CN108528201A - 一种分布式三轴驱动混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式三轴驱动混合动力系统，包括发动机动力总成、第一电机动力总成、第二电机动力总成、电池、整车控制器；发动机输出端经离合器依次与第二变速器、第二主减速器和第二差速器连接；第一电机输出端经第一变速器、第一主减速器与第一差速器相连；第二电机输出端经第三变速器、第三主减速器与第三差速器相连；发动机驱动中轴，第一电机驱动前轴，第二电机驱动后轴；整车实现纯电动前后轴驱动模式、发动机中轴驱动模式、适时六轮驱动模式、制动能量回收模式、驻车充电模式。本发明动力系统主要用于大型三轴矿用自卸车，性能安全可靠，电机或发动机单独或共同工作在各自的高效区间，改善动力系统效率，提高能源利用率。

Description

一种分布式三轴驱动混合动力系统

技术领域

本发明涉及车辆动力驱动系统技术领域，具体涉及一种分布式三轴驱动混合动力系统。

背景技术

世界的发展越来越迅猛，能源的需求量与日俱增，矿产资源的开采量同步增加。传统运输车辆在越来越多，越来越大的矿藏运输作业里，显得力不从心，市场里逐渐出现各种更能适合大型矿藏场所的运输车辆，矿用自卸车便是其中的代表。这种颇具中国特色的运输车辆，能在建筑工地及矿区工况中，从容作业，并且工作效率高，载重量大，能承受高强度的作业要求。

由于矿用自卸车体型庞大，载重量达一百吨，当矿用自卸车处于起步、加速或爬坡工况时，发动机的扭矩需求巨大。但经研究发现，在路面状况良好、均速行驶的工况下，矿用自卸车对发动机的扭矩需求并不大，处于后备功率过剩的状况。现有的三轴矿用自卸车一般为一套发动机动力系统，通过分动器将发动机动力分配给中轴和后轴，完成驱动过程。该种驱动系统重量大，对发动机的功率、扭矩要求高，生产成本高，且难以兼顾车辆的动力性、经济性。且矿用自卸车行驶路面复杂多变，各轮所处路面的附着系数常常不一致，车轮易发生驱动打滑现象。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对上述矿用自卸车动力系统存在的不足，提供一种分布式三轴驱动混合动力系统，它通过前轴和后轴采用电机驱动、中轴采用发动机驱动的方式，有效地提高了动力系统效率和整车动力性、经济性。

本发明为解决上述提出的技术问题所采用的技术方案为：

一种分布式三轴驱动混合动力系统，该动力系统主要应用于大型三轴矿用自卸车，包括发动机动力总成、第一电机动力总成、第二电机动力总成、电池、整车控制器：

发动机动力总成，包括发动机、离合器、第二变速器、第二主减速器和第二差速器，所述发动机的输出端经所述离合器依次与所述第二变速器、第二主减速器和第二差速器连接，所述第二差速器连接车辆中轴，通过所述发动机驱动中轴；

第一电机动力总成，包括第一电机、第一变速器、第一主减速器、第一差速器和第一逆变器，所述第一电机的输出端经所述第一变速器依次与第一主减速器和第一差速器连接，所述第一差速器连接车辆前轴，通过所述第一电机驱动前轴，所述第一逆变器与所述电池、第一电机连接；

第二电机动力总成，包括第二电机、第三变速器、第三主减速器、第三差速器和第二逆变器，所述第二电机的输出端经所述第三变速器依次与第三主减速器和第三差速器连接，所述第三差速器连接车辆后轴，通过所述第二电机驱动后轴，所述第二逆变器与所述电池、第二电机连接；

所述整车控制器分别与所述发动机、电池、第一逆变器和第二逆变器相连。

上述方案中，所述第一电机的输出端与第一变速器的输入端同轴；所述第二电机的输出端与第三变速器的输入端同轴，以缩短动力系统的轴向整体尺寸。

上述方案中，所述整车控制器集成了转矩控制式驱动防滑控制器，所述转矩控制式驱动防滑控制器包括分别位于车轮轮毂处的六个车轮转速传感器和一个驱动防滑控制单元，能小幅调节所述发动机、第一电机和第二电机的输出转矩，平衡三个轴的动力输出，防止各车轮出现驱动打滑现象。

上述方案中，该系统还包括高压配电盒，所述高压配电盒分别与所述电池、第一逆变器、第二逆变器相连，用于监控电路供电状态，防止电路出现过流、过压、过温的情况。

上述方案中，所述发动机布置于车辆中轴处，所述第一电机布置于车辆前轴处，所述第二电机布置于车辆后轴处，所述电池布置于车辆前部。

上述方案中，该系统包括五种驱动模式，分别为纯电动前后轴驱动模式、发动机中轴驱动模式、适时六轮驱动模式、制动能量回收模式和驻车充电模式。

本发明的有益效果在于：

1、分布式三轴驱动混合动力系统有三套独立的动力系统(两套电机动力系统、一套发动机动力系统)，两个电机能分担发动机在起步、加速或爬坡工况时的负荷，改善发动机工作点，有效减少发动机所需的最大功率、扭矩，减小发动机尺寸，提高能源利用率，通过有效分散需求扭矩，可配备同级别车型功率、扭矩、尺寸相对较小的电动机和发动机。

2、整车控制器集成了转矩控制式驱动防滑控制器，当车辆行驶于六个车轮接触的地面附着系数不一致的复杂路面上时，易出现某一轴驱动转矩过大而导致的车轮驱动打滑的现象，驱动防滑控制单元可通过分析比较来自六个车轮的轮速传感器传来的车轮转速信号，识别出打滑的车轮(转速过大者即为打滑车轮)，控制相应驱动轴的输出转矩，使矿用自卸车恢复正常行驶状态，提高整车的动力性、操纵稳定性及安全性。转矩控制式驱动防滑控制器可协调各轴输出转矩的分配比例，避免车轮因某轴驱动力过大而发生打滑现象，具有结构简单、制造成本低的特点，适用于分布式三轴驱动混合动力系统。

3、分布式三轴驱动混合动力系统发动机布置于中轴处，便于将传统动力的矿用自卸车的改装；由于发动机、第二变速器及电池重量大，将发动机动力系统布置于车辆中部、电池布置于车辆前部，有助于车辆的重心位置处于更为合理的位置。

4、两电机的输出端和各自变速器的输入端同轴，可缩短动力系统的轴向整体尺寸，使整车结构更为紧凑。且三套动力系统独立运作，同时工作时也不需要额外的动力耦合装置，直接通过车身耦合。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明分布式三轴驱动混合动力系统的结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，为本发明一较佳实施例的分布式三轴驱动混合动力系统，该动力系统主要应用于大型三轴矿用自卸车，它包括三套独立的动力系统：发动机动力总成、第一电机动力总成、第二电机动力总成，该系统还包括电池和整车控制器。

发动机动力总成，布置于车辆中部，包括发动机、离合器、第二变速器、第二主减速器和第二差速器，发动机的输出端经离合器依次与第二变速器、第二主减速器和第二差速器连接，第二差速器连接车辆中轴，通过发动机驱动中轴。

第一电机动力总成，布置于车辆前部，包括第一电机、第一变速器、第一主减速器、第一差速器和第一逆变器，第一电机的输出端经第一变速器依次与第一主减速器和第一差速器连接，第一差速器连接车辆前轴，通过第一电机驱动前轴，第一逆变器与电池、第一电机连接，第一逆变器将电池的直流电转化为高频高压的交流电并传递给第一电机。

第二电机动力总成，布置于车辆后部，包括第二电机、第三变速器、第三主减速器、第三差速器和第二逆变器，第二电机的输出端经第三变速器依次与第三主减速器和第三差速器连接，第三差速器连接车辆后轴，通过第二电机驱动后轴，第二逆变器与电池、第二电机连接，第二逆变器将电池的直流电转化为高频高压的交流电并传递给第二电机。

电池布置于车辆前部，整车控制器分别与发动机、电池、第一逆变器和第二逆变器相连。

进一步优化，本实施例中，第一电机动力总成与第二电机动力总成具有不同的额定转速、额定功率和峰值功率，需由变速器档位及电机工作效率区间的情况合理设置电机驱动系统。第一电机的输出端与第一变速器的输入端同轴；第二电机的输出端与第三变速器的输入端同轴，将两电机的输出轴和各自变速器的输入轴设计成同一根轴，可缩短动力系统的轴向整体尺寸，使整车结构更为紧凑。

进一步优化，本实施例中，整车控制器集成了转矩控制式驱动防滑控制器(图未示)，转矩控制式驱动防滑控制器包括六个车轮转速传感器和一个驱动防滑控制单元，六个车轮转速传感器分别安装在六个车轮的轮毂处，可实时识别出车轮的转速，驱动防滑控制单元能分析比较六个车轮转速传感器检测到的车轮转速信号，转速明显过大者即为打滑的车轮，驱动防滑控制单元则减小该轴的输出转矩，使车辆回归到正常行驶状态。

进一步优化，本实施例中，该系统还包括高压配电盒，高压配电盒分别与电池、第一逆变器、第二逆变器相连，用于监控电路供电状态，防止电路出现过流、过压、过温的情况。

进一步优化，本实施例中，分布式三轴驱动混合动力系统的发动机布置于中轴处，便于将传统动力的矿用自卸车进行改装。由于发动机、第二变速器及电池重量大，将发动机动力系统布置于车辆中部、电池布置于车辆前部，有助于车辆的重心位置处于更为合理的位置。

车辆在行驶过程中，根据不同的行驶工况，其驱动模式包括：纯电动前后轴驱动模式、发动机中轴驱动模式、适时六轮驱动模式、制动能量回收模式和驻车充电模式。

1.纯电动前后轴驱动模式：

在此模式下电池电量比较充足，当车辆刚起步时，整车控制器控制离合器分离，发动机关闭，第一电机、第二电机转动并提供动力驱动车辆行驶，充分利用电机低速高扭的特性并避开发动机的怠速工况，直至车速至设定目标车速后切换其他模式。

2.发动机中轴驱动模式：

当车辆处于高速工况时，整车控制器控制发动机单独驱动，动力经过离合器、第二变速器、第二主减速器、第二差速器传递给车轮，因此与发动机所连中轴的为驱动轴，而第一电机、第二电机处于空转状态。此时，发动机可以工作在低燃油消耗区，即高效区。

此外，当整车控制器检测到电池电量低于设定的终止放电值时，车辆不会进入有电机动力总成参与的模式下工作，而是强制性的工作在发动机中轴驱动模式下，避免损害动力电池组的工作寿命。

3.适时六轮驱动模式：

当车辆行驶在爬坡或加速工况下时，需求的驱动力矩非常大，即使此时发动机可以提供足够的扭矩，发动机的工作点也会严重偏离发动机的高效区，能源利用率大幅下降，排放也远远超过要求。当整车控制器检测到这种情况时，就会控制发动机处于高效区工作，剩余的扭矩则由第一电机、第二电机提供。适时六轮驱动模式下，车辆的前、中、后三个轴都是驱动轴，并在整车控制器的协调下，实现牵引力的耦合，充分发挥三套动力总成(一套发动机动力总成、两套电机动力总成)的特性。

此外，无论车辆处于纯电动前后轴驱动模式还是发动机中轴驱动模式，当整车控制器检测到驱动第一电机、第二电机或发动机负载系数超过设定的最大负载系数时，整车控制器强制将驱动模式转化为适时六轮驱动模式。

4.制动能量回收模式：

车辆处于制动状态时，制动压力传感器将制动踏板的压力信号转化为电信号，传递给整车控制器，此时驱动模式会切换到制动能量回收模式，第一电机输出电流经第一逆变器为电池充电，第二电机输出电流经第二逆变器为电池充电，从而回收制动时产生的能量，将机械能转化为电能存储在电池里。

5.驻车充电模式：

当车辆处于静止状态时，除安全系统外，停止车辆各个部件的运作，通过接入外部电源的方式，为动力电池组补充电能，直至电池电量达设定上限值。

综上，本发明分布式三轴驱动混合动力系统的工作原理：当矿用自卸车处于起步(低负荷)工况时，开启纯电动前后轴驱动模式，充分发挥电机低转速时输出较大平稳转矩(低速高扭)的特性，又避免了发动机在起步或转速较低时的低效工作(怠速工况)，降低了油耗和排放；当矿用自卸车处于高速(中高负荷)等形式工况时，开启发动机中轴驱动模式，此时发动机工作在高效区，能源利用率高，此外，当整车控制器检测到电池电量处于设定的最低值时，为了延长动力电池组的寿命，整车控制器强制将驱动模式转化为发动机中轴驱动模式；当矿用自卸车处于急加速和爬坡(高负荷)工况时，开启适时六轮驱动模式，第一电机、第二电机与发动机一起为矿用自卸车提供动力，避免发动机出现动力不足或发动机虽动力足够但工作点严重偏离高效区的情况；当整车控制器检测到制动信号，电机回收制动时产生的能量。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (6)

1.一种分布式三轴驱动混合动力系统，该动力系统主要应用于大型三轴矿用自卸车，其特征在于，包括发动机动力总成、第一电机动力总成、第二电机动力总成、电池、整车控制器；

发动机动力总成，包括发动机、离合器、第二变速器、第二主减速器和第二差速器，所述发动机的输出端经所述离合器依次与所述第二变速器、第二主减速器和第二差速器连接，所述第二差速器连接车辆中轴，通过所述发动机驱动中轴；

第一电机动力总成，包括第一电机、第一变速器、第一主减速器、第一差速器和第一逆变器，所述第一电机的输出端经所述第一变速器依次与第一主减速器和第一差速器连接，所述第一差速器连接车辆前轴，通过所述第一电机驱动前轴，所述第一逆变器与所述电池、第一电机连接；

第二电机动力总成，包括第二电机、第三变速器、第三主减速器、第三差速器和第二逆变器，所述第二电机的输出端经所述第三变速器依次与第三主减速器和第三差速器连接，所述第三差速器连接车辆后轴，通过所述第二电机驱动后轴，所述第二逆变器与所述电池、第二电机连接；

所述整车控制器分别与所述发动机、电池、第一逆变器和第二逆变器相连。

2.根据权利要求1所述的分布式三轴驱动混合动力系统，其特征在于，所述第一电机的输出端与第一变速器的输入端同轴；所述第二电机的输出端与第三变速器的输入端同轴，以缩短动力系统的轴向整体尺寸。

3.根据权利要求1所述的分布式三轴驱动混合动力系统，其特征在于，所述整车控制器集成了转矩控制式驱动防滑控制器，所述转矩控制式驱动防滑控制器包括分别位于车轮轮毂处的六个车轮转速传感器和一个驱动防滑控制单元，能小幅调节所述发动机、第一电机和第二电机的输出转矩，平衡三个轴的动力输出，防止各车轮出现驱动打滑现象。

4.根据权利要求1所述的分布式三轴驱动混合动力系统，其特征在于，该系统还包括高压配电盒，所述高压配电盒分别与所述电池、第一逆变器、第二逆变器相连，用于监控电路供电状态，防止电路出现过流、过压、过温的情况。

5.根据权利要求1所述的分布式三轴驱动混合动力系统，其特征在于，所述发动机布置于车辆中轴处，所述第一电机布置于车辆前轴处，所述第二电机布置于车辆后轴处，所述电池布置于车辆前部。

6.根据权利要求1所述的分布式三轴驱动混合动力系统，其特征在于，该系统包括五种驱动模式，分别为纯电动前后轴驱动模式、发动机中轴驱动模式、适时六轮驱动模式、制动能量回收模式和驻车充电模式。