CN102874089A

CN102874089A - 单电机混合动力驱动系统

Info

Publication number: CN102874089A
Application number: CN2012103774306A
Authority: CN
Inventors: 朱春浩; 静占国
Original assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Current assignee: Tianjin Santroll Electric Automobile Technology Co Ltd
Priority date: 2012-09-29
Filing date: 2012-09-29
Publication date: 2013-01-16

Abstract

本发明涉及一种单电机混合动力驱动系统，包括发动机，电动机，行星齿轮构件以及储能装置；还包括第一离合装置，设置于所述发动机输出轴与所述齿圈之间；第二离合装置，设置于所述发动机输出轴与所述太阳轮之间；第三离合装置，设置于所述齿圈与车体固定部件之间；第四离合装置，设置于所述电动机转子与车体固定部件之间。该混合动力驱动系统通过发动机、行星齿轮、电动机及四个离合装置的配合，具有多种工作模式，能够在提高发动机效率的同时，简化系统，节约制造成本，减小系统体积，预示着混合动力系统的发展方向。

Description

单电机混合动力驱动系统

技术领域

本发明涉及一种单电机混合动力驱动系统，属于新能源汽车驱动领域。

背景技术

混合动力汽车等新能源汽车一般是将发动机和电动机两种动力混合起来，按照一定的控制策略进行转速和转矩耦合，再最终输出给车轮，其利用了电机的动力特性弥补了发动机动力特性的不足，使发动机工作在更好的效率区间，同时可以回收制动能量，故而节能减排。

现有混合动力驱动系统多使用发动机与两个电机的组合，两个电机中有一个起到发动机的启动电机兼发电机的作用，另一个起到驱动电动机的作用，两电机都与一储能装置相连接，车辆启动或低速时一般由电动机从储能装置获取电能，用以驱动车辆；当行驶到一定的速度，由启动电机拖动发动机参与工作，此时该启动电机会视情况调速或发电，用以平衡发动机的能量输出，提高能量利用率。现有混合动力系统架构已经发展相当成熟，基本能够达到混合动力车正常驱动车辆和节省能源的目的。但是人们在对混合动力驱动系统不断的改进中提出更高的要求，上述架构中两电机只有在极少数的时间里是同时工作，大多数时间两电机中有一个电机闲置，这样造成了资源的闲置浪费，另外电机的制造成本、对系统稳定性的影响以及系统噪声等都会降低混合动力系统的经济性和舒适度。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中的缺点，提供一种离合器与行星齿轮配合，将发动机与电动机工作联合起来的单电机混合动力驱动装置，能够在提高发动机效率的同时，简化系统，节约制造成本，减小系统体积，预示着混合动力系统的发展方向。

本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案是：

一种单电机混合动力驱动系统，包括发动机，其具有一输出轴；电动机，具有转子和定子；行星齿轮构件以及储能装置；所述行星齿轮构件包括齿圈、太阳轮及行星架，所述齿圈与所述发动机输出轴相连，所述太阳轮与所述电动机转子轴相连，所述行星架与车轮驱动轴相连接；所述储能装置与所述电动机连接；其特征在于：所述混合动力驱动装置中还包括第一离合装置，设置于所述发动机输出轴与所述齿圈之间，所述发动机输出轴与所述齿圈通过所述第一离合器接合或者分开；和第二离合装置，设置于所述发动机输出轴与所述太阳轮之间，所述发动机输出轴与所述太阳轮之间通过所述第二离合装置接合或者分开；和第三离合装置，设置于所述齿圈与车体固定部件之间，所述齿圈与通过所述第三离合装置固定不动或者不固定；和第四离合装置，设置于所述电动机转子与车体固定部件之间，所述电动机转子通过所述第四离合装置固定不动或者不固定。

作为本发明的一个方面，所述第一离合装置、第二离合装置、第三离合装置设置于同一旋转中心线上，所述旋转中心线与所述发动机的输出轴在同一直线上。这样的设置方式有利于进一步节省车内空间，而且同心设置的三个离合装置可以做成组件，更利于系统的控制和维护。

为了便于动力传输，所述行星齿轮机构的行星架与车轮驱动轴之间设置有传动齿轮。

本系统中还可以包括一控制系统，所述第一离合装置、第二离合装置、第三离合装置、第四离合装置与所述控制系统电相连。

优选地，所述第一离合装置与第二离合器可以是片式离合器，尤其是多片湿式离合器。

优选地，所述第三离合装置和第四离合装置可以是片式离合器或者带式制动器；

本发明中所述储能装置可以是蓄电池组或者超级电容。

在本发明述结构基础上，进一步还包括一个锁止装置，设置于所述行星架与车体固定部件之间，用于锁止行星架。

本发明克服了现有混合动力耦合装置的不足，其有益效果在于：

1）驱动系统中只有一个电机，克服传统系统中两电机资源闲置浪费的缺点；

2）使用离合器和一套行星齿轮代替传统系统中的变速箱和电动机减速齿轮，提高传动效率；

3）系统占用空间小，控制系统简单，制造成本低；

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中

图1是本发明混合动力驱动装置结构示意图。

图2是本发明混合动力驱动装置纯电动模式示意图。

图3是本发明混合动力驱动装置并联模式一示意图。

图4是本发明混合动力驱动装置并联模式二示意图。

图5是本发明混合动力驱动装置并联模式三示意图。

图6是本发明混合动力驱动装置发动机直接驱动模式示意图。

图7是本发明混合动力驱动装置驻车发电示意图。

其中，10是发动机，20是行星齿轮构件，21是齿圈，22是太阳轮，23是行星架，30是电动机，40是储能装置，50是传动齿轮，60是车轮驱动轴，70是锁止装置， C1是第一离合装置，C2是第二离合装置，C3是第三离合装置，C4是第四离合装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

为了使附图简明清晰，储能装置40在图2~7中未标示，但不意味的图2~7中所述模式中不包含储能装置；图2~7中只标记了各模式下系统的作用部件。

行星齿轮构件20包括齿圈21、太阳轮22及行星架23，其中，齿圈21与发动机10输出轴相连，太阳轮22与电动机30转子轴相连，行星架23与车轮驱动轴60相连；储能装置40与电动机30相连；

第一离合装置C1设置于发动机10与齿圈21之间，发动机10输出轴与齿圈21通过第一离合器C1接合或者分开；第二离合装置C2设置于发动机10与太阳轮22之间，发动机10输出轴与太阳轮22之间通过第二离合装置C2接合或者分开；第三离合装置C3设置于所述齿圈21与车体固定部件之间，所述齿圈21与通过所述第三离合装置C3固定不动或者不固定；和第四离合装置C4，设置于所述电动机30转子与车体固定部件之间，所述电动机转子30通过所述第四离合装置C4固定不动或者不固定。第一离合装置C1、第二离合装置C2、第三离合装置C3、第四离合装置C4与一控制系统电相连。

其中，图1是本发明混合动力驱动装置第一实施例示意图。本实施例中第一离合装置C1、第二离合装置C2、第三离合装置C3设置于同一旋转中心线上，该旋转中心线与发动机10的输出轴在同一直线上，这样的设置方式有利于进一步节省车内空间，而且同心设置的三个离合装置可以做成组件，更利于系统的控制和维护。

为了便于动力传输，所述行星齿轮机构的行星架23与车轮驱动轴60之间设置有传动齿轮50。

另外，进一步改进，还可以在行星架23与车体固定装置之间设置锁止装置70，用于方便车辆储能装置40不足时，使用发动机10驻车发电使用，使本系统的工作模式进一步增加。

本驱动系统中各离合装置通过控制系统控制状态。各电机控制器根据需要控制电机作为发电机发电或作为电动机驱动车辆。油门踏板处安装有踏板深度传感器，系统通过检测油门踏板深度，控制各离合器状态，选择相应工作模式。

下面参照图2至图7对本发明的混合动力驱动系统的工作方式进行详细描述。本发明所述混合动力驱动装置具有如下四种工作方式：

一、纯电动模式

发动机不启动，第一离合装置Ｃ1、第二离合装置Ｃ2、第三离合装置Ｃ3、第四离合装置Ｃ4分开，由电动机30驱动车辆，如图2所示的纯电动模式；纯电动模式可以用于车辆起步、低速行驶（低于设定的第一预定车速）或制动能量回收状态。

二、并联模式一

发动机启动，离合装置C1、C4打开， C2、C3接合，如图3所示。由发动机驱动车辆，太阳轮22输入，行星架23输出，电动机30与发动机10转矩耦合。该模式适用于本混合动力系统由静止启动或爬坡工况下，或者任一模式下储能装置电量不足需要充电时，可以进入该模式进行行车发电。当需要上坡或负载加速时，电动机30为发动机提供助力转矩，这样保证车辆具有强劲动力的同时使发动机稳定地工作在燃油经济区。

三、并联模式二

发动机启动，第一离合装置C1闭合，第二离合装置C2、第三离合装置C3、第四离合装置C4分开，如图4所示并联模式二。由发动机驱动车辆，齿圈21输入，行星架输出，与并联模式一相比，该模式更加灵活，根据工况需要，电动机30作为无级调速电机，灵活的根据当前的电量和路况，调节车速和发电量，使发动机一直处于高效区，适用于频繁换档的路况。

四、并联模式三

第一离合器C1接合，第二离合装置C2分开，第三离合装置C3分开，第四离合装置C4接合，如图5所示并联模式三。某些工况下，比如车辆比较长时间在同一速度区间内行驶，不需频繁换档，发动机10无需电机30调速就可以工作在高效区，即可进入该模式，齿圈21输入，行星架23输出，太阳轮固定，发动机以固定降速比输出，锁止电机能够减少能量转换环节，进一步提高燃油经济性。

五、发动机直驱模式

第一离合装置Ｃ1及第二离合装置Ｃ2接合，第三离合装置Ｃ3及第四离合装置Ｃ4分开，如图6所示发动机直驱模式。当车辆需高速行驶时，发动机10不需要减速输出即可工作在高速区，此时使发动机10直接驱动即可满足其工作在燃油经济区，则可使用该直驱模式。当车辆处于减速工况下，电动机30作为发电机，将车辆动能回收，转化为电能存储在储能装置40中，用以驱动电动机30。

另外，本系统还可以包括一个锁止装置70，位于行星架23与车体固定件之间，可以使行星架23固定不动。当系统处于上述5个工作模式时，锁止装置皆打开。锁止装置70相当于传统车辆的驻车档，另一个主要作用是可以使系统增加一个驻车发电模式，即当储能装置40电量不足时，可以使用锁止装置70将行星架23锁止，使车轮不动，用发动机10带动电动机30给储能装置40充电，如图7所示。

本发明驱动系统应用于车辆中使用上述方式的过程如下：

一、车辆启动时，发动机不启动，使用纯电动模式启动车辆并进行低速行驶；

二、当车速高于第一设定车速时，根据情况启动发动机，驱动系统进入并联模式一；

三、当车速提高至高于第二设定车速时，驱动系统进入并联模式二；

四、当车辆需较长时间保持一定范围车速，无需换档，比如在高速公路上行驶，驱动系统进入并联模式三；

五、当车速进一步提高至高于第三设定车速，即高速行驶时，驱动系统进入发动机直接驱动模式；

六、当车辆减速或制动，系统进入能量回收模式，此时电动机作发电机，回收制动动能，存储在储能装置中；

七、当储能装置电量不足，需要充电时，系统进入驻车发电模式，给储能装置充电。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种单电机混合动力驱动系统，包括发动机（10），具有输出轴；电动机（30），具有转子和定子；行星齿轮构件（20）以及储能装置（40）；

所述行星齿轮构件包括齿圈（21）、太阳轮（22）及行星架（23），所述齿圈（21）与所述发动机（10）输出轴相连，所述太阳轮（22）与所述电动机（30）转子轴相连，所述行星架（23）与车轮驱动轴（60）相连；

所述储能装置（40）与所述电动机（30）连接；

其特征在于：所述混合动力驱动装置中还包括

第一离合装置（C1），设置于所述发动机（10）输出轴与所述齿圈（21）之间，所述发动机（10）输出轴与所述齿圈（21）通过所述第一离合器（C1）接合或者分开；和

第二离合装置（C2），设置于所述发动机（10）输出轴与所述太阳轮（22）之间，所述发动机（10）输出轴与所述太阳轮（22）之间通过所述第二离合装置（C2）接合或者分开；和

第三离合装置（Ｃ3），设置于所述齿圈（21）与车体固定部件之间，所述齿圈（21）与通过所述第三离合装置（C3）固定不动或者不固定；和

第四离合装置（Ｃ4），设置于所述电动机（30）转子与车体固定部件之间，所述电动机（30）转子通过所述第四离合装置（C4）固定不动或者不固定。

2.根据权利要求1所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一离合装置（C1）、第二离合装置（C2）、第三离合装置（C3）设置于同一旋转中心线上，所述旋转中心线与所述发动机（10）的输出轴在同一直线上。

3.根据权利要求1所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，所述行星齿轮机构的行星架（23）与所述车轮驱动轴（60）设置有传动齿轮（50）。

4.根据权利要求1所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，还包括一控制系统，所述第一离合装置（C1）、第二离合装置（C2）、第三离合装置（C3）、第四离合装置（C4）与所述控制系统电相连。

5.根据权利要求1所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一离合装置（C1）是片式离合器。

6.根据权利要求1所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，所述第二离合装置（C2）是片式离合器。

7.根据权利要求1所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，所述第三离合装置（C3）是片式离合器或者带式制动器。

8.根据权利要求1所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，所述第四离合装置（C4）是片式离合器或者带式制动器。

9.根据权利要求1所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，所述储能装置（4）为蓄电池组或者超级电容。

10.根据权利要求1~9中任意一项所述的单电机混合动力驱动系统，其特征在于，还包括一个锁止装置（70），设置于所述行星架（23）与车体固定装置之间。