CN104943526A - 一种插电式适时四驱混合动力汽车系统 - Google Patents

一种插电式适时四驱混合动力汽车系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,包括整车控制单元、动力电池及其管理系统、发动机及其控制器、启动/发电机及其控制器、后驱动电机及其控制器、5档和2档自动变速器及其控制器、逆变器装置。整车控制单元控制整车动力系统协调工作;后驱动电机经2档自动变速器驱动汽车后轮;发动机通过离合器经5档自动变速器驱动汽车前轮,实现了适时四驱及再生制动等工作模式;系统增加2档自动变速器,提高了整车的动力性和运行效率;启动/发电机既可快速启动发动机也可由发动机驱动发电;本发明装置实现了多种工作模式之间的切换,满足了汽车动力性、操稳性、通过性、经济性等要求,提升了后驱动电机的效率进而提高了整车的能源利用率。

Description

一种插电式适时四驱混合动力汽车系统
技术领域
本发明涉及的是一种汽车技术领域的系统,特别是一种插电式适时四驱混合动力汽车系统。
背景技术
随着国家对节能减排力度的不断加大,尤其是“十三五”规划以后,新能源汽车成为国家推进节能环保的重要举措,其中,可充电式混合动力汽车有着良好的节能减排效果,是国家关注的重点;同时,四轮驱动混合动力汽车因具有良好的动力性、经济性、操稳性、通过性等优点更是受到了消费者的青睐。为了保证四轮驱动混合动力汽车的动力性、操稳性和通过性,非常有必要设计结构简单、性能可靠、工作效率高的四轮驱动混合动力系统构型;为了提升四轮驱动混合动力汽车的经济性,需要依据不同的行驶工况,设置合理的驾驶模式。基于此考虑,本发明设计了一款插电式适时四轮驱动汽车系统。
发明内容
本发明的目的为了克服当前混合动力系统结构单纯的两轮驱动,或纯电动模式下动力性不足、电机效率不够高等缺点,提供一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,使其在电量消耗模式下,具有更加优良的动力性和经济性;在电量维持模式下,进一步提升整车的动力性、燃油经济性,使整车具有良好的动力性、燃油经济性和低排放的特点。
本发明是通过以下技术方案实现的:一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,包括发动机、启动/发电机、离合器、5档自动变速器、前差速减速器、后驱动电机、2档自动变速器、后差速减速器、发动机控制器、启动/发电机控制器、TCU、后驱动电机控制器、动力电池、BMS、整车控制单元、充电器,其中发动机的飞轮端与启动/发电机的转子相连,后驱动电机的转子与2档自动变速器的输入端相连,2档自动变速器的输出端与后差速减速器的输入端相连,其中发动机的输出端与离合器相连,离合器的输出端与5档自动变速器的输入端相连,5档自动变速器的输出端与前差速减速器的输入端相连,发动机控制器与发动机相连,启动/发电机控制器与启动/发电机相连,TCU与5档自动变速器、2档自动变速器相连,后驱动电机控制器与后驱动电机相连,BMS与动力电池相连,逆变器与启动/发电机、动力电池、充电器、后驱动电机相连,整车控制单元通过总线与启动/发电机控制器、发动机控制器、TCU、BMS、驱动电机控制器相连。
本发明的工作过程与工作原理为:各动力源发出的动力经过传动轴、自动变速器、差速减速器传递到车轮。后驱动电机由输出轴经过2档自动变速器、后差速减速器到后驱动车轮进行动力传递。发动机由启动/发电机启动,发动机由输出轴通过离合器、5档自动变速器、前差速减速器到前驱动车轮及行动力传递。
后驱动电机由后驱动电机控制器进行控制,在进行驱动工作时通过逆变器从动力电池获取所需电能,或者在启动/发电机工作在发电状态时后驱动电机通过逆变器从启动/发电机获取电能;在制动时,后驱动电机工作在发电模式,后驱动电机将机械能转变为电能通过逆变器反馈给动力电池进行电能补充。
发动机由发动机控制器进行控制,由启动/发电机快速启动并实现怠速停机。
启动/发电机由启动/发电机控制器进行控制,在以电动方式工作时,用来快速启动/发动机同时通过逆变器从动力电池中获取所需要的电能;在以发电机方式工作时,由发动机进行驱动发电通过逆变器给电池充电或给后驱动电机供电。
动力电池由电池管理系统(BMS)进行状态监测和管理控制,同时可在停车时通过外接插头经由充电器、逆变器给动力电池充电。整车控制单元通过总线与发动机控制器、启动/发电机控制器、BMS、TCU、后驱动电机控制器进行信息交换,并对各控制器进行控制。整车控制单元可以控制各部件处于不同的工作情况之下,从而实现改混合动力汽车在不同的工作模式下进行工作,包括:纯电动后轮驱动、纯发动机前轮驱动、混合式四轮驱动、混合式发电前轮驱动、怠速停机/发动机快速启动、混合式行车充电后轮驱动、再生制动能量回收、停车充电模式。
为了避免发动机怠速运行时高油耗和较差的排放性能,在汽车停止行驶时,可以使发动机停止工作来消除怠速情况,同时如果动力电池的电量过低不能满足行驶需求的时候,可使离合器处于分离状态,发动机工作在最高效率区,驱动启动/发电机发电通过逆变器为蓄电池补充电能。
在汽车刚起步时,可控制离合器处于分离状态、后驱动电机单独提供汽车起步加速的动力,实现纯电动后轮驱动。2档自动变速器处于不同的档位实现低速档和高速档工作模式。
在汽车行驶驱动过程中,可由发动机单独提供驱动汽车的全部动力,从而实现纯发动机前轮驱动模式,此时发动机工作在高效率区,以便达到较高的整车燃油经济性和较低的尾气有害排放;同时也可由发动机作为主驱动提供驱动汽车的绝大部分动力,由后驱动电机作为辅助驱动提供其中的部分动力,实现混合式四轮驱动模式,此时发动机工作在高负荷、高效率状态;也可使离合器处于分离状态,由后驱动电机提供动力驱动汽车行驶,此时发动机工作在高效率区驱动启动/发电机发电通过逆变器直接给后驱动电机提供电能,实现了混合式后轮驱动模式,优化发动机工作点使得整车在高效率区工作实现低排放。
在汽车制动过程中,发动机和启动/发电机处于停机状态,同时控制离合器处于分离状态以防止发动机反拖,此时后驱动电机工作在发电机模式下实现制动能量回收。
通过以上混合动力系统,本发明具有以下优势:
本发明系统采用适时四轮驱动形式,提高了整车的动力性、操稳性、通过性、驾驶平顺性和舒适性的特性,同时本发明系统实现了多种驱动模式的切换工作,提升了发动机的工作负荷率和工作效率,降低了发动机污染物的排放和整车的燃油消耗率。整车后轮驱动系统中增加了2档自动变速器,使得在纯电动模式下整车具有了两档工作模式(低速档、高速档),提高了整车的动力性和运行效率,降低了汽车电能的消耗,进一步提高了整车的经济性,同时纯电动模式更是实现了整车零排放的优点。另外本发明系统中设置了启动/发电机用于快速启动发动机和进行行车发电,实现了发动机怠速停机/快速启动的模式,达到了节油和降低尾气有害物排放的目的。因此,该发明在动力性、驾驶平顺性、舒适性和整车的能源利用率均得到显著提高。
附图说明
图1是本发明系统示意图。
具体实施方式
如图1所示,本发明一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,包括发动机(1)、启动/发电机(2)、启动/发电机控制器(3)、整车控制单元(4)、发动机控制器(5)、离合器(6)、5档自动变速器(7)、前差速减速器(8)、TCU(9)、后驱动电机控制器(10)、后驱动电机(11)、2档自动变速器(12)、后差速减速器(13)、逆变器(14)、动力电池(15)、BMS(16)、充电器(17)。
其特征在于:发动机(1)的输出端与离合器(6)相连,离合器(6)的输出端与5档自动变速器(7)的输入端相连,5档自动变速器(7)的输出端与前差速减速器(8)的输入端相连,发动机控制器(5)与发动机(1)相连,启动/发电机控制器(3)与启动/发电机(2)相连,TCU(9)与5档自动变速器(7)、2档自动变速器(12)相连,后驱动电机控制器(10)与后驱动电机(11)相连,BMS(16)与动力电池(15)相连,逆变器(14)与启动/发电机(2)、动力电池(15)、充电器(17)、后驱动电机(11)相连,整车控制单元(4)通过总线与启动/发电机控制器(3)、发动机控制器(5)、TCU(9)、BMS(16)、后驱动电机控制器(10)相连。其中发动机(1)的飞轮端与启动/发电机(2)的转子相连,后驱动电机(11)的转子与2档自动变速器(12)的输入端相连,2档自动变速器(12)的输出端与后差速减速器(13)的输入端相连。启动/发电机(2)用于快速启动发动机(1)同时又由发动机(1)驱动发电通过逆变器(14)为动力电池(15)补充电能或者直接给后驱动电机(11)供电用于驱动汽车,因此启动/发电机(2)具有更大的功率和更高的转速。
其中:所述发动机1作为汽车的动力输出的主要装置;所述后驱动电机11不仅可以用作驱动电机用来驱动汽车也可以用作发电机在汽车制动时用于制动能量回收;所述离合器6用于传递发动机的动力并同时进行动力传递接通与断开的切换;所述5档自动变速器7将动力传递到传动装置;所述动力电池15提供汽车行驶所述后驱动电机11需要的电能, 所述动力电池管理器(BMS)16对动力电池15进行管理;所述逆变器14用于电能的转换;所述整车控制单元4用于整车控制与汽车各控制器的管理。
所述启动/发电机2不仅可以用于发动机的快速启停,也可以在条件满足时由所述发动机1驱动发电为所述动力电池15进行电能补充;所述2档自动变速器12置于所述后驱动电机11后端实现了纯电动模式下低速档与高速档不同驱动模式,不仅挺高了整车的动力性也提高了所述后驱动电机11工作效率。
本发明上述一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,在汽车工作时有以下几种工作模式。
1)怠速停机/发动机快速起动模式
在汽车行驶过程中遇红灯或堵车情况而停车时,通过本发明所述整车控制单元4使发动机1停机,此模式避免了发动机此时怠速运行燃油经济性和尾气排放差的情况。在本发明所述启动/发电机2在汽车发动机工作时用于快速启动发动机,避免了发动机怠速启动过程造成的燃油消耗与尾气有害排放,提高整车燃油经济性和降低尾气有害排放。
2)纯电机后轮驱动模式(低速档、高速档)
在汽车处于起步阶段或所述发动机1处于低负荷工况运行时,发动机1热效率低且尾气排放差。因此在此时发动机1不工作,所述后驱动电机11提供整车需要的全部驱动力。为避免倒拖发动机1的情况,控制离合器6处于分离状态。2档自动变速器处于不同的档位实现低速档和高速档工作模式,挺高了后驱动电机的工作效率,也提升了整车的动力性。
3)纯发动机前轮驱动和混合式发电前轮驱动模式
在汽车所需驱动力处于发动机高效率运行区域时,起动发动机1进入纯发动机前轮驱动模式。在所述纯发动机前轮驱动模式下,所述后驱动电机11停机空转,所述启动/发电机2在将发动机启动后停止工作空转。在所述纯发动机前轮驱动模式下,如果所述发动机1发出的功率大于汽车行驶所需求的功率时,所述启动/发电机2工作在发电状态为动力电池充电。
4)混合式行车充电后轮驱动模式
在汽车行驶过程中,如果所述动力电池15电量过低不能满足汽车行驶所需,此时由后驱动电机11提供汽车行驶的所需要的驱动力,控制所述离合器6处于分离状态,所述发动力1处于高效率运行区域驱动所述启动/发电机2发电通过逆变器直接为所述后驱动电机11供电驱动汽车,并将多余的功率通过逆变器为所述动力电池15补充电能。
5)混合式四轮驱动
在汽车行驶过程中,当车辆急加速或爬坡等需要较大车辆驱动力或所需车辆驱动力快速增大时,本发明所述整车控制单元4控制,发动机1作为驱动汽车的主要驱动源,后驱动电机提供辅助驱动力共同驱动车辆,汽车进入混合式四轮驱动模式。汽轮驱动模式使整车获得了良好的动力性、操稳性、通过性和平顺性的优势。
6)再生制动能量回馈模式
在汽车制动或减速行驶过程中,由本发明所述整车控制单元4控制,发动机1停机且所述后驱动电机11按发电机工作,进入再生制动能量回馈模式。由于所述离合器6的分离,可避免对发动机1的倒拖引起的能量回馈效率损失。
7) 停车充电模式
在汽车停车状态,如所述动力电池15的电量太低,可以进行停车充电模式,此时汽车除安全控制以外各部件都停止工作。当所述动力电池15电量超过一个设定值后,停车充电模式结束。
本发明采用启动/发电机实现了汽车发动机的快速启停以及行车发电,同时控制发动机在高效率区工作挺高发动机的负荷率降低了发动机的排放性能;同时在系统中增加2档自动变速器可以提高整车的动力性和后驱动电机运行效率。该发明在动力性、驾驶平顺性、舒适性和整车的能源利用率均得到显著提高。汽车的燃油经济性和整车有害物的排放也得到了明显的改善。

Claims (4)

1.一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,包括发动机(1)、启动/发电机(2)、启动/发电机控制器(3)、整车控制单元(4)、发动机控制器(5)、离合器(6)、5档自动变速器(7)、前差速减速器(8)、TCU(9)、后驱动电机控制器(10)、后驱动电机(11)、2档自动变速器(12)、后差速减速器(13)、逆变器(14)、动力电池(15)、BMS(16)、充电器(17),其特征在于:发动机(1)的输出端与离合器(6)相连,离合器(6)的输出端与5档自动变速器(7)的输入端相连,5档自动变速器(7)的输出端与前差速减速器(8)的输入端相连,发动机控制器(5)与发动机(1)相连,启动/发电机控制器(3)与启动/发电机(2)相连,TCU(9)与5档自动变速器(7)、2档自动变速器(12)相连,后驱动电机控制器(10)与后驱动电机(11)相连,BMS(16)与动力电池(15)相连,逆变器(14)与启动/发电机(2)、动力电池(15)、充电器(17)、后驱动电机(11)相连,整车控制单元(4)通过总线与启动/发电机控制器(3)、发动机控制器(5)、TCU(9)、BMS(16)、后驱动电机控制器(10)相连。
2.根据权利要求1所述的一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,其特征在于:其中发动机(1)的飞轮端与启动/发电机(2)的转子相连,后驱动电机(11)的转子与2档自动变速器(12)的输入端相连,2档自动变速器(12)的输出端与后差速减速器(13)的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,其特征在于:启动/发电机(2)具有更大的功率和更高的转速,启动/发电机(2)既可用于快速启动发动机(1)又可由发动机(1)驱动发电,所发电能通过逆变器(14)补充给动力电池(15)或者直接提供给后驱动电机(11)以驱动汽车。
4.根据权利要求1所述的一种插电式适时四驱混合动力汽车系统,其特征在于:其驱动模式包括:纯电动后轮驱动(低速档、高速档)、纯发动机前轮驱动、混合式行车充电后轮驱动、混合式四轮驱动、怠速停机/发动机快速启动、再生制动能量回收、停车充电模式。
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