本發(fā)明涉及一種雙離合混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型，屬于汽車技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

混合動力汽車相對于傳統(tǒng)汽車具有很大的節(jié)能減排優(yōu)勢，其節(jié)能效果得到汽車界的廣泛認(rèn)可，關(guān)于混合動力系統(tǒng)的研究也一直在進(jìn)行。從理論上講，行星排混聯(lián)混合動力系統(tǒng)的基本構(gòu)型有6種，現(xiàn)在研究和應(yīng)用的只有兩種，其發(fā)動機(jī)分別與行星排的行星架和齒圈相連。其中，發(fā)動機(jī)與行星架相連的構(gòu)型綜合性能最好，最典型的就是豐田的THS系統(tǒng)，行星排的太陽輪、齒圈和行星架分別與發(fā)電機(jī)、電動機(jī)和發(fā)動機(jī)相連，由行星架輸入從齒圈輸出。由于豐田的專利限制，基于THS系統(tǒng)的變型有很多，大多是在此基礎(chǔ)上加行星排、離合器和制動器，增加系統(tǒng)的自由度和靈活性，所以系統(tǒng)的基本特性并沒有改變。發(fā)動機(jī)與齒圈相連的構(gòu)型的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩特性與THS相似，典型的就是Timken構(gòu)型，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。兩種構(gòu)型相比，發(fā)動機(jī)與行星架相連動力從齒圈輸出的構(gòu)型中，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速相對較低，但輸出的轉(zhuǎn)矩也低。

目前的混合動力驅(qū)動系統(tǒng)存在以下問題：純電動模式下只有一個電機(jī)工作，導(dǎo)致電動機(jī)功率需求較大，在混合電動模式下，電動機(jī)功率利用不充分；電動機(jī)，發(fā)電機(jī)和發(fā)動機(jī)與行星排一直有機(jī)械連接，導(dǎo)致在純電動模式下，發(fā)電機(jī)在高速空轉(zhuǎn)，增加了系統(tǒng)的慣性和響應(yīng)時間，同時約束了純電動行駛的最高車速；在由純電動模式轉(zhuǎn)換到混合動力模式時，發(fā)動機(jī)的啟動阻力矩會抵消一部分電動機(jī)的力矩，導(dǎo)致對電動機(jī)的瞬時轉(zhuǎn)矩要求較高，而且輸出轉(zhuǎn)矩會產(chǎn)生波動，影響平順性；在現(xiàn)有的混合動力系統(tǒng)控制中，功率分離系數(shù)控制在機(jī)械點(diǎn)之后，但離機(jī)械點(diǎn)比較近，此時發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般并不會達(dá)到其最高轉(zhuǎn)速，所以發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不再是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的限制，可以考慮用發(fā)電機(jī)與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速杠桿比更大的構(gòu)型?？偨Y(jié)出來就是，現(xiàn)有的混合動力系統(tǒng)構(gòu)型未能充分利用發(fā)電機(jī)的功率，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)未能與發(fā)動機(jī)充分解耦，發(fā)動機(jī)與齒圈相連的構(gòu)型不會受到電機(jī)轉(zhuǎn)速的限制，尤其是電機(jī)與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速解耦之后。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有混合動力系統(tǒng)中存在不能充分地利用發(fā)電機(jī)的功率、電機(jī)的功率和質(zhì)量偏大以及模式切換過程中產(chǎn)生沖擊等問題，提出了一種雙離合混合動力驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：該構(gòu)型包括發(fā)動機(jī)、前行星排、發(fā)電機(jī)、制動器、第一離合器、后行星排、驅(qū)動橋總成、電動機(jī)、第二離合器和儲能裝置；所述前行星排由前齒圈、前行星架和前太陽輪構(gòu)成；后行星排由后齒圈、后行星架和后太陽輪構(gòu)成；其中所述前行星排的前齒圈與發(fā)動機(jī)的輸出軸相連，前行星排的前太陽輪與發(fā)電機(jī)的輸出軸相連，前行星排的前行星架與制動器和第一離合器相連；所述后行星排的后齒圈固定在車輛底盤上，后行星排的后太陽輪與電動機(jī)相連，后行星排的后行星架與第一離合器相連，后行星排的后行星架的后端與驅(qū)動橋總成相連；所述發(fā)電機(jī)和電動機(jī)均與第二離合器相連，同時，發(fā)電機(jī)和電動機(jī)均通過電路與儲能裝置相連，可從儲能裝置吸收能量或向儲能裝置補(bǔ)充能量；所述前行星排的前行星架和后行星排的后行星架均與第一離合器相連，可實(shí)現(xiàn)兩者的同步運(yùn)轉(zhuǎn)和獨(dú)立運(yùn)動。

該系統(tǒng)構(gòu)型能夠?qū)崿F(xiàn)二種發(fā)動機(jī)啟動模式，三種車輛起動模式，四種車輛正常運(yùn)行模式，并能夠根據(jù)需求功率、車速和電池SOC決定車輛的工作模式。

與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

1、本發(fā)明所述的混合動力系統(tǒng)構(gòu)型將發(fā)動機(jī)與齒圈相連，行星架與電動機(jī)相連作為輸出，輸出轉(zhuǎn)矩大；增加了兩個離合器，可以實(shí)現(xiàn)電動機(jī)與前行星排行星架的分離和發(fā)電機(jī)對電動機(jī)的輔助驅(qū)動，增強(qiáng)了車輛的動力性，同時減小了電動機(jī)的功率需求；增加了制動器，使得在發(fā)動機(jī)啟動時不會對后行星排行星架產(chǎn)生阻力矩，不會產(chǎn)生模式切換沖擊；由于加了制動器，在發(fā)動機(jī)啟動時，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速不會太高。

2、本發(fā)明所述的混合動力系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)多種模式，可以覆蓋車輛行駛過程中的各種工況，綜合考慮功率需求、車速和電池SOC，根據(jù)不同的工況和車輛狀況，切換不同的工作模式，通過合理的設(shè)計(jì)與控制，車輛大部分時間應(yīng)該工作在運(yùn)行模式中的第四種模式，提高了整車的經(jīng)濟(jì)性，同時提供了其他幾種工作模式，能夠保護(hù)電池，增加車輛對環(huán)境的適應(yīng)性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明雙離合混合動力驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明雙離合混合動力驅(qū)動系統(tǒng)各種運(yùn)行模式切換框圖。

具體實(shí)施方式

由附圖1所示：一種雙離合混合動力驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型，該構(gòu)型包括發(fā)動機(jī)1、前行星排2、發(fā)電機(jī)6、制動器7、第一離合器8、后行星排9、驅(qū)動橋總成14、電動機(jī)15、第二離合器16和儲能裝置17；所述前行星排2由前齒圈3、前行星架4和前太陽輪5構(gòu)成；后行星排9由后齒圈10、后行星架11和后太陽輪13構(gòu)成；其中所述前行星排2的前齒圈與發(fā)動機(jī)6的輸出軸通過內(nèi)外花鍵相連，前行星排2的前太陽輪5與發(fā)電機(jī)6的輸出軸通過內(nèi)外花鍵相連，前行星排2的前行星架4與制動器7和第一離合器8相連；所述后行星排9的后齒圈10固定在車輛底盤（圖中未標(biāo)示）上，后行星排9的后太陽輪13與電動機(jī)15通過內(nèi)外花鍵相連，后行星排9的后行星架11與第一離合器8相連，后行星排9的后行星架11的后端通過花鍵與驅(qū)動橋總成14的主減速器主動小齒輪相連；所述發(fā)電機(jī)6和電動機(jī)15均通過花鍵與第二離合器16相連，即分別與第二離合器16的兩個摩擦盤相連，可實(shí)現(xiàn)兩者的同步運(yùn)轉(zhuǎn)和獨(dú)立運(yùn)動，同時，發(fā)電機(jī)6和電動機(jī)15均通過電路與儲能裝置17相連，可從儲能裝置17吸收能量或向儲能裝置17補(bǔ)充能量；所述前行星排2的前行星架4和后行星排9的后行星架11均與第一離合器8相連，可實(shí)現(xiàn)兩者的同步運(yùn)轉(zhuǎn)和獨(dú)立運(yùn)動。

所述的儲能裝置17可以是蓄電池、超級電容或飛輪電池，能向發(fā)電機(jī)6和電動機(jī)15提供電能，也能吸收發(fā)電機(jī)6和電動機(jī)15發(fā)電產(chǎn)生的電能。

所述的雙離合混合動力驅(qū)動系統(tǒng)構(gòu)型能夠?qū)崿F(xiàn)二種發(fā)動機(jī)啟動模式，三種車輛起動模式，四種車輛正常運(yùn)行模式，并能根據(jù)車輛需求功率（P_need）、車速（V）和SOC（電池核電狀態(tài)，State Of Charge）確定車輛的工作模式。

二種發(fā)動機(jī)啟動模式分別為發(fā)動機(jī)啟動模式A和B。

采用發(fā)動機(jī)啟動模式A時，制動器7結(jié)合，第一離合器8和第二離合器16分離，發(fā)電機(jī)6電動，通過前行星排2拖動發(fā)動機(jī)1使其啟動；

采用發(fā)動機(jī)啟動模式B時，制動器7和第二離合器16分離，第一離合器8結(jié)合，前后行星排2、9的行星架4、11固連，初始時發(fā)電機(jī)6空轉(zhuǎn)，然后逐漸對發(fā)電機(jī)6施加轉(zhuǎn)矩，并控制其轉(zhuǎn)速，即車輛拖動發(fā)動機(jī)1和發(fā)電機(jī)6，從而將發(fā)動機(jī)1啟動。

啟動模式A相對于現(xiàn)有技術(shù)能避免發(fā)動機(jī)啟動時施加給輸出端負(fù)的拖矩，從而不會對驅(qū)動轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生沖擊和波動；啟動模式B可用于車輛減速、滑行和下坡等工況，利用車輛動能啟動車輛。

三種車輛起動模式分別為車輛起動模式I、II、III。

車輛起動模式I是直接用電動機(jī)15通過后行星排9起動車輛，即制動器7、第一離合器8和第二離合器16均處于分離狀態(tài)；起動模式I用于低速起動車輛，功率需求小，如城市交通情況下跟車行駛；

車輛起動模式II是將發(fā)電機(jī)6和電動機(jī)15串聯(lián)之后通過后行星排9起動車輛，即制動器7和第一離合器8分離，第二離合器16結(jié)合；起動模式II用于快速起動車輛，功率需求大，如從靜止?fàn)顟B(tài)開始進(jìn)行急加速和坡道起動車輛；

車輛起動模式III是用發(fā)動機(jī)1經(jīng)前行星排2調(diào)速后通過后行星排9起動車輛，即制動器7和第二離合器16分離，第一離合器8結(jié)合。起動模式III是在電池SOC較低，采用發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛，同時通過發(fā)電機(jī)發(fā)電給電池充電，發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速與車速可以通過發(fā)電機(jī)6解耦，此模式為必備模式。

四種車輛正常運(yùn)行模式分別為正常運(yùn)行模式一、二、三和四。

運(yùn)行模式一、二和三分別對應(yīng)于車輛起動模式I、II和III，制動器7和離合器的連接情況相同，不同的是車輛起動時和正常運(yùn)行時上述三種模式中發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的協(xié)調(diào)控制不同；

運(yùn)行模式四是發(fā)動機(jī)1、發(fā)電機(jī)6和電動機(jī)15同時工作，即制動器7和第二離合器16分離，第一離合器8結(jié)合，此時整個系統(tǒng)工作在混聯(lián)功率分流模式下，發(fā)電機(jī)6調(diào)節(jié)輸入輸出的速比，電動機(jī)15補(bǔ)償輸出轉(zhuǎn)矩，此模式為經(jīng)濟(jì)模式。上述四種模式，運(yùn)行模式四最為經(jīng)濟(jì)，實(shí)際工作過程中應(yīng)控制系統(tǒng)大多數(shù)（除了起動，停車等特殊情況）時間工作在此模式，另外三種模式能夠使車輛適應(yīng)所有的行駛工況，所以也是必需的。

如圖2所示（雙離合混合動力驅(qū)動系統(tǒng)各種運(yùn)行模式切換框圖），SOC表示電池當(dāng)前的電量，SOC_low1是電池能向電動機(jī)15供電的下限閾值，SOC_low2是電池能向雙電機(jī)（發(fā)電機(jī)6和電動機(jī)15）供電的下限閾值，SOC_low3是為保證電池電量的波動在電池放電的安全范圍內(nèi)而設(shè)定的下限閾值，P_need是車輛的實(shí)時需求功率，P_m是電動機(jī)15的額定功率，V是車速，V_low是純電動行駛的最高車速，即電池電量充足時發(fā)動機(jī)啟動的最低車速。

如圖2所示，駕駛員發(fā)出車輛起動命令后，車輛檢查電池SOC：當(dāng)電池SOC< SOC_low1時，電池電量過低，此時用發(fā)動機(jī)啟動模式A啟動發(fā)動機(jī)，待發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定之后，采用車輛起動模式III啟動車輛，車輛開始行駛，在正常運(yùn)行模式三下工作；當(dāng)SOC>SOC_low1時，若SOC>SOC_low2且P_need>P_m，即需求功率大于電動機(jī)15的額定功率且電池電量可供雙電機(jī)同時工作，則采用車輛起動模式II，否則，采用車輛起動模式I工作；在完成起動之后，依舊按SOC和功率需求分為兩種運(yùn)行模式，在需求功率大于電動機(jī)功率時，采用雙電機(jī)工作的運(yùn)行模式二，否則采用運(yùn)行模式一；在運(yùn)行過程中，當(dāng)車速未超過V_low且電池SOC還能給電機(jī)供電時，返回繼續(xù)檢查需求功率和SOC，并在運(yùn)行模式一和二之間切換；直到V>V_low或SOC< SOC_low1（即車速達(dá)到起動發(fā)動機(jī)的最低車速或電池SOC過低）時，啟動發(fā)動機(jī)，此時，若車輛不需要功率（即工作在滑行、制動或下坡工況），采用發(fā)動機(jī)啟動模式B（車輛拖動發(fā)動機(jī)啟動）啟動發(fā)動機(jī)，否則，采用發(fā)動機(jī)啟動模式A（發(fā)電機(jī)驅(qū)動發(fā)動機(jī)啟動）啟動發(fā)動機(jī)。發(fā)動機(jī)啟動之后，根據(jù)車速和SOC決定運(yùn)行模式的選擇和切換：當(dāng)V>V_low、SOC>SOC_low3（即車速高于發(fā)動機(jī)啟動車速且系統(tǒng)能夠平衡功率分流模式時電池SOC的波動）時，采用運(yùn)行模式四，否則（即不能平衡功率分流電池SOC的波動時），采用運(yùn)行模式三；當(dāng)工作在運(yùn)行模式四時，若V<V_low（車速低于啟動發(fā)動機(jī)的最低車速）時，切換至運(yùn)行模式一或二，當(dāng)SOC< SOC_low3（不能平衡功率分流電池SOC的波動）時，切換至運(yùn)行模式三，否則，繼續(xù)工作于運(yùn)行模式四；當(dāng)工作于運(yùn)行模式三時，當(dāng)V>V_low、SOC>SOC_low3（車速高于發(fā)動機(jī)啟動車速且系統(tǒng)能夠平衡功率分流模式時電池SOC的波動）時，切換至運(yùn)行模式四，當(dāng)V<V_low（車速低于啟動發(fā)動機(jī)的最低車速）時，切換至運(yùn)行模式一或二，否則，繼續(xù)工作于運(yùn)行模式三。