一种混合动力传动系统、汽车及其控制方法与流程

本发明涉及混合动力汽车技术领域，具体涉及一种混合动力传动系统、汽车及其控制方法。

背景技术：

随着近二十年中国经济一直保持高速的发展，汽车销量逐年攀升，截至2016年底中国汽车保有量已经达到1.94亿辆，2016年全年汽车销量超过2400万辆；汽车爆发式增长使得石油消耗大增，对我国资源保护与能源安全都带来很大挑战；同时汽车排放大量尾气，很多证据显示2015年与2016年全国大范围的雾霾与汽车尾气有关。

面对汽车大幅增长带来的资源和环境压力，国家已经不断调整政策，严控整车油耗和整车排放；国家要求至2020年，乘用车新车平均油耗5.0升/百公里，这些政策法规都对汽车整车厂提出新的要求，绿色、节能、环保将是未来汽车行业主流趋势。

为迎合未来的汽车发展趋势，一种油电混合动力技术逐渐发展起来，成为未来汽车的主流技术路线之一；现在量产的主流混动传动系统−丰田ths系统、本田i-mmd系统等，驱动电机大部分为单一速比驱动，使得汽车的动力损耗较大、驾车成本较高；一般情况下，驱动电机选择大速比则高速时齿轮转速较高，传动系统设计难度较大；驱动电机选择小速比则低速动力性较弱，驱动电机效率偏低；当前的驱动电机或发动机无法满足有多个档位，无法提高整车纯电模式下的动力性和经济性，无法有效降低传动系统的开发难度。

丰田ths系统高速时发动机动力无法直接驱车，需要发电机和驱动电机的配合，存在动力损失高速整车动力性较弱。本田i-mmd系统发动机能直接驱车但是只有一个档位，同样无法实现降档加速和发动机速比。

基于上述汽车中存在的技术问题，尚未有相关的解决方案；因此迫切需要寻求有效方案以解决上述问题。。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提出一种优化速比及动力性能的混合动力传动系统。

本发明的另一目的在于提出一种具有优化速比及动力性能的混合动力传动系统的汽车。

本发明的再一目的在于提出一种具有优化速比及动力性能的混合动力传动系统的汽车控制方法。

根据本发明的一个方面，提供一种合动力传动系统，包括发动机、第一电机、第二电机以及差速器；还包括第一传动机构，第一传动机构通过第一离合器与发动机连接；第一电机设置于第一传动机构上，并分别与发动机和第一离合器连接；第二传动机构，第二传动机构通过第二离合器与第二电机连接；第二传动机构与第一传动机构传动连接；第三传动机构；第三传动机构与第二传动机构传动连接；差速器分别与第三传动机构和第二传动机构传动连接。

进一步地，第一传动机构包括第一齿轮、第二齿轮、第一同步器以及机械输入轴；第一齿轮、第二齿轮以及第一同步器通过花键与机械输入轴连接；第二传动机构包括第三齿轮、第五齿轮、第二同步器、电动输入轴以及机械输出轴；第三齿轮和第二同步器通过花键与机械输出轴连接；第五齿轮通过滚动轴承与机械输出轴连接；机械输出轴通过滚动轴承与电动输入轴连接；第一齿轮与第五齿轮相互啮合，第二齿轮与第三齿轮啮合。

进一步地，第二传动机构包括第四齿轮，第四齿轮通过花键与机械输出轴连接；第三传动机构包括电动输出轴、第三同步器、第六齿轮、第七齿轮以及第八齿轮；第六齿轮和第七齿轮通过滚动轴承与电动输出轴连接；第八齿轮和第三同步器通过花键与电动输出轴连接；第六齿轮与第三齿轮啮合，第七齿轮与第五齿轮啮合；第四齿轮与第八齿轮啮合。

进一步地，差速器通过主减速齿轮与第三传动机构传动连接；第一电机通过花键固定设置于机械输入轴上；第二电机通过花键固定设置于电动输入轴上。

进一步地，差速器通过主减速齿轮与第三传动机构传动连接；第一电机通过花键固定设置于第一传动机构上；第二电机通过花键固定设置于第二传动机构上。

根据本发明另一个方面，还提供一种混合动力汽车，包括上述所述的混合动力传动系统，以及经由半轴连接至所述差速器的车轮。

根据本发明另一个方面，还提供一种混合动力汽车控制方法，包括上述所述的混合动力汽车，控制方法包括：串联模式，第一离合器分离，第二离合器结合，第一传动机构与第二传动机构传动连接，第二电机动力通过第二传动机构传送至差速器，发动机拖动第一电机发电并供第二电机使用；和/或并联模式，第一离合器结合，第二离合器结合，第二传动机构与第三传动机构传动连接，第三传动机构与差速器传动连接，第一传动机构通过第二传动机构与差速器传动连接，发动机动力通过第一传动机构和第二传动机构直接传送至差速器，第二电机的动力通过第二传动结构和第三传动结构传送至差速器；和/或纯电模式，第一离合器分离，第二离合器结合；第二传动机构与差速器传动连接，第二电机动力通过第二传动机构传送至差速器或者第二电机动力通过第二传动机构以及第三传送机构传送至差速器，第二电机通过动力电池供电；和/或发动机模式，第一离合器结合，第二离合器分离；第一传动机构与第二传动机构传动连接，第二传动机构和差速器传动连接，发动机动力通过第一传动机构和第二传动机构传送至差速器；或者发动机动力通过第一传动机构、第二传动机构以及第三传动机构传送至差速器；和/或混联模式，第一离合器结合，第二离合器结合，第二传动机构与第三传动机构传动连接，第三传动机构与差速器传动连接，第一传动机构通过第二传动机构与差速器传动连接，发动机动力通过第一传动机构和第二传动机构直接传送至差速器，第二电机的动力通过第二传动结构和第三传动结构传送至差速器，同时发动机拖动第一电机发电并供第二电机使用；和/或制动能量回收模式，第一离合器分离，第二离合器结合，第一传动机构与第二传动机构分离，第二传动机构与第三传动机构传动连接，第三传动机构与差速器传动连接；制动时，混合动力汽车通过差速器、第三传动机构以及第二传动机构倒托第二电机发电。

根据本发明的混合动力传动系统，通过两个离合器与同步器的配合，可以有效实现混合动力汽车整车的串联模式、并联模式、纯电模式、发动机模式、混联模式和制动能量回收等工作模式，使得该六种工作模式能够平稳切换；同时该方案能够为混合动力汽车发动机驱动或电机驱动提供多个档位，优化整车各个模式下的速比，可以提高整车动力性和经济性。

附图说明

图1为本发明的一种混合动力传动系统的一个实施例的示意图；

图2为本发明的一种混合动力传动系统的另一个实施例的示意图。

具体实施方式

参见图1及图2，其示出了一种混合动力传动系统的实施例。该混合动力传动系统包括发动机1、第一电机2、第一离合器3、第二电机4、第二离合器5以及差速器6；其中还包括第一传动机构、第二传动机构以及第三传动机构；第一传动机构通过第一离合器3与发动机1传动连接；第一电机2设置于第一传动机构上，并分别与发动机1和第一离合器3传动连接；第二传动机构通过第二离合器5与第二电机4连接；第二传动机构与第一传动机构之间传动连接，以实现第一传动机构与第二传动机构之间的传动转换；第三传动机构与第二传动机构传动连接，以实现第二传动机构与第三传动机构之间的传动转换；进一步地，差速器6通过主减速齿轮25分别与第三传动机构和第二传动机构传动连接，具体地，差速器6通过半轴与主减速齿轮25传动连接；半轴包括第一半轴7和第二半轴8；采用以上方案可以实现当前混合动力汽车主流的混动模式同时为发动机和变速器提供多个速比，使得发动机和电机与整车能够更好的匹配，实现混合动力汽车整车各个混动模式下的动力性和经济性提升。

如下将结合附图具体阐述本发明中各传动机构的构成及相互之间的连接关系。

如图1所示，本实施例中，第一传动机构包括第一齿轮13、第二齿轮14、第一同步器15以及机械输入轴9；第一齿轮13、第二齿轮14以及第一同步器15通过花键与机械输入轴9传动连接；第二传动机构包括第三齿轮16、第五齿轮18、第二同步器19、电动输入轴11以及机械输出轴10；第三齿轮16和第二同步器19通过花键与机械输出轴10连接；第五齿轮18通过滚动轴承与机械输出轴10连接；机械输出轴10通过滚动轴承与电动输入轴11传动连接；第一齿轮13与第五齿轮18相互啮合，第二齿轮14与第三齿轮16啮合；进一步地，第二电机4通过第二离合器5与电动输入轴11一端连接；在电动输入轴11另一端，机械输出轴10通过滚动轴承与电动输入轴11传动连接；机械输出轴10通过第四齿轮17与住减速齿轮啮合以实现第二传动机构和差速器6传动连接；进一步地，发动机1通过第一离合器3与机械输入轴9一端传动连接，机械输入轴9另一端通过齿轮和同步器与电动输入轴11或机械输出轴10传动连接。

如图2所示，本实施例中，第二传动机构包括第四齿轮17，第四齿轮17通过花键与机械输出轴10连接；第三传动机构包括电动输出轴12、第三同步器20、第六齿轮21、第七齿轮22以及第八齿轮24；第六齿轮21和第七齿轮22通过滚动轴承与电动输出轴12连接；第八齿轮24和第三同步器20通过花键与电动输出轴12连接；第六齿轮21与第三齿轮16啮合，第七齿轮22与第五齿轮18啮合；第四齿轮17与第八齿轮24啮合。

继续参见图2，本实施例中，第一传动机构还包括第九齿轮26，第九齿轮26通过滚动轴承与机械输入轴9传动连接；第二传动机构还包括第十齿轮27和第十一齿轮28，第十齿轮27和第十一齿轮28通过花键与电动输入轴11传动连接；第三传动机构还包括有第四同步器29、第十二齿轮30以及第十三齿轮31，第十二齿轮30以及第十三齿轮31通过滚动轴承与电动输出轴12传动连接，第四同步器29通过花键与电动输出轴12传动连接；第九齿轮26与十一齿轮28啮合，第十齿轮27与第十二齿轮30啮合，第十一齿轮28与第十三齿轮啮合31，以实现电动输入轴11和电动输出轴12传动连接。

如图1、图2所示，本实施例中，差速器6通过主减速齿轮25与第三传动机构传动的电动输出轴12传动连接或与第二传动结构的机械输出轴10传动连接；第一电机2通过花键固定设置于第一传动机构的机械输入轴9上；第二电机4通过花键固定设置于第二传动机构的电动输入轴11上；差速器6通过半轴与主减速齿轮25传动连接，其中半轴包括第一半轴7和第二半轴8；进一步地，本发明中，除主减速齿轮外，其他齿轮均有一个齿通过同步器实现动力传输和分离；齿轮与传动轴做成一体，或者通过滚针轴承、花键固定在轴系上，传动轴为机械输入轴或机械输出轴或电动输入轴或电动输出轴。

相应地，结合上述方案，本发明还提供一种混合动力汽车，其包括上述所述的混合动力传动系统，以及经由半轴连接至差速器的车轮；其中，混合动力汽车的混合动力通过混合动力传动系统耦合后经半轴传送至差速器的车轴，从而驱动车轮运转。

此外，为配合前述实施例中的混合动力传动系统的应用，在此还提供一种混合动力汽车控制方法，其可以包括如下控制模式的一种或多种，下文将逐一而述。

其一，该控制方法包括串联模式：第一离合器3分离，第二离合器5结合，第一传动机构与第二传动机构传动连接，第二传动机构与差速器6传动连接或通过第三传动机构与差速器6传动连接；第二电机4动力通过第二传动机构直接传送至差速器6或通过第三传动机构简介传送至差速器6，发动机1拖动第一电机2发电并供第二电机4使用。

其二，该控制方法包括并联模式：第一离合器3结合，第二离合器5结合，第二传动机构与第三传动机构传动连接，第三传动机构与差速器传动连接，第一传动机构通过第二传动机构与差速器6传动连接，发动机1动力通过第一传动机构和第二传动机构直接传送至差速器6，第二电机4的动力通过第二传动结构和第三传动结构传送至差速器6。

其三，该控制方法包括纯电模式：第一离合器3分离，第二离合器5结合；第二传动机构与差速器6传动连接，第二电机4动力通过第二传动机构传送至差速器6或者第二电机4动力通过第二传动机构以及第三传送机构传送至差速器，第二电机4的动力通过动力电池供电，发动机1和第一电机2不运转；和/或

其四，该控制方法包括发动机模式：第一离合器3结合，第二离合器5分离；第一传动机构与第二传动机构传动连接，第二传动机构和差速器6传动连接，发动机1动力通过第一传动机构和第二传动机构传送至差速器6；或者发动机1动力通过第一传动机构、第二传动机构以及第三传动机构传送至差速器6；和/或

其五，该控制方法包括混联模式：第一离合器3结合，第二离合器5结合，第二传动机构与第三传动机构传动连接，第三传动机构与差速器6传动连接，第一传动机构通过第二传动机构与差速器6传动连接，发动机1动力通过第一传动机构和第二传动机构直接传送至差速器6，第二电机4的动力通过第二传动结构和第三传动结构传送至差速器6，同时发动机1拖动第一电机2发电并供第二电机4使用；和/或

其六，该控制方法包括制动能量回收模式：第一离合器3分离，第二离合器5结合，第一传动机构与第二传动机构分离，第二传动机构与第三传动机构传动连接，第三传动机构与差速器6传动连接；制动时，混合动力汽车通过差速器6、第三传动机构以及第二传动机构倒托第二电机4发电，并存储于动力电池中，这样实现了制动能量回收的模式。

具体而言，当结合到前述实施例中各传动机构的具体构成形式时，该控制方法可作出如下细化控制。

如图1所示，本实施例中，第一传动机构包括第一齿轮13、第二齿轮14、第一同步器15以及机械输入轴9；第二传动机构包括第三齿轮16、第四齿轮17、第五齿轮18、第二同步器19、电动输入轴11以及机械输出轴10；第三传动机构包括电动输出轴12、第三同步器20、第六齿轮21、第七齿轮22以及第八齿轮24；此时，该混合动力汽车控制方法还包括：当混合汽车属于串联模式时，第二齿轮14和第一同步器15结合，第二同步器19和第五齿轮18结合，第二齿轮14和第三齿轮15啮合以使第一传动机构和第二传动机构传动连接；第二传动机构通过机械输出轴10和差速器6传动连接，发动机1工作在经济点并拖动第一电机2发电，发电供给第二电机4用使用；或当混合汽车属于并联模式时，第一齿轮13和第五齿轮18啮合，第二同步器19和第五齿轮18结合，以使第一传动机构和第二传动机构传动连接；第四齿轮17与主减速齿轮25啮合，以使第二传动机构与差速器6传动连接；第三同步器20与第六齿轮21结合，第六齿轮21与第三齿轮16啮合，以使第二传动机构和第三传动机构传动连接；第八齿轮24与主减速齿轮25啮合，以使第三传动机构与差速器6传动连接；这样，电动输出轴12的动力与机械输出轴10的动力第四经齿轮17、第八齿轮24共同与主减速齿轮25啮合实现动力耦合，并传输至差速器6，最终驱动整车运行；或当混合汽车属于纯电模式时，第二同步器19和第五齿轮18结合，第四齿轮17与主减速齿轮25啮合，以使第二传动机构通过机械输出轴10与差速器6传动连接；或者第六齿轮21与第三齿轮16啮合，第八齿轮24与主减速齿轮25啮合，以使第二传动机构与差速器6传动连接；进一步地，控制第二电机4的同步器结合，动力电池给第二电机4供电，则第二电机4的动力经电动输入轴11通过齿轮传递至电动输出轴12，然后通过主减速齿轮25传递至差速器6；最后动力从差速器6传递至半轴，从而推动整车行驶，实现了电机纯电动驱车的工作模式；如果动力电池进入soc保护，无法给第二电机4供电，则发动机1启动带动第一电机2发电为第二电机4供电，这样实现了串联增程式模式；或当混合汽车属于发动机模式时，第二同步器19和第五齿轮18结合，第五齿轮18和第一齿轮13啮合，以使第一传动机构和第二传动机构的机械输出轴10传动连接，第四齿轮17与主减速齿轮25啮合，以使第二传动机构通过机械输出轴10与差速器6传动连接；或者，第二同步器19和第五齿轮18结合，第五齿轮18和第一齿轮13啮合，第五齿轮18和第七齿轮22啮合，第四同步器29和第七齿轮22结合，以使第二传动机构和第三传动机构传动连接，第八齿轮24与主减速齿轮25啮合，以使第三传动机构与差速器6传动连接；或当混合汽车属于混联模式时，第一齿轮13和第五齿轮18啮合，第二同步器19和第五齿轮18结合，以使第一传动机构和第二传动机构传动连接；第四齿轮17与主减速齿轮25啮合，以使第二传动机构与差速器6传动连接；第三同步器20与第六齿轮21结合，第六齿轮21与第三齿轮16啮合，以使第二传动机构和第三传动机构传动连接；第八齿轮24与主减速齿轮25啮合，以使第三传动机构与差速器6传动连接；具体地，控制第二电机4和发动机1的同步器结合，控制动力电池为第二电机4供电，则发动机1动力经机械输入轴9至机械输出轴10，第一电机4动力经电动输入轴11至电动输出轴12；最后借助主减速齿轮25与电机输出轴12和机械输出轴10同时啮合，将第二电机4动力和发动机1动力叠加，并传递至差速器6和半轴，最终实现第一电机4和发动机1耦合驱车，实现了并联模式；如果不用动力电池供电，而启动第一电机2为第二电机4供电，则实现了混联模式；或当混合汽车属于制动能量回收模式时，第三同步器20和第六齿轮21结合，第六齿轮21和第三齿轮16啮合，以使第二传动机构和第三传动机构传动连接，第八齿轮24与主减速齿轮25啮合，以使第三传动机构与差速器6传动连接。

根据上述方案，本实施例中，可以控制第二电机4的同步器结合，用第二电机4倒拖发电，发电给动力电池充电，实现整车刹车动力回收；并且，在第一离合器3分离，第二离合器5分离，第一电机2直接拖动发动机1启动，实现电机辅助发动机启动的功能；在各种工况下，只要发动机1启动就能通过第一电机2发电为动力充电，从而实现电池的soc控制，提高电池寿命。

此外，在本实施例中，第一传动机构还包括第九齿轮26；第二传动机构还包括第十齿轮27和第十一齿轮28；第三传动机构还包括第第十二齿轮30、第十三齿轮31以及第四同步器29；具体地，本发明还提供一种混合动力汽车控制方法具体还包括：当混合汽车属于串联模式电机l或h档时，第四同步器29和第十二齿轮30或第十三齿轮31结合，第十一齿轮28和第十三齿轮31啮合或第十齿轮27和第十二齿轮30啮合；或当混合汽车属于串联模式电机s档时，第一同步器15和第九齿轮26结合，第二同步器19和第五齿轮18结合，第九齿轮26和第十一齿轮28啮合，第一齿轮13和第五齿轮18啮合，第四齿轮17和主减速齿轮25啮合；或当混合汽车属于并联模式发动机h档时，第四同步器29和第三齿轮16或第五齿轮18结合，第十一齿轮28和第十三齿轮31啮合或第十齿轮27和第十二齿轮30啮合，第一齿轮13和第五齿轮18啮合或第二齿轮14和第三齿轮16啮合；第四齿轮17和第八齿轮24共同和主减速齿轮25啮合；或当混合汽车属于并联模式发动机l档时，控制第四同步器29和第十二齿轮30或第十三齿轮31结合，控制第三同步器20和第六齿轮21和第七齿轮22啮合；发动机1动力通过第一齿轮13、第五齿轮18和第七齿轮22传动至电动输出轴12，或发动机1动力通过第二齿轮14、第三齿轮16和第六齿轮21传动至电动输出轴12，以实现第二电机4和发动机1动力耦合，动力耦合经过第八齿轮24和主减速齿轮25啮合传输至差速器6的半轴；或当混合汽车属于发动机制取模式发动机h档时，控制第一同步器15和第二齿轮14或第九齿轮26结合，或控制第三同步器20和第六齿轮21或第七齿轮22结合，发动机1动力经第一齿轮13、第五齿轮18或经第二齿轮14、第三齿轮16传输至机械输出轴10；机械输出轴10的动力经第四齿轮17与主减速齿轮25传输至差速器6的半轴；或当混合汽车属于发动机制取模式发动机l档时，控制第一同步器15和第二齿轮14或第九齿轮26结合，或控制第三同步器20和第六齿轮21或第七齿轮22结合，发动机动力经第一齿轮13、第五齿轮18、第七齿轮22或经第二齿轮14、第三齿轮16、第六齿轮21传输至机械输出轴10；机械输出轴10的动力经第四齿轮17与主减速齿轮25传输至差速器6的半轴。

再者，根据上述方案，如图1至图2所示，该混合动力汽车控制方法还包括：当混合动力汽车属于串联模式电机l档时，直接控制第一离合器3半联动和结合即可切换到并联模式；预挂档使得模式切换时，只需要控制离合器即可，加快了模式切换速度，减小了模式切换时的冲击，提高了整车的平顺性；或当混合动力汽车属于串联模式电机h档时，预先控制第二同步器19与第五齿轮18结合；需要切换到并联模式时，只需要控制第一离合器3半联动和结合，从而快速平稳的切换到并联模式；或当混合动力汽车属于发动机模式时，预先控制第一同步器15与第二齿轮14或者第三同步器20与第六齿轮21结合，需要切换到并联模式时，控制第二离合器5半联动和结合，从而快速平稳的切换到并联模式。

可选地，结合上述方案，如图1至图2所示，该混合动力汽车控制方法还包括：当混合动力汽车属于启动时，即为无动力中断换挡时，发动机1控制第一离合器3分离，第二电机4控制第二离合器5分离；发动机控制第一同步器分离结合，第二电机4控制第二同步器19分离结合即可实现换挡，换挡过程无动力中断；或当混合动力汽车属于串联模式时，控制第二离合器5分离，同时控制第一离合器3处于半联动，第二离合器5分离后控制电机同步器分离和结合，最后控制第二离合5器结合同时第一离合器3分离完成换挡，整个过程依靠发动机1动力实现无动力中断换挡；或当混合动力汽车属于发动机模式时，控制第二离合器5处于半联动，启动第二电机4，控制第一离合器分离3，再控制发动机1的第一同步器15分离和结合，最后控制第一离合器3结合同时控制第二离合器5分离完成换挡，整个过程依靠第二电机4的动力实现动力不中断换挡；或当混合动力汽车属于纯电模式时，控制第一离合器3处于半联动，启动第一电机2，控制第二离合器5分离，再控制电机同步器分离和结合，最后控制第二离合器5结合同时控制第一离合器3分离完成换挡，整个过程依靠第一电机2的动力实现动力不中断换挡。

通过采用以上技术方案，通过两个离合器与同步器的配合，可以有效实现混合动力汽车整车的串联模式、并联模式、纯电模式、发动机模式、混联模式和制动能量回收等工作模式，使得该六种工作模式能够平稳切换；同时该方案能够为混合动力汽车发动机驱动或电机驱动提供多个档位，优化整车各个模式下的速比，可以提高整车动力性和经济性。

以上例子主要说明了本发明的一种混合动力传动系统、汽车及其控制方法。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。