CN1986268B - 混合动力汽车驱动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种混合动力汽车驱动系统，包括内燃机和助力电动机，还包括一体化起动/发电机、调速电动机和行星排单元；所述一体化起动/发电机与所述内燃机配合，并响应所述内燃机的脉动来改善内燃机的工作条件；所述行星排单元具有旋转轴和输出轴；所述一体化起动/发电机、调速电动机和助力电动机分别与所述行星排单元相配合。本发明通过利用与内燃机输出轴配合的一体化起动/发电机，可以及时的响应内燃机的脉动，改善内燃机的工作条件，使之具有更佳的燃油经济性。在对两个电动机的输出特性要求较低的条件下，实现对内燃机工作点的调节，并使得车辆具有无级变速的功能，增加舒适性和经济性。
Description
技术领域
本发明属于混合动力汽车领域，尤其涉及一种混合动力汽车驱动系统。
背景技术
混合动力汽车采用两种动力装置(内燃机和助力电动机)，通过储能装置(蓄电池等)和控制系统对能量的调节，实现最佳的能量分配，达到整车的低排放、低油耗和高性能。
混合动力汽车有两个动力源，当汽车爬坡或加速时，两个动力源联合输出动力，蓄电池输出的电能通过电机进行助力；当汽车下坡或制动时，发电机发电可以对再生或制动能量进行回收，以电能形式储存在蓄电池中；当汽车较长时间怠速停车时，可以通过控制发动机熄火，实现怠速起停，节省燃油。
由于辅助动力的助力作用，在保证汽车相同的动力性能条件下，可相应减小混合动力汽车发动机的功率及排量需求，减少了汽车燃油消耗；同时通过再生及制动能量的回收，以及避免汽车在油耗较高的怠速工况区运行(怠速起停)，进一步减小了汽车燃油消耗；混合动力汽车通过控制辅助动力的功率及扭矩输出大小，可以优化控制发动机的工作点，使整车的废气排放得到显著的改善。
混合动力发展的主要矛盾是电动机和发动机的无缝匹配，如何使得混合动力系统既可以发挥传统的燃油发动机车辆的动力强劲、续驶里程长和高速区间效率高的优点的同时，还兼顾电动机驱动车辆的低速区间效率高、动力输出强劲的优点，这是当前所有的混合动力系统的最终目的。
中国发明专利申请第02144747.0号揭示了一种双电机混合动力汽车动力系统，包括内燃机、电机、离合器、变速箱、动力电池、制动系统及整车自动控制系统，其特征在于具有主、副两个电机，其主电机的转子轴与变速箱的输出轴相连接，副电机的转子轴与内燃机的曲轴相连接；主、副电机与电池电联接。此方案的缺陷在于，其通过两个分离的电机配合来工作，无法及时响应内燃机的脉动来对其进行弥补，而且不能实现无级调速。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的不足，提供一种增强内燃机的控制精度，获得更佳燃油经济性的混合动力汽车驱动系统。
本发明提供一种混合动力汽车驱动系统，包括内燃机和助力电动机，还包括一体化起动/发电机、调速电动机和行星排单元；所述一体化起动/发电机与所述内燃机配合，并响应所述内燃机的脉动来改善内燃机的工作条件；所述行星排单元具有旋转轴和输出轴；所述一体化起动/发电机、调速电动机和助力电动机分别与所述行星排单元相配合；在所述内燃机的转速、调速电动机的转速和系统输出转速中的其中之一确定的情况下，剩余的两个转速在有限的范围内连续变化。
如果所述内燃机的动力不足，所述一体化起动/发电机以电动机状态工作，给所述内燃机提供辅助的动力；如果所述内燃机的负载过低，所述一体化起动/发电机以发电机状态工作，提升所述内燃机的工作负载。
所述一体化起动/发电机的转子与所述内燃机相配合。
所述一体化起动/发电机的输出轴与所述行星排单元的第一旋转轴相配合。
所述调速电动机输出轴与行星排单元的第二旋转轴相配合。
所述助力电动机的输出轴与所述行星排单元的第三旋转轴相配合。
所述行星排单元的输出轴与减速差速机构相配合，所述减速差速机构与系统输出端相配合。
所述系统输出端包括车轮。
所述内燃机是汽油机或柴油机。
本发明通过利用与内燃机输出轴配合的一体化起动/发电机，在车辆行驶过程中，如果内燃机的动力不足，一体化起动/发电机将以电动机状态工作，给内燃机提供辅助的动力；反之，若负载过低，内燃机的效率降低，一体化起动/发电机将以发电机状态工作，给内燃机增加负载，以提升其工作负载。因此，一体化起动/发电机可以及时的响应内燃机的脉动，改善内燃机的工作条件，使之具有更佳的燃油经济性。在对两个电动机的输出特性要求较低的条件下，实现对内燃机工作点的调节。此外，本系统另配备的调速电动机，通过行星排的固有速度特性，可以实现系统的无级调速功能，增加整个动力系统的灵活性。
图1是本发明混合动力汽车驱动系统的原理图。
附图说明
图2a-2c是本发明混合动力汽车驱动系统内燃机起动状态动力流程示意图。
图3是本发明混合动力汽车驱动系统一体化起动/发电机工作方式示意 图。
图4是本发明混合动力汽车驱动系统纯电行驶示意图。
图5是本发明混合动力汽车驱动系统能量回收示意图。
请参照图1所示，本发明混合动力汽车驱动系统包括内燃机1、一体化起动/发电机(Integrated Starter/Alternator，简称ISA)9、调速电动机31、助力电动机32和行星排单元7。内燃机1经过输出轴2和一体化起动/发电机9的转子相配合；一体化起动/发电机9的输出轴8和行星排单元7的第一旋转轴相配合；调速电动机31的输出轴41、助力电动机32的输出轴42分别和行星排单元7的第二、第三旋转轴相配合；行星排单元7的输出轴6与减速差速机构61相配合，所述减速差速机构61与系统输出端(如车轮)5相配合。内燃机1为传统的内燃机，可为汽油机或者柴油机。
具体实施方式
一体化起动/发电机9是一个一体的双用途电机。由于起动与发电是两个相互独立的过程，因而将这两种电机一体化后，材料利用率将提高，前机盖下的可利用空间也将可提高。不仅如此，传统发电机的效率很低，大约为50％到60％。而一体化起动/发电机9在发电机状态，其效率可达80％。另外，这一技术可以实现发动机的起停控制，提高燃油效率。就是说，当汽车在交通灯前停止时，关闭发动机。在起动时，先由起动机带动发动机达到一定转速，再给发动机点火。由于发动机在从零转速达到额定的加速过程中是燃油效率最低，燃烧最不充分的，因而，采取这一措施会提高燃油效率并降低污染。一体化起动/发电机9的另一个特点是可再生制动。即在制动过程中，将机械能转化为电能给蓄电池充电，从而提高发动机效率。
当前一体化起动/发电机9的电机选择主要有永磁无刷直流机、异步机、永磁同步电机及开关磁阻电机四种。电机选择将依赖于功率等级、电机及驱动电路的成本、电机与发动机的耦合方式、以及系统性能的全面考虑。
当车辆由于动力需要起动内燃机1的时候，(1)如图2a所示，一体化起动/发电机9以电动机角色工作，带动内燃机1起动；(2)如图2b所示，助力电动机32带动内燃机1起动；(3)如图2c所示，一体化起动/发电机9和助力电动机32联合以电动机角色工作，共同带动内燃机1起动。
请参照图3所示，内燃机1预设有一脉动曲线，其在工作过程中输出的扭矩并不恒定，在车辆行驶过程中，如果内燃机1的动力不足，与之串联的一体化起动/发电机9将以电动机状态工作，给内燃机1提供辅助的动力；反之，若负载过低，内燃机1的效率降低，一体化起动/发电机9将以发电机状态工作，给内燃机1增加负载，以提升其工作负载。因此，一体化起动/发电机9可以及时的响应内燃机的脉动，改善内燃机的工作条件，使之具有更佳的燃油经济性。
当车辆的行驶状态，单独依靠内燃机1就可以满足动力需求，这时候通过调速电动机31的参与，系统可以实现无级变速的功能，原理如下：
行星排单元7的的固有关系式：
nt+knq＝(1+k)nj
其中，nt为太阳轮的转速，nq为齿圈的转速，nj为行星架的转速，k为行星排齿圈和太阳轮齿数比。
本发明中，内燃机1转速、调速电动机31转速和输出转速分别为上述三个转速变量中第一个(具体哪一个的取决于系统的连接结构)，在其中一个(输出转速)确定的情况下，剩余的两个转速可以在有限的范围内实现连续变化， 即内燃机1的转速和系统的输出转速不再是固定的关系，可以实现无级变速的功能。如果内燃机1、调速电动机31的转速过高，行星排单元7提供的变速比有限，则与行星排单元7输出轴6相连的差速减速机构61将辅助提供变速比。
请参照图4所示，如果车辆的运行状态要求实现局部零污染，系统可以通过关闭内燃机1，由蓄电池提供电能，利用一体化起动/发电机9和助力电动机32来驱动车辆，实现低速的纯电行驶。
请参照图5所示，当系统需要对车辆的惯性能量进行回收的时候，通过一体化起动/发电机9和助力电动机32的制动作用，即此时作为发电机工作，对系统的能量进行部分回收，将机械能转化为电能，给蓄电池充电，提供系统的能量利用率。
本发明混合动力汽车驱动系统通过一体化起动/发电机9可以在内燃机负载较低、效率较低的情况下，增大其负载，使内燃机可以在可控的高效率区间工作；相应的，当内燃机的负载过大，使其工作状态恶劣，效率下降，能耗增大的情况下，系统可以减少内燃机负载，均衡各个动力机的负载状态，使得整个系统的效率达到最优。
除了对内燃机的工作模式进行弥补和均衡外，本系统另配备的调速电动机31，通过行星排的固有速度特性，可以实现系统的无级调速功能，增加整个动力系统的灵活性。
Claims (9)
1.一种混合动力汽车驱动系统，包括内燃机和助力电动机，其特征在于：还包括一体化起动/发电机、调速电动机和行星排单元；所述一体化起动/发电机与所述内燃机配合，并响应所述内燃机的脉动来改善内燃机的工作条件；所述行星排单元具有旋转轴和输出轴；所述一体化起动/发电机、调速电动机和助力电动机分别与所述行星排单元相配合；在所述内燃机的转速、调速电动机的转速和系统输出转速中的其中之一确定的情况下，剩余的两个转速在有限的范围内连续变化。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于：如果所述内燃机的动力不足，所述一体化起动/发电机以电动机状态工作，给所述内燃机提供辅助的动力；如果所述内燃机的负载过低，所述一体化起动/发电机以发电机状态工作，提升所述内燃机的工作负载。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述一体化起动/发电机的转子与所述内燃机相配合。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述一体化起动/发电机的输出轴与所述行星排单元的第一旋转轴相配合。
5.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述调速电动机输出轴与行星排单元的第二旋转轴相配合。
6.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述助力电动机的输出轴与所述行星排单元的第三旋转轴相配合。
7.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述行星排单元的输出轴与减速差速机构相配合，所述减速差速机构与系统输出端相配合。
8.根据权利要求7所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述系统输出端包括车轮。
9.根据权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述内燃机是汽油机或柴油机。
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