本发明属于汽车技术领域，涉及一种车辆的单电机混合动力驱动系统及控制方法。
背景技术
随着当今经济的快速发展，环境污染与节能环保问题越来越受到人们的广关注，政府也加大对新能源这一领域的引领与研究，传统汽车面临着传动效率低，排放尾气污染环境等问题，己越来越不能满足要求，但纯电动汽车的发展现阶段也受到了限制，主要是电池新技术的研发瓶颈，难以满足汽车长距离的行驶里程的要求，所以混合动力是现阶段最好的二种选择。根据混合动力系统中动力源不同，混合动力驱动装置主要分为两类：双电机方案混合动力驱动装置和单电机方案混合动力驱动装置。
其中，双电机方案的混合动力驱动装置如中国专利【申请号201510053133.x】公开了一种输出功率分流式混合动力装载机动力传动系统，它采用双行星轮系作为动力耦合元件，实现了装载机的输出功率分流式传动。发动机输入轴与第一锁止器的旋转部分连接，并通过第一齿轮与前排行星轮系齿圈同轴固连的第二齿轮啮合，二号电机转子一端与太阳轮连接，另一端与第二锁止器旋转部分连接，后排齿圈与一号电机转子连接，行星轮系的行星架与输出轴连接。根据整机运行状况和动力电池荷电状态，通过对第一锁止器和第二锁止器的接合控制，可以控制装载机在发动机启动模式、纯电驱动模式、发动机单独驱动模式、功率分流模式和再生制动模式等5种工作模式之间灵活切换，提高了装载机传动系统效率，有效提高装载机的燃油经济性。
单电机方案的混合动力驱动装置如中国专利【申请号201720784065.9】公开了一种单电机混合动力传动装置，包括：减速机构、差速器、壳体、设置于壳体内的电机、中心轴、依次设置于中心轴上的第二制动器、复合行星排机构、第一制动器、第二离合器、第三离合器和第一离合器、与复合行星排机构相连的第一连轴、第二连轴和第三连轴，其中：电机的定子与壳体固定连接，转子通过第一连轴与复合行星排机构相连；复合行星排机构、第二连轴、减速机构和差速器依次相连；第一离合器位于中心轴与第一连轴之间，第二离合器位于中心轴与复合行星排机构之间，第三离合器位于复合行星排机构与第一连轴之间；第一制动器和第二制动器与壳体固定连接并分别与第一连轴和第三连轴相连；该系统是一种等速的功率叠加系统，以发动机作为主要动力，电机作为辅助动力。
现有技术中，双电机方案的混合动力驱动装置中发动机工作效率高，整车的动力性能和节能效果相对较好，但结构复杂、成本高，且工作模式少。单电机方案虽然无需对传统车进行大的改动，但由于不具备功率分流功能，其整车的动力性能和节能效果较双电机方案尚有差距。因此，市场急需一种结构简单、成本低、动力性能和节能效果较好、工作模式多的单电机方案的混合动力驱动装置。
技术实现要素：
本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了车辆的单电机混合动力驱动系统及控制方法，本发明解决的技术问题是如何使混合动力驱动系统结构简单、成本低的同时动力性能和节能效果好。
一方面，本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种车辆的单电机混合动力驱动系统，包括发动机、用于锁止发动机的锁止机构、电机、离合器和变速箱，其特征在于，所述驱动系统还包括同轴设置的太阳轮、行星齿轮和行星齿圈，所述行星齿轮位于太阳轮和行星齿圈之间并分别与两者啮合，所述电机的转子与太阳轮的轮轴同轴且固连，所述行星齿轮的轮轴上固定有行星架，所述行星架通过离合器与太阳轮的轮轴相连或分开；所述发动机的输出轴与行星齿圈固连，所述行星架与变速箱的输入轴固连。
本单电机混合动力驱动系统通过设计一套行星齿轮机构把发动机、电机、变速箱很好地连接起来，可以保证结构简单、成本较低的同时最大限度的进行能量回收，节约能源，降低油耗；具体来说，车辆在起步和正常行驶的工作过程中，锁定机构松开，发动机处于工作状态，离合器分离，变速箱处于在档状态，这时发动机驱动齿圈，电机驱动太阳轮，行星架作为变速箱的动力输入，此时通过电机发电和驱动来调整车速，可以让发动机始终处在高效工作区，使整车的动力最强，所用的能耗最低；也就是说，当变速箱需要低速、低扭时，电机可以进行发电来进行平衡变速箱输入轴的扭矩和转速，从而最大限度回收能量，节约能源；当变速箱需要高速、高扭时，电机可以进行驱动和发动机一起对整车进行驱动，使动力性能最佳；因此，在上述工作过程中，通过进行动力分流可以达到很好的节能效果，并且纯单电机实现传动系统的动力分流，相较于双电机的动力分流系统结构更加简单，成本更低；同时，由于可以动力分流，后面连接的变速箱档位可以不必太多，尺寸可以尽可能的减小，有利于整车的布置；另外，当离合器处于结合状态时，车辆行驶中，发动机和电机可以同时驱动车辆，使车辆动力充足；车辆制动时电机反拖可以进行发电，从而进行能量的回收利用，进而节约了能源。
另一方面，本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，整车ecu能够控制所述驱动系统实现如下工作模式：纯电工作模式、起动工作模式、怠速发电工作模式、发动机起步工作模式、功率分流工作模式、能量回收工作模式、倒档工作模式以及混和动力工作模式；
当发动机不工作，电机单独工作时，整车ecu控制所述驱动系统处于纯电工作模式状态下；
当车辆静止，发动机需要起动时，整车ecu控制所述驱动系统处于起动工作模式；
当车辆静止，发动机处于怠速状态，变速箱处在空挡位置，整车制动时；或者，当车辆行驶到红灯路口，变速箱在档位上，整车制动时；整车ecu控制所述驱动系统处于怠速发电工作模式；
当车辆遇到堵车，行驶缓慢，电池soc值低，无法用电机起步时；整车ecu控制所述驱动系统处于发动机起步工作模式；
当车辆在起步和正常行驶的工作过程中，发动机工作，变速箱处于在档状态，离合器处于分离状态，整车ecu控制所述驱动系统处于功率分流工作模式；
当车辆需要减速，刹车制动时，整车ecu控制所述驱动系统处于能量回收工作模式；
当车辆换档手柄处在倒档位置时，整车ecu控制所述驱动系统处于倒档工作模式；
当离合器处于结合状态，发动机和电机连接到了一起，整车ecu控制所述驱动系统处于混和动力工作模式。
本驱动系统具有多种工作模式，整车ecu能够针对不同的车辆工况，使驱动系统能够处在对应的工作模式下，从而使得驱动系统能够根据车况的不同始终处在动力性能好，节能效率高的状态。
在上述的车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，在所述纯电工作模式下，离合器处于分离状态，所述发动机被锁止机构锁止，电机驱动太阳轮旋转，行星齿圈静止，行星架把动力输出到变速箱的输入轴。此时行星齿轮机构起到减速增扭的作用，可以利用电机的转速来调节车速，电机的转速越高车速越快，当电机的转速和车速高到一定程度时，后面的变速箱开始换挡，使车速更高，电机工作在高效工作区内，从而保证驱动系统的动力性能；同时，刹车制动时可以控制电机进行反拖发电进行能量回收，从而有利于能源的节约，提高驱动系统的节能效果。
在上述的车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，在所述起动工作模式下，起动发动机有三种方法，第一种方法：松开锁止机构，踩住刹车，变速箱在档位上，离合器分离，电机反拖发动机进行起动；第二种方法：松开锁止机构，变速箱不在档位上，离合器结合，电机带动发动机进行起动；第三种方法：松开锁止机构，变速箱不在档位上，电机先旋转起来，通过离合器的滑摩起动发动机。通过上述几种利用电机来带动发动机起动，这样有利于节约发动机自起动需要的能源，从而提高本驱动系统的节能效果。
在上述的车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，在所述怠速发电工作模式下，此时离合器处于结合状态，发动机可以带着电机进行发电。此种工况主要是应对电池soc值低或需要电量储存时，可以有效的避免充电盲区，充分利用发动机的能量，有利于提高本系统的节能效果。
在上述的车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，在所述发动机起步工作模式下，离合器处于分离状态，发动机输出轴带动行星齿圈将动力输出到变速箱输入轴。通过以上模式，并不需要起步离合器，减小了变速箱的发热量，提高了变速器和发动机的工作效率，使起步平顺。
在上述的车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，在所述功率分流工作模式下，当变速箱需要低速、低扭时，电机可以进行发电来进行平衡变速箱输入轴的扭矩和转速；变速箱需要高速、高扭时，电机可以进行驱动和发动机一起对整车进行驱动。上述功率分流模式可以达到很好的节能效果，并且单电机功率分流又有很好的成本优势，弱化了离合器的作用，降低了开发难度。
在上述的车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，在所述能量回收工作模式下，此时abs先不起作用，通过电机反拖发电来进行车辆制动降速。上述电机反拖发电的意思是，电机此时不工作，变速箱输入轴带动行星架，行星架带动太阳轮，太阳轮带动电机转子转动，也就是说，此时，转子在变速箱输入轴的带动下转动发电，利用转子的阻力来达到制动降速的目的，即电机反拖发电。
在上述的车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，在所述倒档工作模式下，离合器处于分离状态，发动机不工作，锁止机构把发动机进行锁止，电机反转驱动变速箱输入轴转动。通过以上设计，可以使变速箱进行简化，取消倒挡机构，节约了成本，实现容易。
在上述的车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，在所述混合动力工作模式下，变速箱不在档位时，发动机驱动电机可以直接进行发电；车辆行驶中，发动机和电机可以同时驱动车辆；车辆制动时，电机反拖制动可以进行发电。通过以上模式，能够使本驱动系统动力性能和节能效果均处于较好的水平。
再一方面，本发明的目的还可通过下列技术方案来实现：一种车辆的单电机混合动力驱动系统，包括发动机、用于锁止发动机的锁止机构、电机、离合器和变速箱，其特征在于，所述驱动系统还包括同轴设置的太阳轮、行星齿轮和行星齿圈，所述行星齿轮位于太阳轮和行星齿圈之间并分别与两者啮合，所述电机的转子与太阳轮的轮轴同轴且固连，所述行星齿轮的轮轴上固定有行星架，所述行星架通过离合器与太阳轮的轮轴相连或分开；所述发动机的输出轴与行星架固连，所述行星齿圈与变速箱的输入轴固连。此方案为发动机与行星架相连，电机与太阳轮相连，行星齿圈与变速箱输入轴相连，零部件的数量与第一种方案基本相同，只是连接方式不同，工作模式也与第一种方案相同，和第一种方案相比功率分流的扭矩和转速会有不同，但同样可以达到使混合动力驱动系统结构简单、成本低的同时动力性能和节能效果好的目的。
与现有技术相比，本车辆的单电机混合动力驱动系统及控制方法具有以下优点：本单电机混合动力驱动系统通过设计一套行星齿轮机构把发动机、电机、变速箱很好地连接起来，可以保证结构简单、成本较低的同时最大限度的进行能量回收，节约能源，降低油耗，并且具备多种工作模式，能够根据不同的车况选择最佳的工作模式，使得车辆具备较好的动力性能和节能效果。
附图说明
图1是本实施例一的结构示意简图。
图2是本实施例二的结构示意简图。
图3是本实施例三的结构示意简图。
图中，1、发动机；1a、输出轴；2、锁止机构；3、电机；31、转子；32、定子；33、壳体；4、离合器；5、变速箱；51、输入轴；6、太阳轮；7、行星齿轮；8、行星齿圈；9、行星架；10、双质量飞轮。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一：
具体来说，如1图所示，本车辆的单电机混合动力驱动系统包括发动机1、用于锁止发动机1的锁止机构2、电机3、离合器4和变速箱5，驱动系统还包括同轴设置的太阳轮6、行星齿轮7和行星齿圈8，行星齿轮7位于太阳轮6和行星齿圈8之间并分别与两者啮合，电机3的转子31与太阳轮6的轮轴同轴且固连，行星齿轮7的轮轴上固定有行星架9，行星架9通过离合器4与太阳轮6的轮轴相连或分开；发动机1的输出轴1a与行星齿圈8固连，行星架9与变速箱5的输入轴51固连。
更具体地，发动机1的输出轴1a上连接有双质量飞轮10或者扭转减震器，锁止机构2用于锁止双质量飞轮10或者扭转减震器。电机3包括转子31、壳体33、固定在壳体33上的定子32。锁止机构2固定在发动机1或者壳体33上。其中的锁止机构2属于现有技术，如中国专利【申请号201220414010.6】公开的一种用于汽车混合动力装置的发动机1锁止机构2，或者如中国【申请号201520847474.x】公开的一种发动机1飞轮锁止器。
另外，在本车辆的单电机混合动力驱动系统的控制方法中，整车ecu能够控制驱动系统实现如下工作模式：纯电工作模式、起动工作模式、怠速发电工作模式、发动机起步工作模式、功率分流工作模式、能量回收工作模式、倒档工作模式以及混和动力工作模式；
当发动机1不工作，电机3单独工作时，整车ecu控制驱动系统处于纯电工作模式状态下；在纯电工作模式下，离合器4处于分离状态，发动机1被锁止机构2锁止，电机3驱动太阳轮6旋转，行星齿圈8静止，行星架9把动力输出到变速箱5的输入轴51。
当车辆静止，发动机1需要起动时，整车ecu控制驱动系统处于起动工作模式；在起动工作模式下，起动发动机1有三种方法，第一种方法：松开锁止机构2，踩住刹车，变速箱5在档位上，离合器4分离，电机3反拖发动机1进行起动；第二种方法：松开锁止机构2，变速箱5不在档位上，离合器4结合，电机3带动发动机1进行起动；第三种方法：松开锁止机构2，变速箱5不在档位上，电机3先旋转起来，通过离合器4的滑摩起动发动机1。
当车辆静止，发动机1处于怠速状态，变速箱5处在空挡位置，整车制动时；或者，当车辆行驶到红灯路口，变速箱5在档位上，整车制动时；整车ecu控制驱动系统处于怠速发电工作模式；在怠速发电工作模式下，此时离合器4处于结合状态，发动机1可以带着电机3进行发电。
当车辆遇到堵车，行驶缓慢，电池soc值低，无法用电机3起步时；整车ecu控制驱动系统处于发动机起步工作模式；在发动机起步工作模式下，离合器4处于分离状态，发动机1输出轴1a带动行星齿圈8将动力输出到变速箱5输入轴51。
当车辆在起步和正常行驶的工作过程中，发动机1工作，变速箱5处于在档状态，离合器4处于分离状态，整车ecu控制驱动系统处于功率分流工作模式；在功率分流工作模式下，当变速箱5需要低速、低扭时，电机3可以进行发电来进行平衡变速箱5输入轴51的扭矩和转速；变速箱5需要高速、高扭时，电机3可以进行驱动和发动机1一起对整车进行驱动。
当车辆需要减速，刹车制动时，整车ecu控制驱动系统处于能量回收工作模式；在能量回收工作模式下，此时abs先不起作用，通过电机3反拖发电来进行车辆制动降速。
当车辆换档手柄处在倒档位置时，整车ecu控制驱动系统处于倒档工作模式；在倒档工作模式下，离合器4处于分离状态，发动机1不工作，锁止机构2把发动机1进行锁止，电机3反转驱动变速箱5输入轴51转动。
当离合器4处于结合状态，发动机1和电机3连接到了一起，整车ecu控制驱动系统处于混和动力工作模式。在混合动力工作模式下，变速箱5不在档位时，发动机1驱动电机3可以直接进行发电；车辆行驶中，发动机1和电机3可以同时驱动车辆；车辆制动时，电机3反拖制动可以进行发电。
实施例二：
本实施例中的技术方案与实施例一中的技术方案基本相同，不同之处在于，如图2所示，本实施例中，发动机1的输出轴1a与行星架9固连，行星齿圈8与变速箱5的输入轴51固连。
实施例三：
本实施例中的技术方案与实施例二中的技术方案基本相同，不同之处在于，如图3所示，本实施例中，行星齿圈8和太阳轮6之间设有两组相互啮合且运动轨迹同心的行星齿轮7，其中一组行星齿轮7与太阳轮6啮合，另一组行星齿轮7与行星齿圈8啮合。此方案增加了一组行星齿轮7，用于换向的作用。工作模式与第一种方案相同，和第一种方案相比功率分流的扭矩和转速会有不同，同样可以起到节能的效果。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了发动机1、输出轴1a、锁止机构2、电机3、转子31、定子32、壳体33、离合器4、变速箱5、输入轴51、太阳轮6、行星齿轮7、行星齿圈8、行星架9、双质量飞轮10等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。