带减速器模块的双电机混合动力总成的制作方法
【专利摘要】本发明公开了带减速器模块的双电机混合动力总成，其发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、减速器模块通过同轴依次连接；减速器模块与驱动桥总成连接；储能电源分别与第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器连接；第一电机控制器还与整车控制器、第一电机连接；第二电机控制器还与整车控制器、第二电机连接。本发明的单盘离合器对电机及发动机无轴向力产生、离合迅速、可长时间滑摩结合、损耗小、轴向尺寸小、传递转矩功率大、具有过载保护、成本低。减速器模块有效减低或消除了第二电机对底盘各主要部件冲击强度。发动机、储能电源可根据工况切换能量输出，整机实现能量回收及优化配置，有效提高了性能。
【专利说明】
带减速器模块的双电机混合动力总成
技术领域
[0001]本发明涉及新能源汽车技术领域，特别涉及适用于新能源汽车的带减速器模块的双电机混合动力总成。
【背景技术】
[0002]随着社会和车辆工程技术的不断发展，车辆的保有量愈来愈大，车辆使用过程中对能源的消耗、以及尾气的排放对环境的污染受到社会各界的高度重视。越来越多的国家和地区对新能源汽车的发展出台了激励政策，尤其大型商用车使用动力总成对积极促进新能源车辆、以及相关配套产业和技术的发展有着重要的作用。目前市场上采用的技术路线主要为混合动力技术和纯电动技术。不管是混合动力技术还是纯电动技术，都需要对系统的传动系统进行优化配置。对于大型商用车使用混合动力系统，需要配置具有低损耗空挡模式的两速或三速自动离合器优化适应行驶工况。对于混合动力或纯电动车辆而言，要求其传动装置可靠性高、节能、成本低。由于传统液压自动变速箱存在持续工作的液压栗，耗能大，且不能被反向拖动，对于混合动力或纯电动车辆不再适用。
[0003]目前，混合动力总成主要采用三种自动离合器，一是通过气缸推动拨叉分离轴承使干式离合器分离或结合的自动离合器;但是，存在切换平顺差、磨损后很难实现线性化控制、分离轴承寿命短、控制系统复杂、结构体积大、加工精度高、故障概率较高、寿命短、维护成本高等技术问题。二是通过液压缸推动多片湿式摩擦副来实现离合的自动离合器;但是，存在多片湿式摩擦副带排阻力大、效率低、液压控制元件复杂、维护成本高等技术问题。三是气缸或电动执行器推动拨叉换挡的定轴式具有空挡模式的2速或多速AMT。但是，AMT存在换挡平顺差、不能实现无动力间断换挡、换挡时间长、控制系统复杂、结构体积大、加工精度高、可靠性低、无法实现半联动驱动等技术问题。
[0004]对于主驱动电机而言，由于转速低转矩需求大，进而导致轴向尺寸、体积、重量大、成本高、对底盘冲击载荷大，特别是由于电机转子转动惯量大，对万向传动轴、驱动桥总成、发动机曲轴、ISG电机、自动离合器及弹性减震连接器冲击强度非常大，造成ISG电机断轴、弹性减震盘破损、发动机曲轴轴承过早磨损、后桥主减速器齿轮损伤振动噪音加剧等技术问题。
[0005]因此，上述三种类型的离合器都不满足混合动力总成总体性能匹配要求，造成了混合动力总成动力传递效率低，能量管理匹配不精益，整车性能降低等技术问题。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供配置了无动力间断切换、切换响应迅速、控制系统简单、结构体积小、可靠性高、能耗小、传动效率高、维护成本低的干式单盘离合器，以及有效减小和降低主驱动电机对底盘冲击载荷的减速器模块，有效提高新能源汽车的动力传递效率，能量管理匹配精益度和性能的带减速器模块的双电机混合动力总成。
[0007 ]为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为:
[0008]带减速器模块的双电机混合动力总成，包括发动机、驱动桥总成、油门踏板、制动踏板、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、减速器模块、第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器、储能电源，所述发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、减速器模块通过同轴依次连接;所述减速器模块输出轴与驱动桥总成连接；所述储能电源分别与第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器电性连接;所述第一电机控制器还分别与整车控制器、第一电机电性连接;所述第二电机控制器还分别与整车控制器、第二电机电性连接;所述整车控制器还分别与油门踏板、制动踏板电性连接。
[0009]进一步地，所述单盘离合器包括行星轮机构、离合制动总成，所述行星轮机构的齿圈与离合制动总成连接。
[0010]进一步地，所述离合制动总成包括制动动力装置、制动主缸、制动器、制动连接盘，所述制动动力装置、制动主缸、制动器、制动连接盘依次连接。
[0011]进一步地，所述离合制动总成的制动连接盘与行星轮机构的齿圈连接。
[0012]进一步地，所述制动动力装置的动力源为气源驱动、液压驱动、电动驱动其中任一种类;所述换档主缸上还连接有油压报警器;所述油压报警器与整车控制器电性连接;所述制动器还安装有测速传感器，所述测速传感器与整车控制器电性连接。
[0013]进一步地，所述第一电机的输出轴与行星轮机构的行星架连接;所述行星轮机构的太阳轮传动轴与第二电机输入轴连接。
[0014]进一步地，所述减速器模块包括太阳轮、行星轮、齿圈、太阳轮传动轴、行星架，所述太阳轮与太阳轮传动轴连接，所述行星轮与行星架连接，所述太阳轮、行星轮、齿圈依次啮合。
[0015]进一步地，所述第二电机的输出轴与减速器模块的太阳轮传动轴连接，所述行星架与驱动桥总成连接;所述齿圈与减速器模块壳体连接，或齿圈与减速器模块一体成型。
[0016]进一步地，所述第一电机的输出轴侧还连接有输出测速传感器，所述输出测速传感器与第一电机控制器电性连接;所述第二电机的输入轴侧还连接有输入测速传感器，所述输入测速传感器与第二电机控制电性连接。
[0017]进一步地，所述储能电源通过电性连接的第一电机充电，或储能电源通过外部电源进行充电。
[0018]采用上述技术方案，由于使用了发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、减速器模块，第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器、驱动桥总成、油门踏板、制动踏板、储能电源等技术特征。本发明单盘离合器采用行星轮机构，通过干式制动盘进行离合切换，将离合元件与本体传动机构分开，离合过程产生热量不会影响内部传动机构，对电机及发动机无任何轴向力产生、离合迅速、可较长时间滑摩结合、单盘离合器制动盘结构空挡损耗小、轴向尺寸小、更换离合元件时无需将总成从底盘拆卸、传递转矩功率大、具有转矩过载保护功能、使用维护成本低等有点；在单盘离合器的两端串联连接第一电机、第二电机，使得整个总成的能源输出可以在发动机、储能电源之间根据总成的工况进行随意切换，同时单盘离合器由于实现正向分离、反向分离、正向驱动等性能，使得总成的第二电机有效将在减速、制动过程中的能量进行回收、储存在储能电源中；同时在第二电机驱动桥总成之间串联连接减速器模块，有效减低或消除了第二电机由于转速低转矩需求大，轴向尺寸、体积、重量大、以及电机转子转动惯量大对底盘万向传动轴、驱动桥总成、发动机曲轴、ISG电机、自动离合器及弹性减震连接器等的冲击强度。使整机能量管理匹配更合理，有效提高了新能源汽车的动力传递效率和整车性能。
【附图说明】
[0019]图1为本发明机构原理图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0021]如附图1所示，带减速器模块的双电机混合动力总成，包括发动机1、弹性减震连接器2、第一电机3、单盘离合器4、第二电机15、减速器模块30、第一电机控制器23、第二电机控制器22、整车控制器24、驱动桥总成21、油门踏板27、制动踏板28、储能电源26。发动机1、弹性减震连接器2、第一电机3、单盘离合器4、第二电机15、减速器模块30通过同轴依次连接；减速器模块30输出轴与驱动桥总成21连接;储能电源26分别与第一电机控制器23、第二电机控制器22、整车控制器24电性连接;第一电机控制器23还分别与整车控制器24、第一电机3电性连接;第二电机控制器24还分别与整车控制器24、第二电机15电性连接;整车控制器24还分别与油门踏板27、制动踏板28电性连接。
[0022]上述技术方案，由于本发明单盘离合器4采用行星轮机构与离合制动总成分体设计，其控制系统简单、结构体积小，使得本发明单盘离合器4实现离合切换的无动力中断输出，实现离合器的线性化控制；正/逆空挡损耗非常小，离合切换耗能小，响应迅速和平顺，可靠性高，传动效率高，成本低、使用寿命长。离合制动总成实现自散热风冷，可在不拆解行星齿轮箱的情况下实现离合器元件更换，维护保养成本低。在单盘离合器4的两端串联连接第一电机3、第二电机15，使得整个总成的能源输出可以在发动机、储能电源之间根据总成的工况进行随意切换，同时单盘离合器4由于实现正向分离、反向分离、正向驱动等性能，使得总成的第二电机有效将在减速、制动过程中的能量进行回收、储存在储能电源26中。同时在第二电机15与驱动桥总成21之间串联连接减速器模块30，有效减低或消除了第二电机15的转子转动惯量大对底盘万向传动轴20、驱动桥总成21、发动机曲轴、第一电机3、自动离合器4及弹性减震连接器2等的冲击强度。使整机能量管理匹配更合理，有效提高了新能源汽车的动力传递效率和整车性能。
[0023]更为具体地，单盘离合器4包括行星轮机构、离合制动总成，行星轮机构与离合制动总成连接。单盘离合器4输入行星轮机构的行星架5安装多个行星轮7，行星轮7与太阳轮6外啮合，与齿圈8内啮合。发动机I通过飞轮盘与弹性减震连接器2外圆盘连接，弹性减震连接器2通过花键与第一电机3的输入轴连接。第一电机3的输出轴通过花键与单盘离合器4的行星轮机构的行星架5连接，单盘离合器4的行星轮机构的太阳轮传动轴30通过花键与第二电机15连接，单盘离合器4与第二电机15通过法兰止口连接定位。第二电机15的输出轴通过花键与减速器模块30的太阳轮传动轴32连接，太阳轮16与太阳轮传动轴32连接，行星轮17与行星架19连接，太阳轮16、行星轮17、齿圈18依次啮合;齿圈18可以固定连接的壳体上，也可以直接在壳体上加工形成齿圈18，本案实施中采用了固定连接方式。减速器模块30的行星架通过花键与万向传动轴20将动力传递给驱动桥总成21。储能电源26分别与第一电机控制器23、第二电机控制器22、整车控制器24电性连接;第一电机控制器23分别与整车控制器24、第一电机3电性连接;第二电机控制器22分别与整车控制器24、第二电机15电性连接;整车控制器24分别与油门踏板27、制动踏板28电性连接。第一电机控制器23控制第一电机3处于驱动电机、发电机状态，也控制储能电源26将直流电转变为交流电或将第一电机3发出的交流电转变为直流电。第二电机控制器22控制第二电机15处于驱动电机、发电机状态，也控制将储能电源26直流电转变为交流电或将第二电机21发出的交流电转变为直流电。第一电机3、第二电机15可以是但不限于三相交流异步电机、永磁同步电机;可以采用风冷散热也可采用水冷散热。第一电机3的输出轴上还连接有输出测速传感器4，输出测速传感器4与第一电机控制器23电性连接;第二电机15的输入轴侧还连接有输入测速传感器17，输入测速传感器17与第二电机控制21电性连接。
[0024]离合制动总成的制动动力装置9与制动主缸10连接，制动主缸10与安装在制动器12上的活塞连接，活塞的活塞杆安装内摩擦块、φ恸器12上安装外摩擦块;φ恸连接盘33的制动盘位于内摩擦块与外摩擦块之间并保持一定间隙，制动连接盘33的连接盘与齿圈8连接。制动动力装置9可以采用但不限于气动动力、液压动力或电动动力，只要产生轴向推力的机构均可以采用;制动动力装置9推动制动主缸10的液体产生高压液压，高压液压推动制动器12上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块、外摩擦块的共同作用下将制动连接盘33的制动盘固定，从而使与齿圈8连接的制动连接盘33的连接盘固定，实现对齿圈8的固定，从而为行星轮7提供发作用力，使行星轮7驱动太阳轮6运动，进一步驱动太阳轮传动轴31转动实现动力输出。换档主缸10还连接有油压报警器11，油压报警器11与整车控制器24电性连接;在制动器12上还安装有测速传感器13;测速传感器13与整车控制器24电性连接。
[0025]如果需要传递动力时，只需要启动制动动力装置9，制动动力装置9推动制动主缸10的液体产生高压液压，高压液压推动制动器12上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块、外摩擦块的共同作用下将制动连接盘33的制动盘固定，从而使与齿圈8连接的制动连接盘33的连接盘固定，实现对齿圈8的固定，从而为行星轮7提供发作用力，使行星轮7驱动太阳轮6运动，太阳轮6带动太阳轮传动轴31转动实现动力输出。卸掉动力装置13加载的动力，将制动连接盘12的连接盘释放，即可解除齿圈8制动。运行过程中，油压报警器11用来监控制动主缸10最低油压，并将信号反馈给整车控制器24，整车控制器24通过逻辑判断选择控制制动动力装置9的工作状态；当制动动力装置9损坏或制动主缸1损坏或液压连接管路出现泄漏时，均会导致油压报警器11向整车控制器24低压故障报警进行及时更换，以提尚使用的安全性。
[0026]油门踏板27有定位触点a点，a点用来标定纯电驱动至车速Va时，若整车控制器24发出指令，则会切换到单盘离合器4发动机I驱动模式。制动踏板28有一个定位触点c点，(:点用来划分纯电动制动和机械-电复合制动模式。
[0027]本发明主要控制策略和运行过程包括以下几个方面:
[0028]发动机快速启动:
[0029]当纯电动驱动车辆行驶到设定车速或停车发动机点火启动时，单盘离合器处于分离状态，整车控制器24向第一电机控制器23发出指令，第一电机控制器23驱动第一电机3通过弹性减震连接器2带动发动机I曲轴转动至设定转速，整车控制器23向发动机I的ECU发出指令进行喷油点火启动。
[0030]第一电机发电:
[0031]当车辆停车、减速行驶、滑行行驶、纯电动行驶或发动机驱动行驶而储能电源26需要补充电能时，有两种情况:一、单盘离合器4处于分离状态，发动机I经弹性减震盘2驱动第一电机3，第一电机3在第一电机控制器23控制下转换为发电机模式，发动机I以第一电机3的额定转速额定功率高效发电，并经第一电机控制器23整流后为储能电源26充电；二、单盘离合器4处于非坡道行驶时，发动机I不仅驱动车辆行驶，而且富余功率和转矩用于第一电机3发电为储能电源22充电。
[0032]纯电动行驶:
[0033]当车辆起步、低速运行时，存在两种运行情况:一是储能电源26电量充足，整车控制器24将发动机I关闭，单盘离合器4处于分离状态，第二电机15将同时带动第一太阳轮6和第二太阳轮16转动，第一太阳轮6带动第一行星轮7转动，由于齿圈8及离合制动总成处于无制动自由转动状态，因此，行星轮7带动齿圈7及离合制动总成的制动连接盘33自由空转，无动力传递给第一电机3 ；太阳轮16带动行星轮17转动，由于齿圈18被制动，行星轮17驱动行星架19将动力传递给万向传动轴20并经驱动桥总成21驱动车辆行驶。二是储能电源26电量不足，整车控制器24向发动机IECU发出指令，发动机I自带起动电机将曲轴带动设定转速，发动机I启动，同时，单盘离合器处于分离状态，发动机I通过弹性减震连接器2以最佳转速和负荷功率带动第一电机3发电，第一电机控制器23将第一电机3所发出的三相交流电供给第二电机控制器22驱动第二电机15，多余部分转换为直流电为储能电源26充电。
[0034]发动机驱动行驶:
[0035]当油门踏板27踩过a点且第二电机15驱动车辆至设定车速时，存在两种运行情况:一是发动机I保持关闭，此时，整车控制器24向第一电机控制器23发出指令驱动第一电机3带动发动机曲轴至目标转速，该目标转速由测速传感器13确定，即整车控制器24检测到测速传感器13所测转速η满足设定η〈η0，此时认为发动机I曲轴已达到目标转速，整车控制器24向发动机IECU发出指令进行喷油点火启，同时，整车控制器24向制动动力装置9发出指令推动制动主缸10的液体产生高压液压，高压液压推动制动器12上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块、外摩擦块的共同作用下将制动连接盘33的制动盘逐渐夹紧制动，从而使与齿圈8连接的制动连接盘33的连接盘制动，实现对输入齿圈的制动，进一步为行星轮7提供发作用力，使行星轮7驱动太阳轮6运动，太阳轮6带动太阳轮传动轴32传动，实现动力向传动万向轴20和后桥总成21的传递输出，驱动车辆的行驶。此时，发动机I将输出转矩并与第二电机15转矩叠加驱动车辆加速，当整车控制器24检测到测速传感器13所测转速n = 0时，第一电机3和第二电机15退出驱动转换为传动轴，发动机I驱动整车行驶。
[0036]二是发动机I带动第一电机3发电时，第二电机15驱动车辆至设定目标车速，该目标车速由测速传感器13确定，即整车控制器24检测到测速传感器13所测转速η满足设定11〈η0时认为车辆已达到目标车速，整车控制器24向制动动力装置9发出指令推动制动主缸10的液体产生高压液压，高压液压推动制动器12上的活塞运动，活塞杆推动内摩擦块运动，在内摩擦块、外摩擦块的共同作用下将制动连接盘33的制动盘逐渐夹紧制动，制动连接盘33逐渐减速。此时，发动机I将输出转矩并与第二电机15转矩叠加驱动车辆加速，当整车控制器24检测到测速传感器13所测转速n = 0时，第一电机3退出发电机模式转换为传动轴，第二电机15退出驱动转换为传动轴，发动机I驱动整车行驶。
[0037]制动:
[0038]当踩下制动踏板28时，存在两种情况:一是当踏板未超过设定点c时，单盘离合器4处于分离状态，整车控制器24向第二电机控制器22发出指令，第二电机15切换到发电模式，车辆动能经驱动桥总成21由万向传动轴20驱动行星架19转动，行星架19将动力经行星轮17传递给太阳轮16，太阳轮16驱动第二电机转动发电，对车辆产生电制动，并将回收的电能经第二电机控制器22整流后储存到储能电源26。二是当踏板超过设定点c时，单盘离合器处于分离状态，整车控制器24向第二电机控制器22和整车机械制动系统发出指令，第二电机15切换到发电模式，机械制动和电机制动对车辆产生复合制动，并将回收的电能经第二电机控制器22整流后储存到储能电源26。
[0039]滑行:
[0040]当松开油门踏板27及并未踩下制动踏板28时，整车控制器24发出指令让单盘离合器处于分离状态，第一电机3转换为发电机模式，将发动机I所发出能量储存到储能电源26中；若此时储能电源26电量充足，则整车控制器24将关闭发动机I。
[0041 ] 故障诊断:
[0042]当处于发动机驱动模式时，整车控制器24检测到油压报警器11低压报警，若检测至IJ测速传感器13转速信号n = 0，则增加执行器9的气压、液压或电流，油压报警器11低压报警消失，故障解除;若检测到测速传感器13转速信号n>0，增加执行器9的气压、液压或电流后，油压报警器11低压报警依然存在，则执行器、管路组件或换挡总成存在故障，将车辆切换到纯电动行驶模式行驶。
[0043]以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1.带减速器模块的双电机混合动力总成，包括发动机、驱动桥总成、油门踏板、制动踏板，其特征在于，还包括弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、减速器模块、第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器、储能电源，所述发动机、弹性减震连接器、第一电机、单盘离合器、第二电机、减速器模块通过同轴依次连接;所述减速器模块输出轴与驱动桥总成连接;所述储能电源分别与第一电机控制器、第二电机控制器、整车控制器电性连接;所述第一电机控制器还分别与整车控制器、第一电机电性连接;所述第二电机控制器还分别与整车控制器、第二电机电性连接;所述整车控制器还分别与油门踏板、制动踏板电性连接。2.根据权利要求1所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述单盘离合器包括行星轮机构、离合制动总成，所述行星轮机构的齿圈与离合制动总成连接。3.根据权利要求2所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述离合制动总成包括制动动力装置、制动主缸、制动器、制动连接盘，所述制动动力装置、制动主缸、制动器、制动连接盘依次连接。4.根据权利要求3所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述离合制动总成的制动连接盘与行星轮机构的齿圈连接。5.根据权利要求3所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述制动动力装置的动力源为气源驱动、液压驱动、电动驱动其中任一种类;所述换档主缸上还连接有油压报警器;所述油压报警器还与整车控制器电性连接;所述制动器还安装有测速传感器，所述测速传感器还与整车控制器电性连接。6.根据权利要求2?5任一项所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述第一电机的输出轴与行星轮机构的行星架连接;所述行星轮机构的太阳轮传动轴与第二电机输入轴连接。7.根据权利要求1所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述减速器模块包括太阳轮、行星轮、齿圈、太阳轮传动轴、行星架，所述太阳轮与太阳轮传动轴连接，所述行星轮与行星架连接，所述太阳轮、行星轮、齿圈依次啮合。8.根据权利要求7所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述第二电机的输出轴与减速器模块的太阳轮传动轴连接，所述行星架与驱动桥总成连接;所述齿圈与减速器模块壳体连接，或所述齿圈与减速器模块一体成型。9.根据权利要求1所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述第一电机的输出轴侧还连接有输出测速传感器，所述输出测速传感器与第一电机控制器电性连接;所述第二电机的输入轴侧还连接有输入测速传感器，所述输入测速传感器与第二电机控制电性连接。10.根据权利要求1所述的带减速器模块的双电机混合动力总成，其特征在于，所述储能电源通过电性连接的第一电机进行充电，或储能电源通过连接外部电源进行充电。
【文档编号】B60K6/54GK105904958SQ201610364146
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月25日
【发明人】王豫, 陈军
【申请人】广州市新域动力技术有限公司