專利名稱：含有驅(qū)動電機(jī)工作模式切換裝置的混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛工程技術(shù)領(lǐng)域的轎車驅(qū)動系統(tǒng)，具體是一種含有驅(qū)動電 機(jī)工作模式切換裝置的混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著世界能源的緊張與人類環(huán)保意識的加強(qiáng)，安全、節(jié)能、環(huán)保成為當(dāng)今汽 車發(fā)展的主題。作為新能源汽車之一的混合動力汽車能夠較好的解決上述問題。 混合動力汽車是一種由發(fā)動機(jī)和電機(jī)系統(tǒng)共同驅(qū)動的車輛。其中發(fā)動機(jī)可以是使 用多種燃料的內(nèi)燃機(jī)；電機(jī)既可以是永磁電機(jī)也可以是勵磁電機(jī)，既可以是同步 電機(jī)也可以是異步電機(jī)。插電式混合動力汽車，即raEV(Plug-in Hybrid Vehicle) 在擁有普通混合動力車和純電動車的優(yōu)點的同時可以使用家用電源插座(例如 220V電源)對電池充電。長途行車使用以內(nèi)燃機(jī)為主的混合動力模式，而在日 常短途行駛狀態(tài)下可以使用全電動模式，做到零油耗和零排放。因此插電式混合 動力車有更高的燃油效率，降低了對石化燃料的依賴性，降低了車輛的使用成本。
經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，專利CN101161499公開了一種混合動力電機(jī) 工作模式控制方法，包括了混合動力整車控制單元HCU包括電機(jī)管理模塊，電機(jī) 控制單元MCU，輸入模式管理模塊的模式信號有快速起停的請求、輔助驅(qū)動的請 求、再生制動及發(fā)電請求、怠速請求，以及當(dāng)前的電機(jī)狀態(tài)；故障檢測模塊進(jìn)行 故障管理時接受的信號有系統(tǒng)保護(hù)的要求信號、系統(tǒng)故障信號及當(dāng)前電機(jī)的狀 態(tài)；輸出的信號主要有請求的模式、扭矩及速度。該發(fā)明中混合動力整車控制單 元HCU監(jiān)測和管理發(fā)動機(jī)和電機(jī)的工作模式，在一定程度上較傳統(tǒng)車更優(yōu)化的 能量管理，實現(xiàn)了電機(jī)工作模式的平穩(wěn)切換，但只是一種控制方法，與本發(fā)明的 內(nèi)容有很大的不同。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種含有驅(qū)動電機(jī)工作模式切換 裝置的混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)，以電機(jī)驅(qū)動為主，配備有其他補(bǔ)充能源，能夠通過發(fā)電機(jī)組擴(kuò)大混合動力汽車的續(xù)駛里程，在最大限度節(jié)約制造和改造成本的基 礎(chǔ)上實現(xiàn)節(jié)約燃油和保證整車動力性能的目的，克服了混合動力汽車驅(qū)動裝置在 輔助傳動，換擋和行星齒輪傳動中旋轉(zhuǎn)離合器等方面的不足。 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的含有驅(qū)動電機(jī)工作模式切換裝置的混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)， 包括車輪、主減速器-差速器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、第二自動離合器、驅(qū)動電機(jī)、 第一自動離合器、集成起動發(fā)電機(jī)(簡稱ISG)、發(fā)動機(jī)、電機(jī)控制器、動力電池 組及外接電源插頭，其中發(fā)動機(jī)和集成起動發(fā)電機(jī)同軸連接，集成起動發(fā)電機(jī) 和第一 自動離合器主動盤連接，第一 自動離合器從動盤通過驅(qū)動電機(jī)和行星齒輪 機(jī)構(gòu)連接，行星齒輪機(jī)構(gòu)一側(cè)通過第二自動離合器與驅(qū)動電機(jī)連接，另一側(cè)與主 減速器-差速器連接，主減速器-差速器通過驅(qū)動橋和車輪相連，動力電池組通過 電纜分別與電機(jī)控制器和外接電源插頭連接，電機(jī)控制器通過電纜分別與集成起 動發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)連接。行星齒輪機(jī)構(gòu)外齒圈與車架固定連接。其中電機(jī)控制 器包括驅(qū)動電機(jī)控制器和集成起動發(fā)電機(jī)電機(jī)控制器，動力電池組含有電池管理 系統(tǒng)。
本發(fā)明在行星齒輪機(jī)構(gòu)和驅(qū)動電機(jī)之間增加了一個自動離合器，實現(xiàn)了驅(qū)動 電機(jī)可以在必要的情況下停止工作。如在車速大于100km/h時停止工作，在車速 較小于100km/h時接入動力傳動。該方案具備串聯(lián)混合動力的優(yōu)點，同時減小了 發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)的功率；降低了油耗和排放；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，回避了復(fù)雜的變 速系統(tǒng)，自動離合器相對成熟，且控制要求低。
本發(fā)明結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新之處在于應(yīng)用了自動離合器作為驅(qū)動電機(jī)工作模式切 換的裝置，即作為驅(qū)動電機(jī)和行星齒輪之間的接合分離部件。降低了驅(qū)動電機(jī)需 求的最高轉(zhuǎn)速，便于電機(jī)的工程化實施，同時減少了電機(jī)的弱磁損耗，優(yōu)化了電 機(jī)的工作狀況，有利于延長電機(jī)的壽命，并由此帶來了制造成本的降低，能產(chǎn)生 顯著的經(jīng)濟(jì)效果。結(jié)合行星齒輪機(jī)構(gòu)具有的結(jié)構(gòu)緊湊、傳動比大、承載能力大、 傳動平穩(wěn)及傳動效率高等優(yōu)點，驅(qū)動電機(jī)、自動離合器及行星齒輪聯(lián)合使用，實 現(xiàn)了功率分流和變速的目的，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)混合動力汽車發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、動力 電池組三者之間的良好匹配和最優(yōu)控制。
本發(fā)明上述的插電式混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)，包括以下多種驅(qū)動模式(所有 工作模式都可以在車速大于100km/h時，斷開第二自動離合器，使驅(qū)動電機(jī)停止 工作)
(1) 純電驅(qū)動模式在車輛起步或車輛低負(fù)荷工作、電池SOC值不低時，
驅(qū)動電機(jī)單獨工作，電池為驅(qū)動電機(jī)提供電能。利用電池的電能驅(qū)動汽車，發(fā)動
機(jī)和ISG不參與工作，僅靠驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動；
(2) 串聯(lián)工作模式在車輛起步或車輛低負(fù)荷工作、電池SOC值低時，ISG 先起動發(fā)動機(jī)，第一自動離合器斷開，發(fā)動機(jī)發(fā)電，驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輛。串聯(lián)工
作模式一般在以下幾種情況下工作
a、 低速區(qū)間，大功率驅(qū)動工況，如連續(xù)爬坡等；
b、 電池電能低于預(yù)設(shè)值，需要為電池及時補(bǔ)充電能
(3) 并聯(lián)驅(qū)動模式在車輛需求功率大于發(fā)動機(jī)效率優(yōu)化功率、電池SOC
值不低時，第一自動離合器和II結(jié)合后發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)和集成起動發(fā)電機(jī)共同
驅(qū)動車輛。這種模式通常工作于中低速加速和高速區(qū)；
(4) 發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動模式在車輛功率需求在發(fā)動機(jī)效率優(yōu)化區(qū)域或電池
沒有足夠的電能提供給電機(jī)工作時，第二自動離合器斷開，發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動車輛，
驅(qū)動電機(jī)、集成起動發(fā)電機(jī)不工作；
(5) 發(fā)動機(jī)驅(qū)動行車發(fā)電模式在車輛運(yùn)行時，如果車輛需求功率小于發(fā)
動機(jī)效率優(yōu)化功率、電池soc值低，則發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輛，驅(qū)動電機(jī)作發(fā)電機(jī)工作
吸收能量至電池，以此調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的工作效率和電池補(bǔ)充電能，這種模式一般工
作中速區(qū)(發(fā)動機(jī)動力負(fù)荷偏低，效率低)；
(6) 制動發(fā)電模式在減速或滑行時，驅(qū)動電機(jī)作發(fā)電機(jī)用吸收車輛動能 至電池；
(7) 停車充電模式利用外界電網(wǎng)充電樁給電池充電。 本發(fā)明與現(xiàn)有混聯(lián)式混合動力汽車相比，具有以下顯著效果可以實現(xiàn)發(fā)動
機(jī)自動起停，電動助力和高效大功率電能輸出等功能，同時發(fā)動機(jī)和集成起動發(fā) 電機(jī)構(gòu)成一個高效的車載式發(fā)電機(jī)組，在車輛低速跟車工況(如城市公交工況) 讓發(fā)動機(jī)始終工作在一個低油耗低排放的優(yōu)化工作點或者停機(jī)，整車的驅(qū)動動力 由大功率的驅(qū)動電機(jī)提供。在高速行駛工況，發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)和車輪之間機(jī)械 聯(lián)接，二者動力可以通過傳動系統(tǒng)傳遞到車輪，可由整車控制器根據(jù)駕駛員行為
和電池S0C(State Of Charge)值確定整車的能量分配，以實現(xiàn)除純電和串聯(lián)驅(qū) 動外的其它驅(qū)動模式，同時應(yīng)用了自動離合器作為驅(qū)動電機(jī)工作模式切換的裝 置，即作為驅(qū)動電機(jī)和行星齒輪之間的接合分離部件，降低了驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速， 便于電機(jī)的工程化實施，同時減少了電機(jī)的弱磁損耗，優(yōu)化了電機(jī)的工作狀況， 有利于延長電機(jī)的壽命。該方案沿用了大量傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)，這樣可以大幅 度降低制造成本。
本發(fā)明相對有變速系統(tǒng)的混合動力系統(tǒng)的控制簡單，基本控制策略可以分成 四個速度區(qū)間，不同的區(qū)間，驅(qū)動電機(jī)和發(fā)動機(jī)驅(qū)動負(fù)荷有所變化。
本發(fā)明工作模式切換裝置實現(xiàn)了驅(qū)動電機(jī)在車速大于100km/h時可以停止 工作，在車速較小于100km/h時接入動力傳動，優(yōu)化了驅(qū)動電機(jī)的工作狀況，從 而實現(xiàn)了發(fā)動機(jī)、電動機(jī)、動力電池組三者之間的良好匹配和最優(yōu)控制，降低了 車輛的使用成本低，節(jié)省了電能，減少了燃料費用，降低了對石化燃料的依賴， 減少的溫室氣體和各種有害氣體的排放，同時改善了電網(wǎng)的發(fā)電機(jī)組效率。


圖1本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)示意圖；
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細(xì)說明本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提下進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù) 范圍不限于下述的實施例。
如圖1所示，本實施例驅(qū)動系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)l、集成起動發(fā)電機(jī)ISG2、第 一自動離合器3、驅(qū)動電機(jī)4、第二自動離合器5、行星齒輪機(jī)構(gòu)6、主減速器-差速器7、車輪8、電機(jī)控制器9、動力電池組IO、外接插頭ll，其中發(fā)動機(jī) l和集成起動發(fā)電機(jī)2同軸連接；集成起動發(fā)電機(jī)2和第一自動離合器3主動盤 連接；第一自動離合器3通過驅(qū)動電機(jī)4和行星齒輪機(jī)構(gòu)5連接；行星齒輪機(jī)構(gòu) 6 —側(cè)通過第二自動離合器5與驅(qū)動電機(jī)4連接，另一側(cè)和主減速器-差速器7 連接；主減速器-差速器7通過驅(qū)動橋和車輪8相連，動力電池組10通過電纜分 別與電機(jī)控制器9和外接電源插頭11連接，電機(jī)控制器9通過電纜分別與集成 起動發(fā)電機(jī)2和驅(qū)動電機(jī)連接4。行星齒輪機(jī)構(gòu)6外齒圈與車架固定連接。其中 電機(jī)控制器9包括驅(qū)動電機(jī)控制器和集成起動發(fā)電機(jī)電機(jī)控制器。
發(fā)動機(jī)l作為動力單元，其動力可以通過機(jī)械系統(tǒng)直接傳遞給車輪8，也可以
通過集成起動發(fā)電機(jī)2、電機(jī)控制器9以電能的方式給動力電池組10充電，或直接 提供給驅(qū)動電機(jī)控制器9用來給驅(qū)動電機(jī)4供電。
集成起動發(fā)電機(jī)2主要是用來利用動力電池組10的電能起動發(fā)動機(jī)1和吸收 發(fā)動機(jī)l的能量發(fā)電。驅(qū)動電機(jī)4則用來驅(qū)動車輪8和回收車輛制動時的動能。
行星齒輪機(jī)構(gòu)6作為驅(qū)動電機(jī)4和主減速器-差速器7之間的傳動部件，與傳動 系統(tǒng)中的集成起動發(fā)電機(jī)2、第一自動離合器3、第二自動離合器5及驅(qū)動電機(jī)4 聯(lián)合使用，可以同時實現(xiàn)功率分流和變速的目的，進(jìn)而能夠?qū)崿F(xiàn)混合動力汽車發(fā) 動機(jī)、電動機(jī)、動力電池組三者之間的良好匹配和最優(yōu)控制。
混合動力車輛各種模式下的工作過程介紹
在純電動驅(qū)動模式時，發(fā)動機(jī)1停機(jī)，動力電池組10供給驅(qū)動電機(jī)4能量， 驅(qū)動電機(jī)4的輸出能量依次經(jīng)過第二自動離合器5、行星齒輪機(jī)構(gòu)6、主減速器-差速器7傳遞給車輪8。其中，動力電池組10的電能有三種來源渠道
1. 發(fā)動機(jī)直接供給；
2. 外接電源通過外接插頭11供給；
3. 制動能量回饋供給。
在串聯(lián)驅(qū)動模式時，發(fā)動機(jī)1的輸出能量經(jīng)過集成起動發(fā)電機(jī)2的發(fā)電作用 給動力電池組10充電或不通過動力電池組10直接提供給驅(qū)動電機(jī)4，動力電池 組10的能量提供給驅(qū)動電機(jī)4，從驅(qū)動電機(jī)4輸出的能量依次經(jīng)過第二自動離 合器5、行星齒輪機(jī)構(gòu)6、主減速器及差速器7傳遞給車輪8。
在并聯(lián)驅(qū)動模式下，第一能量傳遞路徑為發(fā)動機(jī)l輸出的能量經(jīng)過集成起 動發(fā)電機(jī)2、離合器I3和驅(qū)動電機(jī)4;第二能量傳遞路徑為電池組10到電機(jī) 控制器9，再到驅(qū)動電機(jī)4。兩股能量通過第二自動離合器5和行星齒輪機(jī)構(gòu)6 耦合后，再經(jīng)主減速器及差速器7傳遞給車輪8。
在發(fā)動機(jī)單獨驅(qū)動模式下,發(fā)動機(jī)1輸出的能量依次經(jīng)過集成起動發(fā)電機(jī)2、 離合器I 3、行星齒輪機(jī)構(gòu)6、主減速器及差速器7傳遞給車輪8。在這個過程中， 集成起動發(fā)電機(jī)2和驅(qū)動電機(jī)4的轉(zhuǎn)子空轉(zhuǎn)，二者都不做功。
發(fā)動機(jī)驅(qū)動，驅(qū)動電機(jī)發(fā)電模式下，來自發(fā)動機(jī)l的能量經(jīng)過集成起動發(fā)電 機(jī)2、離合器I3從動盤后，分成兩路分別通過驅(qū)動電機(jī)4發(fā)電給動力電池組10 充電和通過第二自動離合器5、行星齒輪機(jī)構(gòu)6、主減速器及差速器7傳遞給車 輪8。
在制動能量回饋模式下，來自車輪8的車輛動能經(jīng)過驅(qū)動橋、主減速器及差 速器7、行星齒輪機(jī)構(gòu)6、第二自動離合器5、驅(qū)動電機(jī)4、電機(jī)控制器9給動力 電池組IO充電。
在停車充電模式下，通過充電樁經(jīng)外接插頭11給動力電池組10進(jìn)行充電。
權(quán)利要求
1. 一種插電式集成起動發(fā)電機(jī)混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)，包括車輪、主減速器-差速器、行星齒輪機(jī)構(gòu)、驅(qū)動電機(jī)、自動離合器、集成起動發(fā)電機(jī)、發(fā)動機(jī)、電機(jī)控制器、動力電池組，其特征在于發(fā)動機(jī)和集成起動發(fā)電機(jī)同軸連接，集成起動發(fā)電機(jī)和第一自動離合器主動盤連接，第一自動離合器從動盤通過驅(qū)動電機(jī)和行星齒輪機(jī)構(gòu)連接，行星齒輪機(jī)構(gòu)一側(cè)通過第二自動離合器與驅(qū)動電機(jī)連接，另一側(cè)與主減速器-差速器連接，主減速器-差速器通過驅(qū)動橋和車輪相連，動力電池組通過電纜分別與電機(jī)控制器和外接電源插頭連接，電機(jī)控制器通過電纜分別與集成起動發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)連接，行星齒輪機(jī)構(gòu)外齒圈與車架固定連接，其中電機(jī)控制器包括驅(qū)動電機(jī)控制器和集成起動發(fā)電機(jī)電機(jī)控制器，動力電池組含有電池管理系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的插電式集成起動發(fā)電機(jī)混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)，其 特征是，所述行星齒輪機(jī)構(gòu)與驅(qū)動電機(jī)之間設(shè)置一個自動離合器，作為驅(qū)動電機(jī) 工作模式切換的裝置。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的插電式集成起動發(fā)電機(jī)混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)，其 特征是，所述發(fā)動機(jī)作為動力單元，其動力通過機(jī)械系統(tǒng)直接傳遞給車輪，或通 過集成起動發(fā)電機(jī)、電機(jī)控制器以電能的方式給動力電池組充電，或直接提供給 驅(qū)動電機(jī)控制器用來給驅(qū)動電機(jī)供電。
全文摘要
本發(fā)明公開一種車輛工程技術(shù)領(lǐng)域的一種含有驅(qū)動電機(jī)工作模式切換裝置的混合動力轎車驅(qū)動系統(tǒng)，其中發(fā)動機(jī)和集成起動發(fā)電機(jī)同軸連接，集成起動發(fā)電機(jī)和第一自動離合器主動盤連接，第一自動離合器從動盤通過驅(qū)動電機(jī)和行星齒輪機(jī)構(gòu)連接，行星齒輪機(jī)構(gòu)一側(cè)通過第二自動離合器與驅(qū)動電機(jī)連接，另一側(cè)與主減速器-差速器連接，主減速器-差速器通過驅(qū)動橋和車輪相連，動力電池組通過電纜分別與電機(jī)控制器和外接電源插頭連接，電機(jī)控制器通過電纜分別與集成起動發(fā)電機(jī)和驅(qū)動電機(jī)連接。行星齒輪機(jī)構(gòu)外齒圈與車架固定連接。本發(fā)明最大保持了傳統(tǒng)車輛結(jié)構(gòu)，利用雙電機(jī)對發(fā)動機(jī)的工作點進(jìn)行優(yōu)化，使發(fā)動機(jī)在高效率低排放區(qū)域穩(wěn)定運(yùn)行，同時優(yōu)化了驅(qū)動電機(jī)的工作狀況，延長了電機(jī)的使用壽命。
文檔編號B60K6/26GK101380887SQ200810201619
公開日2009年3月11日 申請日期2008年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月23日
發(fā)明者勇 張, 朱福堂, 殷承良, 磊 王, 陳燕平 申請人:上海交通大學(xué)