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CN110406371A - 一种双动力混合系统设计方法及控制策略 - Google Patents

一种双动力混合系统设计方法及控制策略 Download PDF

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CN110406371A CN201810383569.9A CN201810383569A CN110406371A CN 110406371 A CN110406371 A CN 110406371A CN 201810383569 A CN201810383569 A CN 201810383569A CN 110406371 A CN110406371 A CN 110406371A
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王国斌
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Abstract

一种双动力混合系统设计方法及控制策略，本发明属于传统汽车、混合动力汽车、新能源汽车动力总成设计及制造技术领域，用两个电机与两档或多档齿轮组组合成纯电动双动力系统，可以实现交替接力无动力中断无级换挡，依靠多档位齿轮组切换，使得电机可以在小范围内高效区调速即可获得大速比范围无级变速，动力性、经济性、舒适性均得以改善。其中，两电机可以是一个可以调速或两个均可以调速的电机来完成变速换挡工作，其动力源也可以是双发动机，或电机加发动机，分别组合成传统发动机双动力或混合动力系统。

Description

一种双动力混合系统设计方法及控制策略
技术领域
本发明属于传统汽车、混合动力汽车、新能源汽车动力总成设计及制造技术领域。
背景技术
电动汽车快速发展促进了电机及相关产业发展，同时也使车辆传动系统发生大的变化，并对变速箱高速性，噪音，可靠性，性价比提出更高要求，现有电动车变速器包括直驱，两档，三档及多档位变速器等，此类变速器大多存在一定时间动力中断，使得车辆出现顿挫现象，为了改善性能对电动及执行机构控制提出更高要求。
发明内容
本发明针对现有变速器缺陷改进：用两个电机与两档或多档齿轮组组合成纯电动双动力系统，可以实现交替接力无动力中断无级换挡，依靠多档位齿轮组切换，使得电机可以在小范围内高效区调速即可获得大速比范围无级变速，动力性、经济性、舒适性均得以改善。
其中，两电机可以是一个可以调速或两个均可以调速的电机来完成变速换挡工作。
或者，以上双电机可以是双发动机，或电机加发动机，分别组合成传统发动机双动力，或混合动力。
另外，此电机也可以是传统内燃机、液压马达，气动马达，蒸汽机，燃气轮机，空气动力发动机，压缩空气发动机等动力源。
其双动力源中，至少有一个动力源是可以调速的动力源。
另外，可根据对输出功率需求大小来采用单动力源工作或双动力源同时工作。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进行具体说明：
图1：异侧对峙同心轴双动力混合系统机构简图
图2：同侧平行轴双动力混合系统机构简图
图3：同侧同心轴两档双动力混合系统机构简图
其中：
1、电机A 13、电机C
2、变速器输入轴A 14、空心转子电机D
3、一档齿轮副 15、低档齿轮副
4、一、三档同步器 16、空心轴
5、三档齿轮副 17、同心轴耦合同步器
6、双动力耦合器(同步器或离合器) 18、实心轴
7、四档齿轮副 19、高档齿轮副
8、二、四档同步器 20、高低档切换同步器
9、二档齿轮副 21、输出中间轴
10、变速器输入轴B 22、主减速齿轮副
11、电机B 23、差速器
12、输出轴 24、链条或连接惰轮
具体实施方式
图1：异侧对峙同心轴双动力混合系统机构简图
如图所示：由异侧对峙的电机A、电机B分别与变速器输入轴A、变速器输入轴B连接，两轴通过双动力耦合器(同步器或离合器)6可以连接或断开，两轴与输出轴12之间各自分别安装有一档齿轮副3、三档齿轮副5，四档齿轮副7，二档齿轮副9，并分别通过一、三档同步器、二、四档同步器控制可以改变变速器功率流路径。
其工作原理及控制逻辑关系举例解释如下：
从一档工作开始描述，同步器挂一档，电机A工作，功率流通过一档齿轮副输出，此刻，如果需要大功率输出，电机A、电机B同时工作，双动力耦合器(同步器或离合器)6连接，双电机功率流合并经过一档齿轮副输出。
挂二档，可以有三种控制策略：
策略1：此刻先确认双动力耦合器6断开，电机A先增速，让输出轴转速达到二档时对应输出转速(注：此时所述的二档转速只是相对值，指的是当前状态下电机B转速未提速前对应的二档输出转速)，此时，二档对应的同步器的结合套及结合齿转速同步，挂入二档(如果需要大功率，则可以让电机A转速还原，并结合双动力耦合器6即可)。
策略2：先确认双动力耦合器6断开，电机A转速不变，电机B减速，降到让二档对应的同步器的结合套及结合齿转速同步，挂入二档，之后，脱开一档同步器，让电机B增速到原转速，则变速器输出为二档转速，此刻两轴达到同步，如果需要大功率，则让双动力耦合器6结合，双电机同时输出功率。
策略3：如果目前需要大功率升档增速，则让双动力耦合器6结合，让双电机同时参与工作，同时增速，功率流合并通过一档齿轮副输出，让输出轴转速达到二档时对应输出转速时，双动力耦合器6断开，电机B减速，当二档同步器的结合套及结合齿转速同步时，同步器结合，挂入二档。如果需要大功率，则断开一档同步器，让电机A也减速使得两电机转速同步器后，让双动力耦合器6结合，双电机同时输出功率。
挂三档、挂四档，原理同上，不在一一介绍。
注：如果需要大功率，随时可以让两电机工作，如果转速同步就让双动力耦合器6保持结合，通过同一同步器对应的齿轮副输出功率。如果两电机转速不同步，也可以通过断开双动力耦合器6，调节双电机不同转速来获得通过不同同步器对应齿轮副输出同一转速，在输出轴并流输出大功率，控制策略为二者转速在到达输出轴时转速同步，相互适应不发现转速干涉现象为原则。
为保证同步器寿命以及能耗问题，舒适性问题，换挡功率流切换时，应确保同步器在卸荷前提下结合或分离，可增加弹性复位联轴器或超越离合器，此工作原理可参考在先专利申请(申请号：201810007008.9；201810087621.6)。
分析：在上述控制策略2中，电机A始终保持转速不变，此控制策略适用于其中一动力源是不可调速的动力源方案。
注1：电机A、电机B可以角色互换。
注2：电机A、电机B可以是双电机，双发动机，或其中一个是发动机，分别组合成双电机模式，传统发动机双动力模式，或混合动力模式。
另外，此双电机也可以是传统内燃机、液压马达，气动马达，蒸汽机，燃气轮机，空气动力发动机，压缩空气发动机等动力源。
其双动力源中，至少有一个动力源是可以调速的动力源。或双动力源均可以调速。
另外，可根据对输出功率需求大小来采用单动力源工作或双动力源同时工作。
图2：同侧平行轴双动力混合系统机构简图
其工作原理与图1类似，二者区别是空间布局不同，为平行轴布局，两轴的功率流衔接需用链轮链条或齿轮加惰轮来完成。另外，两电机也可以布置在异侧，例如：电机A可以设置在变速器输入轴A的右端。
图3：同侧同心轴两档双动力混合系统机构简图
图3所示为双电机同侧同心轴布局方案，此方案中，存在空心轴、实心轴、同心轴耦合同步器，以及空心转子电机D。此空间布局很紧凑。工作原理与上文相仿，不再一一介绍。

Claims (10)

1.一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：用双动力源与两档或多档齿轮组组合成双动力系统，可以实现交替接力无动力中断无级换挡，依靠多档位齿轮组切换，使得动力源可以在小范围内高效区调速即可获得大速比范围无级变速。
2.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：双动力源是双电机，或双发动机，或电机加发动机，分别组合成双电机动力，传统发动机双动力，或混合动力。
3.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：双动力源也可以是传统内燃机、液压马达，气动马达，蒸汽机，燃气轮机，空气动力发动机，压缩空气发动机等动力源。
4.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：双动力源中，至少有一个动力源是可以调速的动力源，或两个均可以调速的动力源。
5.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：可根据对输出功率需求大小来采用单动力源工作或双动力源同时工作。
6.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：其动力源可以是两个动力源或两个以上动力源。
7.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：异侧对峙同心轴双动力混合系统由异侧对峙的电机A、电机B分别与变速器输入轴A、变速器输入轴B连接，两轴通过双动力耦合器6可以连接或断开，两轴与输出轴12之间各自分别安装有一档齿轮副3、三档齿轮副5，四档齿轮副7，二档齿轮副9，并分别通过一、三档同步器、二、四档同步器控制可以改变变速器功率流路径。
8.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：同侧平行轴双动力混合系统为平行轴布局，两轴的功率流衔接需用链轮链条或齿轮加惰轮来完成，或者，两电机也可以布置在异侧，电机A可以设置在变速器输入轴A的右端；或者：同侧同心轴两档双动力混合系统，包括：空心轴、实心轴、同心轴耦合同步器，以及空心转子电机D。
9.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：双动力混合系统的换挡动态逻辑关系及控制策略为：同步器挂一档，电机A工作，功率流通过一档齿轮副输出，或者，电机A、电机B同时工作，双动力耦合器6连接，双电机功率流合并经过一档齿轮副输出；挂二档，策略1：双动力耦合器6断开，电机A先增速，让输出轴转速达到二档时对应输出转速，二档对应的同步器的结合套及结合齿转速同步，挂入二档，或者，让电机A转速还原，并结合双动力耦合器6；策略2：双动力耦合器6断开，电机A转速不变，电机B减速，降到让二档对应的同步器的结合套及结合齿转速同步，挂入二档，之后脱开一档同步器，让电机B增速到原转速，变速器输出为二档转速，两轴达到同步，或者，让双动力耦合器6结合，双电机同时输出功率；策略3：让双动力耦合器6结合，双电机同时参与工作，同时增速，功率流合并通过一档齿轮副输出，让输出轴转速达到二档时对应输出转速时，双动力耦合器6断开，电机B减速，当二档同步器的结合套及结合齿转速同步时，同步器结合，挂入二档；或者断开一档同步器，让电机A也减速使得两电机转速同步器后，让双动力耦合器6结合，双电机同时输出功率。
10.根据权利要求1所述的一种双动力混合系统设计方法及控制策略，其特征是：可以让两电机工作，如果转速同步就让双动力耦合器6保持结合，通过同一同步器对应的齿轮副输出功率；如果两电机转速不同步，也可以通过断开双动力耦合器6，调节双电机不同转速来获得通过不同同步器对应齿轮副输出同一转速，在输出轴并流输出大功率，控制策略为二者转速在到达输出轴时转速同步，相互适应不发现转速干涉现象为原则；另外，可根据对输出功率需求大小来采用单动力源工作或双动力源同时工作。
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