CN108482103A - 一种双轴驱动混合动力系统及驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种双轴驱动混合动力系统及驱动方法，前轴由发动机和前驱动电机分别或同时驱动，后轴由后驱动电机和后轴驱动电机共同驱动。该驱动系统可以根据车辆行驶需求进行不同工作模式的选择，使得发动机和电动机工作在各自的高效区内，提高电机负荷率，在保证动力性的条件下，可以提高经济性；该动力系统在保证车辆整体动力性不变的前提下，使车辆既可工作在两驱模式下，又可根据需求实现四驱，增加了车辆的动力学可控制性；该驱动系统后桥取消机械差速装置，有利于动力系统减轻质量，提高传动效率，降低传动噪声。

Description

一种双轴驱动混合动力系统及驱动方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车领域，具体涉及一种双轴驱动混合动力系统及驱动方法。
背景技术
近年来，我国城市大气污染日趋严重，石油对外依存度大，国家能源战略安全问题日益严峻。混合动力汽车是节能与新能源汽车领域的发展重点。据统计，该技术可以在传统燃油车基础上实现节能35%~55%，减排效果显著。
目前，混合动力汽车按布置形式的不同可主要分为：串联混动结构形式、并联混动结构形式和混联混动结构形式。串联混动结构由发动机带动发电机向电池组提供电能，再由电动机驱动车辆行驶。整个发动机-发电机组和驱动轴没有机械连接。虽然发动机可以一直工作在高效区，但无法直接驱动车轮，必须要经过发电机和电动机的两次损耗，系统综合效率低；并联结构混合动力车发动机和电机可以实现机械耦合，可以根据需求实现发动机和电动机的单独驱动或共同驱动，效率和经济性较好；混联结构混合动力汽车融合了串联和并联的优点，可以在串联和并联模式间切换。但其驱动模式更为复杂，对控制策略的水平要求也更高。当前混合动力汽车多采用单轴驱动形式，而双轴驱动混合动力系统具有更好的操纵性，且具有更好的经济性。但对于双轴驱动混合动力，目前还没有成熟的驱动系统出现。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的缺陷，提供一种双轴驱动混合动力系统及驱动方法，填补该领域的空白。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：
一种双轴驱动混合动力系统，其特征在于：车辆后轴连接一对后驱动电机；各后驱动电机通过电机控制器与电池组连接；设置一个发动机，发动机输出转矩经离合器与汽车前轴连接；前驱动电机经第三主减速器、差速器后与汽车前轴连接；同时，前驱动电机通过电机控制器也与电池组连接；发动机通过发电机与电池组连接；需要充电时，电池组通过充电插头与外部电源连通。
进一步的，后驱动电机为轮边电机，两个后驱动电机形状及功率大小一致。
进一步的，所述电池组为同一个电池组。
进一步的，各后驱动电机通过减速器后分别连接各自所在侧的后轮。
采用上述双轴驱动混合动力系统的驱动方法，其特征在于：汽车根据车辆行驶负荷和速度需求进行不同驱动模式的选择，使得发动机和/或电动机工作在各自的高效区内。
进一步的，包含七种不同驱动模式：纯电动单轴驱动模式、纯电动双轴驱动模式、发动机单独驱动模式、串联混动模式、并联混动模式、混联模式、停车充电模式和制动回收模式 。
进一步的，电池组电量充足、车辆低速行驶且需求负荷较低时，进入纯电动单轴驱动模式，采用前驱动电机前驱动前轴或后轴驱动电机驱动后轴，提高驱动电机的负荷率，工作在高效区间，并避免发动机在怠速工况下运行；
电池组电量充足、车辆低速行驶时，前后两轴的驱动电机共同驱动在纯电动双轴驱动模式下工作，此时驱动电机均具有较高的负荷率，工作在各自的高效区间；
车辆在高速、中高负荷工况下，车辆进入发动机单独驱动模式，此时由发动机单独驱动车辆，发动机工作于低油耗区，具有良好的经济性；
车辆低速行驶且电池组电量不足时，车辆进入串联混动模式，发动机工作在高效区经发电机向电池组充电，通过电池组放电而使驱动电机驱动车辆行驶；
车辆在加速或爬坡高负荷需求等工况下，进入并联混动模式，前后两轴驱动电机不能满足驱动要求时，发动机参与驱动，此时发动机工作在高效区，剩余转矩由电机提供；
当车辆在加速或爬坡高负荷需求工况下，车辆进入混联模式，前后两轴驱动电机不能满足驱动要求且电池组电量不足时，此时发动机参与驱动的同时，还要经发电机向电池组充电；
停车充电模式：车辆在停车时通过充电插头向电池组充电；
制动回收模式：当车辆在制动时，前后两轴的三个驱动电机共同回收制动能量，将机械能转换为电能储存到电池组中。
进一步的，电池组电量充足、车辆低速行驶且需求负荷高于纯电动单轴驱动模式时，驱动系统在纯电动双轴驱动模式下工作。
由此，本发明的系统由发动机和前驱动电机分别或共同驱动车辆前轴，后驱动电机，第二后驱动电机共同驱动车辆后轴。在保证整车动力性能的前提下，提高了驱动电机负荷率，从而提高了电机的工作效率。调节发动机工作在经济区，降低油耗。根据需求实现单轴驱动或双轴驱动，可以实现多种复杂的驱动形式。在制动时，三个驱动电机均可以回收制动能量，可以提高制动能量回收率，也有利于缩短刹车距离。
相对于现有技术，本发明的优势在于：1.根据车辆行驶需求进行不同工作模式的选择，使得发动机和电动机工作在各自的高效区内，在保证动力性的条件下，可以提高经济性；2.该动力系统在保证车辆整体动力性不变的前提下，使车辆既可工作在两驱模式下，又可根据需求实现四驱，增加了车辆的动力学可控制性；3.该驱动系统后桥取消机械差速装置，有利于动力系统减轻质量，提高传动效率，降低传动噪声。该驱动系统在制动回收时前后双轴三个驱动电机共同回收制动能量，不仅可以提高制动能量回收率，也有利于缩短刹车距离。
附图说明
图1所示为该发明的整体结构示意图。
图中附图标记对应如下：1—发动机；2—离合器；3—前驱动电机；4—第一电机控制器；5—电池组；6—第二电机控制器；7—后驱动电机；8—第一主减速器；9—第二后驱动电机；10—第二主减速器；11—第三电机控制器；12—第三主减速器；13—发电机；14—差速器。
具体实施方法
下面结合附图，对本发明做进一步的描述。
如图1所示，本发明一种双轴驱动混合动力系统及驱动方法，所述双轴驱动混合动力系统包括发动机1、发动机；2、离合器；3、前驱动电机；4、第一电机控制器；5、电池组；6、第二电机控制器；7、后驱动电机；8、第一主减速器；9、第二后驱动电机；10、第二主减速器；11、第三电机控制器；12、第三主减速器；13、发电机；14、差速器。
实施案例：如图1所示，所述发动机1输出转矩经离合器2驱动汽车前桥；前驱动电机3经第三主减速器12、差速器14后驱动汽车前桥；在汽车行进过程中，所述发动机1经发电机13向电池组5充电；所述前驱动电机3动力输出经第三主减速器12、差速器14后，驱动汽车前桥；所述后驱动电机7、第二后驱动电机9分别直接经第一主减速器8，第二主减速器10后驱动各自所在侧的后车轮，为两个轮边电机，两驱动电机一致；所述前驱动电机3，后驱动电机7、第二后驱动电机9在制动回收时输出电流向电池组5充电。
车辆在行驶过程中，根据不同的行驶工况，选择不同的驱动模式。具体驱动模式包括：纯电动单轴驱动模式、纯电动双轴驱动模式、发动机单独驱动模式、串联混动模式、并联混动模式、混联模式、停车充电模式和制动回收模式。
为了进一步了解本发明实施方式及内容，通过附图1对本发明进行详细说明，具体如下：
1.纯电动单轴驱动模式
电池组5电量充足，车辆低速（如某些车型下车速≤40km/h，应当理解并不是所有车型都是这个速度和功率负荷划分标准，不同车型、发动机型号以及电机功率会有不同的划分标准，下同）行驶且需求负荷较低（如该车型下负荷占发动机负荷≤40%，）时，前驱动电机3驱动前轴或后驱动电机7、第二后驱动电机9共同驱动后轴，即单轴驱动可以满足车辆行驶需求，提高驱动电机的负荷率，此时，该驱动电机3或后驱动电机7、第二后驱动电机9分别都工作在高效区间，并避免发动机1在怠速工况下运行；
2.纯电动双轴驱动模式
电池组5电量充足（SOC≥50%），车辆低速（车速≤40km/h）行驶且需求负荷较高（占发动机负荷≥80%）时，纯电动单轴驱动模式已经不能满足车辆行驶要求，此时车辆由纯电动单轴驱动模式切换到纯电动双轴驱动模式，前驱动电机3和后驱动电机7、第二后驱动电机9共同驱动，此时发动机处于停止状态，此时驱动电机均具有较高的负荷率，工作在各自的高效区间；
3.发动机单独驱动模式
车辆在高速（车速≥100km/h）、中高负荷（占发动机负荷＞40%）工况下，发动机1单独驱动车辆，此时前驱动电机3，后驱动电机7，第二后驱动电机9，发电机13处于空转状态，此时发动机1工作于低油耗区，具有良好的经济性；
4.串联混动模式
车辆低速（车速≤40km/h）行驶且电池组5电量不足（SOC≤25%）时，发动机1工作在高效区经发电机13向电池组5充电，同时通过电池组放电而使驱动电机驱动车辆行驶；
5.并联混动模式
车辆在加速或爬坡高负荷（占发动机负荷≥80%）需求等工况下，前后两轴驱动电机不能满足驱动要求时，发动机1参与驱动，此时发动机1工作在高效区，剩余转矩由前后轴的电机提供，此时前驱动电机3，后驱动电机7，第二后驱动电机9参与驱动，发电机13处于空转状态；
6.混联模式
当车辆在加速或爬坡高负荷（占发动机负荷≥80%）需求等工况下，前后两轴驱动电机不能满足驱动要求且电池组5电量不足（SOC≤25%）时，此时优先考虑发动机驱动，发动机1参与驱动的同时，还要经发电机13向电池组5充电；
7.停车充电模式
当电池组5电量低（SOC≤25%）需要充电时，车辆静止并通过充电插头与充电桩连接向电池组5充电；
8.制动回收模式
车辆制动过程中，前驱动电机3和后驱动电机7、第二后驱动电机9三个驱动电机共同回收制动能量，将机械能转换为电能储存到电池组5中。
由此，本发明的双轴驱动混合动力系统及驱动方法，前轴由发动机和前驱动电机分别或同时驱动，后轴由后驱动电机和后轴驱动电机共同驱动。该驱动系统可以根据车辆行驶需求进行不同工作模式的选择，使得发动机和电动机工作在各自的高效区内，提高电机负荷率，在保证动力性的条件下，可以提高经济性；该动力系统在保证车辆整体动力性不变的前提下，使车辆既可工作在两驱模式下，又可根据需求实现四驱，增加了车辆的动力学可控制性；该驱动系统后桥取消机械差速装置，有利于动力系统减轻质量，提高传动效率，降低传动噪声。

Claims (8)

1.一种双轴驱动混合动力系统，其特征在于：车辆后轴连接一对后驱动电机；各后驱动电机通过电机控制器与电池组连接；设置一个发动机，发动机输出转矩经离合器与汽车前轴连接；前驱动电机经第三主减速器、差速器后与汽车前轴连接；同时，前驱动电机通过电机控制器也与电池组连接；发动机通过发电机与电池组连接；需要充电时，电池组通过充电插头与外部电源连通。
2.根据权利要求1所述的双轴驱动混合动力系统，其特征在于：后驱动电机为轮边电机，两个后驱动电机形状及功率大小一致。
3.根据权利要求1所述的双轴驱动混合动力系统，其特征在于：所述电池组为同一个电池组。
4.根据权利要求1或2所述的双轴驱动混合动力系统，其特征在于：各后驱动电机通过减速器后分别连接各自所在侧的后轮。
5.采用上述权利要求1-5任一项所述双轴驱动混合动力系统的驱动方法，其特征在于：汽车根据车辆行驶负荷和速度需求进行不同驱动模式的选择，使得发动机和/或电动机工作在各自的高效区内。
6.根据权利要求5所述的驱动方法，驱动方法，其特征在于：所述不同驱动模式包含七种不同驱动模式：纯电动单轴驱动模式、纯电动双轴驱动模式、发动机单独驱动模式、串联混动模式、并联混动模式、混联模式、停车充电模式和制动回收模式 。
7.根据权利要求6所述的驱动方法，其特征在于：电池组电量充足、车辆低速行驶且需求负荷较低时，进入纯电动单轴驱动模式，采用前驱动电机前驱动前轴或后轴驱动电机驱动后轴，提高驱动电机的负荷率，工作在高效区间，并避免发动机在怠速工况下运行；
电池组电量充足、车辆低速行驶时，前后两轴的驱动电机共同驱动在纯电动双轴驱动模式下工作，此时驱动电机均具有较高的负荷率，工作在各自的高效区间；
车辆在高速、中高负荷工况下，车辆进入发动机单独驱动模式，此时由发动机单独驱动车辆，发动机工作于低油耗区，具有良好的经济性；
车辆低速行驶且电池组电量不足时，车辆进入串联混动模式，发动机工作在高效区经发电机向电池组充电，通过电池组放电而使驱动电机驱动车辆行驶；
车辆在加速或爬坡高负荷需求等工况下，进入并联混动模式，前后两轴驱动电机不能满足驱动要求时，发动机参与驱动，此时发动机工作在高效区，剩余转矩由电机提供；
当车辆在加速或爬坡高负荷需求工况下，车辆进入混联模式，前后两轴驱动电机不能满足驱动要求且电池组电量不足时，此时发动机参与驱动的同时，还要经发电机向电池组充电；
停车充电模式：车辆在停车时通过充电插头向电池组充电；
制动回收模式：当车辆在制动时，前后两轴的三个驱动电机共同回收制动能量，将机械能转换为电能储存到电池组中。
8.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于：电池组电量充足、车辆低速行驶且需求负荷高于纯电动单轴驱动模式时，驱动系统在纯电动双轴驱动模式下工作。
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