CN105564585A - 一种摩托车混合动力系统，及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种摩托车混合动力系统、及其控制方法。摩托车混合动力系统包括发动机、无级变速箱、离心式离合器、电机、主减速器以及动力蓄电池，其中，所述发动机的曲轴与所述无级变速箱的主动滑轮连接，所述无级变速箱的从动滑轮通过所述离心式离合器与所述电机的电机转子以及所述主减速器的齿轮组连接，所述主减速器的从动齿轮与输出轴连接，所述电机与所述动力蓄电池组电连接。本发明所提供了一种简单可靠的摩托车混合动力系统，及其控制方法，解决了发动机和电机的转矩耦合问题，能防止电机转动倒拖发动机的情况发生。

Description

一种摩托车混合动力系统，及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种摩托车混合动力系统，尤其涉及一种带无级变速箱的摩托车混合动力系统，及其控制方法。

背景技术

目前，随着人们对能源和环境的关注度提高，混合动力汽车(HEV)得到广泛发展。混合动力汽车一般采用行星齿轮系统进行动力耦合，该类传动系统都较为复杂，且体积大，质量重，若应用于混合动力摩托车上会存在结构布置困难，且设计与制造成本高。如果将传统摩托车的传动系统应用于混合动力摩托车上，电机输出轴与发动机输出轴刚性连接，当两者输出转速不同时则会相互拖动，产生发动机和电机的转矩耦合问题。特别在纯电动模式下，电机工作而发动机不工作，但电机转动会带动发动机输出轴转动，带动发动机的活塞机构运动，从而导致电机转动倒拖发动机的情况发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供了一种简单可靠的摩托车混合动力系统，包括发动机、无级变速箱、离心式离合器、电机、主减速器以及动力蓄电池，其中，发动机的曲轴与无级变速箱的主动滑轮连接，无级变速箱的从动滑轮通过离心式离合器与电机的电机转子以及主减速器的齿轮组连接，主减速器的从动齿轮与输出轴连接，电机与动力蓄电池组电连接。

根据本发明的一个实施例，离心式离合器包括：离合器座、离合器盘、摩擦片和离合器弹簧，离合器座的外缘与离合器盘的内缘在径向上间隔相对，摩擦片设于离合器座的外缘。当离合器座静止时，由于离合器弹簧的拉力，摩擦片与离合器盘处于分离状态；当离合器座转速大于一定值后，由于离心力作用，摩擦片与离合器盘逐渐接合。无级变速器的从动滑轮与离合器座连接在同一根轴套上，电机的转子与离合器盘连接，离合器盘与离合器座通过摩擦片进行动力传递。

根据本发明的一个实施例，动力蓄电池组为锂电池组、镍氢电池组或铅酸电池组。

根据本发明的一个实施例，动力蓄电池组配有一个外接充电器。

本发明还提供了一种摩托车混合动力系统的控制方法，摩托车混合动力系统根据车辆行驶工况，调整发动机和动力蓄电池组的运行状态，其特征在于，控制方法包括发动机驱动模式、电机驱动模式、混合驱动模式和制动能量回收模式，在发动机驱动模式下，控制发动机工作，并控制电机不工作，离心式离合器处于接合状态；在电机驱动模式下，控制发动机不工作，并控制电机工作且输出转矩，离心式离合器处于分离状态；在混合驱动模式下，控制发动机工作，并控制电机工作且输出转矩，离心式离合器处于接合状态；在制动能量回收模式下，控制发动机不工作，并控制电机工作且向动力蓄电池充电，离心式离合器处于分离状态。

根据本发明的一个实施例，还包括行车充电模式和驻车充电模式，在行车充电模式下，控制发动机工作，并控制电机工作且向动力蓄电池充电，离心式离合器处于接合状态；在驻车充电模式下，控制发动机工作，并控制电机工作且向动力蓄电池充电，离心式离合器处于接合状态。

根据本发明的一个实施例，摩托车混合动力系统根据制动踏板信号，油门开度信号，动力蓄电池荷电状态SOC信号和车速信号进行判定，选择混合动力系统的工作模式。

根据本发明的一个实施例，当制动踏板信号b>0时，若动力蓄电池荷电状态SOC小于上限值SOChigh，则系统开启制动能量回收模式；若动力蓄电池荷电状态SOC值超出上限值SOChigh，则关闭制动能量回收模式；当制动踏板信号b＝0时，若油门开度信号a大于设定的限值ahigh，同时动力蓄电池荷电状态SOC大于下限值SOClow，则系统开启发动机与电机并联的混合驱动模式；若动力蓄电池荷电状态SOC不大于下限值SOClow，则系统开启发动机驱动模式；若油门开度信号a不大于设定的限值ahigh，则系统工作状态视车速而定，当车速信号V小于设定的限值Vlow时,若动力蓄电池荷电状态充足SOC>SOClow，系统工作模式为电机驱动模式；若动力蓄电池荷电状态SOC≤SOClow，车速信号V>0，选择行车充电模式，若车速信号V＝0，则选择驻车充电模式；在油门开度信号a不大于设定的限值ahigh的情况下，若车速信号大于设定的限值Vlow，则动力蓄电池荷电状态充足时SOC>SOClow，选择发动机驱动模式，电量不足时SOC≤SOClow时，选择行车充电模式。

本发明采用无级变速箱解决了发动机和电机的转矩耦合问题，当电机与发动机转速不同时，无级变速箱会调整传动比使两者动力较好的耦合。本发明采用离心式离合器防止了电机转动倒拖发动机的现象发生，离心式离合器是仅当发动机输出轴转动产生离心力时才会与电机接合，而发动机不工作时，离心式离合器与电机处于分离状态。本发明根据车辆行驶工况，调整发动机和动力蓄电池组的状态，切换不同的工作模式，构成了一种混合动力摩托车用的简单可靠的动力系统，及其控制方法。

附图说明

图1是本发明摩托车混合动力系统的结构示意图。

图2是本发明摩托车混合动力系统中各工作模式切换的逻辑图。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合附图对具体实施方式做出详细说明。

图1是本发明摩托车混合动力系统的结构示意图。如图1所示，摩托车混合动力系统包括发动机10、无级变速箱20、离心式离合器30、电机40、主减速器50、动力蓄电池60。

发动机10包括机体11和曲轴12，曲轴12与发动机的活塞连杆结构连接，将发动机动力输出至无级变速箱20的主动滑轮21。

无级变速箱20包括主动滑轮21、从动滑轮22以及传送带23，通过改变传送带23与主动滑轮21、从动滑轮22的接触位置可以调整无级变速箱20的传动比。

离心式离合器30包括离合器座31、离合器盘32、摩擦片33以及离合器弹簧34。当离合器座31静止时，由于离合器弹簧34的拉力，摩擦片33与离合器盘32处于分离状态；当离合器座31转速大于一定值后，由于离心力作用，摩擦片33与离合器盘32逐渐接合。

电机40包括电机转子41、电机定子42、电机轴43及螺栓44。

主减速器50包括输入轴51、输出轴52及齿轮组53及从动齿轮54。

发动机10的曲轴12与无级变速箱20的主动滑轮21连接，无级变速箱20的从动滑轮22通过离心式离合器30与电机转子41、以及主减速器的齿轮组53连接，主减速器的从动齿轮54与输出轴52连接，电机40与所述动力蓄电池60电连接。

作为本发明实施例的一个优选，无级变速箱20的从动滑轮22与离心式离合器30的离合器座31连接在同一根轴套上，离合器座31在靠近离合器盘32的一侧设有摩擦片33，电机40的电机转子41与离合器盘32连接，离合器盘32与离合器座31通过摩擦片33进行动力传递，摩擦片33的离合位置由离合器弹簧34及传递的离心力控制。

当发动机10不工作时，无级变速箱20的从动滑轮22不转动，与从动滑轮22连接的离合器座31也不转动，因此离心式离合器30处于分离状态。

当发动机10工作时，无级变速箱20的从动滑轮22转动，与从动滑轮22连接的离合器座31也转动，离心式离合器30处于接合状态。

作为本发明实施例的一个优选，动力蓄电池组60为锂电池、镍氢或铅酸电池。

作为本发明实施例的一个优选，动力系统可以配置外接充电器70，在熄火状态下直接对动力蓄电池组60充电。

下面结合图1详细介绍本发明工作时的状况。

当发动机10工作时，曲轴12带动无级变速箱20的从动滑轮22转动，无级变速箱20的从动滑轮22通过离合器座31及摩擦片33的传递与离合器盘32连接，而电机转子41通过螺栓44与离合器盘32固定连接，使得离心式离合器30在离心力的作用下进入接合状态。此时，电机40能输出扭矩，也能发电并向动力蓄电池组60充电，或者电机10也可以不工作。

当发动机10不工作时，无级变速箱20的从动滑轮22处于静止状态，使得离心式离合器30处于分离状态，电机转子41通过离合器盘32与主减速器50的齿轮组53连接，主减速器50的从动齿轮54与动力输出轴52连接，由动力输出轴52输出动力。

本实施例采用了无级变速箱解决了发动机和电机的转矩耦合问题，当电机与发动机转速不同时，无级变速箱会调整传动比使两者动力较好的耦合。本实施例还采用了离心式离合器防止了电机转动倒拖发动机的现象发生。

摩托车动力系统各部件由整车控制器协同控制，根据车辆行驶工况，调整发动机10和动力蓄电池组60的状态来进行控制，整个动力系统可包括以下六种工作模式中的一种或几种：发动机驱动模式，电机驱动模式，混合驱动模式，行车充电模式，驻车充电模式，制动能量回收模式。

工作模式	发动机	电机	离合器
				发动机驱动模式	工作	不工作	接合
电机驱动模式	不工作	工作，输出转矩	分离
				混合驱动模式	工作	工作，输出转矩	接合
行车充电模式	工作	工作，向电池充电	接合
				驻车充电模式	工作	工作，向电池充电	接合
制动能量回收模式	不工作	工作，向电池充电	分离

各模式的工作原理如下：

发动机驱动模式：该模式用于摩托车中高速行驶时。此模式下，发动机工作，带动无极变速箱20的从动滑轮22转动产生离心力使离心式离合器30接合，电机转子41空转。发动机10动力通过无极变速箱20及主减速器50传递至输出轴52。

电机驱动模式：该模式用于摩托车起动或低速阶段且动力蓄电池组60电量充足时。此模式下，发动机10不工作，离心式离合器30处于分离状态，电机40输出动力通过主减速器50传递到输出轴52。

混合驱动模式：该模式用于动力蓄电池组60电量充足时的爬坡或急加速工况下。此模式下，发动机10的曲轴12带动无极变速箱20的从动滑轮22转动产生离心力使离心式离合器30接合。发动机10的动力经无极变速箱20、离心式离合器30传递至离合器盘32，电机40的电机转子41与离合器盘32固定连接。电机40工作时，当离合器盘32与离合器座31转速不同时，离心式离合器30自身有一定的缓冲作用，同时无极变速箱20自动调节速比，且电机40控制器根据负载调节转速，直至离合器盘32与离合器座31转速相同。电机40输出的转矩与发动机10的动力耦合后通过主减速器50传递至输出轴52。

行车充电模式：该模式作为可选模式用于行驶过程中，当动力蓄电池组60电量低时，发动机10一部分动力传递至电机40向动力蓄电池组60充电。此模式下，发动机10工作，离心式离合器30接合，电机40通过反向励磁将发动机的一部分动力转化成电能向动力蓄电池组60充电，发动机10的另一部分动力经过主减速器50后传递至输出轴52驱动车辆。

驻车充电模式：该模式作为可选模式用于怠速时将发动机10的动力转化成电能向动力蓄电池组60充电。此模式下，发动机10工作，离心式离合器30接合，发动机10输出的动力全部传递至电机向动力蓄电池组60充电。

制动能量回收模式：该模式用于中高速制动时通过电机励磁效应提供部分或全部制动力，并利用电机励磁产生的电能向动力蓄电池组60充电。此模式下，发动机10不工作，离心式离合器30处于分离状态。电机40产生反向转矩辅助制动，同时产生电能向动力蓄电池组60充电。

图2是本发明摩托车混合动力系统中各工作模式切换的逻辑图。混合动力系统可以根据油门开度信号，制动踏板信号，动力电池荷电状态SOC信号，车速信号等进行判定，选择动力系统的工作模式。这些信号的数值要根据车辆的实际设计要求来确定。动力系统的工作模式切换整体遵循节能减排，兼顾动力，保护电池的原则，其具体工作模式的判定流程如图2所示描述如下：

1、当制动踏板信号b>0时，若动力蓄电池荷电状态SOC小于上限值SOChigh，则系统开启制动能量回收模式；若动力蓄电池荷电状态SOC值超出上限值SOChigh，则关闭制动能量回收模式；

2、当制动踏板信号b＝0时，若油门开度信号a大于设定的限值ahigh，同时动力蓄电池荷电状态SOC大于下限值SOClow，则系统开启发动机与电机并联的混合驱动模式；若动力蓄电池荷电状态SOC不大于下限值SOClow，则系统开启发动机驱动模式；

3、若油门开度信号a不大于设定的限值ahigh，则系统工作状态视车速而定，当车速信号V小于设定的限值Vlow时,若动力蓄电池荷电状态充足SOC>SOClow，系统工作模式为电机驱动模式；若动力蓄电池荷电状态SOC≤SOClow，车速信号V>0，选择行车充电模式，若车速信号V＝0，则选择驻车充电模式；

4、在油门开度信号a不大于设定的限值ahigh的情况下，若车速信号大于设定的限值Vlow，则动力蓄电池荷电状态充足时SOC>SOClow，选择发动机驱动模式，电量不足时SOC≤SOClow时，选择行车充电模式。

本发明中，发动机一方面可以输出动力驱动车辆；同时还能输出动力至电机，向动力蓄电池充电。电机可以输出动力驱动车辆，同时也能利用制动能量回馈和发动机能量对蓄电池进行充电，实现能量的多向流动。

本发明摩托车动力系统采用无级变速箱解决了发动机和电机的转矩耦合问题，采用离心式离合器防止了电机转动倒拖发动机的现象发生。本发明摩托车动力系统根据控制策略需要可以切换不同的工作模式，实现纯电动模式，热机模式和混合动力模式之间的自动切换。本发明为混合动力摩托车提供了一种结构简单，易于操作，传动效率高，可靠性好的动力系统。本发明的摩托车动力系统的控制方法，根据车辆行驶工况，调整发动机和动力蓄电池组的状态来进行控制，可靠性高，有效利用混合动力。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。例如，发动机启动可以采用传统方式，即使用专用的启动电机启动。本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种摩托车混合动力系统，其特征在于，包括发动机、无级变速箱、离心式离合器、电机、主减速器以及动力蓄电池，其中，所述发动机的曲轴与所述无级变速箱的主动滑轮连接，所述无级变速箱的从动滑轮通过所述离心式离合器与所述电机的电机转子以及所述主减速器的齿轮组连接，所述主减速器的从动齿轮与输出轴连接，所述电机与所述动力蓄电池组电连接。

2.如权利要求1所述的一种摩托车混合动力系统，其特征在于，所述离心式离合器包括：离合器座、离合器盘、摩擦片和离合器弹簧，所述离合器座的外缘与所述离合器盘的内缘在径向上间隔相对，所述摩擦片设于所述离合器座的外缘，所述无级变速器的所述从动滑轮与所述离合器座连接在同一根轴套上，所述电机转子与所述离合器盘连接，所述离合器盘与所述离合器座通过所述摩擦片进行动力传递。

3.如权利要求1所述的一种摩托车混合动力系统，其特征在于，所述动力蓄电池组为锂电池组、镍氢电池组或铅酸电池组。

4.如权利要求1所述的一种摩托车混合动力系统，其特征在于，所述动力蓄电池组配有一个外接充电器。

5.一种如权利要求1所述的摩托车混合动力系统的控制方法，所述摩托车混合动力系统根据车辆行驶工况，调整发动机和动力蓄电池组的运行状态，其特征在于，所述控制方法包括发动机驱动模式、电机驱动模式、混合驱动模式和制动能量回收模式，

在所述发动机驱动模式下，控制所述发动机工作，并控制所述电机不工作，所述离心式离合器处于接合状态；

在所述电机驱动模式下，控制所述发动机不工作，并控制所述电机工作且输出转矩，所述离心式离合器处于分离状态；

在所述混合驱动模式下，控制所述发动机工作，并控制所述电机工作且输出转矩，所述离心式离合器处于接合状态；在所述制动能量回收模式下，控制所述发动机不工作，并控制所述电机工作且向所述动力蓄电池充电，所述离心式离合器处于分离状态。

6.如权利要求5所述的一种控制方法，其特征在于，还包括行车充电模式和驻车充电模式，

在所述行车充电模式下，控制所述发动机工作，并控制所述电机工作且向所述动力蓄电池充电，所述离心式离合器处于接合状态；

在所述驻车充电模式下，控制所述发动机工作，并控制所述电机工作且向所述动力蓄电池充电，所述离心式离合器处于接合状态。

7.如权利要求6所述的一种控制方法，其特征在于，所述摩托车混合动力系统根据制动踏板信号，油门开度信号，动力蓄电池荷电状态SOC信号和车速信号进行判定，选择所述混合动力系统的工作模式。

8.如权利要求7所述的一种控制方法，其特征在于，

当制动踏板信号b>0时，若动力蓄电池荷电状态SOC小于上限值SOChigh，则系统开启制动能量回收模式；若动力蓄电池荷电状态SOC值超出上限值SOChigh，则关闭制动能量回收模式；

当制动踏板信号b＝0时，若油门开度信号a大于设定的限值ahigh，同时动力蓄电池荷电状态SOC大于下限值SOClow，则系统开启发动机与电机并联的混合驱动模式；若动力蓄电池荷电状态SOC不大于下限值SOClow，则系统开启发动机驱动模式；

若油门开度信号a不大于设定的限值ahigh，则系统工作状态视车速而定，当车速信号V小于设定的限值Vlow时,若动力蓄电池荷电状态充足SOC>SOClow，系统工作模式为电机驱动模式；若动力蓄电池荷电状态SOC≤SOClow，车速信号V>0，选择行车充电模式，若车速信号V＝0，则选择驻车充电模式；

在油门开度信号a不大于设定的限值ahigh的情况下，若车速信号大于设定的限值Vlow，则在动力蓄电池荷电状态充足时SOC>SOClow，选择发动机驱动模式，电量不足时SOC≤SOClow时，选择行车充电模式。