一种用于混合动力车辆的驱动装置及混合动力驱动方法与流程

本发明涉及混合动力驱动技术领域，尤其涉及一种用于混合动力车辆的驱动装置及混合动力驱动方法。

背景技术：

混合动力驱动装置就是将电机与发动机结合，根据动力需求，通过控制进行智能化组合，选择最佳动力流输出路线输出动力，驱动车辆。动力不再只靠内燃机提供，一部分动力由电池-电动机系统承担，这样就可将传统内燃机做小，有利于传统内燃机成本的降低。而且这种混合动力装置可使发动机少工作，即使工作也大多数是在燃油经济性较好的区间。这样就提高了其燃油经济性，减少了排放。

目前汽车混合动力装置有多种不同方案，每种方案各有其优缺点。例如，第一种方案采用两组齿轮传动装置，并通过一个离合器接合的同时另一个离合器断开，实现传动速比的切换，改善了车辆的加速性能和爬坡能力，降低了电机的成本。但是该换挡装置结构复杂，而且需要空心轴套轴的方式来实现两组齿轮传动，成本高。由于内燃机和发电机完全机械耦合，内燃机不能作为一个独立的驱动车辆的动力源，而且当主离合器接合后，发电机和驱动电机就需要保持同样的转速，因此，混合动力模式时发动机会升高到非常高的转速。发动机转速偏离经济区，燃油经济性变差。

第二种方案与第一种方案类似，都是内燃机与发电机完全机械耦合后连个离合器，不同之处在于混合动力驱动时，内燃机的转速不再需要跟电机的转速一样，可以工作在最佳经济区间。但该专利公布的技术方案，内燃机和发电机依然完全机械耦合，内燃机不能作为一个独立的驱动车辆的动力源，且内燃机到车轮和电动机到车轮均采用了单一传动速比，虽然结构简单，但存在电机成本高、汽车加速能力差和爬坡能力低等的缺点。

第三种方案，该方案对第二种方案的缺点进行了改进。在内燃机和发电机之间设置动力断开机构，实现了发电机和内燃机之间的完全解耦，在内燃机停止工作的状态下，可使发电机和电动机两路动力能同时驱动车辆。并且采用了同步器传动速比切换装置实现换挡，但在换挡过程中会出现动力中断的顿挫感，影响驾驶的舒适型，虽然用发电机输出动力对同步器换挡过程的动力中断进行补偿。但是在电量低到不足提供两个电机运转时仍会出现这种现象。

技术实现要素：

本发明的一个目的是要解决现有技术中的混合动力装置在切换档位时的动力中断的问题。

本发明的一个进一步的目的是要解决现有技术中如何减小整个驱动装置的径向尺寸，减小成本。

本发明的另一个目的是要使得在电量充足且在高速公路上行驶时减小发动机直驱的能量损耗。

特别地，本发明提供了一种用于混合动力车辆的驱动装置，包括发动机、发电机和驱动电机，所述驱动装置还包括：

主输入轴，用于接收所述发动机的转矩，所述主输入轴上设置有输入轴齿轮；

第一离合器以及第二离合器，分别设置在所述输入轴齿轮的两侧，所述发动机与所述发电机通过所述第一离合器和所述第二离合器同轴连接；

第一输出轴，设置成与所述主输入轴平行且与所述主输入轴间隔开布置，所述第一输出轴上设置有第一齿轮；

第二输出轴，设置成与所述主输入轴平行且与所述第一输出轴间隔开布置，所述第二输出轴上设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合；

驱动电机轴，用于接收所述驱动电机的转矩，并设置成与所述主输入轴平行且与所述第二输出轴间隔开布置，所述驱动电机轴上设置有第三齿轮和第四齿轮，所述第三齿轮与所述第二齿轮啮合；

第三离合器，设置在所述驱动电机轴上；

接合套，设置在所述驱动电机轴上，初始位置设置在所述第四齿轮之上，用于同时接合所述第三齿轮和所述第四齿轮。

可选地，所述第一输出轴上还设置有第五齿轮，所述第五齿轮与所述第一齿轮同轴；

所述驱动装置还包括差速器，所述输入轴齿轮通过所述第一齿轮和所述第五齿轮与所述差速器相连。

可选地，所述第二输出轴上还设置有第六齿轮；

所述驱动电机轴上还设置有第七齿轮，所述第七齿轮与所述第六齿轮啮合；

可选地，所述驱动电机轴上还设置有第八齿轮，所述第八齿轮通过所述第二齿轮与所述第一齿轮相连。

特别地，本发明还提供了一种混合动力驱动方法，应用于上述的驱动装置，其特征在于，包括：

获取混合动力车辆的动力需求；

根据所述动力需求从所述混合动力车辆的多个工作模式中确定出目标工作模式；

在所述目标工作模式下将发动机、发电机和驱动电机三个动力源进行组合，以最佳动力流输出路线输出动力，从而驱动车辆。

可选地，所述工作模式包括：纯电驱动模式，所述纯电驱动模式包括：对应于所述混合动力车辆的电池电量充足且车辆的需求功率低于所述驱动电机所能提供的功率的情况的第一运行模式，其中，

在所述第一运行模式下，断开第一离合器和第二离合器，并选择一挡模式或二挡模式，选择性地接合第三离合器或者选择性地使接合套同时接合第三齿轮和第四齿轮，使所述驱动电机单独驱动所述混合动力车辆；

可选地，所述纯电驱动模式还包括对应于所述混合动力车辆的电池电量充足且车辆的需求功率低于所述驱动电机所能提供的功率的情况的第二运行模式，其中，

在所述第二运行模式下，断开第一离合器，接合第二离合器，并选择一挡模式或二挡模式，选择性地接合第三离合器或者选择性地使接合套同时接合第三齿轮和第四齿轮，使所述发电机与所述驱动电机共同驱动所述混合动力车辆。

可选地，所述工作模式包括：混合动力驱动模式，所述混合动力驱动模式包括：第三运行模式，其中，

在所述第三运行模式下，接合所述第一离合器，断开所述第二离合器，接合所述第三离合器或者使所述接合套同时接合所述第三齿轮和所述第四齿轮，使所述发动机与所述驱动电机共同驱动所述混合动力车辆；

可选地，所述混合动力驱动模式还包括：第四运行模式，其中，

在所述第四运行模式下，接合所述第一离合器，接合所述第二离合器，并选择所述一挡模式或所述二挡模式，选择性地接合所述第三离合器或者选择性地使所述接合套同时接合所述第三齿轮和所述第四齿轮，使所述发动机驱动所述混合动力车辆的同时还带动所述发电机发电，或所述发电机作为驱动电机输出动力，与所述发动机和所述驱动电机一起驱动车轮。

可选地，在所述一挡模式下，接合所述第三离合器，并使所述接合套仅接合所述第四齿轮，所述驱动电机输出的动力经所述驱动电机轴、所述第三离合器、第七齿轮、第六齿轮、第二输出轴以及第二齿轮减速后传递至第一输出轴；

可选地，在所述二挡模式下，断开所述第三离合器，并使所述接合套同时接合所述第三齿轮和所述第四齿轮，所述驱动电机输出的动力经所述驱动电机轴、第四齿轮、接合套、第三齿轮、第八齿轮以及第二齿轮减速后传递至所述第一输出轴。

可选地，所述工作模式包括：空挡驻车模式，其中，在所述空挡驻车模式下，所述发动机、所述发电机和所述驱动电机三个动力源均停止工作，所述第一离合器、所述第二离合器和所述第三离合器均断开，并使所述接合套接合所述第三齿轮或所述第四齿轮，使所述三个动力源与所述第一输出轴之间的连接断开。

可选地，所述工作模式包括：发动机直驱模式，其中，在所述发动机直驱模式下，接合所述第一离合器，断开或接合所述第二离合器，断开所述第三离合器且使所述接合套仅接合所述第四齿轮。

可选地，所述工作模式包括：制动能量回收模式，其中，在所述制动能量回收模式下，断开所述第一离合器，接合所述第二离合器或接合所述第三离合器或者使所述接合套同时接合所述第三齿轮和所述第四齿轮，或同时结合第二离合器与第三离合器或所述接合套同时接合所述第三齿轮和所述第四齿轮。

根据本发明的方案，整合了发动机、发电机以及驱动电机的动力源，可以根据动力需求进行智能化最佳组合。通过在发电机和发动机间增加第一离合器和第二离合器，断开与发电机相连的第二离合器，可使在电量充足且在高速公路上行驶时，减少发动机直驱的能量损耗。断开第一离合器和第二离合器，同时驱动电机输出路径也断开，可以实现空档驻车，这样可以解决可能存在的车辆故障需要拖车时因电势过高损坏电机及逆变器的问题。

此外，通过错开布置、发动机和发电机同轴布置以及减少轴的数量，使得整个驱动装置径向尺寸减小，成本也减少。并且，在驱动电机动力输出路径采用第三离合器和接合套组合来切换档位，通过较好的控制，可以在第三离合器接合上的瞬间，接合套脱开，完成同时切换，如此可以解决切换档位时的动力中断问题。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于混合动力车辆的驱动装置的示意性结构图；

图2是根据本发明一个实施例的混合动力驱动方法的示意性流程图；

具体实施方式

图1是根据本发明一个实施例的用于混合动力车辆的驱动装置的示意性结构图。如图1所示，该驱动装置包括发动机1、发电机6和驱动电机11。该发动机1通过燃烧燃油提供动力，驱动电机11通过电能提供动力。该发电机6和驱动电机11与电池相连，两者均可以向电池充电。其中该发电机6还可以参与驱动，为纯电驱动提供扭矩补偿。

该驱动装置还包括各种轴、套设在各种轴上的齿轮、第一离合器2、第二离合器5、第三离合器12以及接合套104。

轴可以包括相互平行且间隔开布置的主输入轴3、第一输出轴7、第二输出轴9和驱动电机轴10。其中，主输入轴3用于接收与传递发动机1的转矩。驱动电机轴10用于接收与传递驱动电机11的转矩。

套设在各种轴上的齿轮可以包括输入轴齿轮4、第一齿轮71、第二齿轮92、第三齿轮103、第四齿轮105、第五齿轮72、第六齿轮91、第七齿轮101和第八齿轮102。

输入轴齿轮4设置在主输入轴3上。第一齿轮71设置在第一输出轴7上，第二齿轮92设置在第二输出轴9上，第三齿轮103和第四齿轮105设置在驱动电机轴10上。第一齿轮71与第二齿轮92相啮合，第三齿轮103与第二齿轮92相啮合。在一个实施例中，第一输出轴7上还设置有第五齿轮72，该第五齿轮72与第一齿轮71同轴。第二输出轴9上还设置有第六齿轮91，驱动电机轴10上还设置有第七齿轮101，第七齿轮101与第六齿轮91啮合。驱动电机轴10上还设置有第八齿轮102，第八齿轮102通过第二齿轮92与第一齿轮71相连。

第一离合器2以及第二离合器5分别设置在输入轴齿轮4的两侧，用于使发动机1与发电机6通过第一离合器2和第二离合器5同轴连接。第三离合器12设置在驱动电机轴10上。接合套104设置在驱动电机轴10上，初始位置设置在所述第四齿轮之上，用于同时接合所述第三齿轮和所述第四齿轮。

根据本发明的方案，整合了发动机1、发电机6以及驱动电机11的动力源，可以根据动力需求进行智能化最佳组合。通过在发电机6和发动机1间增加第一离合器2和第二离合器5，断开与发电机6相连的第二离合器5，可使在电量充足且在高速公路上行驶时，减少发动机1直驱的能量损耗。断开第一离合器2和第二离合器5，同时驱动电机11输出路径也断开，可以实现空档驻车，这样可以解决可能存在的车辆故障需要拖车时因电势过高损坏电机及逆变器的问题。

此外，通过错开布置、发动机1和发电机6同轴布置以及减少轴的数量，使得整个驱动装置径向尺寸减小，成本也减少。并且，在驱动电机11动力输出路径采用第三离合器12和接合套104组合来切换档位，通过较好的控制，可以在第三离合器12接合上的瞬间，接合套104脱开，完成同时切换，如此可以解决切换档位时的动力中断问题。

图2示出了根据本发明一个实施例的混合动力驱动方法的示意性流程图。如图2所示，该混合动力驱动方法包括：

步骤s100，获取混合动力车辆的动力需求；

步骤s200，根据动力需求从混合动力车辆的多个工作模式中确定出目标工作模式；

步骤s300，在目标工作模式下将发动机1、发电机6和驱动电机11三个动力源进行组合，以选择最佳动力流输出路线来输出动力，从而驱动车辆。

其中，该混合动力车辆具有多个工作模式，可以包括空挡驻车模式、纯电驱动模式、混合动力驱动模式、发动机1直驱模式、行车充电串联模式和制动能量回收模式。下表1示出了多个工作模式下驱动装置的工作状态。

表1

在驱动装置所应用的车辆处于空挡驻车模式时，发动机1、发电机6和驱动电机11均停止工作，第一离合器2、第二离合器5和第三离合器12均断开，并使接合套104接合第三齿轮103或第四齿轮105。在该空挡驻车模式下，三个动力源与第一输出轴7之间的连接断开，从而可以实现车辆空挡驻车的功能，也能防止车辆故障拖车时因电势过高损坏电机及逆变器。

在驱动装置所应用的车辆处于纯电驱动模式时，该纯电驱动模式又有两种模式，分别为第一运行模式和第二运行模式。

第一种运行模式下，断开第一离合器2和第二离合器5，并根据需要选择一挡模式或二挡模式，以选择性地接合第三离合器12或者选择性地使接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105，使驱动电机11单独驱动混合动力车辆。当选择为一挡模式时，接合第三离合器12，并使接合套104仅接合第四齿轮105，驱动电机11输出的动力经驱动电机轴10、第三离合器12、第七齿轮101、第六齿轮91、第二输出轴9以及第二齿轮92减速后传递至第一输出轴7。该模式下动力输出的扭矩大且转速小。该挡位主要用来满足汽车在起动、上坡以及急加速等工况下的动力需求。当选择为二挡模式时，断开第三离合器12，并使接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105，驱动电机11输出的动力经驱动电机轴10、第四齿轮105、接合套104、第三齿轮103、第八齿轮102以及第二齿轮92减速后传递至第一输出轴7。该模式下输出的动力扭矩小且转速大。该档位主要用来满足汽车在平坦路上的一般行驶或者高速行驶等工况下的动力需求。在该模式下，电池电量充足并且车辆的需求功率低于驱动电机11所能提供的功率。

第二运行模式下，断开第一离合器2，接合第二离合器5，并根据需要选择一挡模式或二挡模式，以选择性地接合第三离合器12或者选择性地使接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105，发电机6与驱动电机11共同驱动混合动力车辆。该模式下发电机6输出动力，主要是给驱动电机11在起动、急加速和爬坡等工况下的扭矩补偿。在该种模式下，也有一挡模式和二挡模式，这与上述第一种运行模式下的一挡模式和二挡模式相同，此处不再赘述。

在驱动装置所应用的车辆处于混合动力驱动模式时，该混合动力驱动模式又分为第三运行模式和第四运行模式。

第三运行模式下，接合第一离合器2，断开第二离合器5，接合第三离合器12或者使接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105，使发动机1与驱动电机11共同驱动混合动力车辆。在该第三运行模式下通过仅接合第三离合器12，或者仅使接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105，可实现不同传动比动力输出。

第四运行模式下，接合第一离合器2，接合第二离合器5，并根据需要选择一挡模式或二挡模式，以选择性地接合第三离合器12或者选择性地使接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105，若发动机1驱动混合动力车辆的同时还带动发电机6发电，此时该第四运行模式还可称作行车充电并联模式。若发电机6作为驱动电机输出动力，与发动机1和驱动电机11一起驱动车轮。此时该第四运行模式是三动力源的并联驱动模式。当选择为一挡模式时，接合第三离合器12，并使接合套104仅接合第四齿轮105，驱动电机11输出的动力经驱动电机轴10、第三离合器12、第七齿轮101、第六齿轮91、第二输出轴9以及第二齿轮92减速后传递至第一输出轴7。该模式下动力输出的扭矩大且转速小。该挡位主要用来满足汽车在起动、上坡以及急加速等工况下的动力需求。当选择为二挡模式时，断开第三离合器12，并使接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105，驱动电机11输出的动力经驱动电机轴10、第四齿轮105、接合套104、第三齿轮103、第八齿轮102以及第二齿轮92减速后传递至第一输出轴7。该模式下输出的动力扭矩小且转速大。该档位主要用来满足汽车在平坦路上的一般行驶或者高速行驶等工况下的动力需求。在该模式下，电池电量充足并且车辆的需求功率低于驱动电机11所能提供的功率。

在驱动装置所应用的车辆处于发动机1直驱模式时，接合第一离合器2，断开或接合第二离合器5，断开第三离合器12且使接合套104仅接合第四齿轮105。当电池电量充足时，第二离合器5断开，发动机1不再需要带动发电机6转子空转，可实现减少能量损失，将动力最大传递到第一输出轴7。当电池电量不足时，第二离合器5结合，发动机1带动发电机6发电，该模式称为行车充电串联模式。

在驱动装置所应用的车辆处于制动能量回收模式时，断开第一离合器2，接合第二离合器5，接合第三离合器12或者使接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105。该种情况下，发电机6和驱动电机11都参与制动能量回收与发电。当只有第二离合器5接合或者只有第三离合器12接合或者接合套104同时接合第三齿轮103和第四齿轮105时，只有发电机6或者驱动电机11参与制动能量回收。

上述混合动力装置根据动力需求，通过控制将发动机1、发电机6、驱动电机11三个动力源进行智能化组合，选择最佳动力流输出路线输出动力，驱动车辆。同时发动机1不仅可以单独直驱，还能在电池电量不足时给发电机6发电。发电机6不仅可以向蓄电池充电，还可以在纯电驱动时给予扭矩补偿。通过第三离合器12和接合套104组合的控制，可实现两种档位选择，这样可以对驱动电机11扭矩输出的要求适当降低，而且使得混合动力汽车并联工作的工况条件范围扩大，同时驱动电机11的工作效率也能有所提高。因此，本发明通过对驱动装置优化设计，结合较好的控制，解决了混合动力汽车可能存在的车辆故障需要拖车时因电势过高损坏电机及逆变器、纯电驱动急加速和爬坡时动力不足的问题。该优化设计改善了混合动力装置的互换性，降低了整个装置的成本，提高了其燃油经济性，减少了排放。

并且，设有两个离合器(第一离合器2和第二离合器5)和一个换挡组合(第三离合器12和接合套104)，可实现发动机1、发电机6与驱动电机11的解耦，可使在电量充足且在高速公路上行驶时，减少内燃机直驱的能量损耗。还可实现空档驻车。该换挡装置是一个离合器和接合套104的组合，且在同一根轴上，通过较好的控制可实现同时切换，能解决换挡过程的动力中断问题，而且成本比双离合换挡组合更低。该换挡组合不用集成在电机转子的空间内，结构更简单且互换性更好。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。