CN102616234B - 混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统 - Google Patents

混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统。它涉及新能源节能汽车关键技术的动力耦合方式的变革，提供了集成式无级变速器ITA/B-C、集成式混合动力驱动器IDA/B-H、集成式插电混合动力驱动器IDA/B-P和集成式增程电动驱动器IDA/BE-R等市场迫切需要的多方案构型兼容产品。本发明是在一个电机动力总成MPA模块技术基础平台上，组合搭建电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS三个模块化结构，构造成涵盖新能源节能汽车几乎全部动力传动系统工作模式的产品系列，因而能够实现汽车安全节能减排更优、续航里程更长、性价比更高、实用性更强，有利于企业产品标准化、系列化、通用化，从而显著缩短研发周期，有效降低成本，使产品更具长效市场竞争优势。

Description

混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统
技术领域
本发明属于新能源节能汽车动力传动系统技术领域，特别涉及多方案混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统。
背景技术
在安全节能减排呼声日益高涨的今天，世界各国都争相投入巨资研发新能源节能汽车，我国作为世界第一产销汽车的大国，也无例外地积极投入其中；但作为关键技术的动力耦合方式、动力蓄电池组、电机和控制器四大系统，却成为制约我国电动汽车产业发展的瓶颈。
中国发明专利“混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置”(专利号：ZL200810086323.1)和同名实用新型专利(专利号：ZL200820008758.x)的说明书中，关于混合动力电动汽车集成式无级自动变速驱动装置电机动力总成MPA(MotorPowerAssembly)概念曾作如下描述：
“由带电枢铁芯及绕组的第一个转子和带永磁体的第二个转子且有2自由度可绕中心轴旋转的双转子、滑环组成的电机,与包含数个制动器、数个单向离合器与数个普通离合器在内，有2自由度或2自由度以上的行星排机构组合呈机械连接，组成双转子电机-行星排集成体，对于FF驱动形式，双转子电机--行星排集成体的行星排机构组合再与主减速器及差速器机械连接，从而组成双转子电机--行星排机构组合--主减速器及差速器一体的电机动力总成”；“当汽车采用FR驱动形式时，将差速器从电机动力总成内移至后轴驱动桥内，新电机动力总成仅由双转子电机-行星排机构组合成，其动力输出由行星排机构组合的行星排元件之一抑或转子完成”。
上述文件对原有的公知动力耦合方式，虽然进行了技术创新，但两款专利在安全节能减排效果方面，还没有达到更好；在实现一个技术系统平台兼容多种方案构型方面，也尚显不足；在动力蓄电池组、电机和控制器方面，更缺乏充分地展开描述。
发明内容
本发明的目的在于克服上述专利的缺陷与不足，提供一种实现产品安全节能减排更优、实用性更强和成本更低，并能在同一个技术系统平台上，兼容更多种方案构型的混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统。
本发明将电机动力总成MPA、电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS做成四个模块化结构，并在一个MPA模块因双转子电机相对行星机构位置在前在后不同，分为MPA-A型和MPA-B型平台基础上，按照兼容构型方案需要，组合搭建其余模块，构造成涵盖新能源节能汽车几乎全部动力传动系统工作模式的多种方案结构。
为实现本发明的目的，混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统包括：一端固接在发动机缸体上的电机动力总成MPA：包括扭转减振器N、由数个超越离合器、数个有电/电液/电磁控制的离合器、数个有电/电液/电磁控制的制动器组成的传动执行机构Q、包括测量双转子电机两转子转速的转速传感器P的各类传感器，
包括整车控制器HVECU在内的各类电控单元ECU及CAN总线，蓄电池组，包括带分线盒的能源管理系统BMS，转换器D-D，升压转换器，逆变器A-D/D-A，带集电环的电路接口，非接触集电装置，电线枢及连接器机件，车载电器，空调及空调变频器，电动助力转向EPS及其电控单元EPSECU，车载充电器及带线插头，光伏电池。
作为本发明的第一种实施方式，所述集成式无级变速器ITA-C(Integrated
TransmissionA-ContinuouslyVariableTransmission)动力传动系统方案，由电机动力总成MPA-A、电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS四个子模块共同组成。
所述电机动力总成MPA-A子模块包括：发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，或通过机械连接由数个超越离合器、数个有电/电液/电磁控制的离合器、数个有电/电液/电磁控制的制动器组成的传动执行机构Q1，机械连接机件A或/与B，或不经传动执行机构Q1直接通过机械连接机件A或B，将功率传递给带集电环/非接触集电装置的电路接口G的单/多排双转子电机的转子M1-M2；再由与第一转子M1机械连接机件D或/与与第二转子M2机械连接机件F，通过另一组传动执行机构Q2，经机械连接机件K或/与H或/与L，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S,或不经传动执行机构Q2靠机械连接机件D与F，直接机械连接机件K或/与H或/与L中的二个，将功率传递给单/多排行星机构中的二元件；对于FF驱动型式，由单/多排行星机构R-C-S的行星架C或齿圈R，机械连接主减速器及差速器I0将功率输出给车轮W；对于FR驱动型式，则由行星架C或齿圈R将功率直接输出；在单/多排行星机构R-C-S之后，或有传动执行机构Q3与单/多排行星机构输出元机件机械相连，参与执行最后的功率输出功能。
单/多个双转子电机M-M2与单/多排行星机构R-C-S可单独或联合完成变矩-变速或变速-变矩功能。
所述电控系统ECS子模块，是以整车控制器HVECU为核心，以CAN总线通讯协议为媒介，实现各模块/节点间的数据传输，将MPA-AECU、带电子节气门EMS的发动机ECU、能源管理系统BMS、制动防滑控制ECU为辅助节点构成的网络控制系统。
HVECU根据对当前整车加速踏板位置或/与力、制动踏板位置、MPA-AECU档位开关、模式切换状态提供的信息，以及由发动机ICE的ECU、蓄电池组、转速传感器P获取的包括发动机转速、蓄电池组荷电状态SOC及电机第一转子M1与第二转子M2转速差在内的各种实时信号，在对系统信息进行迅速处理后，确定车辆车速工况并发出控制指令，由CAN总线传输给各ECU节点协调工作。
MPA-AECU按驾驶意图和控制策略控制电机M1-M2，对发动机ICE与蓄电池组能量在MPA-A进行最佳动力匹配，在保证动力需求的前提下，进行无级自动变速变矩和ISG功能实现，以达到整车安全、节能、环保最优化目的；MPA-A工作状态信息要通过MPA-AECU---HVECU---CAN总线及时准确反馈给驾驶员。
发动机ICE的ECU依据发动机运转状态和HVECU的控制指令，有效控制电子节气门EMS开度，保证在MAP图最佳经济曲线上最佳工作点运行，并将信息通过CAN总线反馈至HVECU，作为其决策依据，并予不断调整。
制动防滑控制ECU除以制动安全优先原则，按一定比例分配制动力矩外，还可将车辆下坡/制动动能按控制策略再生回收，或储存于蓄电池组中，或反拖发动机制动。
所述能源系统ES子模块，是指由蓄电池组、电线枢及连接器器件构成的能量供应系统；供给如电机M1-M2、传动执行机构Q1-Q3、各种ECU、车载电器、电动助力转向EPS及其电控单元EPSECU、D-D、D-A、A-D电力电子的能量需求；蓄电池组常为低压蓄电池组。
所述能源管理系统BMS子模块，是将能源系统ES能量通过电线枢及连接器件，一方面传递给D-D、D-A，通过电路接口G提供给MPA-A能量支持，另一方面则通过CAN总线，将ES工作状态及SOC信息传递给HVECU，以便按预设控制策略进行判断决策；当车辆下坡/制动工况时，双转子电机再生回收的动能，在防滑制动控制ECU和BMS协调控制下，或经由电路接口G、A-D、D-D，储存于蓄电池组中，或直接或转化为机械功率反拖发动机制动。
MPA-A壳体内双转子电机M1-M2、传动执行机构Q1-Q3和包括转速传感器P在内的各类传感器所有电力电子器件，均通过安装于壳体上的电路接口G，与外界其它模块进行电功率与电信号传递交换。
所述ITA-C动力传动系统，除有公知无级自动变速器CVT全部功能外，还兼有常规ISG的全部功能。
作为本发明的第二种实施方式，集成式混合动力驱动器IDA-H(Integrated
DriveA-HybridVehicle)动力传动系统方案，是在ITA-C构型基础上，增加作为能源系统的高压动力蓄电池组，并通过电线枢及连接器件，电连接转换器D-D或/与升压转换器，一方面连接D-A，将高压直流电源能量转为交流电，通过电路接口G供给双转子电机运行，另一方面提供常用低压蓄电池组直流能源，供低压车载电器、电动助力转向EPS及其电控单元EPSECU使用；EPSECU通过CAN总线与HVECU电连接，以互传工作信息与指令。
空调变频器一端通过连接A-D、D-D和高压动力蓄电池组，获取由直流高压转换成的合适交流电压，驱动空调变频器电机带动空调运转，另一端则连接HVECU，以反馈工作信号。
从太阳光线获取能量作为辅助能源的光伏电池，经过BMS为蓄电池组充电；也可经过D-D或/与D-A，为直流或交流电力电子器件提供能源驱动运转。
其中，MPA-A与其余三个子模块的连接方式与ITA-C中的MPA-A相同。
IDA-H可以单独驱动车辆作纯电动行驶，或高压动力蓄电池组与发动机动力耦合，驱动车辆做混合动力行驶，完成包括ITA-C方案在内所有预设的无级自动变速变矩、ISG、发动机驱动、纯电驱动和混合动力驱动多种工作模式。
作为本发明的第三种实施方式，集成式插电混合动力驱动器IDA-P(IntegratedDriveA-Plug-inHybridElectricVehicle)动力传动系统方案，是在ITA-H构型基础上，增加作为能从外电网获取电能的车载充电器及带线插头，与高压动力蓄电池组和BMS相连，并将其工作信号传递给HVECU予以充电状态控制；在高压动力蓄电池组储能低于预设SOC值时，可驻车由车载充电器及带线插头从外电网为高压动力蓄电池组充电；亦可启动发动机，驻车为高压动力蓄电池组充电，还可直接/间接驱动汽车边行驶边充电；
IDA-P方案除具有IDA-H方案全部功能外，还能从外电网直接获取电能。
作为本发明的第四种实施方式，集成式插电混合动力驱动器IDAE-R
(IntegratedDriveA-Extended-RangeElectricVehicle)动力传动系统方案，是在IDA-P构型基础上，发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，或通过机械连接由数个超越离合器、数个有电/电液/电磁控制的离合器、数个有电/电液/电磁控制的制动器组成的传动执行机构Q1，机械连接机件A或/与B，或不通过传动执行机构Q1，直接机械连接机件A或B，将功率传递给带集电环/非接触集电装置的电路接口G的单/多排双转子电机第一转子M1或第二转子M2；再经过二个转子M1与M2间的电磁功率转化，将发动机全部或部分功率，变成第二转子M2机械连接机件F或第一转子M1机械连接机件D的机械功率，传递给后续的传动执行机构Q2，并从机械连接机件K或/与H或/与L之一，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S，亦或不经过传动执行机构Q2直接将功率传递给单/多排行星机构R-C-S的某一元机件；对于FF驱动型式，由行星架C或齿圈R，再经主减速器及差速器I0,把功率传递到驱动车轮W；对于FR驱动型式，则由行星架C或齿圈R直接将功率输出；在单/多排行星机构R-C-S之后，或有传动执行机构Q3与单/多排行星机构输出元机件机械相连，参与执行最后的功率输出。
对于发动机通过双转子电机M1-M2有部分功率转化成转差功率发电，则由与第一转子M1电连接的电路接口G通过A-D、D-D输出给高压动力蓄电池组充电；另外，车辆驻车时，可通过车载充电器及带线插头，从外电网为高压动力蓄电池组充电。
IDAE-R方案具有IDA-P方案的绝大部分功能，与其不同的是：
通常工况，车辆仅依靠高压动力蓄电池组驱动双转子电机M-M2作纯电动行驶，只当高压动力蓄电池组电量消耗殆尽时，才能启动发动机，并通过成对选用与机械连接机件B相连的第二转子M2,与机械连接机件D相连的第一转子M1间，或机械连接机件A相连的第一转子M1,与机械连接机件F相连的第二转子M2间的电磁功率转化成机械功率后，间接驱动车辆继续作纯电动行驶而不能直接机械驱动车辆行驶；传动执行机构Q1/Q2不能将连接机件A与B，或连接机件D与F同时进行机械固接。
只有在极特殊工况下，才允许设定的HUECU颁发指令，让连接机件A或/与F，亦或连接机件B或/与D参与进来，不经过第一转子M1与第二转子M2间的电磁能量转换，而直接由发动机驱动车辆短暂行驶；另外，亦可在发动机动力系统长期不用恐生故障时，在HVECU与BMS设定程序控制下，启动发动机临时工作以予保护。
不同的MPA与电控系统ECS、能源系统ES及管理系统EMS模块组合，构成多方案集成式变速器ITA/B(IntegratedTransmissionA/B)和集成式驱动器IDA/B(IntegratedDriveA/B)。
作为本发明的第五种实施方式，集成式无级变速器ITB-C动力传动系统，由电机动力总成MPA-B、电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS四个子模块共同组成。
所述电机动力总成MPA-B子模块包括：发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，或通过机械连接由数个超越离合器、数个有电/电液/电磁控制的离合器、数个有电/电液/电磁控制的制动器组成的传动执行机构Q1，机械连接机件K或/与H，亦或不通过传动执行机构Q1，直接机械连接机件K或H，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S三元机件中的一个元机件；
再通过其三元机件中的二个元机件，机械连接机件U或/与E或/与J中的二机件组合,再继续机械连接传动执行机构Q2,或不通过传动执行机构Q2,直接由三元机件中的二个元件，机械连接二输出机件A或/与B，将功率分别传递给双转子电机M1-M2的转子，由与第一转子M1机械连接机件D或第二转子M2机械连接机件F,或再机械连接传动执行机构Q3；
对于FF驱动型式，还须将功率经主减速器及差速器I0传递到驱动车轮W，对于FR驱动型式，则由传动执行机构Q3直接将功率输出，亦或不经过传动执行机构Q3，由机械连接机件D或机械连接机件F之一，对于FF驱动型式，再将功率经主减速器及差速器I0传递到驱动车轮W，对于FR驱动型式，则直接将功率输出；
二个转差传感器P分别安装在电机第二转子M2之前机械连接机件B、第一转子M1之后机械连接机件D上，或分别安装在电机第一转子M1之前机械连接机件A和第二转子M2之后机械连接机件F上。
MPA-B壳体内双转子电机M1-M2、传动执行机构Q1-Q3和包括转速传感器P在内的各类传感器所有电力电子器机件，均通过安装于壳体上的电路接口G，与外界其它模块进行电功率与电信号传递交换。
所述ITB-C动力传动系统，除有公知无级自动变速器CVT全部功能外，还兼有常规ISG的全部功能。
其余电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS四个子模块构成形式、功能均与ITA-C中相应系统相同。
作为本发明的第六种实施方式，集成式混合动力驱动器IDB-H动力传动系统，是在ITB-C构型基础上，增加作为能源系统的高压动力蓄电池组，并通过电线枢及连接器件，电连接转换器D-D或/与升压转换器，一方面连接D-A，将高压直流电源能量转为交流电，通过电路接口G供给双转子电机运行，另一方面提供常用低压蓄电池组直流能源，供低压车载电器、电动助力转向EPS及其电控单元EPSECU使用；电控单元EPSECU通过CAN总线与HVECU电连接，以互传工作信息与指令。
空调变频器一端通过连接A-D、D-D和高压动力蓄电池组，获取由直流高压转换成的合适交流电压，驱动空调变频器电机带动空调运转，另一端则连接HVECU，以反馈工作信号。
从太阳光线获取能量作为辅助能源的光伏电池，经过BMS为蓄电池组充电；也可经过D-D或/与D-A，为直流或交流电力电子器机件提供能源驱动运转。
其中，MPA-B与其余三个子模块的连接方式与ITA-H中MPA-A相同。
IDB-H可以单独驱动车辆作纯电动行驶，或高压动力蓄电池组与发动机动力耦合，驱动车辆做混合动力行驶，完成包括ITB-C方案在内所有预设的无级自动变速变矩、ISG、发动机驱动、纯电驱动和混合动力驱动多种工作模式。
作为本发明的第七种实施方式，集成式插电混合动力驱动器IDB-P动力传动系统，是在ITB-H构型基础上，增加作为能从外电网获取电能的车载充电器及带线插头，它与高压动力蓄电池组和BMS相连，并将其工作信号传递给HVECU予以充电状态控制；在高压动力蓄电池组储能低于预设SOC值时，可驻车由车载充电器及带线插头从外电网为高压动力蓄电池组充电；亦可启动发动机，驻车为高压动力蓄电池组充电，还可直接/间接驱动汽车边行驶边充电。
IDB-P方案除具有IDB-H方案全部功能外，还能从外电网直接获取电能。
作为本发明的第八种实施方式，集成式增程电动驱动器IDBE-R动力传动系统，是在IDB-P构型基础上，发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，通过机械连接传动执行机构Q1，机械连接机件H或/与K，或不通过传动执行机构Q1，直接由机械连接机件H或K，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S三元件之一；又由其三元件机械连接机件U或/与E或/与J中的二元机件组合,通过/不通过传动执行机构Q2，机械连接输出机件A或/与B，将功率传递给单/多个双转子电机第一转子M1或/与第二转子M2，并经第一转子M1与第二转子M2间的电磁作用，将发动机功率全部或部分转化成电磁功率后再输出机械功率；对于FF驱动型式，与第一转子M1机械连接机件D或第二转子M2机械连接机件F，经/不经传动执行机构Q3,将功率由主减速器及差速器I0传递到驱动车轮W；对于FR驱动型式，则将功率经/不经传动执行机构Q3由其中的一个转子直接输出。
对于发动机通过双转子电机M1-M2有部分功率转化成转差功率发电，则由与第一转子M1电连接的电路接口G通过A-D、D-D输出给高压动力蓄电池组充电；另外，车辆驻车时，可通过车载充电器及带线插头，从外电网为高压动力蓄电池组充电。
IDBE-R方案具有IDB-P方案的绝大部分功能，与其不同的是：
通常工况，车辆仅依靠高压动力蓄电池组驱动双转子电机M-M2作纯电动行驶，只当高压动力蓄电池组电量消耗殆尽时，才能启动发动机，并通过成对选用与机械连接机件A相连的第一转子M1,与机械连接机件F相连的第二转子M2间，或机械连接机件B相连的第二转子M2,与机械连接机件D相连的第一转子M1间的电磁功率转化成机械功率后，间接驱动车辆继续作纯电动行驶而不能直接机械驱动车辆行驶；传动执行机构Q2/Q3不能将机件A与B，或机件D与F同时进行机械固接。
只有在极特殊工况下，才允许设定的HUECU颁发指令，让连接机件A或/与F，亦或连接机件B或/与D参与进来，不经过第一转子M1与第二转子M2间的电磁能量转换，而直接由发动机驱动车辆短暂行驶；另外，亦可在发动机动力系统长期不用恐生故障时，在HVECU与BMS设定程序控制下，启动发动机临时工作以予保护。
作为本发明的一种改进，电路接口G一端与外电路电连接，另一端与双转子电机第一转子M1或第二转子M2的电枢线圈电连接，相对的电机第二转子M2或第一转子M1则为嵌有永磁材料或/与线圈的铁芯。
作为本发明的另一种改进是将高压动力蓄电池组的结构实施细分。为提高高压动力蓄电池组使用寿命，减少其充放电次数，设置小型辅蓄电池组，用以满足经常发生而SOC幅值变化不大且小于设定阈值的电功率需求；只在车辆需要动力蓄电池组大功率充放电且超过设定阈值时，主蓄电池组或/与辅蓄电池组才共同工作；下坡/制动能量再生回收优先向辅蓄电池组充电；对于高压动力蓄电池组的充放电，要经过分线盒。
采用本发明方案，令产品的安全节能减排效果更优，续航里程更长，性价比更高、实用性更强，而且因实现了在一个技术系统平台上兼容多种方案构型，有利于企业产品标准化、系列化、通用化，缩短研发周期，有效降低成本，因而使产品更具市场竞争力。
附图说明
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细描述。
图1是本发明的集成式无级变速器ITA-C方案；
图2是本发明的集成式混合动力驱动器IDA-H方案；
图3是本发明的集成式插电混合动力驱动器IDA-P方案；
图4是本发明的集成式增程电动驱动器IDAE-R方案；
图5是本发明的集成式无级变速器ITB-C方案；
图6是本发明的集成式混合动力驱动器IDB-H方案；
图7是本发明的集成式插电混合动力驱动器IDB-P方案；
图8是本发明的集成式增程电动驱动器IDBE-R方案；
图9是本发明的带辅蓄电池组的高压动力蓄电池组的详细表示。
在图1-9中，最粗实线表示结构机械连接，最粗虚线表示机械连接须成对选用；中粗实线表示实体结构，中粗虚线表示MPA外壳体；中粗双线为CAN总线，细实线表示电信号，箭头表示流向，双向双勾细线表示与CAN总线通讯电连接。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式并不仅限于此。
图1所示集成式无级变速器ITA-C动力传动系统，由电机动力总成MPA-A、电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS四个子模块共同组成。
所述电机动力总成MPA-A子模块包括：发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，或通过机械连接由数个超越离合器、数个有电/电液/电磁控制的离合器、数个有电/电液/电磁控制的制动器组成的传动执行机构Q1，机械连接机件A或/与B，或不经传动执行机构Q1直接通过机械连接机件A或B，将功率传递给带集电环/非接触集电装置的电路接口G的单/多排双转子电机的转子M1-M2；再由与第一转子M1机械连接机件D或/与与第二转子M2机械连接机件F，通过另一组传动执行机构Q2，经机械连接机件K或/与H或/与L，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S,或不经传动执行机构Q2靠机械连接机件D与F，直接机械连接机件K或/与H或/与L中的二个，将功率传递给单/多排行星机构中的二元件；对于FF驱动型式，由单/多排行星机构R-C-S的行星架C或齿圈R，机械连接主减速器及差速器I0将功率输出给车轮W；对于FR驱动型式，则由行星架C或齿圈R将功率直接输出；在单/多排行星机构R-C-S之后，或有传动执行机构Q3与单/多排行星机构输出元机件机械相连，参与执行最后的功率输出功能。
单/多个双转子电机M-M2与单/多排行星机构R-C-S可单独或联合完成变矩-变速或变速-变矩功能。
所述电控系统ECS子模块，是以整车控制器HVECU为核心，以CAN总线通讯协议为媒介，实现各模块/节点间的数据传输，将MPA-AECU、带电子节气门EMS的发动机ECU、能源管理系统BMS、制动防滑控制ECU为辅助节点构成的网络控制系统。
HVECU根据对当前整车加速踏板位置或/与力、制动踏板位置、MPA-AECU档位开关、模式切换状态提供的信息，以及由发动机ICE的ECU、蓄电池组、转速传感器P获取的包括发动机转速、蓄电池组荷电状态SOC及电机第一转子M1与第二转子M2转速差在内的各种实时信号，在对系统信息进行迅速处理后，确定车辆车速工况并发出控制指令，由CAN总线传输给各ECU节点协调工作。
MPA-AECU按驾驶意图和控制策略控制电机M1-M2，对发动机ICE与蓄电池组能量在MPA-A进行最佳动力匹配，在保证动力需求的前提下，进行无级自动变速变矩和ISG功能实现，以达到整车安全、节能、环保最优化目的；MPA-A工作状态信息要通过MPA-AECU---HVECU---CAN总线及时准确反馈给驾驶员。
发动机ICE的ECU依据发动机运转状态和HVECU的控制指令，有效控制电子节气门EMS开度，保证在MAP图最佳经济曲线上最佳工作点运行，并将信息通过CAN总线反馈至HVECU，作为其决策依据，并予不断调整。
制动防滑控制ECU除以制动安全优先原则，按一定比例分配制动力矩外，还可将车辆下坡/制动动能按控制策略再生回收，或储存于蓄电池组中，或反拖发动机制动。
所述能源系统ES子模块，是指由蓄电池组、电线枢及连接器器件构成的能量供应系统；供给如电机M1-M2、传动执行机构Q1-Q3、各种ECU、车载电器、电动助力转向EPS及其电控单元EPSECU、D-D、D-A、A-D电力电子的能量需求；蓄电池组常为低压蓄电池组。
所述能源管理系统BMS子模块，是将能源系统ES能量通过电线枢及连接器件，一方面传递给D-D、D-A，通过电路接口G提供给MPA-A能量支持，另一方面则通过CAN总线，将ES工作状态及SOC信息传递给HVECU，以便按预设控制策略进行判断决策；当车辆下坡/制动工况时，双转子电机再生回收的动能，在防滑制动控制ECU和BMS协调控制下，或经由电路接口G、A-D、D-D，储存于蓄电池组中，或直接或转化为机械功率反拖发动机制动。
MPA-A壳体内双转子电机M1-M2、传动执行机构Q1-Q3和包括转速传感器P在内的各类传感器所有电力电子器件，均通过安装于壳体上的电路接口G，与外界其它模块进行电功率与电信号传递交换。
所述ITA-C动力传动系统，除有公知无级自动变速器CVT全部功能外，还兼有常规ISG的全部功能。
图2所示集成式混合动力驱动器IDA-H动力传动系统，是在ITA-C构型基础上，增加作为能源系统的高压动力蓄电池组，并通过电线枢及连接器件，电连接转换器D-D或/与升压转换器，一方面连接D-A，将高压直流电源能量转为交流电，通过电路接口G供给双转子电机运行，另一方面提供常用低压蓄电池组直流能源，供低压车载电器、电动助力转向EPS及其电控单元EPSECU使用；EPSECU通过CAN总线与HVECU电连接，以互传工作信息与指令。
空调变频器一端通过连接A-D、D-D和高压动力蓄电池组，获取由直流高压转换成的合适交流电压，驱动空调变频器电机带动空调运转，另一端则连接HVECU，以反馈工作信号。
从太阳光线获取能量作为辅助能源的光伏电池，经过BMS为蓄电池组充电；也可经过D-D或/与D-A，为直流或交流电力电子器件提供能源驱动运转。
其中，MPA-A与其余三个子模块的连接方式与ITA-C中的MPA-A相同。
IDA-H可以单独驱动车辆作纯电动行驶，或高压动力蓄电池组与发动机动力耦合，驱动车辆做混合动力行驶，完成包括ITA-C方案在内所有预设的无级自动变速变矩、ISG、发动机驱动、纯电驱动和混合动力驱动多种工作模式。
图3所示集成式插电混合动力驱动器IDA-P动力传动系统，是在ITA-H构型基础上，增加作为能从外电网获取电能的车载充电器及带线插头，与高压动力蓄电池组和BMS相连，并将其工作信号传递给HVECU予以充电状态控制；在高压动力蓄电池组储能低于预设SOC值时，可驻车由车载充电器及带线插头从外电网为高压动力蓄电池组充电；亦可启动发动机，驻车为高压动力蓄电池组充电，还可直接/间接驱动汽车边行驶边充电；
IDA-P方案除具有IDA-H方案全部功能外，还能从外电网直接获取电能。
图4所示集成式增程电动驱动器IDAE-R动力传动系统，是在IDA-P构型基础上，发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，或通过机械连接由数个超越离合器、数个有电/电液/电磁控制的离合器、数个有电/电液/电磁控制的制动器组成的传动执行机构Q1，机械连接机件A或/与B，或不通过传动执行机构Q1，直接机械连接机件A或B，将功率传递给带集电环/非接触集电装置的电路接口G的单/多排双转子电机第一转子M1或第二转子M2；再经过二个转子M1与M2间的电磁功率转化，将发动机全部或部分功率，变成第二转子M2机械连接机件F或第一转子M1机械连接机件D的机械功率，传递给后续的传动执行机构Q2，并从机械连接机件K或/与H或/与L之一，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S，亦或不经过传动执行机构Q2直接将功率传递给单/多排行星机构R-C-S的某一元机件；对于FF驱动型式，由行星架C或齿圈R，再经主减速器及差速器I0,把功率传递到驱动车轮W；对于FR驱动型式，则由行星架C或齿圈R直接将功率输出；在单/多排行星机构R-C-S之后，或有传动执行机构Q3与单/多排行星机构输出元机件机械相连，参与执行最后的功率输出。
对于发动机通过双转子电机M1-M2有部分功率转化成转差功率发电，则由与第一转子M1电连接的电路接口G通过A-D、D-D输出给高压动力蓄电池组充电；另外，车辆驻车时，可通过车载充电器及带线插头，从外电网为高压动力蓄电池组充电。
IDAE-R方案具有IDA-P方案的绝大部分功能，与其不同的是：
通常工况，车辆仅依靠高压动力蓄电池组驱动双转子电机M-M2作纯电动行驶，只当高压动力蓄电池组电量消耗殆尽时，才能启动发动机，并通过成对选用与机械连接机件B相连的第二转子M2,与机械连接机件D相连的第一转子M1间，或机械连接机件A相连的第一转子M1,与机械连接机件F相连的第二转子M2间的电磁功率转化成机械功率后，间接驱动车辆继续作纯电动行驶而不能直接机械驱动车辆行驶；传动执行机构Q1/Q2不能将连接机件A与B，或连接机件D与F同时进行机械固接。
只有在极特殊工况下，才允许设定的HUECU颁发指令，让连接机件A或/与F，亦或连接机件B或/与D参与进来，不经过第一转子M1与第二转子M2间的电磁能量转换，而直接由发动机驱动车辆短暂行驶；另外，亦可在发动机动力系统长期不用恐生故障时，在HVECU与BMS设定程序控制下，启动发动机临时工作以予保护。
不同的MPA与电控系统ECS、能源系统ES及管理系统EMS模块组合，构成多方案集成式变速器ITA/BIntegratedTransmissionA/B和集成式驱动器IDA/BIntegratedDriveA/B。
图5所示集成式无级变速器ITB-C动力传动系统，由电机动力总成MPA-B、电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS四个子模块共同组成。
所述电机动力总成MPA-B子模块包括：发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，或通过机械连接由数个超越离合器、数个有电/电液/电磁控制的离合器、数个有电/电液/电磁控制的制动器组成的传动执行机构Q1，机械连接机件K或/与H，亦或不通过传动执行机构Q1，直接机械连接机件K或H，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S三元机件中的一个元机件；
再通过其三元机件中的二个元机件，机械连接机件U或/与E或/与J中的二机件组合,再继续机械连接传动执行机构Q2,或不通过传动执行机构Q2,直接由三元机件中的二个元件，机械连接二输出机件A或/与B，将功率分别传递给双转子电机M1-M2的转子，由与第一转子M1机械连接机件D或第二转子M2机械连接机件F,或再机械连接传动执行机构Q3；
对于FF驱动型式，还须将功率经主减速器及差速器I0传递到驱动车轮W，对于FR驱动型式，则由传动执行机构Q3直接将功率输出，亦或不经过传动执行机构Q3，由机械连接机件D或机械连接机件F之一，对于FF驱动型式，再将功率经主减速器及差速器I0传递到驱动车轮W，对于FR驱动型式，则直接将功率输出；
二个转差传感器P分别安装在电机第二转子M2之前机械连接机件B、第一转子M1之后机械连接机件D上，或分别安装在电机第一转子M1之前机械连接机件A和第二转子M2之后机械连接机件F上。
MPA-B壳体内双转子电机M1-M2、传动执行机构Q1-Q3和包括转速传感器P在内的各类传感器所有电力电子器机件，均通过安装于壳体上的电路接口G，与外界其它模块进行电功率与电信号传递交换。
所述ITB-C动力传动系统，除有公知无级自动变速器CVT全部功能外，还兼有常规ISG的全部功能。
其余电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS四个子模块构成形式、功能均与ITA-C中相应系统相同。
图6所示集成式混合动力驱动器IDB-H动力传动系统，是在ITB-C构型基础上，增加作为能源系统的高压动力蓄电池组，并通过电线枢及连接器件，电连接转换器D-D或/与升压转换器，一方面连接D-A，将高压直流电源能量转为交流电，通过电路接口G供给双转子电机运行，另一方面提供常用低压蓄电池组直流能源，供低压车载电器、电动助力转向EPS及其电控单元EPSECU使用；电控单元EPSECU通过CAN总线与HVECU电连接，以互传工作信息与指令。
空调变频器一端通过连接A-D、D-D和高压动力蓄电池组，获取由直流高压转换成的合适交流电压，驱动空调变频器电机带动空调运转，另一端则连接HVECU，以反馈工作信号。
从太阳光线获取能量作为辅助能源的光伏电池，经过BMS为蓄电池组充电；也可经过D-D或/与D-A，为直流或交流电力电子器机件提供能源驱动运转。
其中，MPA-B与其余三个子模块的连接方式与ITA-H中MPA-A相同。
IDB-H可以单独驱动车辆作纯电动行驶，或高压动力蓄电池组与发动机动力耦合，驱动车辆做混合动力行驶，完成包括ITB-C方案在内所有预设的无级自动变速变矩、ISG、发动机驱动、纯电驱动和混合动力驱动多种工作模式。
图7所示集成式插电混合动力驱动器IDB-P动力传动系统，是在ITB-H构型基础上，增加作为能从外电网获取电能的车载充电器及带线插头，它与高压动力蓄电池组和BMS相连，并将其工作信号传递给HVECU予以充电状态控制；在高压动力蓄电池组储能低于预设SOC值时，可驻车由车载充电器及带线插头从外电网为高压动力蓄电池组充电；亦可启动发动机，驻车为高压动力蓄电池组充电，还可直接/间接驱动汽车边行驶边充电。
IDB-P方案除具有IDB-H方案全部功能外，还能从外电网直接获取电能。
图8所示集成式增程电动驱动器IDBE-R动力传动系统，是在IDB-P构型基础上，发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，通过机械连接传动执行机构Q1，机械连接机件H或/与K，或不通过传动执行机构Q1，直接由机械连接机件H或K，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S三元件之一；又由其三元件机械连接机件U或/与E或/与J中的二元机件组合,通过/不通过传动执行机构Q2，机械连接输出机件A或/与B，将功率传递给单/多个双转子电机第一转子M1或/与第二转子M2，并经第一转子M1与第二转子M2间的电磁作用，将发动机功率全部或部分转化成电磁功率后再输出机械功率；对于FF驱动型式，与第一转子M1机械连接机件D或第二转子M2机械连接机件F，经/不经传动执行机构Q3,将功率由主减速器及差速器I0传递到驱动车轮W；对于FR驱动型式，则将功率经/不经传动执行机构Q3由其中的一个转子直接输出。
对于发动机通过双转子电机M1-M2有部分功率转化成转差功率发电，则由与第一转子M1电连接的电路接口G通过A-D、D-D输出给高压动力蓄电池组充电；另外，车辆驻车时，可通过车载充电器及带线插头，从外电网为高压动力蓄电池组充电。
IDBE-R方案具有IDB-P方案的绝大部分功能，与其不同的是：
通常工况，车辆仅依靠高压动力蓄电池组驱动双转子电机M-M2作纯电动行驶，只当高压动力蓄电池组电量消耗殆尽时，才能启动发动机，并通过成对选用与机械连接机件A相连的第一转子M1,与机械连接机件F相连的第二转子M2间，或机械连接机件B相连的第二转子M2,与机械连接机件D相连的第一转子M1间的电磁功率转化成机械功率后，间接驱动车辆继续作纯电动行驶而不能直接机械驱动车辆行驶；传动执行机构Q2/Q3不能将机件A与B，或机件D与F同时进行机械固接。
只有在极特殊工况下，才允许设定的HUECU颁发指令，让连接机件A或/与F，亦或连接机件B或/与D参与进来，不经过第一转子M1与第二转子M2间的电磁能量转换，而直接由发动机驱动车辆短暂行驶；另外，亦可在发动机动力系统长期不用恐生故障时，在HVECU与BMS设定程序控制下，启动发动机临时工作以予保护。
在本发明的图1-8实施例中，电路接口G一端与外电路电连接，另一端与双转子电机第一转子M1或第二转子M2的电枢线圈电连接，相对的电机第二转子M2或第一转子M1则为嵌有永磁材料或/与线圈的铁芯。
图9所示为高压动力蓄电池组的细分结构。为提高高压动力蓄电池组使用寿命，减少其充放电次数，设置小型辅蓄电池组，用以满足经常发生而SOC幅值变化不大且小于设定阈值的电功率需求；只在车辆需要动力蓄电池组大功率充放电且超过设定阈值时，主蓄电池组或/与辅蓄电池组才共同工作；下坡/制动能量再生回收优先向辅蓄电池组充电；对于高压动力蓄电池组的充放电，要经过分线盒。

Claims (6)

1.一种混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统，它包括：
一端固接在发动机缸体上的电机动力总成MPA：包括扭转减振器N、由数个超越离合器、数个有电控制的离合器、数个有电控制的制动器组成的传动执行机构Q、包括测量双转子电机两转子转速的转速传感器P的各类传感器，
包括整车控制器HVECU在内的各类电控单元ECU及CAN总线，蓄电池组，包括带分线盒的能源管理系统BMS，转换器D-D，升压转换器，逆变器A-D/D-A，带集电环/非接触集电装置的电路接口，电线枢及连接器件，车载电器，空调及空调变频器，电动助力转向EPS及其电控单元ECU，车载充电器及带线插头，光伏电池；
其特征在于：集成式无级变速器ITA-C动力传动系统，由电机动力总成MPA-A、电控系统ECS、能源系统ES及其管理系统BMS四个子模块共同组成；
所述电机动力总成MPA-A子模块包括：发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，或通过机械连接由数个超越离合器、数个有电控制的离合器、数个有电控制的制动器组成的传动执行机构Q1，机械连接机件A或/与B，或不经传动执行机构Q1直接通过机械连接机件A或B，将功率传递给带集电环/非接触集电装置的电路接口G的单/多个双转子电机的转子M1-M2；
再由与第一转子M1机械连接机件D或/与与第二转子M2机械连接机件F，通过另一组传动执行机构Q2，经机械连接机件K或/与H或/与L，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S,或不经传动执行机构Q2靠机械连接机件D与F，直接机械连接机件K或/与H或/与L中的二个，将功率传递给单/多排行星机构中的二元件；
对于FF驱动型式，由单/多排行星机构R-C-S的行星架C或齿圈R，机械连接主减速器及差速器I0将功率输出给车轮W，对于FR驱动型式，则由行星架C或齿圈R将功率直接输出，在单/多排行星机构R-C-S之后，设有传动执行机构Q3与单/多排行星机构输出元机件机械相连，参与执行最后的功率输出功能；或者不设传动执行机构Q3，单/多排行星机构输出元机件，参与执行最后的功率输出功能；
单/多个双转子电机M1-M2与单/多排行星机构R-C-S可单独或联合完成变矩-变速或变速-变矩功能；
所述电控系统ECS子模块，是以整车控制器HVECU为核心，以CAN总线通讯协议为媒介，实现各模块/节点间的数据传输，将MPA-AECU、带电子节气门的发动机ECU、能源管理系统BMS、制动防滑控制ECU为辅助节点构成的网络控制系统；
HVECU根据对当前整车加速踏板位置或/与力、制动踏板位置、MPA-AECU档位开关、模式切换状态提供的信息，以及由发动机ICE的ECU、蓄电池组、转速传感器P获取的包括发动机转速、蓄电池组荷电状态SOC及双转子电机第一转子M1与第二转子M2转速差在内的各种实时信号，在对系统信息进行迅速处理后，确定车辆车速工况并发出控制指令，由CAN总线传输给各ECU节点协调工作；
MPA-AECU按驾驶意图和控制策略控制双转子电机M1-M2，对发动机ICE与蓄电池组能量在MPA-A进行最佳动力匹配，在保证动力需求的前提下，进行无级自动变速变矩和ISG功能实现，以达到整车安全、节能、环保最优化目的；MPA-A工作状态信息要通过MPA-AECU---HVECU---CAN总线及时准确反馈给驾驶员；
发动机ICE的ECU依据发动机运转状态和HVECU的控制指令，有效控制电子节气门开度，保证在发动机MAP图最佳经济曲线上最佳工作点运行，并将信息通过CAN总线反馈至HVECU，作为其决策依据，并予不断调整；
制动防滑控制ECU除以制动安全优先原则，按一定比例分配制动力矩外，还可将车辆下坡/制动动能按控制策略再生回收，或储存于蓄电池组中，或反拖发动机制动；
所述能源系统ES子模块，是指由蓄电池组、电线枢及连接器器件构成的能量供应系统；供给双转子电机M1-M2、传动执行机构Q1-Q3、各种ECU、车载电器、电动助力转向EPS及其电控单元ECU、D-D、D-A、A-D电力电子的能量需求，蓄电池组为低压蓄电池组；
所述能源管理系统BMS子模块，是将能源系统ES能量通过电线枢及连接器件，一方面传递给D-D、D-A，通过电路接口G提供给MPA-A能量支持，另一方面则通过CAN总线，将ES工作状态及SOC信息传递给HVECU，以便按预设控制策略进行判断决策；当车辆下坡/制动工况时，双转子电机再生回收的动能，在防滑制动控制ECU和BMS协调控制下，或经由电路接口G、A-D、D-D，储存于蓄电池组中，或直接或转化为机械功率反拖发动机制动；
MPA-A壳体内双转子电机M1-M2、传动执行机构Q1-Q3和包括转速传感器P在内的各类传感器所有电力电子器件，均通过安装于壳体上的电路接口G，与外界其它模块进行电功率与电信号传递交换；
所述ITA-C动力传动系统，除有公知无级自动变速器CVT全部功能外，还兼有常规ISG的全部功能。
2.根据权利要求1所述混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统，其特征在于：集成式混合动力驱动器IDA-H动力传动系统，是在ITA-C构型基础上，增加作为能源系统的高压动力蓄电池组，并通过电线枢及连接器件，用电连接转换器D-D或/与升压转换器，一方面连接D-A，将高压直流电源能量转为交流电，通过电路接口G供给双转子电机运行，另一方面提供常用低压蓄电池组直流能源，供低压车载电器、电动助力转向EPS及其电控单元ECU使用；电动助力转向EPS及其电控单元ECU通过CAN总线与HVECU电连接，以互传工作信息与指令；
空调变频器一端通过连接A-D、D-D和高压动力蓄电池组，获取由直流高压转换成的合适交流电压，驱动空调变频器电动机带动空调运转，另一端则连接HVECU，以反馈工作信号；
从太阳光线获取能量作为辅助能源的光伏电池，经过BMS为蓄电池组充电；也可经过D-D或/与D-A，为直流或交流电力电子器件提供能源驱动运转；
其中，MPA-A与其余三个子模块的连接方式与ITA-C中的MPA-A相同；
IDA-H可以单独驱动车辆作纯电动行驶，或高压动力蓄电池组与发动机动力耦合，驱动车辆做混合动力行驶，完成包括ITA-C方案在内所有预设的无级自动变速变矩、ISG、发动机驱动、纯电驱动和混合动力驱动多种工作模式。
3.根据权利要求2所述混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统，其特征在于：集成式插电混合动力驱动器IDA-P动力传动系统，是在IDA-H构型基础上，增加作为能从外电网获取电能的车载充电器及带线插头，与高压动力蓄电池组和BMS相连，并将其工作信号传递给HVECU予以充电状态控制；在高压动力蓄电池组储能低于预设SOC值时，可驻车由车载充电器及带线插头从外电网为高压动力蓄电池组充电；亦可启动发动机，驻车为高压动力蓄电池组充电，还可直接/间接驱动汽车边行驶边充电；
IDA-P方案除具有IDA-H方案全部功能外，还能从外电网直接获取电能。
4.根据权利要求3所述混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统，其特征在于：集成式增程电动驱动器IDAE-R动力传动系统，是在IDA-P构型基础上，发动机ICE曲轴通过其上的扭转减振器N，或通过机械连接由数个超越离合器、数个有电控制的离合器、数个有电控制的制动器组成的传动执行机构Q1，机械连接机件A或/与B，或不通过传动执行机构Q1，直接机械连接机件A或B，将功率传递给带集电环/非接触集电装置的电路接口G的单/多个双转子电机第一转子M1或第二转子M2；再经过二个转子M1与M2间的电磁功率转化，将发动机全部或部分功率，变成第二转子M2机械连接机件F或第一转子M1机械连接机件D的机械功率，传递给后续的传动执行机构Q2，并从机械连接机件K或/与H或/与L之一，将功率传递给单/多排行星机构R-C-S，亦或不经过传动执行机构Q2直接将功率传递给单/多排行星机构R-C-S的某一元机件；对于FF驱动型式，由行星架C或齿圈R，再经主减速器及差速器I0,把功率传递到驱动车轮W；对于FR驱动型式，则由行星架C或齿圈R直接将功率输出；在单/多排行星机构R-C-S之后，设有传动执行机构Q3与单/多排行星机构输出元机件机械相连，参与执行最后的功率输出功能；或者不设传动执行机构Q3，单/多排行星机构输出元机件，参与执行最后的功率输出功能；
对于发动机通过双转子电机M1-M2有部分功率转化成转差功率发电，则由与第一转子M1电连接的电路接口G通过A-D、D-D输出给高压动力蓄电池组充电；另外，车辆驻车时，可通过车载充电器及带线插头，从外电网为高压动力蓄电池组充电；
IDAE-R方案具有IDA-P方案的绝大部分功能，与其不同的是：
通常工况，车辆仅依靠高压动力蓄电池组驱动双转子电机M1-M2作纯电动行驶，只当高压动力蓄电池组电量消耗殆尽时，才能启动发动机，并通过成对选用与机械连接机件B相连的第二转子M2,与机械连接机件D相连的第一转子M1间，或机械连接机件A相连的第一转子M1,与机械连接机件F相连的第二转子M2间的电磁功率转化成机械功率后，间接驱动车辆继续作纯电动行驶而不直接机械驱动车辆行驶；传动执行机构Q1/Q2不能将连接机件A与B，或连接机件D与F同时进行机械固接；
只有在极特殊工况下，才允许设定的HVECU颁发指令，让连接机件A或/与F，亦或连接机件B或/与D参与进来，不经过第一转子M1与第二转子M2间的电磁能量转换，而直接由发动机驱动车辆短暂行驶；另外，亦可在发动机动力系统长期不用恐生故障时，在HVECU与BMS设定程序控制下，启动发动机临时工作以予保护。
5.根据权利要求1至4中任何一项所述混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统，其特征在于：电路接口G一端与外电路电连接，另一端与双转子电机第一转子M1或第二转子M2的电枢线圈电连接，相对应双转子电机第二转子M2或第一转子M1则为嵌有永磁材料或/与线圈的铁芯。
6.根据权利要求1至4中任何一项所述混合动力汽车集成式变速驱动装置与电控能源及管理系统，其特征在于：为提高高压动力蓄电池组使用寿命，减少其充放电次数，设置小型辅蓄电池组，用以满足经常发生而SOC幅值变化不大且小于设定阈值的电功率需求；只在车辆需要动力蓄电池组大功率充放电且超过设定阈值时，主蓄电池组才与辅蓄电池组共同工作；下坡/制动能量再生回收优先向辅蓄电池组充电；对于高压动力蓄电池组的充放电，要经过分线盒。
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