CN101774346A - 具有四轮驱动特征的混合动力总成和装配该总成的车辆 - Google Patents

Abstract

一种具有四轮驱动特征的混合动力总成和装配该总成的车辆，所述动力总成包括第一、第二动力驱动系统及整车综合控制单元，第一动力驱动系统包括发动机及其电控单元和第一变速机构，第一变速机构输入端通过离合器与发动机连接，输出端与整车前轮连接；第二动力驱动系统包括动力电池组及其管理系统、主电机系统和第二变速机构，主电机系统输入端与动力电池组连接，输出端与第二变速机构连接，第二变速机构与整车后轮连接；各部件的电控单元通过总线与整车综合控制单元连接。本发明利用整车综合控制单元分配车辆动力，不仅能实现前轴或后轴两轮驱动，还能实现双轴四轮驱动，且该动力总成前后驱动部分无直接机械耦合，可靠性高，易于实现。

Description

具有四轮驱动特征的混合动力总成和装配该总成的车辆

技术领域

本发明涉及混合动力电动车辆领域，具体地说，是涉及具有四轮驱动特征的混合动力总成和装配该总成的车辆。

背景技术

近年来，对可替代内燃机的车辆动力驱动系统的研究日益受到全球的重视，在众多的技术方案中，电驱动系统由于具有效率高、能源可以不依赖燃料、“零排放”等特点，成为最具竞争力的技术；而混合动力电动车辆因其兼有电动车的低排放优点与内燃机车辆的高比能量优点而越来越受到关注，成为竞相研发的新型车辆之一。

申请号为200610105106.3，发明名称为“一种充电式混合动力电动车辆的动力系统”的中国发明专利申请，其公开了一种可外接充电的混合动力电动车辆的动力系统，该动力系统具有四种构成形式：串联式、并联式、混联式和复合式，虽然其可以节省燃油，提高燃油经济性，减少温室气体排放，但是，由于其包括两个相互耦合的动力源，并且具有多种不同的运行模式，所以，其动力系统的布置无法取消转矩合成装置。再有，该动力系统也不能满足四轮驱动车辆的动力要求，原因在于四轮驱动车辆具有分动器、中间差速器和差动限制装置等一系列装置，若要将该动力系统运用在四轮驱动车辆上，势必还需要增加一系列复杂的动力分配装置，这样将使动力系统结构相对复杂，而且还要消耗一定的能量，从而导致整车效率降低。因此，提供一种结构简单、无需复杂动力分配系统且能满足四轮驱动车辆动力要求的混合动力系统，就成了当前混合动力电动车辆领域亟待解决的问题。

申请号为“200610061473.8”，发明名称为“四轮驱动混合动力系统及工作方法”的中国发明专利申请，其公布了一种结构简单的四轮驱动混合动力系统，但其还需要复杂的动力分配系统来进行动力分配，并且，其只能实现四轮驱动，无法同时满足两轮驱动的需求。

另一方面，鉴于节能环保需求，在油价飙升、各大车辆厂家积极推动混合动力电动车辆的同时，车用动力电池技术也有明显突破，如何很好地将动力电池运用到混合动力电动车辆上，以进一步降低混合动力电动车辆的油耗及改善混合动力电动车辆的纯电动续驶里程有限的问题，也成了当前混合动力电动车辆领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种前后轴无直接机械耦合，无需复杂动力分配系统的动力总成，根据整车控制单元协调实现前轴或后轴的两轮驱动和前后轴四轮驱动的混合动力总成系统，以解决当前已有的四驱混合动力车辆机械耦合度高致使系统复杂、效率低、可靠性低、成本高以及对部件机械性能和热管理要求高等问题。

为了实现上述目的，本发明提供一种具有四轮驱动特征的混合动力总成，包括第一动力驱动系统、第二动力驱动系统以及整车综合控制单元，其中，

所述第一动力驱动系统包括发动机、发动机ECU(电控单元，ElectronicControl Unit)和与车辆前轴连接的第一变速机构，发动机通过离合器与第一变速机构连接，第一变速机构通过半轴与两个前轮连接；

所述第二动力驱动系统包括动力电池组及其管理系统、主电机和与车辆后轴连接的第二变速机构，动力电池组通过主电机电控单元与主电机连接，主电机与第二变速机构连接，第二变速机构通过半轴与两个后轮连接；

所述发动机ECU、第一变速机构和第二变速机构的ECU、主电机ECU和电池管理系统均通过总线与整车综合控制单元连接，所述整车综合控制单元用于采集、处理来自电池管理系统和各ECU的信号，制定相应的控制策略，发出控制信号。

上述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其中，所述发动机通过一起停电机(Start-Stop Motor，简称SSM电机)实现快速起停功能，发动机通过其ECU、起停电机通过其ECU分别与所述整车综合控制单元连接。

上述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其中，所述发动机ECU、第一变速机构ECU和第二变速机构ECU、主电机ECU、电池管理系统和所述SSM电机ECU通过CAN总线(即局域网络电控单元总线)与整车综合控制单元构成整车总线控制网络，用于进行传感器和总线传输信号分析，并对整车控制模式的实现和转换、整车驱动力的分配以及整车故障状态信号进行处理。

上述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其中，所述发动机与所述SSM电机之间采用带传动连接。

上述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其中，所述整车综合控制单元包括数据采集单元、控制策略实施处理单元和控制信号输出单元，所述数据采集单元通过传感器采集加速和制动踏板信号和通过CAN总线接收各部件传送的实时状态信息，所述控制策略实施处理单元对所述采集到的信号进行分析和处理，所述控制信号输出单元通过CAN总线发送相应的控制指令给发动机ECU、电机ECU、变速机构ECU和电池管理系统。

上述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其中，所述数据采集单元包括加速踏板角度传感器和制动踏板角度传感器，用于计算车辆转矩需求。

上述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其中，还包括一与所述动力电池组连接的外接充电模块。

上述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其中，所述动力电池组的动力电池为动力锂电池。

为了更好地实现上述目的，本发明还提供一种装配四轮驱动特征的混合动力总成的车辆，包括具有前轴或后轴两轮驱动以及前后轴同时四轮驱动特征的混合动力总成，混合动力总成包括第一动力驱动系统、第二动力驱动系统以及整车综合控制单元，其中，

所述第一动力驱动系统包括发动机、发动机ECU和与车辆前轴连接的第一变速机构，发动机通过离合器与第一变速机构连接，第一变速机构通过半轴与两个前轮连接；

所述第二动力驱动系统包括动力电池组及其管理系统、主电机和与车辆后轴连接的第二变速机构，动力电池组通过主电机电控单元与主电机连接，主电机与第二变速机构连接，第二变速机构通过半轴与两个后轮连接；

所述发动机ECU、第一变速机构和第二变速机构的ECU、主电机ECU和电池管理系统均通过总线与整车综合控制单元连接，用于采集、处理来自电池管理系统和各ECU的信号，制定相应的控制策略，发出控制信号。

上述的装配四轮驱动特征的混合动力总成的车辆，其中，所述发动机通过其ECU、起停电机通过其ECU分别与所述整车综合控制单元连接。

上述的装配四轮驱动特征的混合动力总成的车辆，其中，所述发动机ECU、第一变速机构ECU和第二变速机构ECU、主电机ECU、电池管理系统和所述SSM电机ECU通过CAN总线与整车综合控制单元构成整车总线控制网络，用于进行传感器和总线传输信号分析，并对整车控制模式的实现和转换、整车驱动力的分配以及整车故障状态信号进行处理。

上述的装配四轮驱动特征的混合动力总成的车辆，其中，所述发动机与所述SSM电机之间采用带传动连接。

上述的装配四轮驱动特征的混合动力总成的车辆，其中，所述整车综合控制单元包括数据采集单元、控制策略实施处理单元和控制信号输出单元，所述数据采集单元通过传感器采集加速和制动踏板信号和通过CAN总线接收各部件传送的实时状态信息，所述控制策略实施处理单元对所述采集到的信号进行分析和处理，所述控制信号输出单元通过CAN总线发送相应的控制指令给发动机ECU、电机ECU、变速机构ECU和电池管理系统。

本发明的具有四轮驱动特征的混合动力总成和装配该总成的车辆具有以下优点：

1)具有两个相对独立和统一的动力驱动系统，仅通过整车控制单元的控制即可实现两轮驱动和四轮驱动模式，实现和转换方式方便，具体实现方法如下：整车控制单元依据整车运行工况和各部件状态信号，或单独发送驱动力信号给第一动力驱动系统可单独驱动前轮；或单独发动驱动力信号给第二动力驱动系统可单独驱动后轮，即实现两轮驱动；或同时发送驱动力信号给第一动力驱动系统和第二动力驱动系统，协同两个动力系统同时驱动整车前后轮轴，构成四轮驱动混合系统。

2)机械结构简洁：第一驱动系统中的发动机和第二驱动系统中的电动机系统可单独驱动前后轴，可独自选择变速机构的传动比无须最高转速需要匹配的限制，两个驱动系统无机械耦合，独立性强。两个系统可独立设计安装，无须结构上的配合，对机械加工能力要求弱。

3)两个驱动系统独立性强，当某一个系统出现严重故障时，另一个系统仍可以提供动力，可以实现跛车功能。

4)车载动力电池组的电能主要来自市电而非发动机带动发电机发电，因此电能成本较低，能源利用率更高。

5)双轴四驱，可最大的利用地面的附着力，提高整车的动力性，道路适应性强。

6)第一动力系统设置有一SSM电机，不仅可以起到快速起停的作用，还可以达到精确定位的目的。

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。

附图说明

图1为本发明的动力总成的结构框图；

图2为本发明的整车综合控制单元的结构框图；

图3为本发明的整车综合控制单元的控制流程图。

其中，附图标记

100   具有四轮驱动特征的混合动力总成

1     右前轮

2     左前轮

3     右后轮

4     左后轮

5     SSM电机

10    第一动力驱动系统

11    发动机

12    发动机ECU

13    第一主减速器

14    离合器

15    第一变速器

151   第一主减速器ECU

20    第一动力驱动系统

21    动力电池组

22    电池管理系统

23    主电机

231   主电机ECU

24    第二主减速器

25    第二变速器

251   第二变速器ECU

30    整车综合控制单元

40    外接充电模块

具体实施方式

下面结合附图对本发明的动力总成作具体的描述：

参阅图1本发明的动力总成的结构框图，如图所示，本发明的具有四轮驱动特征的混合动力总成100主要包括第一动力驱动系统10、第二动力驱动系统20以及整车综合控制单元30。

第一动力驱动系统10包括发动机11、发动机ECU 12和与车辆前轴连接的第一变速机构，第一变速机构可以是机械手动变速器、自动变速器或CVT与减速器的组成，本实施例的第一变速机构包括第一主减速器13和第一变速器15，其中，发动机11通过离合器14、第一变速器15与第一主减速器13连接，第一主减速器13通过其输出轴与右前轮1和左前轮2连接。

第二动力驱动系统20包括动力电池组21、电池管理系统22、主电机23和与车辆后轴连接的第二变速机构，本实施例的第二变速机构包括第二主减速器24和第二变速器25，其中，动力电池组21与电池管理系统22连接，并且动力电池组11通过主电机ECU 231和主电机23连接，主电机23通过第二变速器25与第二主减速器24连接，第二主减速器24通过其输出轴与后右轮3、后左轮4连接，其中，为了达到快速起停和精确定位的目的，发动机11还连接一SSM电机5，发动机11与SSM电机5之间较佳地采用带传动连接。

发动机ECU 12、第一变速器15的ECU 151和第二变速器25的ECU 251、主电机ECU 231和电池管理系统22，以及SSM电机5都与整车综合控制单元30连接，较佳地，发动机ECU 12、第一变速器15的ECU 151和第二变速器25的ECU 251、主电机ECU 231、电池管理系统22和SSM电机5通过CAN总线与整车综合控制单元30连接，用于采集、处理来自电池管理系统和各ECU的信号，制定相应的控制策略，发出控制信号，整车综合控制单元30为本发明的动力系统的神经中枢，是整车功能实现的核心，其具有传统的混合动力系统整车控制器的功能，还具有分配车辆前后轴转矩的功能，具体地说，其进行传感器和总线传输信号分析，并对整车控制模式的实现和转换、整车驱动力的分配以及整车故障状态信号进行处理。

如图2所示，整车综合控制单元30包括数据采集单元、控制策略实施处理单元和控制信号输出单元，所述数据采集单元通过传感器采集加速和制动踏板信号并通过CAN总线接收各部件传送的实时状态信息，所述控制策略实施处理单元对所述采集到的信号进行分析和处理后，所述控制信号输出单元通过CAN总线发送相应的控制指令给发动机ECU、电机ECU、变速机构ECU和电池管理系统，来完成车辆不同工作状态的切换过程和切换过程的协调控制。其中，数据采集单元包括加速踏板角度传感器和制动踏板角度传感器，用于计算车辆转矩需求。

整车综合控制单元30与各ECU的电源来自动力电池组21转换得到的12V直流电源，有关动力电池组21的转换是通过一转换器来实现(图中未示出)。

参阅图2本发明的整车综合控制单元的控制流程图，从图中可以看出，整车综合控制单元30的控制步骤包括：

(1)数据采集单元通过CAN总线采集信号的S1阶段；

(2)控制策略实施处理单元对采集到的信号进行分析和处理的S2阶段；

(3)控制单元根据处理后的信号进行车辆的工况判断的S3阶段，然后根据工况情况出发动机指令、电机指令、变速器指令或电池管理指令以使车辆处于不同的工作模式的S4阶段，其中，模式1为纯电动模式，且为两轮驱动模式；模式2、3为混合动力模式，且为四轮驱动模式；模式4为纯发动机模式，且为两轮驱动模式；模式5为Plug-in充电模式。

(4)向CAN总线发送信号的S5阶段。

在整车综合控制单元的作用下，车辆还能够充分发挥附着力，从而达到提高动力性、湿滑道路适应性及提高爬坡度的作用。

为了利用廉价的电力资源，本发明的动力总成还包括一与动力电池组21连接的外接充电模块40，该外接充电模块40可利用外接普通电网对其充电，利用晚间低谷电力充电，可充分利用资源，减少大气污染。

上述的动力电池组21的动力电池最好为大容量的动力锂电池。

装配本发明动力总成的混合动力车辆的工作原理为：

在动力电池组充满电(SOC＝100％，SOC为State Of Charge)后的初期行驶阶段和车辆预定要完成行驶距离(即目标纯电动续驶里程)即将返回这两个阶段：

(1)如果整车处于启动状态、低速、小负荷工况或者只要求部分动力性能指标情况下，即动力电池组21功率足以满足整车需求功率，仅由第二动力驱动系统20单独驱动后轮，此时动力电池组21给主电机23供电，主电机23单独提供车辆行驶所需的动力，车辆以纯电动模式行驶，即模式1；

(2)如果整车处于高速、大负荷工况或者当要求全面达到动力性能指标情况下，即动力电池组21功率不足以满足整车需求功率，需同时启动动力驱动系统1，发动机11和动力电池组21同时提供能量以至达到最小SOC门槛值(例如30％)，车辆以四轮驱动混合模式行驶，即模式2。

当动力电池组21的能量消耗到一定程度，即SOC达到最小门槛值时，为了保证车辆动力性能和电池组的安全性，车辆也以四轮驱动混合模式行驶，，即模式3，此时工作方式与传统混合动力模式类似。

当动力电池组不能工作时，车辆仅由第一动力驱动系统10单独驱动前轮，即由发动机11单独驱动，实现纯发动机牵引模式，即模式4。

当车辆完成行驶任务，回到终点时，通过外接充电模块40由外接普通电网给动力电池组21充电，补充能量，实现插入充电模式(Plug-in充电模式)，即模式5。

除了上述几种模式外，还有再生制动模式、动力电池组补充充电模式，由于再生制动模式、动力电池组补充充电模式与现有技术相同，在此就不再多做赘述。

在实际运行时，采用上述那种运行模式取决于动力电池组的SOC、车速和车辆的需求功率，其中需求功率由驾驶员通过加速踏板或者制动踏板予以控制。

当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (12)

1.一种具有四轮驱动特征的混合动力总成，其特征在于，包括第一动力驱动系统、第二动力驱动系统以及整车综合控制单元，其中，

所述第一动力驱动系统包括发动机、发动机ECU和与车辆前轴连接的第一变速机构，发动机通过离合器与第一变速机构连接，第一变速机构通过半轴与两个前轮连接；

所述第二动力驱动系统包括动力电池组及其管理系统、主电机和与车辆后轴连接的第二变速机构，动力电池组通过主电机电控单元与主电机连接，主电机与第二变速机构连接，第二变速机构通过半轴与两个后轮连接；

所述发动机ECU、第一变速机构和第二变速机构的电控单元、主电机电控单元和电池管理系统均通过总线与整车综合控制单元连接，用于采集、处理来自电池管理系统和各ECU的信号，制定相应的控制策略，发出控制信号。

2.根据权利要求1所述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其特征在于，所述发动机通过一起停电机实现快速功能，发动机通过其ECU、起停电机通过其ECU分别与所述整车综合控制单元连接。

3.根据权利要求2所述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其特征在于，所述发动机ECU、第一变速机构ECU和第二变速机构ECU、主电机ECU、电池管理系统和所述SSM电机ECU通过CAN总线与整车综合控制单元构成整车总线控制网络，用于进行传感器和总线传输信号分析，并对整车控制模式的实现和转换、整车驱动力的分配以及整车故障状态信号进行处理。

4.根据权利要求2所述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其特征在于，所述发动机与所述SSM电机之间采用带传动连接。

5.根据权利要求3所述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其特征在于，所述整车综合控制单元包括数据采集单元、控制策略实施处理单元和控制信号输出单元，所述数据采集单元通过传感器采集加速和制动踏板信号和通过CAN总线接收各部件传送的实时状态信息，所述控制策略实施处理单元对所述采集到的信号进行分析和处理后，所述控制信号输出单元通过CAN总线发送相应的控制指令给发动机ECU、电机ECU、变速机构ECU和电池管理系统。

6.根据权利要求5所述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其特征在于，所述数据采集单元包括加速踏板角度传感器和制动踏板角度传感器，用于计算车辆转矩需求。

7.根据权利要求1所述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其特征在于，还包括一与所述动力电池组连接的外接充电模块。

8.根据权利要求1所述的具有四轮驱动特征的混合动力总成，其特征在于，所述动力电池组的动力电池为动力锂电池。

9.一种装配四轮驱动特征混合动力总成的车辆，包括混合动力总成，其特征在于，所述混合动力总成包括第一动力驱动系统、第二动力驱动系统以及整车综合控制单元，其中，

所述第一动力驱动系统包括发动机、发动机ECU和与车辆前轴连接的第一变速机构，发动机通过离合器与第一变速机构连接，第一变速机构通过半轴与两个前轮连接；

所述第二动力驱动系统包括动力电池组及其管理系统、主电机和与车辆后轴连接的第二变速机构，动力电池组通过主电机电控单元与主电机连接，主电机与第二变速机构连接，第二变速机构通过半轴与两个后轮连接；

所述发动机ECU、第一变速机构ECU和第二变速机构ECU、主电机ECU、电池管理系统和所述SSM电机ECU通过CAN总线与整车综合控制单元构成整车总线控制网络，用于采集、处理来自电池管理系统和各ECU的信号，制定相应的控制策略，发出控制信号。

10.根据权利要求9所述的装配四轮驱动特征混合动力总成的车辆，其特征在于，所述起停电机通过其ECU分别与所述整车综合控制单元连接。

11.根据权利要求10所述的装配四轮驱动特征混合动力总成的车辆，其特征在于，所述发动机ECU、第一变速机构ECU和第二变速机构ECU、主电机ECU、电池管理系统和所述SSM电机ECU通过CAN总线与整车综合控制单元构成整车总线控制网络，用于进行传感器和总线传输信号分析，并对整车控制模式的实现和转换、整车驱动力的分配以及整车故障状态信号进行处理。

12.根据权利要求11所述的装配四轮驱动特征混合动力总成的车辆，其特征在于，所述整车综合控制单元包括数据采集单元、控制策略实施处理单元和控制信号输出单元，所述数据采集单元通过传感器采集加速和制动踏板信号和通过CAN总线接收各部件传送的实时状态信息，所述控制策略实施处理单元对所述采集到的信号进行分析和处理后，所述控制信号输出单元通过CAN总线发送相应的控制指令给发动机ECU、电机ECU、变速机构ECU和电池管理系统。

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