CN101152837A - 混合动力车驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的混合动力车驱动装置包括发动机、启动发电机、离合器、变速机构、电动发电机和储能***，其中储能***与启动发电机和电动发电机电连接，启动发电机的转子轴连接到发动机的输出轴，离合器连接在启动发电机的转子轴与变速机构的输入轴之间，电动发电机的转子轴连接到变速机构的输出轴，并且变速机构的输出轴通过传动机构传递到车轮。由于取消了结构复杂的动力分配机构，因此本发明的混合动力车驱动装置结构简单紧凑，布置相对灵活。此外，由于不存在复杂的能量转换，所以能量使用效率高，并且具有较好的综合性能，包括车辆动力性、燃油经济性和排放特性等方面均有改善。

Description

混合动力车驱动装置
技术领域
本发明涉及一种以燃料和电能为动力源的混合动力车驱动装置，该驱动装置具有发动机和电动发电机，通过在各种情况下组合使用这两种动力源来驱动车辆行驶。
背景技术
当今世界人类面临着能源匮乏和环境恶化两大挑战，传统汽车日益受到石油危机的严重困扰，节能环保逐渐成为汽车行业的发展主题。近年来，具有两种不同动力源、实现降低油耗和排放的混合动力汽车，得到了开发应用，并投入商业生产推向市场。目前量产的混合动力汽车有丰田Prius、丰田Crown、本田Insight、本田Civic等等，不一而足。已知的混合动力车驱动***，根据其机电耦合特征大致可分为串联、并联和混联三种结构形式。
串联式动力由发动机、发电机和电动机三部分动力总成组成，它们之间用串联的方式组成动力单元***，发动机驱动发电机发电，电能通过控制器输送到电池或电动机，由电动机通过变速机构驱动汽车。小负荷时由电池驱动电动机驱动车轮，大负荷时由发动机带动发电机发电驱动电动机。当车辆处启动、加速、爬坡工况时，发动机-电动机组和电池组共同向电动机提供电能；当电动车处于低速、滑行、怠速的工况时，则由电池组驱动电动机，当电池组缺电时则由发动机-发电机组向电池组充电。串联式结构适用于城市内频繁起步和低速运行工况，可以将发动机调整在最佳工况点附近稳定运转，通过调整电池和电动机的输出来达到调整车速的目的。使发动机避免了怠速和低速运转的工况，从而提高了发动机的效率，减少了废气排放。但是它的缺点是能量几经转换，机械效率较低。
并联式动力由发动机和电动机共同驱动汽车，发动机与电动机分属两套***，可以分别独立地向汽车传动系提供扭矩，在不同的路面上既可以共同驱动又可以单独驱动。当汽车加速爬坡时，电动机和发动机能够同时向传动机构提供动力，一旦汽车车速达到巡航速度，汽车将仅仅依靠发动机维持该速度。电动机既可以作电动机又可以作发电机使用，又称为电动一发电机组。由于没有单独的发电机，发动机可以直接通过传动机构驱动车轮，这种装置更接近传统的汽车驱动***，机械效率损耗与普通汽车差不多。
混联式装置包含了串联式和并联式的特点。动力***包括发动机、发电机和电动机，根据助力装置不同，它又分为发动机为主和电机为主两种。以发动机为主的形式中，发动机作为主动力源，电机为辅助动力源；以电机为主的形式中，发动机作为辅助动力源，电机为主动力源。该结构的优点是控制方便，缺点是结构比较复杂。
例如，CN 1703334A公开了一种混合动力车驱动装置。
在这篇专利申请的背景技术部分提到了一种现有的混合动力车驱动装置，该驱动装置使用一个电动发电机，一个动力分配机构，以及另一个电动发电机。第一电动发电机主要用作发电。动力分配机构包括一套行星齿轮组，将发动机产生的动力分配为两部分，一部分供给第一电动发电机产生电能并提供给第二电动发电机，另一部分机械传递到车轮。第二电动发电机主要是作为一个电动机使用，产生动力来辅助驱动车轮。
在这种驱动装置中，动力分配机构必须将发动机的动力分流为机、电两路，其中电力通道需要经过机械能-电能-机械能的转换，从而不可避免地增加了能量转换的损失。
这篇专利申请所发明的混合动力车驱动装置，仅仅是一种将减速机构加到上述现有的行星齿轮组上而用作动力分配机构的布置方案，其并没有解决动力分配机构结构复杂、能量损失高等不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑且能量使用效率高的混合动力车驱动装置。
本发明的混合动力车驱动装置包括发动机、启动发电机、离合器、变速机构、电动发电机和储能***，其中启动发电机的转子轴连接到发动机的输出轴，离合器连接在启动发电机的转子轴与变速机构的输入轴之间，电动发电机的转子轴连接到变速机构的输出轴，并且变速机构的输出轴通过传动机构传递到车轮。
在本发明的混合动力车驱动装置中，在发动机单独驱动时，发动机的动力经过启动发电机、离合器、变速机构以及传动机构直接传递到车轮；在电动发电机单独驱动时，电动发电机的动力通过变速机构的输出轴以及传动机构直接传递到车轮；在发动机和电动发电机共同驱动时，二者的动力在变速机构的输出轴上组合并通过传动机构传递到车轮；在汽车减速或者制动时，电动发电机作为发电机进行再生回馈制动，将车辆的惯性能转换为电能。因此，由于取消了结构复杂的动力分配机构，因此本发明的混合动力车驱动装置结构简单紧凑，布置相对灵活。此外，由于不存在复杂的能量转换，所以能量使用效率高，并且具有较好的综合性能，包括车辆动力性、燃油经济性和排放特性等方面均有改善。
附图说明
图1是本发明混合动力车驱动装置的一种典型实施方式的结构示意图。
具体实施方式
下面参照图1对本发明的混合动力车驱动装置进行详细描述。
如图1所示，本发明的混合动力车驱动装置包括发动机1、启动发电机2、离合器3、变速机构4、电动发电机5和储能***(未图示)，其中启动发电机2的转子轴连接到发动机1的输出轴，离合器3连接在启动发电机2的转子轴与变速机构4的输入轴之间，电动发电机5的转子轴连接到变速机构4的输出轴，并且变速机构4的输出轴通过传动机构传递到车轮。
发动机1、启动发电机2、离合器3、变速机构4、电动发电机5和储能***都可以采用本领域通常使用的技术，对比本发明不作限制。例如，发动机1可以采用汽油机或者柴油机，启动发电机2和电动发电机5可以采用电动发电机组，离合器3可以采用一般的电控离合器，变速机构4可以采用一般的变速器，储能***可以由动力电池组和/或蓄电池组成。另外，车辆中的一些电控***也是需要的，但并不是本发明的发明要点，省略其具体说明。
根据本发明的一种优选的实施例，所述启动发电机2的转子轴可以与发动机1的曲轴输出端刚性连接，用于接收发动机1输出的动力，并且还可以用作发动机1的飞轮。由此，由于省略了发动机1原有的飞轮，所以进一步简化了结构。
根据本发明的一种优选的实施例，所述电动发电机5的转子轴与变速机构4的输出轴为一体结构，由此使得结构更加紧凑，装配简单且运行可靠。
根据本发明的一种优选的实施例，所述传动机构可以包括主减速器6，该主减速器6接收变速机构4输出轴的动力并传递到车轮。例如，主减速器6的输入轴与变速机构4的输出轴之间可以简单地通过齿轮进行连接，然后主减速器6从变速机构4接收到的动力再通过其输出轴、差速器等传递到车轮，驱动车辆行驶。该主减速器6可以起到减速增扭的作用。
根据本发明的一种优选的实施例，驱动装置还包括一个混合传动箱7，所述变速机构4、电动发电机5以及主减速器6一起布置在该混合传动箱7内，因此使得驱动装置的结构非常紧凑，布置比较灵活。
根据本发明的一种优选的实施例，所述启动发电机2和离合器3也可以一起安装在发动机1的飞轮壳内，使驱动装置的结构更加紧凑，布置更加灵活。
下面，对本发明的混合动力车驱动装置的操作进行详细描述。
在汽车起步或轻载工况时，离合器3分离，由电动发电机5使用动力电池组的能量来单独驱动车辆，以纯电动模式运行。即，电动发电机5作为电动机使用，接收动力电池组的电能，将电能转换为机械能，驱动变速机构4的输出轴(该输出轴与电动发电机5的转子轴刚性连接或者一体形成)旋转，然后该输出轴的动力经过齿轮机构、主减速器6等传动机构最终传递到车轮，以纯电动模式驱动车辆行驶。
但是，当动力电池组的荷电状态低于下限时，起动发电机2将使用传统蓄电池的电能来起动发动机1，然后由发动机1驱动车辆形成。
在正常行驶工况时，当车速提升达到设定值或者电动发电机5输出的功率不能满足汽车行驶要求时，离合器3啮合，行驶的车辆将拖动发动机1达到设定转速后点火起动。之后，电动机5随即停止输出，由发动机1单独驱动车辆。即，发动机1的动力依次经过发动机输出轴、启动发电机2的转子轴、离合器3、变速机构4的输入轴和输出轴以及传动机构传递到车轮。在发动机1工作过程中，由于启动发电机2的转子轴旋转，所以能够产生电能并储存到动力电池组中。在动力电池组的电量充满时，则可以通过控制***控制启动发电机2的转子轴空转。
在加速和爬坡工况时，当功率、扭矩需求超过发动机1的额定值时，启动电动发电机5提供动力，和发动机1一起驱动车辆。即，发动机1的动力和电动发电机5的动力在变速机构4的输出轴上组合，然后共同传递给车轮，实现车辆的大功率行驶。
在减速和制动时，电动发电机5作为发电机进行再生回馈制动，由车辆驱动回收动能。回收的动能被转换成电能储存到动力电池组中。分离离合器3回收更多的能量。如果动力电池组的电量充满，则啮合离合器3，通过反拖发动机1可加强制动效果，并减轻制动***的压力，有利于制动***的保护。控制***按照驾驶员的意图来选择制动方式，优先使用再生回馈制动。
发动机1主要控制在高效区间工作，当停车或发动机1超出理想的工作范围时，可以自动关闭发动机1而切换为电动机5驱动，这样可以降低燃油消耗，减少有害排放。
另外，在必要的时候，发动机1可以只驱动起动发电机2来给动力电池组快速充电，即停车充电模式。

Claims (6)

1.一种混合动力车驱动装置，其特征在于，该驱动装置包括发动机(1)、启动发电机(2)、离合器(3)、变速机构(4)、电动发电机(5)和储能***，其中储能***与启动发电机(2)和电动发电机(5)电连接，启动发电机(2)的转子轴连接到发动机(1)的输出轴，离合器(3)连接在启动发电机(2)的转子轴与变速机构(4)的输入轴之间，电动发电机(5)的转子轴连接到变速机构(4)的输出轴，并且变速机构(4)的输出轴通过传动机构传递到车轮。
2.根据权利要求1所述的混合动力车驱动装置，其特征在于，所述启动发电机(2)的转子轴与发动机(1)的曲轴输出端刚性连接，并用作发动机(1)的飞轮。
3.根据权利要求1所述的混合动力车驱动装置，其特征在于，所述电动发电机(5)的转子轴与变速机构(4)的输出轴为一体结构。
4.根据权利要求1所述的混合动力车驱动装置，其特征在于，所述传动机构包括主减速器(6)，该主减速器(6)接收变速机构(4)输出轴的动力并传递到车轮。
5.根据权利要求4所述的混合动力车驱动装置，其特征在于，该驱动装置包括混合传动箱(7)，所述变速机构(4)、电动发电机(5)以及主减速器(6)一起布置在该混合传动箱(7)内。
6.根据权利要求1所述的混合动力车驱动装置，其特征在于，所述启动发电机(2)和离合器(3)一起安装在发动机(1)的飞轮壳内。
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