專利名稱：混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種汽車驅(qū)動系統(tǒng)，具體是以燃油和電能為能源的雙或多橋(軸)混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前各種電動車和混合動力汽車發(fā)展迅速，以及近年來對于四輪驅(qū)動的轎車、越野車、和SUV(運動型多功能車)的需求增加非常迅猛，雙或多橋(軸)四輪驅(qū)動汽車的混合動力化的研究也越來越收到重視?，F(xiàn)有的混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)主要有(1)基于二自由度行星分匯流機構(gòu)的分割式(豐田公司的THS系統(tǒng))，是針對前軸單橋驅(qū)動或者后軸單橋驅(qū)動而設(shè)計的，這是較為典型的代表，但因其行星機構(gòu)“變速不變矩”的特性，若不采取改良措施將難以實現(xiàn)傳動比在較大范圍內(nèi)的變化，僅較適合于工作載荷及其變化不大的輕型混合動力轎車。
(2)申請?zhí)枮?2205008.6的中國實用新型專利采用類似于齒輪變速箱的機械式切換器工作模式，這是在原有傳統(tǒng)汽車的傳動系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加電動機等動力元件組成的，但它難以在多種工作模式間快速、平順和頻繁切換，只適合采用對應(yīng)少數(shù)給定典型工況進行簡單模式切換的初級控制策略，不利于在動力總成上采用先進的優(yōu)化控制策略從而實現(xiàn)超低排放、提高燃油經(jīng)濟性及動力性等整車性能優(yōu)化目標。
(3)專利號為02266310.X的中國實用新型專利采用獨立懸掛電機驅(qū)動車橋模塊化結(jié)構(gòu)，這種模式雖然可以比較好的實現(xiàn)在各種復(fù)雜運行工況下的優(yōu)化目標，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜并增加了非簧載(非懸掛)質(zhì)量使得行駛過程中懸架受到的沖擊載荷、車身振動的幅度及車輪跳離地面的幾率有所增加，降低了行駛的平順性及穩(wěn)定性。
而且，傳統(tǒng)的混動結(jié)構(gòu)很少針對四輪驅(qū)動汽車單獨開發(fā)，有些是采用現(xiàn)有的混動結(jié)構(gòu)并安裝分動器，有些就是在傳統(tǒng)汽車固有差速器的基礎(chǔ)上安裝電機單獨驅(qū)動一個傳動軸。這樣的設(shè)計不僅不能更好的發(fā)揮混合動力技術(shù)經(jīng)濟節(jié)能的潛力，而且難以避免傳統(tǒng)差速結(jié)構(gòu)的弊端。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種適合于各種雙或多橋(軸)四輪驅(qū)動混合動力車的高效、簡單的驅(qū)動系統(tǒng)方案，不僅解決了傳統(tǒng)行星齒輪差速器的傳動效率問題，實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保，而且兼?zhèn)潋?qū)動、差速、制動能量再生等功能。
本實用新型通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)一種混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，包括至少一個機械驅(qū)動橋分總成、至少一個電驅(qū)動橋分總成、電源分總成、總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；所述機械驅(qū)動橋由發(fā)動機、變速器、傳動軸、主減速器、差速器、半軸、輪轂、制動器等機械構(gòu)件組成轉(zhuǎn)向或非轉(zhuǎn)向型常規(guī)車橋；所述電驅(qū)動橋分總成由雙轉(zhuǎn)子電機直接驅(qū)動，電驅(qū)動橋包括雙轉(zhuǎn)子電機、控制器、左右減速及換向的機構(gòu)、左右萬向傳動機構(gòu)、半軸、輪轂、制動器，采用獨立懸掛的斷開式車橋結(jié)構(gòu)，所述的雙轉(zhuǎn)子電機由繞組纏繞的外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子配合構(gòu)成，外轉(zhuǎn)子通過一側(cè)的減速機構(gòu)和萬向傳動機構(gòu)與一側(cè)輪轂連接，內(nèi)轉(zhuǎn)子依次通過換向減速機構(gòu)和萬向傳動機構(gòu)與另一側(cè)輪轂連接，在左右減速及換向機構(gòu)的輸出軸的兩側(cè)安裝制動器，所述外轉(zhuǎn)子上的繞組還通過集流機構(gòu)及導(dǎo)線與雙轉(zhuǎn)子電機控制器連接，雙轉(zhuǎn)子電機控制器還通過電源總線與車載電源連接；所述電源分總成主要由車載電源及監(jiān)控其充放電電流、電壓和溫度等工作狀態(tài)的管理模塊組成，管理模塊與電池組連接；所述總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由含顯示器的總控制器、通訊總線及接口電路、以及分布在各分總成部件內(nèi)的各種傳感器和電子控制單元構(gòu)成；總控制器及顯示器是個裝有控制策略及算法軟件的微型計算機，通訊網(wǎng)絡(luò)采用CAN總線或點對點直接通訊系統(tǒng)，分布在各分總成部件內(nèi)的各種傳感器和電子控制單元通過接口電路和通訊總線與總控制期連接。所述總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳感器輪速傳感器、制動壓力傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、雙轉(zhuǎn)子電機轉(zhuǎn)矩和加速踏板位置傳感器、反映司機對車輪上驅(qū)動或制動總功率的需求的油門及制動踏板開度傳感器、電源的電流和電壓傳感器，電機的轉(zhuǎn)速傳感器、電機控制器的電流、電壓、溫度傳感器。
機械驅(qū)動橋分總成和電驅(qū)動橋分總成分別驅(qū)動車輛的前軸和后軸，或者相反；整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)由總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制運行。
上述機械驅(qū)動橋還可以包括電機，電機與發(fā)動機構(gòu)成集成啟動機/發(fā)電機(ISA/ISG)，電機還與電機控制器連接，所述電機控制器還通過直流總線(DC-bus)與車載電源連接。同發(fā)動機連接的電機與雙轉(zhuǎn)子電機可構(gòu)成一個混聯(lián)式的混合動力系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)也允許由電驅(qū)動橋和常規(guī)發(fā)動機機械驅(qū)動橋(沒有電機1)構(gòu)成一個并聯(lián)驅(qū)動系統(tǒng)，雙轉(zhuǎn)子電機既可用作純電動汽車、混合動力汽車的驅(qū)動差速一體式系統(tǒng)，還可用作緩速器應(yīng)用于傳統(tǒng)汽車的從動橋。電機可以為了布置的方便可以選用盤式電機，當電機工作在發(fā)電狀態(tài)，雙轉(zhuǎn)子電機工作在電動狀態(tài)的時候，本系統(tǒng)以串聯(lián)方式工作；當他們同時工作在電動或者發(fā)電狀態(tài)的時候，本系統(tǒng)以并聯(lián)方式工作。雙轉(zhuǎn)子電機兩側(cè)的(換向)減速機構(gòu)可以選用行星機構(gòu)，也可以選用直接的齒輪減速機構(gòu)或者其他的減速機構(gòu)。電機可以選用集成啟動器交流發(fā)電機/直流發(fā)電機(integrated starter alternator/generator，ISA/ISG)的形式，也可以選用轉(zhuǎn)矩合成的形式如齒輪嚙合或者皮帶傳動等形式。所述雙轉(zhuǎn)子電機由具有繞組或永磁體的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子配合構(gòu)成，可為交流異步電機、交流同步電機、直流電機、永磁直流電機或永磁交流電機。
所述總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳感器包括輪速傳感器、制動壓力傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、雙轉(zhuǎn)子電機轉(zhuǎn)矩和加速踏板位置傳感器、反映司機對車輪上驅(qū)動或制動總功率的需求的油門及制動踏板開度傳感器、電源的電流和電壓傳感器，電機的轉(zhuǎn)速傳感器、電機控制器的電流、電壓、溫度傳感器。
本實用新型電橋驅(qū)動的工作原理如下如圖1和2所示，由電機控制器7輸出的電流經(jīng)導(dǎo)線和碳刷、集流機構(gòu)和滑環(huán)21引入外轉(zhuǎn)子24上的繞組23并構(gòu)成閉合回路?；谄胀ㄊ蠡\式交流異步電機同樣機理，流入該電機繞組23的交流電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，致使內(nèi)轉(zhuǎn)子22繞組的導(dǎo)條內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電勢。因?qū)l電流滯后電勢，繞組和內(nèi)轉(zhuǎn)子22間產(chǎn)生的相互作用構(gòu)成電磁轉(zhuǎn)矩，并進行能量轉(zhuǎn)換。由于傳送電磁功率的氣隙磁場對內(nèi)轉(zhuǎn)子構(gòu)成電磁力時，繞組部件也同時承受反力，故這一對作用與反作用的電磁力構(gòu)成的電磁轉(zhuǎn)矩，是等值反向的兩個轉(zhuǎn)矩。而該電機的機械機構(gòu)具有兩個機構(gòu)自由度，于是分別作用在內(nèi)轉(zhuǎn)子22和繞組上等值反向的兩個電磁轉(zhuǎn)矩使內(nèi)轉(zhuǎn)子22和繞組分別組成的內(nèi)、外兩個轉(zhuǎn)子沿互反的方向同時運轉(zhuǎn)。當兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速差超過設(shè)定值時，轉(zhuǎn)速較快一側(cè)的安裝在行星排上的制動器27、31將動作，控制兩側(cè)的轉(zhuǎn)速差。從角動量守恒原理出發(fā)，雙轉(zhuǎn)子電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子22和外轉(zhuǎn)子24分別輸出的電磁轉(zhuǎn)矩也必須等值反向。
對于隱極交流電機的電磁轉(zhuǎn)矩為Tm=p∂Wm∂θST]]>式中Tm為電磁轉(zhuǎn)矩；p是極對數(shù)；Wm是氣隙內(nèi)的磁共能；θST為勵磁繞組磁勢軸線和內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子磁勢軸線間的夾角。
可以得出T→md≡-T→mj]]>在普通電機中，與驅(qū)動內(nèi)轉(zhuǎn)子運轉(zhuǎn)的電磁力相對應(yīng)的反作用力，通過設(shè)備的基礎(chǔ)構(gòu)架產(chǎn)生的反力抵消不做功，而本系統(tǒng)中的雙轉(zhuǎn)子電機則利用作用力和反作用力共同做功驅(qū)動車輪運轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)磁場運動速度—電磁轉(zhuǎn)速ns，是相對于繞組為參照系的數(shù)值確定的量。可以看到，這種雙轉(zhuǎn)子電機的繞組同大地參照系有相對轉(zhuǎn)動。對于普通交流異步電機，轉(zhuǎn)差□n指電磁轉(zhuǎn)速ns和內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速n之差Δn＝ns-n根據(jù)運動的相對性，雙轉(zhuǎn)子電機的繞組與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動的矢量方向相反時，電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為nd＝n-nj；繞組固定不動時，電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為nd＝n；而當繞組與旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動的矢量方向相同，電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速則為nd＝n+nj。普通電機的繞組屬于定子部件，故nj＝0，所以普通電機是雙轉(zhuǎn)子電機在繞組被固定時的一種特殊情況。
在本系統(tǒng)中，對轉(zhuǎn)拖帶雙轉(zhuǎn)子電機構(gòu)建了兩個原動組件，所以在一般正常拖帶負載的常規(guī)狀態(tài)下，該電機運轉(zhuǎn)構(gòu)成的轉(zhuǎn)速特征為n＝nd+nj轉(zhuǎn)速n實際上就是內(nèi)轉(zhuǎn)子以運動的繞組為參照系的轉(zhuǎn)速，在普通電機中當繞組轉(zhuǎn)速為零時，轉(zhuǎn)速n就是內(nèi)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。在對轉(zhuǎn)拖帶雙轉(zhuǎn)子電機中，把轉(zhuǎn)速n稱為相對轉(zhuǎn)速。在運行過程中，電機的電流、電磁轉(zhuǎn)矩等技術(shù)參數(shù)不受nd、nj變化的影響，但相對轉(zhuǎn)速n的任一微小變化，則都構(gòu)成了電機的電流和電磁轉(zhuǎn)矩等技術(shù)參數(shù)改變。因此，雙轉(zhuǎn)子電機的電流等一系列技術(shù)參數(shù)的變化都只通過該電機相對轉(zhuǎn)速的變化一一建立對應(yīng)關(guān)系。而該電機兩個轉(zhuǎn)子的實際轉(zhuǎn)速則是以其之和或者之差的代數(shù)值形式與相對轉(zhuǎn)速建立對等變化關(guān)系。這與傳統(tǒng)車輛上使用的差速器的原理十分類似。
雙轉(zhuǎn)子電機的兩個轉(zhuǎn)子輸出特性有Tmd+Tmj＝2Tmn＝nd+nj當雙轉(zhuǎn)子電機運轉(zhuǎn)的時候，在電動機的兩個轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生同樣大小而方向相反的力矩，所以電機的兩個轉(zhuǎn)子向相反的方向運轉(zhuǎn)。通過安裝在電機外兩轉(zhuǎn)子任意一側(cè)的換向減速行星排的作用，最終由電機兩個轉(zhuǎn)子分別帶動的兩側(cè)半軸向同一個方向以相同的扭矩輸出功率。
運動分析設(shè)ωwl為左側(cè)車輪的角速度 ωwr為右側(cè)車輪的角速度Tl為左側(cè)車輪的輸出轉(zhuǎn)矩 Tr為右側(cè)車輪的輸出轉(zhuǎn)矩ωal左側(cè)等速萬向節(jié)的角速度 ωar右側(cè)等速萬向節(jié)的角速度ωd內(nèi)轉(zhuǎn)子的角速度ωz繞組轉(zhuǎn)子角速度Td內(nèi)轉(zhuǎn)子的輸出轉(zhuǎn)矩 Tz勵磁繞組轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩ωgl左側(cè)齒圈角速度 ωtl左側(cè)太陽輪角速度 ωjl左側(cè)行星架角速度ωgr右側(cè)齒圈角速度 ωtr右側(cè)太陽輪角速度 ωjr右側(cè)行星架角速度kl左側(cè)行星排k值 kr右側(cè)行星排k值當車輛直線行駛的時候，左側(cè)車輪與右側(cè)車輪的轉(zhuǎn)速是相等的。而此時，雙轉(zhuǎn)子電機內(nèi)、外轉(zhuǎn)子等速反向運轉(zhuǎn)。由連接關(guān)系可知ωwl＝ωjl＝ωal；ωtl＝ωz；ωwr＝ωgr＝ωar；ωd＝ωtr。還有單排行星排運動性關(guān)系ωt+k×ωq＝(1+k)×ωj要兩側(cè)車輛等速則ωd1+kl=ωzkr]]>則有1+kl＝kr汽車行駛時候要保持兩側(cè)的車輪輸出相同的轉(zhuǎn)矩，而由前述，雙轉(zhuǎn)子電機的兩個轉(zhuǎn)子輸出的力矩也是相等的，有Td＝Tz，Tr＝TlTl＝(1+kl)Td，Tr=(1+kr)(1+1kr)Tz]]>1+kl＝kr所以在設(shè)計兩側(cè)行星排機構(gòu)的時候要滿足上式。
為了提高汽車在壞路面上的通過能力，如汽車的一個驅(qū)動輪接觸到泥濘或者冰雪路面時，在泥濘路面上的車輪原地滑轉(zhuǎn)，而在好路面的車輪靜止不動。這是因為在泥濘路面上的車輪與路面之間的附著力很小，路面只能對半軸作用很小的反作用力矩，雖然另一個車輪與好路面的附著力很大，但因為電機內(nèi)兩個轉(zhuǎn)子輸出轉(zhuǎn)矩相同的特點，使得在好路面上的車輪分配到的轉(zhuǎn)矩只能與產(chǎn)生滑轉(zhuǎn)的驅(qū)動輪得到的轉(zhuǎn)矩相等，致使總的牽引力不足以克服行駛阻力，汽車不能運動。為了解決上述問題，利用雙轉(zhuǎn)子電機兩個轉(zhuǎn)子輸出軸上的制動器27、31，當電動機兩輸出軸的絕對轉(zhuǎn)速之差大于40％(根據(jù)一般汽車的轉(zhuǎn)彎半徑5m左右計算得到的最大的驅(qū)動輪輪速差，不同型號車輛參數(shù)設(shè)定不同)的時候，制動器27、31將工作，將轉(zhuǎn)速較快的輸出軸抱住，以增大其反作用力矩，提高轉(zhuǎn)速較慢的輸出軸的輸出轉(zhuǎn)矩。本防滑裝置還可以與車載原有的制動系統(tǒng)聯(lián)合使用，既利用車載原有的ABS系統(tǒng)加入控制策略來完成制動器的工作。
隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，汽車的操縱穩(wěn)定性日益受到關(guān)注。四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)(4WS)是指汽車前后四個車輪均可以轉(zhuǎn)向的技術(shù)。四輪轉(zhuǎn)向汽車低速運行時，前后輪進行逆相位轉(zhuǎn)向，可以減小轉(zhuǎn)彎半徑，提高汽車的機動靈活性；高速運行時，前后輪進行同相位轉(zhuǎn)向，使汽車由于行駛方向改變而產(chǎn)生的橫擺角速度和側(cè)向加速度很快達到穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，改善了高速時汽車的操縱穩(wěn)定性。但是目前的四輪轉(zhuǎn)向技術(shù)都是采用多連桿機構(gòu)或者液壓缸等對四個車輛角度進行實際控制，這樣就要單獨開發(fā)一套機構(gòu)復(fù)雜的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)不但成本增加而且難以控制。
本實用新型混合動力四輪驅(qū)動系統(tǒng)的總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)通過輪速傳感器、制動壓力傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、雙轉(zhuǎn)子電機實際轉(zhuǎn)矩和加速踏板位置傳感器對由變速器輸出的信號、輪轂的運動狀態(tài)信號以及傳動比信號等進行收集，然后整車總控制器對這些信號進行濾波，并估算摩擦系數(shù)、側(cè)向速度、車輪和車輛的實際側(cè)偏角以及輪胎力等附加變量的值。該模塊還將檢測是否存在左右車輪附著系數(shù)不一致和急轉(zhuǎn)彎等情況。然后發(fā)出指令到控制器包括雙轉(zhuǎn)子電機控制器和制動器等來調(diào)整左右車輪轉(zhuǎn)速，到達一種改變轉(zhuǎn)彎半徑的作用。這種轉(zhuǎn)彎半徑的改變并非真正的前后左右四個車輪在轉(zhuǎn)彎的時候偏轉(zhuǎn)一定的角度，而是在傳統(tǒng)的前輪轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上通過控制兩個后輪的轉(zhuǎn)速差來達到改變轉(zhuǎn)彎半徑效果。在高速和低速的時候分別可以增加和減少汽車的轉(zhuǎn)彎半徑，其原理如圖3A、3B和3C所示，圖3 A是只有兩個前輪參加轉(zhuǎn)向的示意圖，圖3B為高速行駛時增加轉(zhuǎn)彎半徑的示意圖，圖3C低速行駛時減小轉(zhuǎn)彎半徑的示意圖。圖中O’為不進行主動轉(zhuǎn)向控制的回轉(zhuǎn)中心，O為進行主動轉(zhuǎn)向控制的回轉(zhuǎn)中心，Vfl為左前輪轉(zhuǎn)速，Vfr為右前輪轉(zhuǎn)速，Vrl為左后輪轉(zhuǎn)速，Vrr為右后輪轉(zhuǎn)速。如圖3A所示，O’為車輛的轉(zhuǎn)向中心，四個車輪繞車輛的轉(zhuǎn)向中心旋轉(zhuǎn)，此時由轉(zhuǎn)向中心到外轉(zhuǎn)向輪與地面接觸點的距離叫轉(zhuǎn)彎半徑。在高速轉(zhuǎn)向的時候，要盡量使汽車由于行駛方向改變而產(chǎn)生的橫擺角速度和側(cè)向加速度很快達到穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，這樣才能改善高速時汽車的操縱穩(wěn)定性。在控制系統(tǒng)判斷出汽車正在進行高速轉(zhuǎn)向的時候，通過前面的敘述可知執(zhí)行機構(gòu)接收到控制器的指令后調(diào)節(jié)雙轉(zhuǎn)子電機和制動器的輸出參數(shù)。具體是雙轉(zhuǎn)子電機控制器7提高雙轉(zhuǎn)子電機兩個輸出轉(zhuǎn)子22，24的相對輸出轉(zhuǎn)速的同時，對車輛轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)的制動器(可能27或31中的一個)進行適當?shù)闹苿樱龃髲澋劳鈧?cè)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速并降低彎道內(nèi)側(cè)驅(qū)動輪的轉(zhuǎn)速，由圖3B知，此時的后輪速度矢量三角形由于兩個后驅(qū)動輪輪速的改變，三角形斜邊已經(jīng)向遠離前輪的方向發(fā)生傾斜，從而導(dǎo)致整車轉(zhuǎn)向中心向遠離車輛質(zhì)心的方向偏移，從而達到增大轉(zhuǎn)彎半徑的目的。由圖3C知，當控制器判斷出汽車要進行低速轉(zhuǎn)急彎的時候，雙轉(zhuǎn)子電機控制器7提高雙轉(zhuǎn)子電機兩個輸出轉(zhuǎn)子22，24的相對輸出轉(zhuǎn)速的同時，通過制動器(可能27或31中的一個)對彎道外側(cè)的電機進行制動從而導(dǎo)致后輪速度矢量三角形由于兩個后驅(qū)動輪輪速的改變，三角形斜邊已經(jīng)向靠近前輪的方向發(fā)生傾斜，從而導(dǎo)致整車轉(zhuǎn)向中心向靠近車輛質(zhì)心的方向偏移，從而達到減小轉(zhuǎn)彎半徑的目的。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型提出了一種適應(yīng)輕、中、重各類型雙軸(橋)四輪驅(qū)動混合動力汽車使用要求、便于在多種工作模式間快速頻繁切換、適于采用先進的優(yōu)化控制策略的混聯(lián)式動力總成。便于混合動力電動汽車根據(jù)實際車輛行駛工況，采取并聯(lián)，串聯(lián)，串并聯(lián)的工作方式，也易于監(jiān)控器采用先進控制策略提高整車燃油經(jīng)濟性及降低污染物排放。采用的雙轉(zhuǎn)子電機既可以提供驅(qū)動力又能產(chǎn)生差速效果，功能合二為一，省去了傳統(tǒng)的傳動軸、主減速器、差速器等，從而大大縮短了整個動力傳遞路徑，提高了整車的效率。


圖1是本實用新型總成結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型雙轉(zhuǎn)子電機驅(qū)動的電驅(qū)動橋的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3A是只有兩個前輪參加轉(zhuǎn)向的示意圖。
圖3B是高速行駛時增加轉(zhuǎn)彎半徑的示意圖。
圖3C是低速行駛時減小轉(zhuǎn)彎半徑的示意圖。
圖4是用于后置發(fā)動機大型汽車(大客車)的動力總成示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步詳細的說明，但本實用新型的實施方式不限于此。
實施例1如圖1所示，一種混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，包括至少一個機械驅(qū)動橋分總成、至少一個電驅(qū)動橋分總成、電源分總成、總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其中，機械驅(qū)動橋分總成包括機械驅(qū)動橋和動力總成。機械驅(qū)動橋由發(fā)動機2(含燃油箱、電控油門等)、變速器17、傳動軸、主減速器、差速器16、半軸3、18、輪轂4、19、制動器等機械構(gòu)件組成轉(zhuǎn)向或非轉(zhuǎn)向型常規(guī)車橋，用以實現(xiàn)隨時按控制策略所指定的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速輸出所分配功率的功能。變速器17可以采用液力自動變速器(AT)、電控機械自動變速器(AMT)或機械無級自動變速器(CVT)等類型的自動變速器；發(fā)動機2可與電機1子系統(tǒng)連接構(gòu)成以發(fā)動機為主要動力源的ISA/ISG形式的混合動力總成。發(fā)動機2可以是汽油機、柴油機或其它熱機。如電機1采用盤式電機形式，則發(fā)動機的飛輪由電機1的外轉(zhuǎn)子代替。電機1可以根據(jù)監(jiān)控策略的要求和實際行駛中司機的指令控制來完成電動、發(fā)電、起動發(fā)動機等多種功能。電機1參與驅(qū)動、發(fā)電、能量回收等工作并擔(dān)負發(fā)動機隨時停機隨時起動的起動工作。該分總成的組成及連接關(guān)系與并聯(lián)式混合動力汽車動力總成類似，但電控油門不受司機的直接操控，而由總控制器根據(jù)控制策略分配給發(fā)動機的輸出功率來確定供油率。
如圖1、2所示，電驅(qū)動橋分總成包括雙轉(zhuǎn)子電機、雙轉(zhuǎn)子電機控制器7、左右減速(換向)的機構(gòu)14、8、左右萬向傳動機構(gòu)12、9、半軸、輪轂10、13、制動器27、31，采用獨立懸掛的斷開式車橋結(jié)構(gòu)，集驅(qū)動、差速、制動能量再生、改變轉(zhuǎn)彎半徑為一體。對應(yīng)于常規(guī)機械驅(qū)動橋的傳動軸、主減速器和差速器等構(gòu)件被雙轉(zhuǎn)子電機及其控制器所取代，但保留了半軸、輪轂、制動器等其他構(gòu)件，在雙轉(zhuǎn)子電機的左右兩側(cè)還分別增設(shè)了用于減速和換向減速的(行星)齒輪機構(gòu)，從而使電驅(qū)動橋具有了差速功能。所述的雙轉(zhuǎn)子電機為鼠籠式交流異步對轉(zhuǎn)雙轉(zhuǎn)子電機，由繞組23纏繞的外轉(zhuǎn)子24和內(nèi)轉(zhuǎn)子22配合構(gòu)成，外轉(zhuǎn)子24通過一側(cè)的減速機構(gòu)14和萬向傳動機構(gòu)12與一側(cè)車輪13連接，內(nèi)轉(zhuǎn)子依次通過換向減速機構(gòu)8和萬向傳動機構(gòu)9與另一側(cè)車輪10連接；也可以是內(nèi)外轉(zhuǎn)子對換連接。一側(cè)的換向減速機構(gòu)包括太陽輪32、行星架20、齒圈30、行星輪29、制動器31，齒圈30與機殼11固聯(lián)；另一側(cè)換向減速機構(gòu)包括太陽輪25、行星架28、齒圈26、制動器27，行星架28與機殼11固聯(lián)。太陽輪25與雙轉(zhuǎn)子電機一側(cè)輸出軸固連后與固定在機架的行星架28齒合，齒圈26作為輸出件與輸出萬向傳動機構(gòu)連接，并由安裝在齒圈上的制動器27對其輸出進行必要的制動控制。外轉(zhuǎn)子24上的繞組23通過集流機構(gòu)及導(dǎo)線21與雙轉(zhuǎn)子電機控制器7連接，雙轉(zhuǎn)子電機控制器7還與車載電源6連接。電機控制器7包含實現(xiàn)雙向直流-直流(DC/DC)或直流-交流(DC/AC)變換的功率電子裝置和電機調(diào)速的電子控制單元(ECU)等。在左右減速(換向)機構(gòu)的輸出軸的兩側(cè)安裝制動器，防止出現(xiàn)一側(cè)車輪的打滑造成整個驅(qū)動軸無法輸出驅(qū)動力。制動器與電機控制器配合使用還可以產(chǎn)出增加和減小轉(zhuǎn)彎半徑的效果。一般情況下，電機的內(nèi)轉(zhuǎn)子和外傳子向兩個不同的方向轉(zhuǎn)動，外轉(zhuǎn)子經(jīng)減速行星排后帶動等速萬向節(jié)轉(zhuǎn)動，內(nèi)轉(zhuǎn)子連接換向減速行星排后再與等速萬向節(jié)連接。換向減速行星排起到改變內(nèi)轉(zhuǎn)子輸出的轉(zhuǎn)矩的方向的作用，使得兩車輪有相同的運動方向。在電機驅(qū)動車輛的時候，電源總線向電機供電，在制動能量回收的時候，電機反過來向電源總線送電。
電源分總成主要由車載電源6及其管理模塊組成，其主要功能是向電機提供及接受電機回饋的電能，并向其他用電器供電。車載電源6為電池及/或超級電容等儲能器組成，管理模塊與車載電源連接，并通過各種傳感器監(jiān)控電池組等儲能器的充放電電流、電壓以及電池組溫度等工作狀態(tài)，實現(xiàn)電池組各單體間的電量均衡等。電源分總成還可包括向車輛其他低壓用電器供應(yīng)直流電的附加裝置15等構(gòu)成，附加裝置15并聯(lián)在直流總線(DC-bus)上。
總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是整個總成的大腦與中樞神經(jīng)，主要由總控制器33(及顯示)器、通訊總線及接口電路、以及分布在各分總成部件內(nèi)的各種傳感器和電子控制單元ECU等構(gòu)成?？偪刂破骷帮@示器實質(zhì)上是個裝有控制策略及算法軟件的微型計算機，通過網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不斷采集各傳感器和各部件ECU的信號，計算確定各部件的工作狀態(tài)和功率輸出并加以顯示，按控制策略向各部件ECU發(fā)出協(xié)調(diào)工作的指令；各ECU根據(jù)從網(wǎng)絡(luò)上接收的指令和信息使相應(yīng)的執(zhí)行器動作，控制部件的運行狀態(tài)、提供要求的功率，并把相關(guān)部件的當前狀態(tài)信號經(jīng)網(wǎng)絡(luò)傳回給總控制器。這里通訊網(wǎng)絡(luò)可采用CAN總線類的現(xiàn)場總線及接口電路；各種傳感器中包括了反映司機對車輪上驅(qū)動或制動總功率的需求的油門及制動踏板開度傳感器等。本系統(tǒng)的控制策略根據(jù)實際車輛設(shè)計參數(shù)和運行要求制定，控制信號由車輛總控制器及通訊網(wǎng)絡(luò)33根據(jù)控制策略輸入本系統(tǒng)的電機控制器7中，控制器產(chǎn)生相應(yīng)的動作控制雙轉(zhuǎn)子電機的運動參數(shù)。
所述的四個主要總成協(xié)調(diào)工作于一部混合動力汽車中，機械驅(qū)動橋分總成和電驅(qū)動橋分總成分別驅(qū)動車輛的前軸和后軸，能量在驅(qū)動橋和車載電源之間按照需要可以雙向流動，整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)由總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制運行。具體是總控制器根據(jù)控制策略和駕駛員指令發(fā)出控制信號，信號通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至電機控制器、雙轉(zhuǎn)子電機控制器和發(fā)動機線控油門等控制信號接受端，這些信號接收端分析了控制信號指令后對各自的控制對象進行控制，能量隨之在各個被控對象與車載電源之間流動。
本實施例各種實際工作模式如下1、電啟動驅(qū)動模式在普通平路車輛起步時，根據(jù)油門踏板狀態(tài)，主控制器啟動雙轉(zhuǎn)子電機，斷開離合器并變速器換空擋，由電驅(qū)動橋以純電動模式驅(qū)動車輛。在車輛達到一定車速時，由電機拖動發(fā)動機快速啟動，再結(jié)合離合器，進入混合驅(qū)動模式。以上狀態(tài)避免了發(fā)動機怠速高油耗、高排放的缺點。
2、純電動驅(qū)動模式車輛行駛在對排放要求特別高的地區(qū)(如風(fēng)景區(qū)，人口高密集區(qū))、車內(nèi)電池高于一定設(shè)定值或發(fā)動機出現(xiàn)嚴重故障時，車輛即轉(zhuǎn)入純電動驅(qū)動模式。在該模式下，發(fā)動機不工作，根據(jù)實際功率需求，由電驅(qū)動橋驅(qū)動汽車。
3、純發(fā)動機驅(qū)動模式僅在電機或電池出現(xiàn)嚴重故障或人為干預(yù)時，車輛轉(zhuǎn)入純發(fā)動機驅(qū)動模式。在該模式下，主控制器發(fā)出指令，停止雙轉(zhuǎn)子電機11和電機1，車輛完全由發(fā)動機為動力源的機械驅(qū)動橋驅(qū)動行駛。
4、混合動力混聯(lián)工作驅(qū)動模式在一般車況中，主控制器根據(jù)控制策略的優(yōu)化目標、實際車況功率需求和電池組荷電狀態(tài)，控制動力總成的輸出總功率及功率分配。發(fā)動機，電機、電驅(qū)動橋在并聯(lián)和混聯(lián)(串并聯(lián))工作模式之間不斷切換。
5、混合動力串聯(lián)工作驅(qū)動模式在混聯(lián)模式工作無法滿足排放要求且電池組荷電狀態(tài)較低的情況下或變速器發(fā)生故障時，車輛轉(zhuǎn)入串聯(lián)工作驅(qū)動模式。發(fā)動機穩(wěn)定工作在一個低排放工作點驅(qū)動電機發(fā)電，發(fā)出的電能和電池儲存的電能聯(lián)合向雙轉(zhuǎn)子電機供電，由電驅(qū)動橋驅(qū)動車輛。
6、能量回饋制動驅(qū)動模式在除純發(fā)動機驅(qū)動模式之外的上述任何工作模式下，且車輛需要制動減速或下坡限速時，主控制器根據(jù)制動踏板信號，斷開離合器，同時向電驅(qū)動橋發(fā)出負力矩給定信號，使其處于反拖發(fā)電狀態(tài)，向電池組回饋電能。當制動踏板信號繼續(xù)增大時，使原有機械制動系統(tǒng)也開始工作，以首先保證滿足制動安全性的需要。
應(yīng)用本實用新型混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，便于在多種工作模式間快速頻繁切換、適于采用先進的優(yōu)化控制策略的混聯(lián)式動力總成；也便于監(jiān)控器采用先進控制策略提高整車燃油經(jīng)濟性及降低污染物排放。采用的雙轉(zhuǎn)子電機既可以提供驅(qū)動力又能產(chǎn)生差速效果，功能合二為一，省去了傳統(tǒng)的傳動軸、主減速器、差速器等，從而大大縮短了整個動力傳遞路徑，提高了整車的效率。通過對電動橋雙轉(zhuǎn)子電機的轉(zhuǎn)速控制，可以對不同車速下車輛轉(zhuǎn)彎進行輔助轉(zhuǎn)向控制，實現(xiàn)增加或減小轉(zhuǎn)彎半徑的功能，以提高車輛高速轉(zhuǎn)彎行駛的操縱穩(wěn)定性和低速行駛時的轉(zhuǎn)彎靈活性。
實施例2圖4為本實用新型針對如發(fā)動機后置的大客車等車型開發(fā)，為本系統(tǒng)的一種衍生實施例，圖中前軸為電驅(qū)動橋驅(qū)動，后軸由發(fā)動機和電機構(gòu)成的機械驅(qū)動橋驅(qū)動，其它同實施例1。
實施例3對于三軸驅(qū)動的多軸汽車，可以由一個機械驅(qū)動橋和二個電驅(qū)動橋組合構(gòu)成，其它同實施例1。
如上所述，即可較好實施本實用新型。
權(quán)利要求1.一種混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，包括至少一個機械驅(qū)動橋分總成；所述機械驅(qū)動橋由發(fā)動機、變速器、傳動軸、主減速器、差速器、半軸、輪轂、制動器等機械構(gòu)件組成轉(zhuǎn)向或非轉(zhuǎn)向型常規(guī)車橋；其特征在于所述的多橋驅(qū)動系統(tǒng)還包括至少一個電驅(qū)動橋分總成、電源分總成、總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)；所述電驅(qū)動橋分總成由雙轉(zhuǎn)子電機直接驅(qū)動，電驅(qū)動橋包括雙轉(zhuǎn)子電機、控制器、左右減速及換向的機構(gòu)、左右萬向傳動機構(gòu)、半軸、輪轂、制動器，采用獨立懸掛的斷開式車橋結(jié)構(gòu)，所述的雙轉(zhuǎn)子電機由繞組纏繞的外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子配合構(gòu)成，外轉(zhuǎn)子通過一側(cè)的減速機構(gòu)和萬向傳動機構(gòu)與一側(cè)輪轂連接，內(nèi)轉(zhuǎn)子依次通過換向減速機構(gòu)和萬向傳動機構(gòu)與另一側(cè)輪轂連接，在左右減速及換向機構(gòu)的輸出軸的兩側(cè)安裝制動器，所述外轉(zhuǎn)子上的繞組還通過集流機構(gòu)及導(dǎo)線與雙轉(zhuǎn)子電機控制器連接，雙轉(zhuǎn)子電機控制器還通過電源總線與車載電源連接；所述電源分總成主要由車載電源及監(jiān)控其充放電電流、電壓和溫度等工作狀態(tài)的管理模塊組成，管理模塊與車載電源配合；所述總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由含顯示器的總控制器、通訊總線及接口電路、以及分布在各分總成部件內(nèi)的各種傳感器和電子控制單元構(gòu)成；總控制器及顯示器是個裝有控制策略及算法軟件的微型計算機，通訊網(wǎng)絡(luò)采用CAN總線或點對點直接通訊系統(tǒng)，分布在各分總成部件內(nèi)的各種傳感器和電子控制單元通過接口電路和通訊總線與總控制期連接；機械驅(qū)動橋分總成和電驅(qū)動橋分總成分別驅(qū)動車輛的前軸和后軸，或者相反；整個系統(tǒng)的工作狀態(tài)由總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)控制運行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述機械驅(qū)動橋還包括電機，電機與發(fā)動機構(gòu)成集成啟動機/發(fā)電機，電機還與電機控制器連接，所述電機控制器通過直流總線與車載電源連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述電驅(qū)動橋分總成的左右減速及換向的機構(gòu)為行星機構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳感器輪速傳感器、制動壓力傳感器、轉(zhuǎn)向盤轉(zhuǎn)角傳感器、橫擺角速度傳感器、側(cè)向加速度傳感器、雙轉(zhuǎn)子電機轉(zhuǎn)矩和加速踏板位置傳感器、反映司機對車輪上驅(qū)動或制動總功率的需求的油門及制動踏板開度傳感器、電源的電流和電壓傳感器，電機的轉(zhuǎn)速傳感器、電機控制器的電流、電壓、溫度傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述電驅(qū)動橋驅(qū)動前軸，后軸由發(fā)動機和電機構(gòu)成的機械驅(qū)動橋驅(qū)動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述多橋驅(qū)動系統(tǒng)包括一個機械驅(qū)動橋和二個電驅(qū)動橋。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述雙轉(zhuǎn)子電機由具有繞組或永磁體的內(nèi)、外轉(zhuǎn)子配合構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述混合動力汽車的多橋驅(qū)動系統(tǒng)，其特征在于所述雙轉(zhuǎn)子電機可為交流異步電機、交流同步電機、直流電機、永磁直流電機或永磁交流電機。
專利摘要本實用新型涉及以燃油和電能為能源的雙或多橋(軸)混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)，包括至少一個機械驅(qū)動橋分總成、至少一個電驅(qū)動橋分總成、電源分總成以及總控制器及監(jiān)測通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，發(fā)動機與多功能的雙轉(zhuǎn)子電機分別直接驅(qū)動不同的車橋。雙轉(zhuǎn)子電機由繞組纏繞的外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子配合構(gòu)成，外轉(zhuǎn)子通過一側(cè)的減速(換向)機構(gòu)和萬向傳動機構(gòu)與一側(cè)輪轂連接，內(nèi)轉(zhuǎn)子依次通過換向減速機構(gòu)和萬向傳動機構(gòu)與另一側(cè)輪轂連接。該系統(tǒng)不僅集“完全混合動力”、全橋/多橋驅(qū)動、輪間/軸間差速及緩速器等多種技術(shù)和功能于一體，對于整車而言，還有便于實現(xiàn)、便于降低造價，便于減小非懸掛質(zhì)量來提高行駛平順性及穩(wěn)定性等優(yōu)點。
文檔編號G05B15/02GK2925948SQ200620055320
公開日2007年7月25日 申請日期2006年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月27日
發(fā)明者羅玉濤, 黃向東, 周斯加, 趙克剛 申請人:華南理工大學(xué)