一種用于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合器及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車領(lǐng)域，特指一種用于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合器及其控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]國際石油價(jià)格的飆升和世界環(huán)境保護(hù)的壓力使得電動(dòng)汽車成為汽車工業(yè)新的發(fā)展方向。世界各國政府對(duì)此也高度重視，不僅頒布了嚴(yán)格的法規(guī)限制汽車的排放對(duì)環(huán)境的污染，同時(shí)也出臺(tái)政策，用于鼓勵(lì)和資助電動(dòng)汽車發(fā)展，世界各大汽車企業(yè)都在不斷深入研究用于電動(dòng)汽車的核心技術(shù)。由于當(dāng)前動(dòng)力電池的能量密度偏低、質(zhì)量大、成本高、續(xù)駛里程短和充電時(shí)間長等問題，純電動(dòng)汽車的市場化推廣進(jìn)程緩慢。而混合動(dòng)力汽車因其具有的低能耗、低排放和價(jià)格優(yōu)勢已成為全球新能源汽車開發(fā)的熱點(diǎn)?；旌蟿?dòng)力汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性較傳統(tǒng)車輛降低30% _40%，尾氣排放指標(biāo)降低了 50% _60%，由于國內(nèi)大城市交通擁擠，環(huán)境保護(hù)壓力大，混合動(dòng)力汽車十分適合我國國情，其在中國市場的前景也被看好。
[0003]相比于串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)，并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢:(1)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)在車輛起步時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速，電機(jī)獨(dú)立驅(qū)動(dòng)；充分利用了電機(jī)低速大轉(zhuǎn)矩、響應(yīng)快速的特點(diǎn)，在避開發(fā)動(dòng)機(jī)低效率區(qū)的同時(shí)提高混合動(dòng)力系統(tǒng)的效率；(2)并聯(lián)混合動(dòng)力只有一套電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本降低。
[0004]同時(shí)并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)也存在一些缺點(diǎn):(1)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車主要使用發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，車輛匹配的動(dòng)力電池容量較小，使得車輛在進(jìn)行制動(dòng)能量回收時(shí)，受到動(dòng)力電池S0C、最大充放電電流和持續(xù)充電電流的限制，回收制動(dòng)能量能力有限；⑵由于發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)需要使其在較低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行一段時(shí)間，若在行車過程中使用起動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，將會(huì)造成起動(dòng)電機(jī)工作頻繁，導(dǎo)致其過早達(dá)到疲勞壽命而失效，若通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)行車啟停功能，將會(huì)造成車輛的動(dòng)力中斷；(3)若并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)不具有行車啟停功能，則發(fā)動(dòng)機(jī)在低速情況下需要保持怠速狀態(tài)，這樣增加的并聯(lián)混合動(dòng)力系統(tǒng)的能耗和對(duì)環(huán)境的污染。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車制動(dòng)能量回收能力受到限制且實(shí)現(xiàn)行車啟停功能困難的問題，本發(fā)明提供了一種用于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合器及其控制方法，該動(dòng)力耦合器能夠提高車輛制動(dòng)能量回收能力，減少了發(fā)動(dòng)機(jī)的能量消耗和污染排放。
[0006]本發(fā)明的用于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合器采用的技術(shù)方案是:
[0007]—種用于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合器，其特征在于，包括發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪組、發(fā)動(dòng)機(jī)連接軸齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)離合器、渦卷彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接軸、驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)離合器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接軸齒輪、驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)齒輪組和驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸齒輪、發(fā)動(dòng)機(jī)連接軸、整車控制器、動(dòng)力耦合器控制器；
[0008]所述發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪組、驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)齒輪組均包括通過軸連接的大齒輪和小齒輪；
[0009]發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出端連接，發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪組的大齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸齒輪嚙合，發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)齒輪組的小齒輪與發(fā)動(dòng)機(jī)連接軸齒輪嚙合，發(fā)動(dòng)機(jī)連接軸齒輪通過發(fā)動(dòng)機(jī)連接軸與發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)離合器同軸固定連接；
[0010]驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出端連接，驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)齒輪組的大齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸齒輪嚙合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)齒輪組的小齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接軸齒輪嚙合，驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接軸齒輪與驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)離合器同軸固定連接；驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接軸齒輪通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接軸與車橋連接；
[0011]渦卷彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)連接軸上，包括太陽輪、齒圈，以及均與太陽輪同軸安裝的可變向棘輪機(jī)構(gòu)、行星架、行星架制動(dòng)器、儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤、太陽輪制動(dòng)器、渦卷彈簧、太陽輪離合器和行星架離合器，可變向棘輪機(jī)構(gòu)固定安裝在齒圈的右端，而渦卷彈簧安裝在齒圈上，太陽輪通過行星架與齒圈連接，行星架、太陽輪和齒圈組成行星齒輪機(jī)構(gòu)，太陽輪制動(dòng)器安裝在太陽輪的右側(cè)，太陽輪離合器安裝在太陽輪的左側(cè)，行星架制動(dòng)器和行星架離合器均安裝在行星架的左側(cè)，太陽輪離合器和行星架離合器也與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤相對(duì)安裝；
[0012]發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)離合器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)離合器均與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤同軸相對(duì)安裝；
[0013]所述動(dòng)力耦合器控制器通過信號(hào)線與渦卷彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)連接，所述動(dòng)力耦合器控制器用于通過控制旋轉(zhuǎn)電機(jī)、行星架制動(dòng)器、太陽輪制動(dòng)器、太陽輪離合器、行星架離合器、發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)離合器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)離合器的工作狀態(tài)；
[0014]整車控制器、動(dòng)力耦合器控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)及發(fā)動(dòng)機(jī)通過CAN總線連接，所述整車控制器用于向動(dòng)力耦合器控制器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出控制指令。
[0015]進(jìn)一步地，所述可變向棘輪機(jī)構(gòu)包括棘爪、旋轉(zhuǎn)電機(jī)和棘輪，棘爪的一端伸入棘輪的輪齒中，棘爪的另一端與旋轉(zhuǎn)電機(jī)同軸固定連接。
[0016]用于并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力耦合器的控制方法，其特征在于，所述并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車有五種基本工作模式:待機(jī)模式、純電驅(qū)動(dòng)模式、混合驅(qū)動(dòng)模式、制動(dòng)模式、滑行模式，
[0017]當(dāng)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車完成高壓上電，并使用起動(dòng)電機(jī)啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)后，車輛處于待機(jī)模式，發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)離合器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)離合器處于分離狀態(tài)，太陽輪離合器和行星架離合器也處于分離狀態(tài)，行星架制動(dòng)器和太陽輪制動(dòng)器處于制動(dòng)釋放狀態(tài)；
[0018]當(dāng)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車處于起步工況時(shí)，車輛進(jìn)入純電驅(qū)動(dòng)模式，動(dòng)力耦合器控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)離合器與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤結(jié)合，太陽輪離合器也與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤結(jié)合；動(dòng)力耦合器控制器控制行星架制動(dòng)器工作使得行星架停止轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)使得棘爪離開棘輪；此時(shí)太陽輪的旋轉(zhuǎn)方向與齒圈的旋轉(zhuǎn)方向相反，渦卷彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)釋放彈性能量并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，整車控制器29控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)與渦卷彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)共同驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車的平穩(wěn)起步；當(dāng)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車起步結(jié)束后，動(dòng)力耦合器控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)離合器與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤分離，太陽輪離合器也與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤分離，行星架制動(dòng)器停止制動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)使得棘爪卡住棘輪，車輛由驅(qū)動(dòng)電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
[0019]當(dāng)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車在行駛過程中，在出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力矩不足或動(dòng)力電池電量不足等情況時(shí)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，并進(jìn)入混合驅(qū)動(dòng)模式；首先動(dòng)力耦合器控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)離合器與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤結(jié)合，太陽輪離合器也與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤結(jié)合；動(dòng)力耦合器控制器控制行星架制動(dòng)器工作使得行星架停止轉(zhuǎn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)正向旋轉(zhuǎn)使得棘爪離開棘輪，此時(shí)太陽輪的旋轉(zhuǎn)方向與齒圈的旋轉(zhuǎn)方向相反，渦卷彈簧儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)釋放彈性能量并轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使發(fā)動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)轉(zhuǎn)速下運(yùn)行一段時(shí)間，燃油電磁閥自動(dòng)噴油以啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)并聯(lián)式混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)行車啟停；隨后整車控制器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接軸齒輪轉(zhuǎn)速與發(fā)動(dòng)機(jī)連接軸齒輪的轉(zhuǎn)速接近時(shí)，動(dòng)力耦合器控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)傳動(dòng)離合器與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤結(jié)合，太陽輪離合器與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤分離，行星架制動(dòng)器停止制動(dòng)，旋轉(zhuǎn)電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)使得棘爪卡住棘輪，車輛由發(fā)動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)共同驅(qū)動(dòng)。
[0020]當(dāng)并聯(lián)式混合動(dòng)力汽車在行駛過程中出現(xiàn)制動(dòng)氣室氣壓不足情況時(shí)，啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī):首先動(dòng)力耦合器控制器控制發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)離合器與儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)輸出盤結(jié)合，動(dòng)力耦合器控制器控制