CN202337203U - 带单向离合器的四驱混合动力车的混合动力系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及带单向离合器的四驱混合动力车的混合动力系统。该系统包括：多个动力装置，包括内燃机、第一电机和第二电机；第一传动系和第二传动系；制动系统；其中，第一电机通过第一传动系与第一驱动轴连接，第二电机通过第二传动系与第二驱动轴连接，制动系统与第一驱动轴和第二驱动轴相关联；混合动力附件；混合动力控制系统；储能装置，其为混合动力控制系统和混合动力附件提供能量；以及单向离合器，其连接在内燃机的曲轴与第一电机之间，该混合动力控制系统控制单向离合器来建立或者断开内燃机曲轴与第一电机之间的连接。

Description

带单向离合器的四驱混合动力车的混合动力系统

技术领域

本实用新型涉及一种带单向离合器的四驱混合动力车的混合动力系统。

背景技术

随着能源短缺和全球气候变暖的进一步加剧，节能减排已经成为全世界关注的焦点。各国政府及汽车企业纷纷加速对新能源车辆的研发。

目前市场上的四驱混合动力电动汽车纯电动行驶只能靠驱动电机所在的驱动轴驱动，不能实现前后驱动轴分别纯电动驱动以及同时纯电动驱动，导致电机不能完全发挥动力性能，制动回收的能量也比较有限。

授权专利CN201002503Y涉及一种全轮驱动混合动力汽车的驱动系统，其前轮驱动采用了发动机、曲轴安装的盘式电机、自动离合器加手动变速器MT或直接采用AMT自动变速器等部件构成的动力传动系统，其中ISG电机安装在发动机和自动离合器或AMT自动变速器之间；后轮驱动采用了后轮驱动电机、后轮驱动减速/差速器构成的电动后桥。在这种混合动力系统中，发动机与ISG电机同轴相连，不能实现ISG电机纯电动驱动，从而无法实现前轮纯电机驱动，更无法实现四轮同时纯电动驱动，导致电机不能完全发挥动力性能。

美国专利US 6,484,834 B2涉及一种混合动力四驱系统。该混合动力四驱系统包含两路传动路线，第一路传动系统通过发动机，变速器和传动轴将动力传递至车轮，第二路传动系统通过电机为另一对车轮提供动力。在这种混合动力系统中，难以实现怠速停机功能，发动机仍然工作在传统汽车的工作模式，无法实现前轮纯电机驱动，更无法实现四轮同时纯电动驱动，同时由于电机通过制动回收的能量有限，动力电池储能不足，导致电机不能完全发挥动力性能。

因此，提供一种这样的混合动力系统将是有利的：该混合动力系统能够实现四驱功能的混合动力系统，并能实现前后轴分别纯电动行驶及电动四驱行驶，提高整车纯电动模式下的动力性能和制动能量回收性能。

实用新型内容

本实用新型提供了一种四驱混合动力车的混合动力系统，该混合动力系统包括：多个动力装置，包括内燃机、第一电机和第二电机；第一传动系和第二传动系；制动系统；其中，第一电机通过第一传动系与第一驱动轴连接，第二电机通过第二传动系与第二驱动轴连接，该制动系统与第一驱动轴和第二驱动轴相关联；混合动力附件；混合动力控制系统；储能装置，其为混合动力控制系统和混合动力附件提供能量；以及单向离合器，其连接在内燃机的曲轴与第一电机之间，该混合动力控制系统控制单向离合器来建立或者断开内燃机曲轴与第一电机之间的连接。 

在上述混合动力系统中，单向离合器可嵌入到该第一电机中。

在上述混合动力系统中，该单向离合器可为可控的、带自锁功能的高速离合器。

在上述混合动力系统中，内燃机的曲轴上安装有第一飞轮，第二飞轮与第一电机的转子固定在一起以同步旋转，该单向离合器形成于第一飞轮与第二飞轮之间，以实现第一飞轮和第二飞轮的断开和接合，其中，第二飞轮是第一传动系的离合器的主动件。

在上述混合动力系统中，单向离合器设置成与第一电机的定子和转子同轴，该定子位于该转子的径向外侧，而单向离合器设置在该转子的径向内侧。

在上述混合动力系统中，沿轴向在单向离合器的两侧上设置有定位与承力轴承。

上述混合动力系统中可具有以下模式及模式转换：

EV模式：单向离合器断开，第一驱动轴由第一电机单独驱动而实现纯电动运行，内燃机处于关闭状态或者内燃机的转速不超过第一电机的转速；

EV模式→Normal模式：内燃机的转速不断升高，直到该内燃机的转速超过第一电机的转速时，单向离合器结合，实现内燃机与第一电机共同驱动；

Normal模式→EV模式：内燃机的转速不断下降，当该转速小于第一电机的转速时，单向离合器自动脱开，进入纯电动模式；

第一电机快速起动内燃机：在需要第一电机快速起动内燃机时，控制单向离合器来锁止，动力由第一电机传到内燃机，此时第一电机快速起动内燃机，实现怠速停机和内燃机快速起动。

在上述混合动力系统中，第一驱动轴可连接到前轮或者后轮中的一种上，而第二驱动轴可连接到前轮或者后轮中的另一种上。

在上述混合动力系统中，储能装置可包括高压储能装置和低压储能装置。

在上述混合动力系统中，混合动力附件包括DC/DC、电动空调、真空助力系统、电动助力转向系统和第二电机冷却水泵。

在上述混合动力系统中，混合动力控制系统可包括：

整车控制器HCU和多个部件控制器，该整车控制器HCU整体上控制该多个部件控制器的工作，包括判断驾驶员扭矩需求、在各动力源之间进行扭矩分配，在不同行驶工况下仲裁各种控制方法的优先级；其中，该多个部件控制器包括：

控制内燃机的内燃机控制器EMS；

控制第一传动系和第二传动系中的变速传动箱的变速传动箱控制器TCU；

控制第一电机的第一电机控制器MCU；

控制第二电机的第二电机控制器MCU；

控制高压储能装置的高压储能装置控制器BMS；

控制制动系统的制动控制器ABS；以及，

控制混合动力附件的混动附件控制器ACU；

其中，整车控制器、内燃机控制器、变速传动箱控制器、第一电机控制器、第二电机控制器、高压储能装置控制器、制动控制器和混动附件控制器是整车控制器局域网络CAN的节点，  

高压储能装置通过高压直流电线连接第一电机控制器、第二电机控制器、DC/DC和电动空调；

低压储能装置通过低压直流电线连接DC/DC、真空助力系统、电动助力转向系统和第二电机冷却水泵；

第一电机控制器通过三相交流电线控制第一电机，而第二电机控制器通过三相交流电线控制该第二电机。

在上述混合动力系统中，高压储能装置可为动力蓄电池、超级电容或它们的组合。

在上述混合动力系统中，高压储能装置可配备充电接口。

通过以上所述的混合动力系统，具有该混合动力系统的四驱混合动力车至少具有以下优点：

本四驱混合动力车的混合动力系统，通过在第一驱动轴使用内燃机和电机混合动力系统驱动，在驱动轴B使用电机驱动的结构，实现了汽车的四驱功能，在保证良好的燃油经济性和排放性能的同时，进一步提高了整车的动力性能和操纵稳定性能。

如上所述，该四轮驱动混合动力车可使用第一驱动轴作为前轴，也可以使用驱动轴B作为前轴，以适应不同车型的布置空间要求。

在上述纯电动模式下，可实现电机A或电机B单独驱动整车，也可实现电机A和电机B共同驱动整车，大大提高整车纯电动模式下的动力性能和制动能量回收性能。

四驱混合动力车的结构紧凑，便于整车布置。

四驱混合动力车中的内燃机怠速停机功能可通过控制单向离合器A，由电机A快速起动内燃机。当需要电机A快速起动内燃机时，控制单向离合器A锁止，那么动力可由电机A传到内燃机端，此时电机A实现快速起动内燃机，从而取消12V启停系统，实现怠速停机和快速起动。

在电机A纯电动运行模式下，能根据不同工况进行换挡，以达到更好的动力性和经济性。

只需拆除电机B、变速传动箱B和电机B冷却水泵，则该混合动力车可以变成中混合动力车。因此该平台可以具有很好的兼容性，有利于整车厂在研发、生产中节省成本。

混合动力附件中的电动空调为高压供电，相对于传统车空调可以达到降低能耗的目的。真空助力系统包含一个电动真空泵，可以根据高压储能装置的能量状态、内燃机工作状态，选择从内燃机进气歧管处获取真空，或者通过电动真空泵获取真空，或者从二者共同获取真空。DC/DC将高压储能装置的高压电转换成低压电提供给使用低压电的混合动力附件以及各个控制器，整车需求的低压电主要由DC/DC提供，不足部分由低压储能装置补充。

附图说明

图1 是带单向离合器的四驱混合动力车的混合动力系统的框架图。

图2是内燃机、第一电机与单向离合器的结构关系的简图。

图3是图2所示的内燃机、第一电机与单向离合器的关系的结构示意图。

图4是利用通过单向离合器的中心轴线的平面截取的、图3中示意的构造的一个具体实施例的剖面图。

图5是由本实用新型的带单向离合器的四驱混合动力车的混合动力系统得到的中混合动力车的框架图。

部件列表：

第一飞轮     21

第二飞轮     22

电机A定子   31

电机A转子   32

电机A转速传感器定子   41

电机A转速传感器转子   42

单向离合器              1

第一传动系离合器        2

连接板       34。

具体实施方式

图1中显示了一种带单向离合器的四驱混合动力车的混合动力系统。如图所示，该混合动力系统包括动力装置、单向离合器A、变速传动箱、差速器、驱动轴A和驱动轴B、制动系统、储能装置、混合动力附件以及混合动力控制系统等。动力装置包括内燃机、电机A和电机B。电机A可为ISG电机。变速传动箱包括分别用于驱动轴A和驱动轴B的变速传动箱A和变速传动箱B。变速传动箱A、变速传动箱B可通过差速器而分别连接驱动轴A和驱动轴B。变速传动箱A与差速器一起构成了用于驱动轴A的第一传动系，而变速传动箱B与差速器一起构成了用于驱动轴B的第二传动系。

单向离合器A设置在内燃机的曲轴与电机A之间。应当注意，“设置在内燃机的曲轴与电机A之间”只表示内燃机的曲轴通过单向离合器而连接到电机A，而不意图限制单向离合器A在内燃机和电机A之间的具体位置。混合动力控制系统控制该单向离合器A来建立或者断开内燃机的曲轴与电机A之间的连接，使得在断开连接时，电机A单独地对驱动轴A进行驱动，实现对所述第一驱动轴的纯电动驱动，以及在所述第二电机同时驱动所述第二驱动轴时实现所述第一驱动轴和第二驱动轴的同时纯电动驱动。

驱动轴A可连接到前轮或者后轮中的一种上，而驱动轴B连接到前轮或者后轮中的另一种上。另外，虽然图1中显示了电机A连接到驱动轴A上，而电机B连接到驱动轴B上，在实践中，也可使电机A连接到驱动轴B上而电机B连接到驱动轴A上。

在一个实施例中，单向离合器A嵌入到电机A中，如图2中详细示出。由于嵌入式离合器不会带来轴向空间的增加，因此这样布置可使得结构更加紧凑，便于整车布置。

在一个是实施例中，该单向离合器A可以为可控的、带自锁功能的高速离合器。

在普通的单向离合器及其相关系统的连接结构中，连接在内燃机的曲轴上的动力总成飞轮承担两大功能：发动机的转动惯量，传动系离合器的主动部分。在本实用新型的单向离合器中，其被分解为两个独立的飞轮来承担。

具体而言，如图3中所示，内燃机的曲轴上安装有第一飞轮21，而第二飞轮22与电机A的转子32固定在一起以同步旋转。单向离合器1形成于第一飞轮21和第二飞轮22之间，以实现这两个飞轮21和22的断开和接合。第二飞轮22是变速传动箱A与电机A之间的传动系离合器的主动件。

本实用新型的单向离合器总成在工作中不仅要完成旋转方向上的结合或锁止功能，而且也有承担第二飞轮22的定位作用并承受离合器分离时产生的轴向力。因此在单向离合器总成中集成了单向离合器及定位与承力轴承。

单向离合器设置成与电机A的定子31和转子32同轴。具体而言，沿径向方向，自外至内分别为电机A定子31，电机A转子32以及单向离合器1。另外，还可包括电机A转速传感器。在这种情况下，沿径向方向自外至内分别为电机A定子31、电机A转子32、电机A转速传感器定子41、电机A转速传感器转子42以及单向离合器1。其中，同样保持固定的电机A定子31与电机A转速传感器定子41可通过连接板34连接在一起，如图3所示。

图4是利用通过单向离合器1的中心轴线的平面截取的、图3中以框图示意的构造的一个具体实施例的剖面图。

在本实用新型的实施例中，当单向离合器A结合时，动力的传递路径为：内燃机→电机A→变速传动箱A→差速器→驱动轴A→车轮。而单向离合器A断开时，其成为超越离合器。只有当内燃机输出转速超过电机A转速时，单向离合器A才能够再次结合。

单向离合器A构造成可以实现以下整车模式及模式转换： 

EV模式：单向离合器A断开，电机A可实现纯电动运行，此时内燃机可以是关闭状态，或者内燃机转速不超过电机A转速。

EV模式→Normal模式：随着内燃机转速不断升高，直到内燃机转速超过电机A转速时，单向离合器A结合，实现内燃机与电机A共同驱动。

Normal模式→EV模式：内燃机转速不断下降，当其转速小于电机A转速时，单向离合器A自动脱开，实现纯电动模式。

电机A快速起动内燃机：单向离合器A带自锁功能，当需要电机A快速起动内燃机时，控制单向离合器A锁止，那么动力可由电机A传到内燃机端，此时电机A可快速起动内燃机，从而取消12V发动机快速启停系统，实现怠速停机和内燃机快速起动。

在电机A纯电动运行模式下，能根据不同工况进行换挡，已达到更好的动力性和经济性。

在运行时，内燃机的怠速停机功能可通过控制单向离合器A、由电机A快速起动内燃机来实现。该单向离合器A能很好地实现内燃机与电机A之间的转速同步，其结构简单，布置空间小。

在一个实施例中，利用上述结构，驱动轴A或驱动轴B分别单独由电机A或电机B驱动，均可实现纯电动驱动模式。

在另一个实施例中，驱动轴A和驱动轴B同时分别由电机A和电机B驱动，从而实现了纯电动四驱模式。

在一个实施例中，储能装置可包括高压储能装置和低压储能装置。

在一个实施例中，混合动力附件可包括DC/DC、电动空调、真空助力系统、电动助力转向系统和电机B冷却水泵。但是混合动力附件并不需要包括以上所述的所有构件，或者局限于仅包括以上所述的构件，而是可根据需要包括任何合乎需要的构件。

在一个实施例中，混合动力控制系统可包括用来控制各构件的控制器。混合动力控制系统还可根据需要包括整车控制器HCU（HCU整体上控制各部件控制器的工作，包括判断驾驶员扭矩需求、在各动力源之间进行扭矩分配，在不同行驶工况下仲裁各种控制方法的优先级）；用来控制各构件的控制器包括内燃机控制器EMS、变速传动箱控制器TCU、电机A控制器MCU、电机B控制器MCU、高压储能装置控制器BMS、制动控制器ABS和混动附件控制器ACU。

内燃机控制器、变速传动箱控制器、电机控制器A、电机控制器B、高压储能装置控制器、整车控制器、混动附件控制器、制动控制器作为整车CAN网络的节点，其中，内燃机控制器控制内燃机，制动控制器控制制动系统，混动附件控制器控制混合动力附件，变速传动箱控制器控制变速传动箱A和变速传动箱B，高压储能装置控制器控制高压储能装置。

在一个实施例中，高压储能装置可通过高压直流电线连接电机控制器A、电机控制器B、DC/DC、电动空调。

在一个实施例中，低压储能装置可通过低压直流电线连接DC/DC、真空助力系统、电动助力转向系统和电机B冷却水泵。

在一个实施例中，电机控制器A可通过三相交流电线控制电机A，电机控制器B可通过三相交流电线控制电机B。

在一个实施例中，高压储能装置可以是动力蓄电池、超级电容或它们的组合。其中，动力蓄电池可为铅酸蓄电池、镍-铬蓄电池、镍-氢蓄电池或者锂电池。

变速传动箱A、变速传动箱B可都包括变速装置和离合装置，或者变速传动箱A、变速传动箱B可都只包括变速装置。

变速传动箱A或变速传动箱B可为DCT、CVT、AMT、AT、MT或单级减速齿轮箱。

内燃机为汽油机、柴油机或者生物燃料发动机。

电机A和电机B可为直流电机或者交流电机。

另外，高压储能装置可配备有充电接口。

除了上述技术方案，还可对本实用新型的优选实施例进行改型，通过断开电机B与变速传动箱的连接，或者更优选拆除电机B以及与电机B相关联的构件，诸如变速传动箱B和电机B冷却水泵等，本实用新型所记载的四驱纯电动混合动力车可以容易地变成中混合动力车。

图5中显示了一种通过对图1中所示的系统进行上述改型所得的两轮驱动中混系统，其中，与电机B相关联的变速传动箱B、差速器、电机控制器B、电机B冷却水泵，以及与这些构件相联的信号和供电线路均被去除。需要注意，对图1中的系统的改型并不仅限于得到图3中所示的系统，图3仅仅是可获得的系统的一个简单实施例。

通过容易地转变成中混动力车，本实用新型的四驱混合动力系统平台具有很好的兼容性，有利于整车厂在研发、生产中节省成本。

应当显而易见的是，前述内容仅涉及本申请的某些优选实施例。本领域普通技术人员可在本文中做出许多改变和修改而不会偏离由所附权利要求及其等效方案所限定的本实用新型的总的精神和范围。

Claims (10)

1.一种四驱混合动力车的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统包括：

多个动力装置，包括内燃机、第一电机和第二电机；

第一传动系和第二传动系；

制动系统；其中，所述第一电机通过所述第一传动系与第一驱动轴连接，所述第二电机通过所述第二传动系与第二驱动轴连接，所述制动系统与所述第一驱动轴和所述第二驱动轴相关联；

混合动力附件；

混合动力控制系统；

储能装置，其为所述混合动力控制系统和所述混合动力附件提供能量；以及

单向离合器，其连接在所述内燃机的曲轴与所述第一电机之间，所述混合动力控制系统控制所述单向离合器来建立或者断开所述内燃机曲轴与所述第一电机之间的连接。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述单向离合器嵌入到所述第一电机中。

3.根据权利要求2所述的混合动力系统，其特征在于，所述内燃机的曲轴上安装有第一飞轮，第二飞轮与所述第一电机的转子固定在一起以同步旋转，所述单向离合器形成于所述第一飞轮与所述第二飞轮之间，以实现所述第一飞轮和所述第二飞轮的断开和接合，其中，所述第二飞轮是所述第一传动系的离合器的主动件。

4.根据权利要求3所述的混合动力系统，其特征在于，所述单向离合器设置成与所述第一电机的定子和转子同轴，所述定子位于所述转子的径向外侧，而所述单向离合器设置在所述转子的径向内侧。

5.根据权利要求3或4所述的混合动力系统，其特征在于，沿轴向在所述单向离合器的两侧上设置有定位与承力轴承。

6.根据权利要求1至4中的任一项所述的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力系统具有以下模式及模式转换：

EV模式：所述单向离合器断开，所述第一驱动轴由所述第一电机单独驱动而实现纯电动运行，所述内燃机处于关闭状态或者所述内燃机的转速不超过所述第一电机的转速；

EV模式→Normal模式：所述内燃机的转速不断升高，直到所述内燃机的转速超过所述第一电机的转速时，所述单向离合器结合，实现所述内燃机与所述第一电机共同驱动；

Normal模式→EV模式：所述内燃机的转速不断下降，当该转速小于所述第一电机的转速时，所述单向离合器自动脱开，进入纯电动模式；

第一电机快速起动内燃机：在需要所述第一电机快速起动所述内燃机时，控制所述单向离合器来锁止，动力由所述第一电机传到所述内燃机，此时所述第一电机快速起动所述内燃机，实现怠速停机和内燃机快速起动。

7.根据权利要求1至4中的任一项所述的混合动力系统，其特征在于，所述第一驱动轴连接到前轮或者后轮中的一种上，而所述第二驱动轴连接到前轮或者后轮中的另一种上。

8.根据权利要求1至4中的任一项所述的混合动力系统，其特征在于，所述储能装置包括高压储能装置和低压储能装置，所述混合动力附件包括DC/DC、电动空调、真空助力系统、电动助力转向系统和第二电机冷却水泵。

9.根据权利要求8所述的混合动力系统，其特征在于，所述混合动力控制系统包括：

整车控制器和多个部件控制器，所述整车控制器整体上控制所述多个部件控制器的工作，包括判断驾驶员扭矩需求、在各动力源之间进行扭矩分配，在不同行驶工况下仲裁各种控制方法的优先级；其中，所述多个部件控制器包括：

控制所述内燃机的内燃机控制器；

控制所述第一传动系和第二传动系中的变速传动箱的变速传动箱控制器；

控制所述第一电机的第一电机控制器；

控制所述第二电机的第二电机控制器；

控制所述高压储能装置的高压储能装置控制器；

控制所述制动系统的制动控制器；以及，

控制所述混合动力附件的混动附件控制器；

其中，所述整车控制器、内燃机控制器、变速传动箱控制器、第一电机控制器、第二电机控制器、高压储能装置控制器、制动控制器和混动附件控制器是整车控制器局域网络的节点，  

所述高压储能装置通过高压直流电线连接所述第一电机控制器、第二电机控制器、DC/DC和电动空调；

所述低压储能装置通过低压直流电线连接所述DC/DC、真空助力系统、电动助力转向系统和第二电机冷却水泵；

所述第一电机控制器通过三相交流电线控制所述第一电机，而所述第二电机控制器通过三相交流电线控制所述第二电机。

10.根据权利要求8所述的混合动力系统，其特征在于，所述高压储能装置配备充电接口。

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