混合动力汽车的动力系统及其动力传动方法与流程

本发明涉及混合动力汽车技术领域，特别涉及一种混合动力汽车的动力系统及其动力传动方法。

背景技术：

随着油耗和排放法规的日益严格，汽车的经济性和排放性能需要不断提升。混合动力汽车作为一种有效、可靠的新能源汽车解决方法，具有较强的节能、减排能力和广阔的市场前景。

目前，采用自动变速器的单电机定轴式并联混合动力系统分为两类，第一类为电机安装在发动机和变速器之间，且电机通过离合器与发动机解耦(离合器断开，电机与发动机分开)的混合动力系统(以下简称为P2型动力系统)，第二类为电机安装在变速器和差速器之间的混合动力系统(以下简称为P3型动力系统)。如图1所示，在P2型动力系统中，电机20安装在发动机10和变速器30之间，且通过离合器40与发动机10解耦，电机20的转矩通过离合器41与变速器30输出给动力输出轴50，动力输出轴50连接差速器60，将转矩传递给A车轮70与B车轮71，对电机峰值功率和转矩的要求较低，同时电机工作效率得到提升，但是由于电机安装在变速器输入端，换挡时存在扭矩中断问题，而且，P2型动力系统轴向布置空间有限，电机功率较小。如图2所示，在P3型动力系统中，电机20安装在变速器30的输出端，变速器30换挡时，电机20提供补偿扭矩，可以实现无扭矩中断换挡，但是，P3型动力系统无法实现车辆静止状态下快速起动发动机和停车发电。

因此，需要设计一种既可以实现发动机静车快速起动和停车发电，又实现无扭矩中断换挡的动力传动装置及动力传动方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种混合动力汽车的动力系统及其动力传动方法，以解决现有的动力传动装置及方法无法同时实现发动机静车快速起动、停车发电及无扭矩中断换挡的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种混合动力汽车的动力系统，所述混合动力汽车的动力系统包括发动机、变速器、离合器、动力中断装置、动力输出轴及电机，其中：

所述发动机用于为所述混合动力汽车的动力系统提供转矩；

所述变速器包括输入端与输出端，用于控制所述混合动力汽车的动力系统的动力输出；

所述离合器连接于所述发动机与所述变速器的输入端之间，用于分离所述发动机与所述变速器的输入端；

所述动力中断装置连接于所述变速器的输出端与所述动力输出轴之间；

所述电机连接所述变速器的输出端与所述动力中断装置之间，用于输出转矩和发电。

可选的，在所述的混合动力汽车的动力系统中，所述动力中断装置为离合装置、制动器或同步器。

可选的，在所述的混合动力汽车的动力系统中，所述动力中断装置在所述变速器换挡过程中保持接合状态。

可选的，在所述的混合动力汽车的动力系统中，所述动力中断装置在所述发动机静车起动过程中保持断开状态。

可选的，在所述的混合动力汽车的动力系统中，所述动力中断装置在所述车辆停车发电过程中保持断开状态。

本发明还提供一种混合动力汽车动力传动方法，所述混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：

所述混合动力汽车的动力系统收到发动机静车起动或车辆停车发电指令；

所述混合动力汽车的动力系统中的动力中断装置断开；

所述混合动力汽车的动力系统中的离合器接合；

所述混合动力汽车的动力系统中的电机发电或输出转矩；

所述混合动力汽车的动力系统完成发动机静车起动或车辆停车发电。

可选的，在所述的混合动力汽车动力传动方法中，所述混合动力汽车动力传动方法还包括：所述混合动力汽车的动力系统中的动力中断装置转换为滑摩状态。

可选的，在所述的混合动力汽车动力传动方法中，所述动力中断装置为干式离合器或湿式离合器。

可选的，在所述的混合动力汽车动力传动方法中，所述混合动力汽车动力传动方法用于车辆由停车发电状态转换为蠕行状态。

可选的，在所述的混合动力汽车动力传动方法中，所述混合动力汽车的动力系统中的电机发电。

本发明还提供一种混合动力汽车动力传动方法，所述混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：

所述混合动力汽车的动力系统中的变速器收到换挡指令；

所述混合动力汽车的动力系统中的变速器进行换挡操作，其中，所述变速器进行换挡操作包括离合器断开，摘挡，挂挡，离合器接合；

所述混合动力汽车的动力系统中的动力中断装置在所述混合动力汽车动力传动方法中的换挡过程中保持接合状态。

所述混合动力汽车的动力系统中的电机在上述换挡过程中向动力输出轴输出转矩。

在本发明提供的混合动力汽车的动力系统及其动力传动方法中，动力中断装置连接于变速器的输出端与动力输出轴之间，接合和断开变速器的输出端与动力输出轴的动力传输。在发动机静车起动或车辆停车发电状态下，动力中断装置断开，离合器接合，发动机与电机的动力相互耦合，实现快速起动、停车发电；当变速器换挡状态下，动力中断装置接合，电机提供补偿扭矩，可以实现无扭矩中断换挡，该动力传动方法可同时实现快速起动、停车发电及无扭矩中断换挡。

本发明保留了现有P3型混合动力汽车的动力系统可以实现无动力中断换挡的优点，同时实现了车辆静止状态下的发动机快速静车起动和车辆停车发电，提升了现有单电机定轴式并联混合动力汽车传动装置的性能。

本发明的混合动力传动装置仅通过在传统自动变速器基础上增加一个动力中断装置，可以有效摆脱自动变速器(以下简称为AT)和双离合自动变速器(以下简称为DCT)等技术瓶颈。与采用AT/DCT作为传动装置的混合动力系统相比，集成难度低，增加成本小。

附图说明

图1是现有的混合动力汽车P2型动力传动装置结构图；

图2是现有的混合动力汽车P3型动力传动装置结构图；

图3是本发明实施例一的混合动力汽车的动力系统结构图；

图4是本发明实施例一、二和三的混合动力汽车的动力系统示意图；

图中所示：10-发动机；20-电机；30-变速器；31-输入端；32-输出端；33-A挡输入轴齿轮；34-B挡输入轴齿轮；35-A挡和B挡切换同步器；36-A挡输出轴齿轮；37-B挡输出轴齿轮；40-离合器；50-动力输出轴；60-差速器；70-A车轮；71-B车轮；80-动力中断装置。

具体实施方式

以下结合附图3～4和具体实施例对本发明提出的混合动力汽车的动力系统及其动力传动方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

本发明的核心思想在于提供一种混合动力汽车的动力系统及其动力传动方法，以实现同时实现发动机静车快速起动、停车发电及无扭矩中断换挡。

为实现上述思想，本发明提供了一种混合动力汽车的动力系统，包括发动机、变速器、离合器、动力中断装置、动力输出轴及电机；本发明提供的混合动力汽车动力传动方法包括动力中断装置和离合器的断开和接合。

<实施例一>

发动机起动分两种情况，一种是静车起动，即发动机起动时车辆静止一种是行车起动，即车辆行进过程中(电机驱动)的发动机起动。本实施例中涉及的发动机起动状态指车辆静止时的发动机起动。

本实施例中所述的停车发电，是指车辆在停车状态下，发动机与电机组成发电单元为电池充电。发动机停机时，车辆有可能处于纯电动驱动状态，即仅由电机驱动车辆，不适用于本实施例。

如图3所示，图3是本发明实施例一混合动力汽车的动力系统结构图，本实施例提供了一种混合动力汽车的动力系统1，混合动力汽车的动力系统1包括发动机10、变速器30、离合器40、动力中断装置80、动力输出轴50及电机20，其中：发动机10用于为混合动力汽车的动力系统1提供转矩；所述变速器30包括输入端31与输出端32，变速器30用于控制混合动力汽车的动力系统1的动力输出，即速度和转矩输出的大小；离合器40连接于发动机10与变速器30的输入端31之间，用于换挡时分离发动机10与变速器30的输入端31；动力中断装置80连接于变速器30的输出端32与动力输出轴50之间，用于接合或断开变速器30的输出端32与动力输出轴50的动力传输；电机20连接变速器30的输出端32与动力中断装置80之间，用于输出转矩和发电；动力输出轴50输出动力传动装置1的转矩给差速器60，并通过差速器60传递给A车轮70与B车轮71，以实现汽车的运行。

如图4所示，图4是本发明实施例一混合动力汽车的动力系统示意图。其中，变速器30包括A挡输入轴齿轮33、B挡输入轴齿轮34、A挡与B挡切换同步器35、A挡输出轴齿轮36及B挡输出轴齿轮37。

动力中断装置80可以为离合装置、制动器或同步器，如爪形离合器，干式离合器，湿式离合器等，只要可以实现扭矩的通断即可。

动力中断装置80在变速器30换挡过程中保持接合状态。以A挡换B挡为例：换挡前，变速器30在A挡，离合器40接合，A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33接合，动力中断装置80接合；混合动力汽车的动力系统中的变速器30收到换挡指令后，变速器30进行换挡操作，其中，所述变速器进行换挡操作包括离合器40断开，摘挡(A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33分离)，挂挡(A挡和B挡切换同步器35与B挡输入轴齿轮34接合)，最后离合器40接合完成换挡。从离合器40分离开始到离合器40完全接合这段过程中，发动机10动力存在中断，电机20转矩通过动力中断装置80，动力输出轴50，差速器60，传递给车轮，即电机20在上述整个换挡过程中向动力输出轴50输出转矩，通过输出补偿扭矩，可以实现无动力中断换挡，提高换挡平顺性。

动力中断装置80在发动机10静车起动过程中保持断开状态。本实施例中的发动机静车起动过程是指发动机转速从零到某非零值的过程，针对发动机而言，起步过程是指车速从零到某非零值的过程，针对车辆而言。本实施例中的发动机静车起动就是指车辆起步前的发动机起动过程，即车速为零时，发动机的起动过程。

当车辆静止且电池电量较低时，则混合动力汽车的动力系统将收到发动机静车起动需求，此时发动机10的静车快速起动方案为：动力中断装置80分离，离合器40接合，电机20通过助力快速起动发动机10。

动力中断装置80在车辆停车发电过程中保持断开状态。当车辆停车发电时，动力中断装置80分离，离合器40接合，发动机10的转矩通过离合器40及变速器30传递给电机20，使电机20工作在发电机模式，与发动机10组成发电单元为电池充电。

本实施例解决了上述背景技术中所述的现有的P3型混合动力传动装置面临的不足，本发明提出了一种如图3和图4所示的动力汽车传动装置1，即在现有P3型混合动力传动装置基础上，在动力输出轴50靠近差速器60的一端增加一个动力中断装置80，控制电机20至车轮70(71)的动力传递路线的通断，从而既保持了无扭矩中断换挡的优点，又实现了车辆静止状态下发动机的快速起动和停车发电。

<实施例二>

本实施例的混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：所述混合动力汽车的动力系统收到发动机静车起动或车辆停车发电指令；所述混合动力汽车的动力系统中的动力中断装置80断开；所述混合动力汽车的动力系统中的离合器40接合；所述混合动力汽车的动力系统中的电机20发电或输出转矩；所述混合动力汽车的动力系统完成发动机静车起动或车辆停车发电。

发动机起动分两种情况，一种是静车起动，即发动机起动时车辆静止；一种是行车起动，即车辆行进过程中(电机驱动)的发动机起动。本实施例中涉及的发动机起动状态指车辆静止时的发动机起动。

本实施例中所述的停车发电，是指车辆在停车状态下，发动机与电机组成发电单元为电池充电。发动机停机时，车辆有可能处于纯电动驱动状态，即仅由电机驱动车辆，不适用于本实施例。

进一步的，本实施例中的混合动力汽车动力传动方法用于发动机静车起动过程中及车辆停车发电过程中。本实施例中的发动机静车起动过程是指发动机转速从零到某非零值的过程，针对发动机而言，起步过程是指车速从零到某非零值的过程，针对车辆而言。本实施例中的发动机静车起动就是指车辆起步前的发动机起动过程，即车速为零时，发动机的起动过程。

当车辆静止且电池电量较低时，若车辆收到起步需求，则混合动力汽车的动力系统将收到起动需求，发动机10收到静车快速起动指令，动力中断装置80断开并保持该状态，离合器40接合并保持该状态，电机20通过向发动机10输出转矩，助力快速起动发动机10，直至发动机10完成静车起动。

车辆停车发电过程中，混合动力汽车的动力系统收到车辆停车发电指令，动力中断装置80断开保持该状态。当车辆停车发电时，发动机10输出转矩，动力中断装置80分离并保持该状态，离合器40接合并保持该状态，发动机10的输出转矩通过离合器40及变速器30传递给电机20，使电机20工作在发电机模式，与发动机10组成发电单元为电池充电，直至完成车辆停车发电过程。

进一步的，混合动力汽车动力传动方法还包括：所述混合动力汽车的动力系统中的动力中断装置从断开状态转换为滑摩状态。此时动力中断装置为干式离合器或湿式离合器，车辆由停车发电状态转换为蠕行状态，混合动力汽车的动力系统中的电机发电。

当车辆处于蠕行工况，且电池电量较低时，该混合动力汽车处于蠕行发电模式。蠕行发电，即道路拥堵时，时而停车发电，时而低速前行，车辆在停车发电和蠕行两种模式之间切换，同时要求停车发电模式可以向蠕行模式快速切换。对于同步器、爪形离合器等没有滑摩状态，仅有“通”、“断”两种状态的动力中断装置，无法实现蠕行发电；对于存在滑摩状态的动力中断装置而言，如干式离合器和湿式离合器等，可以实现蠕行发电。具体地，当车辆停车发电时，动力中断装置80分离，离合器40接合，发动机10的输出转矩通过离合器40及变速器30传递给电机20，使电机20工作在发电机模式，与发动机10组成发电单元为电池充电。当从停车发电模式向蠕行模式切换时，动力中断装置80转换为滑摩状态，发动机转矩一部分传递给电机进行发电(路径与上述停车发电时相同)，一部分通过换挡离合器40，变速箱输入轴31，变速箱30，变速箱输出轴32，动力中断装置80，动力输出轴50，差速器60，输出给车轮70。根据整车需求，发动机转矩可以一部分传递给电机进行发电，一部分输出给车轮，也可以全部输出给车轮。动力中断装置在蠕行过程中，可能保持滑摩状态(动力中断装置前后转速差不为零)，也可能从滑摩状态变为接合状态(动力中断装置前后转速差为零时)。

<实施例三>

与实施例二的区别在于，本实施例的混合动力汽车动力传动方法用于变速器30换挡过程中。

本实施例中的混合动力汽车动力传动方法包括如下步骤：所述混合动力汽车的动力系统中的变速器30收到换挡指令；所述混合动力汽车的动力系统中的变速器30进行换挡操作，其中，所述变速器30进行换挡操作包括离合器40断开，摘挡(A挡和B挡切换同步器35与当前挡位齿轮33分离)，挂挡(A挡和B挡切换同步器35与目标挡位齿轮34接合)，离合器40接合；所述混合动力汽车的动力系统中的动力中断装置80在所述混合动力汽车动力传动方法中的换挡过程中保持接合状态；所述混合动力汽车的动力系统中的电机20在上述换挡过程中向动力输出轴50输出转矩。

以A挡换B挡为例：换挡前，变速器30在A挡，离合器40接合，A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33接合，动力中断装置80接合；混合动力汽车的动力系统中的变速器30收到换挡指令后，变速器30进行换挡操作，其中，所述变速器进行换挡操作包括离合器40断开，摘挡(A挡和B挡切换同步器35与A挡输入轴齿轮33分离)，挂挡(A挡和B挡切换同步器35与B挡输入轴齿轮34接合)，最后离合器40接合完成换挡。从离合器40分离开始到离合器40完全接合这段过程中，发动机10动力存在中断，由于动力中断装置80在换挡过程中始终保持接合状态，所以电机20的转矩通过动力中断装置80，动力输出轴50，差速器60，传递给车轮，即电机20在上述整个换挡过程中向动力输出轴50输出转矩，通过输出补偿扭矩，可以实现无动力中断换挡，提高换挡平顺性。如果在换挡前，动力中断装置80是断开的状态，则应该首先接合动力中断装置80，再进行换挡。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。