[发明专利]一种用于并联式混合动力汽车的动力耦合器及其控制方法

权利要求书

1.一种用于并联式混合动力汽车的动力耦合器，其特征在于，包括发动机输出轴齿轮(2)、发动机传动齿轮组(3)、发动机连接轴齿轮(4)、发动机传动离合器(5)、涡卷弹簧储能机构(6)、驱动电机连接轴(7)、驱动电机传动离合器(8)、驱动电机连接轴齿轮(9)、驱动电机传动齿轮组(10)和驱动电机输出轴齿轮(11)、发动机连接轴(15)、整车控制器(29)、动力耦合器控制器(30)；

所述发动机传动齿轮组(3)、驱动电机传动齿轮组(10)均包括通过轴连接的大齿轮和小齿轮；

发动机输出轴齿轮(2)与发动机(1)的输出端连接，发动机传动齿轮组(3)的大齿轮与发动机输出轴齿轮(2)啮合，发动机传动齿轮组(3)的小齿轮与发动机连接轴齿轮(4)啮合，发动机连接轴齿轮(4)通过发动机连接轴(15)与发动机传动离合器(5)同轴固定连接；

驱动电机输出轴齿轮(11)与驱动电机(12)的输出端连接，驱动电机传动齿轮组10)的大齿轮与驱动电机输出轴齿轮(11)啮合，驱动电机传动齿轮组(10)的小齿轮与驱动电机连接轴齿轮(9)啮合，驱动电机连接轴齿轮(9)与驱动电机传动离合器(8)同轴固定连接；驱动电机连接轴齿轮(9)通过驱动电机连接轴(7)与车桥(13)连接；

涡卷弹簧储能机构(6)安装在发动机连接轴(15)上，包括太阳轮(18)、齿圈(19)，以及均与太阳轮(18)同轴安装的可变向棘轮机构(16)、行星架(17)、行星架制动器(20)、储能机构输出盘(21)、太阳轮制动器(22)、涡卷弹簧(23)、太阳轮离合器(24)和行星架离合器(25)，可变向棘轮机构(16)固定安装在齿圈(19)的右端，而涡卷弹簧(23)安装在齿圈(19)上，太阳轮(18)通过行星架(17)与齿圈(19)连接，行星架(17)、太阳轮(18)和齿圈(19)组成行星齿轮机构，太阳轮制动器(22安装在太阳轮18)的右侧，太阳轮离合器(24)安装在太阳轮(18)的左侧，行星架制动器(20)和行星架离合器(25)均安装在行星架(17)的左侧，太阳轮离合器(24)和行星架离合器(25)也与储能机构输出盘(21)相对安装；

发动机传动离合器(5)和驱动电机传动离合器(8)均与储能机构输出盘(21)同轴相对安装；

所述动力耦合器控制器(30)通过信号线(3)2与涡卷弹簧储能机构(6)连接，所述动力耦合器控制器(30)用于通过控制旋转电机(27)、行星架制动器(20)、太阳轮制动器(22)、太阳轮离合器(24)、行星架离合器(25)、发动机传动离合器(5)、驱动电机传动离合器(8)的工作状态；

整车控制器(29)、动力耦合器控制器(30)、驱动电机(12)及发动机(1)通过CAN总线(31)连接，所述整车控制器(29)用于向动力耦合器控制器(30)、驱动电机(12)、发动机(1)发出控制指令。

2.根据权利要求1所述的用于并联式混合动力汽车的动力耦合器，其特征在于，所述可变向棘轮机构(16)包括棘爪(26)、旋转电机(27)和棘轮(28)，棘爪(26)的一端伸入棘轮(28)的轮齿中，棘爪(26)的另一端与旋转电机(27)同轴固定连接。

3.根据权利要求1所述的用于并联式混合动力汽车的动力耦合器的控制方法，其特征在于，所述并联式混合动力汽车有五种基本工作模式：待机模式、纯电驱动模式、混合驱动模式、制动模式、滑行模式，

当并联式混合动力汽车完成高压上电，并使用起动电机启动发动机(1)后，车辆处于待机模式，发动机传动离合器(5)和驱动电机传动离合器(8)处于分离状态，太阳轮离合器(24)和行星架离合器(25)也处于分离状态，行星架制动器(20)和太阳轮制动器(22)处于制动释放状态；

当并联式混合动力汽车处于起步工况时，车辆进入纯电驱动模式，动力耦合器控制器(3)0)控制驱动电机传动离合器(8)与储能机构输出盘(21结合，太阳轮离合器(24)也与储能机构输出盘(21)结合；动力耦合器控制器(30)控制行星架制动器(20)工作使得行星架(17)停止转动，旋转电机(27)正向旋转使得棘爪(26)离开棘轮(28)；此时太阳轮(18)的旋转方向与齿圈(19)的旋转方向相反，涡卷弹簧储能机构(6)释放弹性能量并转化为动能，整车控制器(29)控制驱动电机(12)与涡卷弹簧储能机构(6)共同驱动，实现并联式混合动力汽车的平稳起步；当并联式混合动力汽车起步结束后，动力耦合器控制器(30)控制驱动电机传动离合器(8)与储能机构输出盘(21)分离，太阳轮离合器(24)也与储能机构输出盘(21)分离，行星架制动器(20)停止制动，旋转电机(27)反向旋转使得棘爪(26)卡住棘轮(28)，车辆由驱动电机(12)单独驱动；

当并联式混合动力汽车在行驶过程中，在出现驱动电机(12)驱动力矩不足或动力电池电量不足等情况时，启动发动机(1)，并进入混合驱动模式；首先动力耦合器控制器(30)控制发动机传动离合器(5)与储能机构输出盘(21)结合，太阳轮离合器(24)也与储能机构输出盘(21)结合；动力耦合器控制器(30)控制行星架制动器(20)工作使得行星架停止转动，旋转电机(27)正向旋转使得棘爪(26)离开棘轮(28)，此时太阳轮(18)的旋转方向与齿圈(19)的旋转方向相反，涡卷弹簧储能机构(6)释放弹性能量并转化为动能，使发动机(1)在启动转速下运行一段时间，燃油电磁阀自动喷油以启动发动机(1)，实现并联式混合动力发动机行车启停；随后整车控制器(29)对发动机(1)进行调速，当驱动电机连接轴齿轮(9)转速与发动机连接轴齿轮(4)的转速接近时，动力耦合器控制器(30)控制驱动电机传动离合器(8)与储能机构输出盘(21)结合，太阳轮离合器(24)与储能机构输出盘(21)分离，行星架制动器(20)停止制动，旋转电机(27)反向旋转使得棘爪(26)卡住棘轮(28)，车辆由发动机(1)和驱动电机(12)共同驱动。

当并联式混合动力汽车在行驶过程中出现制动气室气压不足情况时，启动发动机：首先动力耦合器控制器(30)控制发动机传动离合器(5)与储能机构输出盘(21)结合，动力耦合器控制器(30)控制太阳轮离合器(24)也与储能机构输出盘(21)结合；行星架制动器(20)工作使得行星架停止转动，旋转电机(27)正向旋转使得棘爪(26)离开棘轮(28)，此时太阳轮(18)的旋转方向与齿圈(19)的旋转方向相反，涡卷弹簧储能机构(6)释放弹性能量并转化为动能，使发动机(1)在启动转速下运行一段时间，燃油电磁阀自动喷油以启动发动机(1)，整车控制器(29)控制发动机(1)工作在怠速下，并带动打气泵工作；当车辆储气室气体压力达到上限值时，动力耦合器控制器(30)控制发动机传动离合器(5)与储能机构输出盘(21)分离，太阳轮离合器(24)与储能机构输出盘(21)分离，行星架制动器(20)停止制动，旋转电机(27)反向旋转使得棘爪(26)卡住棘轮(28)，整车控制器(29)关闭发动机(1)。

当车辆处于制动模式时，若此时动力电池SOC、最大充放电电流和持续充电电流均满足要求，整车控制器(29)使用驱动电机(12)回收制动能量，当车辆实际速度低于驱动电机(12)的最低制动能量回收速度时，整车控制器(29)关闭驱动电机(12)；动力耦合器控制器(30)控制驱动电机传动离合器(8)与储能机构输出盘(21)结合，行星架离合器(25)也与储能机构输出盘(21)结合；太阳轮制动器(22)工作使得太阳轮(18)停止转动，旋转电机(27)正向旋转使得棘爪(26)离开棘轮(28)，此时行星架(17)的旋转方向与齿圈(19)的旋转方向相同，将车辆制动能量转化为弹簧的弹性能量储存在涡卷弹簧储能机构(6)中。当涡卷弹簧储能机构(6)中储存的能量达到极限时，动力耦合器控制器(30)控制驱动电机传动离合器(8)与储能机构输出盘(21)分离，行星架离合器(25)也与储能机构输出盘(21)分离，太阳轮制动器(22)停止制动，旋转电机(27)反向旋转使得棘爪(26)卡住棘轮(28)；

若制动初始时刻动力电池SOC、最大充放电电流和持续充电电流不满足要求，整车控制器(29)不使用驱动电机(12)进行制动能量回收，动力耦合器控制器(30)控制驱动电机传动离合器(8)与储能机构输出盘(21)结合，行星架离合器(25)也与储能机构输出盘(21)结合；太阳轮制动器(22)工作使得太阳轮(18)停止转动，旋转电机(27)正向旋转使得棘爪(26)离开棘轮(28)。此时行星架(17)的旋转方向与齿圈(19)的旋转方向相同，将车辆制动能量转化为弹簧的弹性能量储存在涡卷弹簧储能机构(6)中；当涡卷弹簧储能机构(6)中储存的能量达到极限时，动力耦合器控制器(30)控制驱动电机传动离合器(8)与储能机构输出盘(21)分离，行星架离合器(25)也与储能机构输出盘(21)分离，太阳轮制动器(22)停止制动，旋转电机(27)反向旋转使得棘爪(26)卡住棘轮(28)。