CN101934720A - 一种混合动力驱动系统及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一电动发电机、第二电动发电机、储能装置、传动机构和离合器，还包括：差速机构，第二电动发电机的转子具有中空结构，差速机构位于中空结构中，差速机构包括第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件，第一转动元件为行星架，发动机通过离合器连接到第一转动元件，第一电动发电机的转子轴与第二转动元件相连，第二电动发电机的转子轴与第一转动元件相连，第三转动元件与传动机构相连，该系统至少工作在以下工况：发动机参与驱动，通过调节第一电动发电机的转速，使得发动机在油耗经济区运行。本发明还提供一种混合动力驱动系统的驱动方法。本发明可使发动机在油耗经济区运行，从而更好地提高燃油经济性。

Description

一种混合动力驱动系统及其驱动方法

技术领域

本发明涉及混合动力车领域，尤其涉及一种混合动力驱动系统及其驱动方法。

背景技术

现有技术公开了一种由发动机和电机驱动的混合动力车，包括发动机，电机，变速器和车轮驱动轴。变速器包括具有第一至第三转动元件的行星齿轮机构以及单向离合器。行星齿轮机构的第一转动元件(如太阳轮)连接到发动机的输出轴，第二转动元件(如齿圈)连接到电机的输出轴，第三转动元件(如行星架)连接到车轮驱动轴。单向离合器布置在第一转动元件与发动机之间，保证发动机沿一个方向旋转，避免太阳轮反转时拖动发动机反转。

根据上述技术方案，车辆可以由发动机和电机共同驱动，由发动机单独驱动，以及由电机单独驱动。在车辆由电机单独驱动时，可以使变速器在低档运行，从而电机能够提供足够的驱动力来驱动车辆行驶，同时单向离合器避免发动机不工作时被反拖。

在该技术方案的基础上，还可以在行星齿轮机构的齿圈与太阳轮之间布置离合器，或者在齿圈与变速器壳体之间布置制动器，或者在齿圈与太阳轮之间布置单向离合器，或者在齿圈与车轮驱动轴之间布置单向离合器，等等，以满足不同的车辆设计要求。

在上述各个技术方案中，能够实现不同的车辆驱动模式。但是，这些技术方案并没有充分考虑到发动机参与工作时其燃油经济性的问题。

发明内容

本发明为了解决混合动力驱动系统中发动机参与工作时没有充分考虑发动机燃油经济性的问题，提供一种混合动力驱动系统，其中在发动机参与驱动时，所述发动机能够总是在油耗经济区运行。

一种混合动力驱动系统，该系统包括发动机、第一电动发电机、第二电动发电机、与第一电动发电机和第二电动发电机均相连的储能装置、传动机构和离合器，其中，该系统还包括：差速机构，第二电动发电机的转子具有中空结构，所述差速机构位于所述第二电动发电机中，所述差速机构包括第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件，所述第一转动元件为行星架，所述发动机通过所述离合器连接到所述第一转动元件，第一电动发电机的转子轴与所述第二转动元件相连，第二电动发电机的转子轴与所述第一转动元件相连，所述第三转动元件与传动机构相连，该驱动系统至少工作在以下工况：发动机参与驱动，通过调节第一电动发电机的转速，使得发动机在油耗经济区运行。

本发明还提供一种混合动力驱动系统的驱动方法，其中该驱动系统为根据本发明的驱动系统，该方法包括控制所述驱动系统至少工作在以下工况：所述发动机参与驱动，通过调节第一电动发电机的转速，使得发动机在油耗经济区运行。

对于发动机而言，根据万有特性曲线，每一种发动机具有确定的油耗经济区，其与发动机的转速范围相对应。当发动机工作在其油耗经济区时，燃油最经济、油耗最低。

在上述技术方案中，所述发动机通过所述离合器连接到所述第一转动元件，所述制动器通过第一电动发电机的转子轴与所述第二转动元件相连，所述第二电动发电机的转子轴与所述第一转动元件相连，所述第三转动元件与传动机构相连。因此，根据差速机构的三个转动元件之间的转速关系，通过控制第一电动发电机的转速，可以控制发动机的转速，使之总是在油耗经济区运行，从而更好地降低发动机的油耗。

附图说明

图1是本发明混合动力驱动系统的一种实施方式结构示意图；

图2是根据本发明一种实施方式的表示左半轴齿轮、行星架和右半轴齿轮之间转速关系的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作详细说明。

根据本发明的一种实施方式，如图1所示，一种混合动力驱动系统，该系统包括发动机1、第一电动发电机8、第二电动发电机4、与第一电动发电机8和第二电动发电机4均相连的储能装置3、传动机构6和离合器2，其中，该系统还包括：差速机构5，第二电动发电机4的转子具有中空结构，差速机构5位于第二电动发电机4中，差速机构5包括第一转动元件51、第二转动元件52和第三转动元件53，第一转动元件51为行星架，发动机1通过离合器2连接到第一转动元件51，第一电动发电机8的转子轴与第二转动元件52相连，第二电动发电机4的转子轴与第一转动元件51相连，第三转动元件53与传动机构6相连，该驱动系统至少工作在以下工况：发动机1参与驱动，通过调节第一电动发电机8的转速，使得发动机1在油耗经济区运行。

进一步地，该驱动系统还包括制动器9，制动器9通过第一电动发电机8的转子轴与第二转动元件52相连。

第二转动元件52可以为左半轴齿轮或右半轴齿轮，第三转动元件53可以为右半轴齿轮或左半轴齿轮。

作为一种实施方式，第二转动元件52为左半轴齿轮，第三转动元件53为右半轴齿轮。行星架通过离合器2与发动机1的输出轴连接，同时行星架还与第二电动发电机4的转子轴相连。行星架与第二电动发电机4的转子轴可以通过各种合适的方式连接在一起，例如将差速机构的外壳与第二电动发电机4的转子轴做成一体，这样当第二电动发电机4转动时即可带动行星架转动，同时当行星架转动时也可以带动第二电动发电机4转动。左半轴齿轮通过第一电动发电机8的转子轴与制动器相连，例如通过将第一电动发电机8的转子轴延长从而实现与左半轴齿轮和制动器9的连接。此时，第一电动发电机8的转子轴可以具有中空结构，连接行星架和离合器2的传动轴可以穿过第一电动发电机8的中空转子轴，从而有利于布置发动机1和第一电动发电机8，有效节约安装空间。

由于第二电动发电机4的转子具有中空结构，差速机构5位于第二电动发电机4内部即位于其转子轴的中空结构中，从而有利于节约安装空间，使得整个驱动系统结构更加紧凑。

发动机1可以采用汽油或柴油等作为燃料，并可以通过输出轴向外输出动力。

第一电动发电机8和第二电动发电机4为交流电机，如永磁同步电机；这两个电动发电机均可以作为发电机和电动机使用，此时其工作状态分别为发电和电动工作状态。

储能装置3为一可控的能量存储单元，可以是锂电池、铁电池、镍氢电池、镍铬电池等。本发明的储能装置3还可以具有外接充电接口(图中未示出)，因此本发明的驱动系统还具有外接电源充电工况。即，通过外接充电接口为储能装置3充电。通过这种工况，在用电低谷时期进行充电，例如晚上或者深夜，可以合理的利用市电。并且，利用市电充电比利用燃油发动机发电成本要低的多，因此降低了车辆的使用成本，并减少了环境污染。

进一步地，在储能装置3和两个电动发电机之间还可以分别连接有第一功率变换器和第二功率变换器(图中未示出)，第一功率变换器和第二功率变换器可进行双向的功率变换，因而通过功率变换单元的转化，两电动发电机可以将储能装置3储存的电能转换为动力输出，同时，两电动发电机还可以将动力转换为电能储存在储能装置3中。

传动机构6通常包括车辆的传动轴、减速器、差速器以及半轴等。半轴与车轮7相连，从而可以将动力传递给车轮7进而驱动车辆行驶。

为了方便控制，制动器9优选为电控制动器。

对于发动机而言，根据万有特性曲线，每一种发动机具有确定的油耗经济区，其与发动机的转速范围相对应。

图2是根据本发明一种实施方式的表示左半轴齿轮、行星架和右半轴齿轮之间转速关系的示意图。其中，N1表示第一电动发电机8的转速；N2表示发动机1或者发动机1和第二电动发电机4的转速；N3表示传动机构6的输入转速即从差速机构5输出的转速。图2中各转速关系连接线的交汇点表示发动机1对应油耗经济区的转速。三个转动元件之间的转速关系为：N1+N3＝2N2。如图2所示，当车辆行驶速度确定时，传动机构6的输入转速确定，由于发动机1工作在油耗经济区的转速已确定，根据三个转动元件之间的转速关系：N1+N3＝2N2，通过调节第一电动发电机8的转速即可使得第一电动发电机8的转速、发动机1的转速和传动机构6的输入转速满足三个转动元件之间的转速关系。此时发动机1的转速处于油耗经济区的转速。因此，本发明的技术方案可使发动机1工作在油耗经济区，从而可以更好地降低发动机1的油耗，提高整个驱动系统的燃油经济性。

进一步地，如图2所示，当发动机1工作在油耗经济区时，通过调节第一电动发电机8的转速，传动机构6的转速即可在一定的速度范围内逐渐变化，即可以实现一定范围内的无级调速。当发动机1对应于其它转速时，通过调节第一电动发电机8的转速，传动机构6的转速也会随之变化，这样就能实现无级调速。即该驱动系统可以实现无级调速。

本发明还提供一种混合动力驱动系统的驱动方法，其中驱动系统为上述的驱动系统，其中，该驱动方法包括控制该驱动系统至少工作在以下工况：发动机1参与驱动，通过调节第一电动发电机8的转速，使得发动机1在油耗经济区运行。。

进一步地，该驱动系统还包括制动器9，制动器9通过第一电动发电机8的转子轴与第二转动元件52相连。

当车辆行驶需要较大的扭矩，如爬坡或加速行驶时，发动机1和电动发电机可以共同驱动车辆行驶，即该驱动方法还包括控制该驱动系统处于如下工况之一：

混联工况1：由第一电动发电机8和发动机1共同驱动车辆行驶，此时离合器2结合，制动器9分离，同时还驱动第二电动发电机8发电并给储能装置3充电，此时通过调节第一电动发电机8的转速即可使得发动机1的转速处于油耗经济区的转速即发动机1工作在油耗经济区，当发动机1工作在油耗经济区时，通过调节第一电动发电机8的转速，传动机构6的转速即可在一定的速度范围内逐渐变化，即可以实现一定范围内的无级调速；

并联工况：由第一电动发电机8、第二电动发电机4和发动机1共同驱动车辆行驶，离合器2结合，制动器9分离，此时通过调节第一电动发电机8的转速即可使得发动机1的转速处于油耗经济区的转速即发动机1工作在油耗经济区，当发动机1工作在油耗经济区时，通过调节第一电动发电机8的转速，传动机构6的转速即可在一定的速度范围内逐渐变化，即可以实现一定范围内的无级调速。

此时，该驱动方法还包括控制该驱动系统处于如下工况：

混联工况2：由第二电动发电机4和发动机1共同驱动车辆行驶，此时离合器2结合，制动器9分离，同时还驱动第一电动发电机8发电并给储能装置3充电。

当发动机单独驱动时，该驱动方法还包括控制该驱动系统处于如下工况之一：

发动机驱动工况1：此工况下车辆由发动机1单独驱动行驶，离合器2结合，制动器9结合(即制动)，同时发动机1还可以驱动第二电动发电机4发电并给储能装置3充电，此时，第二电动发电机4也可以空转即不发电；

发动机驱动工况2：此工况下车辆由发动机1单独驱动车辆行驶，离合器2结合，制动器9分离(即不制动)，同时发动机1还可以驱动第一电动发电机8和第二电动发电机4共同发电并给储能装置3充电，此时，第一电动发电机8和第二电动发电机4也可以都空转即不发电，或者第二电动发电机4空转不发电而第一电动发电机8发电并给储能装置3充电。

当储能装置3中的能量充足时，驱动系统可以工作在如下纯电动工况下：

纯电动工况1：由第二电动发电机4单独驱动车辆行驶，此时离合器2分离，制动器9结合；

纯电动工况2：由第一电动发电机8和第二电动发电机4共同驱动，此时离合器2分离，制动器9分离。

本发明的混合动力驱动系统还可以处于以下发电工况：

驻车发电工况：发动机1启动，离合器2结合，制动器9分离时，发动机1可以同时驱动第一电动发电机8和第二电动发电机4发电，也可以单独驱动第一电动发电机8发电，当制动器9结合时，发动机1可以单独驱动第二电动发电机4发电；

回馈发电工况1：离合器2分离，制动器9分离，传动机构6同时驱动第一电动发电机8和第二电动发电机4发电；

回馈发电工况2：离合器2分离，制动器9结合，传动机构6驱动第二电动发电机4发电。

如上所述，由于差速机构5的三个转动元件即第一转动元件51、第二转动元件52和第三转动元件53分别与发动机1、第一电动发电机8和传动机构6相连，因此，发动机1、第一电动发电机8和传动机构6三者之间的转速关系符合差速机构5的三个转动元件之间的转速关系，如图2所示。因此，通过控制第一电动发电机8的转速，可以使发动机1在油耗经济区运行，从而能够更好地降低发动机1的油耗，提高燃油经济性。

Claims (12)

1.一种混合动力驱动系统，该系统包括发动机、第一电动发电机、第二电动发电机、与第一电动发电机和第二电动发电机均相连的储能装置、传动机构和离合器，其特征在于，该系统还包括：差速机构，第二电动发电机的转子具有中空结构，所述差速机构位于所述中空结构中，所述差速机构包括第一转动元件、第二转动元件和第三转动元件，所述第一转动元件为行星架，所述发动机通过所述离合器连接到所述第一转动元件，第一电动发电机的转子轴与所述第二转动元件相连，第二电动发电机的转子轴与所述第一转动元件相连，所述第三转动元件与传动机构相连，该驱动系统至少工作在以下工况：发动机参与驱动，通过调节第一电动发电机的转速，使得发动机在油耗经济区运行。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述驱动系统还包括制动器，所述制动器通过第一电动发电机的转子轴与所述第二转动元件相连。

3.根据权利要求2所述的驱动系统，其特征在于，所述第二转动元件为左半轴齿轮，所述第三转动元件为右半轴齿轮。

4.一种混合动力驱动系统的驱动方法，其中所述驱动系统为根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，该驱动方法包括控制所述驱动系统至少工作在以下工况：所述发动机参与驱动，通过调节第一电动发电机的转速，使得发动机在油耗经济区运行。

5.根据权利要求4所述的驱动方法，其特征在于，所述驱动系统还包括制动器，所述制动器通过第一电动发电机的转子轴与所述第二转动元件相连。

6.根据权利要求5所述的驱动方法，其特征在于，该驱动方法还包括控制所述驱动系统处于如下工况之一：

混联工况1：由第一电动发电机和发动机共同驱动，离合器结合，制动器分离，同时驱动第二电动发电机发电，此时通过调节第一电动发电机的转速，使得发动机在油耗经济区运行；

并联工况：由第一电动发电机、第二电动发电机和发动机共同驱动，离合器结合，制动器分离，此时通过调节第一电动发电机的转速，使得发动机在油耗经济区运行。

7.根据权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，通过调节第一电动发电机的转速，使得第一电动发电机的转速、发动机的转速和传动机构的输入转速满足如下关系式：

N1+N3＝2N2，其中N1表示第一电动发电机的转速，N2表示发动机的转速，N3表示传动机构的输入转速。

8.根据权利要求7所述的驱动方法，其特征在于，该驱动方法还包括控制所述驱动系统在混联工况1和并联工况下实现无级调速。

9.根据权利要求6所述的驱动方法，其特征在于，该驱动方法还包括控制所述驱动系统处于如下工况：

混联工况2：由第二电动发电机和发动机共同驱动，离合器结合，制动器分离，同时驱动第一电动发电机发电。

10.根据权利要求5所述的驱动方法，其特征在于，该驱动方法还包括控制所述驱动系统处于如下工况之一：

发动机驱动工况1：由发动机单独驱动，离合器结合，制动器结合，同时发动机驱动第二电动发电机发电；

发动机驱动工况2：由发动机单独驱动，离合器结合，制动器分离，此时发动机还同时驱动第一电动发电机和第二电动发电机发电。

11.根据权利要求5所述的驱动方法，其特征在于，该驱动方法还包括控制所述驱动系统处于如下工况之一：

纯电动工况1：由第二电动发电机单独驱动，离合器分离，制动器结合；

纯电动工况2：由第一电动发电机和第二电动发电机共同驱动，离合器分离，制动器分离。

12.根据权利要求5所述的驱动方法，其特征在于，该驱动方法还包括控制所述驱动系统处于如下工况之一：

驻车发电工况：发动机启动，离合器结合，制动器分离，发动机同时驱动第一电动发电机和第二电动发电机发电；

回馈发电工况1：离合器分离，制动器分离，传动机构同时驱动第一电动发电机和第二电动发电机发电；

回馈发电工况2：离合器分离，制动器结合，传动机构驱动第二电动发电机发电。

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