CN114683827A - 用于车辆的动力总成和车辆 - Google Patents

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刘喜明
王琛秋
胡卫伟
黄又奇
韩翠云
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Abstract

本申请公开了一种用于车辆的动力总成和车辆，所述的动力总成，包括：第一发动机，所述第一发动机具有第一输出端；驱动电机，所述驱动电机具有第二输出端；传动装置，所述传动装置具有第一动力输入端，所述第一动力输入端可选择地与所述第一输出端和/或所述第二输出端动力连接；充电单元和电池，所述充电单元与所述电池相连以可选择地为所述电池充电，所述电池与所述驱动电机相连。本申请的动力总成，以驱动电机为核心构建，第一发动机与驱动电机负责车辆的驱动，充电单元负责给电池充电，电池可以将电能输送到驱动电机中，从而解决了传统DHT的结构复杂难题以及控制策略的复杂、耗时难题。

Description

用于车辆的动力总成和车辆
技术领域
本申请涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种用于车辆的动力总成和车辆。
背景技术
当前的混合动力技术习惯性地设计为单发动机、双电机构成，同时为了保证发动机在最佳效率点工作，会利用发动机运行点提升的策略，即让发动机的功率或扭矩输出超出实际需求，额外多余的功率用于供给发电机，将这部分多余的能量转化为电能。这种设计使得DHT结构复杂化，传动路线较长，而且对应的控制策略也较为繁琐，需要反复考虑发动机、发电机、电动机、电池、需求扭矩等之间的需求关系，计算复杂、耗时。
申请内容
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
为此，本申请的一个目的在于提出一种用于车辆的动力总成，以驱动电机为核心构建，适用范围广，主要用于混合动力汽车；
本申请的另一个目的在于提出一种车辆，包括上述的动力总成。
为了达到上述目的，本申请一方面提供了用于车辆的动力总成，包括：第一发动机，所述第一发动机具有第一输出端；驱动电机，所述驱动电机具有第二输出端；传动装置，所述传动装置具有第一动力输入端，所述第一动力输入端可选择地与所述第一输出端和/或所述第二输出端动力连接；充电单元和电池，所述充电单元与所述电池相连以可选择地为所述电池充电，所述电池与所述驱动电机相连。
本申请的动力总成，以驱动电机为核心构建，第一发动机与驱动电机负责车辆的驱动，充电单元负责给电池充电，电池可以将电能输送到驱动电机中，从而解决了传统DHT的结构复杂难题以及控制策略的复杂、耗时难题。
进一步地，所述第一输出端与所述第二输出端可选择地动力耦合以向所述第一动力输入端输出动力。
进一步地，还包括：第一传动组件，所述第一传动组件包括：第一主动齿轮和第二主动齿轮，所述第一主动齿轮与所述第一输出端相连，所述第二主动齿轮与所述第二输出端相连；中间轴，所述中间轴上设置有第二从动齿轮以及可选择地与所述中间轴结合的第一从动齿轮，所述中间轴与所述第一动力输入端动力连接；其中所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮啮合，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮啮合。
进一步地，所述第一从动齿轮套设在所述中间轴上，所述中间轴上设置有可选择地将所述第一从动齿轮与所述中间轴结合的离合器。
进一步地，所述第一传动组件还包括：第三从动齿轮和输入端齿轮，所述第三从动齿轮与所述中间轴固定连接，所述输入端齿轮与所述第三从动齿轮啮合且与所述第一动力输入端相连。
进一步地，所述充电单元包括：第二发动机，所述第二发动机具有第三输出端；发电机，所述发电机的第二动力输入端与所述第三输出端动力连接，所述发电机与所述电池电连接以可选择地为所述电池充电。
进一步地，所述充电单元还包括：第二传动组件，所述第二传动组件包括：第三主动齿轮，所述第三主动齿轮与所述第三输出端相连；第四从动齿轮，所述第四从动齿轮与所述第二动力输入端相连且与所述第三主动齿轮啮合。
进一步地，还包括：电机控制器，所述电机控制器分别与所述发电机、所述电池和所述驱动电机通讯连接。
进一步地，所述第二发动机的排量小于所述第一发动机的排量。
本申请另一方面提供了一种车辆，包括所述的动力总成。
本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本申请实施例中动力总成的结构示意图；
图2是根据本申请实施例中第一发动机运行原理图；
图3是根据本申请实施例中第一发动机的动力传递路径示意图；
图4是根据本申请实施例中驱动电机的动力传递路径示意图；
图5是根据本申请实施例中充电单元内的动力传递路径示意图；
图6是根据本申请实施例中第一发动机与驱动电机耦合时的动力传递路径示意图。
附图标记：
动力总成100，
第一发动机1，第一输出端11，第一主动齿轮111，第一从动齿轮112，第三从动齿轮113，
驱动电机2，第二输出端21，第二主动齿轮211，第二从动齿轮212，
传动装置3，输入端齿轮311，
第一动力输入端31，
充电单元4，
第二发动机41，第三输出单411，
发电机42，第二动力输入端421，
第三主动齿轮431，第四从动齿轮432，
电池5，中间轴6，离合器7，电机控制器8。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
下面参考图1-图6描述根据本申请实施例的用于车辆的动力总成100，包括：第一发动机1、驱动电机2、传动装置3、充电单元4和电池5。
具体的，第一发动机1具有第一输出端11；驱动电机2具有第二输出端21；传动装置3具有第一动力输入端31，第一动力输入端31可选择地与第一输出端11和/或第二输出端21动力连接；充电单元4与电池5相连以可选择地为电池5充电，电池5与驱动电机2相连。
当前DHT结构复杂，传动路线较长，而且对应的控制策略也较为繁琐，需要反复考虑发动机、发电机42、电动机、电池5、需求扭矩等之间的需求关系，计算复杂、耗时。
本申请提供了一种双发动机、单电机的DHT混合动力系统，具体如图1所示，主要由第一发动机1、驱动电机2、传动装置3、充电单元4和电池5组成。
第一发动机1构成整个动力总成100的驱动单元，第一发动机1运行经由第一输出端11输出扭矩，经由传动装置3驱动车轮行驶。
驱动电机2由电池5或第一发动机1提供电能，驱动电机2上的第二输出端21驱动车辆内的传动装置3，经由传动装置3驱动车轮行驶。
需要说明的是，本申请中的驱动电机2既可以作为动力源为车辆的传动系统提供动力，同时也可以在车辆处于怠速或下坡工况时作为发电机回收车辆的动能；例如，驱动电机2正转可以向外输出动力，驱动电机2反转可以作为发电机回收动能。
电池5是电能存储与输出的单元，充电单元4的电能可以输入到电池5内储存起来，电池5内可以输出电能到驱动电机2，使驱动电机2旋转。
第一发动机1的运行原理如图2所示，横坐标为转速，纵坐标为扭矩，启动过程如图中虚线所示，第一发动机1正常运行工况如图中粗实线所示，图中圆圈代表油耗等值线。
其中，最内圈的油耗等值线代表有效燃油消耗率为最小值时的运行范围，第一发动机1在粗实线上运行时，此时第一发动机1处于高效率工作区间。由于第一发动机1的转速存在一定的运行范围，扭矩也是如此，因此，第一发动机1的功率输出也是输出为一定的范围，根据轮端扭矩的需求，第一发动机1在此工作区间输出功率，保证扭矩需求，也保证第一发动机1一直处于高热效率运行工况。另外，由于第一发动机1功率输出存在一定范围，控制策略上必须是轮端扭矩大于或等于第一发动机1高效工作区间的输出扭矩时，第一发动机1才开启，也就是说，第一发动机1的输出扭矩或功率全部用来驱动整车。
根据本申请的动力总成100，以驱动电机2为核心构建，第一发动机1与驱动电机2负责车辆的驱动，充电单元4负责给电池5充电，电池5可以将电能输送到驱动电机2中，从而解决了传统DHT的结构复杂难题以及控制策略的复杂、耗时难题。
根据本申请的一个实施例，第一输出端11与第二输出端21可选择地动力耦合以向第一动力输入端31输出动力。
在本申请中，可以通过第一发动机1和驱动电机2共同向传动装置3输出动力，相当于混合动力输出；还可以只通过驱动电机2向传动装置3输出动力，相当于纯电动输出。
在第一输出端11与第二输出端21动力耦合时，第一发动机1输出的扭矩通过第一输出端11输出后并结合驱动电机2的第二输出端21，共同向第一动力输入端31输出动力；在第一输出端11与第二输出端21动力断开时，只靠第二输出端21向第一动力输入端31输出动力。
根据本申请的一个实施例，动力总成100还包括：第一传动组件和中间轴6。
具体的，第一传动组件包括：第一主动齿轮111和第二主动齿轮211，第一主动齿轮111与第一输出端11相连，第二主动齿轮211与第二输出端21相连；中间轴6上设置有第二从动齿轮212以及可选择地与中间轴6结合的第一从动齿轮112，中间轴6与第一动力输入端31动力连接；其中第一主动齿轮111与第一从动齿轮112啮合，第二主动齿轮211与第二从动齿轮212啮合。
在一个实施例中，第一从动齿轮112套设在中间轴6上，中间轴6上设置有可选择地将第一从动齿轮112与中间轴6结合的离合器7。
在本申请的DHT中一共包含两组齿轮、中间轴6以及离合器7，第一组齿轮为第一主动齿轮111和第一从动齿轮112，第二组齿轮为第二主动齿轮211和第二从动齿轮212，中间轴6直接连接在第二从动齿轮212上，可以直接实现动力传递，而第一从动齿轮112与中间轴6之间实现动力传递只有在离合器7结合的时候才能实现。
第一发动机1的动力经由两组齿轮的降速增扭传递至传动装置3，具体如图3所示。
第一发动机1的第一输出端11将动力传递到第一主动齿轮111上，第一主动齿轮111带动第一从动齿轮112，在第一从动齿轮112在与中间轴6结合时，可以将动力传递到中间轴6，进而传递到第一动力输入端31上；在第一从动齿轮112在与中间轴6没有结合时，第一从动齿轮112不能将动力传递到中间轴6，此时第一从动齿轮112空转。
驱动电机2的动力传递路径如图4所示，也是经由两组齿轮的降速增扭传递至传动装置3，关键点是离合器7的作用。
驱动电机2的第二输出端21将动力传递到第二主动齿轮211上，第二主动齿轮211带动第二从动齿轮212，第二从动齿轮212直接将动力传递到中间轴6，通过中间轴6将动力传递到第一动力输入端31上。
驱动电机2的工作取决于三个条件，第一是低速工况时，电池5给驱动电机2供给电能，从而满足整车在低速工况时的扭矩或功率需求；第二是高速大负荷或需求扭矩超出了第一发动机1的输出，此时第一发动机1将与驱动电机2耦合输出扭矩功率；第三是制动能量回收时，驱动电机2反转实现向外输出动力变为回收动力的转换，实现制动能量的回收。
根据本申请的一个实施例，第一传动组件还包括：第三从动齿轮113和输入端齿轮，第三从动齿轮113与中间轴6固定连接，输入端齿轮与第三从动齿轮113啮合且与第一动力输入端31相连。
第三从动齿轮113直接与中间轴6固定连接，传递到轴间轴上的动力相当于直接传递到了第三从动齿轮113上，由于第三从动齿轮113与输入端齿轮啮合，第三从动齿轮113再经由输入端齿轮，最终将动力传递到第一动力输入端31。
根据本申请的一个实施例，充电单元4包括：第二发动机41和发电机42。
具体的，第二发动机41具有第三输出端411；发电机42的第二动力输入端421与第三输出端411动力连接，发电机42与电池5电连接以可选择地为电池5充电。
第二发动机41以及发电机42主要负责给电池5充电。
根据本申请的一个实施例，第二发动机41的排量小于第一发动机1的排量。
充电单元4与电池5的能量传递如图5所示，充电单元4的主要目的是根据电池5SOC的设定阈值随时开启充电模式，由于充电单元4是独立的，几乎不依赖车辆的驱动条件变化。因此，第二发动机41可以设计成按照恒定功率运转的模式，且混合动力系统的主要驱动依旧是第一发动机1的动力，第二发动机41的目标功率可以大幅降低，第二发动机41的排量也可以大幅降低，这样为第一发动机1以及第二发动机41的具体类型提供了很大的选择空间。
在一个实施例中，第一发动机1的排量为1.5L，输出功率在12-35kW；第二发动机41的排量为0.7L、功率恒定为15kW。
在一个实施例中，第一发动机1为活塞式发动机，第二发动机41可以为活塞式发动机、转子发动机、自由活塞发动机。
根据本申请的一个实施例，充电单元4还包括：第二传动组件。
第二传动组件主要将第二发动机41的动力输送到发电机42上。
其中，第二传动组件包括：第三主动齿轮431和第四从动齿轮432。第三主动齿轮431与第三输出端411相连；第四从动齿轮432与第二动力输入端421相连且与第三主动齿轮431啮合。
第二发动机41的第三输出端411提供扭矩，与第三输出端411相连的第三主动齿轮431转动，并通过第四从动齿轮432将动力传送到第二动力输入端421上，第二动力输入端421是发电机42的第二动力输入端421，相当于第二发动机41带动发电机42发电。
根据本申请的一个实施例，动力总成100还包括：电机控制器8，电机控制器8分别与发电机42、电池5和驱动电机2通讯连接。
电机控制器8是电机控制、DC/DC转换、逆变器等的集成单元，负责电力的转换与控制，充电单元4的电能经由电机控制器8输入至电池5，同时，电池5也可以经由电机控制器8输出电能至驱动电机2。
根据本申请实施例中的车辆，包括上述的动力总成100。
本申请的动力总成100形成了以单独的驱动电机2的DHT结构，使得DHT结构更为紧凑，传动效率更高。另外，本申请中的第一发动机1和第二发动机41各有不同的分工，第一发动机1负责驱动，第二发动机41负责发电，两者各司其职，一方面保证了可以在各自的高效率工况下运行，另一方面使得第一发动机1和第二发动机41的选型更为灵活，第一发动机1与第二发动机41由于在本申请中的作用不同，因此可以选择的发动机类型可以不同，从而使得选择的空间更为广阔。
第一发动机1与驱动电机2耦合的工况为混合动力常用的一种工况，其动力传递路径如图6所示。一旦第一发动机1的输出功率不能满足轮端扭矩或功率的需求，驱动电机2将协同第一发动机1工作。充电单元4仅监测电池5SOC的值，根据电池5SOC的阈值设定完成充电工作，与其他单元实现了解耦。驱动电机2独立运行时，仅负责低速或部分中速工况，超出驱动电机2独立运行区间的部分由第一发动机1负责。
因此，第一发动机1的高效工作区间对应的功率需要保证混合动力系统的功率能全工作范围。
在一个实施例中，第一发动机1的高效率工作区间的功率在12-35kW，基本上覆盖了车速在70-120km/h段内的功率需求。
在一个具体实施例中，在车辆的车速≤70km/h时，驱动电机2独立驱动车辆；在车辆的车速在70-120km/h之间时，第一发动机1独立驱动车辆；在车辆的车速≥120km/h，第一发动机1与驱动电机2耦合驱动车辆；在车辆减速或制动期间，驱动电机2发电，为整个车辆提供动力，实施制动能量回收；在电池5的SOC阈值＜40％时，第二发动机41启动，充电单元4开始工作。
本申请的动力总成100的控制策略简单，驱动与发电两个单元解耦，无论是对车辆的驱动还是发电，控制策略的制定及计算更为高效，逻辑更为清晰，无需反复考虑发动机运行点的迁移或提升等过程。
在本申请的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征。
在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本申请的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本申请的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种用于车辆的动力总成，其特征在于，包括：
第一发动机，所述第一发动机具有第一输出端；
驱动电机，所述驱动电机具有第二输出端；
传动装置，所述传动装置具有第一动力输入端，所述第一动力输入端可选择地与所述第一输出端和/或所述第二输出端动力连接；
充电单元和电池，所述充电单元与所述电池相连以可选择地为所述电池充电，所述电池与所述驱动电机相连。
2.根据权利要求1所述的用于车辆的动力总成，其特征在于，所述第一输出端与所述第二输出端可选择地动力耦合以向所述第一动力输入端输出动力。
3.根据权利要求2所述的用于车辆的动力总成，其特征在于，还包括：第一传动组件，所述第一传动组件包括：
第一主动齿轮和第二主动齿轮，所述第一主动齿轮与所述第一输出端相连，所述第二主动齿轮与所述第二输出端相连；
中间轴，所述中间轴上设置有第二从动齿轮以及可选择地与所述中间轴结合的第一从动齿轮，所述中间轴与所述第一动力输入端动力连接；其中
所述第一主动齿轮与所述第一从动齿轮啮合，所述第二主动齿轮与所述第二从动齿轮啮合。
4.根据权利要求3所述的用于车辆的动力总成，其特征在于，所述第一从动齿轮套设在所述中间轴上，所述中间轴上设置有可选择地将所述第一从动齿轮与所述中间轴结合的离合器。
5.根据权利要求3所述的用于车辆的动力总成，其特征在于，所述第一传动组件还包括：第三从动齿轮和输入端齿轮，所述第三从动齿轮与所述中间轴固定连接，所述输入端齿轮与所述第三从动齿轮啮合且与所述第一动力输入端相连。
6.根据权利要求1所述的用于车辆的动力总成，其特征在于，所述充电单元包括：
第二发动机，所述第二发动机具有第三输出端；
发电机，所述发电机的第二动力输入端与所述第三输出端动力连接，所述发电机与所述电池电连接以可选择地为所述电池充电。
7.根据权利要求6所述的用于车辆的动力总成，其特征在于，所述充电单元还包括：第二传动组件，所述第二传动组件包括：
第三主动齿轮，所述第三主动齿轮与所述第三输出端相连；
第四从动齿轮，所述第四从动齿轮与所述第二动力输入端相连且与所述第三主动齿轮啮合。
8.根据权利要求6所述的用于车辆的动力总成，其特征在于，还包括：电机控制器，所述电机控制器分别与所述发电机、所述电池和所述驱动电机通讯连接。
9.根据权利要求6所述的用于车辆的动力总成，其特征在于，所述第二发动机的排量小于所述第一发动机的排量。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的动力总成。
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