一种无同步器无离合器混合动力变速器及控制方法

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1.本发明涉及混合动力技术领域，更确切地说，涉及一种混合动力变速器系统及控制方法。


背景技术：

2.随着世界上各个国家颁布碳排放法规和燃油车停售计划，具有低碳环保属性的新能源汽车得到了快速发展，混合动力汽车和纯电动汽车的市场占有率稳步提高。混合动力汽车的推广应用，不但可以降低汽车尾气排放、减缓温室效应，还能缓解化石能源的过度开发，对国家的能源战略具有重大的意义。
3.其中，驱动系统作为整车核心技术之一，在保证汽车动力性、经济性、操作性和乘坐舒适性方面都发挥和至关重要的作用。在现有技术上，大部分混合动力汽车的变速器是在原有的燃油汽车的变速器的基础上变形或改进而来，普遍结构复杂，成本高，维修难。
4.基于此，本发明提出一种新型的无同步器无离合器混合动力变速器，利用电机快速响应的性能特点进行同步和换挡。


技术实现要素：

5.为了解决现有的技术问题，提供一种结构简单、生产成本低，同时可提升换挡品质，具有更优秀的燃油经济性，满足混合动力汽车专用的无离合器无同步器混合动力变速器。
6.为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：所提出的这种无同步器无离合器的混合动力变速器，包括发动机、电动机、传动机构、主减速器及差速器总成。所述传动机构包括发动机输入轴、与所述发动机输入轴套接的齿轮、换挡滑套、固定齿圈、电动机输入轴，与所述电动机输入轴套接的齿轮、换挡滑套、固定齿圈、动力输出轴、与所述动力输出轴套接的齿轮、换挡滑套及固定齿圈。所述输入轴和动力输出轴上的齿轮相互耦合，通过滑套和齿轮侧面上的齿圈接合来实现动力的传输和档位的变换。
7.其中，所述发动机输入轴一端连接发动机，在输入轴上有滑套、固定齿圈和两个接合齿轮，齿轮套接在发动机输入轴上，滑套与固定齿圈始终接合，齿轮分为一档齿轮和二挡齿轮，发动力输入轴上的齿轮与动力输出轴上的齿轮相耦合。
8.其中，所述动力输出轴上的齿轮同样是套接在轴上，输出轴上固定连接着齿圈，滑套与固定齿圈始终接合，两个齿轮同时也与电动机输入轴上的齿轮相耦合，所述动力输出轴末端齿轮与主减速器耦合，经主减速器、差速器，传输动力至车轮。
9.其中，所述电机输入轴上的两个齿轮套接在轴上，固定齿圈和电机输入轴固连，滑套与固定齿圈始终接合，电机输入轴上两个齿轮与输出轴齿轮相耦合。
10.其中，所述的滑套的轴向位移可变化，通过滑套位置的变化，从而使得滑套与齿轮侧面的齿圈完成接合和分离的动作，三个滑套不同的位置组合，形成不同档位和工作模式。
11.其中，所述的档位中前进档共有六个档位，电机和发动机都可单独驱动车辆，又可
采用混合动力的模式共同驱动车辆，纯发动机模式有两档，纯电动模式有两档，混合动力模式有两档；倒退档有一档，由电机驱动倒挡。
12.其中，所述的滑套和齿轮侧面的齿圈接合过程中的同步阶段均由驱动电机主动完成转速的同步。
13.本发明实施过程还提出一种无同步器无离合器混合动力变速器的控制方法，用于对上述的无同步器无离合器混合动力变速器进行控制，所述控制方法包括如下步骤：
14.获取车辆的状态参数，所述的状态参数包括车辆的速度、车辆加速度、油门开度、刹车开度、发动机扭矩、电动机扭矩、电池电量、发动机驱动效率、电动机驱动效率、车辆需求扭矩当中的一种或多种；
15.根据所述车辆的状态参数，相应的控制换挡滑套的位置，控制档位的变换，以及相应控制所述变速器的发动机和电机的启动或停止，以控制所述的无同步器无离合器混合动力变速器进入相应的工作模式。
16.其中，所述工作模式包括纯电动模式、纯发动机模式、混合驱动模式、能量回收模式、驻车启动发动机模式、驻车充电模式、纯电动倒挡模式当中的一种或多种。
17.其中，根据所述的车辆状态参数，相应的控制滑套的移动，从而控制滑套与齿轮侧面齿圈的接合和分离，以控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入对应的工作模式的步骤包括：
18.当所述行驶速度处于预设的低速范围或者所述速度处于预设的中速范围，且电机驱动效率高于发动机一档的驱动效率，控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入纯电动模式。
19.当所述行驶速度处于预设的中速范围或者所述速度处于预设的中高速范围，电机驱动效率下降到一定阈值，且车辆需求扭矩大于电机扭矩阈值时，控制所述的无同步器无离合器混合动力变速器进入混合驱动模式。
20.当所述行驶速度处于预设的中高速范围或者所述速度处于预设的高速范围，且电机驱动效率降低到一定阈值时，控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入纯发动机驱动模式。
21.当所述行驶速度为零时且动力电池电量低于预设的阈值，控制所述的无同步器无离合器混合动力变速器进入驻车充电模式。
22.当系统所述输出扭矩与需求扭矩差值大于预设的扭矩差阈值时，控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入能量回收模式。
23.当系统所述速度为零且纵向行驶方向信号变化后，控制无同步器无离合器混合动力变速器进入纯电动倒挡模式。
24.下图将结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明：
附图说明
25.图1混合动力变速器换挡系统结构示意图；
26.图2-图11混合动力变速器不同工作模式下的动力传输路线示意图
具体实施方式
27.本发明公开的无同步器无离合器混合动力变速器，将发动机和驱动电机的离合器都省去，同时将同步器去掉，只保留换挡滑套，如图1所示。图中1为发动机、2为发动机输入轴一档齿轮，3、8、13为各轴上的滑套，4、9、14为固定齿圈，5为发动机输入轴二挡齿轮，6为发动机输入轴，7为输出轴二档齿轮， 10为输出轴一档齿轮，11为电机，12为电机输入轴一档齿轮，15为电机输入轴二挡齿轮，16为电机输入轴，17为输出轴，18为主减速器，19为差速器总成，20为车轮。
28.混合动力变速器的齿轮均套接在相应的轴上，可自由旋转。发动机1和驱动电机11可以通过滑套与齿轮侧面齿圈的接合和分离实现动力的传输和中断。通过滑套接合情况的不同组合，形成不同的驱动模型，包括纯发动机驱动模型、纯电机驱动模式、混合驱动模式、驻车充电模式、驻车启动发动机模式、能量回收模式、电机倒档模式。
29.驻车启动发动机模式：当车辆停止时，通过电机来启动发动机。控制滑套 3与齿轮2侧面齿圈相接合，滑套13与齿轮12侧面齿圈相接合，滑套8处于中间空挡位置。动力传输路线如图2所示。
30.驻车充电模式：当车辆停止时，发动机处于运行状态，且动力电池电量低于预设的阈值时，进入驻车充电模式。其滑套的位置与驻车启动发动机模式相同，但是动力传输线路相反，如图3所示。
31.纯电机驱动模式一档：当车辆刚开始行驶，速度处于预设的低速范围或者所述速度处于预设的中速范围，且电机驱动效率高于发动机一档的驱动效率，控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入纯电动模式。此时，滑套13与齿轮12侧面齿圈相接合，滑套8与齿轮10侧面齿圈相结合，滑套3处于中间空挡位置，由电机驱动车辆，动力传输路线如图4所示。
32.纯电机驱动模式二挡：当车辆速度提高，速度处于预设的中速范围，且电机一档的驱动效率小于电机二档的驱动效率，则控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入纯电动模式二挡。此时，滑套13与齿轮15侧面齿圈相接合，滑套8与齿轮7侧面齿圈相接合，滑套3处于中间空挡位置，由电机驱动车辆，动力传输路线如图5所示
33.混合动力驱动模式一档：当所述速度处于预设的中速或中高速范围，电机驱动效率下降到一定阈值，且车辆需求扭矩大于电机扭矩阈值时，此时控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入混合动力驱动模式一挡。此时，滑套 3与齿轮2侧面齿圈相接合，滑套8与齿轮10侧面齿圈相接合，滑套13与齿轮12侧面齿圈相接合。由发动机和电机共同驱动车辆，动力传输路线如图6所示。
34.混合动力驱动模式二挡：当所述速度处于预设的中高速范围，混合动力驱动一档效率小于混合动力驱动二挡效率，此时控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入混合动力驱动模式二挡。此时，滑套3与齿轮5侧面齿圈相接合，滑套8与齿轮7侧面齿圈相接合，滑套13与齿轮15侧面齿圈相接合。由发动机和电机共同驱动车辆，动力传输路线如图7所示。
35.发动机驱动模式一档：当所述速度处于预设的中高速范围或者所述速度处于预设高速范围，则控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入纯发动机驱动模式一档。此时，滑套3与齿轮2侧面齿圈相接合，滑套8与齿轮10侧面齿圈相接合，滑套15处于中间空挡
位置，由发动机单独驱动车辆，动力传输路线如图8所示。
36.发动机驱动模式二挡：当所述速度处于预设的高速范围，且发动机一挡的驱动效率小于发动机二档的驱动效率，则控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入纯发动机驱动模式二档。，此时，滑套3与齿轮5齿面齿圈相接合，滑套8与齿轮7侧面齿圈相接合，滑套13处于中间空挡位置，由发动机单独驱动车辆，动力传输路线如图9所示。
37.能量回收模式一档：当车辆处于混合驱动模式一档，此时出现制动或驱动扭矩大于需求扭矩的差值达到一定阈值时，控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入能量回收模式一档。此时，滑套接合位置同混合驱动模式一样，动力传输通过电机回收发动机多余的能量，存储在相应的动力电池内，动力传输路线如图10所示。
38.能量回收模式二挡：当车辆处于混合驱动模式二档，此时出现制动或驱动扭矩大于需求扭矩差值达到一定阈值时，控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入能量回收模式二档。此时，滑套接合位置同混合驱动模式二挡相同，动力传输通过电机回收发动机多余的能量，存储在相应的动力电池内，动力传输路线如图11所示。
39.电机倒档模式：当所述速度为零，且纵向行驶方向信号变化，此时控制所述无同步器无离合器混合动力变速器进入电机驱动倒档模式。此时，滑套位置与纯电机驱动一档相同，由电机反向驱动进行倒车，动力传输路线如图4所示。
40.为进一步说明所述无同步器无离合器混合动力变速器档位的切换过程，以混合驱动模式一档升二挡为例。当所述的速度、加速度、油门开度、电机及发动机驱动效率等信号满足档位变化条件时，控制变速器进行换挡。此时处于混合动力驱动模式一档，滑套3与齿轮2侧面齿圈相接合，滑套8与齿轮10侧面齿圈相接合，滑套13与齿轮12侧面齿圈相接合。之后，控制滑套13先脱开，电机11调整滑套14的转速后与齿轮15侧面齿圈接合。在滑套13接合之前，能够通过发动机1驱动保证一定的动力输出。之后控制滑套3、8脱开，同时驱动电机11通过齿轮组调整二挡齿轮组的转速，与滑套3转速相比，达到许用条件后，控制滑套3与齿轮5侧面齿圈相接合，之后再通过驱动电机11调速二挡齿轮组，与滑套8转速相比，达到转速差要求后，滑套8与齿轮9相结合，最后调整功率输出，达到许用条件。其他档位的切换与之原理相同，通过滑套位置的变换和组合，形成不同的档位需求和工作模式。
41.综上所述，本发明的无同步器无离合器混合动力变速器具有以下的有益效果：(1)采用无同步器和无离合器的形式，通过滑套的切换组合来实现档位的变化，简化了变速器机构，降低了生产成本和维修费用。(2)通过不同工作模式的切换，控制电机11和发动机1能够长时间工作在高效率区，又可适时的进行能量回收，可有效提高车辆燃油经济型。(3)动力性能好，当电机11或者发动机1驱动扭矩不足时，可采用混合驱动模式，满足动力性需求。(4)换挡过程中通过电机11的主动调速可降低换挡冲击，提高换挡舒适性。(5)可通过电机11冷启动发动机1，因此去除了专用的启动电机，减少了换挡变速器系统成本。