CN206394421U - 一种混合动力车辆驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供了一种混合动力车辆驱动装置，属于机车技术领域。它解决了如何提高动力传动效率问题。该装置包括发动机、输出链条、控制模块，还包括初级传动机构、末级传动机构、行星机构及能够根据控制模块调节切换发电机与电动机功能的电机一和电机二，电机一轴连接发动机，发动机通过初级传动机构连接行星机构，电机二轴连接行星机构，行星机构连接输出链条，控制模块分别电连接电机一、电机二和发动机。本装置增强动力传动效率从而使得发动机一直工作在良好的转速和负荷状态下，减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。

Description

一种混合动力车辆驱动装置
技术领域
本实用新型属于机车技术领域，涉及一种混合动力车辆驱动装置。
背景技术
随着国家新能源车辆战略的发展以及环境能源问题的加剧，使得各大公司都在积极研发节能环保的车，在技术上比较成熟的混合动力***成为现阶段解决车辆能耗和环境污染的可行技术方案，而其核心部分为动力驱动装置也就成为了各方研发的重点。现有技术中发动机参与了整个行驶状态，从而导致发动机工作在不同的行驶状态下特别是车辆在低速和怠速状态，发动机工作条件差，排放差，对环境污染严重。发动机不在经济区间工作就会导致发动机工作效率低。而现有的CVT无级变速器主要靠主、从动轮和金属带来实现速比的无级变化。其原理是大小不一的几组齿轮在操控下有分有合，形成不同的速比，像自行车的踏板经大小轮盘与链条带动车轮以不同的速度旋转。由于不同大小的齿轮产生的推力大小不一从而导致现有CVT无极变速结构无法解决皮带打滑的现象，从而出现了现有结构中功率传递效率差的问题。
现有中国专利文献公开了申请号为CN201220088959.1的一种机车混合动力***，该***包括蓄电池组、驱动***和辅助动力***，驱动***包括驱动电机和控制驱动电机输入电能的驱动电机控制器，辅助动力***包括通用汽油发动机、连接通用汽油发动机的发电机、以及同时连接发电机、蓄电池组和驱动***的混动控制器。该***通过添加辅助动力***实现对蓄电池需的充电和对驱动电机的供电用于延长机车行程。可见该方案中电动机只是起到在合适的时间内替代部分发动机工作。由此可见本方案电动机、发电机不能协调发动机的扭矩和转速从而保证发动机一直工作在良好的转速和负荷状态下，从而出现动力传动效率有待提高的问题。
发明内容
本实用新型针对现有技术存在的上述问题，提出了一种混合动力车辆驱动装置。该装置解决了如何提高动力传动效率问题。
本实用新型通过下列技术方案来实现：一种混合动力车辆驱动装置，包括发动机、输出链条、用于接收车辆状态信号后做出控制判断且输出控制指令的控制模块，其特征在于，该装置还包括初级传动机构、末级传动机构、行星机构及能够根据控制模块调节切换发电机与电动机功能的电机一和电机二，电机一轴连接发动机，发动机通过初级传动机构连接行星机构，电机二轴连接行星机构，行星机构连接输出链条，控制模块分别电连接电机一、电机二和发动机。
控制模块根据接收的车辆状态信号做出判断，车辆通过电机一、电机二做电动机运行进行启动，并进行低速运行，在低速运行过程中电机一和电机二协调输出驱动扭矩；加速过程中电机一带动发动机启动，发动机工作在稳定的经济转速区域则电机一作为电动机和发电机转换进行调节发动机的扭矩和转速，此时电机二不工作；同时在车辆的行驶过程中根据车速和负载负荷情况进行调节电机一的电机二可以作为电动机或发电机工作。在电机一和电机二作为发电机时由发动机带动电机一、电机二发动。电机一不管作为发电机还是电动机都对发动机起到协调扭矩的作用。因此电机一与发动机通过轴直接连接从而导致电机一和发动机的转速始终保持一致。电机二通过连接行星机构与连接发动机的输出端可以同时调节发动机的扭矩和转速。在电机一、电机二作为发电机和电动机不同工作形态下对发动机的扭矩和转速进行协调，而行星机构的可以从正负两个方向协调扭矩与转速从而达到增强动力传动效率的目的。从而使得发动机一直工作在良好的转速和负荷状态下，减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
在上述的混合动力车辆驱动装置中，所述行星机构包括太阳轮、行星轮与内齿圈，太阳轮与行星轮啮合，行星轮与内齿圈啮合，上述初级传动机构的输出端轴连接行星轮的行星架，电机二轴连接太阳轮，内齿圈通过末级传动机构连接输出链条。发动机运行的扭矩和转速通过初级传动机构进行一级减速传输到行星轮，而电机二工作的扭矩和转速通过轴传输给太阳轮，行星机构接收发动机及电机二的运行扭矩和转速从内齿圈传递给末级传动机构，由末级传动机构通过输出链条驱动后链轮从而使得发动机的扭矩和转速受电机二的扭矩和转速的影响。从而提高了发动机的传动效率，通过电机一和电机二同时协调发动机运行状态，使其尽可能的处于良好的转速和负荷状态，减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
在上述的混合动力车辆驱动装置中，所述控制模块包括控制器、设置于油门上的油门开度传感器、设置于发动机上的发动机转速扭矩传感器、设置于电机一上的MG1转速扭矩传感器、设置于电机二上的MG2转速扭矩传感器和设置于后轮输出轴上的后轮输出转速传感器，所述油门开度传感器、发动机转速扭矩传感器、MG1转速扭矩传感器、MG2转速扭矩传感器和后轮输出转速传感器分别电连接控制器输入端，控制器输出端分别连接电机一、电机二、发动机。MG1转速扭矩传感器检测电机一的转速和扭矩，MG2转速扭矩传感器检测电机二的转速和扭矩，控制器根据油门开度传感器确定车辆的负荷情况，同时根据后轮输出转速传感器检测的输出转速确定当前车辆的行驶速度是在低速、中速还是高速状态。从而确定在此状态下发动机、电机一和电机二的工作运行情况。同时控制器根据接收的信号计算电机一需要到达到的转速和扭矩与当前检测到的电机一的转速与扭矩进行比较并判断是否对电机一输出相应控制指令。同理控制器计算当前状态下电机二需要达到的转速和扭矩与当前检测反馈的电机二扭矩和转速进行比较并判断是否对电机二输出相应控制指令。
在上述的混合动力车辆驱动装置中，本装置还包括蓄电池，上述电机一、电机二电连接蓄电池。在电机一、电机二作为电动机工作时由蓄电池给提供电能使其正常运行，同时电机一、电机二作为发电机运行时给蓄电池充电。
在上述的混合动力车辆驱动装置中，所述控制模块还包括设置于蓄电池上的电量传感器，所述电量传感器连接于控制器的输入端。控制器实时接收蓄电池电量信号，对蓄电池电量进行实时监控，在蓄电池电量过低出现警戒线以下时进行怠速停车对控制电机一做发电机工作，电机二进行空转，在运行过程中比如长时间高速大负荷运行状态下发动机工作、电机一和电机二都作为电动机工作则蓄电池用电量大容易消耗过快。此时对蓄电池电量的实时监测就可以使车辆降低速度使电机二进行发电或是最终进行怠速停车，以此保护蓄电池出现馈电情况，从而延长蓄电池的寿命。
与现有技术相比，本混合动力车辆驱动装置及控制方法中。具有以下优点：
1、本实用新型通过行星机构分别连接发动机与电机二扭矩和转速，通过电机二作为发电机和电动机的变换协调发动机的扭矩和转述使其工作在良好的转速和负荷状态，电机一与发动机的直接轴连接及通过两个传动机构由行星机构连接电机二最终输出驱动力，实现最佳的动力传输功率，从而减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
3、本实用新型通过对蓄电池电量的监控，并把它作为判断依据之一，可以使车辆降低速度使电机二进行发电或是最终进行怠速停车，以此保护蓄电池出现馈电情况，从而延长蓄电池的寿命。
附图说明
图1是本实用新型驱动装置结构示意图。
图2是本实用新型控制电路框图。
图3是本实用新型控制流程图。
图4是本实用新型电机一、电机二及发动机的扭矩关系示意图。
图5是本实用新型电机一、电机二及发动机的转速关系示意图。
图中，ECU、控制器；MG1、电机一；MG2、电机二；ENG、发动机；G1、初级传动机构；G2、末级传动机构；B、行星机构；T、后轮；2、蓄电池；3、油门；4、控制模块；5、太阳轮；6、行星轮；61、行星架；7、内齿圈；11、发动机转速扭矩传感器；12、MG1转速扭矩传感器；13、MG2转速扭矩传感器；14、后轮输出转速传感器；21、电量传感器；31、油门开度传感器。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
如图1-5所示，本混合动力车辆驱动装置包括发动机ENG、输出链条、用于接收车辆状态信号后做出控制判断且输出控制指令的控制模块4，该装置还包括初级传动机构G1、末级传动机构G2、行星机构B及能够根据控制模块4调节切换发电机与电动机功能的电机一MG1和电机二MG2，电机一MG1轴连接发动机ENG，发动机ENG通过初级传动机构G1连接行星机构B，电机二MG2轴连接行星机构B，行星机构B连接输出链条，控制模块4分别电连接电机一MG1、电机二MG2和发动机ENG。行星机构B包括太阳轮5、行星轮6与内齿圈7，太阳轮5与行星轮6啮合，行星轮6与内齿圈7啮合，上述初级传动机构G1的输出端轴连接行星轮6的行星架7，电机二MG2轴连接太阳轮5，内齿圈7通过末级传动机构G2连接输出链条。输出链条连接后链轮，后链轮轴连接后轮T。发动机ENG运行的扭矩和转速通过初级传动机构G1进行一级减速传输到行星轮6，而电机二MG2工作的扭矩和转速通过轴传输给太阳轮5，行星机构B接收发动机ENG及电机二MG2的运行扭矩和转速从内齿圈7传递给末级传动机构G2，由末级传动机构G2通过输出链条驱动后链轮从而使得发动机ENG的扭矩和转速受电机二MG2的扭矩和转速的影响。从而提高了发动机ENG的传动效率，通过电机一MG1和电机二MG2同时协调发动机ENG运行状态，使其尽可能的处于良好的转速和负荷状态，减少了发动机ENG的排放而提高了燃油经济性。
控制模块4包括控制器ECU、设置于油门3上的油门开度传感器31、设置于发动机ENG上的发动机转速扭矩传感器11、设置于电机一MG1上的MG1转速扭矩传感器12、设置于电机二MG2上的MG2转速扭矩传感器13和设置于内齿圈7输出轴上的后轮输出转速传感器14，所述油门开度传感器31、发动机转速扭矩传感器11、MG1转速扭矩传感器12、MG2转速扭矩传感器13和后轮输出转速传感器14分别电连接控制器ECU输入端，控制器ECU输出端分别连接电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG。MG1转速扭矩传感器12检测电机一MG1的转速和扭矩，MG2转速扭矩传感器13检测电机二MG2的转速和扭矩，控制器ECU根据油门开度传感器31确定车辆的负荷情况，同时根据后轮输出转速传感器14检测的输出转速确定当前车辆的行驶速度是在低速、中速还是高速状态。从而确定在此状态下发动机ENG、电机一MG1和电机二MG2的工作运行情况。同时控制器ECU根据接收的信号计算电机一MG1需要到达到的转速和扭矩与当前检测到的电机一MG1的转速与扭矩进行比较并判断是否对电机一MG1输出相应控制指令。同理控制器ECU计算当前状态下电机二MG2需要达到的转速和扭矩与当前检测反馈的电机二MG2扭矩和转速进行比较并判断是否对电机二MG2输出相应控制指令。
本装置还包括蓄电池2，上述电机一MG1、电机二MG2电连接蓄电池2。在电机一MG1、电机二MG2作为电动机工作时由蓄电池2给提供电能使其正常运行，同时电机一MG1、电机二MG2作为发电机运行时给蓄电池2充电。控制模块4还包括设置于蓄电池2上的电量传感器21，所述电量传感器21连接于控制器ECU的输入端。控制器ECU实时接收蓄电池2电量信号，对蓄电池2电量进行实时监控，在蓄电池2电量过低出现警戒线以下时进行怠速停车对控制电机一MG1做发电机工作，电机二MG2进行空转，在运行过程中比如长时间高速大负荷运行状态下发动机ENG工作、电机一MG1和电机二MG2都作为电动机工作则蓄电池2用电量大容易消耗过快。此时对蓄电池2电量的实时监测就可以时车辆降低速度使电机二MG2进行发电或是最终进行怠速停车，以此保护蓄电池2出现馈电情况，从而延长蓄电池2的寿命。
以下是本实用新型混合动力车辆驱动装置的工作原理:
本混合动力车辆驱动装置及控制方法特别适用于二轮摩托车、三轮摩托和小型车辆。结构上电机一MG1直接轴连接发动机ENG，在启动时电机一MG1作为电动机启动，低速状态下电机二MG2也做电动机运行，发动机ENG不工作，车速上升过程中电机一MG1带动发动机ENG启动，发动机ENG启动过程及发动机ENG开始工作时，电机一MG1和电机二MG2分别做电动机工作用于调节发动机ENG的扭矩和转速。同时在车辆行驶过程中控制模块4根据接收的车辆状态信号做出判断并匹配工作模式，在对应模式下根据本混合动力驱动装置的连接结构确定转速与扭矩的关系公式，电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG三者之间的扭矩和转速关系具有如图4、5所示。根据图4扭矩关系图可知把MT/g2作为虚拟基点时，即内齿圈7输出扭矩为零，则电机二MG2的输出扭矩和电机一MG1加发动机ENG的扭矩和具有初级传动比关系，在公式表示为
(MENG+MMG1)g1＝MMG2(k1+1)
MT＝MMG2k1g2
电机一MG1的扭矩为MMG1，电机二MG2的扭矩为MMG2，发动机ENG的扭矩为MENG,后轮的驱动力矩为MT,行星齿轮的特性常数k1＝Z3/Z1，其中Z3为内齿圈7的齿数，Z1为太阳轮5的齿数，g1为初级传动机构G1的初级传动比，g2为末级传动机构G2的末级传动比。
同理在图5中可以直观的看出电机一MG1、电机二MG2与发动机ENG三者之间转速关系，图中L1表示电机二MG2转速为零时只有发动机ENG作为动力。L2表示电机二MG2作为发电机工作其转速方向与发动机ENG相反，因此输出MTg2变小。L2表示发动机ENG与电机二MG2形成空转，输出MTg2为零，即为怠速停车情况。
图5中用相关公式表示转速关系即为WMG1＝WENG，
从图4、5能够看出本驱动装置的传动变化为无极变速，且动力传动效率明显。通过该公式计算得到需要的电机一MG1转速和扭矩，需要的电机二MG2转速和扭矩，需要的发动机ENG转速和扭矩，把需要的电机一MG1转速和扭矩与反馈的当前电机一MG1转速和扭矩进行比较确定并输出电机一MG1的控制指令，把需要的电机二MG2转速和扭矩与反馈的电机二MG2转速和扭矩进行比较确定并输出电机二MG2控制指令，把需要的发动机ENG转速和扭矩与反馈的发动机ENG转速和扭矩进行比较确定输出发动机ENG控制指令。因此对于不同的工作模式下控制电机一MG1和电机二MG2分别做电动机或发动机ENG运行，也同时控制发动机ENG是否开始工作。在电机一MG1和电机二MG2作为发电机时由发动机ENG带动电机一MG1、电机二MG2发电。电机一MG1不管作为发电机还是电动机都对发动机ENG起到协调扭矩的作用。因此电机一MG1与发动机ENG通过轴直接连接从而导致电机一MG1和发动机ENG的转速始终保持一致。电机二MG2通过连接行星机构B与连接发动机ENG的输出端可以同时调节发动机ENG的扭矩和转速。在电机一MG1、电机二MG2作为发电机和电动机不同工作形态下对发动机ENG的扭矩和转速进行协调，而行星机构B的可以从正负两个方向协调扭矩与转速从而达到增强动力传动效率的目的。从而使得发动机ENG一直工作在良好的转速和负荷状态下，减少了发动机ENG的排放而提高了燃油经济性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了控制器ECU、电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG、初级传动机构G1、末级传动机构G2、行星机构B、后轮T、蓄电池2、油门3、控制模块4、太阳轮5、行星轮6、行星架61、内齿圈7、发动机转速扭矩传感器11、MG1转速扭矩传感器12、MG2转速扭矩传感器13、后轮输出转速传感器14、电量传感器21、油门开度传感器31等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (5)

1.一种混合动力车辆驱动装置，包括发动机(ENG)、输出链条、用于接收车辆状态信号后做出控制判断且输出控制指令的控制模块(4)，其特征在于，该装置还包括初级传动机构(G1)、末级传动机构(G2)、行星机构(B)及能够根据控制模块(4)调节切换发电机与电动机功能的电机一(MG1)和电机二(MG2)，电机一(MG1)轴连接发动机(ENG)，发动机(ENG)通过初级传动机构(G1)连接行星机构(B)，电机二(MG2)轴连接行星机构(B)，行星机构(B)连接输出链条，控制模块(4)电分别连接电机一(MG1)、电机二(MG2)和发动机(ENG)。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆驱动装置，其特征在于，所述行星机构(B)包括太阳轮(5)、行星轮(6)与内齿圈(7)，太阳轮(5)与行星轮(6)啮合，行星轮(6)与内齿圈(7)啮合，上述初级传动机构(G1)的输出端轴连接行星轮(6)的行星架(61)，电机二(MG2)轴连接太阳轮(5)，内齿圈(7)通过末级传动机构(G2)连接输出链条。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆驱动装置，其特征在于，所述控制模块(4)包括控制器(ECU)、设置于油门(3)上的油门开度传感器(31)、设置于发动机(ENG)上的发动机转速扭矩传感器(11)、设置于电机一(MG1)上的MG1转速扭矩传感器(12)、设置于电机二(MG2)上的MG2转速扭矩传感器(13)和设置于后轮(T)输出轴上的后轮输出转速传感器(14)，所述油门开度传感器(31)、发动机转速扭矩传感器(11)、MG1转速扭矩传感器(12)、MG2转速扭矩传感器(13)和后轮输出转速传感器(14)分别电连接控制器(ECU)输入端，控制器(ECU)输出端分别连接电机一(MG1)、电机二(MG2)、发动机(ENG)。
4.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆驱动装置，其特征在于，本装置还包括蓄电池(2)，上述电机一(MG1)、电机二(MG2)电连接蓄电池(2)。
5.根据权利要求4所述的混合动力车辆驱动装置，其特征在于，所述控制模块(4)还包括设置于蓄电池(2)上的电量传感器(21)，所述电量传感器(21)连接于控制器(ECU)的输入端。
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