CN102529679B - 一种汽车三离合混合动力驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车三离合混合动力驱动装置及其控制方法，属于汽车技术领域。它解决了现有技术结构复杂，整车功率不高的问题。本装置包括发动机、发电电动机、电动机和蓄电池，发电电动机和电动机均与蓄电池连接，发动机和发电电动机通过一级减速机构连接并在发动机和一级减速机构之间设置第一离合器，发动机与差速器通过第一二级减速机构连接并在第一二级减速机构中设置第二离合器；电动机和差速器之间通过第二二级减速机构连接并在第二二级减速机构中设置第三离合器；该控制方法通过判断蓄电池的蓄电量、车速信号、加速度信号和转速信号，实现整车在不同模式下驱动以及制动能量的回收。本装置及其控制方法具有整车功率高且结构紧凑的优点。

Description

一种汽车三离合混合动力驱动装置及其控制方法

技术领域

本发明属于汽车技术领域，涉及一种混合动力驱动***，特别是一种汽车三离合混合动力驱动装置及其控制方法。

背景技术

随着环境保护意识日益提高，石油等不可再生资源的日益短缺，众多汽车制造商也越来越关注节能减排车型的研发，各类混合动力汽车逐渐面世。混合动力汽车能够最大程度地满足能源环保的需要，因此更具市场化前景。目前所开发出来的混合动力汽车动力总成构型有串联、并联和混联三种型式。串联型式结构简单、控制容易但效率低下、成本高。并联型式一般用于轻度混合的A级或A级以下乘用车；对于B级及B级以上乘用车型常采用混联型式，而混联型式节油效果最好，但其结构复杂，控制困难。

针对上述问题，现有中国专利文献公开了一种新型车用双电机多离合器混合动力***[申请号：CN200910053260.4]，该发明提供一种新型车用双电机两离合器混合动力***，其包括主驱动电机、集成启动发电机、主轴、主离合器、第一级减速装置、发动机及第一离合器实现控制所述两离合器混合动力***动力输出的停止与启动。该发明还提供一种新型车用双电机三离合器混合动力***，在上述双电机两离合器混合动力***的基础上，所述双电机三离合器混合动力***还包括第二离合器，所述三离合器混合动力***通过控制所述第一离合器及第二离合器实现控制所述三离合混合动力***动力输出的停止、启动及档位切换。上述方案在一定程度上提高了能量利用效率，但是仍然存在结构复杂，控制不够简便，整车功率不高等问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种汽车三离合混合动力驱动装置及其控制方法，本汽车三离合混合动力驱动装置及其控制方法能够通过三个自动离合器控制动力耦合，有效增加整车功率并节约能源，且对整体结构布局紧凑。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车三离合混合动力驱动装置，在车底盘上设有左右半轴和连接左右半轴的差速器，包括发动机、发电电动机、电动机和蓄电池，发电电动机和电动机均与蓄电池连接，发动机和发电电动机通过一级减速机构连接并在发动机和一级减速机构之间设置第一离合器，发动机与差速器通过第一二级减速机构连接并在第一二级减速机构中设置第二离合器；电动机和差速器之间通过第二二级减速机构连接并在第二二级减速机构中设置第三离合器。

该汽车三离合混合动力驱动装置，在第一离合器和第三离合器闭合、第二离合器分离时，发动机通过一级减速机构带动发电电动机转动给蓄电池充电，蓄电池将储存的电能输送给电动机，电动机通过第二二级减速机构与差速器相连带动车轮转动，整车由串联模式驱动；在第一离合器、第二离合器和第三离合器都为闭合状态时，发动机通过第一二级减速机构与差速器相连带动车轮转动并且电动机通过蓄电池提供的电能驱动车轮转动，整车由并联模式驱动；当上述两种模式一起运行时即实现混联模式驱动；将第一离合器和第二离合器分离、第三离合器闭合，整车由纯电动模式驱动，电动机通过蓄电池提供的电能驱动车辆行驶。

在上述的汽车三离合混合动力驱动装置中，所述的一级减速机构包括设置于底盘上的发动机轴和发电电动机轴，该发动机轴和发电电动机轴通过一组传动齿轮连接，上述的发动机通过第一离合器与发动机轴连接，上述的发电电动机与发电电动机轴连接。在发动机起动且第一离合器为闭合状态时，发动机带动发动机轴转动从而带动连接发动机轴和发电电动机轴的传动齿轮转动，该传动齿轮则带动发电电动机轴转动从而使发电电动机发电。

在上述的汽车三离合混合动力驱动装置中，所述一级减速机构中的传动齿轮包括设置于发动机轴上的主动轮和设置于发电电动机轴上的被动轮，主动轮的直径大于被动轮的直径。该主动轮的直径大于被动轮的直径可加快发电电动机转速从而提高发电效率。

在上述的汽车三离合混合动力驱动装置中，所述的第一二级减速机构包括第一传动轴，上述的发动机轴和第一传动轴之间通过一组传动齿轮连接且该组传动齿轮的从动轮和第一传动轴之间通过上述的第二离合器连接，第一传动轴和差速器之间通过一组传动齿轮连接。在第二离合器为闭合状态时，发动机轴的转动可带动连接发动机轴和第一传动轴的传动齿轮转动从而带动第一传动轴转动，第一传动轴的转动则带动连接第一传动轴和差速器的一组传动齿轮转动从而驱动车轮转动。

在上述的汽车三离合混合动力驱动装置中，所述的第二二级减速器机构包括电动机轴和第二传动轴，上述的电动机连接于电动机轴上，电动机轴和第二传动轴之间通过一组传动齿轮连接，第二传动轴和差速器之间通过一组传动齿轮连接且该组传动齿轮的从动轮和第二传动轴之间通过上述的第三离合器连接。在第三离合器为闭合状态，电动机轴转动带动一组传动齿轮转动从而带动第二传动轴转动，第二传动轴则通过带动连接第二传动轴和差速器的传动齿轮转动从而驱动车轮转动。

在上述的汽车三离合混合动力驱动装置中，本装置还包括一箱体，上述的发电电动机轴、发动机轴、第一传动轴、左右半轴、第二传动轴和电动机轴依次平行设置箱体内。

在上述的汽车三离合混合动力驱动装置中，所述的发电电动机、电动机和发动机位于箱体外，且发动机单独位于箱体的一侧，发电电动机和电动机位于箱体的另一侧。所述的发电电动机和电动机为并排设置在箱体外，使得整机布局紧凑。

在上述的汽车三离合混合动力驱动装置中，本装置还包括汽车控制器和分别与汽车控制器连接的车速传感器、加速度传感器、转速传感器和蓄电池管理单元，所述的蓄电池管理单元用于控制发电电动机的充放电和蓄电池的蓄电量，所述的汽车控制器用于对加速度传感器和车速传感器输送来的检测当前车速和当前加速度进行计算出所需的功率并输出控制信号控制上述的第一离合器、第二离合器和第三离合器进行离合。控制器通过计算当前车速和当前加速度所得的功率，并经过分析判断，输出控制信号控制第一离合器、第二离合器和第三离合器进行离合从而实现不同模式驱动，控制器控制蓄电池管理单元，在蓄电池的蓄电量充足的时候，蓄电池管理单元可控制蓄电池将电能输送给发电电动机，使发电电动机驱动车轮转动，在蓄电池的蓄电量不足的时候，可使发电电动机充电储存电量。

一种汽车三离合混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、蓄电池管理单元检测到蓄电池的蓄电量高于汽车控制器内设定的下限值时，控制器通过车速传感器和加速度传感器计算当前所需功率；在当前所需功率小于电动机额定功率时，控制器控制第一离合器、第二离合器处于分离状态，控制第三离合器处于闭合状态，单独由电动机驱动；在当前所需功率大于电动机额定功率时，控制器控制第一离合器、第二离合器和第三离合器处于闭合状态，发动机在驱动车轮转动的同时，又带动发电电动机发电并储存于蓄电池中，蓄电池将电能输送给电动机使电动机驱动车轮转动，形成混联模式驱动，或者发动机驱动车轮转动但不带动发电电动机发电，同时电动机通过蓄电池提供的电量驱动车轮转动，形成并联模式驱动；

B、蓄电池管理单元检测到蓄电池的蓄电量低于汽车控制器内设定的下限值时，控制器通过车速传感器采集的车速信号和转速传感器采集的转速信号进行对比，在车速信号对发动机转速信号的要求不能达到设定的发动机工作区域时，整车由串联模式驱动，此时发动机工作于最优油耗区域发电；在车速信号对发动机转速信号的要求达到设定的发动机工作区域时，整车由混联模式驱动，此时发动机工作于最优油耗区域；在车速信号对发动机转速信号的要求超出发动机最优油耗区域时，整车由发动机直接进行驱动。

在上述的汽车三离合混合动力驱动装置的控制方法中，该控制方法还包括制动能量回收步骤：在纯电动工况下，若蓄电池能接受充电，则踩下制动踏板，驱动发电电动机工作于发电状态，回收制动能量；在发动机直接驱动时，若只收回油门踏板，离合器断开，发动机动力由发电电动机发电补充入蓄电池，以利用怠速工况回收能量；若收回油门踏板同时踩下制动踏板，发电电动机工作于发电状态，回收制动能量；在串联模式驱动时，踩下制动踏板，发电电动机由电动模式切换至发电模式，回收制动能量。

与现有技术相比，本汽车三离合混合动力驱动装置及其控制方法具有以下优点：

1、本发明通过控制三个自动离合器来实现整车的不同驱动模式，有效增加整车功率并节约能源。

2、本发明中发电电动机能工作于电动和发电两种模式，并能在控制器的调节下实现正反转切换，以满足整车各种不同模式驱动的需求。

3、本发明中发电电动机与电动机并排设置在箱体外，使得整车结构紧凑。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的原理框图。

图中，1、发动机；2、发电电动机；3、电动机；4、蓄电池；5、箱体；6、发电电动机轴；7、发动机轴；8、第一传动轴；9、左右半轴；10、第二传动轴；11、电动机轴；12、差速器；13、第一离合器；14、第二离合器；15、第三离合器；16、车轮；17、控制器；18、车速传感器；19、加速度传感器；20、转速传感器；21、蓄电池管理单元。

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。

如图1所示，本汽车三离合混合动力驱动装置，包括发动机1、发电电动机2、电动机3、蓄电池4和箱体5，发电电动机2、电动机3和发动机1位于箱体5外，且发动机1单独位于箱体5的一侧，发电电动机2和电动机3均与蓄电池4连接且位于箱体5的另一侧，箱体5内依次平行设置有发电电动机轴6、发动机轴7、第一传动轴8、左右半轴9、第二传动轴10和电动机轴11，其左右半轴9通过差速器12连接设置于车底盘上，发动机1通过第一离合器13与发动机轴7连接，发电电动机2与发电电动机轴6连接，发动机轴7上设置的一个主动轮和发电电动机轴6上设置的被动轮组成一组传动齿轮，该组传动齿轮与发电电动机轴6、发动机轴7组成一级减速机构，发动机1与发电电动机2通过一级减速机构连接；电动机3与设置有主动轮的电动机轴11连接，该主动轮与第二传动轴10上设置的被动轮组成一组传动齿轮，第二传动轴10上还设置有通过第三离合器15连接的主动轮，该主动轮与通过差速器12连接的被动轮6组成一组传动齿轮，该两组传动齿轮与第二传动轴10和电动机轴11组成第二二级减速机构，电动机3通过第二二级减速机构与差速器12相连；第一传动轴8上设置的通过第二离合器14连接的从动轮与发动机轴7上接近第一离合器13设置的主动轮组成一组传动齿轮，第一传动轴8上设置的主动轮与通过差速器12连接的被动轮组成一组传动齿轮，该两组传动齿轮与第一传动轴8组成第一二级减速机构，发动机1通过第一二级减速机构与差速器12相连；发电电动机2通过一级减速机构和第一二级减速机构与差速器12相连。

如图2所示，本汽车三离合混合动力驱动装置还包括汽车控制器17和分别与汽车控制器17连接的车速传感器18、加速度传感器19、转速传感器20和蓄电池管理单元21，该蓄电池管理单元21用于控制发电电动机2的充放电和蓄电池4的蓄电量，汽车控制器17用于对加速度传感器19和车速传感器18输送来的检测当前车速和当前加速度进行计算出所需的功率并经分析判断在满足不同工况的条件下，控制器17控制第一离合器13、第二离合器14和第三离合器15的离合，实现在不同模式的驱动。

本汽车三离合混合动力驱动装置的控制方法，具体步骤如下：A、蓄电池管理单元21检测到蓄电池4的蓄电量高于汽车控制器17内设定的下限值时，控制器17通过车速传感器18和加速度传感器19计算当前所需功率；在当前所需功率小于电动机3额定功率时，控制器17控制第一离合器13、第二离合器14处于分离状态，发动机1不工作，控制第三离合器15处于闭合状态，电动机3驱动电动机轴11转动从而带动连接电动机轴11和第二传动轴10的一组传动齿轮转动，该组传动齿轮则带动第二传动轴10转动，第二传动轴10则通过带动连接第二传动轴10和差速器12的一组齿轮转动从而驱动车轮16转动，电动机3单独驱动车辆行驶；在当前所需功率大于电动机3额定功率时，控制器17控制第一离合器13、第二离合器14和第三离合器15处于闭合状态，发动机1带动连接发动机轴7和第一传动轴8的一组传动齿轮转动从而带动第一传动轴8转动，第一传动轴8的转动则带动连接第一传动轴8和差速器12的一组传动齿轮转动从而驱动车轮16转动，同时电动机3通过蓄电池4提供的电能驱动车轮16转动，整车由并联模式驱动，或者发动机1在驱动车轮16转动的同时，又带动发电电动机2发电并储存电量于蓄电池4中，蓄电池4将电能输送给电动机3使电动机3驱动车轮16转动，形成混联模式驱动；B、蓄电池管理单元21检测到蓄电池4的蓄电量低于汽车控制器17内设定的下限值时，控制器17通过车速传感器18采集的车速信号和转速传感器20采集的转速信号进行对比，在车速信号对发动机1转速信号的要求不能达到设定的发动机1工作区域时，控制器17控制第一离合器13和第三离合器15处于闭合状态、第二离合器14处于离合状态，发动机1起动带动发动机轴7转动从而带动一级减速机构中的传动齿轮转动，该组传动齿轮中主动轮的直径大于被动轮的直径可加快发电电动机2转速从而提高发电效率，该传动齿轮带动发电电动机轴6转动从而带动发电电动机2发电并储存电能在蓄电池4中，蓄电池4将储存的电能输送给电动机3，电动机3通过第二二级减速机构驱动车轮16转动，整车由串联模式驱动，此时发动机1工作于最优油耗区域发电；在车速信号对发动机1转速信号的要求达到设定的发动机1工作区域时，整车由混联模式驱动，此时发动机1工作于最优油耗区域；在车速信号对发动机1转速信号的要求超出发动机1最优油耗区域时，整车由发动机1直接进行驱动。C、制动能量回收：在纯电动工况下，若蓄电池4能接受充电，则踩下制动踏板，驱动发电电动机2工作于发电状态，回收制动能量；在发动机1直接驱动时，若只收回油门踏板，离合器断开，发动机1动力由发电电动机2发电补充入蓄电池4，以利用怠速工况回收能量；若收回油门踏板同时踩下制动踏板，驱动发电电动机2工作于发电状态，回收制动能量；在串联驱动模式时，踩下制动踏板，驱动发电电动机2由电动模式切换至发电模式，回收制动能量。

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、发电电动机2、电动机3、蓄电池4、箱体5、发电电动机轴6、发动机轴7、第一传动轴8、左右半轴9、第二传动轴10、电动机轴11、差速器12、第一离合器13、第二离合器14、第三离合器15、车轮16、控制器17、车速传感器18、加速度传感器19、转速传感器20、蓄电池管理单元21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。

Claims (9)

1.一种汽车三离合混合动力驱动装置，在车底盘上设有左右半轴（9）和连接左右半轴（9）的差速器（12），该驱动装置包括发动机（1）、发电电动机（2）、电动机（3）和蓄电池（4），其特征在于，发电电动机（2）和电动机（3）均与蓄电池（4）连接，发动机（1）和发电电动机（2）通过一级减速机构连接并在发动机（1）和一级减速机构之间设置第一离合器（13），发动机（1）与差速器（12）通过第一二级减速机构连接并在第一二级减速机构中设置第二离合器（14）；电动机（3）和差速器（12）之间通过第二二级减速机构连接并在第二二级减速机构中设置第三离合器（15），本装置还包括汽车控制器（17）和分别与汽车控制器（17）连接的车速传感器（18）、加速度传感器（19）、转速传感器（20）和蓄电池管理单元（21），所述的蓄电池管理单元（21）用于控制发电电动机（2）的充放电和蓄电池（4）的蓄电量，所述的汽车控制器（17）用于对加速度传感器（19）和车速传感器（18）输送来的检测当前车速和当前加速度进行计算出所需的功率并输出控制信号控制上述的第一离合器（13）、第二离合器（14）和第三离合器（15）进行离合。

2.根据权利要求1所述的汽车三离合混合动力驱动装置，其特征在于，所述的一级减速机构包括设置于底盘上的发动机轴（7）和发电电动机轴（6），该发动机轴（7）和发电电动机轴（6）通过一组传动齿轮连接，上述的发动机（1）通过第一离合器（13）与发动机轴（7）连接，上述的发电电动机（2）与发电电动机轴（6）连接。

3.根据权利要求2所述的汽车三离合混合动力驱动装置，其特征在于，所述一级减速机构中的传动齿轮包括设置于发动机轴（7）上的主动轮和设置于发电电动机轴（6）上的被动轮，主动轮的直径大于被动轮的直径。

4.根据权利要求2或3所述的汽车三离合混合动力驱动装置，其特征在于，所述的第一二级减速机构包括第一传动轴（8），上述的发动机轴（7）和第一传动轴（8）之间通过一组传动齿轮连接且该组传动齿轮的从动轮和第一传动轴（8）之间通过上述的第二离合器（14）连接，第一传动轴（8）和差速器（12）之间通过一组传动齿轮连接。

5.根据权利要求4所述的汽车三离合混合动力驱动装置，其特征在于，所述的第二二级减速器机构包括电动机轴（11）和第二传动轴（10），上述的电动机（3）连接于电动机轴（11）上，电动机轴（11）和第二传动轴（10）之间通过一组传动齿轮连接，第二传动轴（10）和差速器（12）之间通过一组传动齿轮连接且该组传动齿轮的从动轮和第二传动轴（10）之间通过上述的第三离合器（15）连接。

6.根据权利要求5所述的汽车三离合混合动力驱动装置，其特征在于，本装置还包括一箱体（5），上述的发电电动机轴（6）、发动机轴（7）、第一传动轴（8）、左右半轴（9）、第二传动轴（10）和电动机轴（11）依次平行设置箱体（5）内。

7.根据权利要求6所述的汽车三离合混合动力驱动装置，其特征在于，所述的发电电动机（2）、电动机（3）和发动机（1）位于箱体（5）外，且发动机（1）单独位于箱体（5）的一侧，发电电动机（2）和电动机（3）位于箱体（5）的另一侧。

8.一种汽车三离合混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、蓄电池管理单元（21）检测到蓄电池（4）的蓄电量高于汽车控制器（17）内设定的下限值时，控制器（17）通过车速传感器（18）和加速度传感器（19）计算当前所需功率；在当前所需功率小于电动机（3）额定功率时，控制器（17）控制第一离合器（13）、第二离合器（14）处于分离状态，控制第三离合器（15）处于闭合状态，单独由电动机（3）驱动；在当前所需功率大于电动机（3）额定功率时，控制器（17）控制第一离合器（13）、第二离合器（14）和第三离合器（15）处于闭合状态，发动机（1）在驱动车轮（16）转动的同时，又带动发电电动机（2）发电并储存于蓄电池（4）中，蓄电池（4）将电能输送给电动机（3）使电动机（3）驱动车轮（16）转动，形成混联模式驱动，或者发动机（1）驱动车轮（16）转动但不带动发电电动机（2）发电，同时电动机（3）通过蓄电池（4）提供的电量驱动车轮（16）转动，形成并联模式驱动；

B、蓄电池管理单元（21）检测到蓄电池（4）的蓄电量低于汽车控制器（17）内设定的下限值时，控制器（17）通过车速传感器（18）采集的车速信号和转速传感器（20）采集的转速信号进行对比，在车速信号对发动机（1）转速信号的要求不能达到设定的发动机（1）工作区域时，整车由串联模式驱动，此时发动机（1）工作于最优油耗区域发电；在车速信号对发动机（1）转速信号的要求达到设定的发动机（1）工作区域时，整车由混联模式驱动，此时发动机（1）工作于最优油耗区域；在车速信号对发动机（1）转速信号的要求超出发动机（1）最优油耗区域时，整车由发动机（1）直接进行驱动。

9.根据权利要求8所述汽车三离合混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，该控制方法还包括制动能量回收步骤：在纯电动工况下，若蓄电池（4）能接受充电，则踩下制动踏板，驱动发电电动机（2）工作于发电状态，回收制动能量；在发动机（1）直接驱动时，若只收回油门踏板，离合器断开，发动机（1）动力由发电电动机（2）发电补充入蓄电池（4），以利用怠速工况回收能量；若收回油门踏板同时踩下制动踏板，发电电动机（2）工作于发电状态，回收制动能量；在串联模式驱动时，踩下制动踏板，发电电动机（2）由电动模式切换至发电模式，回收制动能量。