CN105235497A - 一种混合动力系统的车辆传动方法和机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力系统的车辆传动方法和机构，至少包括发动机、电动机/发电机、电动机、离合器以及动力传递齿轮付。其中发动机与电动机/发电机直接连接，位于离合器的一侧，电动机/发电机布置在发动机的前端或者后端；电动机、动力传递齿轮付和轮间差速器连接，位于离合器的另一侧，电动机布置在动力传递齿轮付的前端、中间或者后端。本发明保留了混合动力系统的优点，同时在保证动力系统和车轮之间的连接不中断的前提下，能取消普通混合动力系统中的变速箱、起动机、小发电机等零部件和结构，减化系统的构造，减少系统的重量，并且能减轻系统内部因动力切换引起的冲击。

Description

一种混合动力系统的车辆传动方法和机构

技术领域

本发明涉及车辆混合动力系统技术领域，具体是一种混合动力系统的车辆传动方法和机构。

背景技术

众所周知，内燃机的扭矩和输出功率随着转速的升高而升高，在怠速时几乎没有对外的功率和扭矩输出，低转速时对外输出的功率和扭矩也很小，同时在转速很低和转速过高时比油耗会升高，当发动机转速限制在相对较小范围的转速区间时可以通过现有的发动机相关技术使油耗和尾气排放达到最优化。同时，内燃机驱动的车辆在携带相同重量能量时其续航里程相对仅靠蓄电池提供能量的纯电动车辆更长的优势是目前的蓄电池技术暂时无法突破的技术障碍。

众所周知，电动机使用电力作为驱动能源，自身运行时没有污染物排放，并可以通过相关技术获得清洁能源，是未来车辆动力的发展方向。电动机的输出扭矩随着转速的升高而降低，输出功率随转速升高而升高，在低转速可以获得非常大的扭矩输出，在转速较高时随着输出功率的提升和输出扭矩下降，能耗比会大大增加，比较适用于车辆在起步加速时提供强大的扭矩动力输出。

车辆混合动力系统就是综合了内燃机和电动机各自的优点应运而生开发出来的动力系统，具有续航里程长，起步加速性能好，采用合理的控制策略使内燃机尽可能多的工作在能耗比和污染物排放较低的转速区间，可外接电源蓄能并用纯电行驶降低车辆使用总体污染物排放等优点，达到车辆在各种条件下方便使用、节能减排并提升动力性表现等目的。

目前，混合动力车型除了采用双电机配合发动机使用行星齿轮结构进行动力分流的车型和部分采用了特殊结构的车型外，绝大部分能用发动机直接驱动车轮的混合动力车型都还保留了传统意义上的变速箱，通过变速箱能对速比改变的特性使发动机和车速能够配合。

发明内容

基于以上现状，本发明提供一种混合动力系统的车辆传动方法和机构，其保留了混合动力系统的优点，同时在保证动力系统和车轮之间的连接不中断的前提下采用了特殊的动力传递策略使得能取消普通混合动力系统中的变速箱、起动机、小发电机等零部件和结构，减化系统的构造，减少系统的重量，并且能减轻系统内部因动力切换引起的冲击。

本发明所采用的技术方案如下：

一种混合动力系统的车辆传动机构，至少包括发动机、电动机/发电机、电动机、离合器以及动力传递齿轮付；发动机与电动机/发电机直接连接，位于离合器的一侧；电动机、动力传递齿轮付和轮间差速器连接，位于离合器的另一侧；

离合器仅在车辆超过设定车速且发动机已启动并需要长时间保持较高车速时接合两端，其他工况保持为分离状态；通过离合器的分离与接合动作完成发动机、电动机/发电机与动力传递齿轮付的动力输入端连接与断开；

动力传递齿轮付的结构和功能相当于普通汽车上的主减速器；动力传递齿轮付为固定速比的任意结构形式齿轮付，其速比根据发动机的经济工况转速和所需的对应车速计算得出；

电动机/发电机在需要时负责启动发动机，在发动机启动后车辆巡航时负责给蓄电池充电，在发动机启动后车辆由低速向高速行驶时负责配合节气门改变发动机转速使离合器结合过程中减少因发动机和动力传递齿轮付动力输入端转速差引起的冲击，在离合器接合时车辆中高速急加速工况负责辅助输出扭矩和功率使车辆快速提速，在离合器接合时车辆滑行或制动时负责回收能量用于给蓄电池充电并配合发动机和电动机提供车辆减速力矩；

电动机在车辆正常行驶时负责提供所需的动力，在车辆滑行或制动时负责回收能量用于给蓄电池充电并提供车辆减速力矩，在匹配相应容量的蓄电池时可以满足所需的纯电行驶公里数要求，蓄电池可由车辆能量回收系统、发电机和外接电源进行能量补充。

所述电动机/发电机布置在发动机的前端或者后端。

所述电动机布置在动力传递齿轮付的前端、中间或者后端。

本发明同时提供一种混合动力系统的车辆传动方法：

在车辆上安装混合动力系统的车辆传动机构，至少包括发动机、电动机/发电机、电动机、离合器以及动力传递齿轮付；

电动机由蓄电池提供电力，蓄电池通过能量回收系统、发电机、外接电源进行电力能量补充；

通过控制电动机反转的方式使车辆倒车；

在车辆起步加速和低速巡航时由电动机提供动力驱动车辆，在临时停车时不消耗能源；

在行驶过程中蓄电池电量下降到设定值以下时，由电动机/发电机启动发动机后，通过发动机带动电动机/发电机对蓄电池进行充电；在满足条件且蓄电池亏电较大时，由发动机同时带动电动机/发电机和电动机对蓄电池进行快速充电；

在车辆加速使车速达到或超过设定车速时，如发动机尚未启动则先通过电动机/发电机启动发动机，如发动机已启动则由电动机/发电机配合发动机节气门和供油系统快速调节发动机的转速，在离合器接合后由发动机直接驱动车轮；

在发动机直接驱动车轮行驶时，带动电动机/发电机对蓄电池进行充电，同时带动电动机对电量使用较厉害的蓄电池进行快速充电；

在发动机驱动车辆高速行驶过程中需要急加速时，电动机和电动机/发电机同时或单独作为辅助动力输出使车辆快速加速行驶；

在滑行或制动时通过电动机对能量进行回收，电动机/发电机参与能量回收。

本发明的有益技术效果是：

1、本发明的混合动力系统的车辆传动方法和机构，在车辆起步加速和低速工况完全由电动机3驱动行驶，可发挥电动机3低速时高扭矩输出的特性和使用电能清洁无排放的优势，车辆加速度优于小排量同功率的内燃机，且在临时停车时电动机3完全不消耗能源，具有节能优势，在匹配适当容量的蓄电池后可以零污染物排放的满足短程低速且频繁起停的市区行驶工况。长途低速工况蓄电池需要内燃机充电时因为发动机1工作在能耗比效率较高的转速区间，燃油消耗率和污染物排放相对优于内燃机直接驱动车轮。

2、本发明的混合动力系统的车辆传动方法和机构，在车辆高速行驶工况时由发动机1在能耗比效率较高的转速区间内直接驱动车辆，减少能量转换层级提高系统效率，燃油消耗率和污染物排放相对优于由发动机1带动发电机/电动机2发电后提供给电动机驱动车辆行驶，达到节能减排的目的。

3、本发明的混合动力系统的车辆传动方法和机构，由于发动机1可在高速时直接驱动车辆，也可在低速时带动发电机/电动机2对蓄电池进行充电，发挥了内燃机携带同等重量能源续驶里程长和适当高转速时高效高功率输出的优势，续驶里程相对优于系统总重量相同的纯电动车辆。

4、本发明的混合动力系统的车辆传动方法和机构，由于低速时由电动机3驱动车辆，高速急加速时由电动机3和发电机/电动机2参与辅助驱动车辆，且发电机/电动机2启动后大部分工况都工作在能耗比效率较高的转速区间，输出功率较大，因此可选择相对小排量的内燃机达到节能减排的目的，并且在常用车速范围内动力输出性能可以保持甚至优于相同总功率的内燃机驱动的普通车辆。

5、本发明的混合动力系统的车辆传动方法和机构，由于动力传递齿轮付5仅相当于普通车辆的主减速器，整套系统中没有普通汽车和普通混合动力车的复杂变速换档机构和变速箱机构，并且可以去除发动机总成上的起动机总成和小发电机总成及相关零部件，减轻了系统总质量并且可减少系统机械故障率。

附图说明

图1是本发明的具体实施例的示意图。

附图标记说明：

1发动机(内燃机)；

2电动机/发电机；

3电动机；

4离合器；

5动力传递齿轮付；

6轮间差速器；

7传动轴(半轴)；

8车轮。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。

请参阅图1，本发明是一种混合动力系统的车辆传动方式和机构，至少包括发动机1、电动机/发电机2、电动机3、离合器4、动力传递齿轮付5。其中发动机1与电动机/发电机2直接连接，位于离合器4的一侧，电动机/发电机2可以布置在发动机1的前端或后端，通过离合器4的分离与接合动作完成与动力传递齿轮付5的动力输入端连接与断开。电动机3、动力传递齿轮付5和轮间差速器6连接，位于离合器4的另一侧。电动机3可以布置在动力传递齿轮付5的前端、中间或者后端；当电动机3布置在动力传递齿轮付5的前端或者中间时，电动机3通过动力传递齿轮付5驱动轮间差速器6，当电动机3布置在动力传递齿轮付5的后端时，电动机3直接驱动轮间差速器6。

动力传递齿轮付5为固定齿数的常啮合齿轮付，但不限于结构形式和传动级数。

离合器4为不限于结构的可分离联轴器，包括但不限于单片/多片的干式/湿式离合器，液力变矩器，液力耦合器，齿式或销式可分离联轴器等。

轮间差速器6为现有技术，用于通过传动轴7驱动车轮8。

以下详述本发明各部件的作用：

发动机1的作用：在车辆高速行驶时提供动力直接驱动车轮，在行驶过程中需要对蓄电池力量进行补充时带动电动机/发电机2对蓄电池进行充电，甚至在满足条件前提下可同时带动电动机3对蓄电池进行快速充电，在不需要发动机驱动车辆且蓄电池充电电量达到或超过设定值后发动机可停止运转。发动机1启动后由系统控制在绝大部分时间内运行在能量效率比比较高的转速区间段。

电动机/发电机2的作用：需要启动发动机1时作为起动机，对行驶过程中对蓄电池充电时作为发电机，在离合器4接合后车辆高速急加速时可作为电动机辅助进行动力输出，在离合器4接合状态时车辆高速状态下需要快速减速时作为能量回收电机辅助提供制动力并对蓄电池充电，在发动机1驱动车辆行驶时且蓄电池电量超过设定值后由发动机1带动空转，在特殊需求条件下可配合节气门、供油系统等快速调节发动机1的转速至需要的范围内。

电动机3的作用：在车辆起步加速和低速巡航时提供动力驱动车辆行驶，在车辆高速巡航和高速急加速时可作为电动机辅助进行动力输出，在滑行和制动时作为能量回收发电机对蓄电池进行充电并提供减速力矩，在满足条件且有必要时由发动机1带动作为发电机对蓄电池进行快速充电。通过控制电机反转的方式使车辆在需要时可以进行倒车。

离合器4的作用：为常分离状态，在车辆达到或超过设定车速时平稳接合使发动机1能够直接高效的驱动车轮，在车辆车速下降到设定车速及以下时平稳分离切断发动机1与动力传递齿轮付5的连接。

动力传递齿轮付5的作用：相当于普通汽车的主减速器，无换档功能，用适当的速比使发动机1的经济转速区间与需求的车辆速度区间对应，让发动机1能够在需求的车速范围内节能高效的驱动车辆行驶。

本发明的控制策略如下：

1、本发明的混合动力系统的车辆传动方式和机构，电动机3由蓄电池提供电力，蓄电池可通过能量回收系统、发电机、外接电源等进行电力能量补充。在匹配适当容量的蓄电池电力后可满足相应需求的纯电力行驶里程需求。

2、本发明的混合动力系统的车辆传动方式和机构，通过控制电动机3反转的方式使车辆在需要时可以进行倒车。

3、本发明的混合动力系统的车辆传动方式和机构，在车辆起步加速和低速巡航时由电动机3提供动力驱动车辆，在临时停车时可以不消耗能源。

4、本发明的混合动力系统的车辆传动方式和机构，在行驶过程中如蓄电池电量下降到设定值以下时，由电动机/发电机2启动发动机1后，通过发动机1带动电动机/发电机2对蓄电池进行充电。在满足条件且蓄电池亏电较大时由发动机1同时带动电动机/发电机2和电动机3(此时作为发电机)对蓄电池进行快速充电。

5、本发明的混合动力系统的车辆传动方式和机构，在车辆加速使车速达到或超过设定车速时如发动机1尚未启动可先通过电动机/发电机2启动发动机1，如发动机1已启动则由电动机/发电机2配合发动机节气门和供油系统等快速调节发动机1的转速至需要的范围内，满足减少离合器4结合时动力系统内部冲击力等目的需求，在离合器4接合后由发动机1直接驱动车轮。此时电动机3可视情况选择作为辅助动力输出。

6、本发明的混合动力系统的车辆传动方式和机构，在发动机1直接驱动车轮行驶时，可带动电动机/发电机2对蓄电池进行充电，甚至在满足条件时可同时带动电动机3对电量使用较厉害的蓄电池进行快速充电。

7、本发明的混合动力系统的车辆传动方式和机构，在发动机1驱动车辆高速行驶过程中需要急加速时，电动机3和电动机/发电机2可视需求同时或单独作为辅助动力输出使车辆快速加速行驶。

8、本发明的混合动力系统的车辆传动方式和机构，在滑行或制动时可通过电动机3对能量进行回收，在某些特定状况下发动机参与制动时也可让电动机/发电机2参与能量回收。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种混合动力系统的车辆传动机构，其特征在于，至少包括发动机(1)、电动机/发电机(2)、电动机(3)、离合器(4)以及动力传递齿轮付(5)；发动机(1)与电动机/发电机(2)直接连接，位于离合器(4)的一侧；电动机(3)、动力传递齿轮付(5)和轮间差速器(6)连接，位于离合器(4)的另一侧；

离合器(4)仅在车辆超过设定车速且发动机(1)已启动并需要长时间保持较高车速时接合两端，其他工况保持为分离状态；通过离合器(4)的分离与接合动作完成发动机(1)、电动机/发电机(2)与动力传递齿轮付(5)的动力输入端连接与断开；

动力传递齿轮付(5)的结构和功能相当于普通汽车上的主减速器；动力传递齿轮付(5)为固定速比的任意结构形式齿轮付，其速比根据发动机(1)的经济工况转速和所需的对应车速计算得出；

电动机/发电机(2)在需要时负责启动发动机(1)，在发动机(1)启动后车辆巡航时负责给蓄电池充电，在发动机(1)启动后车辆由低速向高速行驶时负责配合节气门改变发动机(1)转速使离合器(4)结合过程中减少因发动机(1)和动力传递齿轮付(5)动力输入端转速差引起的冲击，在离合器(4)接合时车辆中高速急加速工况负责辅助输出扭矩和功率使车辆快速提速，在离合器(4)接合时车辆滑行或制动时负责回收能量用于给蓄电池充电并配合发动机(1)和电动机(3)提供车辆减速力矩；

电动机(3)在车辆正常行驶时负责提供所需的动力，在车辆滑行或制动时负责回收能量用于给蓄电池充电并提供车辆减速力矩，在匹配相应容量的蓄电池时可以满足所需的纯电行驶公里数要求，蓄电池可由车辆能量回收系统、发电机和外接电源进行能量补充。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统的车辆传动机构，其特征在于，所述电动机/发电机(2)布置在发动机(1)的前端或者后端。

3.根据权利要求1所述的混合动力系统的车辆传动机构，其特征在于，所述电动机(3)布置在动力传递齿轮付(5)的前端、中间或者后端。

4.一种混合动力系统的车辆传动方法，其特征在于：

在车辆上安装混合动力系统的车辆传动机构，至少包括发动机(1)、电动机/发电机(2)、电动机(3)、离合器(4)以及动力传递齿轮付(5)；

电动机(3)由蓄电池提供电力，蓄电池通过能量回收系统、发电机、外接电源进行电力能量补充；

通过控制电动机(3)反转的方式使车辆倒车；

在车辆起步加速和低速巡航时由电动机(3)提供动力驱动车辆，在临时停车时不消耗能源；

在行驶过程中蓄电池电量下降到设定值以下时，由电动机/发电机(2)启动发动机(1)后，通过发动机(1)带动电动机/发电机(2)对蓄电池进行充电；在满足条件且蓄电池亏电较大时，由发动机(1)同时带动电动机/发电机(2)和电动机(3)对蓄电池进行快速充电；

在车辆加速使车速达到或超过设定车速时，如发动机(1)尚未启动则先通过电动机/发电机(2)启动发动机(1)，如发动机(1)已启动则由电动机/发电机(2)配合发动机节气门和供油系统快速调节发动机(1)的转速，在离合器(4)接合后由发动机(1)直接驱动车轮；

在发动机(1)直接驱动车轮行驶时，带动电动机/发电机(2)对蓄电池进行充电，同时带动电动机(3)对电量使用较厉害的蓄电池进行快速充电；

在发动机(1)驱动车辆高速行驶过程中需要急加速时，电动机(3)和电动机/发电机(2)同时或单独作为辅助动力输出使车辆快速加速行驶；

在滑行或制动时通过电动机(3)对能量进行回收，电动机/发电机(2)参与能量回收。