽车混合动力耦合机构，还提供该汽车混合动力耦合机构的控制方法和控制装置以实现多种工作模式，以满足不同的工况需求。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种汽车混合动力耦合机构，包括发动机、发电机、驱动电机和差速器，所述发动机通过传动比可调的第一传动机构与所述发电机连接，所述驱动电机通过传动装置与所述差速器连接。

作为优选方案，所述第一传动机构包括第一行星排，所述第一行星排包括三个旋转元件，所述三个旋转元件分别为第一太阳轮、第一行星架和第一齿圈；

所述三个旋转元件中的其中一个固定不动，其余的两个旋转元件分别与所述发动机、所述发电机一一对应连接。

作为优选方案，所述传动装置包括传动比可调的第二传动机构，所述驱动电机通过所述第二传动机构与所述差速器连接以实现速比可调。

作为优选方案，所述第二传动机构包括第二行星排，所述第二行星排包括三个旋转元件，所述三个旋转元件分别为第二太阳轮、第二行星架和第二齿圈；

所述三个旋转元件中的其中一个固定不动，其余的两个旋转元件分别与所述驱动电机、所述差速器一一对应连接。

作为优选方案，所述第二传动机构还包括中间轴齿轮，所述第二行星排通过所述中间轴齿轮与所述差速器连接；

所述中间轴齿轮包括中间轴和固设于所述中间轴上的第一齿轮，所述中间轴的一端与所述旋转元件的旋转轴固定连接，且所述中间轴与所述第二行星排同轴设置，所述第一齿轮与所述差速器上的第二齿轮外啮合传动连接。

作为优选方案，所述汽车混合动力耦合机构还包括扭转减震器，所述扭转减震器的一端与所述发动机连接，所述扭转减震器的另一端与所述第一传动机构连接。

此外，本发明实施例还提供一种基于上述的汽车混合动力耦合机构的控制方法，包括以下步骤：判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述汽车的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述发动机和发电机均不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述汽车进入纯电动模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述发动机工作，所述发动机通过所述第一传动机构带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述汽车进入增程模式。

作为优选方案，所述控制方法还包括：

在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。

此外，本发明实施例还提供一种上述的汽车混合动力耦合机构的混合动力控制装置，该混合动力控制装置包括第一控制单元，其用于判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述汽车的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述发动机和发电机均不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述汽车进入纯电动模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述发动机工作，所述发动机通过所述第一传动机构带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述汽车进入增程模式。

作为优选方案，该混合动力控制装置还包括第二控制单元，其用于在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。

综上，本发明实施例所提供的一种汽车混合动力耦合机构及混合动力控制方法、控制装置，具有以下优点：

1、本耦合机构的发动机和发电机通过传动比可调的第一传动机构连接，速比可调，速比范围较大，可以减小发电机的体积；

2、本耦合机构的驱动电机通过传动装置连接输出，可以增加驱动电机的速比，有利于电机的高速化，从而可以减小电机体积，有利于节省空间和轻量化；

3、本实施例的发动机和发电机通过传动比可调的第一传动机构连接，驱动电机通过传动装置连接输出至差速器，使得发动机、发电机与驱动电机之间的动力传输没有连接关系，在模式切换过程中，驱动电机参与驱动，动力不存在动力中断；

4、本耦合机构只有两个轴系，结构紧凑；

5、本耦合机构无制动器、离合器、同步器等执行机构，结构简单，控制容易，成本低。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种汽车混合动力耦合机构的示意图；

图2是本发明实施例提供的一种汽车混动动力耦合机构在纯电动模式下的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种汽车混合动力耦合机构在增程模式下的示意图；

图4是本发明实施例提供的一种汽车混合动力耦合机构的控制方法的步骤流程图；

其中，1、发动机；2、发电机；3、驱动电机；101、第一行星排；102、第二行星排；5、第一齿圈；6、第一行星架；7、第一太阳轮；8、第二太阳轮；9、第二齿圈；10、第二行星架；21、中间轴；11、第一齿轮；121、第二齿轮；12、差速器；13、轮胎；14、扭转减震器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，本发明优选实施例提供的一种汽车混合动力耦合机构，包括发动机1、发电机2、驱动电机3和差速器12，所述发动机1通过传动比可调的第一传动机构与所述发电机2连接，所述驱动电机输出轴81通过传动装置与所述差速器12连接，从而将动力传递至汽车轮胎13。发动机输出轴4和发电机输出轴71通过传动比可调的第一传动机构连接，从而实现发动机的输出轴与发电机的输出轴的速比可调，从而可以相应减小发电机的体积，而且发动机并没有与驱动电机实现传动耦合，而是实现单独并列的结构设置方式，从而大大减少了本汽车混合动力耦合机构所需的零部件，使得结构简单，成本低，易设计易实现，此外，还可以通过发动机的启动与否实现纯电动工作模式与增程工作模式的切换，即当发动机不启动时，该机构单独由驱动电机驱动实现纯电动模式，启动发动机后，通过对发电机充电，从而可以实现增程模式，在该模式的切换过程中，驱动电机参与驱动，动力不存在动力中断，从而有效实现了两种工作模式，满足了汽车的大部分行驶工况，并且该耦合机构结构简单，控制容易，成本低，而且使得整车质量降低，有促进于新能源汽车的轻量化设计，易于得到广泛的应用。

优选地，所述第一传动机构包括第一行星排101，所述第一行星排101包括三个旋转元件，所述三个旋转元件分别为第一太阳轮7、第一行星架6和第一齿圈5；所述三个旋转元件中的其中一个固定不动，其余的两个旋转元件分别与所述发动机1、所述发电机2一一对应连接，在本实施例中，发动机1与第一齿圈5对应连接，发电机2与第一太阳轮7对应连接，而第一行星架6固定不动，由于第一行星排的任意两个旋转元件之间能够实现传动比可调，即速比可调，而且其速比调节范围较大，从而可以相应地减少发电机的体积，优化该汽车混合动力耦合机构的结构布置，降低汽车的质量，实现空间节省和轻量化。

优选地，所述传动装置包括传动比可调的第二传动机构，所述驱动电机3通过所述第二传动机构与所述差速器12连接以实现速比可调，具体地，所述第二传动机构包括第二行星排102，所述第二行星排102包括三个旋转元件，该三个旋转元件分别为第二太阳轮8、第二行星架10和第二齿圈9；该三个旋转元件中的其中一个固定不动，其余的两个旋转元件分别与所述驱动电机3、所述差速器12一一对应连接，在本实施例中，驱动电机3与所述第二太阳轮8对应连接，差速器12与所述第二行星架10对应连接，而第二齿圈9固定不动，由此可以增加驱动电机的速比，有利于电机的高速化，从而可以减小驱动电机的体积，有利于节省空间和轻量化，此外，所述第二传动机构还包括中间轴齿轮，所述第二行星排102通过所述中间轴齿轮与所述差速器12连接；所述中间轴齿轮包括中间轴21和固设于所述中间轴21上的第一齿轮11，所述中间轴21的一端与第二行星架10的旋转轴固定连接，且所述中间轴21与所述第二行星排102同轴设置，所述第一齿轮11与所述差速器12上的第二齿轮121外啮合传动连接，由此实现传动连接，由此看出，在本汽车混合动力耦合机构中只有两个轴系，便于实现紧凑的结构布置，而且在本机构中没有制动器、离合器和同步器等执行机构，结构简单，控制容易，成本低，质量轻，具有广泛的应用前景。

优选地，所述汽车混合动力耦合机构还包括扭转减震器14，所述扭转减震器14的一端与所述发动机1连接，所述扭转减震器14的另一端与所述第一行星排101的第一齿圈5连接，由此能够缓和非稳定工况下扭转冲击载荷，改善传动的平顺性。

此外，如图2至图4所示，本发明实施例还提供一种上述的汽车混合动力耦合机构的控制方法，包括以下步骤：判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述汽车的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述发动机和发电机均不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述汽车进入纯电动模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述发动机工作，所述发动机通过所述第一传动机构带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述汽车进入增程模式。

上述模式以下面的表格体现如下：

优选地，所述控制方法还包括：在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。

此外，本发明实施例还提供一种上述的汽车混合动力耦合机构的混合动力控制装置(图未示)，该混合动力控制装置包括第一控制单元，其用于判断电池的剩余电量值以及车速，并根据判断的结果，切换所述汽车的工作模式：

当电池的剩余电量值高于第一阈值时，控制所述发动机和发电机均不工作，所述驱动电机经所述传动装置将动力传递给所述差速器，所述汽车进入纯电动模式；

当电池的剩余电量值低于第一阈值且车速低于第二阈值时，控制所述发动机工作，所述发动机通过所述第一传动机构带动所述发电机发电，所述驱动电机的动力经所述传动装置传递给所述差速器，所述汽车进入增程模式。

优选地，该混合动力控制装置还包括第二控制单元，其用于在刹车制动时，控制所述驱动电机产生制动力矩并且在所述驱动电机的线圈绕组中产生感应电流以向电池充电。

由此可以根据整车的工况，车速要求较高时，耦合机构可以切换到增程模式，在车速要求不高时，耦合机构可以切换成纯电动模式，在模式切换过程中，驱动电机参与驱动，动力不存在动力中断。

综上，本发明实施例提供的一种汽车混合动力耦合机构及混合动力控制方法、装置，该耦合机构通过传动比可调的第一传动机构使得发动机与发电机实现速比可调方式的连接，以相应减小发电机的体积，减轻车身质量，可以同时满足了动力性和经济性的要求，而且发动机并没有与驱动电机实现传动耦合，而是实现单独并列的结构设置方式，从而大大减少了本汽车混合动力耦合机构所需的零部件，使得结构简单，成本低，易设计易实现；该混合动力控制方法和装置通过判断电池的剩余电量值和车速的大小来控制不同动力模式的切换，由此满足了不同工况条件下的行驶要求，能够同时获得优良的动力性能和经济性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。