专利名称：双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种汽车技术领域的系统，具体是一种双离合器电机悬浮式并联 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。由于并联式混合动力 系统，成本低，性能价格比优势明显，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，还会在制动能量回馈和纯电驱动情况下倒拖发动机而导致回馈效率、纯电驱动效率 降低。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，该技术包括一个发动机、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。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种双离合器电机悬浮式并联 混合动力驱动系统。本发明实现了纯电驱动、并联驱动、轻便驾驶和低开发成本、低系统成 本的有机结合，具有良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。本发明是通过以下技术方案实现的本发明包括发动机、两个离合器、电机、变速箱、减速差速器、驱动半轴、车轮、储 能装置、电机控制装置、传动轴和两个离合器电控执行机构，其中发动机的曲轴输出端与 第一离合器的主动侧的飞轮相连接，第一离合器的从动侧与传动轴的一端相连接，传动轴 的另一端与电机的转子相连接，电机的转子支承在汽车壳体上，电机的转子与第二离合器 的输入端相连接，第二离合器的输出端与变速箱的一端相连接，变速箱的另一端与减速差 速器相连接，减速差速器与驱动半轴的一端相连接，驱动半轴的另一端与车轮相连接，储能 装置与电机控制装置相连接，电机控制装置与电机相连接，第一离合器与第一离合器电控 执行机构相连接，第二离合器与第二离合器电控执行机构相连接。所述的电机的转子分别与第一轴承和第二轴承相连，第一轴承和第二轴承分别设 置在汽车壳体上；或者所述的电机的转子与第一轴承相连，第二轴承固定在传动轴上，第一轴承和第二轴承分别设置在汽车壳体上。所述的轴承与汽车壳体之间设置有轴承座。所述的储能装置是动力蓄电池，或者是超级电容，或者是动力蓄电池与超级电容 的复合电源装置。所述的储能装置设置有外接充电接口。所述的变速箱的输入轴设置有转速传感器，或者是所述的第二离合器从动侧设置 有转速传感器。所述的发动机的曲轴输出端与起动马达相连接。所述的离合器电控执行机构是电控气动结构形式，或者是电控液压机构形式，或 者是直接电动控制结构形式，或者是电控气动结构形式和电控液压机构形式的复合结构形 式，或者是直接电动控制结构形式和电控气动结构形式的复合结构形式，或者是电控液压 机构形式和直接电动控制结构形式的复合结构形式，或者是电控气动结构形式、电控液压 机构形式和直接电动控制结构形式的复合结构形式。所述的离合器是干式摩擦离合器，或者是湿式摩擦离合器。本发明的工作原理(1)电机通过第二离合器、变速箱、减速差速器、驱动半轴与车轮进行动力传递。发 动机与电机之间通过发动机的曲轴输出端、第一离合器及传动轴进行动力传递。(2)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。(3)在发动机、第一离合器、电机、第二离合器、变速箱等全部动力传动部件与车轮 之间的动力传递链中，取消现有内燃机汽车的缓速器。利用变速箱的换档运行，调节发动机 与电机的运行点。第一离合器处于分离状态，电机可单独驱动车辆。(4)电机的转子通过第一轴承和第二轴承支承在壳体上，电机的转子和定子间的 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的曲轴上时其转子对发 动机的曲轴的悬臂梁载荷。(5)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。(6)电机的转子与发动机的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。(7)电机的转子与变速箱间通过第二离合器连接，利用离合器摩擦盘总成的减振 作用，消除传动系统扭振对电机的影响；避免在电机的转子直接与变速箱的输入轴连接时， 该转子的转动惯量对换档品质的不利影响。(8)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。(9)发动机可按停机和运行2种方式工作，电机可按停机/空转、发电和电动3种 方式工作，第一离合器可按结合和分离2种方式工作，第二离合器也可按结合和分离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。(10)第一离合器的结合与分离过程及状态通过第一离合器电控执行机构自动控 制，第二离合器的结合与分离过程及状态通过第二离合器电控执行机构自动控制。在纯电动驱动模式和再生制动能量回馈模式，第一离合器在第一离合器电控执行机构的自动控制 下处于自动分离状态，第二离合器在第二离合器电控执行机构的自动控制下处于自动结合 状态，避免倒拖发动机，提高纯电动驱动效率和再生制动能量回馈效率。(11)在车辆起步过程中，第二离合器在第二离合器电控执行机构的自动控制下 自动进行车辆起步时的离合器结合过程控制，无需驾驶员进行车辆起步过程中的离合器操 控；在车辆换档过程中，第二离合器在第二离合器电控执行机构的自动控制下自动进行与 换档过程相适应的离合器分离与结合过程控制，无需驾驶员进行车辆换档过程中的离合器 操控；在车辆制动和制动停车过程中，第二离合器在第二离合器电控执行机构的自动控制 下自动处于结合状态，第一离合器在第一离合器电控执行机构的自动控制下自动处于分离 状态，实现了车辆制动和制动停车过程中对离合器的自动控制，无需驾驶员进行车辆制动 和制动停车过程中的离合器操控，在停车过程中也不需要将变速箱切换为空挡。(12)在需要对第一离合器进行结合控制时，通过对发动机和电机的转速的协调控 制，使第一离合器的主动侧和从动侧间无转速滑差或小转速滑差，再在第一离合器电控执 行机构的自动控制使第一离合器结合；在需要对第二离合器进行结合控制时，由于根据需 要可使第一离合器自动处于分离或结合状态，因此可通过对电机和变速箱的输入轴的转速 的协调控制，使第二离合器的主动侧和从动侧间无转速滑差或小转速滑差，再在第二离合 器电控执行机构的自动控制使第二离合器结合。因此，不仅避免了离合器结合过程中的冲 击，并可极大地减少离合器磨损、延长离合器寿命。与现有技术相比，本发明的有益效果是1、高系统效率。电机转子通过二个轴承悬浮支承在壳体上，电机转子与定子间的 间隙可以更小，电机效率大幅提高；通过对第一离合器的自动控制，避免了纯电动驱动模式 和再生制动能量回馈过程中对发动机的倒拖；进一步，通过与第二离合器自动控制的协调 控制，在停车过程中也不需要将变速箱切换为空挡，实现了制动过程中的全程再生制动能 量回馈，解决了现有技术在车辆停车过程中需要将变速箱切换到空挡而被迫停止再生制动 能量回馈的问题。2、轻便驾驶。在驾驶车辆的全过程中，驾驶员无需进行离合器操控，解放了驾驶员 的一只脚；停车过程，驾驶员也需进行摘档操控。因此，对利用本发明的车辆，实现了轻便驾 驶，大大降低了驾驶员的操控强度，减轻了驾驶疲劳，有助于提高行车安全。3、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。4、高可靠性、低维修成本。第一离合器和第二离合器均实现了小滑差或无滑差结 合，最大程度地避免了离合器的磨损；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，避免了传动系、发动机对电子转子的扭转、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，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、可通过起动马达直接起动发动机，增强了系统的容错 能力，避免了对储能装置的低温滥用；利用智能充电功能，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。5、本发明实现了并联系统的全部功能，还具有发动机双模式起动、纯电驱动、发电
5混合驱动、智能充电等功能，适合于各种道路工况和运行环境，使整车的动力性、燃油经济 性和有害排放达到了综合最佳，显著优于串联系统和现有的并联系统、混联系统。经统计 分析，应用本发明的混合动力客车，节油可达到25%以上、尾气排放可满足国家4级以上法 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是实施例的系统组成连接示意图。其中1-发动机、2-第一离合器、3-电机、4-第二离合器、5-变速箱、6_减速差 速器、7-驱动半轴、8-车轮、9-第二轴承、10-第一轴承、11-储能装置、12-电机控制装置、 13-起动马达、14-第一离合器电控执行机构、15-第二离合器电控执行机构。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作详细说明本实施例在以本发明技术方案为前 提下进行实施，结合了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下 述实施例。实施例如图1所示，本实施例包括发动机1、第一离合器2、电机3、第二离合器4、变速 箱5、减速差速器6、驱动半轴7、车轮8、第二轴承9、第一轴承10、储能装置11、电机控制装 置12、起动马达13、传动轴、第一离合器电控执行机构14、第二离合器电控执行机构15、第 一轴承座、第二轴承座和转速传感器，其中发动机1的曲轴输出端与第一离合器2的主动 侧的飞轮相连接，第一离合器2的从动侧与传动轴的一端相连接，传动轴的另一端与电机3 的转子相连接，电机3的转子分别与第一轴承10和第二轴承9相连，第一轴承10设置在第 一轴承座上，第二轴承9设置在第二轴承座上，第一轴承座和第二轴承座分别设置在汽车 壳体上，电机3的转子与第二离合器4的输入端相连接，第二离合器4的输出端与变速箱5 的一端相连接，变速箱5的另一端与减速差速器6相连接，变速箱5的输入轴与转速传感器 相连，减速差速器6的一侧与驱动半轴7的一端相连接，驱动半轴7的另一端与车轮8相连 接，储能装置11与电机控制装置12通过高压电路相连接，电机控制装置12与电机3通过 高压电路相连接，起动马达13与发动机1的曲轴输出端相连接，第一离合器2与第一离合 器电控执行机构14相连接，第二离合器4与第二离合器电控执行机构15相连接。所述的电机3具有电动和发电的双运行模式，用于提供车辆行驶过程中的全部或 部分动力，可按发电机运行回收再生制动能量或向储能装置11充电，还可用于起动发动机 1。所述的第一离合器2为自动可控的干式摩擦离合器，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，所述的第一离合器电控执行机构14用于对第一离合器2实 施控制。所述的第二离合器4为自动可控的湿式摩擦离合器，用于接通或切断电机3与变 速箱5的机械连接和动力传递，所述的第二离合器电控执行机构15用于对第二离合器4实 施控制。
所述的起动马达13用于电机故障、储能系统故障、高压电路故障或环境温度低 时，起动发动机1。所述的电机控制装置12包括电源变换器(直流变交流或交流变直流)和电机运 行控制器。所述的储能装置11是动力蓄电池和超级电容的复合电源装置，其用于向电机3提 供电能，也可用于接收电机3发电发出的电能，储能装置11上还设置有外接充电接口。所述的第一离合器电控执行机构14和第二离合器电控执行机构15都是电控气动 结构形式、电控液压机构形式和直接电动控制结构形式的复合结构形式。本实施例具有以下几种运行模式(1)发动机双模式起动发动机1可由电机3通过第一离合器2起动，此时第一离合器2在第一离合器电 控执行机构14的控制下自动处于结合状态。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13起 动，此时如车辆处于静止状态，则一般需要第二离合器4在第二离合器电控执行机构15的 控制下自动处于分离状态；如车辆处于运行状态，则一般需要第一离合器2在第一离合器 电控执行机构14的控制下自动处于分离状态，第二离合器4根据车辆运行要求在第二离合 器电控执行机构15的控制下自动进行分离和结合控制。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，利用起动马达13起动发动机1 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。(2)发动机怠速停机/快速起动在车辆减速过程中、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3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3提供整车驱动的全部扭矩，实现零排放，第一离合器2 在第一离合器电控执行机构14的控制下自动处于分离状态，避免了倒拖发动机1的能量消耗 ο(4)纯发动机驱动在车辆的驱动扭矩和车速使发动机1工作在高效率区时，第一离合器2在第一离 合器电控执行机构14的控制下自动处于结合状态、电机3空转、第二离合器4在第二离合 器电控执行机构15的控制下自动处于结合状态，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的效率、智能充电而对储能装置11的充电电能充分高效地利 用于纯电动驱动、并联混合驱动等工况，提高整车效率，且可避免储能装置11的电量快速 损失，延长其使用寿命。在所述储能装置11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1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11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3按电动模式运行，第一离合器2在第一离合器电控执行机构14 的控制下自动处于结合状态、第二离合器4在第二离合器电控执行机构15的控制下自动处 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11的剩余电量较小，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3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11的电量平衡和满足整车动力性要求。在发动机低效率区，发电 混合驱动还可提高发动机效率，同时高效率地对储能装置11进行充电，并在后续纯电驱动 或并联助力驱动中使用，可进一步提高系统效率。(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3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2在第二离合器电控执行机构15的控制下自动被切换到或 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，并可自动避免停 车过程中地发动机失速、熄火等。由于第二离合器4在第二离合器电控执行机构15的控制 下自动被切换到或保持结合状态。由于变速箱5的增矩作用，且与车轮8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11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3按发电机模式运行，补充储能装置电能，使储能装置11 的电量超过一个设定值。在停车状态，如储能装置11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4在第二离合器电控执行机构15的控制下自动处于分离状态，由与发动机1 驱动的电机3按发电方式工作，给储能装置11充电。当储能装置11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11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3的运行点，向储能装置11提供合理的充电电流。
权利要求
一种双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，包括发动机、第一离合器、电机、变速箱、减速差速器、驱动半轴、车轮、储能装置、电机控制装置和传动轴，其特征在于，还包括第二离合器和两个离合器电控执行机构，其中发动机的曲轴输出端与第一离合器的主动侧的飞轮相连接，第一离合器的从动侧与传动轴的一端相连接，传动轴的另一端与电机的转子相连接，电机的转子支承在汽车壳体上，电机的转子与第二离合器的输入端相连接，第二离合器的输出端与变速箱的一端相连接，变速箱的另一端与减速差速器相连接，减速差速器与驱动半轴的一端相连接，驱动半轴的另一端与车轮相连接，储能装置与电机控制装置相连接，电机控制装置与电机相连接，第一离合器与第一离合器电控执行机构相连接，第二离合器与第二离合器电控执行机构相连接。
2.根据权利要求1所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是，所 述的电机的转子分别与第一轴承和第二轴承相连，第一轴承和第二轴承分别设置在汽车壳 体上。
3.根据权利要求1所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是，所 述的电机的转子与第一轴承相连，第二轴承固定在传动轴上，第一轴承和第二轴承分别设 置在汽车壳体上。
4.根据权利要求2或3所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是， 所述的轴承与汽车壳体之间设置有轴承座。
5.根据权利要求1所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是，所 述的储能装置是动力蓄电池，或者是超级电容，或者是动力蓄电池与超级电容的复合电源直ο
6.根据权利要求1或5所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是， 所述的储能装置设置有外接充电接口。
7.根据权利要求1所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是，所 述的变速箱的输入轴设置有转速传感器，或者是所述的第二离合器从动侧设置有转速传感 器，或者是所述的变速箱上设置有档位传感器。
8.根据权利要求1所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是，所 述的发动机的曲轴输出端与起动马达相连接。
9.根据权利要求1所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是，所 述的离合器电控执行机构是电控气动结构形式，或者是电控液压机构形式，或者是直接电 动控制结构形式，或者是电控气动结构形式和电控液压机构形式的复合结构形式，或者是 直接电动控制结构形式和电控气动结构形式的复合结构形式，或者是电控液压机构形式和 直接电动控制结构形式的复合结构形式，或者是电控气动结构形式、电控液压机构形式和 直接电动控制结构形式的复合结构形式。
10.根据权利要求1所述的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，其特征是，所 述的离合器是干式摩擦离合器，或者是湿式摩擦离合器。
全文摘要
一种汽车技术领域的双离合器电机悬浮式并联混合动力驱动系统，包括发动机、两个离合器、两个离合器电控执行机构、电机、变速箱、减速差速器、两个驱动半轴、两个车轮、储能装置、电机控制装置、发动机和起动马达，其中发动机经过第一离合器、传动轴与电机的转子相连接，电机的转子再经过第二离合器与变速箱、减速差速器、驱动半轴、车轮相连接，电机的转子支承在壳体上，两个离合器分别受两个离合器电控执行机构的自动控制。本发明可减小电机定子和转子间的间隙，消除传动系统振动对发动机、电机的不利影响，具有纯电驱动、智能充电和全部并联混合动力运行模式，具有高效率、轻便驾驶、低成本、高可靠性等优点。
文档编号B60W10/08GK101898504SQ20101024618
公开日2010年12月1日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者杨林, 杨熠欣, 羌嘉曦, 陈自强 申请人:上海交通大学