專利名稱：一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種汽車動力系統，尤其是涉及一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統。
背景技術：
隨著全球能源問題的日益突顯和越來越嚴重的大氣污染，節能和新能源汽車已被提上了議事日程，目前世界各大汽車制造商均已投入到新能源汽車的研發和制造中。純電動汽車雖然具有零排放、零污染的優點，但由于動力蓄電池技術的制約，車輛存在制造成本高和單次充電續駛里程短等問題。常規混合動力汽車雖具有節能減排的優點，但仍需燃油來提供動力，并且其排放效果也不太顯著。而增程式電動汽車綜合了純電動汽車和混合動力汽車的優點，既可以純電動模式行駛，滿足人們日常上下班的短距離行駛需求。也可以在增程模式下行駛，即控制發動機工作在其最佳經濟區域，帶動發電機發電，給動力蓄電池充電的同時并驅動電機運轉，滿足人們長距離行駛的需求。此外，在夜晚用電低峰期，可使用外接充電器通過居民電網給動力蓄電池組充電，降低了使用成本。目前市場上出現的增程式電動汽車的動力系統多采用兩輪驅動方案，極少采用結構甚為復雜的四輪驅動方案，并且其增程器多采用發動機和發電機直接機械相連的結構，造成發動機的起動慣量很大。中國專利公開號為CN202174928U的已授權專利闡述了一種增程式混合動力汽車動力系統，該方案采用了兩個電機、一個發動機、一個行星齒輪系、兩個電磁離合器、一個電池和一個逆變器，通過兩個電磁離合器的結合和分離，配合行星齒輪系的動作，實現純電動、串聯、并聯三種工作模式的切換。該方案由于采用兩輪驅動模式，不能充分利用路面牽引附著率，也不能實現制動能量的充分回收。中國專利公開號為CN102514479A的在審核專利闡述了一種增程式混合動力汽車動力系統，該方案采用了前橋、后橋、前驅動裝置、后驅動裝置、動力耦合裝置、控制器和蓄電池組等，通過前驅動裝置和后驅動裝置的配合，實現四輪驅動。該方案由于采用前驅動裝置、后驅動裝置、動力耦合裝置，存在著部件多、結構復雜、成本高的缺點。增程器采用發動機+電控離合器Cl+前軸電機、前軸采用前軸電機+電控離合器C2+變速器+差速器、后軸采用輪轂電機、可外接電網充電的增程式四輪純電驅動汽車動力系統尚未有人提出。
發明內容
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種提高傳動效率、充分地回收制動能量、有效地實現車輛節能減排的增程式四輪純電驅動汽車動力系統。本發明的目的可以通過以下技術方案來實現一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，包括汽車驅傳動子系統和整車控制子系統，所述的汽車驅傳動子系統包括發動機、第一電控離合器、前軸電機、第二電控離合器、變速箱、差速器、兩個后輪轂電機、動力蓄電池組和外接充電器，所述的發動機的動力輸出軸通過第一電控離合器與前軸電機的動力輸入軸連接，所述的前軸電機的動力輸出軸依次連接第二電控離合器、變速箱和差速器，所述的差速器與前軸連接，所述的前軸與前輪連接，所述的后輪轂電機與后輪連接，所述的前軸電機、后輪轂電機、動力蓄電池組和外接充電器均與整車控制子系統連接，通過整車控制子系統調節前軸電機、后輪轂電機和動力蓄電池組的工作狀態。所述的前軸電機為電動/發電一體機，用于發電、快速起動發動機或驅動前輪。所述的前軸電機用于發電時，發動機帶動前軸電機發電，并為動力蓄電池組充電，通過調節前軸電機使發動機工作在最佳工況區。
所述的快速起動發動機是指發動機起動時，第二電控離合器分離，發動機通過第一電控離合器與前軸電機結合，前軸電機快速起動發動機。所述的整車控制子系統包括前軸電機控制器、輪轂電機控制器、電池管理控制器和整車控制器，所述的前軸電機控制器與前軸電機連接，所述的輪轂電機控制器與后輪轂電機連接，所述的電池管理控制器分別連接動力蓄電池組和外接充電器，所述的整車控制器分別與前軸電機控制器、輪轂電機控制器和電池管理控制器通信連接。該系統根據行駛工況，具有多種運行模式，包括純電動驅動模式由前軸電機和輪轂電機中的至少一個進行車輛的驅動，包括前軸電機前輪驅動模式、后輪轂電機后輪驅動模式和前軸電機+輪轂電機四輪驅動模式；增程驅動模式該模式包括串聯增程模式、發動機增程模式和發動機驅動+前軸電機發電增程模式；并聯四輪驅動模式由發動機輸出機械能至前軸電機驅動前輪，動力蓄電池組輸出電功率至后輪轂電機驅動后輪，實現并聯四輪驅動；再生制動模式該模式前軸電機前輪再生制動模式、后輪轂電機后輪再生制動模式、前軸電機+后輪轂電機四輪再生制動模式；停車充電模式發動機輸出機械功率給前軸電機，前軸電機將機械能轉化為電能輸送給動力蓄電池組，為動力蓄電池組充電；夜晚插電模式在夜晚用電低峰時期，電網的電能通過外接充電器為動力蓄電池組充電。與現有技術相比，本發明具有以下優點I)本發明采用前軸電機和后輪轂電機的架構，省去了復雜的后軸驅傳動元件，提高了傳動效率，充分利用了輪胎的牽引附著率，實現了四輪驅動，同時在制動時，可以實現四輪再生制動，充分地回收制動能量；2)本發明采用了兩個電控離合器，通過協調兩個離合器的分離與結合，可以實現發動機和前軸電機的多種組合模式，可以實現純電動驅動模式、增程驅動模式和再生制動等多種工作模式，使控制方式更加多樣化，能夠有效地實現車輛的節能減排；3)本發明采用外接充電器，在夜晚用電低峰時期，通過居民電網給動力蓄電池組充電，降低了用戶的使用成本。
圖I為本發明的結構示意圖；圖2為純電動驅動模式(前軸電機前輪驅動)下的能量傳遞路徑示意圖；圖3為純電動驅動模式(輪轂電機后輪驅動)下的能量傳遞路徑示意圖；圖4為純電動驅動模式(前軸電機+輪轂電機四輪驅動)下的能量傳遞路徑示意圖；圖5為增程驅動模式(串聯增程模式)下的能量傳遞路徑示意圖；圖6為增程驅動模式(發動機增程模式)下的能量傳遞路徑示意圖； 圖7為增程驅動模式(發動機驅動+前軸電機發電)的能量傳遞路徑示意圖；圖8為并聯四輪驅動模式下的能量傳遞路徑示意圖；圖9為再生制動模式(前輪再生制動)下的能量傳遞路徑示意圖；圖10為再生制動模式(輪轂電機后輪再生制動)下的能量傳遞路徑示意圖；圖11為再生制動模式(前軸電機+輪轂電機四輪再生制動)下的能量傳遞路徑示意圖；圖12為停車充電模式下的能量傳遞路徑示意圖；圖13為夜晚插電模式下的能量傳遞路徑示意圖。圖中標號說明I-發動機、2a_第一電控離合器、3_前軸電機、2b_第二電控離合器、4_變速箱、5_差速器、6-前軸電機控制器、7-動力蓄電池組、8-輪轂電機控制器、9-后輪轂電機、10-電池管理控制器、11-外接充電器、12-整車控制器、13-前軸；u 表不機械連接，畫_ w表不高壓電氣連接，表示CAN總線,《._··■·····_,，表示部件與其控制器的連接表示能量流。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。實施例如圖I所示，一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，包括汽車驅傳動子系統和整車控制子系統，所述的汽車驅傳動子系統包括發動機I、第一電控離合器2a、前軸電機3、第二電控離合器2b、變速箱4、差速器5、兩個后輪轂電機9、動力蓄電池組7和外接充電器11，所述的發動機I的動力輸出軸通過第一電控離合器2a與前軸電機3的動力輸入軸連接，所述的前軸電機3的動力輸出軸依次連接第二電控離合器2b、變速箱4和差速器5，所述的差速器5與前軸13連接，所述的前軸13與前輪連接，所述的后輪轂電機9與后輪連接。左右兩個后輪轂電機9可以用來驅動左右后輪并回收制動能量。前軸電機用作電動機，與后輪轂電機一起可以實現車輛的四輪驅動。另外，在夜晚用電低峰時期，可以使用外接充電器通過居民電網給動力蓄電池組充電。所述的整車控制子系統包括前軸電機控制器6、輪轂電機控制器8、電池管理控制器10和整車控制器12，所述的前軸電機控制器6與前軸電機3連接，所述的輪轂電機控制器8與后輪轂電機9連接，所述的電池管理控制器10分別連接動力蓄電池組7和外接充電器11，所述的整車控制器12分別與前軸電機控制器6、輪轂電機控制器8和電池管理控制器10通信連接。整車控制子系統調節前軸電機3、后輪轂電機9和動力蓄電池組7的工作狀態。所述的前軸電機3為電動/發電一體機，用于發電、快速起動發動機或驅動前輪。所述的前軸電機3用于發電時,發動機I帶動前軸電機3發電,并為動力蓄電池組7充電，通過調節前軸電機使發動機工作在最佳工況區，必要時發動機也可直接驅動車輛。所述的快速起動發動機是指發動機I起動時，第二電控離合器2b分離，發動機通過第一電控離合器2a與前軸電機結合，前軸電機3快速起動發動機I。圖2至圖4所示為純電動驅動模式，當動力蓄電池組7的SOC處于設定限值范圍內時運行該模式。該模式分為三種情況，分別為前軸電機前輪驅動、輪轂電機后輪驅動和前軸電機+輪轂電機四輪驅動模式。
(I)前軸電機前輪驅動模式，在該模式下，第一電控離合器2a分離，第二電控離合器2b接合,動力蓄電池組7輸出電功率經前軸電機控制器6、前軸電機3、第二電控離合器2b輸送給變速器4，再經差速器5驅動前軸13，進而驅動前輪。其能量傳遞路徑示意圖如圖2所示。(2)輪轂電機后輪驅動模式，在該模式下，第一電控離合器2a分離，第二電控離合器2b分離，動力蓄電池組7輸出電功率經輪轂電機控制器8、后輪轂電機9，進而驅動左右后輪。其能量傳遞路徑示意圖如圖3所示。(3)前軸電機+輪轂電機四輪驅動模式，在該模式下，第一電控離合器2a分離，第二電控離合器2b接合,動力蓄電池組7輸出電功率，一部分電功率通過前軸電機3轉化為機械功率來驅動前輪，另一部分電功率通過后輪轂電機9轉化為機械功率來驅動后輪，實現四輪驅動模式。其能量傳遞路徑示意圖如圖4所示。圖5-7所示為增程驅動模式，當動力蓄電池組7的SOC小于設定下限值時運行該模式。該模式分為三種情況，分別為串聯增程模式、發動機增程模式、發動機驅動+前軸電機發電增程模式。(I)串聯增程模式，在該模式下，第一電控離合器2a接合，第二電控離合器2b分離，發動機I輸出機械能給前軸電機3,前軸電機3將機械能轉化為電能并將電能輸送給動力蓄電池組7充電，動力蓄電池組7將電功率輸送給后輪轂電機9，經電機轉化為機械功率，從而驅動后輪。其能量傳遞路徑示意圖如圖5所示。(2)發動機增程模式,在該模式下,第一電控離合器2a接合,第二電控離合器2b接合，發動機I輸出機械能給前軸電機3，經第二電控離合器2b輸送給變速器4，再經差速器5驅動前軸13,進而驅動前輪。其能量傳遞路徑示意圖如圖6所示。(3)發動機驅動+前軸電機發電增程模式，在該模式下，第一電控離合器2a接合，第二電控離合器2b接合,發動機I輸出機械能一部分輸送給前軸電機3,前軸電機3將機械能轉化為電能并將電能輸送給動力蓄電池組7充電。發動機I輸出機械能另一部分經第二電控離合器2b輸送給變速器4，再經差速器5驅動前軸13，進而驅動前輪。其能量傳遞路徑示意圖如圖7所示。圖8所示為并聯四輪驅動模式，當車輛需求功率較大且動力蓄電池組7的SOC接近設定下限值時運行該模式，在該模式下，第一電控離合器2a接合，第二電控離合器2b接合，發動機I輸出機械能，經第一電控離合器2a、前軸電機3、第二電控離合器2b、變速器4、差速器5、前軸13，從而驅動前輪。動力蓄電池組7將電功率輸送給后輪轂電機9，經電機轉化為機械功率，從而驅動后輪。實現并聯四輪驅動。其能量傳遞路徑示意圖如圖8所示。圖 9至圖11所示為再生制動模式，當車輛在進行制動時運行該再生制動模式。該模式分為三種情況，分別為前軸電機前輪再生制動、輪轂電機后輪再生制動、前軸電機+輪轂電機四輪再生制動模式，具體如下(I)前軸電機前輪再生制動模式，在該模式下，第一電控離合器2a接合，第二電控離合器2b接合,前軸電機3將前輪制動產生的機械能轉變為電能輸送給動力蓄電池組7,實現能量回收。其能量傳遞路徑示意圖如圖9所示。(2)輪轂電機后輪再生制動模式，在該模式下，第一電控離合器2a接合，第二電控離合器2b接合，后輪轂電機9將后輪制動產生的機械能轉變為電能輸送給動力蓄電池組7，實現能量回收。其能量傳遞路徑示意圖如圖10所示。(3)前軸電機+輪轂電機四輪再生制動模式，在該模式下，第一電控離合器2a接合，第二電控離合器2b接合,制動產生的機械能同時通過前軸電機3和后輪轂電機9轉變為電能輸送給動力蓄電池組7，實現制動能量的充分回收。其能量傳遞路徑示意圖如圖11所示。圖12所示為停車充電模式。當車輛停止不動且動力蓄電池組7的SOC較低時，運行該模式，在該模式下，第一電控離合器2a接合,第二電控離合器2b分離,發動機I輸出機械功率給前軸電機3，前軸電機3將機械能轉化為電能輸送給動力蓄電池組7，為動力蓄電池組7充電。圖13所示為夜晚插電模式。當車輛停在車庫里且動力蓄電池組7的SOC允許充電時，在夜晚用電低峰時期運行該模式，在該模式下，電網的電能通過外接充電器11、電池管理控制器10輸送給動力蓄電池組7，為動力蓄電池組7充電。
權利要求
1.一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，包括汽車驅傳動子系統和整車控制子系統，其特征在于，所述的汽車驅傳動子系統包括發動機、第一電控離合器、前軸電機、第二電控離合器、變速箱、差速器、兩個后輪轂電機、動力蓄電池組和外接充電器，所述的發動機的動力輸出軸通過第一電控離合器與前軸電機的動力輸入軸連接，所述的前軸電機的動力輸出軸依次連接第二電控離合器、變速箱和差速器，所述的差速器與前軸連接，所述的前軸與前輪連接，所述的后輪轂電機與后輪連接，所述的前軸電機、后輪轂電機、動力蓄電池組和外接充電器均與整車控制子系統連接，通過整車控制子系統調節前軸電機、后輪轂電機和動力蓄電池組的工作狀態。
2.根據權利要求I所述的一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，其特征在于，所述的前軸電機為電動/發電一體機，用于發電、快速起動發動機或驅動前輪。
3.根據權利要求2所述的一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，其特征在于，所述的前軸電機用于發電時，發動機帶動前軸電機發電，并為動力蓄電池組充電，通過調節前軸電機使發動機工作在最佳工況區。
4.根據權利要求2所述的一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，其特征在于，所述的快速起動發動機是指發動機起動時，第二電控離合器分離，發動機通過第一電控離合器與前軸電機結合，前軸電機快速起動發動機。
5.根據權利要求I所述的一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，其特征在于，所述的整車控制子系統包括前軸電機控制器、輪轂電機控制器、電池管理控制器和整車控制器，所述的前軸電機控制器與前軸電機連接，所述的輪轂電機控制器與后輪轂電機連接，所述的電池管理控制器分別連接動力蓄電池組和外接充電器，所述的整車控制器分別與前軸電機控制器、輪轂電機控制器和電池管理控制器通信連接。
6.根據權利要求I所述的一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，其特征在于，該系統根據行駛工況，具有多種運行模式，包括 純電動驅動模式由前軸電機和輪轂電機中的至少一個進行車輛的驅動，包括前軸電機前輪驅動模式、后輪轂電機后輪驅動模式和前軸電機+輪轂電機四輪驅動模式； 增程驅動模式該模式包括串聯增程模式、發動機增程模式和發動機驅動+前軸電機發電增程模式； 并聯四輪驅動模式由發動機輸出機械能至前軸電機驅動前輪，動力蓄電池組輸出電功率至后輪轂電機驅動后輪，實現并聯四輪驅動； 再生制動模式該模式前軸電機前輪再生制動模式、后輪轂電機后輪再生制動模式、前軸電機+后輪轂電機四輪再生制動模式； 停車充電模式發動機輸出機械功率給前軸電機，前軸電機將機械能轉化為電能輸送給動力蓄電池組，為動力蓄電池組充電； 夜晚插電模式在夜晚用電低峰時期，電網的電能通過外接充電器為動力蓄電池組充電。
全文摘要
本發明涉及一種增程式四輪純電驅動汽車動力系統，包括汽車驅傳動子系統和整車控制子系統，所述的汽車驅傳動子系統包括發動機、第一電控離合器、前軸電機、第二電控離合器、變速箱、差速器、兩個后輪轂電機、動力蓄電池組和外接充電器，所述的發動機的動力輸出軸通過第一電控離合器與前軸電機的動力輸入軸連接，所述的前軸電機的動力輸出軸依次連接第二電控離合器、變速箱和差速器，所述的差速器與前軸連接，所述的前軸與前輪連接，所述的后輪轂電機與后輪連接，所述的前軸電機、后輪轂電機、動力蓄電池組和外接充電器均與整車控制子系統連接。與現有技術相比，本發明具有提高傳動效率、充分地回收制動能量、有效地實現車輛節能減排等優點。
文檔編號B60L11/14GK102897029SQ201210410390
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月24日 優先權日2012年10月24日
發明者趙治國, 姜嬌龍, 代顯軍, 王琪 申請人:同濟大學