CN103192691B - 混合动力四驱汽车驱动系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合动力四驱汽车驱动系统及方法，系统包括电池模块、发动机模块、发电机和变速箱，所述发动机模块通过发电机连接变速箱，所述变速箱通过传动轴和驱动桥驱动汽车前轮，混合动力四驱汽车驱动系统还包括电动机和差速器，所述电池模块分别与发电机和电动机电连接，电动机连接差速器，所述差速器驱动汽车后轮。本系统将汽车制动和下坡时的动力收集转化为电能进行存储，在需要四轮驱动的时候通过存储的电能使电动机工作驱动后轮，节约能源，提高整车经济性。本发明适用于混合动力的四驱汽车。

Description

混合动力四驱汽车驱动系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车动力控制领域，尤其是涉及一种混合动力汽车四驱汽车驱动系统及方法。
背景技术
四驱轿车兼顾了轿车和越野车的特点，具有很强的道路适用性、动力性和安全性，受到消费者的喜爱，其主要优点表现为：
1）提高通过性。由于四轮驱动车辆的四个车轮都传递动力，所以车辆所获得的驱动力是两轮驱动的2倍。且前后轮相互支持，这样大大提高了在湿滑冰雪路面和凹凸不平路面的通过性。
2）提高爬坡性。四轮驱动的车辆可以爬上两轮驱动车辆爬不上去的陡坡。
3）转弯性能极佳。轮胎的附着力与传输至道路的动力大小有密切的关系，随动力的增大，轮胎的转弯力趋向减小。动力减小，转弯力升高，提高湿滑路面与变换车道时的性能。
4)启动和加速性能极佳。四轮驱动的车辆，发动机功率平均传递至所有四个车轮，四个车轮的附着力都可以被有效利用。所以即使猛然将加速踏板踩到底，车轮也不可能空转，从而提高了车辆的启动和加速性能。
5)直线行驶稳定性。由于每个车轮的剩余附着力升高，所以车轮抗外界扰动的能力得到增强。因此常四轮驱动显示出优越的方向稳定性。
新能源应用方面，随着技术的发展，越来越多的汽车采用新能源技术看，目前汽车能源多样化主要可以分为三类：第一、代用发动机技术——用其他动力取代传统的内燃机动力，如电动汽车、太阳能汽车、斯特林发动机等；第二、代用燃料——仍以传统内燃机作为动力，但内燃机上使用其他代用燃料，如压缩天然气CNG、液化石油气LPG、甲醇CH3OH、乙醇C2H5OH、二甲基醚CH3OCH3、合成汽油、合成柴油、氢气H2、生物柴油等；第三、混合动力技术，—采用传统的内燃机和电动等新能源混合使用，可以降低油耗、提高动力性。对于三种新能源模式，目前混合动力技术将是主流，应用范围更广，也是节能技术最成熟的一种方式。
传动技术的四驱采用PTU、传动轴、RDM机械结构传递动力来实现四驱功能，其四驱的控制逻辑采用液压或者电力控制来实现，其机械结构如图1所示。该结构充分利用机械传动的优点，但是对于无合适PTU、在对于布置空间不足、机械无法实现前后轮较大范围内的力矩分配的问题，需要一种新的思路来解决这些问题。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的布置空间不足、力矩分配困难的技术问题，提供一种混合动力四驱汽车驱动系统和方法。
本发明针对上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种混合动力四驱汽车驱动系统，包括电池模块、发动机模块、发电机和变速箱，所述发动机模块通过发电机连接变速箱，所述变速箱通过传动轴和驱动桥驱动汽车前轮，混合动力四驱汽车驱动系统还包括电动机和差速器，所述电池模块分别与发电机和电动机电连接，电动机连接差速器，所述差速器驱动汽车后轮。
作为优选，所述电池模块包括充电电池组和逆变及控制器，所述充电电池组通过逆变及控制器分别与电动机和发电机电连接。
作为优选，所述发动机模块包括发动机和离合器，所述发动机通过离合器连接发电机。
作为优选，所述逆变及控制器连接有路面状况传感器和温度传感器。
作为优选，所述逆变及控制器连接有GPS定位模块和存储有电子地图的存储器。
一种混合动力四驱汽车驱动方法，将汽车制动和下坡时的动力收集转化为电能进行存储，在需要四轮驱动的时候通过存储的电能使电动机工作驱动后轮。
作为优选，当存储的电能消耗完以后，直接通过发电机将发动机的机械能转化为电能驱动电动机，电动机驱动后轮。
作为优选，逆变及控制器通过路面状况传感器检测路面状况，当路面有积水、积雪时，进入四驱模式，其他时候为双驱模式。
作为优选，逆变及控制器通过GPS定位模块判断当前所处的位置，结合存储器中存储的电子地图判断所处位置的道路状况，当为平坦道路时进入双驱模式，其他时候为四驱模式。
本发明中，前轮仍旧完全靠机械能驱动，即设置在离合器和变速箱之间的发电机可以将离合器的机械能直接传递给变速箱，中间不进行其他能量的转化，从而可以保证前轮得到最大的驱动力，避免了转化为其他能量（如电能）再转化到机械能这一过程中巨大的能量损耗。
在车辆制动或者下坡的时候，发电机将多余的机械能转化为电能，存储在电池模块中。这里的发电机可以用制动能量回收系统代替。对车况的判断可以借助刹车传感器（如安装在刹车踏板上的位移传感器）和重力感应器来进行。
逆变及控制器为整个系统的控制中心，其将发电机产生的交流电转换为直流电进行存储，并控制后轮驱动的开启时间。后轮完全由电动机驱动，这样设置在前舱的发动机和后轮的差速器之间没有传递机械能的传动轴，而是通过传递电流的导线连接，对于空间要求降低，力矩分配范围大，逻辑控制准确易控。
路面状况传感器用于判断路面的积水、积雪等情况，在路面较滑时开启四驱模式，而平时只需要使用双驱模式。温度传感器可以检测环境温度作为判断的辅助依据。比如在环境温度低于0摄氏度但是道路没有积水的情况下，如果单纯靠路面状况传感器属于适宜使用双驱模式的情况，但是这种环境一旦路面有积水很可能会结冰，带来一定的安全隐患。借助温度传感器检测到温度低于0摄氏度以后可以预先开启四驱模式，消除安全隐患。
通过GPS定位模块和电子地图也可以确定当前所处位置，并根据所处的位置选择合适的驱动模式。本发明中的电子地图相比传统的电子地图，增加了道路类型的数据项。比如在高速公路、市区道路等路面平坦、行车条件较好的环境下，只需要使用双驱模式，如果在山区道路、乡间土路或者上坡路段，则可以启用四驱模式。对不同的环境启用不同的驱动模式，相比全程使用四驱模式可以节省能源，减少对电动机等部件的损耗，延长车辆的使用寿命；相比全程使用双驱模式可以在必要的时候获得更大的动力、提供更好的驾驶体验，在一些特殊环境下（如雨雪天、山区道路）也具有更好的安全性。
本发明带来的实质性效果是，降低了对布置空间的要求，对制动和下坡时的能量进行收集并重新利用，节省能源，在保证安全性和动力的前提下，提高整车经济性。电机扭矩可和发动机扭矩混合，提高车辆性能，并在给定的车速下使得发动机在最佳燃油经济性范围内。
附图说明
图1是现有四驱车辆的一种传动结构示意图；
图2是本发明的一种传动结构示意图；
图3是本发明的一种控制部分电路结构图；
图中：1、发动机，2、取力器，3、前轮驱动轴，4、变速箱，5、传动轴，6、后置驱动模块，7、后轮驱动轴，8、耦合器，9、离合器，10、发电机，11、逆变及控制器，12、电池组，13、电动机，14、差速器，15、路面状况传感器，16、温度传感器，17、GPS定位模块，18、存储器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：本实施例的一种混合动力四驱汽车驱动系统，如图1所示，包括电池模块、发动机模块、发电机10和变速箱4，发动机模块包括发动机1和离合器9，发动机1通过离合器9连接发电机10，发电机10连接变速箱4，变速箱4通过传动轴和驱动桥驱动汽车前轮，混合动力四驱汽车驱动系统还包括电动机13和差速器14，电池模块包括电池组12和逆变及控制器11，电池组12为充电电池组，充电电池组通过逆变及控制器12分别与电动机13和发电机10电连接，电动机连接差速器14，差速器驱动汽车后轮。
如图2所示，逆变及控制器11还连接有路面状况传感器15、温度传感器16、GPS定位模块17和存储有电子地图的存储器18。
一种混合动力四驱汽车驱动方法，将汽车制动和下坡时的动力收集转化为电能进行存储，在需要四轮驱动的时候通过存储的电能使电动机工作驱动后轮。
当存储的电能消耗完以后，直接通过发电机将发动机的机械能转化为电能驱动电动机，电动机驱动后轮。
逆变及控制器通过路面状况传感器检测路面状况，当路面有积水、积雪时，进入四驱模式，其他时候为双驱模式。
逆变及控制器通过GPS定位模块判断当前所处的位置，结合存储器中存储的电子地图判断所处位置的道路状况，当为平坦道路时进入双驱模式，其他时候为四驱模式。
本实施例中，前轮仍旧完全靠机械能驱动，即设置在离合器和变速箱之间的发电机可以将离合器的机械能直接传递给变速箱，中间不进行其他能量的转化，从而可以保证前轮得到最大的驱动力，避免了转化为其他能量（如电能）再转化到机械能这一过程中巨大的能量损耗。
在车辆制动或者下坡的时候，发电机将多余的机械能转化为电能，存储在电池模块中。这里的发电机可以用制动能量回收系统代替。对车况的判断可以借助刹车传感器（如安装在刹车踏板上的位移传感器）和重力感应器来进行。
逆变及控制器为整个系统的控制中心，其将发电机产生的交流电转换为直流电进行存储，并控制后轮驱动的开启时间。后轮完全由电动机驱动，这样设置在前舱的发动机和后轮的差速器之间没有传递机械能的传动轴，而是通过传递电流的导线连接，对于空间要求降低，力矩分配范围大，逻辑控制准确易控。
路面状况传感器用于判断路面的积水、积雪等情况，在路面较滑时开启四驱模式，而平时只需要使用双驱模式。温度传感器可以检测环境温度作为判断的辅助依据。比如在环境温度低于0摄氏度但是道路没有积水的情况下，如果单纯靠路面状况传感器属于适宜使用双驱模式的情况，但是这种环境一旦路面有积水很可能会结冰，带来一定的安全隐患。借助温度传感器检测到温度低于0摄氏度以后可以预先开启四驱模式，消除安全隐患。
通过GPS定位模块和电子地图也可以确定当前所处位置，并根据所处的位置选择合适的驱动模式。本发明中的电子地图相比传统的电子地图，增加了道路类型的数据项。比如在高速公路、市区道路等路面平坦、行车条件较好的环境下，只需要使用双驱模式，如果在山区道路、乡间土路或者上坡路段，则可以启用四驱模式。对不同的环境启用不同的驱动模式，相比全程使用四驱模式可以节省能源，减少对电动机等部件的损耗，延长车辆的使用寿命；相比全程使用双驱模式可以在必要的时候获得更大的动力、提供更好的驾驶体验，在一些特殊环境下（如雨雪天、山区道路）也具有更好的安全性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了发电机、电池模块等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (5)

1.一种混合动力四驱汽车驱动系统，其特征在于，包括电池模块、发动机模块、发电机和变速箱，所述发动机模块通过发电机连接变速箱，所述变速箱通过传动轴和驱动桥驱动汽车前轮，混合动力四驱汽车驱动系统还包括电动机和差速器，所述电池模块分别与发电机和电动机电连接，电动机连接差速器，所述差速器驱动汽车后轮；
所述电池模块包括充电电池组和逆变及控制器，所述充电电池组通过逆变及控制器分别与电动机和发电机电连接；
所述发动机模块包括发动机和离合器，所述发动机通过离合器连接发电机，所述逆变及控制器连接有路面状况传感器和温度传感器。
2.根据权利要求1所述的混合动力四驱汽车驱动系统，其特征在于，所述逆变及控制器连接有GPS定位模块和存储有电子地图的存储器。
3.一种混合动力四驱汽车驱动方法，其特征在于，将汽车制动和下坡时的动力收集转化为电能进行存储，在需要四轮驱动的时候通过存储的电能使电动机工作驱动后轮；
逆变及控制器通过路面状况传感器检测路面状况，当路面有积水、积雪时，进入四驱模式，温度传感器检测到温度低于0摄氏度以后预先开启四驱模式，其他时候为双驱模式。
4.根据权利要求3所述的混合动力四驱汽车驱动方法，其特征在于，当存储的电能消耗完以后，直接通过发电机将发动机的机械能转化为电能驱动电动机，电动机驱动后轮。
5.根据权利要求3或4所述的混合动力四驱汽车驱动方法，其特征在于，逆变及控制器通过GPS定位模块判断当前所处的位置，结合存储器中存储的电子地图判断所处位置的道路状况，当为平坦道路时进入双驱模式，其他时候为四驱模式。
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