一種基於發動機與電機的混合動力系統及其動力輸出方法與流程

2023-06-22 04:55:21

本發明涉及動力系統，具體為一種基於發動機與電機的混合動力系統及其動力輸出方法。

背景技術：

目前，國內外傳統的並聯式混合動力系統都是將電機布置在離合器後面，電機軸直接作為變速器的輸入軸，這樣在進行換擋時，就會產生動力中斷；同時，採用AMT變速器，換擋時由於電機軸存在轉動慣量，故對換擋影響較大；另外，當發動機和電機同時工作時，由於二者轉速相同，不能獨立運行於各自的高效率區間，故經濟性差。

技術實現要素：

本發明的目的在於針對上述現有技術中的問題，提供一種基於發動機與電機的混合動力系統及其動力輸出方法，兩種動力輸入相互獨立、互不影響，輸入的扭矩及轉速範圍較大。

為了實現上述目的，本發明混合動力系統採用的技術方案為：包括通過動力耦合裝置結合在一起的機械動力裝置和電動力裝置，動力耦合裝置連接機械變速裝置進行動力輸出；

所述的機械動力裝置為發動機，機械變速裝置為變速器，變速器輸入軸通過離合器與發動機連接；變速器輸入軸上固定連接的輸入軸齒輪與中間軸上固定連接的中間軸驅動齒輪常嚙合；中間軸上固定設有若干個中間軸檔位齒輪，中間軸檔位齒輪與變速器輸出軸上空套的輸出軸檔位齒輪常嚙合，變速器輸出軸上空套的輸出軸檔位齒輪通過同步器或滑套與變速器輸出軸結合，變速器輸出軸將動力輸出；電動力裝置包括由電池驅動的電機，電機通過電機空心軸將動力輸出，電機空心軸空套在變速器輸出軸上；動力耦合裝置包括設置在電機空心軸上的動力耦合器以及與變速器輸出軸固定連接的第一耦合器齒輪和第二耦合器齒輪，第二耦合器齒輪空套在電機空心軸上並與中間軸上固定連接的中間軸檔位齒輪常嚙合。

所述的動力耦合器採用變速箱掛擋滑套或同步器，所述的第一耦合器齒輪和第二耦合器齒輪具有能夠與同步器或者滑套結合的結合齒。

所述的中間軸包括旁路設置在同步器與動力耦合器兩側的第一中間軸和第二中間軸。

所述的電機採用永磁同步電機，且永磁同步電機的電機軸為電機空心軸。

本發明混合動力輸出方法包括純發動機模式、電機輔助模式、純電機模式以及混動模式：

Ⅰ.純發動機模式：發動機驅動整車行駛、執行機構控制同步器進行換擋，動力耦合器處於空擋，電機不進行驅動；

Ⅱ.電機輔助模式：發動機驅動整車行駛，同步器置於空檔進行換擋時，控制動力耦合器的動力耦合器齒轂與第一耦合器齒輪相結合，電機直驅輔助驅動防止換擋過程出現動力中斷；

Ⅲ.純電機模式；

3.1.兩同步器處於空擋位置，控制動力耦合器的動力耦合器齒轂與第一耦合器齒輪結合，電機的動力直接輸入變速器輸出軸進行動力輸出；

3.2.動力耦合器齒轂與第二耦合器齒輪結合，同步器掛上某擋位時，電機的動力通過動力耦合器傳遞到中間軸上，再傳遞到變速器輸出軸進行動力輸出；

Ⅳ.混動模式；

4.1.當同步器掛上某擋位時，控制動力耦合器齒轂與第一耦合器齒輪結合，發動機的動力和電機的動力直接在變速器輸出軸進行耦合之後輸出；

4.2.當同步器掛上某擋位時，控制動力耦合器齒轂與第二耦合器齒輪結合，電機的動力經過動力耦合器傳遞到中間軸上，再經過中間軸與發動機的動力耦合之後從變速器輸出軸輸出。

所述的同步器包括由同一執行機構控制換擋的第一同步器和第二同步器，掛擋時兩個同步器中只有一個掛上某擋位。

所述的中間軸包括旁路設置在同步器與動力耦合器兩側的第一中間軸和第二中間軸，且兩個中間軸均與動力耦合器配合，將動力傳遞到變速器輸出軸上。

與現有技術相比，本發明混合動力系統具有如下的有益效果：發動機與電機兩個動力源獨立工作，使得換擋時變速器輸出軸仍有一個動力輸出，解決了傳統並聯混動系統換擋時的動力中斷問題。傳統並聯混動系統電機軸作為AMT變速器的輸入軸，電機的轉動慣量對換擋過程影響大，而本發明混動系統電機與變速器輸入軸互相獨立，故對換擋沒有影響。與傳統並聯混動系統相比，本發明的電機與發動機能夠處於不同的轉速區間，通過調整各自動力源處於高效率區間，提高了經濟性。本發明混動系統的兩個獨立動力源輸入扭矩、轉速範圍非常大，比行星齒輪系統速比、扭矩範圍還要大，故能夠適應複雜的行駛工況。

與現有技術相比，本發明混合動力輸出方法包括純發動機模式、電機輔助模式、純電機模式以及混動模式四種控制過程，滿足了不同條件下的工作需求。在混動模式下，發動機與電機互不影響，能夠獨立工作在自己的高效率區，故經濟性比傳統方式要好很多。

附圖說明

圖1本發明系統的整體結構示意圖；

附圖中：1.離合器；2.發動機；3.變速器輸入軸；4.動力耦合器；5.變速器輸出軸；6.電機；7.電機空心軸；8.第一同步器；9.第二同步器；10.第一中間軸；11.第二中間軸；12.第一耦合器齒輪；13.第二耦合器齒輪；14.耦合器齒轂。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步的詳細說明。

參見圖1，本發明混合動力系統包括通過動力耦合裝置結合在一起的機械動力裝置和電動力裝置，動力耦合裝置連接機械變速裝置進行動力輸出；機械動力裝置為發動機，機械變速裝置為變速器，變速器輸入軸3通過離合器1與發動機2連接；變速器輸入軸3上固定連接的輸入軸齒輪與中間軸上固定連接的中間軸驅動齒輪常嚙合；中間軸上固定設有若干個中間軸檔位齒輪，中間軸檔位齒輪與變速器輸出軸5上空套的輸出軸檔位齒輪常嚙合，變速器輸出軸5上空套的輸出軸檔位齒輪通過同步器或滑套與變速器輸出軸5結合，變速器輸出軸5將動力輸出；電動系統包括由電池驅動的電機6，電機6通過電機空心軸7將動力輸出，電機空心軸7空套在變速器輸出軸5上；動力耦合裝置包括設置在電機空心軸7上的動力耦合器4以及與變速器輸出軸5固定連接的第一耦合器齒輪12和第二耦合器齒輪13，第二耦合器齒輪13空套在電機空心軸7上並與中間軸上固定連接的中間軸檔位齒輪常嚙合。動力耦合器4採用變速箱掛擋滑套或同步器，第一耦合器齒輪12和第二耦合器齒輪13具有能夠與同步器或者滑套結合的結合齒。中間軸包括旁路設置在同步器與動力耦合器4兩側的第一中間軸10和第二中間軸11。電機6採用永磁同步電機，且永磁同步電機的電機軸為電機空心軸7。

動力耦合器4可以在操控裝置的操控下選擇與第一耦合器齒輪12或第二耦合器齒輪13進行結合，也可以處於中間位置不進行動力耦合。本發明變速器的同步器能夠分別向兩側方向進行掛擋，當動力耦合器4的耦和器齒轂14向左與第一耦合器齒輪12結合時，電機6的動力直接輸入到變速器輸出軸5，當動力耦合器4的耦和器齒轂14向右與第二耦合器齒輪13結合時，電機6的動力輸出到兩個中間軸上，再由兩個中間軸輸入到變速器輸出軸5。

本發明混合動力輸出方法包括純發動機模式、電機輔助模式、純電機模式以及混動模式，四種模式的控制過程分別為：

Ⅰ.純發動機模式：

發動機驅動整車行駛、執行機構控制同步器進行換擋，第一同步器8與第二同步器9為同一執行機構控制，純發動機模式下控制兩個同步器進行換擋，動力耦合器4在空擋位，此時電機6不驅動，避免了電機轉動慣量的影響；

Ⅱ.電機輔助模式：

發動機驅動整車行駛，當同步器置於空檔進行換擋時，控制動力耦合器4的動力耦合器齒轂14與第一耦合器齒輪12相結合，電機6直驅輔助驅動防止換擋過程出現動力中斷；

Ⅲ.純電機模式：

3.1.兩同步器均處於空擋位置，控制動力耦合器4的動力耦合器齒轂14與第一耦合器齒輪12結合，電機6的動力直接輸入變速器輸出軸5進行動力輸出；

3.2.動力耦合器齒轂14與第二耦合器齒輪13結合，同步器掛上某擋位時，電機6的動力通過動力耦合器4傳遞到中間軸上，再傳遞到變速器輸出軸5進行動力輸出；

Ⅳ.混動模式：

4.1.當同步器掛上某擋位時，控制動力耦合器齒轂14與第一耦合器齒輪12相結合，發動機2的動力和電機6的動力直接在變速器輸出軸5進行耦合之後輸出；

4.2.當同步器掛上某擋位時，控制動力耦合器齒轂14與第二耦合器齒輪13結合，電機6的動力經過動力耦合器4傳遞到中間軸上，再經過中間軸與發動機2的動力耦合之後從變速器輸出軸5進行輸出。

由於在混動模式下，發動機2與電機6的工作互不影響，能夠獨立運行在自己的高效率區，故經濟性比傳統的混合動力系統要好很多。