CN108725181A - 双电机混动驱动系统 - Google Patents

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Abstract

一种双电机混动驱动系统，包括用于驱动车桥的第一驱动部、第二驱动部；所述第一驱动部包括：沿动力传递方向依次连接的发动机、第一齿轮对、离合器、第一电机，所述第二驱动部包括第二电机，其中第一齿轮对的传动比小于1。本方案能够在满足发动机在燃油经济性较好的转速范围内工作的同时，减小电机的体积。

Description

双电机混动驱动系统
技术领域
本发明涉及汽车领域，具体涉及一种双电机混动驱动系统。
背景技术
随着能源的日渐短缺以及环境的恶化，当代人越来越注重交通工具的经济性和环保性，近些年来，混合动力汽车得到了长足的发展。各大厂商都在积极研究如何在保证混合动力汽车行驶动力要求的同时，提高发动机的燃油经济性。
图1是本田一款混合动力汽车的驱动系统布置图，其中，部件之间的虚线表示两者之间通信连接，其余部分则表示机械连接。该驱动系统中，发动机、驱动电机作为驱动源且均布置在汽车的前桥上。两个PCU(Power control unit，功率控制单元)分别用于控制驱动电机和发电机的输出功率。发电机则与发动机机械连接。
图1中，(a)、(b)、(c)分别示出了该驱动系统处于电机模式、发电模式以及发动机模式下的动力传递路线。
如图1(a)，在电机模式下，离合器K断开，驱动电机工作以驱动车轮W运动；如图1(b)，在发电模式下，离合器K断开，发动机、驱动电机同时工作，发动机带动发电机以给电池充电，驱动电机驱动车轮W运动；如图1(c)，在发动机模式下，离合器K闭合，发动机直接驱动车轮W运动，同时带动驱动电机运转，使得驱动电机可作为发电机使用以给电池充电。
上述驱动系统在设置时，为了尽可能地降低发动机的油耗，设置汽车只能在高速巡航的模式下执行发动机模式，在其他模式下均用驱动电机驱动汽车行驶。因此驱动电机需要采用大电机以满足其加速时的扭矩需求。例如混动款本田雅阁中，驱动电机的最大功率达到124Kw，驱动电机的体积相当大。
在该驱动系统中，如果减小驱动电机的功率，则将不能满足加速时的扭矩需求。为此必然要使得发动机更多地介入扭矩输出，从而不能确保发动机在燃油最佳经济模式下工作，达不到发动机的低油耗要求。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种双电机混动驱动系统，以解决上述技术问题。
为解决上述问题，本发明提供一种双电机混动驱动系统，包括用于驱动车桥的第一驱动部、第二驱动部；所述第一驱动部包括：沿动力传递方向依次连接的发动机、离合器、第一电机，所述第二驱动部包括第二电机。
可选的，所述第一驱动部还包括第一齿轮对，所述发动机和所述离合器之间通过所述第一齿轮对传动连接，所述第一齿轮对的传动比小于1。
可选的，所述第一驱动部还包括连接于所述第一电机输出端的第二齿轮对，所述第二齿轮对的传动比大于1。
可选的，所述第二齿轮对与所述第一电机的输出端之间通过同步器连接。
可选的，所述第二驱动部还包括连接于所述第二电机输出端的第三齿轮对，所述第三齿轮对的传动比大于1。
可选的，还包括用于驱动汽车前轮的前桥、以及用于驱动汽车后轮的后桥，所述第一驱动部、第二驱动部分别设置于所述前桥、后桥。
可选的，还包括蓄电池，与所述第一电机、第二电机分别相连。
可选的，所述第一电机、第二电机可作为发电机。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
驱动系统包括第一驱动部、第二驱动部，其中第一驱动部包括发动机、第一电机两个驱动源，且发动机与第一电机之间通过离合器连接，第二驱动部包括第二电机。通过发动机、第一电机和第二电机的多种组合，实现混合动力汽车的多种驱动模式。
由于驱动系统中包含两个电机，可以在满足大部分工况的扭矩需求的前提下减小电机尺寸，而发动机只需要在特定工况(例如高速巡航)时介入，此时发动机只需要提供较小的扭矩，从而保证发动机的燃油经济性，维持发动机的低油耗，同时也能实现四驱功能。
附图说明
图1是现有混合动力汽车的驱动系统布置图，其中示出了在各个模式下的动力传递路线；
图2是本发明实施例的双电机混动驱动系统的布置图；
图3是本发明实施例的双电机混动驱动系统的HEV模式在汽车行驶过程中的应用。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
本发明提供一种双电机混动驱动系统，用于混动动力汽车，参照图2所示，该双电机混动驱动系统包括第一驱动部10、第二驱动部20，分别用于设置在汽车的前桥、后桥，用于通过对应的车桥驱动汽车的前轮或者后轮运转。
其中，第一驱动部10包括：沿动力传递方向依次连接的发动机11、第一齿轮对12、离合器13、第一电机14，以及第二齿轮对15，并通过第二齿轮对15输出至前差速器17，然后通过前差速器17输出至前轮W1。
如图2，第二齿轮对15与第一电机14的输出端之间通过同步器16连接。由此，当同步器16分离时，可以切断第一驱动部10的动力，此时第一电机14可以作为发电机在发动机11的带动下发电。
第二驱动部20包括：沿动力传递方向依次连接的第二电机21和第三齿轮对22，并通过第三齿轮对22输出至后差速器23，然后通过后差速器23输出至后轮W2。
其中，该驱动系统还包括蓄电池(图中未示出)，蓄电池同时与第一电机14、第二电机21相连。第一电机14、第二电机21可作为发电机，以向蓄电池充电。
本方案的优点在于，一方面，第一驱动部10包括发动机11、第一电机14两个驱动源，且发动机11与第一电机14之间通过离合器13连接。由此，当离合器13分离时，第一电机14可以用于在电动模式下提供动力，或者在制动时作为发电机用于回收制动能量；当离合器13接合时，发动机11、第一电机14可以同时提供给动力。
另一方面，第二驱动部20包括第二电机21。第二电机21可以在电动模式下提供单独动力，或者与第一电机14一起在电动模式下提供动力；或者还可以与发动机11、第一电机14同时提供动力。
由此，通过发动机11、第一电机14和第二电机21的多种组合，实现混合动力汽车的多种驱动模式。由于驱动系统中包含两个电机，可以在满足大部分工况的扭矩需求的前提下减小电机尺寸，而发动机只需要在特定工况(例如高速巡航)时介入，此时发动机11只需要提供较小的扭矩，从而保证发动机的燃油经济性，维持发动机的低油耗。
另外，第一电机14、第二电机21分别布置于前桥、后桥，可以实现四轮驱动。在其他实施例中，如果没有四轮驱动需求，第一、第二电机也可以同时设置于前桥或者后桥。
需要注意的是，本实施例中，第一齿轮对12的传动比小于1。这样设置的原因有两个：
第一，在混动模式下，当离合器13接合时，需要发动机11、第一电机14的转速同步。而由于电机的最高转速通常要大于发动机的最高转速，汽车在行驶时，电机也经常在高于发动机最高转速的转速范围运转。因此，第一齿轮对12的传动比必须小于1，以保证在混动模式下发动机11和第一电机14能够顺利接合同步。
第二，当发动机11介入时，需要通过第一电机14来启动发动机11。此时第一电机14的一部分扭矩用于驱动车辆，另一部分扭矩用于启动发动机11。也就是说，第一电机14的输出扭矩分为两条传递路径，第一条传递路径为从第一电机14传递至车轮，第二条传递路径为从第一电机14传递至发动机11。第一齿轮对12小于1，能够在第二条传递路径中起到扭矩放大的作用，使得第一电机14只需要较小的扭矩就可以实现对发动机11的启动，以尽可能保证汽车的行驶不受影响。
本实施例中，第二齿轮对15、第三齿轮对22的传动比则均大于1，实现输出扭矩的放大，以满足前桥、后桥所需的扭矩需求。
应当理解，每辆汽车在设计时都设定有最大车速，并且可以确定发动机11满足油耗需求下的设定转速范围，例如1200r/min～3600r/min。电机需要从市场中选择，选择自由度较小，而各个齿轮对的传动比的设置自由度较大。因此在驱动系统设计时，一般先选定电机型号(包括第一电机14、第二电机21的型号)，然后根据设定的最大车速和电机允许的最大转速，确定第二齿轮对15、第三齿轮对22的传动比。
由于电机的输出功率与车速呈一定的比例关系，因此第一电机14、第二电机21的最大电机输出功率可以根据设定的纯电模式下的最大车速计算。
如前所述，本实施例的双电机混动驱动系统中，第一电机14、第二电机21可以满足大部分工况下的扭矩需求，发动机11可以只在特定工况下介入以驱动汽车行驶。例如，为了保证发动机11只在设定转速范围下工作，以尽可能地降低油耗，可以设计发动机11在车速达到一定值时被启动，定义该一定值为设定介入车速V0，该车速与发动机的设定转速相匹配，两者相近或者一致。由此可见，当发动机11介入以驱动汽车行驶时，其转速处于设定转速范围内，有利于提升燃油经济性。
在设计时，可以根据确定好的设定介入车速V0，结合发动机11的设定转速范围，计算出第一齿轮对12的传动比。或者，也可以根据发动机11的设定转速范围和确定好的第一齿轮对12的传动比，来计算得到设定介入车速V0。
本实施例的双电机混动驱动系统可以实现EV模式(Electrical Vehicle，纯电动模式)和HEV模式(Hybrid Electrical Vehicle，混动模式)两种运行模式。
下面分别介绍EV模式、HEV模式所包含的各个子模式，以及各个子模式所能适用的行驶工况。
一、EV模式所包含的各个子模式，以及各个子模式所能适用的行驶工况
需要注意：EV模式下，汽车静止时，离合器13分离，同步器16接合，发动机11停止。
1.1电爬行(或称电蠕行)
电爬行指的是汽车静止时，油门、刹车均松开，仅靠电机的转速带动汽车进行起步的工况。
在EV模式下，通过第一电机14实现电爬行，第二电机21停止。
1.2电启动
在EV模式下，通过第一电机14实现电启动，第二电机21停止。由于电机在低转速区能产生最大扭矩，因此在启动后加速度较快，可以在较短的时间内达到较高的车速。
在EV模式下采用第一电机14实现电爬行和电启动的好处在于，在汽车启动时，同步器16已经处于接合状态，第一电机14启动，驾驶员松开刹车即可开始电爬行。当驾驶员踩油门进行启动并加速至一定车速，需要第二电机21介入以实现四轮驱动时，只需要启动第二电机21便可直接介入。
在其他实施例中，也可以通过第二电机21实现电爬行和电启动。那么当汽车静止时，同步器16分离，离合器13断开，发动机11、第一电机14均停止。但是，当驾驶员踩油门进行启动并加速至一定车速，需要第一电机14介入以实现四轮驱动时，需要增加将同步器16接合的步骤，导致介入时的控制过程较复杂，介入所需时间较长，并且在接合过程中会对同步器14造成损伤，减少同步器14的寿命。
1.3四轮驱动
当第一电机14驱动汽车行驶并且在车速达到一定车速时，第二电机21介入，以实现四轮驱动。此时同步器16接合。
1.4制动能量回收
在汽车巡航或制动时，第一电机14、第二电机21可以作为发电机，在对应车桥带动下进行发电，以回收制动能量，并将回收的能量储存在蓄电池中。
二、HEV模式所包含的各个子模式，以及各个子模式所能适用的行驶工况
需要注意：HEV模式下，汽车静止时，离合器13接合。
2.1电爬行(或称电蠕行)
电爬行的定义参照1.1，在此不赘述。
在HEV模式下，通过第二电机21实现电爬行。
在电爬行时，如果蓄电池的电量比较低，则可以启动发动机11，接合离合器13，利用发动机11带动第一电机14发电，以对蓄电池充电。此时汽车处于串联混动模式。
2.2电启动
HEV模式下通过第二电机21实现电启动，并达到设定的车速值V1。其中车速值V1应当不大于汽车在单电机驱动下能够达到的最大车速，且可以小于允许发送机11介入时的设定介入车速V0。
如果蓄电池的电量比较低，则可以启动发动机11，接合离合器13，利用发动机11带动第一电机14发电，以对蓄电池充电。此时汽车处于串联混动模式。
2.3发动机启动
当车速达到设定的发动机介入车速V0时，或者当蓄电池的电量较低时，通过第一电机14启动发动机11，发动机11介入以驱动汽车行驶，使得汽车从电动模式切换至并联混动模式。
当发动机11介入以驱动汽车行驶时，可以通过调节第一电机14、第二电机21的输出扭矩来调节发动机的运转扭矩，使得发动机11始终处于燃油经济性较优的工作区域。
2.4四轮驱动
四轮驱动时，发动机11、第一电机14、第二电机21均工作，以分别驱动前桥、后桥，实现并联混动模式下的四轮驱动。
2.5制动能量回收
当车辆巡航或制动时，如果允许，可以将离合器13分离，发动机11停止，并将第一电机14、第二电机21作为发电机，在对应车桥带动下进行发电，以回收制动能量，并将回收的能量储存在蓄电池中。此时汽车从并联混动模式切换至电动模式。
2.6静止工况下对蓄电池充电
在汽车静止时，可以断开同步器16，接合离合器13，启动发动机11以带动第一电机14发电，实现对蓄电池的充电。
本实施例的驱动系统可以适用于不同类型的混动汽车，例如插电式混动汽车(PHEV，plug in hybrid electric vehicle)、非插电式混动汽车(HEV，Hybrid electricvehicle))等。其中，对于PHEV来说，由于其电机和电池均比较大，纯电机驱动能达到的车速和里程数较高，因此可以适用EV模式和HEV模式，以在两个模式下切换。对于HEV(这里指能实现纯电机驱动的强混)，由于其电机和电池均比较小，电动子模式下的车速和里程数均较低，因此可以适用HEV模式。
下面以汽车从静止、启动、加速至最高车速，然后减速至停止的行驶过程为例，介绍HEV模式在该行驶过程中的应用。
参照图3所示，图3坐标系中的纵坐标表示车速，横坐标的各个区段对应各个不同的车速范围。坐标系下方的表格中示出了各个区段对应的运行子模式，以及在各个子模式下驱动系统中各部件的状态。
(1)区段M1，车速V＝0
在区段M1中，汽车静止，离合器13、同步器16均分离，发动机11、第一电机14、第二电机21均停止。运行子模式设置为电动模式。
(2)区段M2，车速V所处范围：0～V1
在区段M2中，汽车启动并到达车速值V1。此时，同步器16分离。该区段下驱动系统具有两种可选的运行子模式：
a、电动模式：第一电机14停止，离合器13分离，第二电机21运转，通过第二电机21驱动汽车行驶。
b、串联混动模式：第一电机14作为发电机，第二电机21运转，离合器13接合。发动机11带动第一电机14发电。
(3)区段M3，车速V所处范围：V1～V0
在该区段M3中，汽车处于加速工况，可采用四轮驱动模式，即第一电机14、第二电机21均运转，发动机11停止，离合器13分离，同步器16接合，第一电机14、第二电机21的动力分别输出至前桥和后桥，以实现四轮驱动。
(4)区段M4，车速V所处范围：V0～Vmax
在区段M4中，车速达到发动机11介入驱动的设定介入车速V0，此时发动机11作为驱动源介入，并在车速处于V0～Vmax范围内一直用于驱动汽车行驶。各部件的状态为：第一电机14、第二电机21、发动机11均运转，离合器13、同步器16均接合。汽车处于并联混动模式。
需要注意的是，在区段M4的并联混动模式中，可以在保证发动机11处于设定转速运行的基础上，对第一电机14、第二电机21的输出扭矩进行调节，以满足汽车行驶的扭矩需求。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (8)

1.一种双电机混动驱动系统，其特征在于，包括用于驱动车桥的第一驱动部、第二驱动部；
所述第一驱动部包括：沿动力传递方向依次连接的发动机、离合器、第一电机，所述第二驱动部包括第二电机。
2.如权利要求1所述的双电机混动驱动系统，其特征在于，所述第一驱动部还包括第一齿轮对，所述发动机和所述离合器之间通过所述第一齿轮对传动连接，所述第一齿轮对的传动比小于1。
3.如权利要求1所述的双电机混动驱动系统，其特征在于，所述第一驱动部还包括连接于所述第一电机输出端的第二齿轮对，所述第二齿轮对的传动比大于1。
4.如权利要求3所述的双电机混动驱动系统，其特征在于，所述第二齿轮对与所述第一电机的输出端之间通过同步器连接。
5.如权利要求1所述的双电机混动驱动系统，其特征在于，所述第二驱动部还包括连接于所述第二电机输出端的第三齿轮对，所述第三齿轮对的传动比大于1。
6.如权利要求1所述的双电机混动驱动系统，其特征在于，还包括用于驱动汽车前轮的前桥、以及用于驱动汽车后轮的后桥，所述第一驱动部、第二驱动部分别设置于所述前桥、后桥。
7.如权利要求1所述的双电机混动驱动系统，其特征在于，还包括蓄电池，与所述第一电机、第二电机分别相连。
8.如权利要求1所述的双电机混动驱动系统，其特征在于，所述第一电机、第二电机可作为发电机。
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