專利名稱：一種并聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及汽車的動力傳動系統(tǒng)，具體涉及混合動力電動汽車的動力傳動系統(tǒng)，特別是并聯(lián)式混合動力電動汽車的動力傳動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
電動汽車在未來世界汽車工業(yè)中的地位不言而喻，目前汽車每年消耗世界46％的石油，歐美城市空氣污染的60％來自汽車尾氣排放。混合動力汽車具有低排氣污染、低噪聲及節(jié)約石油資源等優(yōu)點(diǎn)，它是先進(jìn)的、現(xiàn)代化的交通運(yùn)輸工具。一般認(rèn)為混合動力電動汽車，是指在同一輛汽車中同時采用了電動機(jī)和發(fā)動機(jī)作為其動力裝置，通過先進(jìn)的控制系統(tǒng)使兩種動力裝置有機(jī)協(xié)調(diào)配合，實(shí)現(xiàn)最佳能量分配，達(dá)到低能耗、低污染和高度自動化的新型汽車。
根據(jù)動力系統(tǒng)的連接方式，當(dāng)前開發(fā)研制的混合動力電動汽車可以分為3類串聯(lián)式混合動力電動汽車、并聯(lián)式混合動力電動汽車、混聯(lián)式混合動力電動汽車。
如圖11所示，現(xiàn)有的并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)和電動機(jī)并聯(lián)組成，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)可以利用轉(zhuǎn)矩耦合裝置、傳動變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動車輪。轉(zhuǎn)矩耦合裝置可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)經(jīng)傳動變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動輪之間直接機(jī)械相連、電動機(jī)經(jīng)傳動變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動輪之間直接機(jī)械相連、發(fā)動機(jī)和電動機(jī)機(jī)械連接后再經(jīng)傳動變速機(jī)構(gòu)與驅(qū)動輪之間機(jī)械相連等多種機(jī)械連接模式。
現(xiàn)有的并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)和電動機(jī)可以同時匹配協(xié)調(diào)地驅(qū)動車輪，這是靠動力分配裝置—轉(zhuǎn)矩耦合器實(shí)現(xiàn)的。因此，并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)運(yùn)行效率的高低和工作質(zhì)量，除控制系統(tǒng)軟硬件外，主要取決于轉(zhuǎn)矩耦合器的結(jié)構(gòu)型式，即發(fā)動機(jī)與電機(jī)的并聯(lián)連接方式。在正常運(yùn)行工況下，當(dāng)發(fā)動機(jī)以較高效率工作驅(qū)動車輛運(yùn)行時，電動機(jī)不工作，發(fā)動機(jī)也不帶動電動機(jī)發(fā)電；當(dāng)驅(qū)動車輛運(yùn)行的功率小于發(fā)動機(jī)以高效方式工作輸出的功率時，發(fā)動機(jī)同時帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，向電池充電。當(dāng)車輛急加速時，發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩不夠，電池向電動機(jī)提供電能，電機(jī)工作，為傳動軸提供額外的動力來幫助車輛加速。當(dāng)車輛以較低的速度行駛或以較小的坡度下坡行駛而又不需發(fā)電時，發(fā)動機(jī)處在低效率區(qū)域工作，控制系統(tǒng)可以使發(fā)動機(jī)關(guān)閉，以便節(jié)省能源，此時依靠電動機(jī)驅(qū)動傳動軸工作。
并聯(lián)式混合動力汽車具有以下特點(diǎn)1、省去了獨(dú)立的發(fā)電機(jī)，兩套動力裝置可單獨(dú)或同時驅(qū)動，輸出總功率可以為兩個動力系統(tǒng)的疊加，因而單個動力系統(tǒng)功率可以減小，有利于機(jī)構(gòu)布置；2、兩套動力裝置可以機(jī)械方式直接驅(qū)動車輪，因此能量轉(zhuǎn)化效率提高，損失降低；3、兩套動力裝置要根據(jù)車輛狀態(tài)進(jìn)行切換，動力控制系統(tǒng)及機(jī)械切換系統(tǒng)相對復(fù)雜；4、發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩均是通過離合器與電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩在變速器前進(jìn)行功率與轉(zhuǎn)矩合成，然后驅(qū)動車輪前進(jìn)。汽車在行駛過程中，由于工況的不斷變化，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩需要根據(jù)實(shí)際工況的不同，有時與電動機(jī)轉(zhuǎn)矩分離，有時與電動機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合，在分離與耦合的瞬間，會產(chǎn)生較大的沖擊，影響了車輛行駛的平順性。
另一方面，在現(xiàn)有的單一動力自動擋汽車動力傳動系統(tǒng)技術(shù)中，有一種以內(nèi)燃發(fā)動機(jī)為動力的汽車動力傳動系統(tǒng)，如圖12所示，它包括發(fā)動機(jī)、液力自動變速驅(qū)動橋、控制器；液力自動變速驅(qū)動橋包括液力自動變速器、主減速器及差速器；發(fā)動機(jī)通過液力自動變速驅(qū)動橋驅(qū)動車輪；發(fā)動機(jī)、液力自動變速器由控制器控制。由于該系統(tǒng)采用的液力自動變速驅(qū)動橋是以液體作為傳動介質(zhì)，因此能有效減輕在分離與耦合的瞬間產(chǎn)生的沖擊，又因?yàn)椴捎昧碎]鎖裝置，發(fā)動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)閉鎖離合器實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動，傳動效率較高，具有良好的燃油經(jīng)濟(jì)性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種并聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)，該系統(tǒng)由內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(汽油機(jī)或柴油機(jī))和電機(jī)(發(fā)電機(jī)/電動機(jī))通過機(jī)械裝置進(jìn)行并聯(lián)連接到汽車驅(qū)動輪，可根據(jù)不同工況需求，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)單獨(dú)工作、電機(jī)作為電動機(jī)單獨(dú)工作、電機(jī)作為發(fā)電機(jī)單獨(dú)工作、發(fā)動機(jī)與電機(jī)同時工作等多種工作狀態(tài)，且可使車輛行駛的平順性大大改善。
本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種并聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)，它包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)、液力自動變速驅(qū)動橋、控制器；發(fā)動機(jī)通過液力自動變速驅(qū)動橋驅(qū)動車輪；它還包括電機(jī)，電機(jī)的驅(qū)動軸與液力自動變速驅(qū)動橋的主減速器耦合；發(fā)動機(jī)、液力自動變速驅(qū)動橋的液力自動變速器、電機(jī)、電機(jī)的電池由控制器控制。
上述方案中，電機(jī)的驅(qū)動軸上的齒輪與主減速器內(nèi)的第一級主減速器從動齒輪嚙合。
上述方案中，電機(jī)的驅(qū)動軸與主減速器內(nèi)的第一級主減速器從動齒輪軸對接。
本發(fā)明動力傳動系統(tǒng)，發(fā)動機(jī)使用液力自動變速驅(qū)動橋的液力自動變速器傳遞動力，電機(jī)使用驅(qū)動軸傳遞動力，兩種動力通過液力自動變速驅(qū)動橋的主減速器進(jìn)行偶合，分別或共同驅(qū)動車輪，即發(fā)動機(jī)與電機(jī)通過液力自動變速驅(qū)動橋的液力自動變速器實(shí)現(xiàn)并聯(lián)。
本發(fā)明動力傳動系統(tǒng)在控制器和控制策略的作用下，能實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輪、電動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輪、發(fā)動機(jī)和電動機(jī)共同驅(qū)動車輪、發(fā)動機(jī)同時驅(qū)動電機(jī)發(fā)電和驅(qū)動車輪行駛、制動時車輪通過主減速器反拖電機(jī)發(fā)電進(jìn)行制動能力回饋等工況。
本發(fā)明動力傳動系統(tǒng)通過前置前驅(qū)液力自動變速器實(shí)現(xiàn)混合動力電動汽車的發(fā)動機(jī)與電機(jī)的機(jī)電耦合，減輕和消除發(fā)動機(jī)和電動機(jī)開始同時工作和退出同時工作時因發(fā)動機(jī)動力接合或分離瞬間驅(qū)動轉(zhuǎn)矩的變化對車輛造成的沖擊，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)和電機(jī)兩種動力單獨(dú)工作或同時工作時的平穩(wěn)切換，使車輛行駛的平順性大大改善，同時又不明顯影響傳動效率和動力性。
當(dāng)混合動力電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)中的電機(jī)—蓄電池部分出現(xiàn)電氣故障而不能正常工作時，控制器可控制發(fā)動機(jī)為動力的傳動系統(tǒng)能繼續(xù)單獨(dú)工作，驅(qū)動汽車行駛。
由于采用了閉鎖裝置，當(dāng)發(fā)動機(jī)與電動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩耦合完成以后，發(fā)動機(jī)輸出的轉(zhuǎn)矩經(jīng)閉鎖離合器實(shí)現(xiàn)機(jī)械傳動，液力自動變速器輸入(泵輪)軸與輸出(渦輪)軸成為剛性聯(lián)接，傳動效率較高，提高了汽車的行駛速度和燃油經(jīng)濟(jì)性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框3為控制器的工作原理4-9為控制器確定整車在不同模式下工作的計(jì)算機(jī)控制流程圖。
圖10為本發(fā)明實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意11為現(xiàn)有的并聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框12為現(xiàn)有的單一動力自動擋汽車動力傳動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖具體實(shí)施方式
如圖1、2所示的本發(fā)明實(shí)施例1，它包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(汽油機(jī)或柴油機(jī))、液力自動變速驅(qū)動橋、控制器、電機(jī)(發(fā)電機(jī)/電動機(jī))；發(fā)動機(jī)通過液力自動變速驅(qū)動橋的液力自動變速器、行星齒輪變速器、主減速器各級主、從動齒輪、差速器驅(qū)動橋驅(qū)動車輪；電機(jī)的驅(qū)動軸與液力自動變速驅(qū)動橋的主減速器耦合，即電機(jī)的驅(qū)動軸上的齒輪與主減速器內(nèi)的第一級主減速器從動齒輪嚙合。
發(fā)動機(jī)、液力自動變速驅(qū)動橋的液力自動變速器、電機(jī)、電機(jī)的電池由控制器控制。
本發(fā)明并聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輪、電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動車輪、發(fā)動機(jī)和電機(jī)同時驅(qū)動車輪、發(fā)動機(jī)同時驅(qū)動車輪和發(fā)電機(jī)、車輪制動能量回饋發(fā)電五種工作模式，其工作原理為1、發(fā)動機(jī)驅(qū)動車輪工作模式發(fā)動機(jī)曲軸驅(qū)動液力自動變速器泵輪，同時驅(qū)動齒輪泵，動力經(jīng)液力傳動后，液力自動變速器渦輪驅(qū)動行星齒輪變速器輸入軸。行星齒輪變速器內(nèi)的多片式離合器、制動器、單向離合器在液壓操縱系統(tǒng)的作用下進(jìn)行不同的特定組合，變速器可得到一檔、二檔、三檔、四檔和倒檔五種速比，通過行星排的行星架上的齒輪，驅(qū)動主減速器的主、從動齒輪，帶動差速器內(nèi)的齒輪和車輪。電機(jī)不勵磁，自由旋轉(zhuǎn)，不對第一級主減速器從動齒輪的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生干涉。該工作模式主要用于汽車的中等負(fù)荷、全負(fù)荷工況以及倒檔行駛。
2、電動機(jī)驅(qū)動車輪工作模式發(fā)動機(jī)不工作，液力自動變速器和行星齒輪變速器均處于自由狀態(tài)。電機(jī)(電動機(jī))驅(qū)動第一級主減速器從動齒輪軸，帶動差速器內(nèi)的齒輪和車輪。電動機(jī)驅(qū)動車輪工作模式可用于汽車起步，以減少發(fā)動機(jī)在汽車起步時產(chǎn)生的廢氣排放。
3、發(fā)動機(jī)與電機(jī)共同驅(qū)動車輪工作模式發(fā)動機(jī)曲軸驅(qū)動液力自動變速器泵輪，同時驅(qū)動齒輪泵，動力經(jīng)液力傳動后，液力自動變速器渦輪驅(qū)動行星齒輪變速器輸入軸。行星齒輪變速器驅(qū)動第一級主減速器從動齒輪。與此同時，電機(jī)(電動機(jī))通過其軸齒輪驅(qū)動第一級主減速器從動齒輪軸，與發(fā)動機(jī)共同驅(qū)動車輪。因電動機(jī)在主要的中低轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)均為恒轉(zhuǎn)矩，故當(dāng)發(fā)動機(jī)在常用轉(zhuǎn)速范圍、變速器掛一檔、二檔、三檔、四檔時，均對發(fā)動機(jī)有增加轉(zhuǎn)矩的作用。發(fā)動機(jī)與電動機(jī)共同驅(qū)動車輪的工作模式主要用于汽車加速，電動機(jī)的工作轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩的不足，使整車獲得更好的加速性。
倒檔時無此工作模式。
4、發(fā)動機(jī)同時驅(qū)動電機(jī)(發(fā)電機(jī))和車輪工作模式發(fā)動機(jī)曲軸驅(qū)動液力自動變速器泵輪，同時驅(qū)動齒輪泵，動力經(jīng)液力傳動后，液力自動變速器渦輪驅(qū)動行星齒輪變速器輸入軸。行星齒輪變速器內(nèi)的多片式離合器、制動器、單向離合器在液壓操縱系統(tǒng)的作用下進(jìn)行不同的特定組合，變速器可得到一檔、二檔、三檔、四檔四種前進(jìn)檔速比，通過行星排的行星架上的齒輪，驅(qū)動主減速器從動齒輪，帶動差速器內(nèi)的齒輪和車輪。與此同時，發(fā)動機(jī)通過第一級主減速器從動齒輪，驅(qū)動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。發(fā)動機(jī)同時驅(qū)動發(fā)電機(jī)和車輪的工作模式主要用于兩種工況電池SOC值過低，必須補(bǔ)充電能；電池SOC值較低而汽車處于輕載時，為提高發(fā)動機(jī)工作效率，提高其負(fù)荷率。
倒檔時無此工作模式。
5、車輪制動能量回饋發(fā)電工作模式當(dāng)汽車制動時，使電機(jī)處于發(fā)電機(jī)工作狀態(tài)，車輪通過差速器、主減速器從動齒輪拖動發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電，電能儲存于蓄電池中。因發(fā)電阻力，車輪受到制動而減速。
本發(fā)明實(shí)施例1中的控制器由Motorola Power PC和外圍電路組成，如圖3所示，控制器從起動機(jī)、發(fā)動機(jī)、電機(jī)、電池、液力自動變速器、加速踏板和制動踏板輸入轉(zhuǎn)速、車速、電壓、電流、工作狀態(tài)等信號；向起動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、電機(jī)、液力自動變速器輸出啟動、節(jié)氣門開度、電機(jī)油門開度、工況控制、檔位等信號。
由于該并聯(lián)式混合動力傳動系統(tǒng)具有的特點(diǎn)，整車工作時根據(jù)變速操縱桿的位置和油門踏板、制動踏板狀態(tài)，控制器確定整車在不同的模式下工作，其計(jì)算機(jī)控制流程圖如圖4-9所示，其中圖4為主程序，當(dāng)汽車的點(diǎn)火開關(guān)開啟后，控制器開始工作，根據(jù)變速操縱桿位置、加速踏板和制動踏板位置、車速決定工作模式。圖5為汽車起步模式的控制流程，一般均采用電動機(jī)起步，除非電機(jī)或電池有故障。圖6為加速模式，當(dāng)加速踏板踩下的加速度達(dá)某一值時，電機(jī)并入傳動系并發(fā)出動力，輔助發(fā)動機(jī)驅(qū)動汽車。圖7為巡航模式，主要是汽車以中等以上的負(fù)荷穩(wěn)定行駛時，結(jié)合電池SOC狀態(tài)，保證發(fā)動機(jī)在高效工作區(qū)運(yùn)行。圖8為減速模式，即汽車有制動需求時，車輪通過驅(qū)動軸拖動電機(jī)發(fā)電，利用發(fā)電阻力減速并回收制動能量。圖9為發(fā)動機(jī)獨(dú)立工作模式，主要用于倒檔和強(qiáng)制低速檔，電機(jī)不參與工作。
如圖10所示的本發(fā)明實(shí)施例2，它包括發(fā)動機(jī)(汽油機(jī)或柴油機(jī))、液力自動變速驅(qū)動橋、控制器、電機(jī)(發(fā)電機(jī)/電動機(jī))；發(fā)動機(jī)通過液力自動變速器、行星齒輪變速器、主減速器各級主、從動齒輪、差速器驅(qū)動橋驅(qū)動車輪；電機(jī)的驅(qū)動軸與液力自動變速驅(qū)動橋的主減速器耦合，即電機(jī)的驅(qū)動軸與主減速器內(nèi)的第一級主減速器從動齒輪軸對接。
權(quán)利要求
1.一種并聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)，它包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)、液力自動變速驅(qū)動橋、控制器；發(fā)動機(jī)通過液力自動變速驅(qū)動橋驅(qū)動車輪；其特征在于它還包括電機(jī)，電機(jī)的驅(qū)動軸與液力自動變速驅(qū)動橋的主減速器耦合；發(fā)動機(jī)、液力自動變速驅(qū)動橋的液力自動變速器、電機(jī)、電機(jī)的電池由控制器控制。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于電機(jī)的驅(qū)動軸上的齒輪與主減速器內(nèi)的第一級主減速器從動齒輪嚙合。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于電機(jī)的驅(qū)動軸與主減速器內(nèi)的第一級主減速器從動齒輪軸對接。
全文摘要
本發(fā)明為一種并聯(lián)式混合動力電動汽車動力傳動系統(tǒng)，它包括內(nèi)燃發(fā)動機(jī)(汽油機(jī)或柴油機(jī))、液力自動變速驅(qū)動橋、控制器、電機(jī)；發(fā)動機(jī)通過液力自動變速驅(qū)動橋驅(qū)動車輪；電機(jī)的驅(qū)動軸與液力自動變速驅(qū)動橋的主減速器耦合；發(fā)動機(jī)、液力自動變速驅(qū)動橋的液力自動變速器、電機(jī)、電機(jī)的電池由控制器控制。該動力傳動系統(tǒng)可通過控制器對液力自動變速驅(qū)動橋和電機(jī)轉(zhuǎn)速的控制，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)和電機(jī)兩種動力單獨(dú)工作或同時工作時的平穩(wěn)切換。該動力傳動系統(tǒng)能根據(jù)不同工況需求，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)單獨(dú)工作、電機(jī)作為電動機(jī)單獨(dú)工作、電機(jī)作為發(fā)電機(jī)單獨(dú)工作、發(fā)動機(jī)與電機(jī)同時工作、制動能量發(fā)電工作等工作狀態(tài)。
文檔編號B60K6/36GK1775577SQ20051001988
公開日2006年5月24日 申請日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者過學(xué)迅, 杜傳進(jìn), 鄭偉, 盧德瓊, 胡朝峰 申請人:武漢理工大學(xué)