專利名稱：增程式電動汽車動力系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車動力系統(tǒng)，特別涉及一種電動汽車動力系統(tǒng)。
技術(shù)背景
隨著環(huán)保形勢的日益嚴峻，研究新能源汽車的需求日益增加。純電動汽車無需燃油，但由于電池的技術(shù)瓶頸，車輛存在制造成本高、充電不方便、一次充電續(xù)駛里程短、功率不足、故障率高等問題；其他新能源汽車，由于技術(shù)成本高或安全問題，難以適用。因此，現(xiàn)有的新能源汽車很難和傳統(tǒng)汽車抗衡，其適用范圍受到限制。
在此背景下，增程式電動汽車作為一種新型的節(jié)能環(huán)保型汽車可以綜合純電動汽車和傳統(tǒng)汽車的優(yōu)點。車輛在一定設(shè)計里程范圍內(nèi)可以純電動行駛，實現(xiàn)低能耗、零排放； 如果需要長途行駛時可由內(nèi)燃機在最佳工況下帶動發(fā)電機發(fā)電，給蓄電池和驅(qū)動電機供電；另外，電池組還可以有效回收汽車制動能量。因此，增程式電動汽車被公認為目前電動汽車發(fā)展的主流技術(shù)方向之一。
目前，增程式電動汽車的技術(shù)和市場處于一種蓬勃的發(fā)展階段，市場上已出現(xiàn)的增程式電動汽車其動力系統(tǒng)基本采用“機械能一電能一機械能”的增程方式，即內(nèi)燃發(fā)電機組直接向電池組或驅(qū)動電機供電以增加續(xù)駛里程，其能量利用率不高，且工作模式和功率有限，難以滿足車輛多工況、大功率的需求，安全可靠性較低。
此外，現(xiàn)有增程式電動汽車多數(shù)采用兩輪驅(qū)動，相對于四輪驅(qū)動汽車，其輪胎牽引力利用率不高；或是某些四驅(qū)車只是簡單地用發(fā)動機和電機分別驅(qū)動兩個車軸，動力難以充分利用，且在車輛制動時不能進行全輪制動能量回收，能量利用率不高。
因此，需探索一種能充分利用內(nèi)燃機和驅(qū)動電機動力并能提高輪胎牽引力和制動能量利用率的增程式電動汽車的動力系統(tǒng)，改善車輛的動力性、經(jīng)濟性和安全可靠性，使其更好地滿足人們?nèi)粘９ぷ骱瓦h途旅行的需求，提高電動汽車適用性。發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明提供一種增程式電動汽車動力系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有增程式電動汽車無法充分利用內(nèi)燃機和驅(qū)動電機的動力，以及兩輪驅(qū)動輪胎牽引力和制動能量利用率低等技術(shù)問題。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)手段實現(xiàn)的本發(fā)明的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，包括前橋、后橋、前驅(qū)動裝置、后驅(qū)動裝置、控制器和蓄電池組，所述前驅(qū)動裝置包括前驅(qū)動電機和變速箱，前驅(qū)動電機由控制器控制，所述變速箱上設(shè)置用于向前橋輸出動力的前輸出軸和用于向后橋輸出動力的后輸出軸，所述前驅(qū)動電機與變速箱之間設(shè)置離合器I，前輸出軸與前橋之間設(shè)置離合器II，后輸出軸與后橋之間設(shè)置離合器III，所述前驅(qū)動裝置還包括內(nèi)燃機，所述前驅(qū)動電機為電動發(fā)電一體機，所述內(nèi)燃機與前驅(qū)動電機的動力輸入端通過離合器IV連接，所述前驅(qū)動裝置和后驅(qū)動裝置通過動力耦合裝置實現(xiàn)轉(zhuǎn)速耦合或轉(zhuǎn)矩耦合。
進一步，所述后驅(qū)動裝置包括由控制器控制的后驅(qū)動電機和與后驅(qū)動電機轉(zhuǎn)軸沿周向固定配合的電機輸出齒輪，所述動力耦合裝置包括同時設(shè)置內(nèi)齒和外齒的齒圈、與后橋的輸入軸沿周向固定配合的行星架和可繞后橋的輸入軸轉(zhuǎn)動的太陽輪，所述電機輸出齒輪與齒圈的外齒嚙合，行星架的行星齒輪同時與太陽輪和齒圈的內(nèi)齒嚙合，所述太陽輪與后輸出軸之間設(shè)置離合器V；進一步，所述太陽輪上設(shè)置有制動器； 進一步，所述后驅(qū)動電機為電動發(fā)電一體機。
本發(fā)明的有益效果本發(fā)明的增程式電動汽車動力系統(tǒng)具有以下優(yōu)點1.本發(fā)明的內(nèi)燃機既可以帶動前驅(qū)動電機發(fā)電，又可以直接參與車輛驅(qū)動，同時前驅(qū)動電機調(diào)節(jié)其工作點保持在高效率區(qū)，提高了內(nèi)燃機的能量利用率，改善了車輛的經(jīng)濟性。
2.本發(fā)明可實現(xiàn)車輛的四輪驅(qū)動，提高輪胎牽引力的利用率，同時在汽車制動時還可以根據(jù)駕駛條件進行單電機或雙電機的制動能量回收，從而改善電動汽車的動力性和能量利用率。
3.本發(fā)明通過協(xié)調(diào)控制各離合器和制動器的不同工作狀態(tài)，可實現(xiàn)車輛的純電動驅(qū)動、純內(nèi)燃機驅(qū)動、內(nèi)燃機與驅(qū)動電機的混合驅(qū)動、增程發(fā)電等多種模式，并且還可以根據(jù)需要進行兩輪驅(qū)動或四輪驅(qū)動的模式切換，滿足了車輛多工況、大功率的需求。
4.本發(fā)明所述的動力耦合裝置能夠?qū)⒑筝敵鲚S傳遞的動力和后驅(qū)動電機的動力進行轉(zhuǎn)速耦合或轉(zhuǎn)矩耦合，從而提供高轉(zhuǎn)速或高轉(zhuǎn)矩輸出，以滿足不同的動力需求。
5.本發(fā)明還可以在特殊工況條件下進行內(nèi)燃機反拖制動，提高車輛的制動安全性。
6.本發(fā)明可以降低車輛對動力源(如驅(qū)動電機)的功率要求，從而節(jié)約制造成本。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步描述； 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細說明，圖中，虛線表示電力連接本實施例的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，包括前橋1、后橋2、前驅(qū)動裝置、后驅(qū)動裝置、控制器3和蓄電池組 4，本實施例中，蓄電池組上設(shè)置有充電器15，所述前驅(qū)動裝置包括前驅(qū)動電機5和變速箱 6，前驅(qū)動電機5由控制器3控制，所述變速箱6上設(shè)置用于向前橋1輸出動力的前輸出軸 6a和用于向后橋2輸出動力的后輸出軸6b，所述前驅(qū)動電機5與變速箱6之間設(shè)置離合器 I 7a，前輸出軸6a與前橋1之間設(shè)置離合器II 7b，后輸出軸6b與后橋2之間設(shè)置離合器 III 7c，離合器選用自動離合器，所述前驅(qū)動裝置還包括內(nèi)燃機8，所述前驅(qū)動電機5為電動發(fā)電一體機，所述內(nèi)燃機8與前驅(qū)動電機5的動力輸入端通過離合器IV 7d連接，所述前驅(qū)動裝置和后驅(qū)動裝置通過動力耦合裝置實現(xiàn)轉(zhuǎn)速耦合或轉(zhuǎn)矩耦合，內(nèi)燃機既可以帶動前驅(qū)動電機發(fā)電，又可以直接參與車輛驅(qū)動同時前驅(qū)動電機調(diào)節(jié)其工作點保持在高效率區(qū)，提高了整車的能量利用率，改善了車輛的經(jīng)濟性。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述后驅(qū)動裝置包括由控制器3控制的后驅(qū)動電機9和與后驅(qū)動電機9轉(zhuǎn)軸沿周向固定配合的電機輸出齒輪10，控制器控制前驅(qū)動電機和后驅(qū)動電機的工作狀態(tài)，同時管理前驅(qū)動電機、后驅(qū)動電機及蓄電池組三者之間的能量交換，所述動力耦合裝置包括同時設(shè)置內(nèi)齒和外齒的齒圈11、與后橋2的輸入軸加沿周向固定配合的行星架12和可繞后橋2的輸入軸加轉(zhuǎn)動的太陽輪13，所述電機輸出齒輪10與齒圈11的外齒嚙合，行星架12的行星齒輪12a同時與太陽輪13和齒圈11的內(nèi)齒嚙合，所述太陽輪13與后輸出軸6b之間設(shè)置離合器V 7e。
作為上述技術(shù)方案的進一步改進，所述太陽輪上13設(shè)置有制動器14，所述后驅(qū)動電機9為電動發(fā)電一體機，在汽車制動時可以根據(jù)駕駛條件控制前后兩個電機工作狀態(tài)， 進行單電機或雙電機的制動能量回收，從而改善了電動汽車的能量利用率。
下面具體介紹該動力系統(tǒng)的各個工作模式首先要說明的是，本發(fā)明所涉及的動力耦合裝置可以在后輸出軸6b和后驅(qū)動電機9均有動力輸入時實現(xiàn)前后動力的轉(zhuǎn)速耦合或轉(zhuǎn)矩耦合，具體實現(xiàn)如下當(dāng)進行轉(zhuǎn)速耦合時，離合器III 7c分離，離合器V 7e接合，制動器14分離，后輸出軸6b 的動力通過太陽輪13輸入，后驅(qū)動電機9的動力通過電機輸出齒輪10與齒圈11外齒輪嚙合輸入，通過行星輪系實現(xiàn)兩個電機的轉(zhuǎn)速耦合，并由行星架12輸出至后橋。
當(dāng)進行轉(zhuǎn)矩耦合時，離合器III 7c接合，離合器V 7e分離，制動器14制動(即制動太陽輪13)，后輸出軸6b的動力直接傳遞到行星架12，后驅(qū)動電機9的動力通過電機輸出齒輪10與齒圈11外齒輪嚙合輸入，此時太陽輪13制動，通過行星輪系實現(xiàn)兩個電機的轉(zhuǎn)矩耦合，并由行星架12輸出至后橋。
1.純電動驅(qū)動模式當(dāng)車輛低速行駛或在對排放要求嚴格的特定區(qū)域行駛時，可使用純電動驅(qū)動模式，此時內(nèi)燃機8關(guān)閉，離合器IV 7d分離，蓄電池組提供動力。
(1)前驅(qū)動電機5前驅(qū)此時蓄電池組4向前驅(qū)動電機5提供電能，后驅(qū)動電機9斷電，離合器I 7a和離合器 II 7b接合，離合器III 7c和離合器V 7e分離，其動力路線為前驅(qū)動電機5—離合器I 7a_ 變速箱6—前輸出軸6a_離合器II 7b—前橋1。
(2)后驅(qū)動電機9后驅(qū)此時蓄電池組4向后驅(qū)動電機9提供電能，前驅(qū)動電機5斷電，所有離合器分離，制動器14鎖止。其動力路線為后驅(qū)動電機9一電機輸出齒輪10—齒圈11 一行星架12—后橋 2。
(3 )前驅(qū)動電機5與后驅(qū)動電機9聯(lián)合后驅(qū)此時蓄電池組4向前驅(qū)動電機5和后驅(qū)動電機9提供電能，離合器II 7b分離，前驅(qū)動電機5將動力經(jīng)后輸出軸6b傳遞給動力耦合裝置，然后與后驅(qū)動電機9進行轉(zhuǎn)速耦合或轉(zhuǎn)矩耦合，從而驅(qū)動車輛行駛。
(4 )前驅(qū)動電機5前驅(qū)、后驅(qū)動電機9后驅(qū)此時蓄電池組4向前驅(qū)動電機5和后驅(qū)動電機9提供電能，離合器III 7c和離合器V 7e 分離，制動器14鎖止。此時動力傳遞路線分為兩部分，第一條動力路線前驅(qū)動電機5—離合器I 7a_變速箱6—前輸出軸6a_離合器II 7b—前橋1，第二條動力路線后驅(qū)動電機 9一電機輸出齒輪10—齒圈11一行星架12—后橋2。
( 5 )前驅(qū)動電機5與后驅(qū)動電機9混合四驅(qū)此時蓄電池組4向前驅(qū)動電機5和后驅(qū)動電機9提供電能，離合器I 7a接合，離合器 II 7b接合將前驅(qū)動電機5的動力傳遞到前橋，控制離合器III 7c、離合器V 7e和制動器14 將前驅(qū)動電機5的動力傳遞到動力耦合裝置與后驅(qū)動電機9進行轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的耦合。
2.內(nèi)燃機驅(qū)動模式在蓄電池組4電量不足，或車輛要求長時間較大功率輸出且內(nèi)燃機單獨工作足以滿足功率需求時，可以選擇該模式。首先離合器IV 7d接合，前驅(qū)動電機5以電動模式將內(nèi)燃機啟動，然后前驅(qū)動電機5空轉(zhuǎn)，后驅(qū)動電機9斷電。
(1)內(nèi)燃機前驅(qū)此時，離合器I 7a、離合器II 7b接合，離合器III 7c、離合器V 7e分離，動力路線為 內(nèi)燃機8—離合器IV 7d—前驅(qū)動電機5—離合器I 7a_變速箱6—前輸出軸6a_離合器 II 7b—前橋 1。
(2)內(nèi)燃機后驅(qū)此時離合器I 7a、離合器III 7c接合，離合器II 7b、離合器V 7e分離，動力路線為內(nèi)燃機8—離合器IV 7d—前驅(qū)動電機5—變速箱6—后輸出軸離合器III 7c_行星架12—后橋2。
(3)內(nèi)燃機四驅(qū)此時離合器I 7a、離合器II 7b、離合器III 7c接合，離合器V 7e分離，內(nèi)燃機的動力經(jīng)離合器IV 7d、前驅(qū)動電機5、離合器I 7a傳遞到變速箱6，然后前輸出軸6a通過離合器II 7b 驅(qū)動前橋1，后輸出軸6b通過離合器III 7c傳遞動力驅(qū)動后橋2。
3.內(nèi)燃機與驅(qū)動電機混合驅(qū)動模式當(dāng)車輛要求大功率輸出且電動機或內(nèi)燃機單獨工作均不能滿足功率需求時，采用內(nèi)燃機與電機混合驅(qū)動模式。此時離合器IV 7d、離合器I 7a接合，前驅(qū)動電機5可以空轉(zhuǎn)也可以電動模式與內(nèi)燃機8的動力進行耦合，然后與后驅(qū)動電機9聯(lián)合驅(qū)動車輛。
(1)內(nèi)燃機8前驅(qū)、后驅(qū)動電機9后驅(qū)此時離合器II 7b接合，離合器V 7e、離合器III 7c分離，制動器14鎖止，動力傳遞路線分為兩部分，第一部分內(nèi)燃機8—離合器IV 7d—前驅(qū)動電機5—離合器I 7a_變速箱 6—前輸出軸6a_離合器II 7b—前橋1，第二部分后驅(qū)動電機9一電機輸出齒輪10—齒圈 11 一行星架12—后橋2。
(2)內(nèi)燃機8與后驅(qū)動電機9聯(lián)合后驅(qū)此時離合器II 7b分離，后輸出軸6b將內(nèi)燃機8的動力傳遞到耦合裝置與后驅(qū)動電機 9進行轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)矩的耦合，從而提供高轉(zhuǎn)速或高轉(zhuǎn)矩輸出，以適應(yīng)不同動力要求。
(3)內(nèi)燃機8與后驅(qū)動電機9混合四驅(qū)此時內(nèi)燃機8的動力經(jīng)過變速箱6輸出后一分為二，一部分由前輸出軸6a通過離合器 II 7b驅(qū)動前橋1，一部分動力由后輸出軸6b傳遞給動力耦合裝置與后驅(qū)動電機9進行轉(zhuǎn)速耦合或轉(zhuǎn)矩耦合，然后由行星架12驅(qū)動后橋2。
4.增程發(fā)電模式此時內(nèi)燃機8處于工作狀態(tài)，離合器IV 7d接合，內(nèi)燃機帶動前驅(qū)動電機5發(fā)電，根據(jù)車輛狀態(tài)可以分為駐車發(fā)電和行車發(fā)電模式。
(1)駐車發(fā)電此時后驅(qū)動電機9斷電，車輛處于停車狀態(tài)，所有除離合器IV 7d之外的其他離合器均分離，前驅(qū)動電機5將內(nèi)燃機8的機械能轉(zhuǎn)化為電能儲存到蓄電池組4中。
(2)行車發(fā)電當(dāng)內(nèi)燃機8不直接參與驅(qū)動時，前驅(qū)動電機5將內(nèi)燃機8的機械能轉(zhuǎn)化為電能提供給后驅(qū)動電機9，并將多余的電能儲存到蓄電池組中，此時屬于串聯(lián)式增程模式。
當(dāng)內(nèi)燃機8直接參與車輛驅(qū)動時，前驅(qū)動電機5以發(fā)電模式工作并調(diào)節(jié)內(nèi)燃機8 的工作點使其最優(yōu)，所發(fā)電能提供給蓄電池組4或后驅(qū)動電機9。
5.制動能量回收模式在車輛制動時，可以根據(jù)制動需要，通過協(xié)調(diào)控制前后兩個電機、各個離合器和制動器的狀態(tài)，選擇單電機或雙電機制動能量回收。
6.倒車模式當(dāng)車輛需要倒車時，只需在純電動模式下電機反向轉(zhuǎn)動即可實現(xiàn)倒車功能，因此變速箱無需設(shè)置倒擋，簡化了其結(jié)構(gòu)。
7.插電模式當(dāng)車輛運行結(jié)束時，可以利用充電器15連接電網(wǎng)電源對蓄電池組進行充電。
此外，本發(fā)明還可以在車輛在特殊工況下如車輛下長坡時進行內(nèi)燃機的反拖制動，此時離合器IV 7d接合，提高了車輛的制動安全性。
如上所述，本發(fā)明可以使車輛實現(xiàn)多種工作模式，用戶可以根據(jù)需要選擇其中若干，并且為使車輛控制更加方便，優(yōu)選某些工作模式作為常用工作模式，同時可以降低對動力源的功率要求，提高整車的運行效率。
最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種增程式電動汽車動力系統(tǒng)，包括前橋(1)、后橋(2)、前驅(qū)動裝置、后驅(qū)動裝置、 控制器(3 )和蓄電池組(4)，所述前驅(qū)動裝置包括前驅(qū)動電機(5 )和變速箱(6 )，前驅(qū)動電機 (5)由控制器(3)控制，所述變速箱(6)上設(shè)置用于向前橋(1)輸出動力的前輸出軸(6a)和用于向后橋(2)輸出動力的后輸出軸(6b)，所述前驅(qū)動電機(5)與變速箱(6)之間設(shè)置離合器I (7a)，前輸出軸(6a)與前橋(1)之間設(shè)置離合器II (7b)，后輸出軸(6b)與后橋(2) 之間設(shè)置離合器III(7c)，其特征在于所述前驅(qū)動裝置還包括內(nèi)燃機(8)，所述前驅(qū)動電機 (5)為電動發(fā)電一體機，所述內(nèi)燃機(8)與前驅(qū)動電機(5)的動力輸入端通過離合器IV(7d) 連接，所述前驅(qū)動裝置和后驅(qū)動裝置通過動力耦合裝置實現(xiàn)轉(zhuǎn)速耦合或轉(zhuǎn)矩耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述后驅(qū)動裝置包括由控制器(3)控制的后驅(qū)動電機(9)和與后驅(qū)動電機(9)轉(zhuǎn)軸沿周向固定配合的電機輸出齒輪(10)，所述動力耦合裝置包括同時設(shè)置內(nèi)齒和外齒的齒圈(11)、與后橋(2)的輸入軸(2a)沿周向固定配合的行星架(12)和可繞后橋(2)的輸入軸(2a)轉(zhuǎn)動的太陽輪(13)， 所述電機輸出齒輪(10)與齒圈(11)的外齒嚙合，行星架(12)的行星齒輪(1 )同時與太陽輪(13)和齒圈(11)的內(nèi)齒嚙合，所述太陽輪(13)與后輸出軸(6b)之間設(shè)置離合器V (7e)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述太陽輪上(13) 設(shè)置有制動器(14)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的增程式電動汽車動力系統(tǒng)，其特征在于所述后驅(qū)動電機(9) 為電動發(fā)電一體機。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種增程式電動汽車動力系統(tǒng)，包括前橋、后橋、前驅(qū)動裝置、后驅(qū)動裝置、動力耦合裝置、控制器、蓄電池組等，前驅(qū)動裝置包括前驅(qū)動電機、內(nèi)燃機和變速箱，前驅(qū)動電機由控制器控制，變速箱上設(shè)置分別用于向前橋和后橋輸出動力的前輸出軸和后輸出軸，前驅(qū)動電機為電動發(fā)電一體機，內(nèi)燃機與前驅(qū)動電機的動力輸入端通過離合器連接，內(nèi)燃機既可以帶動前驅(qū)動電機發(fā)電，又可以直接參與車輛驅(qū)動，并通過前驅(qū)動電機調(diào)節(jié)其工作點保持在高效率區(qū)，提高了內(nèi)燃機的能量利用率，改善了車輛的經(jīng)濟性，另外，本發(fā)明可使車輛實現(xiàn)四輪驅(qū)動，提高輪胎牽引力的利用率，通過增加動力耦合裝置，可實現(xiàn)前后動力的轉(zhuǎn)速耦合或轉(zhuǎn)矩耦合，改善車輛的動力性能。
文檔編號B60K6/38GK102514479SQ20121000440
公開日2012年6月27日 申請日期2012年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月9日
發(fā)明者劉輝, 李濤, 楊志鵬, 胡建軍 申請人:重慶大學(xué)