CN207000148U - 一种插电式混合动力客车的专用发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种插电式混合动力客车的专用发动机，包括发动机，所述发动机与减震连接器、发电机一体化集成；发电机的一端与发动机飞轮壳集成于一体，另一端通过行星排Ⅰ和行星排Ⅱ与驱动电机集成一体；所述行星排Ⅱ还与驱动桥连接；减震连接器固定于发动机飞轮面上，所述行星排Ⅰ的行星架通过花键与所述减震连接器相连。通过对发动机与发电机、双行星排变速器和驱动电机的高度一体化集成，大大提高了传动系统效率。

Description

一种插电式混合动力客车的专用发动机

技术领域

本实用新型涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种插电式混合动力客车的专用发动机。

背景技术

能源短缺、环境污染、气候变暖已成为全世界共同面临和亟待解决的焦点问题，也是汽车工业和能源产业面对的巨大挑战；汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户，需要进行革命性的变革，大力发展新能源汽车，实现交通能源转型，是实现交通可持续发展的重要途径。

我国从2001年起开始进行新能源汽车的研发和产业化。连续投入大量的资金将新能源汽车列入国家“863”计划、“节能减排计划”“国家科技支撑计划”、“国家新能源汽车产业技术创新工程”“十城千辆计划”等项目大力支持。形成了以纯电动、(插电式)混合动力、燃料电池三条技术路线为“三纵”，以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局。

插电式混合动力客车兼具混合动力客车和纯电动客车的特点，它与纯电动客车同样有着电机独立驱动的工作模式，完全可以满足客车低速大扭矩和高速行驶的要求。其能量来源不仅来自于外充电也可以来自于发电机组。插电式混合动力客车可以根据不同运营环境选择纯电动、插电式、混合动力等多种工作模式，达到明显的节能减排效果。

尽管中国已经形成了世界级规模的汽车产业，但是基于插电式混合动力客车的发动机系统没有得到实质开发和应用，仅是将传统的发动机直接应用于插电式混合动力客车，这给插电式混合动力客车动力系统、经济性能的发挥带来了极大的阻力。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种插电式混合动力客车的专用发动机，发动机与发电机、双行星排变速器和驱动电机的高度一体化集成，大大提高了传动系统效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种插电式混合动力客车的专用发动机，包括发动机，所述发动机与减震连接器、发电机一体化集成；

发电机的一端与发动机飞轮壳集成于一体，另一端通过行星排Ⅰ和行星排Ⅱ与驱动电机集成一体；所述行星排Ⅱ还与驱动桥连接；

减震连接器固定于发动机飞轮面上，所述行星排Ⅰ的行星架通过花键与所述减震连接器相连。

所述行星排Ⅰ的太阳轮与发电机转子刚性连接，行星排Ⅰ齿圈与行星排Ⅱ行星架的一端刚性连接，行星排Ⅱ齿圈与驱动电机外壳刚性连接，行星排Ⅱ太阳轮与驱动电机转子刚性连接，行星排Ⅱ行星架的另一端通过传动轴与所述驱动桥连接。

还包括互相通信的发动机智能控制单元和发动机能量管理单元，所述发动机与发动机智能控制单元连接。

所述发动机能量管理单元与发动机辅助驱动智能控制单元通信，所述发动机辅助驱动智能控制单元包括发电机控制器和驱动电机控制器；所述发电机控制器和驱动电机控制器分别与发电机和驱动电机连接；

发电机控制器和驱动电机控制器与电池连接，电池与动力电池管理系统连接，所述电池与充电插座相连接，充电插座、充电枪及充电机依次相连。

所述发动机能量管理单元还与油门踏板、制动踏板、手刹信号、中控档位信号及环境信息通过物理线相连接。

所述发动机智能控制单元、发动机能量管理单元、动力电池管理系统及发动机辅助驱动智能控制单元通过控制器局域网络连接。

所述发动机能量管理单元根据油门踏板开度、制动踏板开度进行驾驶员意图识别；并结合当前驾驶工况和车辆状态计算混合动力客车的转速-转矩需求；

根据动力电池电量、发动机、发电机和驱动电机的特性对发动机转速-转矩、发电机转矩和驱动电机转矩进行最优化分配，保证发动机、发电机和驱动电机运行于最高效区；

按照计算的发动机转速-转矩，发电机和驱动电机的分配扭矩通过CAN J1939总线发送转速及扭矩需求指令；

在车辆低速或者停车时发动机能量管理单元给发动机发送熄火指令，取消发动机低转速小负荷率的低效率工况。

所述发动机智能控制单元根据发动机能量管理单元发出的相应转速需求，通过传感器、执行机构、闭环转速控制算法对发动机进行转速输出控制。

所述传感器包括正时和同步传感器、涡轮增压器传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、冷却液液位传感器及润滑油压力传感器；

所述执行器包括电动燃油泵、电磁式喷油器、怠速常通空气阀及各种继电器。

发动机辅助驱动智能控制单元根据发动机能量管理单元发出的相应转矩需求，通过电流传感器、电压传感器、硬件驱动板及IGBT开关，利用闭环转速控制算法对发电机和驱动电机进行转矩输出控制。

本实用新型的有益效果：

通过对发动机与发电机、双行星排变速器和驱动电机的高度一体化集成，大大提高了传动系统效率；同时在满足整车动力性、驾乘舒适性能的同时，通过发动机能量管理单元，在车辆低速或者停车状态下，实现发动机的自动熄火功能，发动机启动时通过发电机反拖进行启动，使发动机、发电机和驱动电机在任何工况下都工作在高效区。

利用发动机智能控制单元，实现发动机转速的精准输出，实现了对发动机的精确控制。

利用发动机辅助驱动智能控制单元，实现扭矩连续精确输出，实现了对整车动力性及平顺性的精确控制。

通过系统的高度集成及一体化控制达到提高整车可靠性及降低能耗的目标，并满足批量化生产要求的优点。

附图说明

图1为本实用新型的拓扑结构图。

其中，1、发动机；2、发动机各类传感器；3、发动机各类执行器包括阀体、继电器；4、减震连接器；5、发电机；6、行星排Ⅰ；7、行星排Ⅱ；8驱动电机；9、传动轴；10、新能源专用后桥；11、车轮；12、发动机智能控制单元；13、发动机能量管理单元；14、动力电池；15、动力电池管理系统；16、充电插座；17、充电枪；18、充电机；19、发动机辅助驱动智能控制单元；20、发电机控制器；21驱动电机控制器；22、油门踏板；23、制动踏板；24、手刹信号；25、中控档位信号；26、环境信息。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，一种插电式混合动力客车的专用发动机由一体化集成结构、发动机能量管理单元13、发动机智能控制单元12、发动机辅助驱动智能控制单元19四部分组成。

一体化集成结构包括：发动机1、减震连接器4与发电机5高度一体化集成，发电机5其中一端与发动机1飞轮壳集成于一体，发电机5另一端通过行星排Ⅰ6和行星排Ⅱ7与驱动电机8集成一体，减震连接器4固定于发动机1飞轮面上，行星排Ⅰ6的行星架通过花键与减震连接器4相联，行星排Ⅰ6太阳轮与发电机5转子刚性连接，行星排Ⅰ6齿圈与行星排Ⅱ7行星架一端刚性连接，行星排Ⅱ7齿圈与驱动电机8外壳刚性连接，行星排Ⅱ7太阳轮与驱动电机8转子刚性连接，行星排Ⅱ7行星架另一端与通过传动轴9直接与驱动桥10连接，上述连接全部为机械连接；

发动机1一体化集成结构通过物理线和发动机智能控制单元12相连接；

发动机辅助驱动智能控制单元19(包括发电机控制器20、驱动电机控制器21)通过三相电缆线与发电机5、驱动电机8连接，发动机辅助驱动智能控制单元19(包括发电机控制器20、驱动电机控制器21)通过两相电缆线和动力电池14连接；动力电池14通过两相电缆线和充电插座16相连接，充电插座16、充电枪17、充电机18依次相连；

发动机智能控制单元12、发动机能量管理单元13、动力电池管理系统15、发动机辅助驱动智能控制单元19通过局域网络连接；

油门踏板22、制动踏板23、手刹信号24、中控档位信号25、环境信息26通过物理线和发动机能量管理单元13相连接；

动力电池14通过物理线和电池管理系统15相连接。

发动机能量管理单元包括根据油门踏板开度、制动踏板开度进行驾驶员意图识别；并结合当前驾驶工况和车辆状态计算混合动力客车的转速-转矩需求；根据动力电池电量、发动机、发电机和驱动电机的特性对发动机转速-转矩、发电机转矩和驱动电机转矩进行最优化分配，保证发动机、发电机和驱动电机运行于最高效区；按照计算的发动机转速-转矩，发电机和驱动电机的分配扭矩通过CAN J1939总线发送转速及扭矩需求指令；在车辆低速或者停车时发动机能量管理单元可以给发动机发送熄火指令，取消发动机低转速小负荷率的低效率工况。

发动机智能控制单元根据发动机能量管理单元发出的相应转速需求，通过一系列的传感器、执行机构等硬件设施，通过闭环转速控制算法对发动机进行精确的转速输出控制，其主要包括必须的传感器类，含正时和同步传感器、涡轮增压器传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、冷却液液位传感器、润滑油压力传感器等；各类执行器，包括电动燃油泵、电磁式喷油器、怠速常通空气阀及各种继电器等；发动机智能控制单元，其作用是通过采集各种传感器输入信号，并将信号进行调理，根据发动机管理控制算法进行运算，然后输出控制信号并进行功率放大，最后传给执行器，同时检测传感器信号正常状态，出现故障时报警。

发动机辅助驱动智能控制单元主要包括发电机控制器和驱动电机控制器，其作用为根据发动机能量管理单元发出的相应转矩需求，通过一系列的传感器、执行机构等硬件设施，通过闭环转速控制算法对发电机和驱动电机进行精确的转矩输出控制，其主要包括必须的传感器类，含电流传感器、电压传感器等；各类执行器，包括硬件驱动板、IGBT开关等。

本实用新型基于插电式混合动力系统结构，将发动机飞轮壳与发电机壳一体化设计，发动机、减震连接器、发电机、双行星排、驱动电机进行同轴布置，通过采用高功率密度和扭矩密度的永磁同步电机(发电机采用永磁同步电机)快速启动发动机，实现发动机的高速点火；根据实际运行工况和动力电池容量，在车辆低速时实现发动机怠速熄火；正常运行工况下，实用新型的发动机智能管理系统，根据整车能量分配情况，对发动机的节气门开度、瞬时喷油量等进行智能控制，实现发动机转速闭环控制，达到排放及油耗最优化。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，包括发动机，所述发动机与减震连接器、发电机一体化集成；

发电机的一端与发动机飞轮壳集成于一体，另一端通过行星排Ⅰ和行星排Ⅱ与驱动电机集成一体；所述行星排Ⅱ还与驱动桥连接；

减震连接器固定于发动机飞轮面上，所述行星排Ⅰ的行星架通过花键与所述减震连接器相连。

2.如权利要求1所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述行星排Ⅰ的太阳轮与发电机转子刚性连接，行星排Ⅰ齿圈与行星排Ⅱ行星架的一端刚性连接，行星排Ⅱ齿圈与驱动电机外壳刚性连接，行星排Ⅱ太阳轮与驱动电机转子刚性连接，行星排Ⅱ行星架的另一端通过传动轴与所述驱动桥连接。

3.如权利要求1所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，还包括互相通信的发动机智能控制单元和发动机能量管理单元，所述发动机与发动机智能控制单元连接。

4.如权利要求3所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机能量管理单元与发动机辅助驱动智能控制单元通信，所述发动机辅助驱动智能控制单元包括发电机控制器和驱动电机控制器；所述发电机控制器和驱动电机控制器分别与发电机和驱动电机连接；

发电机控制器和驱动电机控制器与电池连接，电池与动力电池管理系统连接，所述电池与充电插座相连接，充电插座、充电枪及充电机依次相连。

5.如权利要求3或4所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机能量管理单元还与油门踏板、制动踏板、手刹信号、中控档位信号及环境信息通过物理线相连接。

6.如权利要求4所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机智能控制单元、发动机能量管理单元、动力电池管理系统及发动机辅助驱动智能控制单元通过控制器局域网络连接。

7.如权利要求3所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机能量管理单元根据油门踏板开度、制动踏板开度进行驾驶员意图识别；并结合当前驾驶工况和车辆状态计算混合动力客车的转速-转矩需求；

根据动力电池电量、发动机、发电机和驱动电机的特性对发动机转速-转矩、发电机转矩和驱动电机转矩进行最优化分配，保证发动机、发电机和驱动电机运行于最高效区；

按照计算的发动机转速-转矩，发电机和驱动电机的分配扭矩通过CAN J1939总线发送转 速及扭矩需求指令；

在车辆低速或者停车时发动机能量管理单元给发动机发送熄火指令，取消发动机低转速小负荷率的低效率工况。

8.如权利要求3所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机智能控制单元根据发动机能量管理单元发出的相应转速需求，通过传感器、执行机构、闭环转速控制算法对发动机进行转速输出控制。

9.如权利要求8所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述传感器包括正时和同步传感器、涡轮增压器传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、冷却液液位传感器及润滑油压力传感器；

所述执行机构包括电动燃油泵、电磁式喷油器、怠速常通空气阀及各种继电器。

10.如权利要求4所述一种插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，发动机辅助驱动智能控制单元根据发动机能量管理单元发出的相应转矩需求，通过电流传感器、电压传感器、硬件驱动板及IGBT开关，利用闭环转速控制算法对发电机和驱动电机进行转矩输出控制。