本實用新型涉及新能源汽車技術領域,特別涉及一種適用于新能源汽車的雙盤離合器混合動力總成。
背景技術:
隨著社會和車輛工程技術的不斷發展,車輛的保有量愈來愈大,車輛使用過程中對能源的消耗、以及尾氣的排放對環境的污染受到社會各界的高度重視。越來越多的國家和地區對新能源汽車的發展出臺了激勵政策,尤其大型商用車使用動力總成對積極促進新能源車輛、以及相關配套產業和技術的發展有著重要的作用。目前市場上采用的技術路線主要為混合動力技術和純電動技術。不管是混合動力技術還是純電動技術,都需要對系統的傳動系統進行優化配置。對于大型商用車使用混合動力系統,需要配置具有低損耗空擋模式的兩速或三速自動離合器優化適應行駛工況。對于混合動力或純電動車輛而言,要求其傳動裝置可靠性高、節能、成本低。由于傳統液壓自動變速箱存在持續工作的液壓泵,耗能大,且不能被反向拖動,對于混合動力或純電動車輛不再適用。
目前,混合動力總成主要采用三種自動離合器,一是通過氣缸推動撥叉分離軸承使干式離合器分離或結合的自動離合器;但是,存在切換平順差、磨損后很難實現線性化控制、分離軸承壽命短、控制系統復雜、結構體積大、加工精度高、故障概率較高、壽命短、維護成本高等技術問題。二是通過液壓缸推動多片濕式摩擦副來實現離合的自動離合器;但是,存在多片濕式摩擦副帶排阻力大、維護成本高、效率低、液壓控制元件復雜等技術問題。三是氣缸或電動執行器推動撥叉換擋的定軸式具有空擋模式的兩速或多速AMT。但是,AMT存 在換擋平順差、不能實現無動力間斷換擋、換擋時間長、控制系統復雜、結構體積大、加工精度高、可靠性低、無法實現半聯動驅動等技術問題。
因此,上述三種類型的離合器都不滿足混合動力總成總體性能匹配要求,造成了混合動力總成動力傳遞效率低,能量的管理匹配不合理,整車性能低等技術問題。
技術實現要素:
本實用新型要解決的技術問題是提供配置了無動力間斷切換、切換響應迅速、控制系統簡單、結構體積小、可靠性高、能耗小、傳動效率高、維護成本低的干式雙盤離合器,有效提高新能源汽車的動力傳遞效率,能量管理匹配精益度和性能的一種適用于新能源汽車的雙盤離合器混合動力總成。
為了解決上述技術問題,本實用新型的技術方案為:
一種適用于新能源汽車的雙盤離合器混合動力總成,包括發動機、彈性減震連接器、第一電機、雙盤離合器、第二電機、第一電機控制器、第二電機控制器、整車控制器、驅動橋總成、油門踏板、制動踏板、儲能電源,所述發動機、彈性減震連接器、第一電機、雙盤離合器、第二電機通過同軸依次連接;所述第二電機輸出軸與驅動橋總成連接;所述儲能電源分別與第一電機控制器、第二電機控制器、整車控制器電性連接;所述第一電機控制器還分別與整車控制器、第一電機電性連接;所述第二電機控制器還分別與整車控制器、第二電機電性連接;所述整車控制器還分別與油門踏板、制動踏板電性連接。
進一步地,所述雙盤離合器包括輸入行星輪機構、一檔行星輪機構、二檔行星輪機構、一檔換檔總成、二檔換檔總成,所述輸入行星輪機構的太陽輪、一檔行星輪機構的太陽輪、二檔行星輪機構的太陽輪均與中間傳動軸連接;所 述一檔換檔總成與一檔行星輪機構連接;所述二檔換檔總成與二檔行星輪機構連接。
進一步地,所述一檔換檔總成、二檔換檔總成結構相同,均包括換檔動力裝置、換檔主缸、換檔制動器、換檔連接盤,所述換檔動力裝置、換檔主缸、換檔制動器、換檔連接盤依次連接。
進一步地,所述一檔換檔總成的換檔連接盤與一檔行星輪機構齒圈連接;所述二檔換檔總成的換檔連接盤與二檔行星輪機構齒圈連接。
進一步地,所述第一電機的輸出軸與輸入行星輪機構的行星架連接;所述雙盤離合器的二檔行星輪機構的行星架與第二電機輸入軸連接。
進一步地,所述換檔動力裝置的動力源為氣源驅動、液壓驅動、電動驅動其中任一種類。
進一步地,所述一檔換檔總成、二檔換檔總成的換檔主缸上均連接有油壓報警器;所述油壓報警器與整車控制器電性連接。
進一步地,所述換檔制動器還安裝有換檔測速傳感器,所述換檔測速傳感器與整車控制器電性連接。
進一步地,所述第一電機的輸出軸側還連接有輸出測速傳感器,所述輸出測速傳感器與第一電機控制器電性連接;所述第二電機的輸入軸側還連接有輸入測速傳感器,所述輸入測速傳感器與第二電機控制器電性連接。
進一步地,所述整車控制器上還電性連接有第二電機轉向控制開關。
采用上述技術方案,由于使用了彈性減震連接器、第一電機、雙盤離合器、第二電機、第一電機控制器、第二電機控制器、整車控制器、驅動橋總成、油門踏板、制動踏板、儲能電源等技術特征;其所采用的雙盤離合器由于能實現 空擋、I檔、II檔三種工作模式,同時具備了離合器、兩檔變速箱和沖擊過載保護的功能;以及正向分離、反向分離、正向驅動,并可以實現無動力間斷或一定范圍速差換擋、以及線性控制等功能;雙盤離合器具有切換響應迅速、控制系統簡單、結構體積小、可靠性高、能耗小、傳動效率高、維護成本低等優點;在雙盤離合器的兩端串聯連接第一電機、第二電機,使得整個總成的能源輸出可以在發動機、儲能電源之間根據總成的工況進行隨意切換,同時雙盤離合器由于實現正向分離、反向分離、正向驅動等性能,使得總成的第二電機有效將在減速、制動過程中的能量進行回收、儲存;使得本實用新型有效優化了新能源汽車的能量管理和匹配,有效提高了新能源汽車的動力傳遞效率,提高了整機的性能。
附圖說明
圖1為本實用新型機構原理圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本實用新型的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是,對于這些實施方式的說明用于幫助理解本實用新型,但并不構成對本實用新型的限定。此外,下面所描述的本實用新型各個實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。
如附圖1所示,一種適用于新能源汽車的雙盤離合器混合動力總成,包括發動機1、彈性減震連接器2、第一電機3、雙盤離合器4、第二電機26、第一電機控制器30、第二電機控制器29、整車控制器31、驅動橋總成28、油門踏板33、制動踏板34、儲能電源32。
所述發動機1、彈性減震連接器2、第一電機3、雙盤離合器4、第二電機 26通過同軸依次連接;第二電機26輸出軸與驅動橋總成28連接;儲能電源32分別與第一電機控制器30、第二電機控制器29、整車控制器31電性連接;第一電機控制器30還分別與整車控制器31、第一電機3電性連接;第二電機控制器29還分別與整車控制器31、第二電機26電性連接;整車控制器31還分別與油門踏板33、制動踏板34電性連接。
上述技術方案,由于本實用新型雙盤離合器4采用了三級行星輪機構整體設計,以及一檔換檔總成、二檔換檔總成采用分體設計,其控制系統簡單、結構體積小。使得本實用新型雙盤離合器4實現空擋、I檔、II檔三種工作模式,同時具備了離合器、兩檔變速箱和沖擊過載保護的功能;以及正向分離、反向分離、正向驅動,并可以實現無動力間斷或一定范圍速差換擋、以及線性控制等功能;本雙盤離合器具有切換響應迅速、可靠性高、能耗小、傳動效率高、維護成本低等優點。在雙盤離合器4的兩端串聯連接第一電機3、第二電機26,使得整個總成的能源輸出可以在發動機、儲能電源之間根據總成的工況進行隨意切換,同時雙盤離合器4由于實現正向分離、反向分離、正向驅動等性能,使得總成的第二電機有效將在減速、制動過程中的能量進行回收、儲存;有效提高了新能源汽車的動力傳遞效率,優化了新能源汽車的能量管理和匹配,提高了整機的性能。
更為具體地,雙盤離合器4包括輸入行星輪機構、一檔行星輪機構、二檔行星輪機構、一檔換檔總成、二檔換檔總成,輸入行星輪機構分別與一檔行星輪機構、二檔行星輪機構連接,一檔換檔總成與一檔行星輪機構連接;二檔換檔總成與二檔行星輪機構連接。發動機1通過飛輪盤與彈性減震連接器2外圓盤連接,彈性減震連接器2通過花鍵與第一電機3的輸入軸連接。第一電機3的輸出軸通過花鍵與雙盤離合器4的輸入行星輪機構的行星架5連接,第一電 機3與雙盤離合器4通過外圓法蘭止口定位連接。雙盤離合器4二檔行星輪機構的行星架24通過花鍵與第二電機26連接,雙盤離合器4與第二電機26通過法蘭止口連接定位;第二電機26通過萬向傳動軸27將動力傳遞給驅動橋總成28。儲能電源32分別與第一電機控制器30、第二電機控制器29、整車控制器31電性連接;第一電機控制器30分別與整車控制器31、第一電機3電性連接;第二電機控制器29分別與整車控制器31、第二電機26電性連接;整車控制器31分別與油門踏板33、制動踏板34電性連接。第一電機控制器30控制第一電機3處于驅動電機、發電機狀態,也控制儲能電源32將直流電轉變為交流電或將第一電機3發出的交流電轉變為直流電。第二電機控制器29控制第二電機26處于驅動電機、發電機狀態,也控制將儲能電源32直流電轉變為交流電或將第二電機26發出的交流電轉變為直流電。第一電機3、第二電機26可以是但不限于三相交流異步電機、永磁同步電機;可以采用風冷散熱也可采用水冷散熱。第一電機3的輸出軸側還連接有輸出測速傳感器38,輸出測速傳感器38與第一電機控制器30電性連接;第二電機26的輸入軸側還連接有輸入測速傳感器25,輸入測速傳感器25與第二電機控制器29電性連接。
雙盤離合器4輸入行星輪機構的行星架5均勻安裝多個輸入行星輪8,輸入行星輪8與輸入太陽輪6外嚙合,與輸入齒圈9內嚙合。輸入齒圈9通過浮動花鍵與殼體連接。輸入太陽輪6、一檔太陽輪10、二檔太陽輪17均固連在中間傳動軸7上,實現同軸轉動。一檔行星輪11、二檔行星輪18共同安裝在同軸行星輪軸39上,本實用新型實施中一檔行星輪11、二檔行星輪18共同使用行星架24。一檔太陽輪10、一檔行星輪11、一檔齒圈40依次嚙合;二檔太陽輪17、二檔行星輪18、二檔齒圈41依次嚙合。
一檔換檔總成的換檔動力裝置13與換檔主缸14連接,換檔主缸14與換檔 制動器15上的活塞連接,在活塞的活塞桿安裝內摩擦塊、換檔制動器15上安裝外摩擦塊;換檔連接盤12的制動盤位于內摩擦塊與外摩擦塊之間并保持一定間隙,換檔連接盤12的連接盤與一檔齒圈40連接。換檔動力裝置13可以采用但不限于氣動動力或液壓動力或電動動力,只要產生軸向推力的機構均可以采用;換檔主缸14還連接有油壓報警器37,油壓報警器37與整車控制器31電性連接;在換檔制動器15上還安裝有測速傳感器16;測速傳感器16與整車控制器31電性連接。如果需要制動時,只需要啟動換擋動力裝置13,推動換檔主缸14中液體運動產生高壓液壓,使與換檔主缸14連接的換檔制動器15上的活塞運動,活塞桿推動內摩擦塊運動,在內摩擦塊和外摩擦塊的共同作用下實現對換檔連接盤12的制動盤的固定,使換檔連接盤12的連接盤也實現制動,從而實現對換檔連接盤12的連接盤連接的一檔齒圈40的制動,實現一檔的傳動工作。卸掉換檔動力裝置13加載的動力,將換檔連接盤12的連接盤釋放,即可解除一檔的制動。運行過程中,油壓報警器37用來監控換檔主缸14最低油壓,并將信號反饋給整車控制器31,整車控制器31通過邏輯判斷選擇控制換檔動力裝置13的工作狀態;當換檔動力裝置13損壞或換檔主缸14損壞或液壓連接管路出現泄漏時,均會導致油壓報警器37向整車控制器31低壓故障報警進行及時更換,以提高使用的安全性。
二檔換檔總成的換檔動力裝置20與換檔主缸21連接,換檔主缸21與安裝換檔制動器22上的活塞連接,活塞的活塞桿安裝內摩擦塊、換檔制動器22上安裝外摩擦塊;換檔連接盤19的制動盤位于內摩擦塊與外摩擦塊之間并保持一定間隙,換檔連接盤19的連接盤與二檔齒圈41連接。換檔動力裝置20可以采用但不限于氣動動力或液壓動力或電動動力,只要產生軸向推力的機構均可以采用;換檔動力裝置20推動換檔主缸21的活塞,使其產生高壓液壓。換檔主 缸21還連接有油壓報警器36,油壓報警器36與整車控制器31電性連接;在換檔制動器22上還安裝有測速傳感器23;測速傳感器23與整車控制器31電性連接。如果需要制動時,只需要啟換檔動動力裝置20,推動換檔主缸21中液體運動產生高壓液壓,使與換檔主缸21連接的換檔制動器22上的活塞運動,活塞桿推動內摩擦塊運動,在內摩擦塊和外摩擦塊的共同作用下實現對換檔連接盤19的制動盤的固定,使換檔連接盤19的連接盤也實現制動,從而實現對換檔連接盤19的連接盤連接的二檔齒圈41的制動,實現二檔的傳動工作。卸掉換檔動力裝置20加載的動力,將換檔連接盤19的連接盤釋放,即可解除二檔的制動。運行過程中,油壓報警器36用來監控換檔主缸21最低油壓,并將信號反饋給整車控制器31,整車控制器31通過邏輯判斷選擇控制換檔動力裝置20的工作狀態;當換檔動力裝置20損壞或換檔主缸21損壞或液壓連接管路出現泄漏時,均會導致油壓報警器36向整車控制器31低壓故障報警進行及時更換,以提高使用的安全性。第一電機的輸出軸上還連接有測速傳感器38,測速傳感器38與第一電機控制器30電性連接;第二電機的輸人軸上還連接有測速傳感器25,測速傳感器25與第二電機控制器29電性連接。
油門踏板33有兩個定位觸點a點和b點,a點用來標定純電驅動至車速Va時,若整車控制器31發出指令,則會切換到雙盤離合器一檔發動機1驅動模式;b點用來標定純電動驅動至車速Vb或發動機1驅動至車速Vb時,整車控制器31發出指令,切換到雙盤離合器二檔發動機驅動模式;制動踏板34有一個定位觸點c點,c點用來劃分純電動制動和機械-電復合制動模式;第二電機轉向控制開關35用來確定電機26正向轉動和反向轉動。
本實用新型主要控制策略和運行過程包括以下幾個方面:
發動機快速啟動:
當車輛停車或純電動行駛需要發動機快速啟動時,雙盤離合器處于分離模式,第一電機3通過第一電機控制器30從儲能電源32中獲得電能,由整車控制器31控制第一電機3經彈性減震連接器2帶動發動機1的曲軸迅速提升到設定轉速(600-1500rpm),在未達到設定轉速前整車控制器31控制發動機ECU不進行噴油,以此來降低燃油消耗和減少排放。
第一電機發電:
當車輛停車、減速行駛、滑行行駛、純電動行駛或發動機驅動行駛而儲能電源32需要補充電能時,有兩種情況:一、雙盤離合器4處于分離狀態,發動機1經彈性減震盤2驅動第一電機3,第一電機3在第一電機控制器30控制下轉換為發電機模式,發動機1以第一電機3的額定轉速額定功率高效發電,并經電機控制器30整流后為儲能電源32充電;二、雙盤離合器處于II檔非坡道行駛時,發動機1不僅驅動車輛行駛,而且富余功率和轉矩用于第一電機3發電為儲能電源32充電;
純電動行駛:
當車輛起步,即踩下油門踏板33時,分為兩種情況:一、當車速V<Va且儲能電源SOC1<SOC<SOC2時,雙盤離合器處于分離狀態,發動機處于關閉狀態,第二電機26通過第二電機控制器29從儲能電源32中獲得電能,整車控制器31響應油門踏板33輸入的加速信號,向第二電機控制器29發出指令控制第二電機26的運行狀態,第二電機26經傳動軸27、驅動橋總成28驅動車輛行駛直至車速達到V=Va。二、當車速Va<V<Vb且儲能電源SOC2<SOC時,雙盤離合器處于分離狀態,發動機處于關閉狀態,第二電機26通過第二電機控制器29從儲能電源32中獲得電能,整車控制器31響應油門踏板33輸入的加速信號,向第二電機控制器29發出指令控制第二電機26的運行狀態,第二電機26經傳 動軸27、驅動橋總成28驅動車輛行駛直至車速達到V=Vb。
發動機驅動行駛:
車輛以發動機驅動行駛分為三種情況:一、當儲能電源SOC1<SOC<SOC2、油門踏板33處于a點和b點之間、車速達到V=Va時,第二電機26繼續驅動車輛加速行駛,整車控制器31發出實施發動機快速啟動模式,當整車控制器31檢測到測速傳感器16所測轉速n<n0時,整車控制器31向換檔動力裝置13發出驅動指令,換檔動力裝置13驅動換檔主缸14使缸內液壓油產生壓力推動換檔制動器15上的活塞運動,活塞桿推動內摩擦塊運動,在內摩擦塊和外摩擦塊的共同作用下實現對換檔連接盤12的制動盤的固定,使換檔連接盤12的連接盤也實現制動,從而實現對換檔連接盤12的連接盤連接的一檔齒圈40的制動,發動機1通過雙盤離合器4的一檔模式驅動車輛行駛,第二電機26不再施加驅動僅以傳動軸的形式傳遞動力。
此時若油門踏板33踩過點b且車速達到V=Vb,整車控制器31向換檔動力裝置13發出卸荷指令,換檔動力裝置13卸除換檔主缸14缸內油壓,換檔制動器15在復位機構作用下釋放一檔齒圈40及換檔連接盤12,雙盤離合器進入空檔模式。同時,整車控制器31向第一電機控制器30發出指令使其控制第一電機3切換到發電機模式,發動機1停止供油,第一電機3將發動機1轉速下調;當整車控制器31檢測到換檔測速傳感器23所測轉速n<n0時,第一電機3切換到傳動軸模式,發動機1開始供油,整車控制器31向換檔動力裝置20發出驅動指令,換檔動力裝置20驅動換檔主缸21中液體運動產生高壓液壓,是與換檔主缸21連接的換檔制動器22上的活塞運動,活塞桿推動內摩擦塊運動,在內摩擦塊和外摩擦塊的共同作用下實現對換檔連接盤19的制動盤的固定,使換檔連接盤19的連接盤也實現制動,從而實現對換檔連接盤19的連接盤連接的 二檔齒圈41的制動,發動機1通過雙盤離合器的二檔模式驅動車輛行駛,第二電機26以傳動軸的形式傳遞動力。
制動:
油門踏板33恢復到原點位置時,整車控制器31發出指令使雙盤離合器4處于空擋模式,踩下制動踏板34車輛進行兩種模式制動。一是當制動踏板34踏板未接觸到c點時,整車控制器31向第二電機控制器29發出指令,使第二電機26轉換為發電機模式,驅動橋總成28通過傳動軸27拖動第二電機26發電,第二電機控制器29將第二電機26發出的電能儲存到儲能電源32中。二是當制動踏板34踏板超過c點時,整車控制器31向第二電機控制器29發出電制動指令的同時,也向機械剎車系統發出指令進行剎車制動。
倒車:
當駕駛員通過第二電機轉向控制開關35選擇倒車檔時,雙盤離合器4處于空擋模式,整車控制器31向第二電機控制器29發出指令使第二電機26從儲能電源32獲得電能,并反向驅動傳動軸27,并通過驅動橋總成28驅動車輛倒車行駛,行駛速度由油門踏板33控制。
故障診斷模式:
當雙盤離合器處于一檔驅動時,換檔主缸14油壓低于設定閾值P0油壓報警器37向整車控制器31發出故障報警。若換檔測速傳感器16檢測到換檔連接盤12有轉速產生時,向整車控制器31發出報警。當雙盤離合器4處于I二檔驅動時,換檔主缸20油壓低于設定閾值P1油壓報警器36向整車控制器31發出故障報警;若測速傳感器23檢測到換檔連接盤19有轉速產生時,向整車控制器31發出報警。
以上結合附圖對本實用新型的實施方式作了詳細說明,但本實用新型不限 于所描述的實施方式。對于本領域的技術人員而言,在不脫離本實用新型原理和精神的情況下,對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型,仍落入本實用新型的保護范圍內。