一种混合动力汽车的制作方法

专利名称：一种混合动力汽车的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种混合动力汽车。
背景技术：
在过去的几年里，降低汽车及其他公路车辆的油耗的问题引起了人们极 大的关注，人们也关注起对汽车及其他车辆的污染物排放的减少问题。 一个 提议就是限制内燃机车辆的使用，并用可充电的电池供能的电动车辆代替内 燃机车辆。然而，到目前为止，那些单纯的电动汽车的续驶里程都很有限，
一般不超过150公里。因此，混合动力汽车作为更优的选择以成为汽车工业 的发展方向。

发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力汽车。
一种混合动力汽车，其包括 接收、储存和提供电能的电池系统； 通过飞轮来提供动力的发动机；
一个带有空心转轴的第一电机，所述空心旋转轴与所述发动机的飞轮旋 转连接，所述第一电机
a、 可运行第一种模式，即接收所述电池系统的电能并转化为机械能用 来启动发动机；
b、 可运行第二种模式，即接收发动机的机械能并将其转化为电能为所 述电池系统充电；C、可运行第三种模式，即接收所述电池系统的电能并转化为机械能给 所述空心转轴；
一个带有第一转速输入端和第二转速输出端的传动装置，所述第二转速
输出端输出动力给车辆的至少一个车轮；
一个第二电机，所述第二电机包含有同心放置在所述空心旋转轴里并能
旋转连接所述传动装置第一转速输入端的转子轴；所述第二电机
d、 可运行第四种模式，即接收所述电池系统的电能并提供动力给所述 传动装置；
e、 可运行第五种模式，即通过输出端和输入端接收车轮传递的动力并 将其转化为电能为所述电池系统充电；
一个设置在发动机与第一电机之间的离合器总成，所述发动机飞轮通 过所述离合器总成与所述第一电机的空心转轴旋转连接；
其中，所述离合器总成结合时，所述第二电机的转子轴与所述发动机飞轮及第--电机空心转轴旋转连接，所述发动机与所述第一电机通过第一转速输入端为所述传动 装置提供动力。
本发明提供的混合动力汽车在整个运行过程中，第二电机将作为主动力 源驱动车辆行驶，并且整个过程中，发动机将始终工作在最佳效率点，从而 使混合动力驱动系统很好地发挥自身的效能，在满足需求功率的同时实现对 能量最大效率的利用，以达到提高燃油利用率、减少尾气排放的目的，从而 实现低排放、低油耗。 '


图1是一个具有混合动力系统车辆的发动机/电机的前舱示意图； 图2是一个混合动力系统的系统框图；图3是图2在纯电动工作模式下的一个系统示意图； 图4是图2在制动反馈工作模式的系统示意图； 图5是图2在电机启动模式的系统示意图6是图2在串联混合动力模式下的系统示意图，其中产生的多余电 能用来充电；
图7是图2在串联混合双动力模式下的系统示意图，其中所有产生的 电能和储存的电能都直接传递给牵引电机；
图8是图2在充电模式下的系统示意图9是图2在制动反馈模式下的系统示意图9A是图2在并联双动力模式下的系统示意图，其中发动机和牵引电 机一起给车辆提供扭矩；
图10是图2在并联三动力模式下的系统示意图，其中发动机和两个电 机一起给车辆提供扭矩；
图11是混合动力车辆动力总成的立体示意图12是图11动力总成的部分爆炸图，其中包括变速器；
图13是档位选择总成的示意图14是图12动力总成前箱盖的立体示意图15是图12动力总成前箱盖的示意图，和附图14的方向相反； 图16是图12动力总成后箱盖的立体示意图17是图12动力总成后箱盖的立体示意图，和附图16的方向相反； 图18是离合器及动力总成的侧面剖视图；图18A是离合器总成构件的侧面视图； 图19是离合器总成组件的爆炸图； 图20是离合器分离轴承和箱盖图21是动力系统的示意图，表示液压系统组件与扭矩分配总成相连;
图22是图19动力总成的转接盘总成的各部件图23是动力总成和发电机的侧面剖视图24是离合器分离轴承示意图25齿轮减速总成的一个齿轮图26是减速齿轮的主轴组件；
图27是减速齿轮示意图28是液压系统的示意框图29是发动机，指出了飞轮和离合器组件； ' 图30是动力总成的立体示意图； 图31是图30动力总成的左侧视图32是图30动力总成的后侧视图； 图33是图30动力总成的顶视图； 图34是图30动力总成的仰视图； 图35是图30动力总成的示意图36是工作模式控制的流程图37是表示发动机和电池相关参数关系的曲线图38是扭矩性能曲线图，说明输出扭矩和速度的关系；图39是车轮和变速器连接的立体示意图； 图40是纯动力模式下控制流程图； 图41是串联模式下的控制流程图； 图42是并联模式下的控制流程图； 图43是不同工作模式转换的流程图； 图44是电气驱动系统的结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明作进一步的描述。
具有多种工作模式混合动力系统102的车辆前舱100的部件位置如附 图1所示。混合动力系统102包括一个发动机104， 一个电动发电机106， 一个牵引电机108，和电池组110。电池组110可以位于地板间隔内，在附 图1 .中可能无法看到。混合动力系统102还可以包括其它组件，例如离合器 或者扭矩分配总成(见附图2-206) ， DC-DC转换器140，散热器146，进 气歧管160，控制系统总成170，减震器180，还有其它部件无法看到，例 如各种过滤器、喷油系统、主气缸总成、水泵、电子点火线圈等。
混合动力系统102如附图2所示，包括整车控制器202、离合器控制器 204、离合器总成或扭矩分配总成206、第一逆变器208、驱动逆变器210、 发动机104、电动发电机106、牵引电机108、以及通过差速器总成220或 其它类似扭矩传递装置连接驱动车轮212的连接结构。差速器总成220允 许相对车轮，例如左前轮和右前轮，在没有轮胎滑动或抓地的情况下以不同 的速度转动从而完成转弯和回转。第一逆变器208和驱动逆变器210可以 是整车控制器202的一部分，也可以是单独的器件。发动机104可以是汽油发动机、柴油发动机、或者甲醇、乙醇、丙垸、 氢等发动机。发动机104优选为四汽缸发动机，也可以为其它众所周知的动
力源。电动发电机106和牵引电机108可以是交流电机、开关磁阻电机、 直流永磁电机、感应电机或其它合适的电机。电动发电机106和牵引电机 108既可以作为发电机，也可以作为电动机。当作为发电机使用时，电机将 机械能转化为电能，在一些具体实施例中用来给电池组充电；当作为电动机 使用时，电机将电能转化为机械能直接或间接给车辆的车轮提供扭矩。
在一个具体实施例中，整车控制器202与第一逆变器208、驱动逆变器 210、离合器控制器204进行信号传递。离合器控制器204用于控制离合器 (扭矩分配总成)206。整车控制器202至少包括一个微程序，也可以为计 算机/计算机系统或分立元件。整车控制器202控制混合动力系统102处于 不同的工作模式。车辆的工作模式可以决定混合动力系统102的一个或多个 组件的特定工作状态，这些组件包括发动机104、电动发电机106、牵引电 机108、离合器控制器204、扭矩分配总成206、第一逆变器208和驱动逆 变器210。
当整车控制器202启动发动机104时，电动发电机106为发动机104 提供旋转动力，这样，电动发电机106能够像传统的启动电机一样工作。发 动机104也可以通过带动电动发电机106工作，并提供扭矩对电池组110 充电，或在一个特定的工作模式下给牵引电机108提供动力。
牵引电机108通过齿轮减速总成1108和差速器总成220给车轮212 提供扭矩。齿轮减速总成1108和差速器总成220可以做成一体，当离合器 206结合时，牵引电机108除接收电池组110的电能或电动发电机106的 动力以外，还可以接收发动机104提供的动力，这要取决于车辆的工作模式和工作负载。另外，牵引电机108还可以通过能量回馈或其它机构给电池组 110充电。
电池组110基于其内部的结构及电池单体的排列形式可以提供不同的 电压值给电动发电机106和牵引电机108以满足电机的各种需求。电池组 提供的电压值由其内部的单体电池来决定，例如，电池组110由100节单 体电池串联组成，每节电池的电压为3.3V左右，则电池组110给第一逆变 器208提供大约330V的直流电压，经第一逆变器208将直流电转化为交流 电并将其提供给电动发电机106。提供给电动发电机106的电压值的数值可 以由控制器202来控制，其数值范围为0V—330V;同样，电池组110也可 以给驱动逆变器210供电，驱动逆变器210将直流电转化为交流电并为牵 引电机108供电，控制器202同样控制牵引电机108两端的电压使其数值 位于OV—220V之间。另，第一逆变器208和驱动逆变器210之间还可以 互相供电。优选地，电动发电机106和牵引电机108采用交流多相结构的 电机。
尽管第一逆变器208和驱动逆变器210看起来是独立的，但可以包含 在一个单独的部件里，或设定为多个单独的组件，这些组件可以包含在整车 控制器202中，也可以单独存在。电池组110可以提供电能给发动机104 完成电子点火和产生火花，其还可以提供电能给整车控制器202、离合器控 制器204、车辆照明系统、车身附件以及混合动力车辆的其它组件。
关于在这份文件中所用的模式或子模式的术语，只有电机工作时，此时 该车辆被定义为电动车或被定义为车辆运行在纯电动模式(EV)下；既有 发动机又有一个或多个电机工作时，该车辆被定义为混合动力车或被定义为 车辆工作在混合动力模式(HEV)下，在混合动力模式下又可以分为串联模 式和并联模式。串联模式是指发动机只给发电机提供动力，发动机不直接提供扭矩给 车轮。串联模式可以根据其工作组件的组成可以分为多种子模式，如串联模 式及串联双动力模式。
并联模式是指通过设置接合机构，如离合器，发动机给发电机提供扭矩 来产生电能，同时也提供扭矩来驱动车轮。此外，并联模式可以根据其工作 组件的组成可以分为多种子模式，如并联双动力模式及并联三动力模式。多 种工作模式参考附图3到10进行更详细的解释。
在仪表板上设置有可供驾驶员选择的开关(EV/HEV开关)，可以允许 驾驶员在纯电动模式(EV)或混合动力模式(HEV)下转换。开关可以是 可压的按钮、旋钮、控制杆或者其它控制输入端，可位于车辆内部或车辆的 其它位置。整车控制器202将开关的状态作为输入操作信号来决定驾驶员是 否已经选择了纯电动模式或者混合动力模式。所述选择开关(EV/HEV开关) 的信号可以通过车辆驾驶室内一显示装置进行显示。
附图3是混合动力系统102在纯电动模式(EV)下的示意图。在纯电 动模式的- - 个具体实施例中，电池组110通过驱动逆变器210提供动力给 牵引电机108。离合器206是分离状态，所以电动发电机106和牵引电机 108不是接合的。发动机104不工作(因此用虚线表示)，牵引电机108 提供全部动力来驱动车轮212。当车辆驾驶员利用EV/HEV开关选择纯电动 模式时，混合动力系统102在纯电动模式下工作。例如，当EV/HEV开关 被选择了纯电动模式，整车控制器202可以发出一个或多个输出控制信号来 控制离合器控制器204、电动发电机106和牵引电机108，因此只有牵引电 机108驱动车轮212。整车控制器202也可以提供其它的输出控制信号。在 附图3至10中虚线部分所示的组件表示这些组件在这个特定的模式下不工 作。
13附图4是混合动力系统102在能量回馈模式下工作状态的示意图。在能
量回馈模式下，牵引电机108接收车轮212的动力，并将该动力通过牵引 电机108转换成交流电，然后通过驱动逆变器210将交流电转换为直流电 给电池组110充电。在一个具体实施例中，当车辆减速时，混合动力系统 102在能量回馈模式下工作，例如当驾驶者不踩油门或踩最低限度的油门时， 这也要依赖于道路的坡度。
根据以上工作模式，尽管电动发电机106可以通过发动机104提供的 动力给电池组110充电，并/或给牵引电机108提供电量；但在以下描述的 并联模式下，当离合器206结合，电动发电机106在能量回馈模式下并不 给电池组110充电。
一个或多个输入工作信号可以使整车控制器202在能量回馈模式下工 作。例如，当油门踏板深度输入工作信号低于一个预先设定的极限值时，混 合动力系统102可以在能量回馈模式下工作，比如当驾驶者不踩油门或轻踩 油门。当一个制动输入操作信号高于一个预先设定的极限值时，能量回馈模 式也是可以运行的，这表明驾驶者在踩刹车踏板。在一个具体实施例中，当 油门深度输入操作信号是O时(意味着没有踩踏板)和制动输入操作信号高 于0时(意味着踩了刹车踏板)，混合动力系统102在能量回馈模式下工作。
附图5所示是混合动力系统102在电动启动模式下的工作状态。在电动 启动模式下，电池组110给电动发电机106提供电能来启动发动机104。电 动发电机106 —直带动发动机104旋转，直到发动机104的转速达到最佳 工作速度，然后启动发动机104。在一个具体实施例中，当发动机104达到 1200rpm的工作速度时其最佳工作状态出现，此时发动机的电子点火系统 (图中未示出)点火，发动机104被启动。
14整车控制器202可根据当前的操作及车辆所处工作模式如串联模式或
并联模式来调节发动机104的转速。当车辆处于串联模式时，控制器202 控制发动机104处于一个最佳转速来带动电动发电机106进行发电；当车 辆处于并联模式时，发动机104的动力可以通过离合器106传递到车辆的 车轮212，此时控制器202根据车速、车辆加速度及车辆负载等因素来控制 发动机104的转速输出。
附图6所示是混合动力系统102串联模式的示意图，此时电动发动机 106产生的多余电量被用来给电池组110充电。在串联模式下，发动机104 驱动电动发电机106发电通过第一逆变器208给电池组110充电。另外， 电池组110通过驱动逆变器210给牵引电机108供电，然后由牵引电机108 驱动车轮212。例如，在电动发电机106产生的动力大于牵引电机108消耗 的动力时，此时，牵引电机108接收电动发电机106产生的动力，多余的 动力被用来给电池组110充电。
附图7所示是混合动力系统102串联双动力模式下的示意图。当牵引电 机108的动力需求大于或者等于电动发电机106能够产生的动力时，牵引 电机108除吸收来自电动发电机106的动力，还可以从电池组110吸收电 能来驱动车轮。因此，在串联双动力模式下，电动发电机106和电池组110 同时给牵引电机108提供动力。
附图8所示是混合动力系统102怠速充电模式下的示意图。在怠速-充 电模式下，发动机104驱动电动发电机106给电池组110充电。在一个具 体实施例中，当档位信号表示车辆在停车档或空档时，混合动力系统102可 运行在怠速充电模式下。然而，基于一些其它的输入信号及其组合，混合动 力系统102也可以在怠速充电模式下工作。附图9所示是混合动力系统102能量回馈和充电模式的工作示意图。在 能量回馈和充电模式下， 一个或多个组件利用一个或多个充电机构给电池组
110充电。例如，通过制动回馈，牵引电机108通过接收驱动车轮212的动 力，作为一个发电机给电池组110提供电能。同时，发动机104可以驱动 电动发电机106给电池组110进一步充电。当一个或多个输入操作信号超 过或者降到一个预先设定的极限值之下，混合动力系统102可以在能量回馈 和充电模式下工作。例如，当油门深度输入操作信号是O，而且制动输入操 作信号高于0时，混合动力系统102可以在能量回馈和充电模式下工作。
图9A所示是依照并联双动力模式下混合动力系统102的工作示意图。 在并联双动力模式下，离合器或扭矩分配总成206是结合的。离合器206 接合后，发动机104通过与电动发电机106和牵引电机108的直接连接给 驱动车轮212提供扭矩，因此，发动机104和牵引电机108同时给车轮212 提供扭矩。同时，在这种工作模式下，发动机104带动电动发电机106发 电可以对电池组110进行充电。当然本工作模式下的另一种替换，电动发电 机106也可以不对电池组110进行充电。
附图10所示是依照并联三动力模式混合动力系统102工作示意图。在 并联三动力模式下，离合器或扭矩分配总成206是结合的。离合器206接 合后，发动机104通过与电动发电机106和牵引电机108的直接连接给驱 动车轮212提供扭矩。因此，发动机和两个电机同时给车轮212提供扭矩。 另外，电池组110给电动发电机106和牵引电机108提供电能以进一步增 加电动发电机106和牵引电机108驱动车轮212的扭矩。
在不同的实施例中，离合器206与牵引电机108的结构及连接形式是 不同的。在图11所示的一种实施例中，离合器或者动力分配总成206的输 出轴并没有与牵引电机108直接相连，而是与齿轮减速总成1108的减速齿轮相连，齿轮减速总成1108可以包含多个齿轮，如一级减速齿轮和二级减
速齿轮，齿轮减速总成1108与牵引电机108的输出轴机械连接，经过减速 后将动力传递给差速器总成220或者其它的齿轮装置。如上，在一些实施例 中，齿轮减速机构或者减速齿轮可以包含在差速器总成220中。
在另一个具体实施例中，齿轮减速机构或者减速齿轮可以是斜齿轮、行 星齿轮、直齿轮或者它们的相互组合。齿轮减速总成1108还包括一个接收 牵引电机108扭矩输入的输入轴。作为一种变通实施例，齿轮减速总成1108 还包括一接收其他动力源扭矩的第二输入轴。
下面是发动机104、电机106和108的几个参数说明。在一个具体实施 例中，发动机104为三汽缸发动机，排气量可以是998cc，最大输出扭矩是 90N m，最大输出功率是50kW，最大输出速度为6000rpm。在另-一个实 施例中，电动发电机106的最大输出扭矩是150N，m，最大输出功率是20 kW，最大输出速度为5000rpm。再有一个实施例，牵引电机108的最大输 出扭矩是400N'm，最大输出功率是50kW，最大输出速度为6000rpm。
当然，虽然发动机104、电动发电机106、牵引电机108均可以给电池 组110充电，电池组110还可以通过外部电功率输入装置进行充电，因此， 该混合动力系统也可以认为是"插入式"混合动力系统。如附图2所示，与 电池相连接的整车控制器202可以与外部充电接口 230相连接，这里也包 括一个逆变器234。例如，充电接口 230可以吸收通过插头242和插座244 从电网240接收的电能来为电池组110充电。在一个具体实施例中，输入 功率可以是标准插座的标准120-240VAC功率，也可以是家用电源。 一种合 适的直流电源，例如一个大的蓄电池作为工具也可以给电池充电。通过插入 式充电为电池组110进行适当充电后，可使车辆在完全不用发动机104的 情况下在纯电动模式(EV)下运行。电池组110可以为铅酸电池、镍铬电池、铁电池或者镍氢电池等，优先 地，所述电池系统中单体电池的正极活性物质为一种混合晶体，所述混合晶 体含有晶体一和晶体二，所述晶体一为磷酸亚铁锂，所述晶体二为通式
AaMbNcOd表示的化合物中的一种或几种，A、 M、 N两两不同，各自为IIA、 IIIA、 IVA、 VA、 IB、 IIB、 II旧、IVB、 VB、 VIB、 VI旧或VIII族金属，0 《a《6、 0《b《6、 0<c《6、 0<d《12，且a、 b不同时为O;且该正极活 性物质在25。C下的电子电导率为0.01-10 S/cm。这能够使车辆单次充满电 后行驶50公里以上。在一个优选的具体实施例中，当在纯电动模式下，车 辆单次充满电后可以行驶的里程范围至少为100公里。
附图11所示是动力总成1104的一个结构示意图，其包括发动机104、 电动发电机106、牵引电机108、 一个齿轮减速总成1108，也可以是变速 器，其中包括一个或多个齿轮总成，齿轮减速总成1108在结构上包含第一 速度的输入端和一个第二速度的输出端，第一速度输入端与牵引电机的输出 端连接，第二速度的输出端与差速器总成220的输入部分连接，其中第一速 度大于第二速度。齿轮减速总成1108还包括一个驻车机构(附图12的 1250)，其提供机械齿轮便于档位的选择，例如停车档、空档、倒档和前进 档。发动机104可以包括其它组件，例如油底壳1112、机油滤清器1114、 空气滤清器外壳1116等。
附图12所示是连接在电动发电机106和牵引电机108之间的变速器或 者齿轮减速总成1108的组件爆炸图。在齿轮减速总成1108的一边是由牵 引电机箱体1222、牵引电机108及牵引电机箱盖1224组成的牵引电机总 成1226，牵引电机108包含一个电机转子1230和一个电机定子1232。在 齿轮减速总成1108的另外一边是由电动发电机箱体1240、电动发电机106 及电动发电机箱盖1242组成的电动发电机总成1244，同样电动发电机106 也包含一个转子1246和一个定子1248。
18处于齿轮减速总成1108内的驻车机构1250位于牵引电机总成1226和 电动发电机总成1244之间，也可以作为档位选择器。驻车机构或档位选择 器通常被驾驶员操作来选择档位，例如停车档、空档、前进档和倒档。整车 控制器202通过档位传感器或其它传感器在与整车控制器202传递信息时 可以判断驻车机构1250的位置或工作模式。附图13所示是更详细的驻车 机构1250结构示意图。
仍然参照附图11-13，包括驻车机构1250的齿轮减速总成1108，同以 上描述，齿轮减速总成1108在部件上通过第一速度输出端和第二速度输出 端将差速器总成220的较低速度输入部分与牵引电机108的高速旋转输出 连接。半轴3902 (如图39所示)通过差速器总成220的输出端1130来向 车轮212传递扭矩。作为一种优选实施例，差速器总成220设置在齿轮减 速总成1108里面，能够及时把动力传递给车辆的两个前轮。
附图14是电动发电机箱体1240的外部立体图。同时，附图15是电动 发电机箱体的内部立体图。同样的，附图16是牵引电机箱体1222的外部 立体图，同时，附图17是牵引电机箱体1222的内部立体图。
附图18所示是扭矩分配总成206 (在附图2中也可以用离合器替代) 与发动机飞轮1804相连接。飞轮1804从发动机曲轴1805接收旋转动力。 扭矩分配总成206用于分配发动机104和电机106、 108在两种不同的机械 模式里产生的扭矩。
在第一种机械模式下，扭矩分配总成206可以提供一个真正的离合器功 能来有选择的将牵引电机108与发动机104结合或分离。在第二种机械模 式下，扭矩分配总成206在发动机104和电动发电机106之间提供一个"软 连接"或者扭转连接。"软连接"或者扭转连接减轻了发动机104最初启动 时突然的旋转变化引起的震动或碰撞，而且相反地，当电动发电机106在电
19池的作用下开始提供动力时其可以提供减震或阻尼，这种旋转震动或者转角 差小于一个预定值，其可以被扭矩分配总成206吸收或变得平缓。
其中，电动发电机106和发动机104之间的关系总是"连接的"，并 且不能有选择的分离。相当于，在发动机飞轮1804和电动发电机106之间 有一个间隙或震动吸收连接，但是它们是一直相连的，任何时候都不会脱离。 因为电动发电机106和发动机104相连，在发动机和电动发电机106之间 的转速差或角动量可能仅仅为一个旋转周的一小部分，例如小于35度的一 个旋转周的一小部分。
如附图18、 18A和19爆炸图所示，在一个实施例中，扭矩分配总成 206与带有曲轴1805的发动机飞轮1804连接，扭矩分配总成206还包括 从动盘总成1806、盖总成1808、转接盘总成1810、分离轴承1812、以及 与电动发电机106—起转动的空心转轴1814，通过牵引电机108的转子轴 1820用来带动牵引电机108的转子1230转动的传动主轴1816。传动主轴 1816通过齿或者花键1904与从动盘总成1806相连接。当从动盘总成1806 与发动机飞轮1804结合时，从动盘总成1806带动传动主轴1816—起旋转。
连接在飞轮1804和牵引电机108之间的可选择性地结合的在第一种机 械模式提及的离合器在这里进行描述。离合器206被整车控制器202通过 离合器控制器204控制来进行脱离和结合，离合器206的结合或脱离是通 过控制分离轴承1812来实现的。分离轴承1812位于电动发电机106的空 心转轴1814里，而且可以通过一弹性元件来选择性的控制其结合或者分离。 在一种实施例中，分离轴承1812为液压分离轴承。例如，分离轴承1812 可以通过电磁开关或一气动装置来控制。作为一种优选实施例，离合器控制 器204通过控制一活塞1826来控制分离轴承1812的结合与脱离。从动盘总成1806包含一个摩擦盘1906，摩擦盘1906由石棉或人工抗 摩擦材料合成。当离合器结合时，从动盘总成1806被推动与发动机飞轮 1804逐渐结合，发动机飞轮1804与从动盘总成1806之间会产生摩擦力从 而驱动从动盘总成1806开始转动，但从动盘总成1806与发动机飞轮1804 之间会有相对滑动。当离合器完全结合后，从动盘总成1806与发动机飞轮 1804之间的相对滑动会慢慢消除，从动盘总成1806与发动机飞轮1804会 一起同速转动。因此从动盘总成1806带动传动主轴1816转动从而带动牵 引电机108的转子1230 —起旋转。
从动盘总成1806位于盖总成1808内，盖总成1808包括一膜片弹簧 1910或者其它的柔性弹性组件。膜片弹簧1910通过开口 1914接收分离轴 承1812内的活塞1826的动作而弯曲，分离轴承1812的活塞1826通过盖 总成1808内的开口 1914与膜片弹簧1910相连接。
当离合器206结合，分离轴承1812的运动方向在图中标识为"A"1922 时，即所述分离轴承处于结合位置时，活塞1826与膜片弹簧1910分离， 膜片弹簧1910把从动盘总成1806的摩擦盘1906压在发动机飞轮1804的 表面上。图18显示了这种结合时的位置状态，具体细节描述可参照图18A。
相反地，当离合器206分离，分离轴承1812的运动方向在图中标识 为"B"1926时，及所述分离轴承处于非结合位置时，活塞1826压紧膜片弹 簧1910使膜片弹簧1910发生弯曲从而翘起，从动盘总成1806就会脱离发 动机飞轮1804，此种情况也将在图18A中做具体描述。
图18A详细显示了分离轴承1812、活塞1826及膜片弹簧1910相互之 间的作用关系。活塞1826相对于分离轴承1812可以发生如图18和19中 所示的箭头"A" 1922与箭头"B" 1926的方向的移动，直到分离轴承1812 保持一固定位置不动。活塞顶部有一轴承座圈1830，其可以向里或者向外运动从而推动膜片弹簧使离合器206断开动力传递。在盖总成1808设有凸 緣或支点1836，膜片弹簧1910可以绕支点1836转动。
当活塞1826沿所示箭头"B"的方向移动时，膜片弹簧1910的径向向 内部分1847也沿活塞1826的移动方向发生移动，因此，膜片弹簧1910的 径向向外部分1848会在凸缘1836的支点的作用下朝相反的方向发生移动， 从而会导致摩擦盘1906和从动盘总成1806与发动机飞轮1804脱离，从而 使离合器206有效脱离。
相反地，当活塞1826沿所示箭头"A"的方向移动时，膜片弹簧1910 的径向向内部分1847同样沿活塞1826的移动方向发生移动，膜片弹簧1910 的径向向外部分1848就会在凸缘1836的支点的作用下朝相反的方向运动， 从而会导致膜片弹簧1910将摩擦片压紧在发动机飞轮1804上，使离合器 恢复先前的常结合状态，从而使发动机飞轮1804带动从动盘总成1806 — 起旋转。
分离轴承1812的液压连接的更多细节如附图20所示，而且与电动发 电机箱盖1242连接。实际上这种连接不仅仅限定为液压连接，也可以采用 电连接。附图21所示是省略了分离轴承1812的电动发电机箱盖1242，但 是标明了液压线路2104或其它部件与分离轴承1812的连接关系。
再参考附图18、18A和19，分离轴承1812包含一个通孔或圆柱孔1849 用来容纳传动主轴1816。如上，控制分离轴承1812的活塞1826，通过其 轴承座圈1830的运动来脱离从动盘总成1806或者释放膜片弹簧1910，使 从飞轮1804传递到从动盘总成1806的动力传递到传动主轴1816，提供直 接连接的转动动力到牵引电机108。这样，在并联三动力模式下，从发动机 104产生的额外动力在离合器结合状态下可以有选择的传递到牵引电机108 的转子轴1820来提供最大动力。在爬坡或加速时，扭矩分配总成206，例如，可以以离合器功能来连接
发动机104和牵引电机108。扭矩分配总成206也可以依据牵引电机108 和电动发电机106的动力需求而结合。例如，当电池组110的动力输出不 充足时，扭矩分配总成206可以连接发动机104和牵引电机108来提供其 余的动力。
一个或多个操作输入信号或状态输入信号可以影响扭矩分配总成206 的控制。例如，当操作输入信号或状态输入信号表示车辆在高速下运行或动 力需求增加时(如爬坡)，扭矩分配总成206可以控制分离轴承1812的活 塞1826脱离膜片弹簧1910从而结合离合器。相反，当操作输入信号或状 态输入信号表示车辆在低速下运行或动力需求减少时，扭矩分配总成206可 以控制分离轴承1812的活塞1826压紧膜片弹簧1910从而分离离合器。
图18显示了扭矩分配总成206与齿轮减速总成1108的连接关系。齿 轮减速总成1108包含一个接收高速旋转传动主轴1816动力的一级减速齿 轮1840， 一个与一级减速齿轮1840啮合用来大大降低输出速度的二级减速 齿轮1844， 一个接收二级减速齿轮动力的主减速齿轮1846，用来将二级减 速齿轮1844的动力传递到差速器总成220,从而驱动车轮212。
再参考图18中的扭矩分配总成206，在飞轮1804和电动发电机106 之间的软连接或者扭转连接在这里将被描述(第二个机械模式)。附图22 所示是附图18的转接盘总成1810的爆炸图。转接盘总成1810与盖总成 1808连接并与固定在飞轮1804上的盖总成1808 —起旋转。在一个具体实 施例中，转接盘总成1810包含一个与内垫圈2204和扭转盘2206相连的内 侧板2202。内侧板2202可以通过焊接、铆接或者螺钉固定的方式固定在盖 总成1808的某个部分上，以确保转接盘总成1810与盖总成1808的连接安 全可靠。扭转盘2206可以包含一个或多个减震组件或弹簧2208。减震组件可以 由有弹力的可变形材料做成，也可以采用其它的扭转、变形或减震组件，如 板簧、螺旋弹簧、有弹性的橡胶及其它的可变形材料等。扭转盘2206也可 以与外垫圈2210和外侧板2212连接，内垫圈2204和外垫圈2210可以增 强吸收震动的能力，从而更有效地减小或者吸收来自空心转轴1814的震动。
内垫圈2204和外垫圈2210可以由可变形或者可压縮的材料制成，如 橡胶、泡沫及其它一些可吸收或缓冲震动的材料。因此转接盘总成1810可 以多重吸收或者减少从发动机104传到电动发电机106的震动。
转接盘总成1810利用以上描述的组件可以在发动机104和电动发电机 106之间提供扭转或软连接来减少或吸收震动。空心转轴1814穿过转接盘 总成1810上的开口 1916连接到扭转盘2206上，扭转盘2206通过花键或 者齿2216与空心转轴1814相连接。因此，当发动机104转动时，空心转 轴1814会随着转接盘总成1810、盖总成1808及飞轮1804 —起旋转。
尤其当发动机104或者电动发电机106突然改变转动速度时，扭转盘 2206的弹簧2208可以用来吸收震动，例如当发动机104或者电动发电机 106启动时和关闭时。转接盘总成1810的弹簧2208可以允许转接盘总成 1810与盖总成1808发生相对转动。弹簧2208部分设置在内侧板2202的 多个凹槽2220内，这样扭转盘2206在转动时可以允许与盖总成1808发生 一个小角度的相对转动。通过这种方式可以提供阻尼以致减少从扭转盘 2206传到空心转轴1814上的震动。
这种相对的转动会使扭转盘2206与盖总成1808形成一偏转角度，同 时也与发动机飞轮1804形成一偏转角度，偏转角度的最大值由内侧板2202 上的凹槽2220的直线槽2230的长度决定，近似为凹槽2220的弧形槽2234的长度决定，偏转角的取值范围为O。 一35° ，优选为O。 一10° 。弹簧2208
的压縮或者恢复可以沿顺时针或者逆时针方向，这要取决于震动的形式。
附图23所示是连接发动机飞轮1804和电动发电机106组件的扭矩分 配总成206的示意图。同时附图24所示是分离轴承1812的放大图。
参考附图11， 12和25来详细描述齿轮减速总成1108。如以上所述， 齿轮减速总成1108包含驻车机构1250和多个传动齿轮。附图25所示是一 种减速或变速机构，尤其显示了一种主减速从动齿轮2502，然而，许多不 同类型和组合的齿轮可以采用。例如，齿轮减速总成1108可以包含螺旋状 齿轮、行星齿轮、直齿轮和这些齿轮的组合。
附图26和27是副轴齿轮2702和可以包含在齿轮减速总成1108里的 齿轮总成2602的示意图。图27中所示副轴齿轮2702包含一个副轴2704， 齿轮总成2602可以包括输入轴2604以便把扭矩传递给其他的机械传动装 置。齿轮总成2602与副轴齿轮2702 —起转动来降低转速，齿轮减速总成 1108可以包含所有的传动装置，优选地，齿轮减速总成1108包含差速器总 成220并构成车辆的变速器。齿轮减速总成1108或变速器为单档二级传动。 如同上面提到的，变速器包含一级减速齿轮1840、 二级减速齿轮1844和主 减速齿轮1846。优选地，差速器总成220包含在齿轮减速总成1108内并 可旋转接收来自主减速齿轮1846的动力。当然，在另外的实施例中差速器 总成220可以从齿轮减速总成1108中分离出来独立传递动力。
更适宜的是，由于齿轮减速总成1108只设置了单档传动齿轮从而消除 了换档对汽车机械传动的影响。而且，不需要齿轮同步器或者变速执行构 件，从而简化了齿轮减速总成1108的内部结构，减少了重量，保留了轴向 空间。同时发动机104在最佳工况下运转，因此它能够保持最佳效率，从而 节约燃油。进一步讲，在不同的工作模式发动机都运作在最佳效率转速下，
25从而达到最大效率。避免了低效转动速度，例如怠速和低速转动。而且，仅 仅一个非常小的动力，就能够使发动机104的燃油效率较高，因此降低了发 动机的尺寸、成本和装配生产时的复杂度。
图29—35从不同角度显示了发动机104、电动发电机106、牵引电机 108及动力分配总成206的结构。特别地，图29标示出了吸收或减小发动 机104和电动发电机106之间的震动的带有弹簧2208的扭转盘2206。
图39所示为齿轮减速总成1108内差速器总成220的输出端口与车轮 212的连接关系。齿轮减速总成1108包含两个相应的端口以便动力的输入 输出。半轴3902和万向节3908将差速器总成220的动力输出分配给每个 车轮212。特别是，半轴3902与差速器总成220的末级齿轮端连接，这更 适宜位于齿轮减速总成1108中。
如上述所有附图，尤其在图39中，发动机104、电动发电机106、牵 引电机108、齿轮减速总成1108 (包括差速器总成220)位于发动机前舱 内布置在两个车辆前轮之间并位于两个前轮中心线之上，电动发电机106、 牵引电机108及齿轮减速总成1108可以根据两个半轴3902的位置来进行 布置。发动机104也位于两个前轮中心线之上。机械动力联结由飞轮1804， 扭矩分配总成206，传动主轴1816提供，其他组件从发动机到电动发电机 106，从电动发电机106到牵引电机108线性分布，且机械能耦合从发动机 至第一电机及从第一电机至第二电机呈线性排列。
图28所示是液压控制系统2800的示意图，其被用来启动扭矩分配系 统206中的各个组件。在一个具体实施例中，蓄能过程的液压传递路径是这 样实现的油液从液压油壶2802到达过滤器2804，进入油泵总成2806， 通过单向阀2808，进入蓄能器2810，最后回到液压油壶2802 。
26在另一个具体实施例中，当离合器分离时，分离轴承1812顶压膜片弹
簧1910过程的液压传递路径是这样实现的液压从蓄能器2810通过第一 电磁开关阀2822，通过大阻尼孔2824，进入液压缸1822。
再一个具体实施例，当离合器结合时，回油过程的液压传递路径是这样 实现的液压从液压缸1822通过小阻尼孔2826，通过第二电磁开关阀2828，
回到液压油壶2802。
离合器通过液压缸1822中储存的能量来顶压控制膜片弹簧，然后将流 体返回到蓄能器2810。离合器控制器204处理来自不同传感器的电信号(第 一压力信号2830;第二压力信号2832)，及离合器分离信号2834和接合 信号2836。离合器控制器204通过电磁阀和油泵总成2806控制液压系统 压力，保证分离轴承1812的严格运行。当油泵电机2840提供机械能给液 压油泵总成时蓄能器2810作为主动力源。
在所知的液压系统中，如果液压油泵持续直接给液压缸冲压，泵就必须 做的体积很大(需要一个大的电机驱动)，而且需要频繁启动，压力冲击大。 然而，所述的液压系统在不同的具体过程工作模式下，因为油泵总成2806 增压给蓄能器2810，通过蓄能器加压给分离轴承1812 。这种设计使油泵 总成有个小的体积(使用小的油泵电机2840)，降低了的启动次数，延长 了泵的寿命，降低了液体对系统的冲压。使用阻尼孔(2824、 2826)增强 了液压控制系统2800的控制精度。 特别的，大阻尼孔2824可使离合器快 速分离，小阻尼孔2826保证离合器处于慢结合状态。
再回到图1-10，整车控制器202能够接收各种输入指令信号来改变和 调整混合动力系统102处于不同的工作模式中。例如整车控制器202收 到一个档位输入控制信号、油门深度输入操作信号、制动输入操作信号、用 户选择的EV/HEV输入指令信号(EV/HEV开关)、以及传感器输入的数据，比如外界温度、发动机温度、车速、发动机转速、油压、散热水温等。整车 控制器202可根据上面的这些信号来控制牵引电机108的输出扭矩和转速。
关于输入运行信号或参数，油门深度输入信号表示为司机踩油门踏板的 下压数量。在一个具体实施例中，油门深度输入信号表示为油门踏板下压程 度的百分比。在另一个实施例中，油门深度输入信号也可表示为油门踏板下 压的距离。油门深度输入信号能够大体上或不连续的显示油门踏板的深度。 例如，油门踏板深度输入信号可以表示无论整体或部分油门踏板被踩下
25%, 50% ,75%或者其它数量。油门深度输入信号也能够显示其被压百分 比或者距离的结合。
刹车输入信号表示为司机踩刹车踏板的程度。在一个具体实施例中，刹 车输入信号可表示为刹车踏板下压的距离。在另一个具体实施例中，刹车输 入信号也可以表示为刹车踏板下压程度的百分比。刹车输入信号可以表示下 压百分比和下压距离的组合。在一个实施例中，整车控制器对倾角传感器(未 图示)的信息和刹车输入信号的信息进行处理时，刹车输入信号可以被表示 为百分比，距离或者其它适当的度量单位。
整车控制器202也能够接收和处理其他输入运行信息，例如路面倾角 (坡度)、电池荷电量、速率或其它输入信号。路面倾角输入信号表示车辆 行驶时与路面的倾斜角度。整车控制器202可以根据路面倾角输入信号来控 制混合动力系统102的一个或多个组件的运行，如电机106或电动机108， 来防止汽车在上坡或下坡时失控。
电池容量输入状态信号表示电池组110的荷电量，荷电量的数值可以是 电池组110的剩余容量也可以是电池组110的已用容量。例如，电池容量 的输入信号的能够表明，该电池组110已用75%电量。另外，电池容量的 输入信号可以表明，该电池组110还有25 %剩余电量。速度输入信号显示车辆的速度。基于输入运行信号和输入状态信号，整 车控制器202将输出一个或多个输出控制信号来控制车辆。例如，输出控制
信号包括显示离合器206是否应该结合或脱离的离合器206输出信号，显 示发动机104启动的点火输出功率信号，电动发电机106的目标转速输出 信号，牵引电动机108的目标转速输出信号，以及发动机104的目标转速输 出信号。目标转速信号可用于控制离合器准备结合时使发动机与电机的转速 保持同步。
整车控制器202还可以用于电动发电机106，离合器控制器204，和牵 引电机108的通讯。例如，整车控制器202可以发出信号给离合器控制器 204指示离合器206进行接合。
整车控制器202能够与发动机104，电动发电机106和牵引电机108 组成一个子系统，以调节电池组110的充放电来驱动车轮212。在一个实施 例中，整车控制器202可以调节发动机104，电动发电机106和牵引电机 108的转速差别，以便结合或者脱离离合器206 。在另一个实施例中，整 车控制器202还可以调节发动机104，电动发电机106和牵引电机108的 扭矩差，以便结合或者脱离离合器206。
当混合动力系统102运行在混合动力模式(HEV)时，整车控制器202 可以根据车辆一个或多个输入信号和输入状态信号操作以及它们的组合来 决定车辆的功率总需求。例如，整车控制器202可通过油门深度的输入状态 信号，速度状态输入信号或其他信号确定车辆总功率需求。在具体实施例中， 整车控制器202根据扭矩输入信号，速度信号输入状况和加速器深度状态信 号来决定车辆的功率需求。车辆总功率需求通常取决于一个或多个组件的功 率需求，如发动机104，电动发电机106和牵引电机108。整车控制器202也可以根据其他运行功率需求，如车辆辆最佳运行功率，以确定一个或多个 需求功率的输出。
在一个具体实施例种，通过计算，整车控制器2 2可确定牵引电机1 8
的需求功率。比如，为了确定牵引电机108和电动发电机106需求功率， 用所示下列公式
1) 如果p —pesp2— MAX, 那么
如果P-Pe〈P2—MIN，，那么
P2 = P2_ MAX Pe = P- P2，
= 0;
否则
P2 = P - Pe ， Pi =0;
2) 如果P-Pe>P2_ MAX, 那么
P2 = P2_MAX ;
P1 = P —Pe—P2，其中:
P为车辆需求功率；
Pe=发动机最佳输出功率；
P2—MAX =牵引电机最大输出功率；
P2=牵引电机需求功率；
P，=电动发电机需求功率.虽然工作模式由图3到10所示，但任何工作模式都可能会过渡到另一 种工作模式根据任意组合的输入操作信号、状态和输出控制信号。举例来说， 混合动力系统102会从并联模式过渡到制动模式，或从制动模式到充电模 式。任何其他组合的转变都取决于适当的输出和输入信号。
图36所示为通过使用混合动力系统102和整车控制器202控制和/或改 变混合汽车的工作模式的控制系统流程3602。在实施中，整车控制器202 执行了控制系统流程3602。
最初，整车控制器202确定车辆的当前档位。车辆控制器202可以通 过驻车机构1250来确定车辆的当前档位，当整车控制器202确定当前为停 车档(3604)，整车控制器202将控制混合动力系统102终止运转或暂停 (3606)。例如，整车控制器202可控制发动机104，电动发电机106和 牵引发动机108终止运转。整车控制器202也可指令离合器206 (扭矩分配 总成206)脱离。
如果整车控制器202判定当前档位不是停车档位，由控制系统流程确定 是否混合汽车在空档(3608)状态。如果是空档状态(3608)，整车控制 器将确定用户是否选择了 EV模式(3610)，控制系统流程将根据当前电池 组110电量SOC决定采用纯电动模式或其他模式。
如果EV模式被采用(3610)，整车控制器202比较当前电池组的电量 SOC与最小电量阈值SOC。 (3612)。最小电量阈值SOC。为能够进入纯 电动模式所需电池组110最小电量。例如，SOCo被定为电池组110的 10%-15%的剩余电量。其他数值也可选用如5%-20。/。之间。在一种实施例 中，如果车辆被选择在纯电动模式下运行，如果车辆的需求功率小于牵引电 机的最大输出功率的90%，那么车辆会一直在纯电动模式下工作。当然这个 数值也可以是75%-95%。
31如果当前电池组的电量SOOSOCo (3612)，控制系统流程控制混合 动力系统102进入纯电动模式(3614)。纯电动模式的控制流程设置如图 40说明。
如果当前电池组的电量SOO^SOCQ (3612)，控制系统流程控制混 合动力系统102退出纯电动模式(3614)即EV/HEV开关退出EV模式的 选择(3613)并执行下一步(3616)。
如果纯电动模式(EV)未被选择(3610)，则将当前电池组的电量SOC 与电池组的第二电量阈值SOC2进行比较。电池组的第二电量阈值SOC2为 电池组110总容量的50%，或40%——60。/。。如果电池现有电量SOC>SOC2 (3616)，运行模式设置为纯电动模式(3614)。
如SOC<SOC2 (3616)，需比较当前电池组的电量SOC与电池组的 第一电量阈值SOd (3618)。第一电量阈值SOd为30%电池组110容 量也可以在20%——40%之间。如果电池电量大约SOC1，则表明存在有效 的电量可以启动发动机104，如SOCX:SOd(3618)，则设置为串联模式 (3620)。图41为控制流程控制运行模式进入串联模式。
控制系统流程3602在决定下一工作模式前将考虑上一工作模式或者当 前的工作模式。当SOOSOd (3618)，且前一作模式在串联或并联模式 (3622)时，将将工作模式设置为串联模式(3620)。在步骤3620中，若 上一工作模式不是串联也不是并联时(3622)，工作模式将设置为纯电动模 式(3614)。
若车辆不处于前进档或倒档(3624)时，控制系统流程处于空档(3610)。 若被选择前进档或倒档(3624)，控制系统确定是否已选择纯电动模式 (3626)。如SOC<=SOC0 (3628)，则控制系统将控制车辆处于非纯电动模式(3629)。如SOOSOCq，控制系统流程确定是否SOC>SOC2( 3630)，
若是，控制系统流程确定工作模式为纯电动模式(3614)。
若控制系统流程确定SOOSOd (3632)，控制系统流程确定工作模 式是否为串联或并联模式(3634)，如果车辆的前一状态既不是串联也不是 并联模式，则控制系统流程控制车辆进入纯电动模式(3614)。
然后，整车控制器202将通过当前电量，上一工作模式等标准计算车辆 的速度，如当前车速VELO小于最小速度阈值VELO"则设置为串联模式 (3620)。实际例中，VELC^的取值在范围35 km/hr-55 km/hr之间，VELC^ 优选为45 km/hr 。
接着，若当前车速VELO大于最大速度阈值VEL02(3638)，设置为并 联模式，例如VEL02为55km/hr。控制系统流程设置为并联模式(3620) 在图42种被解释说明。若VELO小于等于VEL02，则整车控制器202确 定前一运行模式是否为串联模式，如果前一模式为串联模式(3624)，则运 行模式设置为为串联模式(3620)。
如果前一模式不是串联模式(3624)，车辆控制器202确定车辆的前 一运行模式是否为并联模式(3660)，则将目前运行模式继续设置为并联模 式。如果前一运行模式不是并联模式(3660)，则将目前运行模式设置为串 联模式(3620)。
图37表示为四条被发动机和电池能量参数所控制的曲线，包括功率变 化曲线3702、电量变化曲线3704、速度变化曲线(3706)，和车辆输出功 率变化曲线3708。功率变化曲线表示混合动力系统102在不同模式下的功 率变化，纵轴功率单位为千瓦，水平轴为不同工作模式区间，以字母表示。 功率变化曲线3702图中曲线3710为整车需求功率，3712为机车输出功率 曲线，车辆输出功率曲线3708即3702中发动机输出功率曲线3712。
33电量变化曲线3704表示混合动力系统102在不同模式下的电池电量变 化，纵轴单位为(A-h)，水平轴为不同工作模式区间以字母表示。SOd为 30%总容量，SOC2为50% 。
车速变化曲线3706表示混合动力系统102在不同模式下的速度变化， 纵轴为速度，水平轴为不同工作模式区间以字母表示。在一个具体实施例中， VELCM为45 km/hr ， VEL02为55 km/hr 。
根据图37，工作模式用十个分割点隔开A-K，分割点间表示的工作模式 仅为这种混合动力系统102的一种举例，区间A-E为纯电动模式，区间E-F 和l-K为串联模式，区间F-I为并联模式。
在区间A-E，混合动力系统102工作在纯电动模式，在此模式下，离合 器206分离，牵引电机108运转，发动机104和电动发电机106不运转。
在区间A-C，表示车辆加速，需要正扭矩。由于提供电量给牵引电机108， 因此，电池组110SOC下降。
在区间C-D，表示车辆减速。牵引电机108收到刹车后产生的再生能量 和车轮212回馈的扭矩为电池组110发电。因此，在此阶段，SOC上升。
在区间D-E，表示从纯电动模式向串联模式转换阶段，车辆在加速。伴 随着车辆加速，混合动力系统102消耗电池组110的电力。当系统接近区 间E时，当前电池容量SOC小于或等于SOd，在经过E点之后，系统将 转换为串联模式。
区间E-F表明运行在串联模式，在这些区间，离合器206分离，牵引电 机108驱动车轮212，发动机104提供扭矩给电动发电机106， 106提供动 力给牵引电机108 。由于在这些区间内机车加速，牵引电机108需求功率
34大于电动发电机106提供的功率，所以牵引电机108他那个是接受电池组
110的电力，因此在区间E-F，当前电池容量SOC处于下降状态。
F点表示从串联模式转换到并联模式，因为VELO大于VEL02。区 间F-l为并联模式，在此阶段离合器206接合，发动机104和电动发电机 106和牵引电机108共同驱动车轮212 。区间F-G内SOC下降，因为106 和108同时需要电池组110的附加电力。
区间G-H表示汽车需要一个正的扭矩但小于发动机104的输出，因为 车辆的扭矩需求小于发动机104的扭矩输出，电动发电机106和牵引电机 108利用剩余的扭矩产生电力，然后提供给电池组110。因此在区间G-H内， 当前电池容量SOC逐步增加。
区间H-I表示汽车减速产生额外的可用扭矩。由于车辆的减速，发动机 104和牵引电机108吸收车轮反馈的扭矩发电供电池组110充电。当达到l 点时，工作模式转换为串联模式，因为此时当前电量正在增加，当前速度 VELO小于或等于VELOl
区间l-K为串联模式阶段。在此区间，离合器206分离，牵引电机108 驱动车轮212 。另外，发动机104驱动电动发电机106产生电力给电池组 110充电。当到K点时，系统转换为纯电动工作模式，因为SOC大于等于 SOC2。或者作为选择，混合动力系统102将保持串联模式直到被选择纯电
动模式。
图38所示图表3802为发动机104和电机106、 108的输出扭矩变化 图。曲线3804为电动发电机106的输出扭矩曲线，曲线3806为牵引电机 108的输出扭矩曲线，曲线3808为发动机104输出扭矩曲线。每条曲线的 最大输出扭矩的数值随X轴(转速)的延伸而示出。当发动机104和/或电机106、 108工作时，输出扭矩的变化是根据汽车
所需的扭矩不同而变化的，根据确定的公式功率=扭矩^转速x油门深度。
当功率输出达到最大值时，转速提高，但扭矩下降。图表3802中的数据点 3816所指数据表明功率达到最大，此时，转速上升，扭矩下降。数据点3816 根据横轴上的电机或者发动机转速的变化而变化，因为每个设备有不同的最 大功率。
图表3802也说明了为什么只采用一个传动齿轮传动。以上提到，需要 仅用一个单独传动齿轮覆盖一个大的速度范围，例如0-160 km/hr 。牵引电 机108用来启动汽车从起步到巡航，而发动机104在汽车低速行驶时不使 用。为了达到此目的，牵引电机108的启动扭矩很大，如曲线3806所示， 比发动机104大的多(曲线3808)，因此差速器或齿轮减速总成1108相 对与燃油汽车来说不需要提供一个大的减速比。
基于曲线3806，牵引电机108只需一个单一的减速比就可以保证适合 各种转速的需求。因为发动机104不需要启动汽车，除非在高速行驶中才为 汽车提供动力，此时，其采用的减速比与牵引电机108所采用的减速比相同。 例如，发动机104在4000rpm下为车轮提供附加的扭矩。
图40-43为车辆工作模式的控制流程图，比如，纯电动模式、串联模 式和并联模式，工作模式流程的控制由整车控制器202或系统其他组件完 成。
图40表示纯电动模式操作4002 。最初，控制系统确定离合器206是 否分离(4004)。如果是，电能发生子系统被指定停止工作(4006)，在 一个具体实施例中，电能发生子系统由发动机104和电动发电机106组成。 然后，控制系统校验电能发生子系统是否停止工作(4008)，当其停止时 (4008)，运行模式被设定为纯电动模式。
36如果离合器结合(4004)，控制系统确定VELO是否超出纯电动模式 下速度的阈值(4012) (VELCh orVEL02)，如果没有超出，则离合器脱 离(4014)，相反，如果当前车速超出了阈值，则电能发生子系统将降低电 能输出(4016)。控制系统将进一步确定是否当前的电能输出小于或等于纯 电动模式的电能输出限制(4108)。在一个具体实施例中，纯电动模式的电 能输出限制是5kW。
图41所示为串联模式的操作(4102)。首先，控制系统确定发动机104 是否运转(4100)，如果发动机运转，控制系统将确定当前车速VELO是 否超出串联模式速度的限制(4112)，若当前车速VELO超出了串联模式 速度的限制，则控制系统减少电能发生子系统的电能输出(4116)。然后， 控制系统进一步确定电能输出是否小于或等于串联模式下的电能输出限制
(4118)。在一个具体实施例中，串联模式下的电能输出限制为5kw。若当 前电能输出当小于或等于串联模式下的电能输出限值时，控制离合器脱离
(4114)。若没有超出，如小于VELC^或大于VEL02，则将控制离合器206 脱离(4114)。
如果控制系统确定发动机停止运转，控制系统确定离合器206是否分离 (4104)，如果分离，电能发生子系统被指定开始运转(4106)。控制系 统检测电能发生子系统是否开始工作(4108)。若己开始工作，则将工作模 式设置为串联模式(4110)。当离合器206接合，控制系统将确定当前车 速VELO是否超出串联模式速度的限制(4112)，如小于VELC^或大于 VEL02，若没有超出，则将控制离合器206脱离(4114)。
若当前车速VELO超出了串联模式速度的限制，则控制系统减少电能发 生子系统的电能输出(4116)。然后，控制系统进一步确定电能输出是否小 于串联模式下的电能输出限制(4118)。在一个具体实施例中，串联模式下的电能输出限制为5kW。若当前电能输出当小于串联模式下的电能输出限值 时，控制离合器脱离(4114)。
图42所示为并联模式的操作(4202)。首先，控制系统确定离合器206 是否接合(4204)，如果接合，设置当前模式为并联模式(4110)。如果 离合器处于脱离状态，则电能发生子系统被控制开始运转(4208)。然后， 控制系统检测电能发生子系统其是否开始工作(4210)，若是，则控制系统 当前计算当前电能发生子系统和牵引电机108的转速差(4212)，在一种 实施例中，转速差小于或等于并联模式下的转速差异限制时，控制离合器接 合(4216)。
图43所示为纯电动、串联、并联三种模式的转换示意图(4302)。首 先，控制系统判断车辆处于哪种工作模式(4304)，基于这种模式，控制系 统可以转到其他三种模式的任一种，步骤4002、 4102、 4202完成后，分别 实施各工作模式，即，纯电动模式(4306)，串联模式(4308)，或者并 联模式(4310)。当然，这种转换也包括子模式之间的转换。
图44为电气系统简要结构图，包括功率组件，例如逆变器，晶体管 等。晶体管包括IGBT、高能MOSFET装置，其它型号的晶体管也可使用， 逆变器可为三相全桥逆变器。电池组110与电容器组4404和逆变器组4406 连接。逆变器组4406包含三组智能功率模块(IPM)，每组输出端相应连 接牵引电机108的各相。逆变器组4406与驱动隔离单元4408连接，驱动 隔离单元4408用来隔离功率电路与控制电路。驱动隔离单元4408与电机 控制器4410间通过脉宽调制信号(PCM)通信，来控制逆变器的循环和开 关。
逆变器组4406的每一组的输出端与相应牵引电机108的输入端(U， V， W)连接，牵引电机108连接一旋转变压器4412 ，例如，108为一Y型连接三相马达，当然其他类型的马达也可选用，如三角连接等。旋转变压器
4412监控108的转子和转子与电机控制器4410的通信。
注意文件中提及的整车控制器202和电机控制器4410仅是用来说明而 不用来限定。它们可能包含其他附件或者有其它执行方式。这些控制器通过 微处理器，微控制器，ASIC或其它集成电路来实现其控制。同样，控制器 包括存储装置，如DRAM， SRAM, Flash,或其它存储器。参数(如条件和 限制)和数据的存储和计算都通过独立的存储器，或以其它符合逻辑的方式 完成。程序和指令的设置可以是一个或多个并存储在处理器或存储器上。
这种逻辑运算应该是可被计算机识别和处理的，可复制的，和/或可传递 的。逻辑运算的载体应包含各种承载，存贮，传递，复制，和用于执行的系 统，仪器，或设备和详细可实施的程序和命令。这些计算机可处理的信息载 体可以是但不限于各种电子器件，光学器件，电磁或半导体系统、设备等元 件。不完全统计，这些载体包括磁盘或光盘，稳定存贮器如RAM， ROM, EPROM或闪存等，光纤等等。载体还应该包括一个基于各种载体的切实可 行的详细指令，能够用计算机表达，编译，注释等的程序。程序可存储在计 算机或机器设备中。
以上引大量实例来说明解释本发明，涉及明显的普遍的技术领域，但本 发明范围内还应包括有更多的实例。因此，除根据所附的权利要求外该发明 未受到任何限制。
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权利要求
1、一种混合动力汽车，其包括接收、储存和提供电能的电池系统；通过飞轮来提供动力的发动机；一个带有空心转轴的第一电机，所述空心旋转轴与所述发动机的飞轮旋转连接，所述第一电机a、可运行第一种模式，即接收所述电池系统的电能并转化为机械能用来启动发动机；b、可运行第二种模式，即接收发动机的机械能并将其转化为电能为所述电池系统充电；c、可运行第三种模式，即接收所述电池系统的电能并转化为机械能给所述空心转轴；一个带有第一转速输入端和第二转速输出端的传动装置，所述第二转速输出端输出动力给车辆的至少一个车轮；一个第二电机，所述第二电机包含有同心放置在所述空心旋转轴里并能旋转连接所述传动装置第一转速输入端的转子轴；所述第二电机d、可运行第四种模式，即接收所述电池系统的电能并提供动力给所述传动装置；e、可运行第五种模式，即通过输出端和输入端接收车轮传递的动力并将其转化为电能为所述电池系统充电；一个设置在发动机与第一电机之间的离合器总成，所述发动机飞轮通过所述离合器总成与所述第一电机的空心转轴旋转连接；其中，所述离合器总成结合时，所述第二电机的转子轴与所述发动机飞轮及第一电机空心转轴旋转连接，所述发动机与所述第一电机通过第一转速输入端为所述传动装置提供动力。
2、 根据权利要求1所述的混合动力汽车，其特征在于，所述离合器总 成包括一个与所述飞轮可选择性结合的从动盘总成，当离合器结合时，所述从 动盘总成一端可与所述飞轮结合，所述从动盘总成的另一端与所述第二电机的转子轴连接；一个与飞轮连接的转接盘总成并能接收所述飞轮的动力并将其传递给 所述第一电机的空心转轴；以及分离轴承，当所述分离轴承处于结合位置时，能够控制所述从动盘总成 与所述发动机飞轮结合并将动力传递给第二电机的转子轴；当所述分离轴承 处于非结合位置时，能够使所述从动盘总成脱离所述发动机飞轮从而切断从 飞轮传递到第二电机转子轴的动力。
3、 根据权利要求2所述的混合动力汽车，其特征在于，还包括，一容纳从动盘总成的离合器盖；所述离合器盖与飞轮固定连接在一起并 与所述飞轮一起转动；当所述分离轴承处于结合位置时，所述从动盘总成与 所述飞轮及离合器盖一起旋转，当所述分离轴承处于非结合位置时，所述从 动盘总成与所述飞轮及离合器盖脱离。
4、 根据权利要求2所述的混合动力汽车，其特征在于，所述从动盘总 成包含一由抗摩擦材料制成的摩擦盘，当所述分离轴承处于结合位置时，所 述摩擦盘与所述飞轮的表面结合。
5、 根据权利要求2所述的混合动力汽车，其特征在于，所述转接盘总 成包括一带有多个凹槽的内侧板，将所述转接盘总成与所述飞轮相连接； 一扭转盘与所述内侧板连接并与所述第一电机的空心转轴相连接； 一个外侧板与所述扭转盘的另一侧相连接；所述扭转盘上设有吸震元件，所述吸震元件部分设置在所述内侧板的凹 槽内；以及所述吸震元件可以吸收或者缓冲发动机到第一电机空心主轴因动力传 递从所引起的震动。
6、 根据权利要求2所述的混合动力汽车，其特征在于，所述分离轴承可以通过液压系统控制其处于结合位置或者非结合位置。
7、 根据权利要求2所述的混合动力汽车，其特征在于，所述分离轴承 设置在所述发动机与所述第二电机之间，当所述分离轴承处于结合位置时， 所述离合器总成工作在第一机械模式。
8、 根据权利要求3所述的混合动力汽车，其特征在于，所述离合器盖 上设有弹簧，所述分离轴承通过所述弹簧控制所述从动盘的结合与脱离；当所述分离轴承处于结合位置时，可以通过弹簧控制所述从动盘与所述 飞轮结合；当所述分离轴承处于非结合位置时，可以通过弹簧控制所述从动盘与所 述飞轮脱离。
9、 根据权利要求8所述的混合动力汽车，其特征在于，所述弹簧为膜 片弹簧。
10、 根据权利要求8所述的混合动力汽车，其特征在于，当所述分离轴 承处于结合位置时，所述弹簧处于被弯曲状态；当所述分离轴承处于非结合 位置状态时，所述弹簧处于原始状态。
11、 根据权利要求l所述的混合动力汽车，其中，所述第一电机为电动 发电机，所述第二电机为牵引电机。
12、 根据权利要求1所述的混合动力汽车，其中，所述传动装置为齿轮 减速装置，该齿轮减速装置接收来自第二电机的动力并提供给至少一个车 轮。
13、 根据权利要求1所述的混合动力汽车，其特征在于，所述离合器总成工作在第一机械模式，在此模式下，所述第二电机与所述发动机可选择 性的结合与脱离；工作在第二机械模式，在此模式下，所述离合器总成可以吸收或减少所 述发动机与第一电机的空心主轴因动力传递带来的震动。
14、 根据权利要求1所述的混合动力汽车，其特征在于，所述分离轴承 设置在所述第一 电机的中空转轴内。
15、 根据权利要求1所述的混合动力汽车，其特征在于，所述分离轴承 包括一中心孔，所述第二电机的转子轴穿过所述中心孔。
16、 根据权利要求1所述的混合动力汽车，其特征在于，还包括一控制 器，所述控制器接收一发动机的转速信号和第二电机的转速信号，并通过比 较其两个信号的来控制所述离合器总成结合与脱离。
全文摘要
一种混合动力汽车，其包括接收、储存和提供电能的电池系统，通过飞轮来提供动力的发动机，一个带有空心转轴的第一电机，所述空心旋转轴与所述发动机的飞轮旋转连接，一个第二电机，一个设置在发动机与第一电机之间的离合器总成，本发明提供的混合动力汽车在整个运行过程中，第二电机将作为主动力源驱动车辆行驶，并且整个过程中，发动机将始终工作在最佳效率点，从而使混合动力驱动系统很好地发挥自身的效能，在满足需求功率的同时实现对能量最大效率的利用，以达到提高燃油利用率、减少尾气排放的目的，从而实现低排放、低油耗。
文档编号B60K6/20GK101445042SQ20081018595
公开日2009年6月3日 申请日期2008年12月13日 优先权日2008年10月11日
发明者毅 任, 彦 刘, 杨胜麟, 涛 王, 罗红斌 申请人:比亚迪股份有限公司