CN105501045A - 混合动力装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种混合动力装置及其控制方法，装置包括发动机以及位于发动机输出端的电机，发动机输出端与电机之间通过离合器***传动连接；离合器***位于电机的转子围成的空间内，包括同轴布置且沿轴向排列的鼓式离合器和齿式离合器；鼓式离合器的主动部分与转子固接，从动部分与发动机输出轴固接，齿式离合器主动部分与发动机输出轴固接，从动部分与转子固接；鼓式离合器、齿式离合器交错闭合。使用时，可以控制两个离合器的开闭，使得电机和发动机之间的扭矩传递，且整个混合动力装置的轴向长度小。

Description

混合动力装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，具体涉及一种混合动力装置及其控制方法。

背景技术

混合动力装置的动力源包括电机和发动机，根据不同的工况选择不同的动力源与传动***连接并进行动力输出。例如当汽车高速运行时，需要的扭矩和功率较高，则由发动机或发动机联合电机作为动力源输出；当汽车低速运行时，需要的扭矩和功率较低，则可以使发动机不工作，仅由电机作为动力源输出。

图1示出了现有的一种混合动力装置，其中电机1始终与传动***2传动连接，始终输出扭矩。发动机3通过离合器4与电机1传动连接，离合器4用于实现电机1和发动机3之间的连接或断开。当离合器4闭合时，发动机3与电机1连接，此时发动机3可以向传动***2输出扭矩；当离合器4分离时，发动机3与电机1断开，此时发动机3与传动***2断开，汽车可以以纯电机驱动模式运行。

这种混合动力装置的优点在于：在发动机不工作时、使其与电机断开，可以避免由于发动机跟随电机转动而消耗电机功率，提高混合动力装置的燃油经济性。

其缺点在于：相比与传动的动力装置，混合动力装置在发动机3与传动***2之间增加了电机1与离合器4，使得整个动力装置的轴向长度变大。而在汽车的安装空间十分有限，使得增加的电机1与离合器4面临安装的困难。

为解决上述问题，现有技术通常采用将离合器内置于电机中的方式来减小混合动力装置的轴向长度。其中离合器一般为传统的摩擦离合器、齿式离合器或鼓式离合器。

对于摩擦离合器，由于其主要部件如主动盘、摩擦片、从动盘之间是沿轴向排列的，轴向长度大，不能完全置于电机内部，仍旧需要占用电机之外的轴向空间，因此整个动力***的轴向长度仍然较大。

对于齿式离合器，其能够传递较大扭矩、但不能承受较大的速差，这将意味着电机1不能用于启动发动机3，而需要另外设置启动装置来用于启动发动机3，这也将增加整个动力装置的尺寸。

对于鼓式离合器，其可以承受较大的速差、也可以完全置于电机转子内部，但是由于结构上的局限性，鼓式离合器不能传递较大扭矩，这将致使发动机不能用于大功率运行工况。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种混合动力装置，其具有较小的轴向长度，且能满足发动机大功率运行工况。

为解决上述问题，本发明提供一种混合动力装置，包括发动机以及位于所述发动机输出端的电机，所述发动机输出端与所述电机之间通过离合器***传动连接，所述电机输出端用于与传动***传动连接；所述离合器***位于所述电机的转子围成的空间内，包括同轴布置且沿轴向排列的鼓式离合器和齿式离合器；所述鼓式离合器具有第一主动部分和第一从动部分，所述第一主动部分与所述电机转子连接并同步转动，所述第一从动部分与所述发动机输出端连接并同步转动；所述齿式离合器具有第二主动部分和第二从动部分，所述第二主动部分与所述发动机输出端连接并同步转动，所述第二从动部分与所述电机转子连接并同步转动；所述鼓式离合器闭合时、所述齿式离合器断开，所述电机可用于启动所述发动机；所述鼓式离合器断开时、所述齿式离合器闭合，所述发动机可用于输出扭矩。

可选的，所述鼓式离合器还包括与所述第一从动部分连接的压力元件；所述离合器***还包括操作机构，所述操作机构具有位于所述压力元件径向内侧的滑块，所述滑块与所述压力元件沿径向相对的表面相互接触，且至少一个为楔形面；所述滑块可沿轴向移动，所述压力元件和所述第一从动部分随着所述滑块的轴向移动而沿径向移动。

可选的，所述滑块与所述压力元件沿径向相对的表面均为楔形面，且两个楔形面之间相互贴合。

可选的，所述齿式离合器还包括连接支架，所述第二主动部分通过连接支架与所述滑块固定连接；所述连接支架和所述第二主动部分随着所述滑块的轴向移动而沿轴向移动。

可选的，所述发动机输出端固设有曲柄和连接于所述曲柄的曲柄支架，所述曲柄支架位于所述转子围成的空间内，所述压力元件和所述连接支架分别沿径向穿设于所述曲柄支架中、且与所述曲柄支架同步转动。

可选的，所述操作机构还具有与所述滑块连接的驱动部，所述驱动部驱动所述滑块沿轴向移动。

可选的，所述鼓式离合器中，所述第一主动部分同轴套设于第一从动部分外；所述第一从动部分具有多个沿周向分布的离合件，每一离合件对应一个压力元件，所述离合件能够沿径向移动、以与所述第一主动部分贴合或分离。

可选的，所述离合件与对应的所述压力元件之间通过第一弹性件连接。

可选的，周向相邻的离合件之间通过第二弹性件连接。

可选的，所述第一主动部分、所述第一从动部分径向相对的表面分别固设有摩擦片。

可选的，所述齿式离合器中，第二主动部分和第二从动部分沿轴向相对，所述第二主动部分能够沿轴向移动、以与第二从动部分啮合或分离。

可选的，所述转子的内周面上固设有转子支架，所述第一主动部分、所述第二从动部分分别固设于所述转子支架、并通过所述转子支架与所述转子连接。

本发明还提供一种用于上述第一项混合动力装置的控制方法，当所述电机启动所述发动机时，控制所述鼓式离合器闭合、所述齿式离合器断开；当所述发动机输出扭矩时，控制所述鼓式离合器断开、所述齿式离合器闭合。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

混合动力装置中，离合器***包括鼓式离合器和齿式离合器。使用时，可以将鼓式离合器用于电机向发动机输出扭矩以启动发动机，将齿式离合器用于发动机向传动***输出扭矩以驱动汽车行驶；并且鼓式离合器和齿式离合器均完全位于转子围成的空间内，可减小混合动力装置的轴向长度。

附图说明

图1是现有技术混合动力装置的结构示意图；

图2是本发明实施例的混合动力装置的结构示意图；

图3是本发明实施例的混合动力装置沿轴向方向的局部剖视图；

图4是本发明实施例的混合动力装置中电机启动发动机时的扭矩传递图；

图5是本发明实施例的混合动力装置中发动机驱动汽车行驶时的扭矩传递图；

图6是本发明实施例混合动力装置中鼓式离合器沿径向方向的结构示意图，其中未示出第一主动部分。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

本发明实施例提供一种混合动力装置，参照图2并结合图3，包括发动机10以及位于发动机输出端的电机20，发动机输出端与电机20之间通过离合器***30(图2中虚线部分所示)传动连接，电机20输出端用于连接传动***40。

电机20具有转子21，其中电机20为内转子电机，转子21为内转子。离合器***30位于转子21围成的空间内，离合器***30包括同轴布置且沿轴向排列的鼓式离合器31和齿式离合器32。其中鼓式离合器31、齿式离合器32之间沿轴向的相对位置没有限制，可以设置鼓式离合器31更靠近传动***40、或者设置齿式离合器更靠近传动***40。

在其他实施例中，电机也可以是外转子电机，但需要要求转子与定子之间的空间足够大，以容纳离合器***。

参照图3并结合图6，沿径向向内的方向，鼓式离合器31具有第一主动部分31a和第一从动部分31b，第一主动部分31a与电机20的转子21连接并与其同步转动，第一从动部分31b与发动机输出端连接并与其同步转动。

其中，第一主动部分31a和第一从动部分31b均为环形，第一主动部分31a同轴套设于第一从动部分31b外，第一从动部分31b具有多个沿周向分布的离合件31b’，每个离合件31b’能够沿径向移动、以与第一主动部分31a贴合或分离。离合件31b’的数量可以根据需要设置，本实施例中，设置离合件31b’为四个、且沿周向均匀分布，其中图6中只标出了其中一部分。

齿式离合器32具有第二主动部分32a和第二从动部分32b，第二主动部分32a与发动机输出端连接并同步转动，第二从动部分32b与电机20的转子21连接并同步转动。

其中，第二主动部分32a和第二从动部分32b均呈环形、且沿轴向相对，第二主动部分32a能够沿轴向移动、以与第二从动部分32b啮合或分离。

上述鼓式离合器31和齿式离合器32中，主动部分用于作为扭矩输入端，从动部分作为扭矩输出端，扭矩从主动部分传递至从动部分，以带动从动部分一侧的部件转动。

其中，鼓式离合器31和齿式离合器32交替闭合。也就是说，当鼓式离合器31闭合时、齿式离合器32断开，此时电机20可用于启动发动机10；反之，当鼓式离合器31断开时、齿式离合器32闭合，此时发动机10可用于输出扭矩。

本实施例混合动力装置的工作原理如下：

鼓式离合器31中，第一从动部分31b与发动机输出端连接并同步转动，第一主动部分31a与转子21连接并同步转动，则：当第一从动部分31b的离合件31b’沿径向向外移动至与第一主动部分31a贴合时(即鼓式离合器31闭合)，转子21和发动机输出端相互连接并同步转动，从而实现电机20与发动机10的连接并同步转动；当第一从动部分31b沿径向向内移动至与第一主动部分31a分离时，转子21与发动机输出端断开，使得电机20与发动机10断开。由于鼓式离合器31能够承受较大的速差，因此，当发动机10静止、电机20运转时，可以将电机20作为发动机10的启动电机，需要启动发动机10时，将鼓式离合器31闭合，实现电机20带动发动机10转动。

齿式离合器32中，第二主动部分32a与发动机输出端连接并同步转动，第二从动部分32b与转子21连接并同步转动，则与鼓式离合器31相似的，当第二主动部分32a沿轴向移动至与第二从动部分32b贴合时(即齿式离合器32闭合)，电机20与发动机10连接并同步转动；当第二主动部分32a沿轴向移动至与第二从动部分32b分离时，电机20与发动机10断开。由于齿式离合器32能够承受较大的扭矩，可用于传递发动机扭矩，因此，当发动机10启动后，可以将齿式离合器32闭合，以将发动机10的扭矩通过转子21传递给传动***40。

实际操作中，当需要启动发动机时，则将鼓式离合器31闭合、齿式离合器32分离，电机20的扭矩传递给发动机10，使发动机10启动(图4，图4中空心箭头所指方向表示扭矩传递方向)；当发动机10启动后、需要向传动***输出扭矩、特别是要输出较大扭矩时，则将齿式离合器32闭合、鼓式离合器31分离，使得发动机10的扭矩传递给电机20、然后传递给传动***40，驱动汽车运行(图5，图5中空心箭头所指方向表示扭矩传递方向)。

由此可见，本实施例的混合动力装置中，通过控制鼓式离合器31和齿式离合器32的闭合或分离，可以控制发动机10与电机20之间的扭矩传递。既可以将电机20作为发动机启动电机使用，也能够实现发动机10向传动***输出大扭矩。同时离合器***30位于电机20的转子21内部，不占用电机20外的轴向空间，整个混合动力装置的轴向长度较小。

继续参照图3，发动机输出端固设有曲柄11和连接于曲柄11的曲柄支架12，曲柄支架12位于转子21围成的空间内、且与发动机输出端同步转动。

鼓式离合器31中，每一离合件31b’通过一压力元件31c与发动机输出端的曲柄支架12连接。具体地，压力元件31c的一端与对应的离合件31b’连接，另一端沿径向穿设于曲柄支架12中，其中压力元件31c可相对曲柄支架12径向移动、但与曲柄支架12同步转动。其中，每一离合件31b'与对应的压力元件31c之间通过第一弹性件31f连接，当离合件31b’与对应的第一主动部分31a贴合时，第一弹性件31f可以在两者之间提供缓冲，保证两者之间的平稳贴合。

齿式离合器32中，第二主动部分32a通过一连接支架32c与发动机输出端的曲柄支架12连接。具体地，连接支架32c的一端与第二主动部分32a连接，另一端沿径向穿设于曲柄支架12中，其中连接支架32c可相对于曲柄支架12轴向移动、但与曲柄支架12同步转动。

转子21的内周面上固设有转子支架22，鼓式离合器31的第一主动部分31a、齿式离合器32的第二从动部分32b分别通过转子支架22固设于转子21，例如第一主动部分31a、第二从动部分32b可以嵌设在转子支架22中。

其中，鼓式离合器31中，第一主动部分31a、第一从动部分31b径向相对的表面分别固设有摩擦片31d。

参照图3，本实施例中通过一操作机构33(图3)，实现鼓式离合器31和齿式离合器32交替闭合。操作机构33具有位于压力元件31c径向内侧的滑块33a，以及与滑块33a连接的驱动部33b，驱动滑块33a沿轴向移动，驱动部33b为液压缸。滑块33a沿径向的外侧具有第一楔形面A，第一楔形面A与压力元件31c的径向内侧接触。压力元件31c沿径向的内侧具有与第一楔形面A贴合的第二楔形面B。滑块33a可沿轴向移动、即第一楔形面A轴向移动，从而改变第一楔形面A与第二楔形面B之间的接触部位，以推动压力元件31c和第一从动部分31b沿径向移动，即压力元件31c和第一从动部分31b能够随着滑块33a的轴向移动而朝向或远离第一主动部分31a移动，以实现与第一主动部分31a的贴合或分离。

其中，参照图6，第一楔形面A为环形，其同时与周向分布的四个压力元件32c接触。

齿式离合器32中，连接支架32c与滑块33a连接。连接支架32c和第二主动部分32a能够随着滑块33a的轴向移动而沿轴向移动，即朝向或远离第二从动部分32b移动，以实现与第二从动部分32b的贴合或分离。

由此可见，操作机构33通过控制滑块33a的轴向移动，可以控制鼓式离合器31和齿式离合器32交替开闭。如图3，当滑块33a向右移动时，滑块33a推动压力元件33c和第一从动部分31b径向向外移动、并与第一主动部分31a贴合，同时滑块33a带动第二主动部分32a远离第二从动部分32b移动、与第二从动部分32b分离，这样实现鼓式离合器31闭合时，齿式离合器32分离(图4)。反之，滑块33a反向移动，实现鼓式离合器31分离，齿式离合器32闭合(图5)。图3中，沿纸面从左往右的方向，滑块33a中第一楔形面A的径向尺寸变小，则设置第二主动部分32a位于第二从动部分32b和鼓式离合器31之间。

在其他实施例中，如果滑块中第一楔形面的形状与本实施例相反，则将第二从动部分设于第二主动部分和鼓式离合器之间即可。

如图3，操作机构33的驱动部33b通过第一轴承33c设于发动机10的曲轴11上，滑块33a则通过第二轴承33d设于驱动部33b的输出端。驱动部33b相对于其他部件保持静止，以减小混合动力装置中扭矩传递时产生的损耗。

在其他实施例中，驱动部也可以采用例如气缸等其他驱动形式。压力元件与滑块径向相对的表面中，只要有一个表面为楔形面即可，另一个表面也可以是其他形状，例如平面，只要两个表面保持始终相互接触，使得滑块的轴向移动能够使压力元件沿径向移动即可。

参照图6，鼓式离合器31中，周向相邻的离合件31b'之间通过第二弹性件31e连接，第一从动部分31b与第二弹性件31e围成一个环形。如图3中，当滑块33a沿纸面向右移动时，四个离合件31b’在滑块33a的推动下分别朝向第一主动部分31a运动，围成的环形的直径变大，此时第二弹性件31e被张紧并积蓄回复力；当滑块33a反向移动时，由于离心力的存在，离合件31b’不会自动发生反向移动，此时则由第二弹性件31e提供回复力使围成的环形回到初始直径，以使得使第一从动部分31b回到初始位置。

本实施例中，可以采用机械方式或利用控制单元通过程序控制的方式来控制操作机构33的运动，以实现鼓式离合器31和齿式离合器32的交替闭合

在其他实施例中，也可以设置操作机构分别对鼓式离合器和齿式离合器独立控制。

本实施例还提供一种用于上述混合动力装置的控制方法，其中，当电机20用于启动发动机10时，控制鼓式离合器31闭合、齿式离合器32断开；当发动机10用于输出扭矩时，控制鼓式离合器31断开、齿式离合器32闭合。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (13)

1.一种混合动力装置，包括发动机以及位于所述发动机输出端的电机，所述发动机输出端与所述电机之间通过离合器***传动连接，所述电机输出端用于与传动***传动连接；

其特征在于，所述离合器***位于所述电机的转子围成的空间内，包括同轴布置且沿轴向排列的鼓式离合器和齿式离合器；

所述鼓式离合器具有第一主动部分和第一从动部分，所述第一主动部分与所述电机转子连接并同步转动，所述第一从动部分与所述发动机输出端连接并同步转动；

所述齿式离合器具有第二主动部分和第二从动部分，所述第二主动部分与所述发动机输出端连接并同步转动，所述第二从动部分与所述电机转子连接并同步转动；

所述鼓式离合器闭合时、所述齿式离合器断开，所述电机可用于启动所述发动机；

所述鼓式离合器断开时、所述齿式离合器闭合，所述发动机可用于输出扭矩。

2.如权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述鼓式离合器还包括与所述第一从动部分连接的压力元件；

所述离合器***还包括操作机构，所述操作机构具有位于所述压力元件径向内侧的滑块，所述滑块与所述压力元件沿径向相对的表面相互接触，且至少一个为楔形面；

所述滑块可沿轴向移动，所述压力元件和所述第一从动部分随着所述滑块的轴向移动而沿径向移动。

3.如权利要求2所述的混合动力装置，其特征在于，所述滑块与所述压力元件沿径向相对的表面均为楔形面，且两个楔形面之间相互贴合。

4.如权利要求2所述的混合动力装置，其特征在于，所述齿式离合器还包括连接支架，所述第二主动部分通过连接支架与所述滑块固定连接；

所述连接支架和所述第二主动部分随着所述滑块的轴向移动而沿轴向移动。

5.如权利要求4所述的混合动力装置，其特征在于，所述发动机输出端固设有曲柄和连接于所述曲柄的曲柄支架，所述曲柄支架位于所述转子围成的空间内，所述压力元件和所述连接支架分别沿径向穿设于所述曲柄支架中、且与所述曲柄支架同步转动。

6.如权利要求2所述的混合动力装置，其特征在于，所述操作机构还具有与所述滑块连接的驱动部，所述驱动部驱动所述滑块沿轴向移动。

7.如权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述鼓式离合器中，所述第一主动部分同轴套设于第一从动部分外；

所述第一从动部分具有多个沿周向分布的离合件，每一离合件对应一个压力元件，所述离合件能够沿径向移动、以与所述第一主动部分贴合或分离。

8.如权利要求7所述的混合动力装置，其特征在于，所述离合件与对应的所述压力元件之间通过第一弹性件连接。

9.如权利要求7所述的混合动力装置，其特征在于，周向相邻的离合件之间通过第二弹性件连接。

10.如权利要求7所述的混合动力装置，其特征在于，所述第一主动部分、所述第一从动部分径向相对的表面分别固设有摩擦片。

11.如权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述齿式离合器中，第二主动部分和第二从动部分沿轴向相对，所述第二主动部分能够沿轴向移动、以与第二从动部分啮合或分离。

12.如权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述转子的内周面上固设有转子支架，所述第一主动部分、所述第二从动部分分别固设于所述转子支架、并通过所述转子支架与所述转子连接。

13.一种用于权利要求1所述混合动力装置的控制方法，其特征在于，当所述电机启动所述发动机时，控制所述鼓式离合器闭合、所述齿式离合器断开；

当所述发动机输出扭矩时，控制所述鼓式离合器断开、所述齿式离合器闭合。