混合动力系统技术方案

本发明专利技术涉及并联混合动力汽车领域，尤其涉及并联混合动力汽车的混合动力系统。所述混合动力系统包括发动机、模式离合器、电机及变速器，所述模式离合器包括作为大惯量部分的飞轮和离合器压盘以及作为小惯量部分的离合器摩擦盘，作为小惯量部分的离合器摩擦盘通过扭转减震器安装到发动机的曲轴输出端上，而作为大惯量部分的飞轮和离合器压盘安装到电机的输入轴上，在电机的输入轴上还设置有能承受轴向力的轴承。采用上述混合动力系统后，当启动发动机时，将大大减小启动时间和启动能量，同时降低了冲击，减少了离合器的磨损。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及并联混合动力汽车领域，尤其涉及并联混合动力汽车的混合动力系统及其模式切换方法。
技术介绍
能源的匮乏和内燃机汽车对大气的严重污染推动了混合动力系统的发展。在结构方面，混合动力系统是由两种或两种以上动力源组成，这两种动力源一般是发动机和电机。最常见的并联混合动力系统是在发动机与变速器之间设置电机，该电机既可以作为电动机用来启动发动机或驱动车辆，又可以作为发电机，在回馈制动或行车发电模式下为动力电池提供电能。这样，通过合适的控制策略，混合动力系统可以充分发挥内燃机和电机的优点，在大幅度改善能耗和排放的同时，获得内燃机汽车驱动系统同样的性能，极具市场化前旦豕。 而在并联混合动力汽车领域，目前存在两种较常用的结构形式。其一为双离合器混合动力系统，其二为仅有模式离合器的混合动力系统。双离合器混合动力系统除了在电机与变速器之间设置换挡离合器外，在发动机与电机之间还设置了另外一个离合器，在该离合器结合的情况下，汽车处于混合动力模式；而在该离合器分离的时候，汽车可以以纯电动模式运行，我们称此离合器为模式离合器。如图1所示，发动机10经由模式离合器11连接电机12，而电机12经由换挡离合器13连接到变速器14。双离合器混合动力系统以纯电动模式起步，使用电机用变速器一档驱动车辆加速至某一车速，然后缓慢结合模式离合器，直接将发动机拖动至最低启动转速，再进行喷油点火；或者为了省去发动机启动时的加浓喷油过程过程，直接将发动机拖动至怠速，可以明显降低排放，提高燃油经济性。在结合模式离合器时，为了减小发动机启动时对整车的冲击，以及对电机功率的需求，可以先切断动力系统和整车之间的动力连接，对于双离合器混合动力系统可以通过分离换挡离合器来实现。 仅有模式离合器的混合动力系统，就是在电机和变速器之间省却换挡离合器，电机和变速器直接相连，以模式离合器充当换挡离合器用，或采用无离合器换挡技术。在这种混合动力系统中，在结合模式离合器时，为了减小发动机启动时对整车的冲击，以及对电机功率的需求，可以通过变速器摘档来实现。 在上述两种混合动力系统中，模式离合器一般采用干式摩擦离合器，当然也可以采用湿式摩擦离合器或电磁离合器。为了方便，我们以干式摩擦离合器为例进行说明。模式离合器分为两部分，一部分由大惯量的飞轮和离合器压盘组成，另一部分为惯量很小的离合器摩擦盘。如图2所示，对于采用内燃机的混合动力汽车来说，飞轮21安装在发动机曲轴输出端23上，发动机曲轴上设置有用来承受飞轮传递过来的推力的推力轴承，离合器压盘28安装在飞轮21上，而离合器摩擦盘29通过扭转减震器22安装在电机输入轴25的花键上，在电机输入轴25上还设置有分离轴承26。这样就形成了，大惯量部分都与发动机曲轴系连成整体，而小惯量部分与电机输入轴连接。在发动机启动过程中，电机要多做许多功来建立大惯量件的旋转动能，这一方面造成了过多的能量浪费，增加了启动时间；另一方 面，由于大惯量件而造成的大惯性阻力矩，增加了电机的负荷和冲击，同时增加了模式离合 器的滑磨，降低了离合器的寿命；再者，离合器分离时，发动机熄火，不仅发动机曲轴的转动 动能，而且飞轮的转动动能，都要通过发动机自身的摩擦慢慢消耗掉。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提出一种新的混合动力系统，以克服目前混合动力汽车启动能耗大，启动时间长，电机负荷和冲击大等缺陷，并提高模式离合器的使用寿命，降低模式离合器分离时的能耗，改善混合动力汽车舒适性、燃油经济性和排放性。 所述混合动力系统包括发动机、模式离合器、电机及变速器，所述模式离合器包括作为大惯量部分的飞轮和离合器压盘以及作为小惯量部分的离合器摩擦盘，作为小惯量部分的离合器摩擦盘通过扭转减震器安装到发动机的曲轴输出端上，而作为大惯量部分的飞轮和离合器压盘安装到电机的输入轴上，在电机的输入轴上还设置有承受轴向力的轴承。 采用上述混合动力系统后，当启动发动机时，将大大减小启动时间和启动能量，同时降低了冲击，减少了离合器的磨损。而且，飞轮等大惯量部件安装到了扭转减震器之后，降低了扭转减震器前的转动惯量，提高了扭转减震器的减震效果，进一步有效地隔离了发动机的震动，从而提高了整车的舒适性。再者，飞轮后置后，飞轮和电机转子连接在一起，由于电机转子本身具有一定的转动惯量，可以减小飞轮的尺寸。 而且，这样的设计克服了现有技术中的存在的惯性思维，带来了有益的技术效果。 具体地，首先，发动机的运转离不开飞轮，发动机曲轴输出端上安装飞轮，而飞轮作为离合 器的主动盘，是所有传统汽车发动机所采用的安装方式，是现有技术中的一种惯性思维。其 次，在现有技术中，在发动机出厂时发动机的曲轴输出端上都定好了要装飞轮。但是，专利技术 人没有拘泥于这样的惯性思维，在深入研究后发现，对于混合动力汽车来说，在纯电动模式 下，并不需要发动机的工作，所以发动机完全可以脱开飞轮；而在需要发动机工作时，却是 在混合动力模式或发电模式，这时模式离合器是结合的，即飞轮是和发动机一体的。由此， 提出了上述新型的混合动力系统。 针对上述混合动力系统，优选地，所述离合器摩擦盘通过扭转减震器连接到转接 轴一端的花键上，而该转接轴的另一端连接到发动机的曲轴输出端上。 或者，所述发动机的曲轴输出端上设置有花键，所述离合器摩擦盘通过扭转减震 器直接安装到该花键上。 具体地，所述飞轮通过键连接方式或螺栓连接方式安装到所述电机的输入轴上。 在从纯电动模式向混合动力模式切换时，合理的设定切换时的车速，可以实现零 电能启动发动机至最低启动转速(如200rpm左右)，这样可以更加节省启动能量。 或者更合理的设定切换时的车速，可以零电能拖动发动机至怠速(如700rpm左 右)，从而取消启动加浓过程，进而降低排放，提高燃油经济性。 更优选地，在从纯电动模式向混合动力模式切换时，结合变速器加挡，利用换挡间 隔启动发动机，可以更加节省启动时间，提高动力性。 更进一步，合理设定变速器一、二档传动比之间的比值，可以实现直接同步换二 档，节省同步时间，减小同步器的磨损。附图说明 图1为双离合器混合动力系统示意图； 图2为传统混合动力系统中模式离合器的安装方式； 图3为本专利技术的混合动力系统中模式离合器的安装方式； 图4为建立发动机起动过程阻力模型时所用的曲柄连杆结构示意图及活塞的受力分析图； 图5为建立离合器模型时所用的系统的动力学模型； 图6为传统混合动力系统中启动发动机的启动时间与本专利技术的混合动力系统中启动发动机的启动时间的比较示意图； 图7为传统混合动力系统中启动发动机的启动能量与本专利技术的混合动力系统中启动发动机的启动能量的比较示意图。具体实施例方式如图3所示，在本专利技术的混合动力系统中，模式离合器是这样安装的，作为小惯量部分的离合器摩擦盘39通过扭转减震器32安装到转接轴30 —端的花键上，而该转接轴30的另一端连接发动机曲轴输出端33，在模式离合器的靠近发动机曲轴输出轴33 —侧的转接轴30上设置有分离轴承36。在另一侧，离合器压盘38安装在飞轮31上，这样作为大惯量部分的离合器压盘38和飞轮31就安装到电机输入轴35上了 。具体地，飞轮是通过自身结构上的平键、花键结合电机输入轴，或通过螺栓连接电机输入轴的。为了承受轴向力，在电机输入轴3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力系统，其包括发动机、模式离合器、电机及变速器，所述模式离合器包括作为大惯量部分的飞轮和离合器压盘以及作为小惯量部分的离合器摩擦盘，其特征在于，作为小惯量部分的离合器摩擦盘通过扭转减震器安装到发动机的曲轴输出端上，而作为大惯量部分的飞轮和离合器压盘安装到电机的输入轴上，在电机的输入轴上还设置有能承受轴向力的轴承。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何洪文，杨良会，孙逢春，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]