CN106394230A - 一种油电混合多模式汽车驱动*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种油电混合多模式汽车驱动***，该***主要由发动机、两个离合器、ISG电机、两个超越离合器、两个轮毂电机、控制单元ECU、电机控制器和蓄电池组等组成。ISG电机转子两端分别通过第一和第二离合器与发动机输出端和传动轴相连，每个超越离合器的两端分别与传动轴和相应的车轮相连；车轮内安装有轮毂电机，可直接驱动车辆运行。控制单元ECU根据传感器反馈回来的信号，发送指令给各离合器和电机控制器，来控制离合器的结合/分离及电机的功率输出，并达到工作模式切换的目的。该***的多模式特性，使发动机工作在高效区的机会增加；超越离合器的设置，不仅可以实现某些模式下的差速功能，还可以减少附加载荷的能耗，提高***效率。

Description

一种油电混合多模式汽车驱动***
技术领域
本发明涉及汽车驱动***，特别是涉及一类油电混合动力汽车驱动***，该***可以实现多种驱动模式。
技术背景
日益严重的能源和环境危机，给传统车辆带来巨大的压力。因此，开发超低排放或零排放的电动汽车已成为解决这一问题的重要途径。毫无疑问，纯电动汽车是实现零排放的最佳途径，世界各国也将纯电动汽车作为研发的重点之一，尤其是轮毂电机驱动的电动汽车因其在车辆总布置结构简化、底盘主动控制以及操控方便性方面的明显技术优势使其受到工业界和学术界的普遍关注。但目前纯电动汽车的发展受到蓄电池、电机等相关关键技术，如：蓄电池能量密度、续驶里程、快速充放电等问题的制约；同时，纯电动汽车除了需要稳定成熟的动力电池技术支撑之外，在运行***、产业配套、产业模式等方面对于传统汽车行业都是一个深层次的颠覆，其产业发展存在着技术、成本、市场以及基础设施等方面的制约。相比之下，混合动力汽车技术基本成熟、生产成本较低、基本不需要另行建设配套基础设施，并且企业适应性较强，基本可以实现规模化、批量化生产，因而是示范推广的重点。
就目前的各种混合动力方案来看，基本都是在传统内燃机机械传动***的基础上，增加一套电传动***，并通过一定的动力耦合装置将两套动力***的动力进行耦合来驱动车辆。与传统内燃机驱动车辆相比，其底盘结构和操控性都变得更加复杂。
发明内容
本发明的目的在于创设一种油电混合多模式汽车驱动***，该***不仅继承了现有混合动力驱动方案的技术优点，而且充分利用现有分布式轮毂驱动技术，将驱动电机直接安装于车轮内，省去了减速器、差速器等部件，这使底盘结构更加简单，为实现底盘的智能和电气化提供了可能；同时，可以利用超越离合器的工作特性，实现车辆的差速功能，在只有轮毂电机提供动力的情况下，还可以方便的切断附加载荷(传动轴等)的能量消耗，提高***效率。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
本发明油电混合多模式汽车驱动***主要由发动机、离合器、ISG电机、超越离合器、轮毂电机、控制单元ECU、电机控制器和蓄电池组等组成。ISG电机转子一端通过第一离合器与发动机输出端连接，另一端通过第二离合器、传动轴与驱动桥相连，驱动桥两端则分别与超越离合器的一端相连，超越离合器另一端则与相应的车轮相连；同时，车轮内安装有轮毂电机，可直接驱动车辆运行。控制单元ECU根据各转速传感器反馈回来的信号和其他实时路况信息，发送指令给各离合器和电机控制器，各离合器根据控制单元ECU的指令进行结合与分离，电机控制器则根据接收到的指令来控制ISG电机及两个轮毂电机的转速、转矩输出，以此来实现模式选择和切换功能。
在上述的油电混合多模式汽车驱动***中，车辆行驶在蓄电池荷电状态高于设定阈值或发动机出现严重故障时，驱动车辆的动力由蓄电池提供，发动机不工作。此时，控制单元根据实时路况需求，控制ISG电机单独驱动、或轮毂电机单独驱动、或ISG电机和轮毂电机共同驱动车辆运行。
在上述的油电混合多模式汽车驱动***中，在蓄电池组的荷电状态低于设定阈值，或在电机或电池出现严重故障或人为干预时，驱动车辆的动力由发动机独立提供。此时，如果发动机所能提供的动力除了满足车辆运行所需外，还有富余功率，则控制单元可控制ISG电机、或轮毂电机、或轮毂电机和ISG电机处于发电状态，吸收发动机的富余功率给蓄电池充电，这样可以调节发动机工作于燃油经济性较优的区域，提高燃油效率。
在上述的油电混合多模式汽车驱动***中，当单独的动力源提供的动力不足以满足车辆运行需求时，由发动机和蓄电池组共同提供动力驱动车辆。此时，控制单元ECU控制轮毂电机工作于电动状态或者ISG电机工作于电动状态，或者轮毂电机及ISG电机均处于电动状态。上述的三种工作状态依次对应于：混合动力并联驱动模式、混合动力串联驱动模式及混合动力混联驱动模式。上述各模式中，如果发动机提供的动力除了能够满足车辆驱动功率外，还有富余功率时，控制单元ECU可控制ISG电机、轮毂电机处于发电状态，给蓄电池充电，同时可调节发动机在燃油经济性较优的区域工作。
在上述的油电混合多模式汽车驱动***中，车辆需要制动减速或下坡限速时，主控制器根据制动踏板信号，同时向轮毂电机或ISG电机发出负力矩给定信号，使其处于反拖发电状态，向蓄电池组(6)回馈电能，实现制动能量回收。当制动踏板信号继续增大时，使原有机械制动***也开始工作，首先保证满足制动安全性的需要。
(5)电启动模式
当车辆起步时，如需进入纯发动机驱动模式或混合驱动模式，控制单元ECU(5)可首先控制各电机以纯电动模式驱动车辆。在车辆达到一定车速时，由ISG电机(21)在短时间内带动发动机(1)快速达到工作转速，使发动机处于高效运转区间，提高其燃油利用率。以上过程避免了发动机怠速高油耗、高排放的缺点。
(6)倒车模式
车辆的倒车模式可通过以下两种途径实现：
①车辆倒车时，控制单元ECU(5)控制离合器(31)和离合器(32)均处于分离状态，控制轮毂电机(22)和轮毂电机(23)反转来实现倒车功能。
②车辆倒车时，控制单元ECU(5)控制离合器(31)分离，离合器(32)结合，同时，控制ISG电机(21)反转来实现倒车功能。此时，轮毂电机(22)和(23)处于空转状态。
本发明的优点：
(1)该***充分利用超越离合器的工作特性，不仅可以实现某些模式(轮毂电机驱动模式除外)下的差速功能，在只有轮毂电机提供动力的情况下，还可以方便的切断附加载荷(传动轴等)的能量消耗，提高***效率；
(2)该***综合考虑传统底盘和现有分布式底盘布置的特点，充分利用分布式轮毂驱动车辆在底盘布置方面的技术优势，将轮毂电机作为此混合动力***的主要动力源之一，使得底盘结构更加简单，布置更加灵活；
(3)该混合动力驱动***省去了变速器、差速器等动力传递装置，发动机或电机的动力可通过传动轴直接传递给车轮，***传动效率提高。
(4)该***可选工作模式较多，不同的路况需求下，发动机工作在高效区的机会增加。
附图说明
图1为本发明实施例1油电混合多模式汽车驱动***的结构原理图。
图2为本发明实施例2油电混合多模式汽车驱动***的结构原理图。
图3为本发明实施例3油电混合多模式汽车驱动***的结构原理图。
1-发动机；21-电机；22-轮毂电机；23-轮毂电机；31-离合器；32-离合器；41-超越离合器；42-超越离合器；5-控制单元ECU；6-蓄电池组；7-电机控制器；81-车轮；82-车轮；91-95-转速传感器；10-传动轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施实例1
如图1所示，一种油电混合多模式汽车驱动***，主要由发动机(1)、ISG电机(21)、轮毂电机(22)和(23)、离合器(31)和(32)、超越离合器(41)和(42)、控制单元ECU(5)、蓄电池组(6)、电机控制器(7)、车轮(81)和(82)、多个转速传感器(91)、(92)、(93)、(94)、(95)及传动轴(10)等组成。
ISG电机(21)转子一端通过离合器(31)与发动机(1)输出端连接，另一端通过离合器(32)、传动轴(10)分别与超越离合器(41)和(42)的一端连接，超越离合器(41)、(42)的另一端则分别与车轮(81)、(82)连接；轮毂电机(22)和(23)分别安装于车轮(81)、(82)内，可直接驱动车辆。控制单元ECU(5)根据各转速传感器(91)-(95)反馈回来的信号和其他实时路况信息，发送指令给离合器(31)和(32)、超越离合器(41)和(42)及电机控制器(7)，各离合器根据控制单元ECU(5)的指令进行结合与分离，同时，电机控制器(7)则根据接收到的指令来控制ISG电机(21)及两个轮毂电机(22)和(23)的转速、转矩输出，以此来实现模式选择和切换功能。
本实施例的各种工作模式如下：
(1)纯电动驱动模式
车辆行驶在蓄电池荷电状态高于设定阈值或发动机出现严重故障时，车辆即可转入纯电动驱动模式工作。在该模式下，发动机不工作，离合器(31)处于分离状态，动力由蓄电池组(6)提供，但根据实际功率需求，纯电动驱动模式又通过三种情况实现：
①轮毂电机(22)和(23)驱动车辆运行，此时，ISG电机(5)不工作，离合器(32)处于分离状态，而超越离合器(41)和(42)由于自身的特性，处于滑转状态，不传递动力；
②ISG电机(5)单独驱动车辆运行，此时，离合器(32)结合，动力经超越离合器(41)和(42)传递到车轮驱动车辆运行；
③当实际路况需求功率较大时，轮毂电机(22)和(23)及ISG电机(5)同时工作，两者动力在车轮叠加，共同驱动车辆运行。
(2)纯发动机驱动模式
在蓄电池组(6)的荷电状态低于设定阈值，或在电机或电池出现严重故障或人为干预时，车辆进入纯发动机驱动模式。该模式下，ISG电机(21)、轮毂电机(22)和(23)均不工作，动力由发动机(1)单独提供，此时，离合器(31)和(32)均处于结合状态，发动机输出动力经离合器(31)、ISG电机(21)、离合器(32)、传动轴(10)传递，然后分别通过超越离合器(41)和(42)传递给相应的车轮(81)和(82)，驱动车辆运行。此种模式下，各车轮的差速功能由超越离合器(41)和(42)实现。
在发动机(1)作为动力的情况下，如果发动机(1)提供的动力除了能够满足车辆驱动功率外，还有富余功率时，控制单元ECU(5)控制ISG电机(21)或ISG(21)、轮毂电机(22)及轮毂电机(23)同时处于发电状态，吸收发动机(1)的富余功率给蓄电池组(6)充电。这样可以调节发动机(1)工作于燃油经济性较优的区域。
(3)混合驱动模式
当单独的动力源提供的动力不足以满足车辆运行需求时，由发动机(1)和蓄电池组(6)共同提供动力驱动车辆。此种模式下，控制单元ECU(5)控制轮毂电机(22)和(23)工作于电动状态或者ISG电机(21)工作于电动状态，或者轮毂电机(22)、轮毂电机(23)及ISG电机(21)均处于电动状态；且离合器(31)和离合器(32)均结合。根据实际功率需求，混合驱动模式可有三种工作状态：
①混合动力并联驱动模式：发动机(1)及轮毂电机(22)和(23)共同驱动车辆运行。此种模式下，如果发动机(1)提供的动力除了能够满足车辆驱动功率外，还有富余功率时，控制单元ECU(5)可控制ISG电机(21)处于发电状态，给蓄电池(6)充电，同时可调节发动机(1)在燃油经济性较优的区域工作。
②混合动力串联驱动模式：发动机(1)及ISG电机(21)提供动力，共同驱动车辆运行。此模式下，根据工况需求，如果发动机(1)提供的动力除了能够满足车辆驱动功率外，还有富余功率时，控制单元ECU(5)控制轮毂电机(22)和(23)处于发电状态，给蓄电池(6)充电，同时可调节发动机(1)在燃油经济性较优的区域工作。
③混合动力混联驱动模式：当实际路况需求功率较大时，发动机(1)、轮毂电机(22)和(23)及ISG电机(5)同时工作，两者动力在车轮叠加，共同驱动车辆运行。
(4)能量回馈制动模式
在除纯发动机驱动模式外的其他工作模式下，且车辆需要制动减速或下坡限速时，主控制器根据制动踏板信号，断开离合器(31)或离合器(31)和(32)，同时向轮毂电机(22)和(23)及ISG电机发出负力矩给定信号，使其处于反拖发电状态，向蓄电池组(6)回馈电能，实现制动能量回收。当制动踏板信号继续增大时，使原有机械制动***也开始工作，首先保证满足制动安全性的需要。
(5)电启动模式
当车辆起步时，如需进入纯发动机驱动模式或混合驱动模式，控制单元ECU(5)可首先控制各电机以纯电动模式驱动车辆。在车辆达到一定车速时，由ISG电机(21)在短时间内带动发动机(1)快速达到工作转速，使发动机处于高效运转区间，提高其燃油利用率。以上过程避免了发动机怠速高油耗、高排放的缺点。
(6)倒车模式
车辆的倒车模式可通过以下两种途径实现：
①车辆倒车时，控制单元ECU(5)控制离合器(31)和离合器(32)均处于分离状态，控制轮毂电机(22)和轮毂电机(23)反转来实现倒车功能。
②车辆倒车时，控制单元ECU(5)控制离合器(31)分离，离合器(32)结合，同时，控制ISG电机(21)反转来实现倒车功能。此时，轮毂电机(22)和(23)处于空转状态。
实施案例2
如图2所示，一种油电混合多模式汽车驱动***，主要由发动机(1)、ISG电机(21)、轮毂电机(22)和(23)、离合器(31)、超越离合器(41)和(42)、控制单元ECU(5)、蓄电池组(6)、电机控制器(7)、车轮(81)和(82)及多个转速传感器(91)、(92)、(93)、(94)、(95)等组成。
其与实施例1的不同之处在于去掉了离合器(32)。该方案混合动力汽车的各种工作模式与实施例1不同之处在于电启动模式：车辆起步时，由于ISG电机(5)与传动轴(10)之间省略了离合器的连接，ISG电机(5)与传动轴(10)直接相连，ISG电机(5)不再起到起动机的作用。
在混合驱动模式，纯发动机驱动模式，纯电动驱动模式、回馈制动模式及倒车模式下的工作原理与实施例1基本相同，此处不再累述。
实施方案3：
如图3所示，一种油电混合多模式汽车驱动***，主要由发动机(1)、ISG电机(21)、轮毂电机(22)和(23)、离合器(32)、超越离合器(41)和(42)、控制单元ECU(5)、蓄电池组(6)、电机控制器(7)、车轮(81)和(82)及多个转速传感器(91)、(92)、(93)、(94)、(95)等组成。
其与实施例1的不同之处在于去掉了离合器(31)，发动机(1)与ISG电机(5)转子轴直接相连。该方案混合动力汽车的各种工作模式与实施例1不同之处在于：
●纯电动驱动模式
由于发动机(1)与ISG电机(5)转子轴直接相连，因此两者始终具有相同的转速。因此，车辆要以纯电动模式运行，只能由轮毂电机(22)和轮毂电机(23)提供动力驱动车辆，且此时，离合器(32)处于分离状态。
●能量回馈制动模式
车辆需要制动减速或下坡限速时，主控制器根据制动踏板信号，向轮毂电机(22)和(23)发出负力矩给定信号，使其处于反拖发电状态，向蓄电池组(6)回馈电能，实现制动能量回收。由于发动机(1)与ISG电机(5)转子轴直接相连，ISG电机此时不能反拖发电，否则发动机(1)也会被反拖。
●倒车模式
倒车模式也只能通过一条途径实现，即：车辆倒车时，控制单元ECU(5)控制轮毂电机(22)和轮毂电机(23)反转来实现倒车功能。
对于电启动模式，混合驱动模式，纯发动机驱动模式，同实施例1的工作原理基本相同，此处不再累述。

Claims (7)

1.一种油电混合多模式汽车驱动***，包括：发动机(1)、电机(21)、轮毂电机(22)和(23)、离合器(31)和(32)、超越离合器(41)和(42)、控制单元(5)、蓄电池组(6)、电机控制器(7)、车轮(81)和(82)及多个转速传感器(91)、(92)、(93)、(94)、(95)等组成，其特征在于：电机(21)转子一端通过离合器(31)与发动机(1)输出端连接，另一端通过离合器(32)、传动轴(10)分别与超越离合器(41)和(42)的一端连接，超越离合器(41)、(42)的另一端则分别与车轮(81)、(82)连接；轮毂电机(22)和(23)分别安装于车轮(81)、(82)内，可直接驱动车辆。
2.根据权利要求1的油电混合多模式汽车驱动***，其特征在于：
所述转速传感器(91)、转速传感器(92)、转速传感器(93)、转速传感器(94)、转速传感器(95)将检测到的各传动轴的电信号反馈给控制单元ECU5，控制单元根据转速和其他实时路况信息，控制离合器(31)、离合器(32)、超越离合器(41)、超越离合器(42)、电机控制器7动作，实现模式选择和切换功能。
3.根据权利要求1的油电混合多模式汽车驱动***，其特征在于：
所述离合器(31)、离合器(32)可都存在，也可存在一个或都不存在。
4.根据权利要求1的油电混合多模式汽车驱动***，其特征在于：
所述离合器(31)、离合器(32)，可以为干式、湿式或电磁等其他形式的离合器；可以为单片或多片的离合器。
5.根据权利要求1的油电混合多模式汽车驱动***，其特征在于：
所述超越离合器(41)、超越离合器(42)，可以为滚柱式、楔块式或其他形式的超越离合器。
6.根据权利要求1的油电混合多模式汽车驱动***，其特征在于：
所述电机(21)、轮毂电机(22)、轮毂电机(23)，可以是永磁同步、开关磁阻或其他形式的电机。
7.根据权利要求1的油电混合多模式汽车驱动***，其特征在于：
所述蓄电池组(6)可以是锂电池、镍氢电池、铅酸电池等不同的动力电池。
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