CN100497024C - 自动变速混合动力电动车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动变速混合动力电动车。技术特征是包括设置于车身中的发动机、副电机、离合器、主电机、传动轴、后桥、前桥、制动器操纵机构、加速器操纵机构、变速操纵机构、副能量转换装置、主能量转换装置、储能装置和控制单元，发动机与副电机机械连接，副电机通过离合器与主电机连接，主电机通过传动轴与后桥或前桥连接；主能量转换装置分别与主电机、储能装置、控制单元电气连接；副能量转换装置分别与副电机、储能装置、控制单元电气连接；发动机通过油门控制信号、制动器操纵机构通过制动信号、加速器操纵机构通过加速信号分别与控制单元电气连接；变速操纵机构信号与控制单元电气连接。具有结构简单、经济性好、工作可靠性高、续驶里程长、不用变速器的优点，适用于混合动力电动车使用。

Description

自动变速混合动力电动车

技术领域

本发明涉及一种自动变速混合动力电动车，属于混合动力电动车技术领域。

背景技术

为解决全球的环境和能源问题，各国都在投入大量的人力、物力，寻求清洁环保和节能的交通工具，来解决汽车交通所造成的全球环境污染和减少能源的消耗。因此，电动车成了研究的重点。但受电动车动力电池技术的制约，纯电动车续驶里程短、成本也较高，因此，难以推广使用。混合动力电动车可解决纯电动车续驶里程短的问题，且相对传统汽车具有排放低、能耗少等优点近年来得到迅猛的发展。

目前开发较多为串联式动力耦合方式混合动力电动车，串联式电动车发动机带动发电机专门发电给电池充电或给驱动电机，汽车动力来自电机。串联式混合电动车总工作效率低、系统成本高，对储能装置的依赖性强，工作可靠性低，所以，也难以推广。

而目前公开的混联式混合动力电动车专利中，系统复杂，要开发专用的动力汇流装置和变速机构，系统控制复杂。如中国专利公开的一种用于混合动力电动汽车的分割式多能源动力系统中，要采用到机电一体化的功率分汇流装置和汇流传动装置，系统成本高，安装复杂。

中国专利公开的一种混合动力电动车中，驱动电机在变速器输出端，驱动电机不能充当发电机角色，其电池的电量补充来自发动机带动的专门发电机。其机械连接机构长，发电机不能根据工况进行控制，影响最大动力输出。

中国专利公开的一种发动机直驱混合动力装置中，发动机输出通过离合器与电机连接后，直接驱动后桥；该专利电机只有在车辆行驶中的特殊状况下如减速、下坡等才能发电，给储能装置充电，因此，车辆的续驶里程受储能装置电量的限制。

中国专利200420043113.1公开的一种混合动力电动车中，发动机和电机输出经过一个变速器再驱动后桥；发动机要通过皮带来驱动机辅助电机发电，该机械连接比较复杂。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种结构简单、成本低、工作可靠性高，续驶里程长，能实现串联、并联功能，不用变速器的自动变速混合动力电动车。

本发明的目的是这样实现的：

包括设置于车身中的发动机、副电机、离合器、主电机、传动轴、后桥、前桥、副能量转换装置、主能量转换装置、储能装置和控制单元，副电机通过离合器与主电机连接，主电机通过传动轴与后桥或前桥连接；主能量转换装置分别与主电机、储能装置、控制单元电气连接；副能量转换装置分别与副电机、储能装置、控制单元电气连接；

车辆还包括制动器操纵机构、加速器操纵机构和变速操纵机构；

发动机通过油门控制信号、制动器操纵机构通过制动信号、加速器操纵机构通过加速信号分别与控制单元电气连接；变速操纵机构信号与控制单元电气连接；

发动机与副电机通过弹性联轴器连接；

在控制单元检测到储能装置的电量低于电量下限值时由副电机作为电动机启动发动机；在控制单元检测到储能装置的电量高于电量上限值时、且变速操纵机构置于N档及加速器操纵机构的油门开度大于最小油门开度时由副电机作为电动机启动发动机；

在离合器闭合前由控制单元根据副电机的发电状态、且当主电机转速小于发动机当前转速时，发动机的油门维持在当前油门状态；离合器在主电机转速大于或等于发动机当前转速时闭合，同时发动机的油门由当前油门状态交给加速器操纵机构由驾驶者控制；

离合器在纯电机模式、或变速操纵机构置于R档、或者主电机转速低于发动机当前转速时，离合器断开；该离合器在主电机转速高于发动机当前转速且两者转速误差不超过100转时，离合器闭合；

主电机在变速操纵机构置于D档，在车辆加速、或爬坡、或者车辆起步时，主电机放电；该主电机在变速操纵机构置于D档，在车辆减速、或下坡、或者制动时，主电机发电；主电机在变速操纵机构置于R档时，主电机极性反转。

本发明，发动机可采用电喷柴油发动机或者电喷汽车油发动机。

本发明，离合器可采用干式单片离合器或者电磁离合器。

本发明，副电机或\和主电机可采用交流电机或者直流电机。

本发明，副能量转换装置或\和主能量转换装置可采用双向DC/AC或者双向DC/DC电机控制器；储能装置可采用铅酸电池、镍氢电池、锂电池、超级电容或者飞轮电池等各种储存电能的装置。

本发明的有益效果在于：

1)、在车辆停车时，控制单元可根据储能装置的电量情况，自动控制发动机带动副电机发电给储能装置充电；发电时可控制发动机和副电机工作于最佳工况，发动机燃油效率高；

2)、发动机、副电机和主电机的连接为单轴单离合器结构，连接结构简单；

3)、不需要变速器。本发明的车辆变速控制：车辆根据油门踏板的信号，控制单元控制主电机驱动车辆由停车状态起步，此时发动机工作状态由副电机的工作状态决定；达到一定车速时，主电机转速大于或者等于发动机当前转速，且两者转速误差小于100转时，闭合离合器，发动机和副电机动力接入驱动，副电机停止发电，此时发动机油门控制信号交给油门踏板。发动机和主电机混合驱动车辆直到发动机达到最高转速，车辆达到最高车速。减速过程正好和上述步骤相反；

4)、具有串联和并联两种机电耦合方式的特点：当离合器断开，发动机驱动副电机发电给储能装置充电，车辆由主电机单独驱动时，为串联机电耦合方式；当车辆起步后达到一定车速后，车辆由发动机和主电机共同驱动，为并联机电耦合方式。

因此，具有结构简单、成本低、工作可靠性高、续驶里程长、不用变速器的优点，且具有串联和并联机电耦合方式的特点，适用于混合动力电动车使用。

下面实施例结合附图说明对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是本发明的一个实施例的结构示意图；

图2为本发明的发动机启动控制流程图；

图3为本发明的发动机油门控制流程图；

图4为本发明的副电机发电状态控制流程图；

图5为本发明的离合器状态控制流程图；

图6为本发明的主电机工作状态控制流程图；

图7为本发明的控制单元系统方框图。

图中，1、发动机，2、副电机，3、离合器，4、主电机，5、传动轴，6、后桥，8、制动器操纵机构，9、加速器操纵机构，10、副能量转换装置，11、主能量转换装置，12、储能装置，13、控制单元，14、弹性联轴器，15、变速操纵机构；

SOC、电量，SOCL、电量下限值，SOCH、电量上限值。

具体实施方式

参照图1，本实施例包括设置于车身中的发动机1、副电机2、离合器3、主电机4、传动轴5、后桥6、前桥7、制动器操纵机构8、加速器操纵机构9、变速操纵机构15、副能量转换装置10、主能量转换装置11、储能装置12和控制单元13，副电机2通过离合器3与主电机4连接，主电机4通过传动轴5与后桥6连接；主能量转换装置11分别与主电机4、储能装置12、控制单元13电气连接；副能量转换装置10分别与副电机2、储能装置12、控制单元13电气连接；发动机1通过油门控制信号、制动器操纵机构8通过制动信号、加速器操纵机构9通过加速信号分别与控制单元13电气连接；变速操纵机构15比如变速手柄的档位信号与控制单元13电气连接；发动机1为电喷柴油发动机或者电喷汽车油发动机，发动机与副电机2通过弹性联轴器14连接；

在控制单元13检测到储能装置12的电量低于电量下限值时由副电机2作为电动机启动发动机1；在控制单元13检测到储能装置12的电量高于电量上限值时、且变速操纵机构15置于N档及加速器操纵机构9的油门开度大于最小油门开度时由副电机2作为电动机启动发动机1；

在离合器3闭合前由控制单元13根据副电机的发电状态、且当主电机转速小于发动机当前转速时，发动机的油门维持在当前油门状态；离合器3在主电机转速大于或等于发动机当前转速时闭合，同时发动机的油门由当前油门状态交给加速器操纵机构9由驾驶者控制；

离合器3在纯电机模式、或变速操纵机构15置于R档、或者主电机转速低于发动机当前转速时，离合器3断开；该离合器3在主电机转速高于发动机当前转速且两者转速误差不超过100转时，离合器3闭合；

主电机4在变速操纵机构15置于D档，在车辆加速、或爬坡、或者车辆起步时，主电机4放电；该主电机4在变速操纵机构15置于D档，在车辆减速、或下坡、或者制动时，主电机4发电；主电机4在变速操纵机构15置于R档时，主电机4极性反转；

离合器3为干式单片离合器或者电磁离合器；副电机2或\和主电机4采用交流电机或者直流电机；副能量转换装置10或\和主能量转换装置11采用双向DC/AC或者双向DC/DC电机控制器；储能装置12可采用铅酸电池、镍氢电池、锂电池、超级电容或者飞轮电池等各种储存电能的装置。

参照图1，本发明的使用：

1)、发动机1和副电机2、主电机4均可以驱动后桥6，且副电机2和主电机4在副能量转换装置10、主能量转换装置11和控制单元13的控制下，可根据工况充当电动机或发电机角色，在发电状态下可对储能装置12进行充电，发动机1由控制单元13进行控制；

2)、控制单元13接收加速器操纵机构9比如加速器踏板、制动器操纵机构8比如制动器踏板和变速操纵机构15比如变速手柄的档位信号、以及副能量转换装置10、主能量转换装置11反馈的信号，自动控制副能量转换装置10和主能量转换装置11，控制副电机2和主电机4的电动和发电；

3)、车辆无需要变速器就可以达到自动变速行车的效果：行车时由主电机4驱动车辆起步，达到一定转速后，离合器3闭合，发动机1加入驱动直至最高车速；

4)、车辆具备混合驱动和纯电动驱动两种模式：纯电动驱动时，离合器3断开，由主电机单独驱动车辆；在混合驱动模式时，车辆由主电机4驱动车辆起步，达到一定转速后，离合器3闭合，发动机1加入进行混合驱动；

5)、车辆具备串联和并联两种机电耦合方式的特点：当离合器3断开，发动机1驱动副电机2发电给储能装置12充电，车辆由主电机4单独驱动时，为串联机电耦合方式；当车辆起步后达到一定车速后，车辆由发动机1和主电机4共同驱动，为并联机电耦合方式；

6)、发动机1采用电喷柴油发动机或者电喷汽车油发动机，发动机1与副电机2通过弹性联轴器14连接；离合器3为干式单片离合器或者电磁离合器；副电机2或\和主电机4采用交流电机或者直流电机；副能量转换装置10或\和主能量转换装置11采用双向DC/AC或者双向DC/DC电机控制器；储能装置12可采用铅酸电池、镍氢电池、锂电池、超级电容或者飞轮电池等各种储存电能的装置。

参照图2，本发明发动机1的启动动力有两种：一是通过副电机2驱动发动机转动进行启动，通常发动机1的启动均由副电机2进行；二是在副电机2故障的情况，通过发动机1自带的启动机进行启动，通过副电机2进行启动时，发动机1可在较高转速下启动，避免低速高排放区域。本发明发动机1的启动有两种模式：一是在系统就绪后，如果系统检测到储能装置12的电量SOC低于电量下限值SOCL时，系统将自动启动发动机1带动副电机2进行发电；二是如果储能装置12的电量SOC高于电量上限值SOCH时，在变速手柄置于N档的情况下，当加速器操纵机构9比如加速器踏板的油门开度大于最小油门开度时，通过副电机2驱动机发动机转动进行启动。

参照图3，发动机1的油门控制分两种：一是在离合器3闭合前，发动机1的油门由控制单元13根据副电机2的发电状态进行自动控制；二是在离合器3闭合后，发动机1的油门控制权交给加速器操纵机构9比如加速器踏板，由驾驶者进行控制。

参照图4，在系统就绪后，当储能装置12的电量SOC低于电量下限值SOCL时，系统将自动启动发动机1带动副电机2进行发电，当储能装置12的电量SOC高于电量上限值SOCH时，自动停止副电机2的发电；在离合器3闭合后，副电机2将不发电。

参照图5，在系统就绪后，系统第一步将推开离合器3；在纯电机模式、变速手柄置于R档或者主电机4转速低于发动机1当前转速时，均将推开离合器3；只有在主电机4转速高于发动机1当前转速且两者转速误差不超过100转时，闭合离合器3。

参照图6，在车辆加速、爬坡、车辆起步等需要动力输出的情况下，主电机4将输出功率驱动；在车辆减速、下坡、制动等情况下，主电机4将处于发电制动状态，将动能转换为电能储存在储能装置12中；在发动机1和主电机4共同驱动车辆行车时，当车辆动力需求较小，发动机1有富余功率时，发动机1一部分动力用于驱动车辆，一部分动力用于给主电机4进行发电；在车辆需要倒车时，主电机4自动进行极性反转，电机反转进行倒车。

本发明提及的控制单元13即电子控制单元，缩写ECU，这时本领域公知汽车电子控制技术，本发明不请求保护，正如在中国专利00810057.8提及的混合控制单元即混合ECU一样，对本领域技术人员来说，能够实施本发明所提及的控制单元13。参照图6，本发明对控制单元13进一步描述，该控制单元13包含与电源处理连接的中心处理器，中心处理器反馈连接通讯接口；模拟量输入经模数模转换后送入中心处理器；中心处理器输出的数字信号经数模转换后输出模拟量信号；开关量经过光隔离后输入中心处理器；开关量输出信号经过光隔离后输出，经功率放大后驱动负载。

Claims (5)

1、一种自动变速混合动力电动车，包括设置于车身中的发动机(1)、副电机(2)、离合器(3)、主电机(4)、传动轴(5)、后桥(6)、前桥(7)、副能量转换装置(10)、主能量转换装置(11)、储能装置(12)和控制单元(13)，所述副电机(2)通过离合器(3)与所述主电机(4)连接，所述主电机(4)通过传动轴(5)与所述后桥(6)或前桥(7)连接；所述主能量转换装置(11)分别与主电机(4)、储能装置(12)、控制单元(13)电气连接；所述副能量转换装置(10)分别与副电机(2)、储能装置(12)、控制单元(13)电气连接；

其特征在于：

所述车辆还包括制动器操纵机构(8)、加速器操纵机构(9)和变速操纵机构(15)；

所述发动机(1)通过油门控制信号、所述制动器操纵机构(8)通过制动信号、所述加速器操纵机构(9)通过加速信号分别与所述控制单元(13)电气连接；所述变速操纵机构(15)信号与控制单元(13)电气连接；

所述发动机(1)与所述副电机(2)通过弹性联轴器(14)连接；

在控制单元(13)检测到储能装置(12)的电量低于电量下限值时由副电机(2)作为电动机启动发动机(1)；在控制单元(13)检测到储能装置(12)的电量高于电量上限值时、且变速操纵机构(15)置于N档及加速器操纵机构(9)的油门开度大于最小油门开度时由副电机(2)作为电动机启动发动机(1)；

在离合器(3)闭合前由控制单元(13)判断副电机为发电状态、且当主电机转速小于发动机当前转速时，发动机的油门维持在当前油门状态；所述离合器(3)在主电机转速大于或等于发动机当前转速时闭合，同时所述发动机的油门由当前油门状态交给加速器操纵机构(9)由驾驶者控制；

所述离合器(3)在纯电机模式、或变速操纵机构(15)置于R档、或者主电机转速低于发动机当前转速时，离合器(3)断开；该离合器(3)在主电机转速高于发动机当前转速且两者转速误差不超过100转/分时，离合器(3)闭合；

所述主电机(4)在变速操纵机构(15)置于D档，在车辆加速、或爬坡、或者车辆起步时，主电机(4)放电；该主电机(4)在变速操纵机构(15)置于D档，在车辆减速、或下坡、或者制动时，主电机(4)发电；所述主电机(4)在变速操纵机构(15)置于R档时，主电机(4)极性反转。

2、根据权利要求1所述的自动变速混合动力电动车，其特征在于：所述发动机(1)为电喷柴油发动机或者电喷汽油发动机。

3、根据权利要求1或2所述的自动变速混合动力电动车，其特征在于：所述离合器(3)为干式单片离合器或者电磁离合器。

4、根据权利要求1或2所述的自动变速混合动力电动车，其特征在于：所述副电机(2)或\和主电机(4)采用交流电机或者直流电机。

5、根据权利要求1或2所述的自动变速混合动力电动车，其特征在于：所述副能量转换装置(10)或\和主能量转换装置(11)采用双向DC/AC或者双向DC/DC电机控制器；储能装置(12)采用铅酸电池、镍氢电池、锂电池、超级电容或者飞轮电池。

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