CN101596855A - 双驱双控无级变速的混合动力系统 - Google Patents

双驱双控无级变速的混合动力系统 Download PDF

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姚杰
张元才
兰志波
顾庆
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Abstract

本发明属于混合动力系统领域，尤其涉及一种无级变速的混合动力系统。一种双驱双控无级变速的混合动力系统，包括第一动力源和第二动力源，所述的变速箱中包括第一输入元件和第二输入元件，每一个输入元件具有低档、空档和高档三个档位，第一动力源和第二动力源的输出端分别连接第一输入元件和第二输入元件的输入端，第一输入元件和第二输入元件的输出端连接传动轴，传动轴通过减速器连接车轮。本发明实现了无动力中断的多档动力传递，该混动力系统结构简单、控制可靠、布置紧凑、系统成本低，通过发动机、主电机、ISG电机的参数优化，配置合理的控制策略提升系统运行效率，可显著降低整车油耗和有害排放，并保持良好的动力性与驾驶平顺性。

Description

双驱双控无级变速的混合动力系统
技术领域
本发明属于混合动力系统领域，尤其涉及一种无级变速的混合动力系统。
背景技术
面对日趋严重的能源短缺与环境恶化问题，寻求社会、经济与资源、环境相互促进与协调发展的可持续发展模式正在成为世界性潮流。在这种背景下，电动汽车技术成为汽车研究领域的一大热点；混合动力电动汽车与电动汽车和燃油汽车相比，具有高性能、低能耗和低污染的特点以及技术、经济和环境等方面的综合优势，混合动力电动汽车动力系统的形式多种多样，大致上有串联、并联及混联三种基本结构，混合动力电动汽车同时采用了电动机和发动机双动力源作为其动力装置，通过先进的控制系统使两种动力装置有机协调配合，实现最佳能量分配，达到低能耗、低污染，纯电动汽车和燃料电池汽车是一种电驱动汽车，对于功率需求较大的城市客车通常采用双电机的驱动机构。
关于多动力源动力耦合的方式多种多样，各有特点，再加上自动变速箱(AT)、机械自动变速箱(AMT)、双离合器变速箱(DCT)、无级变速箱(CVT)的组合，造成其结构复杂、成本较高，其产业化进程受到了一定的影响。基于以上的原因，目前的技术关键在于，在当前的技术水平下，如何构造一种新的结构形式及控制方法调节方法，从而能够在低成本、高可靠性的基础上实现高性能、低能耗和低污染。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种双驱双控无级变速的混合动力系统，两组动力源通过双驱双控的变速箱耦合对传动轴传送动力，实现系统无动力中断的无级变速。
一种双驱双控无级变速的混合动力系统，包括第一动力源、第二动力源、电机控制器、变速箱、传动轴、减速器和车轮，所述的变速箱中包括第一输入元件和第二输入元件，第一输入元件和第二输入元件具有低档、空档和高档三个档位，第一动力源和第二动力源的输出端分别连接第一输入元件和第二输入元件的输入端，第一输入元件和第二输入元件的输出端连接传动轴，传动轴通过减速器连接车轮。
所述的第一动力源包括主电机，主电机与第一输入元件相连；所述的第二动力源包括发动机和ISG电机，发动机通过ISG电机连接第二输入元件；所述的电机控制器分别连接主电机和ISG电机。
所述的发动机和ISG电机成机械一体化。
所述的ISG电机和第二输入元件之间装有离合器。
所述的第一动力源包括主电机和动力电池，所述的主电机与第一输入元件相连，电机控制器与主电机和动力电池相连；所述的第二动力源包括发动机，发动机连接第二输入元件。
所述的发动机和第二输入元件之间装有离合器。
所述的第一动力源和第二动力源由动力电池和两个主电机构成，所述的两个主电机的输入端和电机控制器相连，输出端分别连接第一输入元件和第二输入元件，所述的动力电池和电机控制器相连。
所述的主电机与变速箱成机械一体化。
所述的电机控制器成一体化。
本发明的双动力源(即混合动力系统为发动机和电机，电驱动系统为双电机)通过一个双驱双控变速箱实现无缝动力耦合及无级变速的并联、混联、电驱动动力系统结构。该结构在电驱动动力系统中，可实现无动力中断的多档动力传递，在混合动力系统中，在前者的基础上，可实现串联、并联、纯电动、再生制动能量回馈等多种模式的转换。该混合动力系统结构简单、控制可靠、布置紧凑、系统成本低，通过发动机、主电机、ISG电机的参数优化，配置合理的控制策略提升系统运行效率，可显著降低整车油耗和有害排放，并保持良好的动力性与驾驶平顺性。
附图说明
图1为本发明双驱双控无级变速的混合动力系统实施例1结构示意图；
图2为本发明实施例2结构示意图；
图3为本发明实施例3结构示意图；
图4为本发明空档时的动力流程图；
图5为本发明一档时的动力流程图；
图6为本发明二档过渡时的动力流程图；
图7为本发明二档时的动力流程图；
图8为本发明三档过渡时的动力流程图；
图9为本发明三档时的动力流程图；
图10为本发明四档时的动力流程图；
图11为本发明四档时的动力流程图；
图12为本发明低速刹车时的动力流程图。
图中：1电机控制器、2发动机、3主电机、4ISG电机、5离合器、6变速箱、61第一输入元件、62第二输入元件、7传动轴、8减速器、9车轮、10动力电池。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明表述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1所示，一种双驱双控无级变速的混合动力系统，包括第一动力源、第二动力源、电机控制器1、变速箱6、传动轴7、减速器8和车轮9，所述的变速箱6中包括第一输入元件61和第二输入元件62，每一个输入元件61、62具有低档、空档和高档三个档位，所述的第一动力源包括主电机3，主电机3的输出轴与第一输入元件61的输入轴相连；所述的第二动力源包括发动机2和ISG电机4，所述的发动机2的输入轴连接ISG电机4，ISG电机4通过离合器5连接第二输入元件62的输入轴；第一输入元件和第二输入元件的输出端连接传动轴7，传动轴7通过减速器8连接车轮10。所述的发动机和ISG电机机械一体化设计，所述的主电机与变速箱机械一体化设计，所述的电机控制器一体化设计。
ISG电机即为汽车起动发电一体机，直接集成在发动机主轴上。基于环境保护和能源可持续发展的战略考虑，国外许多著名的汽车公司都竞相研制或采用ISG技术，ISG电机融合了电机、现代电力电子、数字信号处理、现代控制等技术，集传统汽车的起动和发电功能于一体，具有突出的起/停控制快、能量再生利用好、动力辅助性强等优点，尤其在降低排气污染、节约燃油方面效果明显。
本发明的变速箱能够实现双驱双控的功能，其控制及其动力耦合过程如下所示共有四档：如图4～12所示，图中标明
Figure A20091005449000071
的部件代表本图与上图相比该部件进行了切位。
如图4所示为空档状态，此时离合器5打开，第一输入元件61和第二输入元件62都处于空档位置，无动力传输。
如图5所示为一档状态，此时离合器5保持打开状态，第一输入元件61从空档切换到低档，第二输入元件62处于空档不动，主电机3通过变速箱6传送动力给传动轴7。
如图6所示为一、二档过渡状态，此时离合器5从打开状态切换到闭合状态，第一输入元件61保持低档不动，第二输入元件62处于空档；在过渡状态中，第一输入元件61仍然在低档位置输入动力，实现了系统在变速时的无动力中断。
如图7所示为二档状态，此时离合器5闭合，第一输入元件61和第二输入元件62都处于低档位置，ISG电机4和主电机3的动力在变速箱6耦合后传送动力给传动轴7。
如图8所示为二、三档过渡状态，此时离合器5保持闭合状态，第二输入元件62保持低档不动，第一输入元件61从低档切换到空档；在过渡状态中，第二输入元件62仍然在低档位置输入动力，实现了系统在变速时的无动力中断。
如图9所示为三档状态，此时离合器5闭合，第一输入元件61从空档切换到高档，第二输入元件62保持低档不动，ISG电机4和主电机3的动力在变速箱6耦合后传送动力给传动轴7。
如图10所示为三、四档过渡状态，此时离合器5保持闭合状态，第二输入元件62切换到空档位置，第一输入元件61保持高档不动；在过渡状态中第一输入元件61保持高档仍然在高档位置输入动力，实现了系统在变速时的无动力中断。
如图11所示为四档状态，此时离合器5保持闭合状态，第一输入元件61保持高档，第二输入元件62切换至高档位置，ISG电机4和主电机3的动力在变速箱6耦合后传送动力给传动轴7。
如图12所示为低速刹车状态，此时离合器5从闭合状态切换到打开状态，第一输入元件61和第二输入元件62都切换到空档位置，主电机3和ISG电机4进行制动能量回收。
实施例2
如图2所示，一种双驱双控无级变速的混合动力系统，实施例2和实施例1的区别在于，所述的第一动力源包括主电机3和动力电池10，所述的主电机3与第一输入元件61相连，电机控制器1与主电机3和动力电池10相连；所述的第二动力源包括发动机2，发动机2通过离合器5连接第二输入元件62。
实施例3
如图3所示，一种双驱双控无级变速的混合动力系统，实施例3和实施例1的区别在于，所述的第一动力源和第二动力源由动力电池10和两个主电机3构成，所述的两个主电机3的输入端和电机控制器1相连，输出端分别连接第一输入元件61和第二输入元件62，所述的动力电池10和电机控制器3相连。
本发明动力系统工作模式：
1、纯电动模式(主电机+变速箱+传动轴)。
2、一定速度后的发动机模式(发动机+离合器+传动轴)。
3、串联模式(发动机+ISG电机+主电机+变速箱+传动轴)。
4、并联、混联模式(发动机+ISG电机+主电机+变速箱+传动轴+离合器)。
5、制动能量回收模式(以上模式均能通过ISG电机和主电机实现制动能量回收)。

Claims (9)

1.一种双驱双控无级变速的混合动力系统，包括第一动力源、第二动力源、电机控制器、变速箱、传动轴、减速器和车轮，其特征是：所述的变速箱中包括第一输入元件和第二输入元件，第一输入元件和第二输入元件具有低档、空档和高档三个档位，第一动力源和第二动力源的输出端分别连接第一输入元件和第二输入元件的输入端，第一输入元件和第二输入元件的输出端连接传动轴，传动轴通过减速器连接车轮。
2.如权利要求1所述的双驱双控无级变速的混合动力系统，其特征是：所述的第一动力源包括主电机，主电机与第一输入元件相连；所述的第二动力源包括发动机和ISG电机，发动机通过ISG电机连接第二输入元件；所述的电机控制器分别连接主电机和ISG电机。
3.如权利要求2所述的双驱双控无级变速的混合动力系统，其特征是：所述的发动机和ISG电机成机械一体化。
4.如权利要求2所述的双驱双控无级变速的混合动力系统，其特征是：所述的ISG电机和第二输入元件之间装有离合器。
5.如权利要求1所述的双驱双控无级变速的混合动力系统，其特征是：所述的第一动力源包括主电机和动力电池，所述的主电机与第一输入元件相连，电机控制器与主电机和动力电池相连；所述的第二动力源包括发动机，发动机连接第二输入元件。
6.如权利要求5所述的双驱双控无级变速的混合动力系统，其特征是：所述的发动机和第二输入元件之间装有离合器。
7.如权利要求1所述的双驱双控无级变速的混合动力系统，其特征是：所述的第一动力源和第二动力源由动力电池和两个主电机构成，所述的两个主电机的输入端和电机控制器相连，输出端分别连接第一输入元件和第二输入元件，所述的动力电池和电机控制器相连。
8.如权利要求1～7中任意一权利要求所述的双驱双控无级变速的混合动力系统，其特征是：所述的主电机与变速箱成机械一体化。
9.如权利要求1～7中任意一权利要求所述的双驱双控无级变速的混合动力系统，其特征是：所述的电机控制器成一体化。
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