CN102001276A - 同轴式混合动力系统及设置该动力系统的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同轴式混合动力系统，连接于汽车驱动桥，包括发动机、离合器、变速器、电机、控制系统和储能装置，所述发动机、离合器、变速器和电机安装在同一轴线上，所述储能装置与所述电机连接，所述变速器与所述电机之间通过一弹性联轴器连接。本发明机械结构简单、部件减少、可靠性高；并解决了同轴结构的设备不同轴的问题，减少了因此产生的效率损失、振动和噪音。

Description

同轴式混合动力系统及设置该动力系统的车辆

技术领域

本发明涉及车辆及其动力系统，具体地说，是涉及同轴式混合动力系统及设置该动力系统的车辆。

背景技术

混合动力驱动系统综合了发动机和电机驱动系统的优点，极具市场化前景。现有的混合动力系统有如申请号为“200510023717.9”、公开日为2005年8月3日的中国发明专利申请“并联式混合动力驱动系统及其驱动方法”中公开的结构，采用双轴耦合方式传动结构，虽然其该系统能保证整车的动力性能、且能够对发动机的工作点进行优化，但是由于其需要配置变速系统，系统结构复杂。还有如申请号为“200610157478.0”、公开日为2007年7月11日的中国发明专利申请“用于混合动力电动汽车的同轴式动力系统”中公开的结构，采用同轴式结构，内燃机与发电机、离合器和电动机依次安装在同一轴线上，由于电动机采用双轴伸结构、电动机与发电机及内燃机中心基座高度不同及左右基准无定位面，从机械加工工艺角度讲，要想达到同轴很难，造成加工精度大幅提高，同轴度难以保证，如不同轴度过大，产生的偏差将直接影响转速、转矩。车辆在载荷变化以及动态行驶时，整个传动系动态情况极易不在同一轴线上，长时间使用，容易产生噪音甚至使传动系出现损坏。还有如专利号为“200620058940.7”、公告日为2007年6月13日的中国实用新型专利“一种并联混合动力电动车”公开的结构，采用发动机与变速器相连，变速器的输出轴与电机转子轴连接的结构，虽然其结构简单，但是由于其电机驱动作为主驱动系统之一，电机功率、储能装置容量选择偏大，成本高且质量重。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有动力系统存在的不足，提供一种同轴式混合动力系统。

为了解决上述技术问题，本发明的同轴式混合动力系统，连接于汽车驱动桥，包括发动机、离合器、变速器、电机、控制系统和储能装置，所述发动机、离合器、变速器和电机安装在同一轴线上，所述储能装置与所述电机连接，所述变速器与所述电机之间通过一弹性联轴器连接。

上述的同轴式混合动力系统，其中，所述电机的外壳通过所述弹性联轴器的外壳与所述变速器的外壳相连接，所述电机的转子输入轴通过所述弹性联轴器的本体与所述变速器的输出轴连接。

上述的同轴式混合动力系统，其中，所述储能装置为超级电容。

上述的同轴式混合动力系统，其中，所述电机包括有辅助动力电机和主动力电机，所述辅助动力电机与所述主动力电机之间通过所述离合器连接，所述弹性联轴器设置在所述主动力电机与所述变速器之间。

上述的同轴式混合动力系统，其中，所述变速器的外壳通过所述弹性联轴器的外壳与所述主动力电机的外壳相连接，所述变速器的输入轴通过所述弹性联轴器的本体与所述主动力电机的转子输出轴连接。

上述的同轴式混合动力系统，其中，所述储能装置为动力电池。

为了更好的解决上述技术问题，本发明还提供一种具有同轴式混合动力系统的车辆，包括车身、驱动桥、连接驱动桥的同轴式混合动力系统，所述同轴式混合动力系统包括发动机、离合器、变速器、电机、控制系统和储能装置，所述发动机、离合器、变速器和电机安装在同一轴线上，所述储能装置与所述电机连接，所述变速器与所述电机之间通过一弹性联轴器连接。

上述的同轴式混合动力系统的车辆，其中，所述电机的外壳通过所述弹性联轴器的外壳与所述变速器的外壳相连接，所述电机的转子输入轴通过所述弹性联轴器的本体与所述变速器的输出轴连接。

上述的同轴式混合动力系统的车辆，其中，所述电机包括有辅助动力电机和主动力电机，所述辅助动力电机与所述主动力电机之间通过所述离合器连接，所述弹性联轴器设置在所述主动力电机与所述变速器之间。

上述的同轴式混合动力系统的车辆，其中，所述变速器的外壳通过所述弹性联轴器的外壳与所述主动力电机的外壳相连接，所述变速器的输入轴通过所述弹性联轴器的本体与所述主动力电机的转子输出轴连接。

本发明的有益功效在于，与采用双轴耦合并联式动力系统相比，机械结构简单、部件减少、可靠性高；与一般同轴式并联混合动力系统相比，采用弹性联轴器，解决了同轴结构的设备不同轴的问题，减少了因此产生的效率损失、振动和噪音。进一步地，其适用性强，通过本发明的方案不仅能构建同轴式并联混合动力系统，还能构建同轴式混联混合动力系统。还有，在构建同轴式并联混合动力系统时，电机只作为辅助动力系统，并且采用超级电容作为储能装置的一种，在车辆起步、加速、爬坡等工况时，在电压允许范围内释放能量，在车辆减速、制动时回馈能量。

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为本发明一实施例的结构件图；

图2为本发明另一实施例的结构简图。

其中，附图标记

1        发动机

2        变速器

3        电机

31       主动力电机

32       辅助动力电机

4        弹性联轴器

5        电控离合器

6        储能装置

7        电机控制器

71       主动力电机控制器

72       辅助动力电机控制器

8        驱动桥

9        高压配电箱

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细的描述，以更进一步了解本发明的目的、方案及功效，但并非作为本发明所附权利要求保护范围的限制。

本发明主要采用弹性联轴器，解决同轴结构的设备不同轴的问题，其可用于并联式混合动力系统中，也可用于混联式混合动力系统中。

如图1所示，为同轴并联式混合动力系统的结构简图，该实施例的混合动力系统，连接于汽车驱动桥8，包括发动机1、离合器5、变速器2、弹性联轴器4、电机3、控制系统(图中未示出)和储能装置6，发动机1、离合器5、变速器2和电机3安装在同一轴线上，储能装置6与电机3连接，变速器2与电机3之间通过弹性联轴器4连接，其具体连接方式为：变速器2的外壳通过弹性联轴器4的外壳与电机3的外壳相连接，变速器2的输出轴通过弹性联轴器4的本体与电机3的转子输入轴连接。电机3的输出轴连接驱动桥8，并且电机3与储能装置6之间还连接有电机控制器7和高压配电箱9，储能装置6为超级电容，该超级电容6通过高压配电箱9向电机控制器7提供电能，控制系统协调发动机1、电机控制器9工作，优化控制策略。本实施例的动力系统具有如下工作模式：

1、车辆起动和加速时，采用助力模式。发动机1和电机3共同输出动力，但是电机3只作为辅助驱动、辅助发动机1驱动车辆，改善发动机1的工况，在此模式由控制系统考虑平顺性及电能的分配，优化控制策略。

2、车辆制动时，采用回馈模式。车辆制动时，电机3转换为发电机，由电机控制器7通过高压配电箱9向超级电容6充电。

3、在加速或爬坡时，控制系统根据超级电容6的电量情况，以其储存的电压为基础，控制踏板决定驱动电机运行状况；

4、其他车辆正常行驶状态，电机3不参与动力输出，由发动机1、变速器5直接输出动力。

如图2所示，为同轴混联式混合动力系统的结构简图，其与同轴并联式混合动力系统的相同点在于：都连接于汽车驱动桥8，都包括有包括发动机1、离合器5、变速器2、弹性联轴器4、电机、控制系统(图中未示出)和储能装置6，发动机1、离合器5、变速器2和电机安装在同一轴线上，所不同的是：电机包括辅助动力电机31和主动力电机32，离合器5设置在辅助动力电机31和主动力电机32之间，变速器2设置在主动力电机32之后，弹性联轴器4设置在主动力电机32与变速器2之间，变速器2的输出轴连接驱动桥8，储能装置6与辅助动力电机31和主动力电机32之间分别连接有辅助动力电机控制器71和主动力电机控制器72，并且，离合器5为电控离合器、储能装置6为动力电池。

弹性联轴器4与变速器2和主动力电机32之间的具体连接为：变速器2的外壳通过弹性联轴器4的外壳与主动力电机32的外壳相连接，变速器2的输入轴通过弹性联轴器4的本体与主动力电机32的转子输出轴连接。

本实施例在不同工况下的工作原理为：

1、启动或低速运行工况：

电控离合器5分离，该动力系统可以工作于纯电动或者串联模式。纯电动模式下，发动机1不工作，由动力电池6通过主动力电机控制器72向主电动机32驱动系统提供电力能源；串联模式下，发动机1作为辅助动力电机31的原动机，驱动辅助动力电机31通过辅助动力电机控制器71发电，向动力电池6充电或者和动力电池6一起通过主动力电机控制器72向主电动机32驱动系统提供电力能源，在此模式下，由于发动机1与行驶工况无直接关系，使发动机1避开了低速时高油耗，整车效率较高。

2、制动工况：

电控离合器5分离，主动力电机32通过主动力电机控制器72向动力电池6回馈电能。

3、加速或爬坡工况：

该工况整车需求扭矩大，此时电控离合器5结合，发动机1通过辅助动力电机31的轴、电控离合器5与主电力动机32直联，同时动力电池6通过主动力电机控制器72向主动力电动机32驱动系统提供电力能源，主动力电机32通过弹性联轴器4和变速器2向驱动桥8提供动力，动力驱动系统工作于同轴并联模式，满足整车动力性要求。

4、高速或加速运行工况：

该工况整车需求功率较大，此时电控离合器5结合，发动机1通过辅助动力电机31的轴、电控离合器5与主动力电机32直联，主动力电机32通过弹性联轴器4和变速器2向驱动桥提供动力，动力系统工作于同轴并联模式，满足整车动力性要求，整车效率较高。

5、经济速度匀速运行工况：

该工况整车需求扭矩不大，此时电控离合器5结合，发动机1通过辅助动力电机31、电控离合器5与主动力电机32直联，主动力电机32通过弹性联轴器4和变速器2向驱动桥提供动力，此时主动力电机32不工作，由发动机1单独提供动力，满足整车动力性要求，整车效率高。此时，根据动力电池6的电荷状态，来控制决定辅助动力电机31是否通过辅助动力电机控制器71发电向动力电池6充电。

本发明的再一具体实施方式为将本发明提供的上述两种混合动力驱动系统应用于车辆中，该车辆除驱动系统与现有技术不同外，其它结构(如车身、驱动桥等)与现有技术相同，在此就不多做赘述。

综上，本发明与采用双轴耦合并联式动力系统相比，机械结构简单、部件减少、可靠性高；与一般同轴式并联混合动力系统相比，采用弹性联轴器，解决了同轴结构的设备不同轴的问题，减少了因此产生的效率损失、振动和噪音。进一步地，其适用性强，通过本发明的方案不仅能构建同轴式并联混合动力系统，还能构建同轴式混联混合动力系统。

还有，本发明构建成同轴式并联混合动力系统时，其电机只作为辅助动力系统，在车辆起步、加速、爬坡等工况时，在储能装置电压允许范围内提供辅助动力，在同轴式并联混合动力系统中采用超级电容作为储能装置的一种，在车辆起步、加速、爬坡等工况时，在电压允许范围内释放能量，在车辆减速、制动时回馈能量。

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 (10)

1.一种同轴式混合动力系统，连接于汽车驱动桥，包括发动机、离合器、变速器、电机、控制系统和储能装置，所述发动机、离合器、变速器和电机安装在同一轴线上，所述储能装置与所述电机连接，其特征在于，所述变速器与所述电机之间通过一弹性联轴器连接。

2.根据权利要求1所述的同轴式混合动力系统，其特征在于，所述电机的外壳通过所述弹性联轴器的外壳与所述变速器的外壳相连接，所述电机的转子输入轴通过所述弹性联轴器的本体与所述变速器的输出轴连接。

3.根据权利要求2所述的同轴式混合动力系统，其特征在于，所述储能装置为超级电容。

4.根据权利要求1所述的同轴式混合动力系统，其特征在于，所述电机包括有辅助动力电机和主动力电机，所述辅助动力电机与所述主动力电机之间通过所述离合器连接，所述弹性联轴器设置在所述主动力电机与所述变速器之间。

5.根据权利要求4所述的同轴式混合动力系统，其特征在于，所述变速器的外壳通过所述弹性联轴器的外壳与所述主动力电机的外壳相连接，所述变速器的输入轴通过所述弹性联轴器的本体与所述主动力电机的转子输出轴连接。

6.根据权利要求5所述的同轴式混合动力系统，其特征在于，所述储能装置为动力电池。

7.一种具有权利要求1所述的同轴式混合动力系统的车辆，包括车身、驱动桥、连接驱动桥的同轴式混合动力系统，所述同轴式混合动力系统包括发动机、离合器、变速器、电机、控制系统和储能装置，所述发动机、离合器、变速器和电机安装在同一轴线上，所述储能装置与所述电机连接，其特征在于，所述变速器与所述电机之间通过一弹性联轴器连接。

8.根据权利要求7所述的同轴式混合动力系统的车辆，其特征在于，所述电机的外壳通过所述弹性联轴器的外壳与所述变速器的外壳相连接，所述电机的转子输入轴通过所述弹性联轴器的本体与所述变速器的输出轴连接。

9.根据权利要求7所述的同轴式混合动力系统的车辆，其特征在于，所述电机包括有辅助动力电机和主动力电机，所述辅助动力电机与所述主动力电机之间通过所述离合器连接，所述弹性联轴器设置在所述主动力电机与所述变速器之间。

10.根据权利要求9所述的同轴式混合动力系统的车辆，其特征在于，所述变速器的外壳通过所述弹性联轴器的外壳与所述主动力电机的外壳相连接，所述变速器的输入轴通过所述弹性联轴器的本体与所述主动力电机的转子输出轴连接。

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