一种多挡单中间轴双电机混合动力系统和控制方法与流程

本发明属于轻型商用车混合动力系统，具体是一种多挡单中间轴双电机混合动力系统和控制方法。

背景技术：

1、目前，混合动力系统包括发动机、电机、变速器；电机有单电机方案、双电机方案。

2、现有技术中单电机方案采用一个驱动电机，如图1所示，常见为低速单电机系统+amt变速器，发动机通过离合器与电机直接连接，发动机、电机可独立提供动力或共同提供动力输出；车辆减速时电机提供反力矩发电，实现能量回收。由于单电机只能驱动或发电，工作模式单一，因此节油效果不明显。

3、现有技术中的双电机方案，常见的是功率分流行星排混合动力，如图2所示，一个电机发电、另一个电机驱动，发动机工作效率高，经济性好，同时可以使车辆在行驶过程中换挡时动力不中断，提升驾驶舒适感。但发动机没有直接挡，影响高速时的节油率，另外驻车发电时传动轴存在动力，影响安全性。

技术实现思路

1、本发明提供一种多挡单中间轴双电机混合动力系统和控制方法，采用双电机结构，输出轴增加换挡结构，可选挡位模式多，可以根据场景需求选择相应挡位，使电机和发动机运行在高效区，经济性更高。

2、为实现上述目的，本发明提供一种多挡单中间轴双电机混合动力系统，包括发动机、第一电机、第二电机、发动机输出轴、中间轴和输出轴；所述发动机连接发动机输出轴，第一电机、发动机、中间轴平行设置；

3、第一电机依次由第一电机输入齿轮、第一电机主减速从动齿轮动力连接所述发动机输出轴；

4、所述第二电机依次由第二电机输入齿轮、第二电机主减速从动齿轮动力连接到中间轴；

5、所述发动机输出轴末端设置有第一同步器；

6、所述第一同步器前方位置的发动机输出轴上套设有爬坡挡主动齿轮，所述爬坡挡主动齿轮和固定设置在中间轴上的爬坡挡从动齿轮连接；

7、所述输出轴最前端设置有直接挡结合齿轮；

8、所述第一同步器将发动机输出轴动力选择性地从爬坡挡主动齿轮或直接挡结合齿轮输出；

9、所述中间轴和输出轴之间设置有两挡换挡结构。

10、本发明采用第一电机、第二电机的双电机结构，中间轴和输出轴之间增加换挡（两速），实现发动机三挡可选、第二电机两挡可选；相比现有技术方案，本发明各种驱动模式下均可选挡位模式多，可以根据场景需求选择相应挡位，使电机和发动机运行在高效区，经济性更高。

11、优选的，所述两挡换挡结构构造为：输出轴上设置有第二同步器，所述第二同步器前方位置的输出轴上套设有2挡从动齿轮，所述2挡从动齿轮和固定设置在中间轴上的2挡主动齿轮配合；所述第二同步器后方位置的输出轴上套设有1挡从动齿轮，所述2挡从动齿轮和固定设置在中间轴上的1挡主动齿轮配合，第二同步器将中间轴的动力选择性地从1挡从动齿轮或2挡从动齿轮传输到输出轴。

12、优选的，所述第二电机的电机轴构造为空心轴，所述发动机输出轴向第一电机主减速从动齿轮后方延伸后贯穿所述第二电机的电机轴。采用空心套接结构，结构紧凑。

13、优选的，所述输出轴同轴设置在所述发动机输出轴的后方位置。

14、优选的，所述发动机和第一电机减速从动齿轮之间设置有扭转减振器和离合器。

15、本发明还提供一种控制方法，采用上述一种多挡单中间轴双电机混合动力系统，通过收集整车状态信息进行驱动模式判断和挡位选择，所述驱动模式包括纯电模式、纯发动机模式、增程式混合动力模式、并联式混合动力模式；所述整车状态信息包括整车功率需求、车速、坡度和电池电量。

16、优选的，所述纯电模式由第二电机单独输出动力，挡位选择为2个挡位可选，动力传输路径为：第二电机、第二电机输入齿轮、第二电机主减速从动齿轮、中间轴，然后通过第二同步器选择性地从1挡从动齿轮或2挡从动齿轮输出到输出轴。

17、优选的，纯发动机模式中，控制第一同步器和第二同步器实现3个挡位可选；若第一同步器将发动机动力输出到爬坡挡主动齿轮则进入爬坡模式，动力经过爬坡挡从动齿、中间轴，然后通过第二同步器选择性地从1挡从动齿轮或2挡从动齿轮输出到输出轴；若第一同步器将发动机动力输出到直接挡结合齿则进入直驱模式，发动机输出轴动力直接输出到输出轴。

18、优选的，增程式混合动力模式中，第一同步器处于中间位置，发动机通过第一电机主减速从动齿、第一电机输入齿轮给第一电机发电；第二电机单独输出动力，动力经过第二电机输入齿轮、第二电机主减速从动齿轮、中间轴，然后通过第二同步器选择性地从1挡从动齿轮或2挡从动齿轮输出到输出轴；第二电机消耗的电能与第一电机发电的电能相当，电量保持平衡。

19、优选的，并联式混合动力模式中发动机与第二电机的动力合并输出，第一同步器总选择爬坡挡位置时，发动机动力经过爬坡挡主动齿轮、爬坡挡从动齿、中间轴；第二电机动力经过第二电机输入齿轮、第二电机主减速从动齿轮、中间轴；发动机和第二电机动力在中间轴合并，然后通过第二同步器（选择性地从1挡从动齿轮或2挡从动齿轮输出到输出轴。

20、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、1、双电机结构，输出轴增加换挡（2速），实现发动机三挡、第二电机电机两挡；相比现有技术方案，本提案各种驱动模式下均可选挡位模式多，可以根据场景需求选择相应挡位，使电机和发动机运行在高效区，经济性更高；

22、2、第一电机仅通过一级齿轮传动与发动机相连，发电效率高，提高传动效率；

23、3、发动机、第一电机、第二电机可同时输出，可三动力源同时输出，动力性强；

24、4、具备发动机直接挡，简化了传动部件，传动效率高。

1.一种多挡单中间轴双电机混合动力系统，其特征在于包括发动机（1）、第一电机（8）、第二电机（3）、发动机输出轴（18）、中间轴（19）和输出轴（20）；所述发动机（1）连接发动机输出轴（18），第一电机（8）、发动机（1）、中间轴（19）平行设置；

2.根据权利要求1所述的一种多挡单中间轴双电机混合动力系统，其特征在于所述两挡换挡结构构造为：输出轴（20）上设置有第二同步器（15），所述第二同步器（15）前方位置的输出轴（20）上套设有2挡从动齿轮（14），所述2挡从动齿轮（14）和固定设置在中间轴（19）上的2挡主动齿轮（6）配合；所述第二同步器（15）后方位置的输出轴（20）上套设有1挡从动齿轮（16），所述2挡从动齿轮（14）和固定设置在中间轴（19）上的1挡主动齿轮（7）配合，第二同步器（15）将中间轴（19）的动力选择性地从1挡从动齿轮（16）或2挡从动齿轮（14）传输到输出轴（20）。

3.根据权利要求1所述的一种多挡单中间轴双电机混合动力系统，其特征在于：所述第二电机（3）的电机轴构造为空心轴，所述发动机输出轴（18）向第一电机主减速从动齿轮（2）后方延伸后贯穿所述第二电机（3）的电机轴。

4.根据权利要求1所述的一种多挡单中间轴双电机混合动力系统，其特征在于：所述输出轴（20）同轴设置在所述发动机输出轴（18）的后方位置。

5.根据权利要求1所述的一种多挡单中间轴双电机混合动力系统，其特征在于：所述发动机（1）和第一电机（8）减速从动齿轮之间设置有扭转减振器（17）和离合器（21）。

6.一种采用权利要求1~4种任一项所述的一种多挡单中间轴双电机混合动力系统的控制方法，其特征在于通过收集整车状态信息进行驱动模式判断和挡位选择，所述驱动模式包括纯电模式、纯发动机模式、增程式混合动力模式、并联式混合动力模式；所述整车状态信息包括整车功率需求、车速、坡度和电池电量。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述纯电模式由第二电机（3）单独输出动力，挡位选择为2个挡位可选，动力传输路径为：第二电机（3）、第二电机输入齿轮（10）、第二电机主减速从动齿轮（4）、中间轴（19），然后通过第二同步器（15）选择性地从1挡从动齿轮（16）或2挡从动齿轮（14）输出到输出轴（20）。

8.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：纯发动机模式中，控制第一同步器（12）和第二同步器（15）实现3个挡位可选；若第一同步器（12）将发动机（1）动力输出到爬坡挡主动齿轮（11）则进入爬坡模式，动力经过爬坡挡从动齿（5）、中间轴（19），然后通过第二同步器（15）选择性地从1挡从动齿轮（16）或2挡从动齿轮（14）输出到输出轴（20）；若第一同步器（12）将发动机（1）动力输出到直接挡结合齿则进入直驱模式，发动机输出轴（18）动力直接输出到输出轴（20）。

9.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：增程式混合动力模式中，第一同步器（12）处于中间位置，发动机（1）通过第一电机（8）主减速从动齿、第一电机输入齿轮（9）给第一电机（8）发电；第二电机（3）单独输出动力，动力经过第二电机输入齿轮（10）、第二电机主减速从动齿轮（4）、中间轴（19），然后通过第二同步器（15）选择性地从1挡从动齿轮（16）或2挡从动齿轮（14）输出到输出轴（20）；第二电机（3）消耗的电能与第一电机（8）发电的电能相当，电量保持平衡。

10.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：并联式混合动力模式中发动机（1）与第二电机（3）的动力合并输出，第一同步器（12）总选择爬坡挡位置时，发动机（1）动力经过爬坡挡主动齿轮（11）、爬坡挡从动齿（5）、中间轴（19）；第二电机（3）动力经过第二电机输入齿轮（10）、第二电机主减速从动齿轮（4）、中间轴（19）；发动机（1）和第二电机（3）动力在中间轴（19）合并，然后通过第二同步器（15）选择性地从1挡从动齿轮（16）或2挡从动齿轮（14）输出到输出轴（20）。