專利名稱：插電式集成起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種車輛工程技術領域的轎車驅動系統(tǒng)，具體是一種插電式集成 起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)。
背景技術：
隨著世界能源的緊張與人類環(huán)保意識的加強，安全、節(jié)能、環(huán)保成為當今汽 車發(fā)展的主題。作為新能源汽車之一的混合動力汽車能夠較好的解決上述問題。 混合動力汽車是一種由發(fā)動機和電機系統(tǒng)共同驅動的車輛。其中發(fā)動機可以是使 用多種燃料的內燃機；電機既可以是永磁電機也可以是勵磁電機，既可以是同步 電機也可以是異步電機。插電式混合動力汽車，即PHEV (Plug-in Hybrid Vehicle)在擁有普通混合動力車和純電動車的優(yōu)點的同時可以使用家用電源插 座(例如220V電源)對電池充電。長途行車使用以內燃機為主的混合動力模式， 而在日常短途行駛狀態(tài)下可以使用全電動模式，做到零油耗和零排放。因此插電 式混合動力車有更高的燃油效率，降低了對石化燃料的依賴性，降低了車輛的使 用成本。
經對現(xiàn)有技術的文獻檢索發(fā)現(xiàn)，專利03128810. 3公開了一種混合動力汽車 驅動系統(tǒng)，提供了一種較傳統(tǒng)車輛而言經濟性好、排放低，可采用兩種不同動力 源進行驅動，可實現(xiàn)制動能的回收，提高發(fā)動機效率的混合動力汽車驅動系統(tǒng)。 它包括發(fā)動機、前輪、蓄電池、輪轂電動機、后輪、發(fā)電機、后橋，它提供了混 合動力技術的初步應用，但沒有較大發(fā)揮混合動力的優(yōu)勢。

發(fā)明內容
本發(fā)明目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種插電式集成起動發(fā)電機混合 動力轎車驅動系統(tǒng)，以電機驅動為主，配備有其他補充能源，能夠通過發(fā)電機組 擴大混合動力汽車的續(xù)駛里程，在最大限度節(jié)約制造和改造成本的基礎上實現(xiàn)節(jié) 約燃油和保證整車動力性能的目的，克服了混合動力汽車驅動裝置在輔助傳動， 換擋和行星齒輪傳動中旋轉離合器等方面的不足。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的
本發(fā)明所涉及的插電式集成起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)，包括車輪、 主減速器-差速器、行星齒輪機構、驅動電機、自動離合器、集成起動發(fā)電機(簡 稱ISG)、發(fā)動機、電機控制器、電池管理系統(tǒng)、動力電池組，其中發(fā)動機和 集成起動發(fā)電機同軸連接，集成起動發(fā)電機和自動離合器主動盤連接，自動離合 器通過驅動電機和行星齒輪機構連接，行星齒輪機構分別與驅動電機和主減速器 -差速器連接，主減速器-差速器通過驅動橋和車輪相連，動力電池組通過電纜分 別與電機控制器和外接電源插頭連接，電機控制器通過電纜分別與集成起動發(fā)電 機和驅動電機連接。行星齒輪機構外齒圈與車架固定連接。其中電機控制器包括 驅動電機控制器和集成起動發(fā)電機電機控制器。
本發(fā)明僅在串聯(lián)混合動力的基礎上增加一個自動離合器，具備串聯(lián)混合動力 的優(yōu)點，同時減小了發(fā)電機和驅動電機的功率；由于電池容量比較大，外部充電 功能可以滿足低速工況的行駛，從而可以降低油耗和排放；系統(tǒng)結構簡單，回避 了復雜的變速系統(tǒng)，自動離合器相對成熟，且控制要求低。
本發(fā)明結構上的創(chuàng)新之處在于應用了行星齒輪機構作為驅動電機和主減速 器-差速器聯(lián)合機構之間的傳動部件，行星齒輪機構具有結構緊湊、傳動比大、 承載能力大、傳動平穩(wěn)及傳動效率高等優(yōu)點，此處的雙行星齒輪機構與傳動系統(tǒng) 中的集成起動發(fā)電機、自動離合器及驅動電機聯(lián)合使用，可以同時實現(xiàn)功率分流 和變速的目的，進而能夠實現(xiàn)混合動力汽車發(fā)動機、電動機、動力電池組三者之 間的良好匹配和最優(yōu)控制。
本發(fā)明還可以在行星齒輪機構與主減速器-差速器聯(lián)合機構之間設置一個兩 檔變速機構，兩檔變速機構的存在擴大了變速范圍，降低了對驅動電機轉速范圍 的要求，使得變速控制更加靈活。
本發(fā)明上述的插電式混合動力轎車驅動系統(tǒng)，包括以下多種驅動模式
(1) 純電驅動模式在車輛起步或車輛低負荷工作、電池SOC值不低時， 驅動電機單獨工作，電池為驅動電機提供電能。利用電池的電能驅動汽車，發(fā)動 機和ISG不參與工作，僅靠驅動電機驅動；
(2) 串聯(lián)工作模式在車輛起步或車輛低負荷工作、電池S0C值低時，ISG
先起動發(fā)動機，離合器斷開，發(fā)動機發(fā)電，驅動電機驅動車輛。串聯(lián)工作模式一
般在以下幾種情況下工作a、 低速區(qū)間，大功率驅動工況，如連續(xù)爬坡等；
b、 電池電能低于預設值，需要為電池及時補充電能
(3) 并聯(lián)驅動模式在車輛需求功率大于發(fā)動機效率優(yōu)化功率、電池S0C 值不低時，離合器結合后發(fā)動機、驅動電機和集成起動發(fā)電機共同驅動車輛。這 種模式通常工作于中低速加速和高速區(qū)；
(4) 發(fā)動機單獨驅動模式在車輛功率需求在發(fā)動機效率優(yōu)化區(qū)域或電池 沒有足夠的電能提供給電機工作時，發(fā)動機單獨驅動車輛，驅動電機、集成起動 發(fā)電機不工作；
(5) 發(fā)動機驅動行車發(fā)電模式在車輛運行時，如果車輛需求功率小于發(fā)
動機效率優(yōu)化功率、電池soc值低，則發(fā)動機驅動車輛，驅動電機作發(fā)電機工作
吸收能量至電池，以此調節(jié)發(fā)動機的工作效率和電池補充電能，這種模式一般工
作中速區(qū)(發(fā)動機動力負荷偏低，效率低)；
(6) 制動發(fā)電模式在減速或滑行時，驅動電機作發(fā)電機用吸收車輛動能
至電池；
(7) 停車充電模式利用外界電網充電樁給電池充電。 本發(fā)明與現(xiàn)有混聯(lián)式混合動力汽車相比，具有以下顯著效果可以實現(xiàn)發(fā)動
機自動起停，電動助力和高效大功率電能輸出等功能，同時發(fā)動機和集成起動發(fā) 電機構成一個高效的車載式發(fā)電機組，在車輛低速跟車工況(如城市公交工況) 讓發(fā)動機始終工作在一個低油耗低排放的優(yōu)化工作點或者停機，整車的驅動動力 由大功率的驅動電機提供。在高速行駛工況，發(fā)動機、驅動電機和車輪之間機械 聯(lián)接，二者動力可以通過傳動系統(tǒng)傳遞到車輪，可由整車控制器根據(jù)駕駛員行為 和電池SOC (State Of Charge)值確定整車的能量分配，以實現(xiàn)除純電和串聯(lián)驅 動外的其它驅動模式。該方案沿用了大量傳統(tǒng)汽車的動力系統(tǒng)，這樣可以大幅度 降低制造成本。
本發(fā)明相對有變速系統(tǒng)的混合動力系統(tǒng)的控制簡單，基本控制策略可以分成 四個速度區(qū)間，不同的區(qū)間，驅動電機和發(fā)動機驅動負荷有所變化。
本發(fā)明實現(xiàn)了功率分流和變速的目的，進而實現(xiàn)了發(fā)動機、電動機、動力電 池組三者之間的良好匹配和最優(yōu)控制，降低了車輛的使用成本低，減少了燃料費 用，降低了對石化燃料的依賴，減少的溫室氣體和各種有害氣體的排放，同時改善了電網的發(fā)電機組效率。增加兩檔變速機構不僅擴大了變速范圍，同時降低了 對驅動電機轉速范圍的要求，使得變速控制更加靈活。


圖1本發(fā)明實施例1結構示意圖2本發(fā)明實施例1純電驅動模式的能量傳遞路線圖3本發(fā)明實施例1串聯(lián)驅動模式的能量傳遞路線圖4本發(fā)明實施例1并聯(lián)驅動模式的能量傳遞路線圖5本發(fā)明實施例1發(fā)動機單獨驅動模式的能量傳遞路線圖6本發(fā)明實施例1發(fā)動機驅動，驅動電機發(fā)電模式的能量傳遞路線圖7本發(fā)明實施例1制動發(fā)電模式的能量傳遞路線圖8本發(fā)明實施例1停車充電模式的能量傳遞路線圖9本發(fā)明實施例1基本控制策略圖10本發(fā)明實施例2結構示意圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明本實施例在以本發(fā)明技術方案 為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護 范圍不限于下述的實施例。
實施例1
如圖1所示，本實施例驅動系統(tǒng)，包括發(fā)動機l、集成起動發(fā)電機ISG2、自
動離合器3、驅動電機4、行星齒輪機構5、車輪6、主減速器-差速器7、電機 控制器8、動力電池組9、外接插頭IO，其中發(fā)動機1和集成起動發(fā)電機2同 軸連接，集成起動發(fā)電機2和自動離合器3主動盤連接，自動離合器3通過驅動 電機4和行星齒輪機構5連接，行星齒輪機構5分別與驅動電機4和主減速器-差速器7連接，主減速器-差速器7通過驅動橋和車輪6相連，動力電池組9通 過電纜分別與電機控制器8和外接電源插頭10連接，電機控制器8通過電纜分 別與集成起動發(fā)電機2和驅動電機連接4。行星齒輪機構5外齒圈與車架固定連 接。其中電機控制器8包括驅動電機控制器和集成起動發(fā)電機電機控制器。
發(fā)動機l作為動力單元，其動力可以通過機械系統(tǒng)直接傳遞給車輪6，也可以 通過集成起動發(fā)電機2、電機控制器8以電能的方式給動力電池組9充電，或直接 提供給驅動電機控制器8用來給驅動電機4供電。集成起動發(fā)電機2主要是用來利用動力電池組9的電能起動發(fā)動機1和吸收發(fā) 動機l的能量發(fā)電。驅動電機4則用來驅動車輪6和回收車輛制動時的動能。
行星齒輪機構5作為驅動電機4和主減速器-差速器7之間的傳動部件，與傳動 系統(tǒng)中的集成起動發(fā)電機2、自動離合器3及驅動電機4聯(lián)合使用，可以同時實現(xiàn) 功率分流和變速的目的，進而能夠實現(xiàn)混合動力汽車發(fā)動機、電動機、動力電池 組三者之間的良好匹配和最優(yōu)控制?；旌蟿恿囕v各種模式下的工作過程在圖 2 7中介紹。
如圖2所示，在純電動驅動模式時，發(fā)動機l停機，動力電池組9供給驅動 電機4能量，驅動電機4的輸出能量依次經過行星齒輪機構7、主減速器-差速 器7傳遞給車輪6。其中，動力電池組9的電能有三種來源渠道
1. 發(fā)動機直接供給；
2. 外接電源通過外接插頭10供給；
3. 制動能量回饋供給。
如圖3所示，在串聯(lián)驅動模式時，發(fā)動機1的輸出能量經過集成起動發(fā)電機 2的發(fā)電作用給動力電池組9充電或不通過動力電池組9直接提供給驅動電機4， 動力電池組9的能量提供給驅動電機4，從驅動電機4輸出的能量依次經過行星 齒輪機構5、主減速器及差速器7傳遞給車輪6。
如圖4所示，在并聯(lián)驅動模式下，第一能量傳遞路徑為發(fā)動機l輸出的能 量經過集成起動發(fā)電機2、離合器3和驅動電機4;第二能量傳遞路徑為電池 組9到電機控制器8，再到驅動電機4。兩股能量通過行星齒輪機構5耦合后， 再經主減速器及差速器7傳遞給車輪6。
如圖5所示，在發(fā)動機單獨驅動模式下，發(fā)動機1輸出的能量依次經過集成 起動發(fā)電機2、離合器3、行星齒輪機構4、主減速器及差速器7傳遞給車輪6。 在這個過程中，集成起動發(fā)電機2和驅動電機4的轉子空轉，二者都不做功。
如圖6所示，發(fā)動機驅動，驅動電機發(fā)電模式下，來自發(fā)動機l的能量經過 集成起動發(fā)電機2、離合器3從動盤后，分成兩路分別通過驅動電機4發(fā)電給動 力電池組9充電和通過行星齒輪機構5、主減速器及差速器7傳遞給車輪6。
如圖7所示，在制動能量回饋模式下，來自車輪6的車輛動能經過驅動橋、 差速器及主減速器7、行星齒輪機構5、驅動電機4、電機控制器8給動力電池 組9充電。如圖8所示，在停車充電模式下，通過外界充電樁給動力電池組9進行充電。 如圖9所示，基本控制策略可以分成四個速度區(qū)間，不同的區(qū)間，驅動電機 和發(fā)動機驅動負荷有所變化
(1) 低速純電驅工作模式
速度低于Ub時主要依靠驅動電機4驅動，僅在急加速的情況下發(fā)動機1和 ISG2在(Ub-20) km/h左右值時可直接參與驅動；
發(fā)動機1未參與直接驅動的情況下，根據(jù)一定工況需要按照一定的功率發(fā)
電；
(2) 中速并聯(lián)驅動
在速度高于Ub低于Ua時，采取驅動電機4為主和發(fā)動機1為輔共同驅動的 策略；
(3) 高車速發(fā)動機驅動
當車速高于Ua時，以發(fā)動機l驅動為主，驅動電機4根據(jù)工況的實際需要 驅動或發(fā)電，以此調節(jié)發(fā)動機1的綜合效率以及向電池補充電能。 實施例2
如圖10所示，本實施例為優(yōu)化方案，在實施例1的基礎上還包括兩檔變速 器11，該兩檔變速器11設置在行星齒輪機構5與主減速器-差速器7聯(lián)合機構 之間，兩檔變速器11輸入軸與行星齒輪機構5連接，兩檔變速器11輸出軸和主 減速器-差速器7連接。其他的部件連接以及工作模式和基本控制策略與實施例 l相同，不再贅述。
本實施例由于兩檔變速機構的存在擴大了變速范圍，降低了對驅動電機轉速 范圍的要求，使得變速控制更加靈活。
權利要求
1.一種插電式集成起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)，包括車輪、主減速器-差速器、行星齒輪機構、驅動電機、自動離合器、集成起動發(fā)電機、發(fā)動機、電機控制器、電池管理系統(tǒng)、動力電池組，其特征在于發(fā)動機和集成起動發(fā)電機同軸連接，集成起動發(fā)電機和自動離合器主動盤連接，自動離合器通過驅動電機和行星齒輪機構連接，行星齒輪機構分別與驅動電機和主減速器-差速器連接，主減速器-差速器通過驅動橋和車輪相連，動力電池組通過電纜分別與電機控制器和外接電源插頭連接，電機控制器通過電纜分別與集成起動發(fā)電機和驅動電機連接，行星齒輪機構外齒圈與車架固定連接，其中電機控制器包括驅動電機控制器和集成起動發(fā)電機電機控制器。
2. 根據(jù)權利要求1所述的插電式集成起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)，其 特征是，所述行星齒輪機構與主減速器-差速器之間設置一個兩檔變速器，兩檔 變速器輸入軸與行星齒輪機構連接，輸出軸和主減速器-差速器連接。
3. 根據(jù)權利要求1所述的插電式集成起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)，其 特征是，所述發(fā)動機作為動力單元，其動力通過機械系統(tǒng)直接傳遞給車輪，或通 過集成起動發(fā)電機、電機控制器以電能的方式給動力電池組充電，或直接提供給 驅動電機控制器用來給驅動電機供電。
4. 根據(jù)權利要求1所述的插電式集成起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)，其 特征是，所述集成起動發(fā)電機利用電池的電能起動發(fā)動機和吸收發(fā)動機的能量發(fā) 電。
5. 根據(jù)權利要求1所述的插電式集成起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)，其 特征是，所述驅動電機用來驅動車輪和回收車輛制動時的動能。
全文摘要
本發(fā)明公開一種車輛工程技術領域的插電式集成起動發(fā)電機混合動力轎車驅動系統(tǒng)，其中發(fā)動機和集成起動發(fā)電機同軸連接，集成起動發(fā)電機和自動離合器主動盤連接，自動離合器通過驅動電機和行星齒輪機構連接，行星齒輪機構分別與驅動電機和主減速器-差速器連接，主減速器-差速器通過驅動橋和車輪相連，動力電池組通過電纜分別與電機控制器和外接電源插頭連接，電機控制器通過電纜分別與集成起動發(fā)電機和驅動電機連接。行星齒輪機構外齒圈與車架固定連接。本發(fā)明最大保持了傳統(tǒng)車輛結構，利用雙電機對發(fā)動機的工作點進行優(yōu)化，使發(fā)動機在高效率低排放區(qū)域穩(wěn)定運行，尤其適合城市低速公交工況運行。
文檔編號B60K6/36GK101293478SQ200810038540
公開日2008年10月29日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權日2008年6月5日
發(fā)明者吳志偉, 勇 張, 殷承良, 熊偉威, 陳燕平 申請人:上海交通大學