專利名稱：混合動力汽車用的動力耦合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對動力源之間的動力分配與控制的一種裝置，更具體地說是涉及一種混合動力汽車用的動力耦合裝置。
背景技術(shù)：
節(jié)能與環(huán)保是21世紀(jì)汽車發(fā)展的兩大主題，電動汽車是傳統(tǒng)燃油內(nèi)燃機(jī)汽車的理想替代品，但受蓄電池能量的限制以及燃料電池高成本的約束，混合動力汽車可視為一種綜合解決上述問題的可行方案?；旌蟿恿ζ囀怯蓛煞N或兩種以上動力源提供動力，當(dāng)前比較普遍的方案是采用發(fā)動機(jī)與電動機(jī)、發(fā)電機(jī)進(jìn)行組合。如何實(shí)現(xiàn)混合動力汽車發(fā)動機(jī)與電動機(jī)、發(fā)電機(jī)之間的動力分配，是發(fā)展混合動力汽車必須解決的關(guān)鍵問題之一。
混合動力汽車有多種動力源，如儲能元件和發(fā)動機(jī)，因此，其驅(qū)動方式也比較多樣。根據(jù)動力源的結(jié)合方式不同可以分為串聯(lián)混合動力汽車(SHV)、并聯(lián)混合動力汽車(PHV)和串并聯(lián)混合動力汽車(SPHV)。
并聯(lián)混合動力汽車(PHV)的發(fā)動機(jī)和驅(qū)動輪有機(jī)械連接，但是在發(fā)動機(jī)和驅(qū)動輪之間加入發(fā)電機(jī)與電動機(jī)。發(fā)電機(jī)與電動機(jī)既可發(fā)電又可電動。在PHV中，發(fā)動機(jī)輸出驅(qū)動汽車的大部分動力，當(dāng)所要求的轉(zhuǎn)矩變化很快時，發(fā)電機(jī)與電動機(jī)作為發(fā)動機(jī)的輔助動力源，例如，加速和減速。由于發(fā)動機(jī)的機(jī)械能可直接輸出到汽車驅(qū)動橋，中間沒有能量的轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)效率較高，燃油消耗也較少。串聯(lián)混合動力汽車(SHV)則擁有第二動力源(可以是發(fā)動機(jī)驅(qū)動的發(fā)電機(jī)、把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池、把氧化物組成系統(tǒng)的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的燃料電池)。其驅(qū)動電動機(jī)與純電動汽車(PEV)一樣，由于SHV的發(fā)動機(jī)與驅(qū)動輪之間沒有直接的機(jī)械連接，比較易于對該動力源進(jìn)行最佳控制，結(jié)果使發(fā)動機(jī)可穩(wěn)定于高效區(qū)或低排放區(qū)附近工作。因此，SHV的排放要優(yōu)于傳統(tǒng)車輛與PHV，并且相對于PEV來說，其從外部充電的頻率也進(jìn)一步減少。
串并聯(lián)式混合動力汽車(SPHV)可進(jìn)一步分為根據(jù)控制需求切換到并聯(lián)式或串聯(lián)式的開關(guān)式SPHV和連續(xù)型SPHV，這兩種方式均接合了串聯(lián)與并聯(lián)式方案的優(yōu)點(diǎn)，因此，具有最佳的綜合性能。
用于串并聯(lián)式的動力耦合裝置目前較多采用的是復(fù)雜行星齒輪機(jī)構(gòu)，或者有的還需要加裝變速器、離合器等裝置，使整個傳動系結(jié)構(gòu)不緊湊。這些機(jī)構(gòu)一般都需要較大的改裝或重新設(shè)計，對生產(chǎn)的工藝性要求較高，試制加工周期較長；另外對行星齒輪機(jī)構(gòu)的控制也相對比較復(fù)雜，不易于工程實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供一種利用傳統(tǒng)的汽車用差速器作為混合動力汽車的動力耦合裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。所述的動力耦合裝置是采用傳統(tǒng)的差速器，該差速器的左半軸齒輪與右半軸齒輪分別通過左、右半軸連接發(fā)電機(jī)與電動機(jī)，主減速器的主動齒輪固定連接在發(fā)動機(jī)的輸出軸上，主減速器的主動齒輪與主減速器的從動齒輪在兩者旋轉(zhuǎn)軸線共面且互相垂直的狀態(tài)中相嚙合，主減速器的從動齒輪與左半軸齒輪是同一旋轉(zhuǎn)軸線，主減速器的從動齒輪通過十字軸帶動與左半軸齒輪和右半軸齒輪相嚙合的行星齒輪繞左半軸齒輪和右半軸齒輪的軸線旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)的輸出軸通過傳動軸連接驅(qū)動橋，驅(qū)動車輪行駛。發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)與電動機(jī)分別安裝在汽車的底盤上。
在技術(shù)方案中所述的電動機(jī)左側(cè)的輸入軸上由右至左依次安裝有電控離合器與電控制動器；在發(fā)動機(jī)上安裝有控制發(fā)動機(jī)的開關(guān)、負(fù)荷轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)控制器，在汽車的底盤上安裝有控制發(fā)電機(jī)與電動機(jī)的開關(guān)、轉(zhuǎn)速與負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的發(fā)電機(jī)控制器和電動機(jī)控制器；發(fā)動機(jī)與發(fā)動機(jī)控制器用信號線連接，發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、安裝在汽車底盤上的蓄電池、電動機(jī)控制器和電動機(jī)依次用電纜線連接；在車上安裝有統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制發(fā)動機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)控制器和電動機(jī)控制器的整車控制器，整車控制器分別和發(fā)動機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)控制器和電動機(jī)控制器用信號線連接。在汽車的底盤上安裝有控制發(fā)動機(jī)開啟的起動機(jī)。在整車控制器上裝有自編的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制發(fā)動機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)控制器和電動機(jī)控制器的計算機(jī)程序裝置，在整車控制器的控制下，作為混合動力汽車動力耦合裝置的傳統(tǒng)差速器使得發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)與電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了如下的工作流程1.整車控制器查取上一時間步循環(huán)車速；2.整車控制器查取當(dāng)前時間步循環(huán)車速；3.整車控制器接收當(dāng)前驅(qū)動系統(tǒng)各總成狀態(tài)信號；4.整車控制器根據(jù)當(dāng)前循環(huán)車速和當(dāng)前加速度計算路載轉(zhuǎn)矩(或功率)需求和轉(zhuǎn)速需求；5.根據(jù)路載轉(zhuǎn)速需求計算電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；6.根據(jù)路載功率需求與蓄電池電量狀態(tài)等總成狀態(tài)信號，計算發(fā)動機(jī)最佳工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，整車控制器向發(fā)動機(jī)控制器輸出狀態(tài)指令；7.根據(jù)差速器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩關(guān)系式2ωe＝ωg+ωmTg=Te2]]>(公式I)TL-Tm=Te2]]>式中ωe，ωg，ωm——分別為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)速；Te，Tg，Tm，TL——分別為發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)電動轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩；由于發(fā)動機(jī)(9)最佳工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩由第6步計算確定，可計算發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，整車控制器向發(fā)電機(jī)控制器輸出狀態(tài)指令；
8.根據(jù)路載轉(zhuǎn)矩要求及上述公式I計算電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，并接合步驟5確定的電動機(jī)轉(zhuǎn)速，整車控制器向電動機(jī)控制器輸出狀態(tài)指令；9.判斷循環(huán)是否結(jié)束，若循環(huán)未結(jié)束，則重復(fù)上述步驟。
本發(fā)明的有益效果是1.利用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置，實(shí)現(xiàn)混合動力汽車連續(xù)型串并聯(lián)驅(qū)動形式。本發(fā)明根據(jù)傳統(tǒng)汽車用對稱式差速器的轉(zhuǎn)速差速，轉(zhuǎn)矩平均分配的原理，使其輸入軸連接發(fā)動機(jī)，兩輸出軸分別連接電動機(jī)與發(fā)電機(jī)，使發(fā)動機(jī)動力輸出的一半的轉(zhuǎn)矩輸出給發(fā)電機(jī)發(fā)電，另一半轉(zhuǎn)矩驅(qū)動車輪，實(shí)現(xiàn)混合動力汽車的連續(xù)型串并聯(lián)驅(qū)動形式。因此，該差速器可用作混合動力汽車的動力耦合裝置，從而大大簡化了混合動力汽車動力耦合裝置的全新設(shè)計與試制，節(jié)省時間，節(jié)約開銷。
2.利用該混合動力汽車用的動力耦合裝置可實(shí)現(xiàn)電動無級變速器(ECVT)功能，并可削除變速器，使整個系統(tǒng)得到簡化。該裝置利用差速器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩傳遞與分配關(guān)系，通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩可使發(fā)動機(jī)工作在最佳效率點(diǎn)，徹底解決了傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)由于與車輪的機(jī)械連接造成的工作點(diǎn)效率低下的問題，從而實(shí)現(xiàn)ECVT功能。并且可利用高轉(zhuǎn)矩特性的電動機(jī)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)變速器的增加轉(zhuǎn)矩功能，這樣可消除變速器等機(jī)構(gòu)。
3.利用該混合動力汽車用的動力耦合裝置通過合理控制發(fā)電機(jī)輸出功率，可實(shí)現(xiàn)行車過程中實(shí)時調(diào)節(jié)電池SOC(電量狀態(tài))的功能。
4.參閱圖6，圖6所示的是混合動力汽車用的動力耦合裝置的另一種技術(shù)方案的衍生裝置，即在圖1所示混合動力汽車用的動力耦合裝置中電動機(jī)左側(cè)的輸入軸上由右至左依次安裝有電控離合器與電控制動器。當(dāng)發(fā)動機(jī)停止工作，分離離合器，通過電動機(jī)即可驅(qū)動整車，可實(shí)現(xiàn)純電動行駛的功能，純電動行駛可更大程度節(jié)省燃油消耗，可進(jìn)一步提高整車的效率。這種混合動力汽車用的動力耦合裝置還可實(shí)現(xiàn)串聯(lián)式驅(qū)動，即當(dāng)電池SOC較低，電控離合器分離，電控制動器接合，發(fā)動機(jī)僅對發(fā)電機(jī)進(jìn)行充電，使電池SOC能快速維持到合理范圍，這樣能減小電池深度放電，提高電池的使用壽命。


圖1是采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置的工作流程圖；圖3是給出了采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置各軸轉(zhuǎn)速在一個典型行駛模式中的周期變化規(guī)律曲線；圖4是給出了采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置各軸所聯(lián)接的動力源(發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、發(fā)動機(jī))輸出的轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律曲線；圖5是給出了采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置各軸轉(zhuǎn)速在一個典型行駛模式中關(guān)系對比曲線；圖6是給出了采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置的可實(shí)現(xiàn)純電動行駛功能的另一種技術(shù)方案的衍生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖7是給出了圖6所示的采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置的衍生裝置用于混合動力驅(qū)動的工作流程8是給出了采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置的衍生裝置各軸轉(zhuǎn)速在另一個典型行駛模式中的周期變化規(guī)律曲線；圖9是給出了采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車用的動力耦合裝置的衍生裝置各軸所聯(lián)接的動力源(發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、發(fā)動機(jī))輸出的轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律曲線；圖中1.左半軸齒輪，2.右半軸齒輪，3.主減速器的從動齒輪，4.行星齒輪，5.十字軸，6.主減速器的主動齒輪，7.發(fā)電機(jī)，8.電動機(jī)，9.發(fā)動機(jī)，10.蓄電池，11.驅(qū)動橋，12.車輪，13.電動機(jī)控制器，14.發(fā)電機(jī)控制器，15.起動機(jī)，16.整車控制器(ECU)，17.發(fā)動機(jī)控制器，18.電動機(jī)轉(zhuǎn)速(曲線)，19.發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速(曲線)，20.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速(曲線)，21.電動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩(曲線)，22.發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩(曲線)，23.發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩(曲線)，24.發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電動機(jī)轉(zhuǎn)速之和(曲線)，25.發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的兩倍(曲線)，26.電控制動器，27.電控離合器。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述參閱圖1，所述的混合動力汽車用的動力耦合裝置是采用傳統(tǒng)的差速器，在混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對動力源(發(fā)電機(jī)7、電動機(jī)8、發(fā)動機(jī)9)之間的動力分配與工作。該差速器的左半軸齒輪1與右半軸齒輪2分別通過左、右半軸連接發(fā)電機(jī)7與電動機(jī)8，主減速器的主動齒輪6固定連接在發(fā)動機(jī)9的輸出軸上，主減速器的主動齒輪6與主減速器的從動齒輪3在兩者旋轉(zhuǎn)軸線共面且互相垂直的狀態(tài)中相嚙合，主減速器的從動齒輪3與左半軸齒輪1是同一旋轉(zhuǎn)軸線，左半軸齒輪1的旋轉(zhuǎn)軸線與右半軸齒輪2的旋轉(zhuǎn)軸線共線，主減速器的從動齒輪3通過十字軸5帶動與左半軸齒輪1和右半軸齒輪2相嚙合的行星齒輪4繞左半軸齒輪1和右半軸齒輪2的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)8的輸出軸通過傳動軸連接驅(qū)動橋11，從而驅(qū)動車輪12行駛。發(fā)動機(jī)9、發(fā)電機(jī)7與電動機(jī)8分別安裝在汽車的底盤上。
在發(fā)動機(jī)9上安裝有控制發(fā)動機(jī)9的開關(guān)、負(fù)荷轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)控制器17，在汽車的底盤上安裝有控制發(fā)電機(jī)7與電動機(jī)8的開關(guān)、轉(zhuǎn)速與負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的發(fā)電機(jī)控制器14和電動機(jī)控制器13；發(fā)動機(jī)9與發(fā)動機(jī)控制器17用信號線連接，發(fā)電機(jī)7、發(fā)電機(jī)控制器14、安裝在汽車底盤上的蓄電池10、電動機(jī)控制器13和電動機(jī)8依次用電纜線連接；另外在車上還安裝有統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制發(fā)動機(jī)控制器17、發(fā)電機(jī)控制器14和電動機(jī)控制器13的整車控制器(ECU)16，整車控制器16接受鑰匙開關(guān)信號，加速踏板、制動踏板及擋位、車速，SOC等整車信號綜合控制發(fā)動機(jī)控制器17，發(fā)電機(jī)控制器14及電動機(jī)控制器13，進(jìn)而決定三大動力源之間的工作狀態(tài)，使?jié)M足整車路載功率要求的同時，保持電池SOC平衡并維持系統(tǒng)在高效區(qū)工作。整車控制器16分別和發(fā)動機(jī)控制器17、發(fā)電機(jī)控制器14和電動機(jī)控制器13用信號線連接。在汽車的底盤上安裝有控制發(fā)動機(jī)開啟的起動機(jī)15。參閱圖2，在整車控制器16上裝有自編的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制發(fā)動機(jī)控制器17、發(fā)電機(jī)控制器14和電動機(jī)控制器13的計算機(jī)程序裝置，在整車控制器16的控制下，作為混合動力汽車動力耦合裝置的傳統(tǒng)差速器使得發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)與電動機(jī)實(shí)現(xiàn)了如下的工作流程1.整車控制器16查取上一時間步循環(huán)車速；2.整車控制器16查取當(dāng)前時間步循環(huán)車速；3.整車控制器16接收當(dāng)前驅(qū)動系統(tǒng)各總成狀態(tài)信號；4.整車控制器16根據(jù)當(dāng)前循環(huán)車速和當(dāng)前加速度計算路載轉(zhuǎn)矩(或功率)需求和轉(zhuǎn)速需求；5.根據(jù)路載轉(zhuǎn)速需求計算電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；6.根據(jù)路載功率需求與蓄電池10電量狀態(tài)等總成狀態(tài)信號，計算發(fā)動機(jī)9最佳工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，整車控制器16向發(fā)動機(jī)控制器17輸出狀態(tài)指令；7.根據(jù)差速器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩關(guān)系式2ωe＝ωg+ωmTg=Te2]]>(公式I)TL-Tm=Te2]]>式中ωe，ωg，ωm——分別為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)速；Te，Tg，Tm，TL——分別為發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)電動轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩；由于發(fā)動機(jī)(9)最佳工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩由第6步計算確定，可計算發(fā)電機(jī)7的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，整車控制器16向發(fā)電機(jī)控制器14輸出狀態(tài)指令；8.根據(jù)路載轉(zhuǎn)矩要求及上述公式I計算電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，并接合步驟5確定的電動機(jī)轉(zhuǎn)速，整車控制器16向電動機(jī)控制器13輸出狀態(tài)指令；9.判斷循環(huán)是否結(jié)束，若循環(huán)未結(jié)束，則重復(fù)上述步驟。
參閱圖6，它是圖1所示的混合動力汽車用的動力耦合裝置的一種衍生裝置，即在圖1所示的混合動力汽車用的動力耦合裝置的基礎(chǔ)上，在電動機(jī)8左側(cè)的輸入軸上由右至左依次加裝電控離合器27與電控制動器26，當(dāng)電控制動器26分離，離合器27接合時，該混合動力汽車用的動力耦合裝置和上述差速器裝置完全相同。但通過對制動器26的接合，離合器27分離控制時，而且，當(dāng)發(fā)動機(jī)關(guān)閉時，利用蓄電池10內(nèi)的電能，僅用電動機(jī)8驅(qū)動整車，實(shí)現(xiàn)純電動行駛；由于純電動行駛會使蓄電池10的SOC下降較低，當(dāng)蓄電池10的SOC較低時，發(fā)動機(jī)9可參與工作，對發(fā)電機(jī)7進(jìn)行充電，蓄電池10的SOC即可維持在合理范圍內(nèi)，保持蓄電池10的S0C平衡并維持系統(tǒng)在高效區(qū)工作。參閱圖7，在整車控制器16的控制下，該衍生裝置的動力耦合裝置使得發(fā)動機(jī)9、發(fā)電機(jī)7與電動機(jī)8實(shí)現(xiàn)了如下的工作流程1.整車控制器16查取上一時間步循環(huán)車速；2.整車控制器16查取當(dāng)前時間步循環(huán)車速；3.整車控制器16接收當(dāng)前驅(qū)動系統(tǒng)各總成狀態(tài)信號；
4.整車控制器16根據(jù)當(dāng)前循環(huán)車速和當(dāng)前加速度計算路載轉(zhuǎn)矩(或功率)需求和轉(zhuǎn)速需求；5.整車控制器16根據(jù)車速、路載功率需求及總成狀態(tài)信號判斷是否純電動行駛；6.若純電動，則分離離合器27，并關(guān)閉發(fā)動機(jī)9、發(fā)電機(jī)7，向電動機(jī)控制器13輸出狀態(tài)指令；7.若不是純電動，計算發(fā)動機(jī)9最佳工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，整車控制器16向發(fā)動機(jī)電控器17輸出狀態(tài)指令；8.根據(jù)整車轉(zhuǎn)速，計算電動機(jī)9轉(zhuǎn)速，并利用差速器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩關(guān)系式I計算發(fā)電機(jī)7的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，整車控制器16向發(fā)電機(jī)控制器輸14出狀態(tài)指令；9.根據(jù)整車轉(zhuǎn)速，計算電動機(jī)8轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，整車控制器16向電動機(jī)控制器13輸出狀態(tài)指令；10.判斷循環(huán)是否結(jié)束，若循環(huán)未結(jié)束，則重復(fù)上述步驟。
本發(fā)明的工作原理是參閱圖1，發(fā)動機(jī)9作為混合動力汽車的主要動力源，當(dāng)汽車行駛時，發(fā)動機(jī)9帶動主減速器的主動齒輪6轉(zhuǎn)動，主減速器的主動齒輪6帶動主減速器的從動齒輪3轉(zhuǎn)動，主減速器的從動齒輪3通過十字軸5、行星齒輪4、左半軸齒輪1、右半軸齒輪2和左右半軸帶動發(fā)電機(jī)7與電動機(jī)8轉(zhuǎn)動。汽車行駛時要求的動力主要由發(fā)動機(jī)9輸出，發(fā)動機(jī)9輸出的動力通過差速器分兩部分輸入到差速器的兩個輸出端，其中一部分動力通過與差速器左端相連接的發(fā)電機(jī)7發(fā)電，向蓄電池10進(jìn)行充電；另一部分動力則通過電動機(jī)8轉(zhuǎn)子和傳動軸輸出到驅(qū)動橋11，進(jìn)而驅(qū)動車輪行駛。當(dāng)發(fā)動機(jī)9的這部分動力不能滿足驅(qū)動需求(如急加速情況)，則通過整車控制器(ECU)16控制電動機(jī)8電動，以補(bǔ)充不足的動力來滿足驅(qū)動需求，此時，發(fā)電機(jī)7存貯在蓄電池10內(nèi)的電能通過電動機(jī)8的電動狀態(tài)輸出，即實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)9與電動機(jī)8的聯(lián)合驅(qū)動。當(dāng)制動減速時，電動機(jī)8也可充當(dāng)發(fā)電功能，把整車的動能轉(zhuǎn)換為電能存貯到蓄電池10里。而當(dāng)要求的功率比較小(如小負(fù)荷勻速行駛)時，發(fā)動機(jī)9同樣被整車控制器(ECU)16調(diào)節(jié)在小功率曲線上尋找其最佳效率點(diǎn)工作。該動力耦合裝置所連接的三個動力源(發(fā)動機(jī)9、發(fā)電機(jī)7與電動機(jī)8)在汽車行駛過程中均參與工作，并且發(fā)動機(jī)9的動力輸出均通過整車控制器(ECU)16控制，使其保持工作在不同級別大小的功率曲線上的最佳效率點(diǎn)。
參閱圖6，該衍生裝置是為了滿足整車以小負(fù)荷勻速行駛(所要求的驅(qū)動功率很小)，并且蓄電池10所存貯的電能量比較充足時而設(shè)計的，整車控制器16控制電控離合器27分離，電控制動器26接合，同時控制發(fā)動機(jī)9與發(fā)電機(jī)7關(guān)閉，由蓄電池10所存貯的電能來驅(qū)動電動機(jī)8轉(zhuǎn)動，進(jìn)而達(dá)到汽車純電動行駛，整車控制器16可控制電動機(jī)8輸出整車所需求的動力需求。而在其它情況下，整車控制器16控制電控制動器26分離，電控離合器27接合，其工作原理與上述討論完全相同。圖6所示的技術(shù)方案能夠?qū)崿F(xiàn)純電動行駛的功能，具有更佳的整車性能。
試驗(yàn)分析參閱圖3、圖4和圖5，圖3和圖4中所示的是采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車動力耦合裝置進(jìn)行的一整個試驗(yàn)過程中各動力源的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律的試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線。在該試驗(yàn)過程中，包括前半部分的低速段加速、均速、減速過程，以及后半部分的高速段加速、均速與減速過程。不管在那個部分，電動機(jī)轉(zhuǎn)速18跟隨車速的變化規(guī)律，并且發(fā)動機(jī)均參與工作，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速19與發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩22均被整車控制器16調(diào)節(jié)到最佳效率點(diǎn)工作。從轉(zhuǎn)速變化規(guī)律曲線(參閱圖3)來看，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速19在低速段的加速、勻速和減速過程，以及高速段的大部分加速過程，勻速過程和減速過程，均被控制在最佳的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速點(diǎn)工作，即與車速變化隔離，而通過對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速20進(jìn)行控制，使電動機(jī)轉(zhuǎn)速18跟隨車速變化。而在高速段的加速過程后半部分，由于要求的負(fù)載功率增大，整車控制器16調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)的最佳效率點(diǎn)向更大功率處提高，即發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速19相應(yīng)增加以適應(yīng)路載功率的要求。由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速19被控制在最佳效率點(diǎn)工作，其轉(zhuǎn)速與車速隔離，即自動實(shí)現(xiàn)了類似傳統(tǒng)無級變速功能，使發(fā)動機(jī)穩(wěn)定工作于最佳效率點(diǎn)，油耗與排放可顯著降低。另外，從各動力源轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律曲線來看(參閱圖4)，在加速過程(無論是低速段，還是高速段)，發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩22逐漸增加(其轉(zhuǎn)速被調(diào)節(jié)到穩(wěn)定點(diǎn))以適應(yīng)路載功率要求，此時，由于發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩22輸出的一部分動力給發(fā)電機(jī)7充電，如發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩23曲線所示，當(dāng)發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩22滿足不了要求的路載功率要求時，此時，由電動機(jī)輸出電動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩21來補(bǔ)充。在制動減速過程，電動機(jī)8還可以充當(dāng)發(fā)電功能，對整車動能進(jìn)行制動能量回收。
參閱圖5，圖5所示的是采用傳統(tǒng)差速器作為混合動力汽車動力耦合裝置進(jìn)行的上述整個試驗(yàn)過程中各軸轉(zhuǎn)速關(guān)系對比曲線。在整個過程，傳統(tǒng)差速器耦合裝置的三端轉(zhuǎn)速滿足以下關(guān)系，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的兩倍25正好是發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速與電動機(jī)轉(zhuǎn)速之和24。正是傳統(tǒng)差速器的這一關(guān)系，使得電動機(jī)轉(zhuǎn)速18跟隨車速變化，而發(fā)動機(jī)9被控制在最佳轉(zhuǎn)速點(diǎn)工作，均通過發(fā)電機(jī)7的轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)。
衍生裝置試驗(yàn)分析參閱圖8和圖9，圖8和圖9所示的是采用該衍生裝置作為混合動力汽車動力耦合裝置進(jìn)行的另一試驗(yàn)過程中各動力源的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩變化規(guī)律試驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線。在該試驗(yàn)過程中，同樣包括前半部分的低速段加速、均速、減速過程，以及后半部分的高速段加速、均速與減速過程。在低速段的加速過程，當(dāng)加速到一定車速之前，整車控制器16首先判斷為純電動行駛，控制電控離合器27分離，電控制動器26接合，同時關(guān)閉發(fā)動機(jī)9與發(fā)電機(jī)7(此時SOC較高)；當(dāng)加速到一定車速以后，整車控制器16要求發(fā)動機(jī)9參與工作，此時，電控制動器26分離，電控離合器27接合，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速19與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速20隨之增加；而在后半部分的高速段內(nèi)，發(fā)動機(jī)9始終工作。這種控制方式由于多增加了純電動行駛功能，更能使整車油耗與排放顯著降低。
另外從圖9的曲線還可看出，當(dāng)發(fā)動機(jī)9工作，發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩22輸出與發(fā)電機(jī)工作轉(zhuǎn)矩23滿足如下關(guān)系一半的發(fā)動機(jī)工作轉(zhuǎn)矩22輸出給發(fā)電機(jī)7發(fā)電，另一半轉(zhuǎn)矩輸出給電動機(jī)8端，驅(qū)動整車行駛。這也是利用傳統(tǒng)差速器動力傳遞特性來進(jìn)行自動分配的，若發(fā)動機(jī)9一半轉(zhuǎn)矩能滿足驅(qū)動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩要求，電動機(jī)8不參與工作，發(fā)電機(jī)7發(fā)電，在蓄電池10里儲存電能；若不能滿足驅(qū)動對轉(zhuǎn)矩的要求，電動機(jī)8參與驅(qū)動，釋放發(fā)電機(jī)7存貯在蓄電池10內(nèi)的電能，聯(lián)合驅(qū)動整車加速。當(dāng)發(fā)生制動時，電動機(jī)8還具有發(fā)電功能，回收制動能量。這種驅(qū)動特性實(shí)現(xiàn)了典型混合動力汽車的串并模式。通過合理的控制策略，發(fā)電機(jī)7把發(fā)動機(jī)9一半的動力輸出轉(zhuǎn)換為電能存貯起來，加之制動過程通過電動機(jī)8回收的再生制動能量，兩部分的能量可提供為下個加速過程電動機(jī)8參與電動的能量，即可實(shí)現(xiàn)蓄電池10的SOC的平衡。
通過上述分析表明，用差速器作為混合動力汽車的動力耦合裝置可實(shí)現(xiàn)混合動力汽車的純電動，發(fā)動機(jī)9工作并充電，發(fā)動機(jī)9與電動機(jī)8聯(lián)合驅(qū)動、制動能量回收等典型混合動力汽車驅(qū)動模式。且通過調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)7轉(zhuǎn)速，使電動機(jī)8隨著車速的同時，可維持發(fā)動機(jī)9工作于最佳轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩點(diǎn)，從而大大改善整車的經(jīng)濟(jì)性能。
權(quán)利要求
1.一種混合動力汽車用的動力耦合裝置，其特征在于，所述的動力耦合裝置是采用傳統(tǒng)的差速器，該差速器的左半軸齒輪(1)與右半軸齒輪(2)分別通過左、右半軸連接發(fā)電機(jī)(7)與電動機(jī)(8)，主減速器的主動齒輪(6)固定連接在發(fā)動機(jī)(9)的輸出軸上，主減速器的主動齒輪(6)與主減速器的從動齒輪(3)在兩者旋轉(zhuǎn)軸線共面且互相垂直的狀態(tài)中相嚙合，主減速器的從動齒輪(3)與左半軸齒輪(1)是同一旋轉(zhuǎn)軸線，主減速器的從動齒輪(3)通過十字軸(5)帶動與左半軸齒輪(1)和右半軸齒輪(2)相嚙合的行星齒輪(4)繞左半軸齒輪(1)和右半軸齒輪(2)的軸線旋轉(zhuǎn)，電動機(jī)(8)的輸出軸通過傳動軸連接驅(qū)動橋(11)，驅(qū)動車輪(12)行駛；發(fā)動機(jī)(9)、發(fā)電機(jī)(7)與電動機(jī)(8)分別安裝在汽車的底盤上。
2.按照權(quán)利要求1所述的混合動力汽車用的動力耦合裝置，其特征在于，在電動機(jī)(8)左側(cè)的輸入軸上由右至左依次安裝有電控離合器(27)與電控制動器(26)，它們分別與整車控制器(16)用信號線連接。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的混合動力汽車用的動力耦合裝置，其特征在于，在發(fā)動機(jī)(9)上安裝有控制發(fā)動機(jī)(9)的開關(guān)、負(fù)荷轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的發(fā)動機(jī)控制器(17)，在汽車的底盤上安裝有控制發(fā)電機(jī)(7)與電動機(jī)(8)的開關(guān)、轉(zhuǎn)速與負(fù)荷轉(zhuǎn)矩的發(fā)電機(jī)控制器(14)和電動機(jī)控制器(13)；發(fā)動機(jī)(9)與發(fā)動機(jī)控制器(17)用信號線連接，發(fā)電機(jī)(7)、發(fā)電機(jī)控制器(14)、安裝在汽車底盤上的蓄電池(10)、電動機(jī)控制器(13)和電動機(jī)(8)依次用電纜線連接；在車上安裝有統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制發(fā)動機(jī)控制器(17)、發(fā)電機(jī)控制器(14)和電動機(jī)控制器(13)的整車控制器(16)，整車控制器(16)分別和發(fā)動機(jī)控制器(17)、發(fā)電機(jī)控制器(14)和電動機(jī)控制器(13)用信號線連接，在汽車的底盤上安裝有控制發(fā)動機(jī)(9)開啟的起動機(jī)(15)。
4.按照權(quán)利要求3所述的混合動力汽車用的動力耦合裝置，其特征在于，在整車控制器(16)上裝有自編的統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制發(fā)動機(jī)控制器(17)、發(fā)電機(jī)控制器(14)和電動機(jī)控制器(13)的計算機(jī)程序裝置，在整車控制器(16)的控制下，作為混合動力汽車動力耦合裝置的傳統(tǒng)差速器使得發(fā)動機(jī)(9)、發(fā)電機(jī)(7)與電動機(jī)(8)實(shí)現(xiàn)了如下的工作流程1)整車控制器(16)查取上一時間步循環(huán)車速；2)整車控制器(16)查取當(dāng)前時間步循環(huán)車速；3)整車控制器(16)接收當(dāng)前驅(qū)動系統(tǒng)各總成狀態(tài)信號；4)整車控制器(16)根據(jù)當(dāng)前循環(huán)車速和當(dāng)前加速度計算路載轉(zhuǎn)矩需求和轉(zhuǎn)速需求；5)根據(jù)路載轉(zhuǎn)速需求計算電動機(jī)的轉(zhuǎn)速；6)根據(jù)路載功率需求與蓄電池(10)電量狀態(tài)等總成狀態(tài)信號，計算發(fā)動機(jī)(9)最佳工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩，整車控制器(16)向發(fā)動機(jī)控制器(17)輸出狀態(tài)指令；7)根據(jù)差速器轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩關(guān)系式2ωe＝ωg+ωmTg=Te2]]>TL-Tm=Te2]]>式中ωe，ωg，ωm——分別為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和電動機(jī)轉(zhuǎn)速；Te，Tg，Tm，TL——分別為發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)發(fā)電轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)電動轉(zhuǎn)矩以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩；由于發(fā)動機(jī)(9)最佳工作點(diǎn)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩由第6)步計算確定，可計算發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，整車控制器(16)向發(fā)電機(jī)控制器(14)輸出狀態(tài)指令；8)根據(jù)路載轉(zhuǎn)矩要求及上述公式計算電動機(jī)轉(zhuǎn)矩，并接合步驟5)確定的電動機(jī)轉(zhuǎn)速，整車控制器(16)向電動機(jī)控制器(13)輸出狀態(tài)指令；9)判斷循環(huán)是否結(jié)束，若循環(huán)未結(jié)束，則重復(fù)上述步驟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種混合動力汽車用的動力耦合裝置，該裝置是采用傳統(tǒng)的差速器，其左半軸齒輪(1)與右半軸齒輪(2)分別連接發(fā)電機(jī)(7)與電動機(jī)(8)，主減速器的主動齒輪(6)固定在發(fā)動機(jī)(9)的輸出軸上，主減速器的從動齒輪(3)與主減速器的主動齒輪(6)嚙合連接，且通過十字軸(5)帶動行星齒輪(4)，電動機(jī)(8)連接驅(qū)動橋(11)，驅(qū)動車輪(12)行駛。在發(fā)動機(jī)(9)與汽車底盤上分別安裝有控制動力源的開關(guān)、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的發(fā)動機(jī)控制器(17)與發(fā)電機(jī)控制器(14)、電動機(jī)控制器(13)，這些控制器均由整車控制器(16)統(tǒng)一協(xié)調(diào)與控制。本發(fā)明簡化了試制，消除了變速器、離合器等機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)無級自動變速。
文檔編號B60K6/02GK101020410SQ20071005530
公開日2007年8月22日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者曾小華, 王慶年, 王偉華, 于遠(yuǎn)彬, 宋大鳳, 靳立強(qiáng), 朱慶林, 于永濤, 王鵬宇 申請人:吉林大學(xué)