一種混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及動(dòng)力傳動(dòng)領(lǐng)域的電力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，特別屬于一種混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動(dòng)力汽車(chē)一般指同時(shí)裝有動(dòng)力熱源(發(fā)動(dòng)機(jī))和電動(dòng)能源(高壓電池與和電機(jī))的汽車(chē)，它可以通過(guò)優(yōu)化油電互補(bǔ)策略，實(shí)現(xiàn)能量的合理分配，降低排放。
[0003]目前設(shè)計(jì)的新能源混合動(dòng)力系統(tǒng)通常具有比較復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(如P2、eDCT、SP、eAD等)，往往需要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的動(dòng)力分配裝置(EDU:變速器和電機(jī)集成裝置)，因此大大提高了研發(fā)成本，延長(zhǎng)了零部件研發(fā)周期，從一定程度上限制了新能源汽車(chē)的發(fā)展。
[0004]除了上述結(jié)構(gòu)外，其它對(duì)混合動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的研究大都基于降低能源消耗傳遞路徑，這些結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)現(xiàn)有傳統(tǒng)車(chē)動(dòng)力總成部件的結(jié)構(gòu)，因此集中度較差，在實(shí)施過(guò)程中相對(duì)受限。以發(fā)明專(zhuān)利ZL200610064955.9為例，這種機(jī)電動(dòng)力耦合總成是針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)縱向布置的車(chē)輛提出的解決方案，用于發(fā)動(dòng)機(jī)橫向布置的前驅(qū)車(chē)輛上時(shí)，動(dòng)力總成的布置會(huì)與發(fā)動(dòng)機(jī)、變速器等動(dòng)力總成部件產(chǎn)生干涉，因此無(wú)法布置，并且該總成結(jié)構(gòu)需要重新設(shè)計(jì)主減速器的殼體，開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，成本較高。
[0005]綜上，為了提高新能源汽車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和集成的靈活度，降低研發(fā)成本和研發(fā)周期，在技術(shù)比較成熟的傳統(tǒng)車(chē)的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)力總成快速改造和優(yōu)化，并提高動(dòng)力系統(tǒng)集成的集中度是未來(lái)新能源發(fā)展的一個(gè)方向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)及其控制方法，在保持傳統(tǒng)混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)功能基礎(chǔ)上，可以快速集成優(yōu)化動(dòng)力分配裝置，提高動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)的集成度，減少傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)零部件的結(jié)構(gòu)改變，降低開(kāi)發(fā)周期和開(kāi)發(fā)成本。
[0007]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、起動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)離合器、變速器總成、變速器輸出軸齒輪、差速器錐齒輪、差速器殼體、半軸、電機(jī)、電機(jī)控制器、高壓電池，所述發(fā)動(dòng)機(jī)離合器使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出軸與變速器總成的動(dòng)力輸入軸接合或分離，所述變速器輸出軸齒輪與差速器錐齒輪嚙合，所述差速器錐齒輪與差速器殼體固定連接，變速器輸出軸齒輪、差速器錐齒輪和差速器殼體均位于差速器外殼體中，所述半軸上安裝有半軸齒輪，所述電機(jī)通過(guò)高壓線(xiàn)與電機(jī)控制器連接，電機(jī)控制器通過(guò)高壓線(xiàn)與高壓電池連接，還包括動(dòng)力分配殼體、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸齒輪、電機(jī)輸入軸齒輪、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸和動(dòng)力分配離合器，所述動(dòng)力分配殼體與差速器外殼體固定連接在一起，所述動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸齒輪安裝在動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸上并與電機(jī)輸入軸齒輪嚙合，所述動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸與差速器殼體通過(guò)動(dòng)力分配離合器接合或分離，所述電機(jī)輸入軸齒輪與電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)軸連接。
[0008]其中，所述動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸與半軸同軸集成，即動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸的軸線(xiàn)與半軸的軸線(xiàn)重合，否則會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。
[0009]進(jìn)一步的，所述動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸齒輪與電機(jī)輸入軸齒輪為錐齒輪嚙合。
[0010]優(yōu)選的，所述動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸齒輪與動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸通過(guò)花鍵連接。
[0011]本發(fā)明還提供所述混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)的控制方法，所述混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)具有五種工作模式，包括發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式、并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式、串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式和制動(dòng)能量回收模式，其中:
[0012]當(dāng)混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，起動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)離合器閉合，同時(shí)動(dòng)力分配離合器打開(kāi)，變速器總成在TCU的控制下處于某合適檔位，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)離合器、變速器總成、變速器輸出軸齒輪、差速器錐齒輪、半軸齒輪和半軸傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，車(chē)輛在發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下運(yùn)行；
[0013]當(dāng)混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)離合器打開(kāi)，變速器總成處于空檔，動(dòng)力分配離合器閉合，電機(jī)在電機(jī)控制器控制下運(yùn)行于電動(dòng)模式，電機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)驅(qū)動(dòng)軸、電機(jī)輸入軸齒輪、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸齒輪、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸、動(dòng)力分配離合器、差速器殼體、半軸齒輪和半軸傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，車(chē)輛在電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式下運(yùn)行；
[0014]當(dāng)混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)離合器和動(dòng)力分配離合器都閉合，變速器總成在TCU (變速器控制器)的控制下處于某合適檔位，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)離合器、變速器總成、變速器輸出軸齒輪、差速器錐齒輪、半軸齒輪和半軸傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，同時(shí)電機(jī)輸出的動(dòng)力經(jīng)驅(qū)動(dòng)軸、電機(jī)輸入軸齒輪、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸齒輪、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸、動(dòng)力分配離合器、差速器殼體、半軸齒輪和半軸傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，車(chē)輛在并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式下運(yùn)行；
[0015]當(dāng)混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)離合器和動(dòng)力分配離合器都閉合，變速器總成在TCU的控制下處于某合適檔位，電機(jī)在電機(jī)控制器的控制下運(yùn)行于發(fā)電模式，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的部分動(dòng)力經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)離合器、變速器總成、變速器輸出軸齒輪、差速器錐齒輪、半軸齒輪和半軸傳遞到驅(qū)動(dòng)輪上，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的剩余動(dòng)力經(jīng)動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸齒輪、電機(jī)輸入軸齒輪、驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)控制器輸出電流為高壓電池充電；
[0016]當(dāng)混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于制動(dòng)能量回收模式時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)離合器打開(kāi)，動(dòng)力分配離合器閉合，電機(jī)運(yùn)行于發(fā)電模式，制動(dòng)能量通過(guò)半軸、半軸齒輪、差速器殼體、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸、動(dòng)力分配驅(qū)動(dòng)軸齒輪、電機(jī)輸入軸齒輪、驅(qū)動(dòng)軸帶動(dòng)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)控制器輸出電流為高壓電池充電。
[0017]其中，所述混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)電機(jī)后加入或發(fā)動(dòng)機(jī)后加入的瞬時(shí)工況進(jìn)入并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式，其中:
[0018]如果發(fā)動(dòng)機(jī)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，需要電機(jī)加入?yún)⑴c并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，則動(dòng)力分配離合器打開(kāi)，電機(jī)起動(dòng)并工作在轉(zhuǎn)速控制模式下，當(dāng)電機(jī)達(dá)到某設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，動(dòng)力分配離合器閉合，同時(shí)電機(jī)進(jìn)入扭矩控制模式并工作在扭矩控制模式下，電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)根據(jù)扭矩分配原則工作在某設(shè)定扭矩下；
[0019]如果電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要發(fā)動(dòng)機(jī)加入?yún)⑴c并聯(lián)驅(qū)動(dòng)，則發(fā)動(dòng)機(jī)離合器打開(kāi)，起動(dòng)機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作在轉(zhuǎn)速控制模式下，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到某設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)離合器閉合，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)根據(jù)扭矩分配原則工作在設(shè)定扭矩下。
[0020]進(jìn)一步的，所述扭矩分配原則包括:
[0021]DHCU (混合動(dòng)力整車(chē)控制器)根據(jù)油門(mén)踏板開(kāi)度信號(hào)得到駕駛員需求扭矩，根據(jù)車(chē)速得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)駕駛員需求扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速得到發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩，所述發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩與扭矩控制模式下發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)定扭矩相同；
[0022]2)HCU根據(jù)駕駛員需求扭矩和發(fā)動(dòng)機(jī)需求扭矩，得到電機(jī)需求扭矩，所述電機(jī)需求扭矩與扭矩控制模式下電機(jī)的設(shè)定扭矩相同。
[0023]其中，所述電機(jī)在轉(zhuǎn)速控制模式下的設(shè)定轉(zhuǎn)速根據(jù)當(dāng)前的車(chē)速得到。所述發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)速控制模式下的設(shè)定轉(zhuǎn)速根據(jù)當(dāng)前的車(chē)速和檔位信息得到。
[0024]本發(fā)明的動(dòng)力分配裝置總成放置于整車(chē)上，在保持傳統(tǒng)混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)功能的基礎(chǔ)上，具有結(jié)構(gòu)緊湊、集成度高和空間利用率高的特點(diǎn)，并且傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)零部件基本無(wú)需有大的變化，該結(jié)構(gòu)靈活性強(qiáng)，可以根據(jù)整車(chē)動(dòng)力系統(tǒng)的要求單獨(dú)設(shè)計(jì)動(dòng)力分配裝置，并可實(shí)現(xiàn)快速集成，大大降低了開(kāi)發(fā)周期和開(kāi)發(fā)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明中混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)的能量傳遞路徑示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明中混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)的能量傳遞路徑示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明中混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于并聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)的能量傳遞路徑示意圖；
[0029]圖5是本發(fā)明中混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于串聯(lián)驅(qū)動(dòng)模式時(shí)的能量傳遞路徑示意圖；
[0030]圖6是本發(fā)明中混合動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)處于制動(dòng)能量回收模式時(shí)的能量傳遞路徑示意圖；
[0031]圖7是本發(fā)明的扭矩分配原則示意圖。
[0032]其中