CN202491672U - 用于四驱混合动力汽车的混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于四驱混合动力汽车的混合动力驱动系统，带有内燃机，第一电机，和第一变速传动箱，其中，第一电机转子与第一变速传动箱第一轴固定地相连接，并且，第一变速传动箱第二轴与第一驱动轴相连接；并且该混合动力驱动系统还带有第二电机，第二变速传动箱，以及主离合器，其中，第二电机转子与第二变速传动箱第一轴固定相连接，并且，第一变速传动箱第二轴与第二驱动轴相连接；其中，内燃机输出轴通过主离合器与第一电机定子相连接，并且，第一电机通过第一电机控制器电气连接至高压动力电池且第二电机通过第二电机控制器同样电气连接至该高压动力电池，其中，该高压动力电池能够向第一电机和/或第二电机提供电能。

Description

用于四驱混合动力汽车的混合动力驱动系统

技术领域

本实用新型涉及一种混合动力驱动系统，尤其是一种用于四驱混合动力汽车的混合动力驱动系统。

背景技术

现代社会中，人们大规模使用汽车代步。大量的汽车在提供生活便利的同时，也造成了巨大的能源消耗和沉重的生态压力。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。

混合动力汽车尤其因为能够降低城市工况下的油耗和回收制动能而受到青睐；然而，由于电机和电池的功率限制以及带来的重量增加，使得混合动力汽车的动力性在总体上仍不能与内燃机汽车相比。为了解决这一矛盾，产生了外接插电式(PLUG-IN)混合动力汽车，尤其是外接插电式四驱混合动力汽车。这是一种在传统混合动力汽车基础上派生出来的新型节能环保车，其能够在保证驾驶员驾驶乐趣的前提下大大改善汽车的有害气体和温室气体排放并提高汽车燃油经济性，尤其地，外接插电式混合动力汽车可利用晚间低谷电对电池充电，从而大大提高了能源利用率。目前，外接插电式混合动力汽车被视为最有发展前景的混合动力汽车之一。

文件CN 201002503Y公开了一种全轮驱动混合动力汽车的驱动系统，其前轮驱动采用了内燃机、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电机安装在内燃机和自动离合器或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。在这种混合动力驱动系统中，内燃机与ISG电机同轴相连，不能实现ISG电机纯电动驱动，导致电机不能完全发挥动力性能，由此，尽管外接插电式混合动力汽车具有大功率动力电池，但是在纯电动模式下动力性能仍然相当有限。

文件US 6,954,045 B2涉及到一种混合动力四驱系统。该混合动力驱动系统包含两路传动路线，第一路传动系统通过内燃机、ISG电机、变速器和驱动轴将动力传递至前轮，第二路传动系统通过电机为后轮提供动力。在这种混合动力驱动系统中，前轮无法实现纯电动行驶；此外，在制动时，根据实际条件而由前轮电机和后轮电机中的任一者进行制动能回收，所以，电机通过制动回收的能量有限，这导致了动力电池储能不足，从而导致电机不能完全发挥动力性能。

实用新型内容

由此出发，本实用新型目的在于提供一种尤其为插电式的混合动力驱动系统，其能实现分时四驱功能，也就是，可以以使用者手动切换的方式或者以根据实际情况而自动切换的方式在前轮驱动模式、后轮驱动模式和四轮驱动模式之间进行切换。在根据本实用新型的混合动力驱动系统中，可以实现前驱纯电动行驶、后驱纯电动行驶以及四驱纯电动行驶，并且优选地，用于提供驱动电能的高压动力电池可通过外接插电方式进行充电。由此，能够良好地适应路面条件并且能够显著提高整车纯电动模式下的动力性能和制动能回收性能。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种混合动力驱动系统，其带有

内燃机，

第一电机，和

第一变速传动箱，

其中，

第一电机的转子与第一变速传动箱的第一轴(即，在驱动模式下的第一变速传动箱输入轴)固定地(即，直接地)相连接，并且，第一变速传动箱的第二轴(即，在驱动模式下的第一变速传动箱输出轴)与第一驱动轴相连接；

并且，该混合动力驱动系统还带有

第二电机，

第二变速传动箱，和

主离合器，

其中，第二电机的转子与第二变速传动箱的第一轴固定地相连接，并且，第二变速传动箱的第二轴与第二驱动轴相连接；

且其中，内燃机的输出轴通过主离合器与第一电机的定子相连接，

并且，第一电机通过第一电机控制器电气连接至高压动力电池且第二电机通过第二电机控制器同样电气连接至该高压动力电池，其中，该高压动力电池能够向第一电机和/或第二电机提供电能。第一电机的转子与第一变速传动箱输入轴固定地相连接，大大提高了传递大扭矩情况下的传动效率；这在第一电机和内燃机共同驱动第一驱动轴时是尤其有利的，因为此时第一电机和内燃机的扭矩相叠加。并且，内燃机的输出轴通过主离合器与第一电机的定子相连接，由此获得了巨大的灵活性，使得根据本实用新型的混合动力驱动系统能够实现第一轴的纯电动行驶。并且，高压动力电池能够同时向第一电机和第二电机提供电能，从而，根据本实用新型的混合动力驱动系统能够实现四驱纯电动行驶。由此，本实用新型实现了，在零排放(纯电动模式)的前提下同样能够获得良好的动力性，大大提升了混合动力汽车的用户接受性。尤其地，根据本方面的一种优选实施方式，同时向第一电机和第二电机提供电能的高压动力电池可通过外接插电方式进行充电，从而确保了高压动力电池具有较高的SOC(State of Charge)以便其性能的充分发挥。

根据本实用新型的一种优选实施例，在该混合动力驱动系统中，第一变速传动箱通过差速器驱动第一驱动轴，并且/或者，第二变速传动箱通过差速器驱动第二驱动轴。优选地，可省去第一驱动轴与第二驱动轴之间的中央差速器，而轴间差速可通过整车控制器的控制来实现，尤其通过控制第一电机和第二电机之间的功率分配来实现。

根据本实用新型的一种优选实施例,主离合器能够接合，内燃机经由接合的主离合器驱动第一电机并进而与第一电机共同驱动第一驱动轴，主离合器可采用干式离合器或湿式离合器。优选地，由于主离合器无需频繁切换，因而还可采用爪式离合器，从而大大提高了传动效率。

根据本实用新型的一种优选实施例，该混合动力驱动系统还带有用于控制第一变速传动箱和第二变速传动箱的变速传动箱控制器，其中，变速传动箱控制器与整车控制器相连接。通过这种方式，提供了一种额外的实现轴间差速的方式，即，不仅能够通过控制第一电机和第二电机之间的功率分配来实现轴间差速，而且，附加地或备选地，还可通过对第一变速传动箱和第二变速传动箱的传动比的单独控制来实现轴间差速。

根据本实用新型的一种优选实施例，该混合动力驱动系统还带有DC/DC变换器，该DC/DC变换器与高压动力电池相连接并且与低压蓄电池相连接，由此，可利用高压动力电池直接对低压蓄电池进行充电而无需通过内燃机对低压蓄电池进行充电，减少了由于机械能转换至电能时的低转换率所造成的能量损失，并且可杜绝由于低压蓄电池(例如由于内燃机长时间未运行而)电量过低而带来的电芯损伤。

根据本实用新型的一种优选实施例，该混合动力驱动系统还带有第三电机，该第三电机与内燃机的曲轴固定地相连接。优选地，第三电机由低压蓄电池供电或由DC/DC变换器供电并用于快速启动内燃机。

根据本实用新型的一种优选实施例，该混合动力驱动系统还带有混合动力附件控制器以及由混合动力附件控制器控制的电动空调，真空助力系统和电动助力转向系统，其中，该高压动力电池向该电动空调提供电能。由于根据本实用新型的混合动力驱动系统具有高压动力电池，因而可采用电动空调。这实现了巨大的改进，不仅降低了内燃机的负担，而且在驻车(内燃机不运转)时同样可提供温度调节性能，大大提高了车辆的舒适性。

根据本实用新型的一种优选实施例，该混合动力驱动系统还带有设置在第一驱动轴上的第一制动系统和设置在第二驱动轴上的第二制动系统，该第一制动系统和第二制动系统与制动控制器相连接。

根据本实用新型的一种优选实施例，该内燃机可以采用各种形式的内燃机，例如为汽油机、柴油机或者生物燃料内燃机。

根据本实用新型的一种优选实施例，该第一电机和第二电机为直流电机或者交流电机；优选地，在采用交流电机时，在电机与高压动力电池之间设置有逆变器。

根据本实用新型的一种优选实施例，该第一变速传动箱和第二变速传动箱为DCT、CVT、AMT、AT、MT或单级减速齿轮箱，其中优选地，该第一变速传动箱和第二变速传动箱带有离合装置，换而言之，每个变速传动箱都包括变速装置和离合装置。根据一种优选实施方式，第一变速传动箱和第二变速传动箱中的一者只包括变速装置，或者，第一变速传动箱和第二变速传动箱均只包括变速装置而不带有离合装置。

根据本实用新型的一种优选实施例，在该混合动力驱动系统中，该高压动力电池为动力蓄电池、超级电容或两者组合，优选地，该高压动力电池能够通过外接插电方式进行充电。

根据本实用新型的一种优选实施例，在该混合动力驱动系统中，该低压蓄电池为铅酸蓄电池、镍-铬蓄电池、镍-氢蓄电池或者锂电池。

附图说明

下面借助图纸对本实用新型的实施例作说明。其中：

图1示出了根据本实用新型的混合动力驱动系统的框图。

具体实施方式

由图1可知，根据本实用新型的混合动力汽车的混合动力驱动系统中主要包括电池组、动力装置、主离合器、变速传动箱、差速器以及混合动力控制系统，此外还包括制动系统、混合动力附件及相应的控制系统。其中，如图所示，电池组包括高压动力电池50A和低压蓄电池50B，而动力装置主要包括第一电机20A和第二电机20B。高压动力电池50A与第一电机控制器220A相连并进而与第一电机20A相连，其中，若第一电机20A采用交流电机，则第一电机控制器220A可带有逆变模块，从而可省去单独的逆变器。并且，高压动力电池50A还与第二电机控制器220B相连并进而与第二电机20B相连，其中，若第二电机20B采用交流电机，则第二电机控制器220B也可带有逆变模块，从而在此也可省去单独的逆变器。

此外，动力装置还包括内燃机10。内燃机10的曲轴与第一电机20A之间设有主离合器40，从而，内燃机10的曲轴经由主离合器40而与第一电机20A的定子相连接。第一电机20A的转子安装在第一变速传动箱30A的输入轴上，第二电机20B的转子安装在第二变速传动箱30B的输入轴上。

此外，根据本实用新型的一种优选实施例，混合动力附件包括DC/DC变换器60，DC/DC变换器60在一侧上与高压动力电池50A相连接而在另一侧上与低压蓄电池50B相连接，从而能够在它们之间传输电能。此外，混合动力附件还可包括电动空调311、真空助力系统312、电动助力转向系统313和第二电机冷却水泵314。其中，单独驱动第二驱动轴80B的第二电机通常功率较大且发热量较大，因而设置有独立的第二电机冷却水泵314。优选地，视第一电机20A的具体发热量而定，也可为其设置单独的冷却水泵(未示出)。

混合动力控制系统主要包括整车控制器200，内燃机控制器EMS 210、变速传动箱控制器 230、第一电机控制器 220A、第二电机控制器 220B、高压动力电池控制器250A、制动控制器290和混合动力附件控制器310；整车控制器200对其它控制器进行控制和协调进而控制具体的部件。举例而言，整车控制器200可执行的功能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等等。

整车控制器200、内燃机控制器EMS 210、变速传动箱控制器230、第一电机控制器220A、第二电机控制器220B、高压动力电池控制器250A、混合动力附件控制器310以及制动控制器290通过CAN总线相连接，从而，它们各构成整车CAN网络的一节点。这种方案充分利用了CAN总线的高传输速度和高抗干扰性能。其中，内燃机控制器EMS 210控制内燃机10，制动控制器290控制制动系统90，混合动力附件控制器310控制混合动力附件，变速传动箱控制器230控制第一变速传动箱30A和第二变速传动箱30B而高压动力电池控制器250A控制高压动力电池50A。

尤其地，高压动力电池50A通过高压直流电缆连接第一电机控制器220A、第二电机控制器220B、DC/DC变换器60以及电动空调311。

尤其地，低压蓄电池50B通过低压直流电缆连接DC/DC变换器60、真空助力系统312、电动助力转向系统313和第二电机冷却水泵314。尤其优选地，动力装置还包括第三电机20C，在此情况下，低压蓄电池50B可通过低压直流电缆与第三电机20C相连接。优选地，第三电机20C也可直接由DC/DC变换器60供电。第三电机20C可用于快速起动内燃机，实现怠速停机功能， 以便进一步降低油耗和排放。

如上文所述，电机可采用直流电机，也可采用交流电机。图中示出了采用交流电机的实施例，其中，第一电机控制器220A通过三相交流电缆控制第一电机20A，第二电机控制器220B通过三相交流电缆控制第二电机20B。

第一变速传动箱30A和第二变速传动箱30B分别通过差速器70而连接第一驱动轴80A和第二驱动轴80B。

如图所示的高压动力电池50A可以是动力蓄电池、超级电容或它们的组合。

如图所示的低压蓄电池可以为铅酸蓄电池、镍-铬蓄电池、镍-氢蓄电池或者锂电池。

如图所示的第一变速传动箱30A和第二变速传动箱30B都包括变速装置和离合装置。备选地，第一变速传动箱30A和/或第二变速传动箱30B可以只包括变速装置而不带有离合装置。

该变速装置为DCT、CVT、AMT、AT、MT或单级减速齿轮箱。

该内燃机10为汽油机、柴油机，优选地，内燃机10还可采用生物燃料内燃机或甚至是燃氢内燃机。

该第三电机20C同样可为直流电机或者交流电机(此时，为其设置有相应的逆变器)。

优选地，高压动力电池50A配备充电接口从而能够通过外接插电方式(尤其是利用夜间用电低谷)进行充电，从而提高经济性和动力性。

根据本实用新型，该第一驱动轴80A可单独驱动。尤其地，该第一驱动轴80A可由第一电机20A单独驱动而主离合器40脱离耦合(此时，内燃机10不运转)。该第二驱动轴80B同样可由第二电机20B单独驱动。由此，可分别实现第一驱动轴纯电动驱动模式和第二驱动轴纯电动驱动模式。当然，视情况而定，第一驱动轴80A同样可单独由内燃机10来驱动。

尤其优选地，高压动力电池50A能够同时向第一电机20A和第二电机20B提供电能，而主离合器40脱离耦合(此时，内燃机10不运转)。这样，第一驱动轴80A和第二驱动轴80B共同驱动，从而实现了四驱纯电动模式。由此，大大提高了整车的制动能回收性能和在纯电动模式下的动力性能。

还可设想，在高压动力电池50A同时向第一电机20A和第二电机20B提供电能的同时主离合器40耦合，从而，第一电机20A和第二电机20B和内燃机10三者共同进行驱动，由此，极大地提高了整车动力性。

根据本实用新型，可以以第一驱动轴80A作为前轴，也可以使用第二驱动轴80B作为前轴，从而，能够适应不同车型的布置空间要求。

由此，本实用新型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(例如通过精确的轮间差速和轴间差速控制)。

同时，本实用新型易于实现且具有极高的灵活性，在该混合动力驱动系统方案中，拆除第二电机20B、第二变速传动箱30B和第二电机冷却水泵314后，经过相应的改动，就可以作为成本相对低廉的中混合动力汽车的基础。因此，本实用新型所构思的混合动力驱动系统方案具有很好的兼容性，有利于整车厂在研发、生产中节省成本。

尤其地，如上文所述，根据本实用新型的混合动力汽车中所采用的空调为电动空调311，且电动空调311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312包含电动真空泵，该电动真空泵可以根据高压动力电池50A的能量状态和内燃机工作状态而有选择地从内燃机进气歧管处获取真空或通过电动真空泵获取真空，或者从二者处共同获取真空。优选地，DC/DC变换器60将高压动力电池50A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。根据本实用新型的一种优选实施例，整车需求的低压电主要由DC/DC变换器60提供，不足部分由低压蓄电池50B补充，由此，所需的低压蓄电池50B的容量可以较小，从而降低成本。

应当指出，本实用新型的上述各种特征可独立地或彼此结合地被应用。以上实例以解释本实用新型的方式提供，并且不意图限制本实用新型。本实用新型的可获得专利保护的范围由权利要求书限定，并且包括本领域技术人员可想到的其它实例。如果这些其它实例具有与权利要求的字面语言没有区别的结构性元件，或者如果它们包括与权利要求的字面语言有非实质性区别的等效结构性元件，则这些其它实例意图处于权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种用于四驱混合动力汽车的混合动力驱动系统，带有

内燃机(10)，

第一电机(20A)，和

第一变速传动箱(30A)，

其特征在于，

第一电机(20A)的转子与第一变速传动箱(30A)的第一轴固定地相连接，并且，第一变速传动箱(30A)的第二轴与第一驱动轴(80A)相连接；

其中，

所述混合动力驱动系统还带有

第二电机(20B)，

第二变速传动箱(30B)，和

主离合器(40)，

其中，第二电机(20B)的转子与第二变速传动箱(30B)的第一轴固定地相连接，并且，第二变速传动箱(30B)的第二轴与第二驱动轴(80B)相连接；

且其中，内燃机(10)的输出轴通过主离合器(40)与第一电机(20A)的定子相连接，

并且，第一电机(20A)通过第一电机控制器(220A)电气连接至高压动力电池(50A)且第二电机(20B)通过第二电机控制器(220B)同样电气连接至所述高压动力电池(50A)，其中，所述高压动力电池(50A)能够向第一电机(20A)和/或第二电机(20B)提供电能。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，第一变速传动箱(30A)通过差速器(70)驱动第一驱动轴(80A)，并且/或者，第二变速传动箱(30B)通过差速器(70)驱动第二驱动轴(80B)。

3.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，内燃机(10)经由接合的主离合器(40)驱动第一电机(20A)并进而与第一电机(20A)共同驱动第一驱动轴(80A)。

4.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还带有用于控制第一变速传动箱(30A)和第二变速传动箱(30B)的变速传动箱控制器(230)，其中，变速传动箱控制器(230)与整车控制器(200)相连接。

5.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还带有DC/DC变换器(60)，所述DC/DC变换器(60)与高压动力电池(50A)相连接并且与低压蓄电池(50B)相连接。

6.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还带有第三电机(20C)，所述第三电机(20C)与内燃机(10)的曲轴固定地相连接。

7.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还带有混合动力附件控制器(310)以及由混合动力附件控制器(310)控制的电动空调(311)，真空助力系统(312)和电动助力转向系统(313)，其中，所述高压动力电池(50A)向所述电动空调(311)提供电能。

8.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还带有设置在第一驱动轴(80A)上的第一制动系统(90A)和设置在第二驱动轴(80B)上的第二制动系统(90B)，所述第一制动系统(90A)和第二制动系统(90B)与制动控制器(290)相连接。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的混合动力驱动系统，其特征在于，

所述内燃机(10)为汽油机、柴油机或者生物燃料内燃机；

并且/或者，

所述第一电机(20A)和第二电机(20B)为直流电机或者交流电机；

并且/或者，

所述第一变速传动箱(30A)和第二变速传动箱(30B)包括DCT、CVT、AMT、AT、MT或单级减速齿轮箱，其中优选地，所述第一变速传动箱(30A)和第二变速传动箱(30B)带有离合装置。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的混合动力驱动系统，其特征在于，

所述高压动力电池(50A)为动力蓄电池，超级电容，或它们的组合，优选地，所述高压动力电池(50A)能够通过外接插电方式进行充电；

并且/或者，

所述低压蓄电池(50B)为铅酸蓄电池、镍-铬蓄电池、镍-氢蓄电池或者锂电池。