CN202896272U - 一种新型混联式混合动力汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种混联式无变速箱混合动力车，动力系统包括发动机、动力耦合离合器、驱动电动机和与ISG电机，驱动电机通过传动轴与行走系统的驱动桥机械连接，发动机与驱动电动机通过动力耦合离合器机械连接，发动机又与ISG电机通过皮带机械连接；控制系统包括MCU控制器、ISG控制器、驱动控制器、发动机ECU，各控制器通过CAN总线通信；ISG电机通过ISG控制器与储能系统电气连接，驱动电动机通过驱动控制器与储能系统电气连接；自动切换串联混合动力驱动模式或者并联混合动力驱动模式。本实用新型大大降低油耗和废气排放量，消除了发动机怠速工况。刹车片及离合器片使用寿命显著增加。同时，使得动力车运行更平稳，乘座舒适，降低司机劳动强度，提高安全系数。

Description

一种新型混联式混合动力汽车

技术领域

本实用新型涉及一种汽车，尤其涉及一种新型混联式混合动力汽车。

背景技术

常规的城市公交车，由于车辆的平均车速很低，最高车速也不高，且处于频繁停车、起步、加速、减速、制动等工况，减速、制动时车辆具有的动能都被刹车装置磨擦产生的热量损耗掉了，而在起步阶段，车辆要获得加速度需要较大驱动功率，因此常规公交车发动机需配置大马力的发动机，且起步时都需要轰大油门，此时发动机处于非燃油经济区，所以，常规公交车的油耗和废气排放量都很高，成为城市举足轻重的一个污染源。

为此，出现了一种串联式混合动力汽车，这种串联式混合动力系统由发动机、发电机、驱动电机和电池等四部分成组成；车辆纯电力驱动运行；当电池电量充足时由电池供电，电池电量下降后，由发电机发电对电池充电，由于发动机转速与车速无关，发动机在高效率区定速运行，从而可降低油耗及排放量。但是该串联式混合动力汽车不管在什么工况下，最终都要由电动机来驱动车，在驱动时，由发动机的机械能通过发电机转化为电能，然后，电能再通过电动机转化为机械能，从而带来两次能量转换，做成系统总效率难以提高，油耗无法降至更低。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种混联式无变速箱混合动力车，其可大幅降低城市公交车及经常在城市中行驶车辆的油耗及尾气排放。为此，本实用新型采用以下技术方案：

它包括动力系统、控制系统、储能系统、行走系统，其特征在于所述动力系统包括同轴安装的发动机、动力耦合离合器、驱动电动机和与发动机轴向平行安装的ISG电机，驱动电机通过传动轴与行走系统的驱动桥机械连接，所述发动机与所述驱动电动机通过动力耦合离合器机械连接，发动机又与ISG电机通过皮带机械连接；

所述控制系统包括MCU控制器、ISG控制器、驱动控制器、发动机ECU，各控制器通过CAN总线通信；所述ISG电机通过ISG控制器与储能系统电气连接，所述驱动电动机通过驱动控制器与储能系统电气连接；

所述新型混联式混合动力汽车能根据汽车运行状态，使汽车处于串联混合动力驱动模式或者并联混合动力驱动模式。

本实用新型在采用上述技术方案的基础上，还可以采用以下进一步的技术方案：

所述ISG电机所采用的发电机为异步电动机或永磁的电动机，用于快速起动及发电。

所述储能系统包括超级电容、电池及电容和电池的组合。

所述储能系统提供电能给驱动电动机驱动汽车，所述驱动电动机能利用汽车惯性能再生发电，再生电能储存在所述储能系统中。

所述驱动电动机为变扭矩异步电动机或永磁电动机。

所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述MCU控制器与子系统之间CAN通信。

所述MCU控制器根据发动机的扭矩信号、转速信号和驱动电动机的扭矩信号、转速信号对动力耦合离合器、驱动电动机及发动机实施智能控制。

所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述ISG控制器在MCU控制器控制下对ISG电机做出快速起动发动机、让发动机带动ISG发电机发电或ISG电机空转随动等工况的控制。

所述串联混合动力驱动模式为：车辆速度在设定速度以內运行时， 该设定速度可为15km/h-40km/h中的值，储能系统电量充足时，MCU控制器控制动力耦合离合器分离，发动机熄火，由驱动电动机纯电力驱动汽车运行；当储能装置储存的电能不足时，MCU控制器通过ISG控制器控制ISG电机快速起动发动机，带动ISG电机发电，向驱动系统直流母线供电， 电能除供给驱动电机驱动汽车外， 剩余部份，给储能装置充电，当储能装置电量达到设定值， 发电停止，MCU控制器控制发动机熄火。若车速一直保持在20km/h以下运行， 则维持以上串联运行模式。

所述并联混合动力驱动模式为：当车速提升到设定速度时，该设定速度可为15km/h-40km/h中的值，在MCU控制下，ISG电机快速起动发动机，MCU控制器以获取到驱动电动机的实时转速作为标准，并调整发动机转速与电机转速一致时，控制动力耦合离合器[U1] ，使发动机动力与电动机动力机械连接，发动机扭矩通过动力耦合离合器与驱动电动机的扭矩叠加，此时混合动力总成的扭矩输出是发动机扭矩和驱动电机扭矩之和，输出扭矩的大小由驾驶员根据运行需要，控制油门踏板来实现，此时，发动机做基本扭矩输出，驱动电机做辅佐扭矩输出，补偿发动机扭矩的不足，当发动机的扭矩完全滿足车辆驱动需要，驱动电动机退出驱动；当加速或爬坡等负荷增加，而发动机扭矩不足时，驱动电动机在MCU控制器的控制下输出扭矩，达到需求的平衡；当车辆减速运行或制动，驱动电机转为发电模式，利用车辆动能再生发电，储存在储能器备用，此为并联混合动力驱动模式。

本实用新型所述的的串联运行模式及并联混合动力驱动模式的

由于采用了本实用新型的技术方案，具有以下优点：

1、由于在车辆起步或低速运行时，发动机不参与直接驱动，由驱动电机驱动车辆，发动机处于关闭或定速发电状态，处于串连驱动模式，由此避开了常规汽车发动机在该阶段的高油耗高排放恶劣工况，大大降低油耗和废气排放量。

2、通过MCU控制器对汽车的智能控制，无变速箱无级变速并联混合动力模式，去除变速箱，简化结构且提高传动效率。同时，由于驱动电动机的扭矩输出，实现了对发动机的自动跟随，调整电动机扭矩输出，提高发动机负荷率，使发动机保持在高效率区运行，从而改善燃料经济性和减少废气排放。

3、通过MCU控制器根据发动机转速及汽车速度新号来控制发动机起、停功能，消除发动机怠速工况。

4、在车辆减速或制动时能利用惯性带动ISG电机对储能装置及驱动电动机进行充电，实现惯性能回收利用。

5、由于制动时车辆惯性能被驱动电机电机吸收，减轻刹车片的负荷，刹车片寿命是常规车的两倍以上。

6、动力耦合离合器釆用无差速结合技术，离合器片的寿命是常规车的4倍。

7、由于本技术方案实现驱动电机和发动机的扭矩特性互补，摒弃了变速箱，简化了结构，实现了无变速箱无级变速功能，消除了变速箱机械损耗，提高了传递效率，运行更平稳，乘座舒适，降低司机劳动强度，提高安全系数。

附图说明

图1为本实用新型结构图。

图2为发动机带动ISG电机发电时能量流向图。

图3为本实用新型车辆纯电动行驶时能量流向图。

图4为车辆低速运行，ISG电机起动发动机能量流向图。

图5为车辆低速运行，ISG电机发电时能量流向图。

图6为发动机、电动机动力耦合驱动能量流向图。

图7为发动机直驱时能量流向图。

图8为车辆减速、制动再生发电能量流向图。

具体实施方式

参考附图。

本实用新型包括动力系统及控制系统，所述动力系统由同轴安装的发动机1、动力耦合离合器2、驱动电动机3和与发动机轴向平行安装的ISG电机5及储能装置7组成，所述发动机1与所述驱动电动机3通过动力耦合离合器2机械连接，发动机1又与ISG电机5通过皮带机械连接，驱动电机3通过传动轴与驱动桥4机械连接；

所述控制系统包括MCU控制器9、ISG控制器6、驱动控制器8，所述ISG电机5通过ISG控制器6与储能装置电气连接，所述驱动电机3通过驱动控制器8与储能装置7电气连接，所述MCU控制器9通过CAN总线与发动机1、ISG控制器6、驱动控制器8和储能装置7电气连接；

所述新型混联式混合动力汽车能根据汽车运行速度使汽车处于串联混合动力驱动模式或者并联混合动力驱动模式。车速20km/h以下，串联混合动力驱动模运行，车速20km/h以上，并联混合动力驱动模式运行。

所述ISG电机5所采用的发电机为异步电动机或永磁同步电机，用于快速起动发动机及发电。

所述储能装置7包括超级电容、电池及超级电容和电池的组合。

所述储能装置7能输出电能用以驱动汽车和储存ISG电机发电及驱动电动机3再生回收发电所输出的电能。

所述驱动电动机3为变扭矩异步电动机或永磁电动机。

所述MCU控制器9是带有CAN通信功能的混合动力中央控制器。

所述MCU控制器9根据车速信号，确定混合动力运行模式；根据驾驶意图、油门电压、发动机1转速信号、驱动电动机3转速信号、储能器7电量信号，对动力耦合离合器2、驱动电动机3、发动机1、ISG电机5实施智能控制。

所述ISG控制器能在MCU控制器控制下对ISG电机5作出快速起动发动机1、让发动机1带动ISG电机5发电、ISG电机5跟随发动机1空转。随动。

所述串联混合动力驱动模式为：当储能装置7电量充足时，汽车在起步或者当速度低于设定速度时，该设定速度可为15km/h-40km/h中的值，MCU控制器9控制发动机1熄火、动力耦合离合器2分离（在速度20km/h以内运行，动力耦合离合器2一直保持分离状态），由驱动电动机3驱动汽车运行；当储能装置7储存的电能不足时，MCU控制器9通过ISG控制器6控制ISG电机5快速起动发动机1，发动机1带动ISG电机5发电，向驱动系统直流母线供电， 电能除供给驱动电机3驱动汽车外， 剩余部份，给储能装置7充电， 当储能装置7电量达到设定值， 发电停止，MCU控制器9控制发动机1熄火。若车速一直保持在20km/h以下运行， 则维持以上串联运行模式

所述并联混合动力驱动模式为：当车速提升到设定速度时，该设定速度可为15km/h-40km/h中的值，在MCU9控制下，ISG电机5快速起动发动机1，同时，MCU控制器9以获取到驱动电机3的实时转速作为标准，并调整发动机1转速与驱动电机3转速一致，控制动力耦合离合器2[U2] ，使发动机1动力与驱动电动机3动力机械连接，发动机扭矩通过动力耦合离合器2与驱动电机3的扭矩叠加，此时混合动力总成的扭矩输出是发动机1扭矩和驱动电机3扭矩之和，输出扭矩的大小由驾驶员根据运行需要，控制油门踏板来实现；此时，发动机1做基本扭矩输出，驱动电机3做辅佐扭矩输出，补偿发动机1扭矩的不足，当发动机1的扭矩完全滿足车辆驱动需要，驱动电机3退出驱动；当加速或爬坡等负荷增加，而发动机1扭矩不足时，驱动电动机3在MCU控制器9的控制下输出扭矩，达到需求的平衡；当车辆减速运行或制动，驱动电机3转为发电模式，利用车辆动能再生发电，再生电能储存在储能器7备用，此为并联混合动力驱动模式。

参考附图1。动力系统由同轴安装的发动机1、动力耦合离合器2、驱动电动机3和与发动机轴向平行安装的ISG电机5组成，驱动电机3通过传动轴与行走系统的驱动桥4机械连接，所述发动机1与所述驱动电动机3通过动力耦合离合器2机械连接，发动机1又与ISG电机5通过皮带机械连接；

MCU控制器9、ISG控制器6、驱动控制器8、发动机ECU1，各控制器通过CAN总线通信；

ISG电机5通过ISG控制器6与储能系统7电气连接，驱动电动机3通过驱动控制器8与储能系统7电气连接；

参考附图2。停车工况，若储能系统7电量不足(在电量下限值)，MCU9控制动力耦合离合器2分离、ISG电机5起动发动机1并控制发动机1在1000r/m转速稳定运行， 带动ISG电机5发电，向储能系统7充电。

参考附图3。储能系统7电量充足，车辆在20km/h以下低速运行，MCU9控制发动机1熄火， 控制动力耦合离合器2分离， 切断发动机1与驱动电机3动力传递，驱动电机3从储能系统获得电能纯电力驱动车辆，此时运行在纯电动模式。

参考附图4。储能系统电量下降到下限，車速在20km/h以內，升速运行， 驱动电机3继续从储能系统7获得电能驱动车辆提速， MCU9发出起动发动机1指令，ISG控制噐6从储能系统7获得电能，驱动ISG电机5起动发动机1。

参考附图5。车速还保持在20km/h以内 ，MCU9控制发动机提速到1000r/m稳定运行， 带动ISG电机5发电， 向驱动电机3供电， 富余电能对储能系统7充电，此时运行在串联混合动力模式。

参考附图6。加速过程，当车速达20km/h，MCU9控制ISG电机5停止发电， 发动机1转速调整到与驱动电机3实时转速一致， 动力耦合离合器2结合， 发动机扭矩通过动力耦合离合器2传给驱动电机3， 与驱动电机3的扭矩叠加后输出，输出总功率是发动机1输出功率与驱动电机3输出功率之和，车辆迅速提速，车辆此时运行在并联混合动力模式。

参考附图7。提速完毕，车辆作匀速运行，驱动功率需求下降，驱动电机3逐渐减少扭矩输出，当发动机1输出的扭矩满足车辆驱动需要，驱动电机3完全停止输出，由发动机1独立驱动车辆，此时当发动机1有富余动力，而储能系统7电量没达到设定值，MCU9控制驱动电机3利用发动机1富余动力发电， 对储能系统7充电。

输出扭矩的大小由驾驶员根据运行需要，控制油门踏板来实现；此时，发动机1做基本扭矩输出，驱动电机3做辅佐扭矩输出，补偿发动机1扭矩的不足，当发动机1的扭矩完全滿足车辆驱动需要，驱动电机3退出驱动；当加速或爬坡等负荷增加，而发动机1扭矩不足时，驱动电动机3在MCU控制器9的控制下输出扭矩，达到需求的平衡。

参考附图8。车辆减速或制动，MCU9控制驱动电机3进入发电模式， 利用车辆的动能再生发电， 再生电能向储能系统7充电， 车辆动能被再生发电利用， 节约能源同时大幅削减制动系统的磨损、消除制动噪声和制动摩擦产生的有害粉尘污染， 延长制动蹄片寿命。

Claims (10)

1.一种新型混联式混合动力汽车，它包括动力系统、控制系统、储能系统、行走系统，其特征在于所述动力系统包括同轴安装的发动机、动力耦合离合器、驱动电动机和与发动机轴向平行安装的ISG电机，驱动电机通过传动轴与行走系统的驱动桥机械连接，所述发动机与所述驱动电动机通过动力耦合离合器机械连接，发动机又与ISG电机通过皮带机械连接；

所述控制系统包括MCU控制器、ISG控制器、驱动控制器、发动机ECU，各控制器通过CAN总线通信；所述ISG电机通过ISG控制器与储能系统电气连接，所述驱动电动机通过驱动控制器与储能系统电气连接；

所述新型混联式混合动力汽车能根据汽车运行状态，使汽车处于串联混合动力驱动模式或者并联混合动力驱动模式。

2.根据权利要求1所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述ISG电机采用异步感应电动机或永磁同步电动机，用于快速起动发动机及发电。

3.根据权利要求1所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述储能系统包括超级电容、电池及电容和电池的组合。

4.根据权利要求1或3所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述储能系统提供电能给驱动电动机驱动汽车，所述驱动电动机能利用汽车惯性能再生发电，再生电能储存在所述储能系统。

5.根据权利要求1所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述驱动电动机为变扭矩异步电动机或永磁同步电动机。

6.根据权利要求1所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述MCU控制器与子系统之间CAN总线通信。

7.根据权利要求6所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述MCU控制器根据发动机的扭矩信号、转速信号和驱动电动机的扭矩信号、转速信号对动力耦合离合器、驱动电动机及发动机实施智能控制。

8.根据权利要求1所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述ISG控制器在MCU控制器控制下对ISG电机做出快速起动发动机、让发动机带动ISG发电机发电或空转随动状态的控制。

9.根据权利要求1所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述串联混合动力驱动模式为：车辆速度在设定速度以內运行时， 该设定速度可为15km/h-40km/h中的值，动力耦合离合器分离， 同轴安装的发动机与驱动电机动力传递切断，发动机不通过机械方式向车辆输出动力， 而由发动机带动ISG电机发电， 并经直流母线向驱动系统供电， 车辆由驱动电机纯电力驱动。

10.根据权利要求1所述的一种新型混联式混合动力汽车，其特征在于所述并联混合动力驱动模式为：当车速提升到设定速度时，该设定速度可为15km/h-40km/h中的值，ISG电机快速起动发动机，当MCU控制器获取驱动电动机的实时转速与发动机转速一致时，控制动力耦合离合器结合，使发动机与电动机动力传递连接，发动机扭矩通过动力耦合离合器与驱动电动机的扭矩叠加，此时混合动力总成的扭矩输出是发动机扭矩和驱动电机扭矩之和；随混合动力总成转速的提高，扭矩输出由驱动电动机为主逐步转为发动机为主，当发动机的扭矩完全滿足车辆驱动需要，驱动电动机退出驱动；当加速或爬坡等负荷增加，而发动机扭矩不足时，驱动电动机在MCU控制器的控制下输出扭矩，达到需求的平衡，此为并联混合动力驱动模式。

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