一種用于并聯(lián)式混合動力汽車的動力耦合器及其控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及并聯(lián)式混合動力汽車領域，特指一種用于并聯(lián)式混合動力汽車的動力耦合器及其控制方法。
【背景技術】
[0002]國際石油價格的飆升和世界環(huán)境保護的壓力使得電動汽車成為汽車工業(yè)新的發(fā)展方向。世界各國政府對此也高度重視，不僅頒布了嚴格的法規(guī)限制汽車的排放對環(huán)境的污染，同時也出臺政策，用于鼓勵和資助電動汽車發(fā)展，世界各大汽車企業(yè)都在不斷深入研究用于電動汽車的核心技術。由于當前動力電池的能量密度偏低、質量大、成本高、續(xù)駛里程短和充電時間長等問題，純電動汽車的市場化推廣進程緩慢。而混合動力汽車因其具有的低能耗、低排放和價格優(yōu)勢已成為全球新能源汽車開發(fā)的熱點?；旌蟿恿ζ嚨娜加徒洕暂^傳統(tǒng)車輛降低30% _40%，尾氣排放指標降低了 50% _60%，由于國內大城市交通擁擠，環(huán)境保護壓力大，混合動力汽車十分適合我國國情，其在中國市場的前景也被看好。
[0003]相比于串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)，并聯(lián)混合動力系統(tǒng)具有一定的優(yōu)勢:(1)并聯(lián)混合動力系統(tǒng)在車輛起步時發(fā)動機怠速，電機獨立驅動；充分利用了電機低速大轉矩、響應快速的特點，在避開發(fā)動機低效率區(qū)的同時提高混合動力系統(tǒng)的效率；(2)并聯(lián)混合動力只有一套電驅動系統(tǒng)，系統(tǒng)結構簡單，成本降低。
[0004]同時并聯(lián)混合動力系統(tǒng)也存在一些缺點:(1)并聯(lián)式混合動力汽車主要使用發(fā)動機進行驅動，車輛匹配的動力電池容量較小，使得車輛在進行制動能量回收時，受到動力電池S0C、最大充放電電流和持續(xù)充電電流的限制，回收制動能量能力有限；⑵由于發(fā)動機的啟動需要使其在較低轉速下運行一段時間，若在行車過程中使用起動電機啟動發(fā)動機，將會造成起動電機工作頻繁，導致其過早達到疲勞壽命而失效，若通過驅動電機直接帶動發(fā)動機實現(xiàn)行車啟停功能，將會造成車輛的動力中斷；(3)若并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的發(fā)動機不具有行車啟停功能，則發(fā)動機在低速情況下需要保持怠速狀態(tài)，這樣增加的并聯(lián)混合動力系統(tǒng)的能耗和對環(huán)境的污染。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決并聯(lián)式混合動力汽車制動能量回收能力受到限制且實現(xiàn)行車啟停功能困難的問題，本發(fā)明提供了一種用于并聯(lián)式混合動力汽車的動力耦合器及其控制方法，該動力耦合器能夠提高車輛制動能量回收能力，減少了發(fā)動機的能量消耗和污染排放。
[0006]本發(fā)明的用于并聯(lián)式混合動力汽車的動力耦合器采用的技術方案是:
[0007]—種用于并聯(lián)式混合動力汽車的動力耦合器，其特征在于，包括發(fā)動機輸出軸齒輪、發(fā)動機傳動齒輪組、發(fā)動機連接軸齒輪、發(fā)動機傳動離合器、渦卷彈簧儲能機構、驅動電機連接軸、驅動電機傳動離合器、驅動電機連接軸齒輪、驅動電機傳動齒輪組和驅動電機輸出軸齒輪、發(fā)動機連接軸、整車控制器、動力耦合器控制器；
[0008]所述發(fā)動機傳動齒輪組、驅動電機傳動齒輪組均包括通過軸連接的大齒輪和小齒輪；
[0009]發(fā)動機輸出軸齒輪與發(fā)動機的輸出端連接，發(fā)動機傳動齒輪組的大齒輪與發(fā)動機輸出軸齒輪嚙合，發(fā)動機傳動齒輪組的小齒輪與發(fā)動機連接軸齒輪嚙合，發(fā)動機連接軸齒輪通過發(fā)動機連接軸與發(fā)動機傳動離合器同軸固定連接；
[0010]驅動電機輸出軸齒輪與驅動電機的輸出端連接，驅動電機傳動齒輪組的大齒輪與驅動電機輸出軸齒輪嚙合，驅動電機傳動齒輪組的小齒輪與驅動電機連接軸齒輪嚙合，驅動電機連接軸齒輪與驅動電機傳動離合器同軸固定連接；驅動電機連接軸齒輪通過驅動電機連接軸與車橋連接；
[0011]渦卷彈簧儲能機構安裝在發(fā)動機連接軸上，包括太陽輪、齒圈，以及均與太陽輪同軸安裝的可變向棘輪機構、行星架、行星架制動器、儲能機構輸出盤、太陽輪制動器、渦卷彈簧、太陽輪離合器和行星架離合器，可變向棘輪機構固定安裝在齒圈的右端，而渦卷彈簧安裝在齒圈上，太陽輪通過行星架與齒圈連接，行星架、太陽輪和齒圈組成行星齒輪機構，太陽輪制動器安裝在太陽輪的右側，太陽輪離合器安裝在太陽輪的左側，行星架制動器和行星架離合器均安裝在行星架的左側，太陽輪離合器和行星架離合器也與儲能機構輸出盤相對安裝；
[0012]發(fā)動機傳動離合器和驅動電機傳動離合器均與儲能機構輸出盤同軸相對安裝；
[0013]所述動力耦合器控制器通過信號線與渦卷彈簧儲能機構連接，所述動力耦合器控制器用于通過控制旋轉電機、行星架制動器、太陽輪制動器、太陽輪離合器、行星架離合器、發(fā)動機傳動離合器、驅動電機傳動離合器的工作狀態(tài)；
[0014]整車控制器、動力耦合器控制器、驅動電機及發(fā)動機通過CAN總線連接，所述整車控制器用于向動力耦合器控制器、驅動電機、發(fā)動機發(fā)出控制指令。
[0015]進一步地，所述可變向棘輪機構包括棘爪、旋轉電機和棘輪，棘爪的一端伸入棘輪的輪齒中，棘爪的另一端與旋轉電機同軸固定連接。
[0016]用于并聯(lián)式混合動力汽車的動力耦合器的控制方法，其特征在于，所述并聯(lián)式混合動力汽車有五種基本工作模式:待機模式、純電驅動模式、混合驅動模式、制動模式、滑行模式，
[0017]當并聯(lián)式混合動力汽車完成高壓上電，并使用起動電機啟動發(fā)動機后，車輛處于待機模式，發(fā)動機傳動離合器和驅動電機傳動離合器處于分離狀態(tài)，太陽輪離合器和行星架離合器也處于分離狀態(tài)，行星架制動器和太陽輪制動器處于制動釋放狀態(tài)；
[0018]當并聯(lián)式混合動力汽車處于起步工況時，車輛進入純電驅動模式，動力耦合器控制器控制驅動電機傳動離合器與儲能機構輸出盤結合，太陽輪離合器也與儲能機構輸出盤結合；動力耦合器控制器控制行星架制動器工作使得行星架停止轉動，旋轉電機正向旋轉使得棘爪離開棘輪；此時太陽輪的旋轉方向與齒圈的旋轉方向相反，渦卷彈簧儲能機構釋放彈性能量并轉化為動能，整車控制器29控制驅動電機與渦卷彈簧儲能機構共同驅動，實現(xiàn)并聯(lián)式混合動力汽車的平穩(wěn)起步；當并聯(lián)式混合動力汽車起步結束后，動力耦合器控制器控制驅動電機傳動離合器與儲能機構輸出盤分離，太陽輪離合器也與儲能機構輸出盤分離，行星架制動器停止制動，旋轉電機反向旋轉使得棘爪卡住棘輪，車輛由驅動電機單獨驅動；
[0019]當并聯(lián)式混合動力汽車在行駛過程中，在出現(xiàn)驅動電機驅動力矩不足或動力電池電量不足等情況時，啟動發(fā)動機，并進入混合驅動模式；首先動力耦合器控制器控制發(fā)動機傳動離合器與儲能機構輸出盤結合，太陽輪離合器也與儲能機構輸出盤結合；動力耦合器控制器控制行星架制動器工作使得行星架停止轉動，旋轉電機正向旋轉使得棘爪離開棘輪，此時太陽輪的旋轉方向與齒圈的旋轉方向相反，渦卷彈簧儲能機構釋放彈性能量并轉化為動能，使發(fā)動機在啟動轉速下運行一段時間，燃油電磁閥自動噴油以啟動發(fā)動機，實現(xiàn)并聯(lián)式混合動力發(fā)動機行車啟停；隨后整車控制器對發(fā)動機進行調速，當驅動電機連接軸齒輪轉速與發(fā)動機連接軸齒輪的轉速接近時，動力耦合器控制器控制驅動電機傳動離合器與儲能機構輸出盤結合，太陽輪離合器與儲能機構輸出盤分離，行星架制動器停止制動，旋轉電機反向旋轉使得棘爪卡住棘輪，車輛由發(fā)動機和驅動電機共同驅動。
[0020]當并聯(lián)式混合動力汽車在行駛過程中出現(xiàn)制動氣室氣壓不足情況時，啟動發(fā)動機:首先動力耦合器控制器控制發(fā)動機傳動離合器與儲能機構輸出盤結合，動力耦合器控制器控制