一种混合动力系统及控制方法与流程

本发明涉及混合动力技术领域，具体为一种混合动力系统及控制方法。

背景技术：

新能源汽车以其节能环保的特点在业界迅猛发展，混合动力电动汽车作为新能源汽车的一个重要分支，在保留传统发动机的基础上，充分发挥电机的优势，大大改善了车辆燃油经济性和排放性。混合动力电动汽车具有纯电动汽车所不具有的价格优势和续航优势，因此混合动力系统的发展及推广势在必行。作为混合动力系统关键技术之一的动力耦合系统一直被研究，但缺少自动变速器技术基础的国内研究对此少有突破。现有的混合动力系统多采用自动变速箱集成单电机同轴布置，电机难以兼顾驱动、调速和发电等功能，结构布置也很困难；或采取无变速器的双电机混联结构，发动机参与驱动的工况有限，中低速阶段完全靠电机驱动，由燃油发电到电驱动，导致效率损失，节油效果不理想。

因而，混合动力汽车需要一种带有双电机纯电驱动功能的混合动力驱动系统，充分发挥电机在车辆低速状态时的高效率，和发动机在车辆中、高速状态时的高效率，通过变速箱变速，让发动机更早接入驱动，避免车辆在发动机高效工况下依然串联模式运行带来的效率损失，让电机和发动机都尽可能工作在高效区，从而提升系统效率。同时，变速箱换挡过程无动力中断，驾驶舒适性好。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种混合动力系统及控制方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种混合动力系统，包含：

发动机；

电机一；

电机二；

平行轴变速箱，具有在其箱体内平行布置的第一输入轴、第二输入轴和输出轴，所述第一输入轴的一端连接电机一，另一端通过离合器与发动机连接，所述第二输入轴的一端连接电机二。

所述输出轴上连接有差速器，该差速器上设置有差速器外齿轮，所述第一输入轴上设置有第一输入轴主动齿轮，该第一输入轴主动齿轮与差速器外齿轮常啮合，所述第二输入轴上设置有第二输入轴主动齿轮，该第二输入轴主动齿轮与差速器外齿轮常啮合。

所述第一输入轴主动齿轮包括有一档主动齿轮和二档主动齿轮；

所述一档主动齿轮和二档主动齿轮之间设置有第一输入轴同步器，一档主动齿轮或二档主动齿轮藉由该第一输入轴同步器与所述第一输入轴耦合或解耦。

所述第二输入轴上设置有第二输入轴同步器，第二输入轴主动齿轮藉由该第二输入轴同步器与所述第二输入轴耦合或解耦。

所述第一输入轴上设置有第一输入轴同步器，第一输入轴主动齿轮藉由该第一输入轴同步器与所述第一输入轴耦合或解耦。

所述差速器外齿轮包括有差速器外齿轮一和差速器外齿轮二；

所述一档主动齿轮与差速器外齿轮一常啮合，所述二档主动齿轮与差速器外齿轮二常啮合，所述第一输入轴藉由第一输入轴同步器控制其档位，并与输出轴的耦合或解耦。

所述差速器外齿轮包括有差速器外齿轮一和差速器外齿轮二；

所述第二输入轴主动齿轮与差速器外齿轮一常啮合，所述第二输入轴藉由第二输入轴同步器控制其档位，并与输出轴的耦合或解耦。

一种混合动力系统的控制方法，该混合动力系统包括三种动力传输状态，分别为纯电动力传输状态、串联混合动力传输状态和并联混合动力传输状态；

所述纯电动力传输状态包括有如下控制步骤：

步骤一：离合器断开，发动机关闭；

步骤二：混合动力系统藉由电机二为主驱动单元进行驱动，此时，所述第二输入轴同步器与第二输入轴主动齿轮啮合，电机二的输出扭矩藉由与差速器外齿轮啮合的第二输入轴主动齿轮传递至输出轴；

步骤三；根据混合动力系统的动力需求，判断电机一是或否参与辅助驱动；

若是，所述第一输入轴同步器与第一输入轴主动齿轮啮合，并藉由该第一输入轴主动齿轮将扭矩通过差速器外齿轮传递至输出轴；

若否，所述第一输入轴同步器处于空挡位置，此时，所述的第一输入轴主动齿轮空转，该电机一不参与辅助驱动。

所述串联混合动力传输状态包括有如下控制步骤：

步骤一：所述电机一作为发电机，同时，混合动力系统藉由电机二为驱动单元进行驱动；

步骤二：在电机一作为发电机时，所述第一输入轴同步器与第一输入轴主动齿轮解耦，同时，发动机启动，并与离合器结合，所述电机一藉由发动机通过第一输入轴的同步转动进行发电；

在电机二作为驱动单元时，所述第二输入轴同步器与第二输入轴主动齿轮啮合，所述第二输入轴藉由第二输入轴主动齿轮和差速器外齿轮将扭矩传递至输出轴。

所述并联混合动力传输状态包括有如下控制步骤：

步骤一：离合器处于结合状态，发动机启动；

步骤二：混合动力系统藉由发动机为主驱动单元进行驱动，此时，所述第一输入轴同步器与第一输入轴主动齿轮耦合，所述第一输入轴藉由第一输入轴主动齿轮和差速器外齿轮将扭矩传递至输出轴；

步骤三：根据混合动力系统的动力需求，判断电机二是或否参与辅助驱动；

若是，所述第二输入轴同步器与第二输入轴主动齿轮啮合，并藉由该第二输入轴主动齿轮将扭矩通过差速器外齿轮传递至输出轴；

若否，所述第二输入轴同步器处于空挡位置，此时，所述的第二输入轴主动齿轮空转，该电机二不参与辅助驱动。

在所述纯电动力传输状态中，判断电机一是或否参与辅助驱动的步骤包括：

确认是或否参与辅助驱动；

若是，所述第一输入轴同步器与一档主动齿轮啮合，所述一档主动齿轮藉由第一输入轴同步器与所述第一输入轴耦合，此时，所述一档主动齿轮将第一输入轴扭矩通过与之常啮合的差速器外齿轮一传递至输出轴；

或，所述第一输入轴同步器与二档主动齿轮啮合，所述二档主动齿轮藉由第一输入轴同步器与所述第一输入轴耦合，此时，所述二档主动齿轮将第一输入轴扭矩通过与之常啮合的差速器外齿轮二传递至输出轴；。

若否，所述第一输入轴同步器处于空挡位置，此时，所述一档主动齿轮和二档主动齿轮均空转，该电机一不参与辅助驱动。

在所述串联混合动力传输状态中，电机一作为发电机时的步骤包括：

所述第一主动齿轮和二档主动齿轮均空转，此时，所述第一输入轴同步器与第一输入轴解耦，同时，发动机启动，并与离合器结合，所述电机一藉由发动机通过第一输入轴的同步转动进行发电。

在所述并联混合动力传输状态中，混合动力系统藉由发动机为主驱动单元进行驱动的步骤包括：

所述第一输入轴同步器与第一主动齿轮耦合，所述第一输入轴藉由第一主动齿轮和差速器外齿轮一将扭矩传递至输出轴；

或，所述第一输入轴同步器与第二主动齿轮耦合，所述第一输入轴藉由第二主动齿轮和差速器外齿轮二将扭矩传递至输出轴。

在并联混合传输状态中的所述步骤二中，当混合动力系统藉由发动机为驱动单元进行驱动时，同时根据混合动力系统的动力需求，判断电机一是或否参与辅助驱动、发电或空转，并包括如下步骤：

若参与驱动，所述发动机藉由第一输入轴联动电机一，此时，所述电机一藉由第一输入轴将扭矩传递至输出轴；

若参与发电，所述发动机藉由第一输入轴连接电机一，此时，所述电机一藉由第一输入轴进行发电；

若空转，所述发动机藉由第一输入轴连接电机一，同时，所述电机一空转。

所述的混合动力系统中设置有制动能量回收系统，该制动能量回收系统通过将参与驱动的电机一和电机二从驱动状态转变为发电状态，进行制动能量回收。

由上述技术方案可知，本发明通过提供了双电机配合发动机的混合动力系统，优化了发动机和电机的协同作用，提高了系统工作效率，避免了发动机在车辆起步、低速行驶过程中驱动效率低下的问题，具体的为：

本发明结构简单，电机一和电机二平行布置，轴向尺寸短，能很好的满足车辆轴向布置的空间要求；同时当其中一个动力单元驱动车辆并进行档位变换时，可采用另一动力驱动单元进行动力补偿，从而实现换挡时的动力无中断，解决了换挡动力中断的问题。

起步、低速行驶由电机提供驱动力，车辆中、高速工况下，由发动机直接驱动车辆，且始终保持发动机平稳工况的运行，并为车辆提供了动能补偿，有效的提升了该种混合动力系统的使用性能。

附图说明

图1为本发明系统示意图。

图中：1离合器、2一档主动齿轮、3二档主动齿轮、4第一输入轴、5第一输入轴同步器、6差速器外齿轮一、7差速器外齿轮二、8输出轴、9第二输入轴主动齿轮、10第二输入轴同步器、11第二输入轴、12发动机、13电机一、14电机二。

具体实施方式

下面，将结合附图详细描述本发明的的混合动力系统和混合动力系统的控制方法的具体实施例。

根据本发明的一个实施例，提供了一种混合动力系统，包含有发动机12；电机一13；电机二14；以及平行轴变速箱，该平行轴变速箱具有在其箱体内平行布置的第一输入轴4、第二输入轴11和输出轴8，所述第一输入轴4的一端连接电机一13，另一端通过离合器1与发动机14连接，所述第二输入轴11的一端连接电机二14。于本实施例中，发动机12通过离合器1实现与电机一13的同轴连接与否，即当离合器1处于结合状态时，发动机12接入第一输入轴4并实现转动，同时电机一13和电机二14通过平行轴变速器实现其是否将输出扭矩传动至输出轴8上。

同时，本发明采用的电机一13直接连接在第一输入轴4上，亦可增加一个中间轴和一对齿轮，通过增加一级减速的方式与第一输入轴4相连。

于本实施例中，所述输出轴8上连接有差速器，该差速器上设置有差速器外齿轮，所述第一输入轴4上设置有第一输入轴主动齿轮，该第一输入轴主动齿轮与差速器外齿轮常啮合，所述第二输入轴11上设置有第二输入轴主动齿轮9，该第二输入轴主动齿轮9与差速器外齿轮常啮合。于实作中，发动机12、电机一13、电机二11和输出轴8之间存在如下关系：

一：

当离合器1处于结合状态时，发动机12通过第一输入轴4连接电机一13，此时存在如下关系，分别为：

(1)：所述第一输入轴4上设置有第一输入轴同步器5，同时在第一输入轴4上空套有第一输入轴主齿轮，第一输入轴同步器5与第一输入轴主齿轮啮合时，此时的第一输入轴4将发动机12的输出扭矩传递至输出轴8。

(2)：所述第一输入轴4上设置有第一输入轴同步器5，同时在第一输入轴4上空套有第一输入轴主齿轮，第一输入轴同步器5与第一输入轴主齿轮不啮合，此时的第一输入轴4仅将发动机12的输出扭矩传递至电机一13，该电机一13在实作中即可为发电机使用。

二：

当离合器1处于断开状态时，发动机12与第一输入轴4断开，此时的电机一13存在如下关系，分别为：

(1)：所述所述第一输入轴4上设置有第一输入轴同步器5，同时在第一输入轴4上空套有第一输入轴主齿轮，第一输入轴同步器5与第一输入轴主齿轮啮合时，此时的第一输入轴4将电机一13的输出扭矩传递至输出轴8。

(2)所述第一输入轴4上设置有第一输入轴同步器5，同时在第一输入轴4上空套有第一输入轴主齿轮，第一输入轴同步器5与第一输入轴主齿轮不啮合，此时的第一输入轴4无输出扭矩传递至输出轴8。

三：

所述第二输入轴11上设置有第二输入轴同步器10，同时在第二输入轴11上空套有第二输入轴主动齿轮9，第二输入轴主动齿轮9藉由该第二输入轴同步器10与所述第二输入轴11耦合或解耦；此时存在如下关系：

(1)：当第二输入轴同步器10与第二输入轴主动齿轮9啮合时，此时的第二输入轴11将电机二14的输出扭矩传递至输出轴8.

(2)：当第二输入轴同步器10不与第二输入轴主动齿轮9啮合时，此时的第二输入轴11无输出扭矩传递至输出轴8。

根据本发明的另一实施例，提供了一种混合动力系统，包含有发动机12；电机一13；电机二14；以及平行轴变速箱，该平行轴变速箱具有在其箱体内平行布置的第一输入轴4、第二输入轴11和输出轴8，所述第一输入轴4的一端连接电机一13，另一端通过离合器1与发动机14连接，所述第二输入轴11的一端连接电机二14。于本实施例中，发动机12通过离合器1实现与电机一13的同轴连接与否，即当离合器1处于结合状态时，发动机12接入第一输入轴4并实现转动，同时电机一13和电机二14通过平行轴变速器实现其是否将输出扭矩传动至输出轴8上。

于本实施例中，所述输出轴8上连接有差速器，该差速器上设置有差速器外齿轮，所述第一输入轴4上设置有一档主动齿轮2和二档主动齿轮3，所述第二输入轴11上设置有第二输入轴主动齿轮9，该第二输入轴主动齿轮9与差速器外齿轮常啮合。所述一档主动齿轮2和二档主动齿轮3之间设置有第一输入轴同步器5，一档主动齿轮2或二档主动齿轮3藉由该第一输入轴同步器5与所述第一输入轴4耦合或解耦。所述差速器外齿轮包括有差速器外齿轮一6和差速器外齿轮二7；所述一档主动齿轮2与差速器外齿轮一6常啮合，所述二档主动齿轮3与差速器外齿轮二7常啮合，所述第一输入轴4藉由第一输入轴同步器5控制其档位，并与输出轴8的耦合或解耦。所述第二输入轴主动齿轮9与差速器外齿轮一6常啮合，所述第二输入轴11藉由第二输入轴同步器10控制其档位，并与输出轴8的耦合或解耦。

于实作中，发动机12、电机一13、电机二11和输出轴8之间存在如下关系：

一：

当离合器1处于结合状态时，发动机12通过第一输入轴4连接电机一13，此时存在如下关系，分别为：

(1)：所述第一输入轴4上设置有第一输入轴同步器5，同时在第一输入轴4上空套有一档主动齿轮2和二档主动齿轮3；

当第一输入轴同步器5与一档主动齿轮2啮合时，此时的第一输入轴4将发动机12的输出扭矩通过一档主动齿轮2和差速器外齿轮一6传递至输出轴8；

当第一输入轴同步器5与二档主动齿轮3啮合时，此时的第一输入轴4将发动机12的输出扭矩通过二档主动齿轮3和差速器外齿轮二7传递至输出轴8。

(2)：所述第一输入轴4上设置有第一输入轴同步器5，同时在第一输入轴4上空套有一档主动齿轮2和二档主动齿轮3，第一输入轴同步器5与一档主动齿轮2、二档主动齿轮3均不啮合，此时的第一输入轴4仅将发动机12的输出扭矩传递至电机一13，该电机一13在实作中即可为发电机使用。

二：

当离合器1处于断开状态时，发动机12与第一输入轴4断开，此时的电机一13存在如下关系，分别为：

(1)：所述第一输入轴4上设置有第一输入轴同步器5，同时在第一输入轴4上空套有一档主动齿轮2和二档主动齿轮3；

当第一输入轴同步器5与一档主动齿轮2啮合时，此时的第一输入轴4将电机一13的输出扭矩通过一档主动齿轮2和差速器外齿轮一6传递至输出轴8；

当第一输入轴同步器5与二档主动齿轮3啮合时，此时的第一输入轴4将电机一13的输出扭矩通过二档主动齿轮2和差速器外齿轮二7传递至输出轴8。

(2)所述第一输入轴4上设置有第一输入轴同步器5，同时在第一输入轴4上空套有第一输入轴主齿轮，第一输入轴同步器5与第一输入轴主齿轮不啮合，此时的第一输入轴4无输出扭矩传递至输出轴8。

三：

所述第二输入轴11上设置有第二输入轴同步器10，同时在第二输入轴11上空套有第二输入轴主动齿轮9，第二输入轴主动齿轮9藉由该第二输入轴同步器10与所述第二输入轴11耦合或解耦；此时存在如下关系：

(1)：当第二输入轴同步器10与第二输入轴主动齿轮9啮合时，此时的第二输入轴11将电机二14的输出扭矩通过第二输入主动齿轮9和差速器外齿轮一6传递至输出轴8。

(2)：当第二输入轴同步器10不与第二输入轴主动齿轮9啮合时，此时的第二输入轴11无输出扭矩传递至输出轴8。

与前述实施例相比，本实施例中采用了具有两档结构设置的平行轴变速箱，在实作中，通过该平行轴变速箱换挡可实现无动力中断换挡，同时通过变速箱的变速，让发动机更早的接入驱动，避免车辆在发动机高效工况下带来的效率损失，发动机驱动车辆的车速范围更宽。

该种混合动力系统具有三种动力传输状态，分别为纯电动力传输状态、串联混合动力传输状态和并联混合动力传输状态；

所述纯电动力传输状态包括有如下控制步骤：

步骤一：离合器1断开，发动机12关闭；

步骤二：混合动力系统藉由电机二14为主驱动单元进行驱动，此时，所述第二输入轴同步器10与第二输入轴主动齿轮9啮合，电机二14的输出扭矩藉由与差速器外齿轮啮合的第二输入轴主动齿轮9传递至输出轴8；

步骤三；根据混合动力系统的动力需求，判断电机一13是或否参与辅助驱动；

若是，所述第一输入轴同步器5与第一输入轴主动齿轮啮合，并藉由该第一输入轴主动齿轮将扭矩通过差速器外齿轮传递至输出轴8；

若否，所述第一输入轴同步器5处于空挡位置，此时，所述的第一输入轴主动齿轮空转，该电机一13不参与辅助驱动。

所述串联混合动力传输状态包括有如下控制步骤：

步骤一：所述电机一13作为发电机，同时，混合动力系统藉由电机二14为驱动单元进行驱动；

步骤二：在电机一13作为发电机时，所述第一输入轴同步器5与第一输入轴主动齿轮解耦，同时，发动机12启动，并与离合器1结合，所述电机一13藉由发动机12通过第一输入轴4的同步转动进行发电；

在电机二14作为驱动单元时，所述第二输入轴同步器10与第二输入轴主动齿轮9啮合，所述第二输入轴11藉由第二输入轴主动齿轮9和差速器外齿轮将扭矩传递至输出轴8。

所述并联混合动力传输状态包括有如下控制步骤：

步骤一：离合器1处于结合状态，发动机12启动；

步骤二：混合动力系统藉由发动机12为主驱动单元进行驱动，此时，所述第一输入轴同步器5与第一输入轴主动齿轮耦合，所述第一输入轴4藉由第一输入轴主动齿轮和差速器外齿轮将扭矩传递至输出轴8；

步骤三：根据混合动力系统的动力需求，判断电机二14是或否参与辅助驱动；

若是，所述第二输入轴同步器10与第二输入轴主动齿轮9啮合，并藉由该第二输入轴主动齿轮9将扭矩通过差速器外齿轮传递至输出轴8；

若否，所述第二输入轴同步器10处于空挡位置，此时，所述的第二输入轴主动齿轮9空转，该电机二14不参与辅助驱动。

需要重点指出的是，该种混合动力系统的控制方法中，串联混合动力传输状态较好的适用于车辆行驶的低速状态，而并联混合动力传输状态较好的适用于车辆行驶的中、高速状态，但本发明不限定在实作中的低速、中速和高速的车辆采用的动力传输状态，即可理解为，在车辆中、高速状态下可采用发动机12作为主驱动单元，亦可采用电机作为主驱动单元等。

进一步的，当该种混合动力系统采用两档变速箱结构时，在所述纯电动力传输状态中，判断电机一13是或否参与辅助驱动的步骤包括：

确认是或否参与辅助驱动；

若是，所述第一输入轴同步器5与一档主动齿轮2啮合，所述一档主动齿轮2藉由第一输入轴同步器5与所述第一输入轴4耦合，此时，所述一档主动齿轮2将第一输入轴4扭矩通过与之常啮合的差速器外齿轮一6传递至输出轴8；

或，所述第一输入轴同步器5与二档主动齿轮3啮合，所述二档主动齿轮3藉由第一输入轴同步器5与所述第一输入轴4耦合，此时，所述二档主动齿轮3将第一输入轴4扭矩通过与之常啮合的差速器外齿轮二7传递至输出轴7；。

若否，所述第一输入轴同步器5处于空挡位置，此时，所述一档主动齿轮2和二档主动齿轮3均空转，该电机一13不参与辅助驱动。

进一步的，当该种混合动力系统采用两档变速箱结构时，在所述串联混合动力传输状态中，电机一13作为发电机时的步骤包括：

所述第一主动齿轮2和二档主动齿轮3均空转，此时，所述第一输入轴同步器5与第一输入轴4解耦，同时，发动机12启动，并与离合器1结合，所述电机一13藉由发动机12通过第一输入轴4的同步转动进行发电。

进一步的，当该种混合动力系统采用两档变速箱结构时，在所述并联混合动力传输状态中，混合动力系统藉由发动机12为主驱动单元进行驱动的步骤包括：

所述第一输入轴同步器5与第一主动齿轮2耦合，所述第一输入轴4藉由第一主动齿轮2和差速器外齿轮一6将扭矩传递至输出轴；

或，所述第一输入轴同步器5与第二主动齿轮3耦合，所述第一输入轴4藉由第二主动齿轮3和差速器外齿轮二7将扭矩传递至输出轴8。

进一步的，在并联混合传输状态中的所述步骤二中，当混合动力系统藉由发动机12为驱动单元进行驱动时，同时根据混合动力系统的动力需求，判断电机一13是或否参与辅助驱动、发电或空转，并包括如下步骤：

若参与驱动，所述发动机12藉由第一输入轴4联动电机一13，此时，所述电机一13藉由第一输入轴4将扭矩传递至输出轴8；

若参与发电，所述发动机12藉由第一输入轴4连接电机一13，此时，所述电机一13藉由第一输入轴4进行发电；

若空转，所述发动机12藉由第一输入轴4连接电机一13，同时，所述电机一13空转。

需要指出的在于，本领域技术人员可将混合动力系统的动力需求理解为车辆的能源状态，即包含有用于供给发动机12动力的油箱油量状态以及用于供给电机一13和电机二14动力的电池组电量状态，于实作中，驾驶人员可根据上述动力需求状态实施不同的动力系统控制，同时，本实施例不限定驾驶人员任意选择可具有操作性的动力系统的控制。

进一步的，所述的混合动力系统中设置有制动能量回收系统，该制动能量回收系统通过将参与驱动的电机一13和电机二14从驱动状态转变为发电状态，进行制动能量回收。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。