CN115923484A - 一种混合动力电动汽车驱动系统及驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力电动汽车驱动系统及驱动方法，该系统包括：发动机与第一行星排的行星架相连；第一电机与第二行星排的太阳轮相连；第一行星排的太阳轮和第二行星排的太阳轮相连；第一制动器制动第一行星排的齿圈；第二制动器制动第二行星排的齿圈；第二行星排的行星架通过第一减速器与第一差速器相连，第一差速器连接第一驱动轴；第二电机通过第二减速器与第二差速器相连，第二差速器连接第二驱动轴；第一电机和第二电机与电机控制器相连；电机控制器与动力电池相连。本发明提供的一种混合动力电动汽车驱动系统及驱动方法，在只需两个电机的情况下，实现完整的四驱功能，结构简单，控制简单，节约车辆空间，有效降低了生产成本。

Description

一种混合动力电动汽车驱动系统及驱动方法

技术领域

本发明实施例涉及混合动力汽车驱动传动技术领域，尤其涉及一种混合动力电动汽车驱动系统及驱动方法。

背景技术

目前，串并联混合动力系统因其出色的综合性能在国内外汽车市场应用越来越广泛。随着用户对车辆更高性能的需求以及一些工具车型或越野车型对动力性、通过性的特殊要求，通常通过在混动两驱基础上增加一个电驱动桥或通过分动器传递至另外一个轴来实现混动四驱，以满足车辆节油及对动力性、通过性的多重需求。

传统的分动器传动轴式四轮驱动装置传动路径长，占据了车辆底盘下方的宝贵空间，影响混动车型特别是大电池包方案的电池布置。

而串并联系统增加一个独立的电驱动桥，会导致生产成本的提高，同时，在其中一个轴上的发动机加双电机布置上也是比较占用空间，特别是对动力性要求高的大电机方案，整个驱动系统的体积会比较大，对于前舱的布置空间要求较高。在此基础上，如果直接拿掉双电机侧的一个驱动电机，可以解决很大一部分成本、体积及布置上的问题，但随之整个系统将无法实现中低车速范围的四驱功能，中低车速范围发动机侧驱动系统只能处于发电或停机的状态，无法体现四驱通过性和动力性的特点。

申请号202022424655.5的实用新型专利公开了汽车驱动系统及汽车，针对混动四驱的需求做了新了设计，采用离合器、制动器以及行星排的组合方案将两个电机分轴布置解决了一定的成本、体积和布置的问题，但其方案无法实现纯电四驱功能，必须要发动机启动后通过功率分流或者发电机直接驱动再配合另一个轴上的电驱动单元才能实现四驱功能。这种设计从四驱能力上来讲会使其中一个驱动轴受限于发动机及其匹配的速比，从效率和能力上都会造成相当部分的损失，而且功率分流系统的控制本来就复杂，再加上此方案的两个电机分轴布置通过地面进行扭矩耦合补偿，会使得控制上更为复杂。

发明内容

本发明的目的是要提供一种混合动力电动汽车驱动系统及驱动方法，可以解决上述现有技术问题中的一个或者多个。

根据本发明的第一个方面，提供了一种混合动力电动汽车驱动系统，包括：

发动机、第一电机、第二电机、第一行星排、第二行星排、第一制动器、第二制动器、第一减速器、第二减速器、第一差速器、第二差速器、电机控制器和动力电池；

发动机与第一行星排的行星架相连；

第一电机与第二行星排的太阳轮相连；

第一行星排的太阳轮和第二行星排的太阳轮相连；

第一制动器制动第一行星排的齿圈；

第二制动器制动第二行星排的齿圈；

第二行星排的行星架通过第一减速器与第一差速器相连，第一差速器连接第一驱动轴；

第二电机通过第二减速器与第二差速器相连，第二差速器连接第二驱动轴；

第一电机和第二电机与电机控制器相连；

电机控制器与动力电池相连。

在可能的实施方式中，发动机与第一行星排之间连接有扭转减震器。

在可能的实施方式中，发动机与第一行星排之间连接有双质量飞轮。

在可能的实施方式中，发动机的转轴连接双质量飞轮的初级，双质量飞轮的次级连接第一行星排的行星架。

在可能的实施方式中，第一驱动轴或第二驱动轴上连接有分动器。

根据本发明的第二个方面，提供了一种混合动力电动汽车驱动方法，通过上述任一混合动力电动汽车驱动系统实现，包括：

步骤1：获取动力电池的电量；

步骤2：判断动力电池的电量是否小于预设阈值，若动力电池的电量不小于预设阈值，则当前动力电池的电量充足，执行步骤3；若动力电池的电量小于预设阈值，则当前动力电池的电量不足，执行步骤6；

步骤3：判断当前驾驶所需扭矩或功率是否大于预设阈值；若当前驾驶所需扭矩或功率不大于预设阈值，则执行步骤4；若当前驾驶所需扭矩或功率大于预设阈值，则执行步骤5；

步骤4：控制第二制动器释放，使发动机和第一电机处于静止状态，车辆依靠第二电机提供驱动力；

步骤5：控制第一制动器释放，使发动机保持静止状态，控制第一电机进行调速，当转速同步后控制第二制动器制动，使第一电机通过第二行星排参与驱动，车辆由第一电机和第二电机共同提供驱动力；

步骤6：判断当前车速是否大于预设阈值，若当前车速不大于预设阈值，则执行步骤7；若当前车速大于预设阈值，则执行步骤8；

步骤7：控制第一制动器制动，控制第二制动器释放，第一电机通过第一行星排和第二行星排的机械联动起动发动机，发动机和第一电机串联；

步骤8：控制第一制动器制动，控制第二制动器释放，第一电机起动发动机后进行调速，当转速同步后，控制第二制动器制动，发动机和第一电机通过第一行星排和第二行星排并联。

在可能的实施方式中，在步骤7中，发动机和第一电机串联后，由发动机和第一电机为动力电池进行电量补充，由第二电机提供车辆驱动力。

在可能的实施方式中，在步骤8中，发动机和第一电机并联后，由发动机提供车辆驱动力，由第一电机或第二电机为动力电池进行电量补充。

本发明提供的一种混合动力电动汽车驱动系统及驱动方法，通过发动机、第一行星排和第二行星排的设置，使双行星排作为第一驱动轴上发动机到第一减速器以及第一电机到第一减速器的变速机构，同时也作为发动机和第一电机之间的耦合机构，第一行星排和第二行星排通过第一制动器和第二制动器的控制可配合实现纯电驱动、并联驱动及串联增程三种驱动模式，结合第二驱动轴上的第二电机，实现纯电四驱及混动四驱的功能。通过发动机、第一行星排、第二行星排、第一电机和第二电机的设置，在只需两个电机的情况下，通过简单的控制即可实现完整的四驱功能，结构简单，控制方法简单，无需额外增加电机，节约车辆空间，有效降低了生产成本；对于大电池包方案的车辆，能够在更好的满足电池包布置空间的需求的同时，实现整车对通过性、动力性和经济性的需求；驱动系统中无需设置离合器，节约了液压中高压的需求，进一步降低生产成本；在纯电驱动模式下，实现了仅有一个电机参与驱动。另一个电机保持静止的状态，进一步提高了车辆整体的经济性。

另外，在本发明技术方案中，凡未作特别说明的，均可通过采用本领域中的常规手段来实现本技术方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种混合动力电动汽车驱动系统的结构示意图。

图2为本发明实施例二提供的一种混合动力电动汽车驱动方法的流程图。

具体实施方式

本发明说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如包含了一系列的步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、系统、产品或设备固有的其他步骤或单元。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参考说明书附图1，本发明实施例提供了一种混合动力电动汽车驱动系统，包括：发动机1、第一电机2、第二电机3、第一行星排4、第二行星排5、第一制动器6、第二制动器7、第一减速器8、第二减速器9、第一差速器10、第二差速器11、电机控制器12和动力电池15。

发动机1与第一行星排4的行星架相连；第一电机2与第二行星排5的太阳轮相连；第一行星排4的太阳轮和第二行星排5的太阳轮相连；第一制动器6与第一行星排4相连；第二制动器7与第二行星排5相连；第二行星排5的行星架通过第一减速器8与第一差速器10相连，第一差速器10连接第一驱动轴13；第二电机3通过第二减速器9与第二差速器11相连，第二差速器11连接第二驱动轴14；第一电机2和第二电机3与电机控制器12相连；电机控制器12与动力电池15相连。

在可选的实施例中，发动机1与第一电机2可通过第一行星排4和第二行星排5的不同连接位置输出动力到第一驱动轴13。

具体的，第一制动器6制动第一行星排4的齿圈；第二制动器7制动第二行星排5的齿圈。由此，第一制动器6和第二制动器7通过分别制动第一行星排4和第二行星排5的齿圈实现制动。在可能的实施方式中，通过改变第一制动器6和第二制动器7的位置改变传动比。

在可选的实施例中，发动机1与第一行星排4之间连接有扭转减震器。

在可选的实施例中，发动机1与第一行星排4之间连接有双质量飞轮。

在可选的实施例中，发动机1的转轴连接双质量飞轮的初级，双质量飞轮的次级连接第一行星排4的行星架。

由此，能够有效降低发动机1对第一行星排4的传动冲击。

在可选的实施例中，第一驱动轴13或第二驱动轴14上连接有分动器。

由此，增加分动器能够实现将一部分动力传递到另外的驱动轴上。

在可选的实施例中，可以增加行星排进一步实现多驱动档位。

本实施例公开的一种混合动力电动汽车驱动系统，能够实现三种驱动模式，分别是纯电动驱动模式、串联增程驱动模式和并联驱动模式。

当第一制动器6释放，第二制动器7制动，第一电机2扭矩通过第二行星排5的太阳轮传递至第二行星排5的行星轮，第一行星排4的行星轮会随着第二行星排5的行星轮一起运动，由于第一制动器6处于释放状态，第一行星排4的齿圈空转，与第一行星排4的行星架相连的发动机1会保持静止状态，由于第二制动器7处于制动状态，第二行星排5的行星轮扭矩传递至第二行星排5的行星架，再通过与第二行星排5的行星架相连的第一减速器8及第一差速器10传递到第一驱动轴13，车辆由第一电机2和第二电机3共同提供驱动力，此时为纯电动驱动模式；

当第一制动器6制动，第二制动器7释放，发动机1扭矩通过第一行星排4的行星架传递至第一行星排4的太阳轮，第一行星排4的太阳轮与第二行星排5的太阳轮刚性连接，由于第二制动器7处于释放状态，第二行星排5的齿圈空转，与第二行星排5的行星架相连的第一减速器8及第一差速器10保持原有状态，第二行星排5的太阳轮扭矩传递至第一电机2，发动机1和第一电机2串联，此时为串联增程驱动模式；

当第一制动器6与第二制动器7都处于制动状态时，发动机1扭矩通过第一行星排4的行星架传递至第一行星排4的太阳轮，第一行星排4的太阳轮与第二行星排5的太阳轮刚性连接，第二行星排5的齿圈制动，第二行星排5的太阳轮扭矩可传递至第一电机2和第二行星排5的行星架，再通过与第二行星排5的行星架相连的第一减速器8及第一差速器10传递到第一驱动轴13，同时，第一电机2的扭矩也可以通过第二行星排5的太阳轮传递至第二行星排5的行星架，再通过与第二行星排5的行星架相连的第一减速器8及第一差速器10传递到第一驱动轴13，发动机1和第一电机2并联，此时为并联驱动模式。

本发明提供的一种混合动力电动汽车驱动系统，通过发动机1、第一行星排4和第二行星排5的设置，使双行星排作为第一驱动轴13上发动机1到第一减速器8以及第一电机2到第一减速器8的变速机构，同时也作为发动机1和第一电机2之间的耦合机构，第一行星排4和第二行星排5通过第一制动器6和第二制动器7的控制可配合实现纯电动驱动、并联驱动及串联增程驱动三种驱动模式，结合第二驱动轴14上的第二电机3，实现纯电四驱及混动四驱的功能。通过发动机1、第一行星排4、第二行星排5、第一电机2和第二电机3的设置，在只需两个电机的情况下，通过简单的控制即可实现完整的四驱功能，结构简单，控制方法简单，无需额外增加电机，节约车辆空间，有效降低了生产成本；对于大电池包方案的车辆，能够在更好的满足电池包布置空间的需求的同时，实现整车对通过性、动力性和经济性的需求；驱动系统中无需设置离合器，节约了液压中高压的需求，进一步降低生产成本；在纯电驱动模式下，实现了仅有一个电机参与驱动。另一个电机保持静止的状态，进一步提高了车辆整体的经济性；第一驱动轴13和第二驱动轴14的动力结构无机械连接，驱动扭矩分配比例可以在很大范围进行调节，无需通过第二驱动轴14对第一驱动轴13进行启动发动机及发动机工作点调整的扭矩补偿，极大地降低了控制策略开发的难度，提高生产效率。

实施例2：

在本实施例中，参考说明书附图2，提供了一种混合动力电动汽车驱动方法，通过以上实施例中任一混合动力电动汽车驱动系统实现，包括：

步骤1：获取动力电池的电量；

步骤2：判断动力电池的电量是否小于预设阈值，若动力电池的电量不小于预设阈值，则当前动力电池的电量充足，执行步骤3；若动力电池的电量小于预设阈值，则当前动力电池的电量不足，执行步骤6；

步骤3：判断当前驾驶所需扭矩或功率是否大于预设阈值；若当前驾驶所需扭矩或功率不大于预设阈值，则执行步骤4；若当前驾驶所需扭矩或功率大于预设阈值，则执行步骤5；

步骤4：控制第二制动器释放，使发动机和第一电机处于静止状态，车辆依靠第二电机提供驱动力；

步骤5：控制第一制动器释放，使发动机保持静止状态，控制第一电机进行调速，当转速同步后控制第二制动器制动，使第一电机通过第二行星排参与驱动，车辆由第一电机和第二电机共同提供驱动力；

步骤6：判断当前车速是否大于预设阈值，若当前车速不大于预设阈值，则执行步骤7；若当前车速大于预设阈值，则执行步骤8；

步骤7：控制第一制动器制动，控制第二制动器释放，第一电机通过第一行星排和第二行星排的机械联动起动发动机，发动机和第一电机串联；

步骤8：控制第一制动器制动，控制第二制动器释放，第一电机起动发动机后进行调速，当转速同步后，控制第二制动器制动，发动机和第一电机通过第一行星排和第二行星排并联。

具体的，在步骤3中，当动力电池的电量充足且驾驶所需扭矩或功率不大于预设阈值时，车辆仅依靠第二电机提供驱动力，节约能源，从而满足车辆整体的经济性需求。

具体的，在步骤4中，当动力电池的电量充足，但驾驶所需扭矩或功率大于预设阈值时，此时车辆可能会存在脱困等通过性需求，使用第一电机和第二电机共同提供驱动力，实现纯电动驱动模式，从而满足车辆的动力性和通过性需求。

在可选的实施例中，在步骤7中，发动机和第一电机串联后，实现串联增程模式，由发动机和第一电机为动力电池进行电量补充，由第二电机提供车辆驱动力。

在可选的实施例中，在步骤8中，发动机和第一电机并联后，实现并联驱动模式，由发动机提供车辆驱动力，由第一电机或第二电机为动力电池进行电量补充。

本发明提供的一种混合动力电动汽车驱动方法，通过发动机、第一行星排和第二行星排的设置，使双行星排作为第一驱动轴上发动机到第一减速器以及第一电机到第一减速器的变速机构，同时也作为发动机和第一电机之间的耦合机构，第一行星排和第二行星排通过第一制动器和第二制动器的控制可配合实现纯电驱动、并联驱动及串联增程三种驱动模式，结合第二驱动轴上的第二电机，实现纯电四驱及混动四驱的功能。通过发动机、第一行星排、第二行星排、第一电机和第二电机的设置，在只需两个电机的情况下，通过简单的控制即可实现完整的四驱功能，结构简单，控制方法简单，无需额外增加电机，节约车辆空间，有效降低了生产成本；对于大电池包方案的车辆，能够在更好的满足电池包布置空间的需求的同时，实现整车对通过性、动力性和经济性的需求；驱动系统中无需设置离合器，节约了液压中高压的需求，进一步降低生产成本；在纯电驱动模式下，实现了仅有一个电机参与驱动。另一个电机保持静止的状态，进一步提高了车辆整体的经济性。

上述本说明书实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混合动力电动汽车驱动系统，其特征在于，包括：

发动机(1)、第一电机(2)、第二电机(3)、第一行星排(4)、第二行星排(5)、第一制动器(6)、第二制动器(7)、第一减速器(8)、第二减速器(9)、第一差速器(10)、第二差速器(11)、电机控制器(12)和动力电池(15)；

所述发动机(1)与所述第一行星排(4)的行星架相连；

所述第一电机(2)与所述第二行星排(5)的太阳轮相连；

所述第一行星排(4)的太阳轮和所述第二行星排(5)的太阳轮相连；

所述第一制动器(6)制动所述第一行星排(4)的齿圈；

所述第二制动器(7)制动所述第二行星排(5)的齿圈；

所述第二行星排(5)的行星架通过所述第一减速器(8)与所述第一差速器(10)相连，所述第一差速器(10)连接第一驱动轴(13)；

所述第二电机(3)通过所述第二减速器(9)与所述第二差速器(11)相连，所述第二差速器(11)连接第二驱动轴(14)；

所述第一电机(2)和所述第二电机(3)与所述电机控制器(12)相连；

所述电机控制器(12)与动力电池(15)相连。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力电动汽车驱动系统，其特征在于，所述发动机(1)与所述第一行星排(4)之间连接有扭转减震器。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力电动汽车驱动系统，其特征在于，所述发动机(1)与所述第一行星排(4)之间连接有双质量飞轮。

4.根据权利要求3所述的一种混合动力电动汽车驱动系统，其特征在于，所述发动机(1)的转轴连接所述双质量飞轮的初级，所述双质量飞轮的次级连接所述第一行星排(4)的行星架。

5.根据权利要求1所述的一种混合动力电动汽车驱动系统，其特征在于，所述第一驱动轴(13)或所述第二驱动轴(14)上连接有分动器。

6.一种混合动力电动汽车驱动方法，通过权利要求1-5任一所述混合动力电动汽车驱动系统实现，其特征在于，包括：

步骤1：获取动力电池的电量；

步骤2：判断动力电池的电量是否小于预设阈值，若动力电池的电量不小于预设阈值，则当前动力电池的电量充足，执行步骤3；若动力电池的电量小于预设阈值，则当前动力电池的电量不足，执行步骤6；

步骤3：判断当前驾驶所需扭矩或功率是否大于预设阈值；若当前驾驶所需扭矩或功率不大于预设阈值，则执行步骤4；若当前驾驶所需扭矩或功率大于预设阈值，则执行步骤5；

步骤4：控制第二制动器释放，使发动机和第一电机处于静止状态，车辆依靠第二电机提供驱动力；

步骤5：控制第一制动器释放，使发动机保持静止状态，控制第一电机进行调速，当转速同步后控制第二制动器制动，使第一电机通过第二行星排参与驱动，车辆由第一电机和第二电机共同提供驱动力；

步骤6：判断当前车速是否大于预设阈值，若当前车速不大于预设阈值，则执行步骤7；若当前车速大于预设阈值，则执行步骤8；

步骤7：控制第一制动器制动，控制第二制动器释放，第一电机通过第一行星排和第二行星排的机械联动起动发动机，发动机和第一电机串联；

步骤8：控制第一制动器制动，控制第二制动器释放，第一电机起动发动机后进行调速，当转速同步后，控制第二制动器制动，发动机和第一电机通过第一行星排和第二行星排并联。

7.根据权利要求6述的一种混合动力电动汽车驱动方法，其特征在于，在步骤7中，所述发动机和第一电机串联后，由发动机和第一电机为动力电池进行电量补充，由第二电机提供车辆驱动力。

8.根据权利要求6所述的一种混合动力电动汽车驱动方法，其特征在于，在步骤8中，所述发动机和第一电机并联后，由发动机提供车辆驱动力，由第一电机或第二电机为动力电池进行电量补充。

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