CN204623112U - 一种混合动力驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种混合动力驱动系统，属于汽车驱动技术领域。所述混合动力驱动系统包括：发动机设于汽车的第一动力桥，用于驱动所述第一动力桥连接的第一车轮；发动机变速箱的输入轴与该发动机的输出轴连接，该发动机变速箱的输出轴与该第一车轮连接；该电动机设于该汽车的第二动力桥，用于驱动与该第二动力桥连接的第二车轮；TCU与该发动机、电动机通讯连接，用于在发动机驱动模式下控制该发动机变速箱进行换挡并在控制该发动机变速箱换挡前启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮；在发动机变速箱完成换挡后，关闭电动机，或者用于在电动机驱动模式时，控制该发动机变速箱挂入空挡。采用本实用新型能够实现无动力中断换挡。

Description

一种混合动力驱动系统

技术领域

本实用新型涉及汽车驱动技术领域，尤其涉及一种混合动力驱动系统。

背景技术

随着社会和科技的发展，汽车成为了日常生活中最主要的交通工具。传统燃油车给人类带来了极大方便，但是随着汽车数量的剧增，其造成的污染不容忽视。人们开始寻找新的能源替代燃油动力，继而出现了不依赖能源的零排放的电动车。但是，电动车目前还受限于电池容量、续航里程、充电时间、价格、行驶效率等多方面的困扰，所以混合动力应运而生。

雨雪天气或泥泞灰沙道路会给车辆运行带来困难，路面的轮胎附着力很小会，特别是在换挡时，更容易因动力中断而使轮胎打滑，轮胎打滑会导致不能运行，或失去控制，不能刹车等危险。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提出一种混合动力驱动系统，以克服现有技术汽车在换挡时动力中断的缺陷。

为实现上述目的，本实用新型提出一种混合动力驱动系统，所述混合动力驱动系统包括发动机、发动机变速箱、电动机及TCU：

所述发动机设于汽车的第一动力桥，用于驱动所述第一动力桥连接的第一车轮；

所述发动机变速箱的输入轴与所述发动机的输出轴连接，所述发动机变速箱的输出轴与所述第一车轮连接；

所述电动机设于所述汽车的第二动力桥，用于驱动与所述第二动力桥连接的第二车轮；

所述TCU分别与所述发动机、电动机之间通讯连接，用于在发动机驱动模式下控制所述发动机变速箱进行换挡，以及在控制所述发动机变速箱换挡前启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮，并在所述发动机变速箱完成换挡后，关闭所述电动机，或者用于在电动机驱动模式时，控制所述发动机变速箱挂入空挡。

提供一种如上所述的混合动力驱动系统，所述TCU，还用于在启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮之后，根据所述汽车的加速需求调节所述电动机的输出扭矩，以及在所述发动机变速箱完成换挡后，控制所述电动机的输出扭矩逐渐减少至零。

提供一种如上所述的混合动力驱动系统，所述混合动力驱动系统还包括电动机变速箱，所述TCU还与所述发动机变速箱及所述发动机的控制单元之间通讯连接，用于在采用电动机驱动模式时，控制所述电动机变速箱进行换挡，以及在控制所述电动机变速箱换挡前，启动所述发动机驱动所述第一车轮，并且在所述电动机变速箱完成换挡后，关闭所述发动机。

提供一种如上所述的混合动力驱动系统，，所述TCU，还用于在启动所述发动机驱动所述第一车轮之后，根据所述汽车的加速需求调节所述发动机的输出扭矩，以及用于在所述电动机变速箱完成换挡后，控制所述发动机的输出扭矩逐渐减少至零。

提供一种如上所述的混合动力驱动系统，所述混合动力驱动系统还包括离合器，所述发动机变速箱的输入轴与所述发动机的输出轴连接，包括：

所述发动机变速箱的输入轴通过所述离合器与所述发动机的输出轴连接。

提供一种如上所述的混合动力驱动系统，所述发动机变速箱设有至少三个挡位，所述电动机变速箱设有至少两个挡位。

提供一种如上所述的混合动力驱动系统，所述离合器、发动机变速箱及电动机变速箱采用电力驱动或气动或液压驱动。

提供一种如上所述的混合动力驱动系统，所述第一动力桥为前桥，所述第二动力桥为后桥；或者

所述第一动力桥为后桥，所述第二动力桥为前桥。

本实用新型提出的一种混合动力驱动系统，利用发动机和电动机分别驱动与第一动力桥连接的第一车轮以及连接到前轮或后轮，然后通过TCU分别控制发动机变速箱及电动机变速箱换挡，并在发动机变速箱或电动机变速箱的换挡过程中控制电动机或发动机输出扭矩，来弥补变速箱换挡时的动力中断，实现无动力中断换挡。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种混合动力驱动系统；

图2为图1所示混合动力驱动系统中TCU的通讯示意图。

图3-1为传统的采用发动机驱动的汽车在换挡过程中的发动机输出扭矩示意图；

图3-2为图1所示混合动力驱动系统中采用无动力中断技术时发动机的输出扭矩示意图；

图3-3为图1所示混合动力驱动系统中采用自响应扭变技术时发动机的输出扭矩示意图；

图4为本实用新型实施例提供的一种汽车的驱动方法的流程图。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

现在将参考附图描述实现本实用新型的各个实施例。在后续的描述中，使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本实用新型的说明，其本身并没有特定的意义。因此，"模块"与"部件"可以混合地使用。

需要说明的是，本实用新型实施例所称发动机驱动模式是指由发动机驱动与第一动力桥连接的第一车轮并关闭所述电动机；电动机驱动模式是指由电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮并关闭所述发动机。混合驱动模式是指由发动机驱动模式是指由发动机驱动与第一动力桥连接的第一车轮的同时，由电动机驱动模式为由所述电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮。

本实用新型实施例提供了一种混合动力驱动系统。请参阅图1，该混合动力系统包括：发动机11、发动机变速箱12、电动机13、电动机变速箱14、离合器15及自动变速箱控制单元16（Transmission Control Unit，TCU）。

发动机11设于汽车的第一动力桥上，驱动与该第一动力桥连接的第一车轮21。具体的，离合器15的输入轴与发动机11的输出轴连接，输出轴与发动机变速箱12的输入轴连接，发动机变速箱的输出轴则与该第一车轮21连接。

电动机13设于汽车的第二动力桥上，驱动与该第二动力桥连接的第一车轮22。具体的，电动机变速箱14的输入轴与发动机11的输出轴连接，输出轴与该第二车轮22连接。

对于四轮驱动的汽车，当发动机11设于前桥时，电动机13则设于后桥，反之亦然。驾驶员通过选择用哪个动力源也就决定了使用前轮驱动还是后轮驱动。如果需要两个动力源同时工作来同时驱动两对轮子，则可以实现四轮驱动。当然本实施例也可应用在多轴桥的汽车上，此时将发动机11和电动机13分别设于不同的动力桥上，将其他的轴桥作为被动桥。

需要说明的是，在实际应用中，对于电动机13，可以从零速上升到几千甚至到万多个每分钟转速（Revolutions Per Minute，RPM），因此电动机13可以不需要电动机变速箱14。但是在一个转速范围不是很高，效率不是很均匀、输出扭矩不是很大的情况下，一个挡位不多的变速箱就可以加大低速时的输出扭矩、提高加速性能、提高爬坡能力、和满足更高车速的需求，还可以提高整体效率，因此电动机变速箱14的挡位一般设置为2挡或3挡就可以满足要求。而设置2挡比较简单，只需一个换挡执行机构就可以了，较为经济。

为了分别控制第一动力桥和第二动力桥的扭矩和转速，采用分体式变速箱（即发动机变速箱及电动机变速箱）就有利于不同系统的合理出力。

TCU分别与该发动机11的控制单元、发动机变速箱12、电动机13的控制单元、电动机变速箱14及离合器15之间进行通讯连接。具体如图2所示，TCU16 根据从信号输入线23获得的输入信号以及从CAN总线24上获得的其它子系统的信号，决定当前的最佳挡位以及确定哪个变速箱需要换挡。具体的，从信号输入线23获得的输入信号可以包括各类传感器发送的传感器信号，比如：车速传感器信号、发动机转速传感器信号等。

需要说明的是，在实际应用中，在能够保证不缺电和电动机驱动系统不出故障的情况下，图1中的离合器15也可以被省略。此时汽车始终用电动机起步。

其中，在发动机驱动模式下，TCU16用于控制该发动机变速箱进行换挡，以及在控制该发动机变速箱换挡前启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮，并在该发动机变速箱完成换挡后，关闭该电动机；以及用于在启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮之后，根据该汽车的加速需求调节该电动机的输出扭矩，以及在该发动机变速箱完成换挡后，控制该电动机的输出扭矩逐渐减少至零。

具体的，在发动机驱动模式下，当TCU16确定发动机变速箱12需要换挡时，那么在控制发动机变速箱12换挡前，TCU向电动机13发送启动信号，电动机13开始接通并逐渐出力取代发动机11。当发动机11不再驱动第一车轮21时，TCU16指令发动机变速箱12的选挡执行机构和挂挡执行机构进行摘挡、选挡和挂挡。当发动机变速箱12完成换挡后，TCU16指示发动机11逐渐加力，同时指令电机13退出，恢复发动机11的驱动，此时，便实现无离合器换挡技术。由于TCU16能够分别控制发动机变速箱12及电动机变速箱14，因此可以对第一动力桥和第二动力桥的动力分别控制，在发动机变速箱12换挡时可以实现用电动机13出力来弥补发动机变速箱12换挡时的动力中断，所以本实施例可以实现无动力中断换挡。更为重要的是，在换挡过程中，驱动系统的输出扭矩不只是不中断而保持换挡前的扭矩，而是按驾驶员当时的扭矩需求递增电动机13的输出扭矩，所以在换挡过程中，车辆在递增的输出扭矩下便开始加速，因此应用本实施例，汽车的加速动力性会大大提高，舒适性也会得到根本性的改善。

与现有技术不同的是，为了实现无动力中断的平滑换挡，现有技术都会保证在换挡过程中，将两个动力源（电动机和发动机）输出到车辆上的总动力设为常数。即： F总 = F电机 + F内燃机。如图3-1所示，为传统车的内燃机提供动力时，在换挡期间，输出扭矩变为零后再上升，这就是所谓的动力中断，此时，车辆处于无动力状态，在平路上车辆不但停止加速，甚至会减速，如是上坡，减速会更厉害。而本实施例则根据当时驾驶员要求增加动力或减少动力的需求，使总动力在换挡过程中就进行有效调节，尽早满足驾驶员的动力需求，减少换挡后的动力急剧变化造成不适。如图3-2所示，由于本实施例的动力补偿是在换挡前边开始，电动机13可以通过电动机变速箱14给第二车轮提供输出扭矩予以补偿发动机变速箱12换挡时失去的动力。

进一步的，本实施例还可实现自响应扭变技术，该技术是使TCU16控制电动机13的输出扭矩不仅仅补偿发动机11由于动力中断而失去的扭矩，而且还根据驾驶员要求加速的需求逐渐增加电动机13的输出扭矩，这就提高了加速性能。然后当发动机变速箱12挂好挡以后，电动机13的输出扭矩逐渐减少到零。发动机11继续提高输出扭矩。总的输出扭矩就像图3-3中所示，它不但没有像图3-1一样出现动力中断，并且换挡一开始扭矩就平滑递增。整个换挡过程扭矩平顺增速。在驾驶员在要求降扭矩换挡过程也相类似，只是总输出扭矩在换挡一开始就逐渐下降。

另外，在发动机驱动模式下，TCU16可以控制电动机变速箱14置于空挡，电动机13不旋转，因此电动机13就不会产生摩擦损耗，也没有磁耗和铁耗，只有需要电动机13出力或发电时，TCU16指令才电动机变速箱14的挂挡执行机构挂到合适的挡位，节省了能源。

同样的，在电动机驱动模式时，TCU16用于在采用电动机驱动模式时，控制该电动机变速箱进行换挡，以及在控制该电动机变速箱换挡前，启动该发动机驱动该第一车轮，并且在该电动机变速箱完成换挡后，关闭该发动机；还用于在启动该发动机驱动该第一车轮之后，根据该汽车的加速需求调节该电动机的输出扭矩，以及用于在该电动机变速箱完成换挡后，控制该发动机的输出扭矩逐渐减少至零。

具体的，电动机驱动模式下，离合器15打开或发动机变速箱12挂入空挡，所以发动机11可以熄火省油。TCU16根据车速和电动机13的输出扭矩、效率等决定电动机变速箱14的挡位。在电动机变速箱14换挡时，可以控制发动机11输出来弥补电动机13的输出扭矩减少时的影响，也就是说，电动机驱动模式下也能实现无动力中断换挡。

实际应用中，当在运行中任何时候需要充电时，发动机11驱动车辆，车辆驱动电动机13发电，电能可以存储到电池备用。

本实施例的离合器、发动机变速箱或电动机变速箱可以是电驱动的、也可以是气动的或液压驱动的。

本实施的混合动力驱动系统，利用发动机和电动机分别驱动与第一动力桥连接的第一车轮以及连接到前轮或后轮，然后通过TCU分别控制发动机变速箱及电动机变速箱换挡，并在发动机变速箱或电动机变速箱的换挡过程中控制电动机或发动机输出扭矩，来弥补变速箱换挡时的动力中断，实现无动力中断换挡。

在上述实施例的基础上，本实用新型还提供了一种汽车驱动方法。请参阅图3，该方法包括：

S410、判断当前的驱动模式；

S420、当采用发动机驱动模式时，判断发动机变速箱是否需要换挡；

S430、若需要换挡，启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮并控制该发动机变速箱进行换挡；

S440、在该发动机变速箱完成换挡后，关闭该电动机；

S450、当采用电动机驱动模式时，控制该发动机变速箱挂入空挡；

其中，发动机驱动模式为由该发动机驱动与第一动力桥连接的第一车轮并关闭该电动机，该电动机驱动模式为由该电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮并关闭该发动机。

进一步的，启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮之后，该驱动方法还包括：根据该汽车的加速需求调节该电动机的输出扭矩；

该在该发动机变速箱完成换挡后，关闭该电动机，包括：在该发动机变速箱完成换挡后，控制该电动机的输出扭矩逐渐减少至零。

进一步的，该驱动方法还包括：

当采用电动机驱动模式时，判断电动机变速箱是否需要换挡；

若需要换挡，启动该发动机驱动该第一车轮并控制该电动机变速箱进行换挡；

在电动机变速箱完成换挡后，关闭该发动机。

进一步的，启动该发动机驱动该第一车轮之后，该驱动方法还包括：根据该汽车的加速需求调节该电动机的输出扭矩；

在该电动机变速箱完成换挡后，关闭该发动机，包括：在该电动机变速箱完成换挡后，控制该发动机的输出扭矩逐渐减少至零。。

本实施例的驱动方法，利用发动机和电动机分别驱动与第一动力桥连接的第一车轮以及连接到前轮或后轮，然后通过TCU分别控制发动机变速箱及电动机变速箱换挡，并在发动机变速箱或电动机变速箱的换挡过程中控制电动机或发动机输出扭矩，来弥补变速箱换挡时的动力中断，实现无动力中断换挡。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

上述本实用新型实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统包括发动机、发动机变速箱、电动机及TCU： 所述发动机设于汽车的第一动力桥，用于驱动所述第一动力桥连接的第一车轮；所述发动机变速箱的输入轴与所述发动机的输出轴连接，所述发动机变速箱的输出轴与所述第一车轮连接；所述电动机设于所述汽车的第二动力桥，用于驱动与所述第二动力桥连接的第二车轮；所述TCU分别与所述发动机、电动机之间通讯连接，用于在发动机驱动模式下控制所述发动机变速箱进行换挡，以及在控制所述发动机变速箱换挡前启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮，并在所述发动机变速箱完成换挡后，关闭所述电动机，或者用于在电动机驱动模式时，控制所述发动机变速箱挂入空挡。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统，其特征在于， 所述TCU，还用于在启动电动机驱动与第二动力桥连接的第二车轮之后，根据所述汽车的加速需求调节所述电动机的输出扭矩，以及在所述发动机变速箱完成换挡后，控制所述电动机的输出扭矩逐渐减少至零。

3.根据权利要求1或2所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还包括电动机变速箱，所述TCU还与所述发动机变速箱及所述发动机的控制单元之间通讯连接，用于在采用电动机驱动模式时，控制所述电动机变速箱进行换挡，以及在控制所述电动机变速箱换挡前，启动所述发动机驱动所述第一车轮，并且在所述电动机变速箱完成换挡后，关闭所述发动机。

4.根据权利要求3所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述TCU，还用于在启动所述发动机驱动所述第一车轮之后，根据所述汽车的加速需求调节所述发动机的输出扭矩，以及用于在所述电动机变速箱完成换挡后，控制所述发动机的输出扭矩逐渐减少至零。

5.根据权利要求4所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述混合动力驱动系统还包括离合器，所述发动机变速箱的输入轴与所述发动机的输出轴连接，包括：

所述发动机变速箱的输入轴通过所述离合器与所述发动机的输出轴连接。

6.根据权利要求5所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述发动机变速箱设有至少三个挡位，所述电动机变速箱设有至少两个挡位。

7.根据权利要求6所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述离合器、发动机变速箱及电动机变速箱采用电力驱动或气动或液压驱动。

8.根据权利要求7所述的混合动力驱动系统，其特征在于，所述第一动力桥为前桥，所述第二动力桥为后桥；或者所述第一动力桥为后桥，所述第二动力桥为前桥。