专利名称：电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及的是一种汽车技术领域的系统，具体是一种电机悬浮式同轴并联 混合动力驱动系统。
背景技术：
汽车混合动力系统的结构型式有串联式、并联式和混联式。其中，串联式混合动力 系统，由于需要多次能量转化而无法将能耗降到更低；混联式混合动力系统，虽有极大的性 能优势，成本较高，系统结构和控制较为复杂；并联式混合动力系统，成本低，性能价格比优 势明显。因此，目前产业化发展的混合动力汽车大都采用了并联系统方案。但现有的并联 式混合动力系统，如最具代表性的日本本田汽车公司的IMA混合动力系统，将电机转子直 接连接在发动机曲轴法兰上，不仅需要对发动机曲轴支承、结构等改进，而且由于曲轴振动 等原因，电机定子和转子减的间隙不能太小，导致电机效率改善受到限制。其它非同轴布置 的并联混合动力系统，动力合成机构结构复杂、制造成本高、体积大。经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号CN101468597，
公开日为 2009. 07. 01，专利名称为并联式汽车油电混合动力系统，该专利自述为“一种并联式汽 车油电混合动力系统。它包括一个发动机、一个电机、一个变速箱，主要改进是电机轴的一 端通过一个单向离合器和一个限力矩离合器与所述发动机的轴相联，电机轴的另一端与变 速箱的输入轴相联，变速箱的输出轴与车轮的驱动轴相联”。其不足之处是只有在发动机 转速与电机转速接近时，电机输出轴与发动机曲轴才能有效地进行动力传递，将导致利用 电机快速起动发动机以降低油耗与排放的混合动力主要功能难于实现，整车节油减排难于 最优化。
实用新型内容本实用新型针对现有技术存在的上述不足，提供一种电机悬浮式同轴并联混合动 力驱动系统，相对于现有混合动力系统，具有更好的与现有车辆的技术继承性以及整车动 力性、燃油经济性和低排放的特点，并实现了纯电驱动、并联驱动和低开发成本、低系统成 本的有机结合。本实用新型是通过以下技术方案实现的，本实用新型包括发动机、起动马达、飞 轮、第一离合器、电机、第二离合器、变速箱、减速差速器、驱动桥、车轮、第二轴承、第一轴 承、储能装置、电机控制装置、传动轴。其中发动机的曲轴输出端与飞轮相连接，再通过第 一离合器、传动轴与电机的转子相连接，电机的转子再与第二离合器的输入端相连接，第二 离合器的输出端再通过变速器与减速差速器相连接，减速差速器再通过驱动桥与车轮相连 接，储能装置通过高压电路与电机控制装置相连接，电机控制装置通过高压电路与电机相 连接，电机的转子通过第二轴承和通过传动轴上的第一轴承支承在壳体上，也可以直接通 过第二轴承和第一轴承直接支承在壳体上，起动马达通过飞轮与发动机的曲轴输出端相连 接。
3[0006]本实用新型的工作过程和工作原理为(1)电机转子通过第一轴承和第二轴承支承在壳体上，电机转子和定子间的间隙 不超过1mm，提高电机效率，并消除电机转子直接连接在发动机曲轴上时其转子对发动机曲 轴的悬臂梁载荷。(2)发动机一般由电机起动，但在温度低以及电机、储能装置、高压电路等故障以 及为了保持车辆动力不间断的条件下，也可由起动马达起动。(3)电机转子与发动机曲轴间通过第一离合器连接，利用离合器摩擦盘总成的减 振作用，消除传动系统扭振对发动机的影响。(4)电机通过高压电路与电机控制装置、储能装置进行电能传递。电机按电动方式 运行时需要的电能由储能装置提供，按发电方式运行时发出的电能由储能装置接收。(5)发动机可按停机、运行等2种方式工作，电机可按停机/空转、发电、电动等3 种方式工作，第一离合器可按结合、分离等2种方式工作，第二离合器也可按结合、分离等2 种方式工作，可实现双模式起动、发动机怠速停机/快速起动、纯电动驱动、纯发动机驱动、 并联混合驱动、发电混合驱动、再生制动能量回馈、智能充电等混合动力系统的运行模式。本实用新型还可以将飞轮与所述电机的转子相连接，飞轮既是第一离合器的主动 盘，也是第二离合器的主动盘，第一离合器的摩擦盘总成通过传动轴与发动机的曲轴相连 接，可使系统结构更加紧奏。本实用新型所述的第一离合器，还可以只用离合器摩擦盘总成或弹性减振装置， 直接与飞轮相连接，以简化对离合器的控制和减小体积。本实用新型还可以在第二轴承与壳体间，通过一轴承座与壳体相连接，以增强系 统的可拆装性。本实用新型还可以在电机与变速箱的传动链中，取消第二离合器，以进一步简化 系统结构、降低成本。本实用新型还可以在飞轮上设置一轴承，支承传动轴的一端，使系统运转更平稳。本实用新型所述储能装置，为动力蓄电池、或超级电容、或动力蓄电池与超级电容 的复合电源装置，还可以外接充电装置。本实用新型所涉及的混合动力驱动系统中，还可以取消所述的起动马达，以降低 成本。本实用新型所涉及的混合动力驱动系统中，所述传动轴，还可以采用花键轴的结 构形式。与现有技术相比，本实用新型具有以下的有益效果是1、系统效率高。电机转子通过二个轴承悬浮支承在壳体上，发动机与传动系统的 振动对电机转子的影响小，电机转子与定子间的间隙可以更小，电机效率大幅提高；电机输 出端的动力通过变速器传递到减速差速器，然后通过驱动桥传递到车轮，电机转速范围较 小、电机运行点效率进一步提高。2、低系统成本。由于电机在变速箱前端，降低了对电机的大扭矩要求，并取消了现 有车辆的缓速器，不需要额外增加机电耦合装置，大大降低了系统成本和系统开发成本。3、高可靠性、低维修成本。离合器主动侧或其从动侧连接电机转子，可以利用电 机的高动态响应特性，实现离合器小滑差或无滑差结合，最大程度地避免了离合器的磨损损坏，降低维护成本；电机及传动系统与发动机之间，通过离合器连接，利用离合器的减振 作用，避免了传动系统、电子转子等对发动机的扭转、振动等不利影响，进一步提高了系统 的可靠性；发动机、电机和变速箱等同轴布置，还避免了同类系统中电机侧置带来的振动问 题；利用发动机双模式起动功能，在必要时，如电机故障、储能系统故障、高压电路故障或环 境温度低、为了保持车辆动力不间断(如纯电驱动模式需转换到急加速、爬坡工况时)的情 况下，可通过起动马达直接起动发动机，增强了系统的容错能力，并可避免对储能装置的低 温滥用；利用发电混合驱动和智能充电功能，保持储能装置浅充浅放，可显著提高储能装置 的可靠性和寿命，降低使用维护成本。4、与国际上著名同类产品相比有更高的性能价格比、使用环境适应性，具有更强 的市场竞争力。系统可实现并联系统的全部功能，还可具有发动机双模式起动、纯电驱动、 发电混合驱动、智能充电等先进功能，适合于各种道路工况和运行环境。使应用本实用新型 的混合动力汽车的动力性、燃油经济性和有害排放达到了综合最佳，显著优于串联系统、并 联系统和现有的混联系统。经统计分析，应用本实用新型的混合动力客车，节油可达到25% 以上、尾气排放可满足国4以上法规限制、动力性不低于现有车辆、驾驶平顺性明显优于现 有车辆，整车成本增加小于同类车辆。
图1是本实用新型实施例一的结构示意图。图2是本实用新型实施例二的结构示意图。图3是本实用新型实施例三的结构示意图。图4是本实用新型实施例四的结构示意图。图5是本实用新型实施例五的结构示意图。
具体实施方式
下面对本实用新型的实施例作详细说明，本实施例在以本实用新型技术方案为前 提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限 于下述的实施例。实施例一如图1所示，本实施例混合动力系统，包括发动机1、起动马达2、飞轮3、第一离合 器4、电机5、第二离合器6、变速箱7、减速差速器8、驱动桥9、车轮10、第二轴承11、第一轴 承12、储能装置13、电机控制装置14、传动轴15。其中发动机1的曲轴输出端与飞轮3相 连接，再通过第一离合器4、传动轴15与电机5的转子相连接，电机5的转子再与第二离合 器6的输入端相连接，第二离合器6的输出端再通过变速器7与减速差速器8相连接，减速 差速器8再通过驱动桥9与车轮10相连接，储能装置13通过高压电路与电机控制装置14 相连接，电机控制装置14通过高压电路与电机5相连接，电机5的转子采用第二轴承11和 通过传动轴15上的第一轴承12悬浮支承在壳体上，起动马达2通过飞轮3与发动机1的 曲轴输出端相连接。其中所述发动机1提供车辆行驶的大部分动力。
5[0035]所述电机5用于起动发动机，也用于提供车辆行驶过程中的全部或部分动力，还 可按发电机运行提供电能或回收再生制动能量或向储能装置13充电。所述第一离合器4为自动可控离合器，用于接通或切断发动机1和电机5的机械 连接和动力传递。所述第二离合器6，用于接通或切断电机5与变速箱7的机械连接和动力传递。所述传动轴15，采用花键轴的结构形式，用于实现第一离合器4与电机5的动力传 递。所述发动机起动马达2，可用于必要时，如电机故障、储能系统故障、高压电路故障 或环境温度低、为了保持车辆动力不间断(如纯电驱动模式需转换到急加速、爬坡工况) 时，通过飞轮3起动发动机。所述电机驱动控制器14，为一种实现将直流变为交流、或将交流变为直流的电源 变换器和电机运行控制器。所述储能装置13，包括储能装置管理系统，为动力蓄电池、或超级电容、或动力蓄 电池与超级电容的复合电源装置，用于向电机5提供电能，也可用于接收电机5发电发出的 电能。上述实施例的工作过程为电机5通过第二离合器6、变速器7、减速差速器8、驱动桥9与车轮10进行动力传 递。发动机1与电机5之间通过发动机1的曲轴输出端、飞轮3、第一离合器4、传动轴15 进行动力传递。电机5通过高压电路与电机控制装置14、储能装置13进行电能传递。在发动机1、第一离合器4、电机5、第二离合器6、变速器7等全部动力传动部件与 车轮10之间的动力传递链中，取消现有内燃机汽车的缓速器。利用变速器的换档运行，调 节发动机1与电机5的运行点。第一离合器4处于分离状态，电机5可单独驱动车辆。本实用新型可实现的运行模式发动机双模式起动、发动机怠速停机/快速起动、 纯电动驱动、纯发动机驱动、并联混合驱动、发电混合驱动、再生制动能量回馈、智能充电等 混合动力系统的运行模式系统运行模式和基本控制策略(1)发动机双模式起动发动机1可由电机5通过第一离合器4、飞轮3起动，在系统故障、低温等或为了保 持车辆动力不间断的条件下也可由起动马达起动。因此，不仅能有效避免按常规方式起动 发动机的能耗和排放；还能系统上述故障情况下提供另一种起动方式；在急加速、爬坡等 特殊情况下，利用马达起动发动机还可保持车辆驱动动力的连续性，提高整车动力性和可 驾驶性。在第一离合器4处于结合状态时，发动机1可由电机5快速起动，此时一般需断开 第二离合器6或变速箱处于空挡位置，以断开电机5与车轮10之间的机械连接和动力传 递。在第一离合器4处于分离状态时，发动机1可由起动马达2起动，此后通过调节发 动机转速实现第一离合器4的无滑差或小滑差结合，以延长离合器寿命，并减小冲击。(2)发动机怠速停机/快速起动
6[0053]在车辆减速过程中、或遇红灯或堵车或其它情况而停车时，通过使发动机1断油、 停机，避免了现有内燃机汽车此时减速、怠速运行的油耗和尾气排放，是提高整车燃油经济 性和降低尾气有害排放的重要策略之一。根据整车控制策略，在需起动发动机时，可随时通 过所述发动机双模式起动功能起动发动机，其中，快速拖动发动机一般采用电机5起动发 动机的模式，到某一较高转速后，发动机1才开始喷油，避免了现有发动机1起动过程造成 的燃油消耗与尾气有害排放，提高整车燃油经济性和降低尾气有害排放。(3)纯电驱动车辆起步阶段或低负荷或低速运行时，发动机1处于低负荷工况，其热效率低且 尾气排放不佳。此时，可通过电机5提供整车驱动的全部扭矩，实现零排放，第一离合器4 处于分离状态，避免了倒拖发动机1的能量消耗。该模式对于城市客车降低排放、避免离合 器频繁结合而引起的磨损等，具有重要贡献。(4)纯发动机驱动在车辆的驱动扭矩达到设定范围、车速高于设定值后，发动机1工作在高效率区， 可通过使第一离合器3处于结合状态、电机5空转、第二离合器6处于结合状态而实现纯发 动机驱动，确保将通过制动回馈能量和行车发电优化发动机1效率、智能充电而对储能装 置13的充电电能充分高效地利用于助力混合驱动等工况，提高整车效率，且可避免储能装 置13的电量快速损失，延长其使用寿命。在所述储能装置13电量太低或电驱动系统不能 完成车辆驱动时，根据整车动力需求，也将起动发动机进入纯发动机驱动模式。(5)并联混合驱动在当车辆急加速或爬坡等需要较大车辆驱动扭矩或所需车辆驱动扭矩快速增大 时，如果储能装置13的电量适合提供所需电驱动能量，车速高于设定值后，则可在发动机1 输出动力的同时，使电机5按电动模式运行，第一离合器3处于结合状态、第二离合器6处 于结合状态，实现与发动机1输出动力的直接耦合并联混合驱动模式，可在获得良好整车 动力性的同时，提高能量效率优化。(6)发电混合驱动在储能装置剩余电量较小，发动机1在满足整车驱动扭矩需求后还有剩余的情况 下，可通过使电机5按发电机模式运行，补充储能装置电能，使发动机运行效率提高，并同 时用于实现储能装置13的电量平衡和满足整车动力性要求。(7)再生制动能量回馈在车辆制动或减速过程中，发动机1停油且电机5按发电机工作，进入再生制动能 量回馈模式。由于第一离合器4被切换到或保持分离状态，可避免对所述发动机1的倒拖 引起的能量回馈效率损失。由于变速器7的增矩作用，且与车轮保持为机械连接，因此可根 据需要随时进行再生制动而回馈能量，回馈功率较大。因此，可取消现有车辆上的缓速器。(8)智能充电在行车过程中，如储能装置13的电量太低，发动机1在满足整车驱动扭矩需求后 还有剩余的情况下，可通过使电机5按发电机模式运行，补充储能装置电能，使储能装置13 的电量超过一个设定值。在停车状态，如储能装置13的电量太低，可以进行停车充电模式。在停车充电模 式，第二离合器6处于分离状态，由与发动机1驱动的电机5按发电方式工作，给储能装置
713充电。当储能装置13的电量超过一个设定值后，停车充电模式结束。智能充电模式中，充电电流根据储能装置13的剩余电量、健康状态和所处环境条 件，通过控制发动机1和电机5的运行点，向储能装置13提供合理的充电电流。实施例二如图2所示，本实施例为本实用新型的一个优化方案，在实施例一的基础上，电机 5的转子通过第二轴承11、第一轴承12支承在壳体上；飞轮3与电机5的转子连接，既是第 一离合器4的输出端，也是第二离合器6的输入端；第一离合器4的输入端通过传动轴15 与发动机1的曲轴相连接。其它的部件连接、工作过程、系统运行模式和基本控制策略同实 施例一，在此不再赘述。本实施例中，第一离合器4与第二离合器6采用同一个飞轮作为其共用的主动盘， 系统结构更紧奏、重量大幅度减轻、成本更低。实施例三如图3所示，本实施例为本实用新型的另一个优化方案，在实施例一的基础上，第 一离合器4为常啮合离合器，可简化为离合器摩擦盘总成，或离合器摩擦盘总成改制(如， 不含摩擦片、尺寸小型化等)后的减振装置，与其飞轮3保持常啮合状态。其它的部件连接、 工作过程、系统运行模式和基本控制策略同实施例一，在此不再赘述。本实施例由于第一离合器4与飞轮3保持常啮合状态，无需操控机构，使系统更易 于实现、结构更紧奏、重量更轻、成本大幅度降低。实施例四如图4所示，本实施例为本实用新型的另一个优化方案，在实施例一和实施例三 的基础上，第二轴承11通过增加的轴承座16与壳体连接。各部件连接、工作过程、系统运 行模式和基本控制策略参见实施例一、实施例二和实施例三，在此不再赘述。本实施例由于轴承座16的存在，使系统拆装、维护更为方便。实施例五如图5所示，本实施例为本实用新型的另一个优化方案，在实施例一的基础上，不 包含第二离合器6。各部件连接、工作过程、系统运行模式和基本控制策略参见实施例一、实 施例二和实施例三，在此不再赘述。本实施例由于取消了第二离合器6，相对本实用新型所述其它实施例，系统更易于 实现、结构更紧奏、重量更轻、成本更低。
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权利要求一种电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，包括发动机(1)、起动马达(2)、飞轮(3)、第一离合器(4)、电机(5)、第二离合器(6)、变速箱(7)、减速差速器(8)、驱动桥(9)、车轮(10)、第二轴承(11)、第一轴承(12)、储能装置(13)、电机控制装置(14)、传动轴(15)，其特征在于发动机(1)的曲轴输出端与飞轮(3)相连接，再通过第一离合器(4)、传动轴(15)与电机(5)的转子相连接，电机(5)的转子再与第二离合器(6)的输入端相连接，第二离合器(6)的输出端再通过变速器7与减速差速器(8)相连接，减速差速器(8)再通过驱动桥(9)与车轮(10)相连接，储能装置(13)通过高压电路与电机控制装置(14)相连接，电机控制装置(14)通过高压电路与电机(5)相连接，电机(5)的转子采用第二轴承(11)和通过传动轴(15)上的第一轴承(12)悬浮支承在壳体上，起动马达(2)通过飞轮(3)与发动机(1)的曲轴输出端相连接。
2.根据权利要求1所述的电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，其特征是，所述的 电机(5)的转子通过第二轴承(11)、第一轴承(12)直接支承在壳体上，飞轮(3)与电机(5) 的转子连接，第一离合器(4)的输入端通过传动轴(15)与发动机(1)的曲轴相连接。
3.根据权利要求1所述的电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，其特征是，所述的 第一离合器(4)为常啮合离合器。
4.根据权利要求1或3所述的电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，其特征是，所述 的第一离合器(4)内设有扭转振动阻尼器，该扭转振动阻尼器一端连接到电机(5)的转子， 另一端连接到发动机曲轴。
5.根据权利要求1所述的电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，其特征是，所述的 第二离合器(6)为常啮合离合器。
6.根据权利要求1或5所述的电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，其特征是，所述 的第二离合器(6)内设有扭转振动阻尼器，该扭转振动阻尼器一端连接到电机(5)的转子， 另一端连接到变速箱(7)的输入轴。
7.根据权利要求1所述的电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，其特征是，所述的 第二轴承(11)通过增加的轴承座(16)与壳体连接。
8.根据权利要求1或2所述的电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，其特征是，所述 的传动轴(15)采用花键轴的结构。
专利摘要一种汽车技术领域的电机悬浮式同轴并联混合动力驱动系统，包括发动机、起动马达、飞轮、第一离合器、电机、第二离合器、变速箱、减速差速器、驱动桥、车轮、第二轴承、第一轴承、储能装置、电机控制装置和传动花键轴，发动机的曲轴输出端通过飞轮、第一离合器、传动花键轴与电机的转子相连接，电机的转子再与第二离合器、变速器、减速差速器、驱动桥与车轮相连接，电机的转子通过第一轴承和第二轴承悬浮支承在壳体上。本实用新型具有低系统成本、低开发成本、低维修成本等特点，使整车油耗、排放、动力性、驾驶平顺性等达到综合最优。
文档编号B60K6/26GK201646350SQ20102016344
公开日2010年11月24日 申请日期2010年4月20日 优先权日2010年4月20日
发明者何建辉, 杨林, 秦俊, 羌嘉曦, 陈自强 申请人:上海交通大学