CN106541819B - 一种多动力源耦合传动***及控制方法 - Google Patents

一种多动力源耦合传动***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多动力源耦合传动***及控制方法，属于车辆领域。所述多动力源耦合传动***用于车辆动力的耦合与传动，包括至少两个动力源，其中，相邻的两个动力源为一组且它们的输出轴相对布置；离合器，位于所述相邻的两个动力源之间；差动轮系，位于与所述离合器前端且布置在所述相邻的两个动力源之间，用于调节远离所述离合器的动力源的转速；和调速动力源，用于输出一个可控制的转速到所述差动轮系；其中，每组动力源均对应有离合器、差动轮系及调速动力源。本发明还提供了相应的控制方法。本发明的多动力源耦合传动***可以快速调节动力源输出转速，从而降低对离合器的冲击，延长离合器寿命。

Description

一种多动力源耦合传动***及控制方法
技术领域
本发明涉及车辆领域，特别是涉及一种多动力源耦合传动***及控制方法。
背景技术
混合动力车辆运行时，当发动机从不工作切换到与电动机共同工作或者发动机单独工作时，经常发生电机倒拖发动机的现象，特别是当电动机与发动机结合的转速差很大时，离合器滑磨严重并受到很大的冲击。
现有技术中，通常采用离合器接合前启动发动机的方法，将发动机转速从怠速调节到电机转速附近，通过闭环监控发动机瞬时转速与电机瞬时转速，当二者转速差小于一定值时瞬时接入。
但是，因最佳接入时段的出现时刻受影响因素较多，且发动机本身短时间调速到指定转速比较困难，使得最佳接入时段出现的时间不固定，造成离合时间周期长和离合周期不确定等弊端，严重影响驾驶感受。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种多动力源耦合传动***，能够快速使得需耦合动力源的转速相匹配，以达到响应速度快，灵敏度高的效果。
本发明的另一个目的是提供一种多动力源耦合传动的控制方法，通过该方法，能够快速将需耦合动力源的转速相匹配，从而减小离合器受到的冲击和磨损，延长离合器寿命并提高传动***的可靠性和车辆的噪声、振动与声振粗糙度(NVH)性。
特别地，本发明提供了一种多动力源耦合传动***，用于车辆动力的耦合与传动，包括：
动力源，至少为两个，其中，相邻的两个动力源为一组且它们的输出轴相对布置；
离合器，位于所述相邻的两个动力源之间，在所述相邻的两个动力源转速相匹配时结合；
差动轮系，位于与所述离合器前端且布置在所述相邻的两个动力源之间，用于调节远离所述离合器的动力源的转速，使得所述转速和与临近所述离合器的动力源的转速相匹配；和
调速动力源，用于输出一个可控制的转速到所述差动轮系；
其中，每组动力源均对应有离合器、差动轮系及调速动力源。
进一步地，所述差动轮系包括第一原动件、第二原动件和执行件，所述第一原动件与远离所述离合器的动力源的输出轴相连接，所述第二原动件与所述调速动力源的输出轴相连接，所述执行件与临近所述离合器的动力源的主传动轴相连接。
进一步地，所述第一原动件为行星轮，所述行星轮与远离所述离合器的动力源之间设置有行星架，所述行星架的一端为所述行星轮中心轴，所述行星架的另一端与远离所述离合器的动力源的输出轴相连接，用于输入第一转速。
进一步地，所述第二原动件为外圈，所述外圈与所述调速动力源的输出轴相连，用于输入第二转速。
进一步地，所述执行件为太阳轮，所述太阳轮的中心轴与临近所述离合器的动力源的主传动轴相连接，用于输出第三转速。
进一步地，所述多动力源耦合传动***还包括自锁机构，用于保持所述外圈的单向转动。
进一步地，所述自锁机构为蜗轮蜗杆机构，涡轮为设置在所述外圈的外表面的蜗轮齿面，蜗杆为设置在所述调速动力源的输出轴的蜗杆。
进一步地，所述调速动力源为步进电机；
优选地，所述调速动力源为伺服电机。
进一步地，所述动力源为发动机或电动机。
特别地，本发明还提供了一种多动力源耦合传动的控制方法，包括以下步骤：
监测步骤：监测需耦合的两个动力源的输出转速以及调速动力源的输出转速；
调速步骤：通过差动***调节一个动力源的输出转速；
计算步骤：计算所述差动***的输出转速；
判断步骤：判断计算得出的所述差动***的输出转速和另一个动力源的差值是否小于阈值，如果是，则进入接合步骤，否则进入调速步骤；
接合步骤：通过离合器接合所述两个动力源，所述调速动力源减速至停机；
可选地，在接合步骤之后还包括自锁步骤：固定所述差动***的输出转速；可选地，所述阈值为50r/min；
可选地，所述阈值为20r/min。
本发明的多动力源耦合传动***及控制方法，通过在离合器前方添加一套差动轮系调节动力源输出转速，所述调速机构惯量小，灵敏度高，可以快速调节动力源输出轴转速，将动力源输出轴之间的转速差减小到阈值，从而减小离合器受到的冲击和磨损，延长离合器寿命并提高整套装置的可靠性和车辆的NVH特性。
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多动力源耦合传动***的结构示意图；
图2是根据本发明另一个实施例的多动力源耦合传动***的结构示意图；
图3是根据本发明另一个实施例的多动力源耦合传动***的差动轮系的立体图；
图4是根据本发明一个实施例的多动力源耦合传动的控制方法的工作流程图。
具体实施方式
本发明的多动力源耦合传动***的一个实施例如图1所示，所述多动力源耦合传动***用于车辆动力的耦合与传动，一般可以包括至少两个动力源(参见图1中的1、2)、离合器3、差动轮系4和调速动力源5。其中，相邻的两个动力源(参见图1中的1、2)为一组且它们的输出轴相对布置；所述离合器3位于所述相邻的两个动力源(参见图1中的1、2)之间，在所述相邻的两个动力源(参见图1中的1、2)转速相匹配时结合；所述差动轮系4位于与所述离合器3前端且布置在所述相邻的两个动力源(参见图1中的1、2)之间，用于调节远离所述离合器3的动力源的转速，使得所述转速和与临近所述离合器3的动力源的转速相匹配；所述调速动力源5用于输出一个可控制的转速到所述差动轮系4；其中，每组动力源均对应有离合器3、差动轮系4及调速动力源5。
本实施例中的前端是以动力传输的方向定义的前后。
本实施例中，有两个动力源(如图1中的1、2)。在其他实施例中，还可以有两个以上数量的动力源，所述动力源可以为发动机或者电动机。其中，两个动力源为一组，每组动力源对应有各自的离合器3、差动轮系4和调速动力源5。例如双电机与发动机共同驱动的混动模式，此时动力源为三个：发动机、电动机一和电动机二，它们按动力传输的方向依次排列，发动机和电动机一形成一组动力源，电动机一和电动机二形成另一组动力源，这两组动力源之间有各自的离合器3、差动轮系4和调速动力源5。
本发明的多动力源耦合传动***，可用于双电机驱动、电机与发动机共同驱动等混动模式。为方便描述，现将相邻的两个动力源中远离所述离合器3的动力源称为第一动力源1，临近所述离合器3的动力源称为第二动力源2。本发明通过在离合器3前方添加一套差动轮系4和调速动力源5形成调速机构，所述第一动力源1和所述调速动力源5作为该差动轮系4的输入。由差动轮系4的固有特性可知，在有两个确定的转速输入时，所述差动轮系4可输出一个确定的转速，所述第一动力源1输出转速n1，通过控制所述调速动力源5的输出转速n2，可以不断调节所述差动***的输出转速n3，直至该输出转速n3与所述第二动力源2的转速n0的转速差n小于一个阈值时，所述第一动力源1和第二动力源2的转速达到匹配条件，这时结合它们之间的离合器3，完成动力耦合。本领域中，一般认为转速差n不大于50r/***观感受上是可以接受的,即转速差n不大于50r/min时，所述第一动力源1和第二动力源2的转速达到匹配条件。本发明将现有技术中直接调节第一动力源1输出轴转速转变成通过差动***间接调节第一动力源1的输出转速，通常所述第一动力源1为电动机或发动机，惯量较大，而所述差动轮系4本身的惯量远小于所述第一动力源1的惯量，因此利用所述差动轮系4调节动力源输出转速灵敏度高，能快速降低动力源输出轴之间的转速差，从而减小离合器3受到的冲击和磨损，延长离合器3寿命并提高整套装置的可靠性和NVH特性。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，还可以参见图3，所述差动轮系4包括第一原动件、第二原动件和执行件，所述第一原动件为行星轮401，所述行星轮401与所述第一动力源1之间设置有行星架402，所述行星架402的一端为所述行星轮401中心轴，其另一端与所述第一动力源1的输出轴10可通过第一法兰101相连接，用于输入第一转速n1；所述第二原动件为外圈403，所述外圈403与所述调速动力源5的输出轴50相连接，用于输入第二转速n2；所述执行件为太阳轮404，所述太阳轮404的中心轴40通过第二法兰102与临近所述离合器3的动力源即第二动力源2的主传动轴6相连，用于输出第三转速n3。所述调速动力源5为步进电机，优选地，所述调速动力源5为伺服电机，由于伺服电机转速精确可控，可以更好的控制其输出转速，从而使得差动轮系4的调速更精确。
在本发明的另一个实施例中，如图2所示，还可以参见图3，所述的多动力源耦合传动***还包括自锁机构，所述自锁机构为蜗轮蜗杆机构，所述外圈403的外表面加工为蜗轮齿面，所述调速动力源5的输出轴加工为蜗杆，所述蜗轮齿面与所述蜗杆相配合，形成所述蜗轮蜗杆机构，用于保持所述外圈403的单向转动。
在所述主传动轴6转速n3达到匹配条件，离合器3将第一动力源1和第二动力源2相结合后，步进电机或伺服电机降低转速至停转，由于蜗轮蜗杆机构的传动具有单向性，所述步进电机或伺服电机停转后，由于蜗轮蜗杆机构反向自锁，使得所述差动轮系4的外圈403停止转动，所述差动轮系4形成定比刚性连接，稳定地输出目标转速，进一步地化解对离合器3的冲击。其中，伺服电机可按照一定比率降低转速至停转，使得所述外圈403的减速更平稳。
本发明的多动力源耦合传动的控制方法一个实施例如图4所示，包括以下步骤：
监测步骤S100：监测需耦合的两个动力源的输出转速以及调速动力源5的输出转速；
调速步骤S200：通过差动***调速一个所述动力源的输出转速；
计算步骤S300：计算所述差动***的输出转速；
判断步骤S400：判断计算得出的所述差动***的输出转速和另一个所述动力源的差值是否小于阈值，如果是，则进入接合步骤，否则进入调速步骤；
接合步骤S500：通过离合器3接合两个所述动力源，所述调速动力源5减速至停机。
具体来说，实时监测所述第一动力源1输出轴转速n1、所述第二动力源2的输出轴转速n0和所述调速动力源5的输出轴转速为n2，通过调节n2来调节差动***的输出转速n3并传输至主传动轴6，n3可根据所述差动***的传动比、所述第一动力源1的输出转速n1及调速动力源5的输出转速n2计算得出，这样就不需要额外增加检测所述差动***的输出转速n3的传感器，降低了成本。将主传动轴6转速n3输入到车辆的控制单元，所述控制单元计算n3和n0的差值A，如果A大于阈值，则所述控制单元向调速动力源5发出调速指令，降低或增加调速动力源5的输出转速n2，重复上述步骤，直至A值小于阈值，可选地，所述阈值为50r/min，这时认为第一动力源1和第二动力源2达到耦合条件。满足耦合条件后，所述离合器3将第一动力源1和第二动力源2接合，调速动力源5降低转速直至停机。
可选地，在接合步骤S500之后还包括自锁步骤S600：固定所述差动***的输出转速。
如前所述，自锁机构可以为蜗轮蜗杆机构，该机构可实现所述差动轮系4的定比刚性连接，从而稳定的输出转速，进一步地减小了转速差对离合器3带来的冲击，延长离合器3的寿命，也提高了整套装置的可靠性和车辆的NVH特性。
可选地，所述阈值也可为20r/min，这种情况下需要进一步提高所述传动***的控制精度。
需要说明的是，还可以采用不同的差动轮系组合方式，即调整输入输出轴与行星轮、太阳轮的连接方式，实现扭矩放大、缩小等功能，作为短时扭矩放大器做无极调速器使用。
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。

Claims (12)

1.一种多动力源耦合传动***，用于车辆动力的耦合与传动，包括：
动力源，至少为两个，其中，相邻的两个动力源为一组且它们的输出轴相对布置；
离合器，位于所述相邻的两个动力源之间，在所述相邻的两个动力源转速相匹配时结合；
差动轮系，位于所述离合器前端且布置在所述相邻的两个动力源之间，用于调节远离所述离合器的动力源的转速，使得所述转速和与临近所述离合器的动力源的转速相匹配；和
调速动力源，用于输出一个可控制的转速到所述差动轮系；
其中，每组动力源均对应有离合器、差动轮系及调速动力源；
所述差动轮系包括第一原动件、第二原动件和执行件，所述第一原动件与远离所述离合器的动力源的输出轴相连接，所述第二原动件与所述调速动力源的输出轴相连接，所述执行件与临近所述离合器的动力源的主传动轴相连接；
所述第一原动件为行星轮，所述行星轮与远离所述离合器的动力源之间设置有行星架，所述行星架的一端为所述行星轮中心轴，所述行星架的另一端与远离所述离合器的动力源的输出轴相连接，用于输入第一转速。
2.根据权利要求1所述的多动力源耦合传动***，其特征在于，所述第二原动件为外圈，所述外圈与所述调速动力源的输出轴相连，用于输入第二转速。
3.根据权利要求2所述的多动力源耦合传动***，其特征在于，所述执行件为太阳轮，所述太阳轮的中心轴与临近所述离合器的动力源的主传动轴相连接，用于输出第三转速。
4.根据权利要求3所述的多动力源耦合传动***，其特征在于，还包括自锁机构，用于保持所述外圈的单向转动。
5.根据权利要求4所述的多动力源耦合传动***，其特征在于，所述自锁机构为蜗轮蜗杆机构，蜗轮为设置在所述外圈的外表面的蜗轮齿面，蜗杆为设置在所述调速动力源的输出轴的蜗杆。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的多动力源耦合传动***，其特征在于，所述调速动力源为步进电机。
7.根据权利要求6所述的多动力源耦合传动***，其特征在于，
所述调速动力源为伺服电机。
8.根据权利要求6所述的多动力源耦合传动***，其特征在于，所述动力源为发动机或电动机。
9.一种根据权利要求1-8中任一项所述的多动力源耦合传动***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
监测步骤：监测需耦合的两个动力源的输出转速以及调速动力源的输出转速；
调速步骤：通过差动***调节一个动力源的输出转速；
计算步骤：计算所述差动***的输出转速；
判断步骤：判断计算得出的所述差动***的输出转速和另一个动力源的差值是否小于阈值，如果是，则进入接合步骤，否则进入调速步骤；
接合步骤：通过离合器接合所述两个动力源，所述调速动力源减速至停机。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，
在接合步骤之后还包括自锁步骤：固定所述差动***的输出转速。
11.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，
所述阈值为50r/min。
12.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，
所述阈值为20r/min。
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