CN107539115B - 一种四驱混合动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种四驱混合动力系统。旨在克服当前四驱混合动力汽车不能实现发动机最优控制问题及不能实现停车发电的问题，其包括发动机、行星排、一号电机、二号电机、一号离合器、二号离合器、三号离合器、四号离合器、一号制动器、二号制动器、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、齿轮Ⅲ、齿轮Ⅳ、齿轮Ⅴ、齿轮Ⅵ。通过控制不同离合器和制动器的接合/分离状态，可以实现不同的模式。

Description

一种四驱混合动力系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆技术领域，更确切的说，本发明特别涉及一种四驱混合动力系统。
背景技术
由于能源短缺与环境污染的双重压力，各国政府都在制定政策发展节能与新能源汽车。混合动力因为兼具低油耗、低排放与续驶里程长的优点，得到了广泛的认可，成为各国汽车企业与研究所的研究热点。其中的混联式混合动力汽车结合了串联式和并联式的优点，更是三者中被研究的重点。
四驱车辆相比两驱车辆有更好的动力性和通过性，而传统的四驱车辆燃油消耗较高，污染物排放多。将混合动力技术应用在四驱车辆上，可以简化四驱车辆的结构，并且能够降低四驱车辆的燃油消耗和污染物排放。中国专利公开号为CN102381177A的一种电动四驱混合动力系统及其控制方法，公开了一种混联式四驱混合动力系统，该构型中一个电机驱动后轮，发动机和另一个电机通过行星排装置驱动前轮，该构型不能实现发动机的最优控制。中国专利公开号为CN204398847U一种四驱油电混合动力系统，公开了一种四驱混合动力系统，该构型的两个后轮上有两个轮毂电机实现后轮驱动，发动机和另一电机通过行星排装置驱动前轮，该构型中行星排齿圈连接前驱动桥的差速器，使得发动机的转矩与路载不解耦，不能实现发动机的最优控制，同时该构型不能实现停车发电的功能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种四驱混合动力系统，以实现发动机的最优控制以及停车发电功能。
为解决上述问题，本发明是采用如下的技术方案实现的：所述的四驱混合动力系统包括发动机(9)、一号电机(7)、二号电机(5)、行星排、一号离合器(16)、二号离合器(18)、三号离合器(1)、四号离合器(3)、一号制动器(6)、二号制动器(8)、齿轮Ⅰ(17)、齿轮Ⅱ(21)、齿轮Ⅲ(13)、齿轮Ⅳ(19)、齿轮Ⅴ(15)、齿轮Ⅵ(20)、前轴差速器(14)、后轴差速器(2)、前轮(12)、后轮(4)；所述行星排的太阳轮(22)与一号电机(7)的转子相连，行星架(10)与发动机(9)的输出轴相连，齿圈(11)与齿轮Ⅰ(17)相连；所述二号电机(5)的输出轴与齿轮Ⅵ(20)相连；所述一号离合器(16)一端与齿轮Ⅲ(13)相连，另一端与齿轮Ⅴ(15)相连；所述二号离合器(18)一端与齿轮Ⅱ(21)相连，另一端与齿轮Ⅳ(19)相连；所述三号离合器(1)一端与右后轮相连，另一端与后轴差速器(2)相连；所述四号离合器(3)一端与左后轮相连，另一端与后轴差速器相连(2)；所述齿轮Ⅰ(17)分别与齿轮Ⅱ(21)和齿轮Ⅲ(13)啮合；所述齿轮Ⅳ(19)与齿轮Ⅵ(20)啮合；所述齿轮Ⅴ(15)与前轴差速器(14)啮合；所述齿轮Ⅵ(20)分别与齿轮Ⅳ(19)和后轴差速器(2)齿轮啮合。
进一步地，所述一号制动器(6)设置在所述太阳轮(22)的连接轴上，用于锁止所述太阳轮(22)的转动，所述二号制动器(8)设置在所述行星架(10)的连接轴上，用于锁止所述行星架(10)的转动。
进一步地，所述四轮驱动混合动力系统包括但不限于下列6种运行模式，分别为后驱模式、功率分流前驱模式、功率分流四驱模式、纯电动四驱模式、停车发电模式、再生制动模式。当处于后驱动模式时，所述一号离合器(16)分离、所述二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和所述四号离合器(2)接合，所述一号制动器(6)和二号制动器(8)均不锁止。当处于功率分流前驱模式时，所述一号离合器(16)和二号离合器(18)均接合，所述三号离合器(1)和四号离合器(2)均分离，所述一号制动器(6)和二号制动器(8)均不锁止。当处于功率分流四驱模式时，所述一号离合器(16)接合、二号离合器(18)分离、三号离合器(1)和四号离合器(2)均接合，所述一号制动器(6)和二号制动器(8)均不锁止。当处于纯电动四驱模式时，所述一号离合器(16)接合，二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和是四号离合器(2)均接合，所述一号制动器(6)不锁止，二号制动器(8)锁止。当处于停车发电模式时，所述一号离合器(16)分离，二号离合器(18)接合，所述三号离合器(1)和四号离合器(2)均分离，所述一号制动器(6)锁止，二号制动器(8)不锁止。当处于再生制动模式时，所述一号离合器(16)接合，二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和四号离合器(2)均接合，所述一号制动器(6)不锁止，二号制动器(8)锁止。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过控制离合器的接合/分离状态，所述二号电机(5)即可以单独驱动后轮，也可以在功率分流前驱模式中参与前轮的驱动，使得发动机(9)的转速与转矩均能相对于路面解耦，实现发动机的最优控制。通过控制离合器的接合/分离状态，可以实现停车发电功能，作为移动电站使用。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明：
图1为本发明所述的四驱混合动力系统结构原理示意图；
图2为本发明所述的四驱混合动力系统后驱模式的动力传递示意图；
图3为本发明所述的四驱混合动力系统功率分流前驱模式的动力传递示意图；
图4为本发明所述的四驱混合动力系统功率分流四驱模式的动力传递示意图；
图5为本发明所述的四驱混合动力系统纯电动四驱模式的动力传递示意图；
图6为本发明所述的四驱混合动力系统停车发电模式的动力传递示意图；
图7为本发明所述的四驱混合动力系统再生制动模式的动力传递示意图；
图中：1.三号离合器；2.后轴差速器；3.四号离合器；4.后轮；5.二号电机；6.一号制动器；7.一号电机；8.二号制动器；9.发动机；10.行星排行星架；11.行星排齿圈；12.前轮；13.齿轮Ⅲ；14.前轴差速器；15.齿轮Ⅴ；16.一号离合器；17.齿轮Ⅰ；18.二号离合器；19.齿轮Ⅳ；20.齿轮Ⅵ；21.齿轮Ⅱ；22.行星排太阳轮。
具体实施方式
本发明的核心在于提供一种四驱混合动力系统，以实现发动机最优控制及实现停车发电的功能。
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。需要说明的是，下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
参考图1，本发明所述的四驱混合动力系统包括发动机(9)、一号电机(7)、二号电机(5)、行星排、一号离合器(16)、二号离合器(18)、三号离合器(1)、四号离合器(3)、一号制动器(6)、二号制动器(8)、齿轮Ⅰ(17)、齿轮Ⅱ(21)、齿轮Ⅲ(13)、齿轮Ⅳ(19)、齿轮Ⅴ(15)、齿轮Ⅵ(20)、前轴差速器(14)、后轴差速器(2)、前轮(12)、后轮(4)；
所述行星排的太阳轮(22)与一号电机(7)的转子相连，行星架(10)与发动机(9)的输出轴相连，齿圈(11)与齿轮Ⅰ(17)相连；
所述二号电机(5)的输出轴与齿轮Ⅵ(20)相连；
所述一号离合器(16)一端与齿轮Ⅲ(13)相连，另一端与齿轮Ⅴ(15)相连；所述二号离合器(18)一端与齿轮Ⅱ(21)相连，另一端与齿轮Ⅳ(19)相连；所述三号离合器(1)一端与右后轮相连，另一端与后轴差速器(2)相连；所述四号离合器(3)一端与左后轮相连，另一端与后轴差速器相连(2)；
所述齿轮Ⅰ(17)分别与齿轮Ⅱ(21)和齿轮Ⅲ(13)啮合；所述齿轮Ⅳ(19)与齿轮Ⅵ(20)啮合；所述齿轮Ⅴ(15)与前轴差速器(14)啮合；所述齿轮Ⅵ(20)分别与齿轮Ⅳ(19)和后轴差速器(2)齿轮啮合；
所述一号制动器(6)设置在所述太阳轮(22)的连接轴上，用于锁止所述太阳轮(22)的转动，所述二号制动器(8)设置在所述行星架(10)的连接轴上，用于锁止所述行星架(10)的转动。
本发明通过控制所述一号离合器(16)、二号离合器(18)、三号离合器(1)、四号离合器(2)的接合/分离状态及控制一号制动器(6)、二号制动器(8)的锁止状态，可以实现后驱模式、功率分流前驱模式、功率分流四驱模式、纯电动四驱模式、停车发电模式、再生制动模式等几种不同的模式。
1.后驱模式
参考图2，后驱模式用于车辆的起动，以及车辆在低负荷需求、低速运行时驱动车辆行驶。在后驱模式中，所述一号离合器(16)和二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和四号离合器(2)接合，所述二号电机(5)驱动通过齿轮Ⅵ(20)、前轴差速器(2)后轮行驶。
2.功率分流前驱模式
参考图3，在功率分流前驱模式下，所述一号离合器(16)和二号离合器(18)接合，所述三号离合器(1)和四号离合器(2)分离，所述二号电机通过齿轮Ⅵ(20)、齿轮Ⅳ(19)、齿轮Ⅱ(21)和齿轮Ⅰ(17)与所述行星排的齿圈(11)相连。在功率分流前驱模式下，所述行星排起到功率分流作用，通过调节一号电动机(7)的转速、调节二号电动机(5)的转矩，使得发动机(9)的转速与转矩与路载解耦，从而使得发动机(9)工作在其燃油经济性最佳的区域，实现发动机(9)的最优控制。发动机(9)、一号电机(7)、二号电机(5)通过行星排、齿轮Ⅰ(17)、齿轮(13)Ⅲ、齿轮(15)Ⅴ、前轴差速器(14)驱动前轮。
3.功率分流四驱模式
参考图4，在功率分流四驱模式下，所述一号离合器(16)接合，二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和四号离合器(2)接合，所述一号制动器(6)和二号制动器(8)均不锁止，所述二号电机(5)驱动通过齿轮Ⅵ(20)、前轴差速器(2)后轮行驶，所述发动机(9)、一号电机(7)通过行星排、齿轮Ⅰ(17)、齿轮(13)Ⅲ、齿轮(15)Ⅴ、前轴差速器(14)驱动前轮。该四驱模式适用于车辆处于加速、爬坡等需求功率较大的场合。
4.纯电动四驱模式
参考图5，在纯电动四驱模式下，所述一号离合器(16)接合、二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和二号离合器(2)接合，所述一号制动器(6)不锁止，二号制动器(8)锁止。所述二号电机(5)驱动通过齿轮Ⅵ(20)、前轴差速器(2)后轮行驶，所述一号电机(7)通过行星排、齿轮Ⅰ(17)、齿轮(13)Ⅲ、齿轮(15)Ⅴ、前轴差速器(14)驱动前轮。纯电动四驱模式适用于车辆需求功率较大、整车电量充足的场合，在该模式下通过调节一号电机(7)、二号电机(5)的转矩，可以调节前后轮驱动力分配系数，最大程度的利用地面附着力。
5.停车发电模式
参考图6，在停车发电模式下，所述一号离合器(16)分离，二号离合器(18)接合，所述三号离合器(1)和四号离合器(2)分离，所述一号制动器(6)锁止，二号制动器(8)不锁止。发动机(9)通过行星排行星架、行星排太阳轮(22)、行星排齿圈(11)、齿轮Ⅰ(17)、齿轮Ⅱ(21)、齿轮Ⅳ(19)、齿轮Ⅵ(20)带动二号电机(5)发电。停车发电功能使得所述四驱混合动力系统可以作为电站使用。
6.再生制动模式
车辆制动可以分为机械制动、再生制动以及联合制动。在非紧急制动同时车速高于某一阈值的条件下，车辆进入再生制动模式。
参考图7，在再生制动模式下，所述一号离合器(16)接合、二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和四号离合器(2)接合，所述一号制动器(6)不锁止、二号制动器(8)锁止。再生制动时，车辆通过前轴差速器(12)、齿轮Ⅴ(15)、齿轮Ⅲ(13)、齿轮Ⅰ(17)、行星排齿圈(11)、行星排太阳轮(22)带动一号电机(7)发电，通过后轴差速器(2)、齿轮Ⅵ(20)带动二号电机(7)发电。
下表为本发明各工作模式及相应模式下动力源及离合器、制动器的工作情况汇总。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
以上所述仅为本发明的一个实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种四驱混合动力系统，其特征在于：
包括发动机(9)、一号电机(7)、二号电机(5)、行星排、一号离合器(16)、二号离合器(18)、三号离合器(1)、四号离合器(3)、一号制动器(6)、二号制动器(8)、齿轮Ⅰ(17)、齿轮Ⅱ(21)、齿轮Ⅲ(13)、齿轮Ⅳ(19)、齿轮Ⅴ(15)、齿轮Ⅵ(20)、前轴差速器(14)、后轴差速器(2)、前轮(12)、后轮(4)；
所述行星排的太阳轮(22)与一号电机(7)的转子相连，行星架(10)与发动机(9)的输出轴相连，齿圈(11)与齿轮Ⅰ(17)相连；
所述二号电机(5)的输出轴与齿轮Ⅵ(20)相连；
所述一号离合器(16)一端与齿轮Ⅲ(13)相连，另一端与齿轮Ⅴ(15)相连；所述二号离合器(18)一端与齿轮Ⅱ(21)相连，另一端与齿轮Ⅳ(19)相连；所述三号离合器(1)一端与右后轮相连，另一端与后轴差速器(2)相连；所述四号离合器(3)一端与左后轮相连，另一端与后轴差速器(2) 相连；
所述齿轮Ⅰ(17)分别与齿轮Ⅱ(21)和齿轮Ⅲ(13)啮合；所述齿轮Ⅳ(19)与齿轮Ⅵ(20)啮合；所述齿轮Ⅴ(15)与前轴差速器(14)啮合；所述齿轮Ⅵ(20)分别与齿轮Ⅳ(19)和后轴差速器(2)齿轮啮合；
所述一号制动器(6)设置在所述太阳轮(22)的连接轴上，用于锁止所述太阳轮(22)的转动，所述二号制动器(8)设置在所述行星架(10)的连接轴上，用于锁止所述行星架(10)的转动；
所述四驱混合动力系统包括但不限于下列6种运行模式，分别为后驱模式、功率分流前驱模式、功率分流四驱模式、纯电动四驱模式、停车发电模式、再生制动模式。
2.根据权利要求1所述的一种四驱混合动力系统，其特征在于：
当处于后驱模式时，所述一号离合器(16)分离、所述二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和所述四号离合器(3 )接合，所述一号制动器(6)和二号制动器(8)均不锁止。
3.根据权利要求1所述的一种四驱混合动力系统，其特征在于：
当处于功率分流前驱模式时，所述一号离合器(16)和二号离合器(18)均接合，所述三号离合器(1)和四号离合器(3 )均分离，所述一号制动器(6)和二号制动器(8)均不锁止。
4.根据权利要求1所述的一种四驱混合动力系统，其特征在于：
当处于功率分流四驱模式时，所述一号离合器(16)接合、二号离合器(18)分离、三号离合器(1)和四号离合器(3 )均接合，所述一号制动器(6)和二号制动器(8)均不锁止。
5.根据权利要求1所述的一种四驱混合动力系统，其特征在于：
当处于纯电动四驱模式时，所述一号离合器(16)接合，二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和是四号离合器(3 )均接合，所述一号制动器(6)不锁止，二号制动器(8)锁止。
6.根据权利要求1所述的一种四驱混合动力系统，其特征在于：
当处于停车发电模式时，所述一号离合器(16)分离，二号离合器(18)接合，所述三号离合器(1)和四号离合器(3 )均分离，所述一号制动器(6)锁止，二号制动器(8)不锁止。
7.根据权利要求1所述的一种四驱混合动力系统，其特征在于：
当处于再生制动模式时，所述一号离合器(16)接合，二号离合器(18)分离，所述三号离合器(1)和四号离合器(3 )均接合，所述一号制动器(6)不锁止，二号制动器(8)锁止。
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