CN103213491A - 新型混合动力系统及其驱动方式 - Google Patents

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张农
朱波
方煜宏
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Abstract

本发明公开了一种新型混合动力系统及其驱动方式，发动机的输出轴与第一电动机之间通过单向离合器连接，所述第一电动机的输出轴与所述变速箱的第一输入轴连接，所述第二电动机的输出轴与所述变速箱的第二输入轴连接，所述变速箱的第一输入轴与变速箱的第二输入轴之间设有电控离合器，所述变速箱内设有至少3档结构，偶数档与奇数档分别设于所述第一输入轴与第二输入轴上，同一输入轴上的各档结构之间通过同步器进行档位切换。通过上述方式，本发明可以实现多种驱动模式，达到节能减排的目的；实现增程式纯电动和插电式混合动力驱动的双重优势，既可以满足城市工况的拥堵纯电动驱动，又可以实现高速工况时的大功率驱动输出。

Description

新型混合动力系统及其驱动方式
技术领域
本发明涉及汽车动力驱动领域，特别是涉及一种新型混合动力系统及其驱动方式。 
背景技术
混合动力驱动系统，以其良好的节油效果被汽车行业作为研究的重点。 
由于混合动力系统是在传统发动机驱动系统基础上通过增加电机来进行驱动和工况调节，从而优化系统运行经济性能，驱动系统结构较为复杂，多工况的模式切换和瞬态控制是实现混合动力驱动的难点。因此如何进行混合动力驱动系统结构设计变得尤为重要，良好的驱动系统耦合结构可以简化系统复杂性和运行难度，增加系统的可实现性。 
当前主流的深度混合动力结构为丰田汽车的Prius和通用汽车的Volt，他们均采用行星齿轮结构，设计巧妙，但是结构较为复杂；其中Volt相比与Prius增加了多个离合器，虽然增加了增程式驱动模式，但是使得系统更为复杂；另一种普遍的中混ISG结构，在发动机与变速箱之间增加驱动电机，虽然结构简单，但是节油率有限，而且由于存在模式切换离合器，使得系统响应的瞬态控制变得复杂。 
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种新型混合动力系统及其驱动方式，能够实现多种驱动模式，即可实现增程式驱动又可以实现插电式混合动力驱动，并获得良好的节油效果。 
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种新型混合动力系统，包括：发动机、第一电动机、第二电动机、变速箱，所述发动机的输出轴与第一电动机之间通过单向离合器连接，所述第一电动机的输出轴与所述变速箱的第一输入轴连接，所述第二电动机的输出轴与所述变速箱的第二输入轴连接，所述变速箱的第一输入轴与变速箱的第二输入轴之间设有电控离合器。 
在本发明一个较佳实施例中，所述变速箱内设有至少3档结构，偶数档与奇数档分别设于所述变速箱的第一输入轴与变速箱的第二输入轴上，同一输入轴上的各档结构之间通过同步器进行档位切换，所述变速箱的输出轴上设有主减速器，所述主减速器与一差速器连接。 
在本发明一个较佳实施例中，所述变速箱内设有4档结构，偶数档2档与4档设于变速箱的第一输入轴上，奇数档1档与3档设于变速箱的第二输入轴上，所述2档与4档之间设有偶数档同步器，1档与3档之间设有奇数档同步器。 
在本发明一个较佳实施例中，所述变速箱内设有5档或6档结构。 
在本发明一个较佳实施例中，所述第一电动机和第二电动机都包括电动模式、发电模式。 
还涉及一种新型混合动力系统的驱动方式，包括： 
纯电动驱动模式，发动机不工作，单电机驱动时，根据电控离合器是否闭合来选择1或3档驱动，或者2或4档驱动；双电机驱动时，若电控离合器分离，则第二电动机和第一电动机分别选择1或3档和2或4档进行驱动，若电控离合器结合，则两个电机以同一速比输出，选择1~4档任一档位；
纯电动倒车模式，发动机和第一电动机不工作，第二电动机3驱动并反转，电控离合器分离，选择1或3档倒车驱动；
纯发动机驱动模式，第一电动机与第二电动机均不工作，发动机工作，电控离合器分离时，选择1或3档驱动，电控离合器结合时，选择2或4档驱动；
混合驱动模式，包括并联混合驱动模式、串联混合驱动模式；
所述并联混合驱动模式是发动机工作，第一电动机与第二电动机分别为电动模式或发电模式辅助驱动，第一电动机与第二电动机辅助驱动方法为单电机驱动或双电机并联驱动；
单电机驱动，当选择第二电动机辅助驱动，电控离合器分离时，发动机与第二电动机不同档位驱动，分别选择2或4档和1或3档驱动；电控离合器结合时，发动机与第二电动机同一档位驱动，选择1~4档任意档位输出；当选择第一电动机辅助驱动，电控离合器分离时，选择2或4档驱动，电控离合器结合时，选择1或3档驱动；
双电机并联驱动，当电控离合器分离，则第二电动机与发动机不同速比，分别选择1或3档和2或4档驱动，当电控离合器结合，两侧输入同一速比，选择1~4档任一档位输出；
串联混合驱动模式，发动机工作，第二电动机为电动模式，第一电动机为发电模式，偶数档同步器置于中间位置，奇数档同步器进行换档切换；
制动回收模式，发动机不工作，第一电动机与第二电动机均为发电模式，回收方法包括单电机回收或双电机回收；单电机回收，电控离合器分离，选择1档或3档，电控离合器结合，选择2档或4档；双电机回收，电控离合器分离，奇数档同步器和偶数档同步器分别选择1档或3档和2档或4档，电控离合器结合，选择1~4档中任一档位发电；
停车发电模式，发动机工作，发电模式包括单电机发电或双电机发电；单电机发电，电控离合器分离，第一电动机工作在发电模式，第二电动机不工作，奇数档同步器和偶数档同步器都在中间位置；电控离合器结合，第二电动机工作在发电模式，第一电动机不工作，偶数档同步器位于中间位置，选择1档或3档；双电机发电，第二电动机和第一电动机都工作在发电机模式，偶数档同步器位于中间位置，奇数档同步器选择1档或3档。。
本发明的有益效果是：本发明新型混合动力系统及其驱动方式可以实现多种驱动模式，更具不同工况需求优化驱动系统效率，达到节能减排的目的；可以通过外接充电，实现增程式纯电动和插电式混合动力驱动的双重优势，既可以满足城市工况的拥堵纯电动驱动，又可以实现高速工况时的大功率驱动输出；通过电动机的主动调速控制，可以实现各种模式切换的平顺过渡，无动力中断，整车舒适性好。 
附图说明
图1是本发明新型混合动力系统一较佳实施例的结构示意图； 
附图中各部件的标记如下：1、发动机，2、第一电动机，3、第二电动机，4、发动机的输出轴，5、单向离合器，6、变速箱的第一输入轴，7、第二电动机的输出轴，8、变速箱的第二输入轴，9、偶数档同步器，10、奇数档同步器，11、主减速器，12、差速器，13、飞轮，14、电控离合器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。 
请参阅图1， 
本发明实施例1：
一种新型混合动力系统，包括：发动机1、第一电动机2、第二电动机3、变速箱，所述发动机的输出轴4上设有飞轮13，所述发动机的输出轴4与第一电动机2之间通过一单向离合器5连接，所述第一电动机的输出轴与所述变速箱的第一输入轴6连接，所述第二电动机3的输出轴与所述变速箱的第二输入轴8连接。所述变速箱的第一输入轴6与变速箱的第二输入轴8之间设有电控离合器14。
所述变速箱内设有3档结构，1档和3档设于变速箱的第一输入轴6上，2档设于所述变速箱的第二输入轴8上，1档与3档之间通过一同步器进行档位切换，所述变速箱的输出轴上设有主减速器11，所述主减速器11与一差速器12连接。 
本发明实施例2： 
一种新型混合动力系统，包括：发动机1、第一电动机2、第二电动机3、变速箱，所述发动机的输出轴4上设有飞轮13，所述发动机的输出轴4与第二电动机3之间通过一单向离合器5连接，所述第一电动机的输出轴与所述变速箱的第一输入轴6连接，所述第二电动机的输出轴7与所述变速箱的第二输入轴8连接。所述变速箱的第一输入轴6与变速箱的第二输入轴8之间设有电控离合器14。
所述变速箱内设有4档结构，偶数档2档与4档设于变速箱的第一输入轴6上，奇数档1档与3档设于变速箱的第二输入轴8上，所述2档与4档之间设有偶数档同步器9进行档位切换，1档与3档之间设有奇数档同步器10进行档位切换。所述变速箱的输出轴上设有主减速器11，所述主减速器11与一差速器12连接。 
本发明实施例3： 
一种新型混合动力系统，包括：发动机1、第一电动机2、第二电动机3、变速箱，所述发动机的输出轴4上设有飞轮13，所述发动机的输出轴4与第一电动机2之间通过一单向离合器5连接，所述第一电动机的输出轴与所述变速箱的第一输入轴6连接，所述第二电动机3的输出轴与所述变速箱的第二输入轴8连接。所述变速箱的第一输入轴6与变速箱的第二输入轴8之间设有电控离合器14。
所述变速箱内设有4档结构，偶数档2档与4档设于变速箱的第一输入轴6上，奇数档1档与3档设于变速箱的第二输入轴8上，所述2档与4档之间设有偶数档同步器9进行档位切换，1档与3档之间设有奇数档同步器10进行档位切换。所述变速箱的输出轴上设有主减速器11，所述主减速器11与一差速器12连接。 
根据车型不同，匹配的不同的档位数量，例如大车的变速箱内设有5档、6档或更多档位。 
上述的所述第一电动机2和第二电动机3都包括电动模式、发电模式。 
以变速箱为4档结构为例，新型混合动力系统能够实现的多种驱动模式包括： 
纯电动驱动模式，发动机1不工作，当小扭矩驱动需求时，可选择单电机驱动，此时又可以根据电控离合器14是否闭合来选择1或3档驱动，或者2或4档驱动；比如第二电动机3驱动时，如果电控离合器14分离，则可以选择1或3档驱动，如果电控离合器14结合，则可以选择2或4驱动。同理，第一电动机2驱动时也可以选择4个档位。大扭矩驱动需求时可选择两个电机并联驱动，如果电控离合器14分离，则第二电动机3和第一电动机2可分别选择1或3档和2或4档进行驱动，如果电控离合器14结合，则两个电机以同一速比输出，可选择1~4档任一档位。
根据以上组合，纯电动驱动可实现6种驱动模式，每种驱动模式都可以选择合适的驱动档位，通过调节档位进行驱动效率优化，达到纯电动驱动的最优经济性能。其中由于第一电动机2与发动机1之间设置了单向离合器5，所以第二电动机3工作时不会反拖发动机1。 
纯电动倒车模式，发动机1不工作，电机反转，由于发动机1不能被反拖，因此第一电动机2不能用于倒车驱动，此时采用第二电动机3驱动，电控离合器14分离，可选择1或3档倒车驱动。 
纯发动机1驱动模式，第一电动机2与第二电动机3均不工作，发动机1工作，电控离合器14分离时，可选择1或3档驱动，电控离合器14结合时，可选择2或4档驱动。因此发动机1驱动可以有4个驱动档位供选择。 
混合驱动模式，包括并联混合驱动模式、串联混合驱动模式。 
所述并联混合驱动模式是发动机1工作，第一电动机2与第二电动机3分别为电动模式或发电模式辅助驱动，第一电动机2与第二电动机3辅助驱动方法为单电机驱动或双电机并联驱动；根据需求扭矩大小可选择单电机或双电机辅助驱动或发电，来调节发动机1的工作区间到最优经济工作曲线工作，从而优化发动机1的经济性和排放性能，并同时根据档位选择优化电机驱动或发电效率。 
小扭矩驱动需求时，可选择单电机辅助驱动，如果选择第二电动机3辅助驱动，当电控离合器14分离，发动机1与第二电动机3不同档位，可分别选择2或4档和1或3档驱动。当电控离合器14分离，发动机1与第二电动机3不同档位，可分别选择2或4档和1或3档驱动，当电控离合器14结合，发动机1与第二电动机3同一档位驱动，可以选择1~4档任意档位输出；而如果选择第一电动机2辅助驱动，由于发动机1与电机在输入轴的同一侧，因此始终为同一速比输出，当电控离合器14分离，可以选择2或4档驱动，当电控离合器14结合，可以选择1或3档驱动。 
大扭矩驱动需求时，可两个电机同时进行助力驱动，如果电控离合器14分离，则第二电动机3与发动机1不同速比，可选择1或3档和2或4档驱动，如果电控离合器14结合，两侧输入同一速比，可以选择1~4档任一档位输出。 
串联混合驱动模式是发动机1工作，第二电动机3为电动模式，第一电动机2为发电模式，设于第一输入轴上的同步器置于中间位置，设于第二输入轴上的同步器进行换档切换；发动机1带动第一电动机2发电。串联混合驱动模式在城市工况时使用，可将发动机1工作点优化到经济区域，提高系统效率，减少燃油消耗和减少排放。 
制动回收模式是发动机1不工作，第一电动机2与第二电动机3均为发电模式，根据回收能量的大小，可选择回收方法为单电机回收或双电机回收，最大化制动能量。当回收能量较小时，可选择第二电动机3发电，电控离合器14分离，根据优化发电机效率需要奇数档同步器可选择1档或3档，如果电控离合器14结合，可以选择2档或4档。如果选择第一电动机2发电，同上，可实现两种发电模式。如果回收能量较大，两个电机并联发电，当电控离合器14分离，奇数档同步器和偶数档同步器可分别选择1档或3档和2档或4档，当电控离合器14结合，可选择1~4档中任一档位发电。 
停车发电模式是发动机1工作，根据发电功率需求可以选择单电机发电或双电机发电。发电功率较小时，如果电控离合器14分离，第一电动机2工作在发电模式，第二电动机3不工作，奇数档同步器和偶数档同步器都在中间位置。如果电控离合器14结合，第二电动机3工作在发电模式，第一电动机2不工作，偶数档同步器位于中间位置，奇数档同步器根据发电转速的需求可选择1档或3档。发电功率较大时，第二电动机3和第一电动机2都工作在发电机模式，偶数档同步器位于中间位置，奇数档同步器可选择1档或3档。 
下表表1所示，是本发明的多种驱动模式： 
Figure DEST_PATH_IMAGE001
本发明可实现以上多种驱动模式，根据不同工况需求优化驱动系统效率，达到节能减排的目的。而且可以通过外接充电，实现增程式纯电动和插电式混合动力驱动的双重优势，既可以满足城市工况的拥堵纯电动驱动，又可以实现高速工况时的大功率驱动输出。而且每种驱动模式可有多档位选择，可以实现各种驱动工况需求，通过驱动特点优化驱动模式控制算法，可以将整车动力性和经济性优化，实现最佳的整车性能。
 以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。 

Claims (6)

1.一种新型混合动力系统，其特征在于，包括：发动机、第一电动机、第二电动机和变速箱，所述发动机的输出轴与第一电动机之间通过单向离合器连接，所述第一电动机的输出轴与所述变速箱的第一输入轴连接，所述第二电动机的输出轴与所述变速箱的第二输入轴连接，所述变速箱的第一输入轴与变速箱的第二输入轴之间设有电控离合器。
2.根据权利要求1所述的新型混合动力系统，其特征在于，所述变速箱内设有至少3档结构，偶数档与奇数档分别设于所述变速箱的第一输入轴与变速箱的第二输入轴上，同一输入轴上的各档结构之间通过同步器进行档位切换，所述变速箱的输出轴上设有主减速器，所述主减速器与一差速器连接。
3.根据权利要求2所述的新型混合动力系统，其特征在于，所述变速箱内设有4档结构，偶数档2档与4档设于变速箱的第一输入轴上，奇数档1档与3档设于变速箱的第二输入轴上，所述2档与4档之间设有偶数档同步器，1档与3档之间设有奇数档同步器。
4.根据权利要求2所述的新型混合动力系统，其特征在于，所述变速箱内设有5档或6档结构。
5.根据权利要求3所述的新型混合动力系统，其特征在于，所述第一电动机和第二电动机都包括电动模式和发电模式。
6.根据权利要求5所述的新型混合动力系统的驱动方式，其特征在于，包括：
纯电动驱动模式，发动机不工作，单电机驱动时，根据电控离合器是否闭合来选择1或3档驱动，或者2或4档驱动；双电机驱动时，若电控离合器分离，则第二电动机和第一电动机分别选择1或3档和2或4档进行驱动，若电控离合器结合，则两个电机以同一速比输出，选择1~4档任一档位；
纯电动倒车模式，发动机和第一电动机不工作，第二电动机3驱动并反转，电控离合器分离，选择1或3档倒车驱动；
纯发动机驱动模式，第一电动机与第二电动机均不工作，发动机工作，电控离合器分离时，选择1或3档驱动，电控离合器结合时，选择2或4档驱动；
混合驱动模式，包括并联混合驱动模式、串联混合驱动模式；
所述并联混合驱动模式是发动机工作，第一电动机与第二电动机分别为电动模式或发电模式辅助驱动，第一电动机与第二电动机辅助驱动方法为单电机驱动或双电机并联驱动；
单电机驱动，当选择第二电动机辅助驱动，电控离合器分离时，发动机与第二电动机不同档位驱动，分别选择2或4档和1或3档驱动；电控离合器结合时，发动机与第二电动机同一档位驱动，选择1~4档任意档位输出；当选择第一电动机辅助驱动，电控离合器分离时，选择2或4档驱动，电控离合器结合时，选择1或3档驱动；
双电机并联驱动，当电控离合器分离，则第二电动机与发动机不同速比，分别选择1或3档和2或4档驱动，当电控离合器结合，两侧输入同一速比，选择1~4档任一档位输出；
串联混合驱动模式，发动机工作，第二电动机为电动模式，第一电动机为发电模式，偶数档同步器置于中间位置，奇数档同步器进行换档切换；
制动回收模式，发动机不工作，第一电动机与第二电动机均为发电模式，回收方法包括单电机回收或双电机回收；单电机回收，电控离合器分离，选择1档或3档，电控离合器结合，选择2档或4档；双电机回收，电控离合器分离，奇数档同步器和偶数档同步器分别选择1档或3档和2档或4档，电控离合器结合，选择1~4档中任一档位发电；
停车发电模式，发动机工作，发电模式包括单电机发电或双电机发电；单电机发电，电控离合器分离，第一电动机工作在发电模式，第二电动机不工作，奇数档同步器和偶数档同步器都在中间位置；电控离合器结合，第二电动机工作在发电模式，第一电动机不工作，偶数档同步器位于中间位置，选择1档或3档；双电机发电，第二电动机和第一电动机都工作在发电机模式，偶数档同步器位于中间位置，奇数档同步器选择1档或3档。
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