一种混合动力变速器动力系统及其工作方法与流程

本发明涉及一种变速器动力系统及其工作方法，具体涉及一种混合动力变速器动力系统及其工作方法，属于汽车驱动系统技术领域。

背景技术：

目前，人们日益重视对环境的保护和对能源的高效利用。混合动力汽车因其具有高效、节能、低排放等优点，成为竞相研发的新型车辆。由于混合动力汽车技术集成了当今许多汽车、能源、电子、控制等领域的高新技术，研制和开发需要大量的人力和物力。作为汽车企业更应重视并着手开展对混合动力汽车的研发。混合动力主要通过不同的工作模式，应用电机的协调工作可以使发动机运行在高效率区，从而提高整个系统的效率，并且低成本、轻量化、结构紧凑。

现有的汽车的混合动力传动系统通常采用两个行星排，离合器数量都在4个左右，存在结构松散，轴向空间尺寸大的弊端。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种混合动力变速器动力系统及其工作方法，以解决现有的汽车的混合动力传动系统通常采用两个行星排，离合器数量都在4个左右，存在结构松散，轴向空间尺寸大的弊端，以及工作模式转换复杂的问题。

技术方案一：

一种混合动力变速器动力系统，包括一组行星轮系、两个离合器、一个减震器、两个电机、输入轴；所述行星轮系包括a1外齿圈、c1行星架和s1太阳轮，所述两个离合器分别是c1离合器、c2离合器；所述两个电机分别是em1电机和em2电机；

其中，em1电机的定子与变速器的壳体固定连接，em1电机的转子固定连接电机主动齿轮和c1离合器的外毂，电机主动齿轮与电机从动齿轮进行啮合，电机从动齿轮与输出轴固定连接并与差速器进行齿轮啮合；

其中，em2电机的定子与变速器的壳体固定连接，em2电机的转子与s1太阳轮固定连接；减震器的一端与变速器的输入轴连接，另一端与发动机连接，输入轴与c1行星架进行连接，并且与c2离合器的内毂连接；a1外齿圈与c2离合器的外毂连接，并且与c1离合器的内毂进行连接。

技术方案二：

一种混合动力变速器动力系统的工作方法，其工作模式包括纯电动模式、串联模式、并联模式以及功率分流模式；根据车辆的工况需求，选择不同工作模式来满足车辆的需求，同时使混合动力动力系统以及发动机处于高效的工作区域；其中，纯电模式，提供一种在发动机不提供动力时，依靠电池提供电能驱动电机单独工作，并通过变速机构实现车辆的正常行驶；其中，并联模式，发动机单独工作时，变速器结构正常传递动力，驱动车辆整车行驶，同时也已采用电机调节发动机的扭矩提高发动机的效率；其中，功率分流模式，应用发动机和电机同时工作，驱动车辆正常行驶，通过控制电机工作，调节发动机的转速以及扭矩工况点，降低发动机油耗；在车辆行驶过程中，以上几种工作模式的进行切换。

进一步地：所述纯电动模式具体工作方式如下：

纯电动模式1档：c1离合器和c2离合器都不工作；车辆的动力由em1电机工作提供；动力流经路径为，em1电机与电机主动齿轮固定连接，与电机从动齿轮进行齿轮啮合，动力传递到输出轴，再经齿轮啮合传递到差速器，然后到达车辆处；根据车辆的车速与扭矩需求，调节em1电机的工况点以满足车辆需求；

纯电动模式2档：c1离合器和c2离合器都工作结合；车辆的动力由em1电机和em2电机工作提供；c1行星架和a1外齿圈被固定连接，根据行星排运转特性，em2电机动力经s1太阳轮直驱到a1外齿圈，并且经过c1离合器动力传递到电机主动齿轮，与em1电机的提供动力，共同作用到差速器处，给整车提供动力。

进一步地：所述串联工作模式具体工作方式如下：

c2离合器工作结合，c1离合器不工作；通过控制发动机工作，动力由c1行星排传递到s1太阳轮即em2电机处，使em2电机处于发电工作模式，发出的电量由能量控制系统进行分配，提供给em1电机进行驱动车辆或者提供给电池进行充电。

进一步地：所述并联工作模式具体工作方式如下：

c1离合器和c2离合器都工作结合；根据行星排运转特性，发动机动力经c1行星架直驱到a1外齿圈，并且经过c1离合器动力传递到电机主动齿轮；与em1电机的提供动力，共同作用到差速器处，给整车提供动力。

进一步地：所述功率分流工作模式具体工作方式如下：

c1离合器工作结合，c2离合器不工作；发动机、em1电机、em2电机都进行工作，关于转速，根据行星排运转特性，控制发动机和em2转速，则em1电机转速即可知；或者控制发动机和em1转速，则em2电机转速即可知；关于扭矩，根据行星排的特性，发动机的扭矩会分配到s1太阳轮和a1外齿圈，一部分扭矩经s1太阳轮到em2电机处；另一部分扭矩经a1外齿圈到c1离合器外毂及em1电机处；由于发动机的转速，由于受到em1电机或者em2电机转速的影响，发动机与车辆车速的相对连续性关系。

本发明所达到的效果为：

本发明结构简单、设计合理，利用单行星排结构，通过增加离合器以及电机，使原有结构升级，具备新能源混合动力的串联、并联以及混联工作模式；通过增加电机以改善发动机工况，可以有效地降低油耗。增加电机相对成本有所增加，但从整车角度油耗会降低，实现新能源汽车目标，达到节能减排，满足逐步加严的排放法规。此结构具有结构简合理、装配简单、成本低廉等优点，双电机同轴布置，结构紧凑，轴向空间尺寸较好，综合成本更低，各工作模式转换更便捷；本发明根据市场调研，该结构的混合动力变速器动力系统潜在巨大的经济价值。

附图说明

图1为本发明实施例所述的一种混合动力变速器动力系统的结构示意图。

具体实施方式

为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本发明公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。

在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在申请文件中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

实施例1：参见图1，本实施例所述的一种混合动力变速器动力系统，包括一组行星轮系、两个离合器、一个减震器2、两个电机、输入轴14；所述行星轮系包括a1外齿圈5、c1行星架4和s1太阳轮3，所述两个离合器分别是c1离合器6、c2离合器7；所述两个电机分别是em1电机8和em2电机9；

其中，em1电机8的定子与变速器的壳体固定连接，em1电机8的转子固定连接电机主动齿轮10和c1离合器6的外毂，电机主动齿轮10与电机从动齿轮11进行啮合，电机从动齿轮11与输出轴12固定连接并与差速器13进行齿轮啮合；

其中，em2电机9的定子与变速器的壳体固定连接，em2电机9的转子与s1太阳轮3固定连接；减震器2的一端与变速器的输入轴14连接，另一端与发动机1连接，输入轴14与c1行星架4进行连接，并且与c2离合器7的内毂连接；a1外齿圈5与c2离合器7的外毂连接，并且与c1离合器6的内毂进行连接。

实施例2：下面结合图1说明本实施例，本实施例所述的一种混合动力变速器动力系统的工作方法，其工作模式包括纯电动模式、串联模式、并联模式以及功率分流模式；根据车辆的工况需求，选择不同工作模式来满足车辆的需求，同时使混合动力动力系统以及发动机处于高效的工作区域；其中，纯电模式，提供一种在发动机不提供动力时，依靠电池提供电能驱动电机单独工作，并通过变速机构实现车辆的正常行驶；其中，并联模式，发动机单独工作时，变速器结构正常传递动力，驱动车辆整车行驶，同时也已采用电机调节发动机的扭矩提高发动机的效率；其中，功率分流模式，应用发动机和电机同时工作，驱动车辆正常行驶，通过控制电机工作，调节发动机的转速以及扭矩工况点，降低发动机油耗；在车辆行驶过程中，以上几种工作模式的进行切换。

1、纯电动模式

纯电动模式1档：c1离合器6和c2离合器7都不工作；车辆的动力由em1电机8工作提供；动力流经路径为，em1电机8与电机主动齿轮10固定连接，与电机从动齿轮11进行齿轮啮合，动力传递到输出轴12，再经齿轮啮合传递到差速器13，然后到达车辆处。根据车辆的车速与扭矩需求，调节em1电机8的工况点以满足车辆需求。此纯电模式，em1电机8经过二级减速，降低电机设计的最高转速要求，并且能够提升汽车的动力性能。因em1电机8本身具备正反转的运转特性，根据车辆需求情况，可以实现车辆的前进档和倒挡功能。

纯电动模式2档：c1离合器6和c2离合器7都工作结合；车辆的动力由em1电机8和em2电机9工作提供；c1行星架4和a1外齿圈5被固定连接，根据行星排运转特性，em2电机9动力经s1太阳轮3直驱到a1外齿圈5，并且经过c1离合器6动力传递到电机主动齿轮10，与em1电机8的提供动力，共同作用到差速器13处，给整车提供动力。此工作模式优点在于，em1电机8和em2电机9双电机可以共同给车辆提供动力，车辆的纯电驱动的动力性及加速性得到高效提升。

本模式发动机处于被拖动运转，可以在减震器2与输入轴14间增加设置离合器，将发动机转速解耦；或者此模式在车辆低速且需要一定动力性及加速性时采用，可以避免发动机被拖动运转的能量损失。

2、串联工作模式

c2离合器7工作结合，c1离合器6不工作；通过控制发动机1工作，动力由c1行星排4传递到s1太阳轮3即em2电机9处，使em2电机9处于发电工作模式，发出的电量由能量控制系统进行分配，提供给em1电机8进行驱动车辆或者提供给电池进行充电。此模式优点在于，车辆车速与发动机工况解耦，发动机1可以处于高效区工作进行发电，车辆的动力全部由em1电机8所提供。

3、并联工作模式

c1离合器6和c2离合器7都工作结合；根据行星排运转特性，发动机1动力经c1行星架4直驱到a1外齿圈5，并且经过c1离合器6动力传递到电机主动齿轮10；与em1电机8的提供动力，共同作用到差速器13处，给整车提供动力。车辆的动力主要由发动机1工作提供，em1电机8或者em2电机9根据控制策略，可以辅助工作提供动力或者进行发电，给电池进行充电；以降低发动机1的扭矩需求，让发动机1处于相对较好的燃油消耗区。

4、功率分流工作模式

c1离合器6工作结合，c2离合器7不工作；发动机1、em1电机8、em2电机9都进行工作。关于转速，根据行星排运转特性，控制发动机1和em2转速9，则em1电机8转速即可知；或者控制发动机1和em1转速8，则em2电机9转速即可知。关于扭矩，根据行星排的特性，发动机1的扭矩会分配到s1太阳轮3和a1外齿圈5，一部分扭矩经s1太阳轮3到em2电机9处；另一部分扭矩经a1外齿圈5到c1离合器6外毂及em1电机8处。由于发动机1的转速，由于受到em1电机8或者em2电机9转速的影响，发动机1与车辆车速的相对连续性关系，所以也称这种功率分流模式为ecvt模式。

倒挡：本结构没有设置机械倒挡；纯电模式下，根据电机运转特性，控制电机工作的正反转用以实现车辆倒挡的功能。

并联模式下，根据整车电量情况以及整车工作情况等进行综合分析，对em1电机8或em2电机9进行控制，选择电机工作模式提供动力或者发电。如果提供动力，对于变速器是发动机1和em1电机8共同提供动力，改善发动机工作情况；如果电池电量低，选择发电，相对发动机负荷较大，但通过控制也可以处于相对较好的油耗工作区，电能储备可以为其他工况下提供电能驱动；综合总工况，是对发动机1工况点选择是进行改善，能够有效地节油降耗。

关于功率分流模式即ecvt模式下，车辆需求与发动机1的转速、扭矩调节控制策略简述。一般情况em1电机8作为驱动电机，em2电机9作为发电电机；车辆的需求车速、需求扭矩作为输入量，对于各动力源的转速，可以计算em1电机的8转速，发动机1的转速根据高效区进行预设，可以计算em2电机9的转速。对于各动力源的扭矩，车辆需求扭矩由em1电机8及发动机1发出扭矩构成，发动机1根据高效区预设扭矩，通过行星排传递到差速器13即车辆侧，em1电机8发电后通过dc/dc转换器提供em2电机9。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定的保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。