专利名称：四驱混合动力系统和四驱动力汽车的制作方法
技术领域：
本实用新型实施例涉及四驱车混合动力技术，尤其涉及一种四驱混合动力系统和 四驱动力汽车。
背景技术：
目前现有的混合动力系统结构，主要为电机与发动机、变速箱集成式结构，图1所 示为现有技术中一种混合动力系统的结构示意图。如图1所示，该混合动力系统包括设置在前轮1传动轴上的前桥差速器2，还包括 发动机5、变速箱6、电机9、离合器14和万向节13。变速箱6 —般与前桥差速器2设置在 一起，发动机5与离合器14相连，离合器14又与电机9相连。该系统中电机9 一般集成在 发动机5和变速箱6之间，电机9和发动机5分别为变速箱6提供动力，仅仅限制于前驱， 而无法提供四驱功能，也不能充分发挥发动机5和电机9各自动力特性的优势。
实用新型内容本实用新型实施例提供一种四驱混合动力系统和四驱动力汽车，以优化混合动力 系统，实现发动机和电机之间的能力转换，发挥发动机和电机各自的动力优势。本实用新型实施例提供一种四驱混合动力系统，包括前桥差速器、变速箱和发动 机，其中还包括分动器、电机、自锁差速器和后桥差速器；所述发动机与变速箱和分动器顺序相连，所述分动器分别与前桥差速器和传动轴 相连，向前桥差速器和传动轴输出动能；所述自锁差速器的输入端和所述传动轴分别与所述电机的电机轴两端相连；所述自锁差速器的输出端与所述后桥差速器相连，在所述电机和后桥差速器之间 传输动能。如上所述的四驱混合动力系统，其中还包括混合动力控制器，所述电机和发动机 分别与混合动力控制器相连，所述混合动力控制器用于控制所述电机在发电状态和驱动状 态之间切换，且控制所述发动机在停机状态和运行状态之间切换。如上所述的四驱混合动力系统，其中，所述混合动力控制器包括起步控制模块，用于在监测到起步信号时，控制所述电机处于驱动状态且控制所 述发动机处于停机状态，所述电机通过所述传动轴向所述分动器输出动能；和/或正常运行控制模块，用于在监测到所述汽车的车速处于设定速度范围内时，控制 所述电机处于发电状态且控制所述发动机处于运行状态，所述发动机通过所述分动器输出 动能，所述分动器将所述动能分配给所述前桥差速器和所述传动轴，所述传动轴向所述电 机输出动能以发电；和/或制动控制模块，用于在监测到制动信号时，控制所述电机处于发电状态且控制所 述发动机处于停机状态，所述电机回收所述后桥差速器的动能以进行发电，对后轮形成制动负载。如上所述的四驱混合动力系统，其中所述自锁差速器为液力耦合差速器或电磁 离合差速器。如上所述的四驱混合动力系统，其中所述液力耦合差速器包括中间轴和花键套管，相互嵌套，所述中间轴和所述花键套管分别与所述后桥差速 器相互啮合以传输动能；花键毂，套设在所述花键套管外侧，与所述花键套管相互啮合以同轴转动；内盘片，固定设置在所述花键毂的外侧；外壳，套设在所述内盘片的外侧，所述外壳的内侧固定设置有外盘片，所述外盘片 与所述内盘片相互交错，所述中间轴与所述外壳相互啮合以同轴转动，所述外壳与所述电 机的电机轴相连以同轴转动；黏性液体，填充在所述外壳和花键毂之间的封闭空间中，所述液力耦合差速器的外壳与所述电机的电机轴通过过渡盘相连以同轴转动。如上所述的四驱混合动力系统，其中所述电机包括定子，固定在所述电机轴上，与所述传动轴通过万向节相互连接以同轴转动；转子，固定在所述壳体的内壁上，电机壳体套设在所述电机轴的外侧。电磁离合差速器的基本结构与液力耦合差速器的主要区别是可实现动力传递与 断开的主动控制。本实用新型还提供了一种四驱动力汽车，其中包括本实用新型提供的四驱混合 动力系统。本实用新型提供的四驱混合动力系统和四驱动力汽车，将电机和自锁差速器有机 的结合在一起，形成四驱混合动力系统，可应用于所有具备四驱功能的车辆。该系统不会对 汽车原有性能产生任何不良影响，本机构控制灵活，功能强大，易于布置和实施。
图1为现有技术中一种混合动力系统的结构示意图；图2为本实用新型实施例一提供的四驱混合动力系统的结构示意图；图3为本实用新型实施例一提供的四驱混合动力系统的局部剖面结构示意图。附图标记1-前轮；2-前桥差速器；3-后轮；[0035]4-后桥差速器；5-发动机；6-变速箱；[0036]7-分动器；8-自锁差速器；81--中间轴[0037]82--花键套管；83--花键毂；84-_内盘片[0038]85--夕卜壳；86-_外盘片；9-电机；[0039]91-_定子；92-_转子；93_壳体；[0040]94--电机轴；10--传动轴；12--过渡盘[0041]13--万向节；14-_亩A典 n -nfl-。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新 型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描 述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施 例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于 本实用新型保护的范围。实施例一图2为本实用新型实施例一提供的四驱混合动力系统的结构示意图，该四驱混合 动力系统包括分动器7、变速箱6、发动机5、电机9、自锁差速器8和后桥差速器4，其中，发 动机5与变速箱6和分动器7顺序相连，该分动器7分别与前桥差速器2和传动轴10相连， 将发动机5产生的动能分别向前桥差速器2和传动轴10输出；该自锁差速器8的输入端和 传动轴10分别与电机9的电机轴的两端相连；该自锁差速器8的输出端与后桥差速器4相 连，在电机9和后桥差速器4之间传输动能，且自锁差速器8在电机9转速与后桥差速器4 的转速相等时处于传动状态，在电机9转速与后桥差速器4转速不等时处于动能调整状态。进一步的，该四驱混合动力系统还包括混合动力控制器，电机9和发动机5分别 与混合动力控制器相连，混合动力控制器用于控制该电机9在发电状态和驱动状态之间切 换，且控制该发动机5在停机状态和运行状态之间切换。本实施例中，自锁差速器的作用是使前后轮的转速趋于一致，当前后轮的转速不 一致，也就是自锁差速器输入端和输出端的转速不一致时，自锁差速器可以对经过自身传 输的动能进行调整，向转速低的一端输出动能，从转速高的一端吸收动能，以便使前后轮的 转速协调一致。自锁差速器的形式有多种，例如可以为液力耦合差速器或电磁离合差速器 等。电磁离合差速器又称电控耦合差速器，以电磁作用力调整动能分配。液力耦合差速器 也液体黏性力调整动能分配。图3为本实用新型实施例一提供的四驱混合动力系统的局部剖面结构示意图，示 出了电机9、自锁差速器8和后桥差速器4之间的传动关系。如图3所示，电机9包括定子 91和转子92，定子91和转子92设置在电机9壳体93中。转子92 —般是线圈，固定在电 机9壳体93的内壁上，电机9壳体93套设在电机轴94的外侧。定子91 一般为铁芯，且铁 芯固定套设在电机轴94上，或者电机轴94与铁芯一体成型。电机轴94与传动轴10通过 万向节相连，即定子91与传动轴10同步转动。电机轴94与传动轴10之间具体可采用万 向节相互连接，以便分动器7通过传动轴10将发动机5输出的扭矩传递给电机轴94，即输 出至定子91。如图3所示，该自锁差速器8采用液力耦合差速器，包括中间轴81、花键套管82、 花键毂83、内盘片84、外壳85和外盘片86。其中，中间轴81和花键套管82相互嵌套，花键 套管82套设在中间轴81外侧，中间轴81和花键套管82的转动互不干涉。在花键套管82 外侧套设花键毂83，花键毂83与花键套管82通过花键相互啮合以同轴转动；花键毂83外 侧固定设置多片平行的内盘片84 ；在内盘片84外侧套设圆筒状的差速器外壳85，外壳85 的内侧固定设置多片平行的外盘片86，内盘片84与外盘片86相互交错，中间轴81与外壳 85相互啮合以同轴转动，外壳85与电机9的电机轴94相连以同轴转动。在外壳85与花键 毂83之间的封闭空间中填充有黏性液体，依靠黏性液体的黏性力在中间轴81和外壳85各自连接的部件之间传递动力。电机9的定子91与传动轴10通过万向节相互连接以同轴转动。液力耦合差速器 的外壳85通过过渡盘12与电机9的电机轴94相连以同轴转动。具体过渡盘12与自锁差 速器8外壳85固定相连的方式可以是在过渡盘12上设置安装孔，在电机9电机轴94的过 渡盘12通过螺栓将过渡盘12和自锁差速器8电机轴94固定在一起。或者，过渡盘12的 两个盘片分别与液力耦合差速器的外壳85和电机轴94 一体成型以便相互固定连接。中间 轴81和花键套管82相当于是内外空心轴，后桥差速器4分别与自锁差速器8的中间轴81 和花键套管82通过花键刚性固连，相互啮合以传输动能，同时向左右两侧的后轮3通过输 出轴41传递动能。液力耦合差速器的花键毂83与外壳85可以相对运动，从而允许前轮1和后轮3 之间有速度差，起轴间差速器的作用。自锁差速器8的外壳85和外盘片86在动力输入端， 为主动部件，花键套管82和内盘片84在动力输出端，为从动部件。当前轮1和后轮3的平 均转速不等时，导致传动轴10和后桥差速器4的转速不等，在自锁差速器8中体现为内盘 片84和外盘片86之间的转速不等。由于内盘片84和外盘片86之间的间隙很小，且液体 黏性较高，例如采用硅酮油液，液体的黏性力将对转速高的盘片提供阻碍的作用力，对转速 低的盘片提供驱动的作用力，使两盘片的转速调整至趋于一致，即调整前轮1和后轮3的 转速趋于一致。例如前轮1打滑，前轮1和后轮3出现很大转速差时，自锁差速器8开始工 作，并将动力分配给后轮3，这样，根据路面情况，汽车能自动调节前轮1和后轮3的动力分 配。当前轮1和后轮3的转速一致时，液体与盘片一起转动，几乎对盘片不会产生剪切黏性 阻力，自锁差速器8不传递动力，可视为盘片在没有阻力地空转，此状态可称为自锁差速器 8的断开状态。液力耦合差速器能够根据前轮1和后轮3的转动自动在断开状态和力矩调 整状态之间切换。在本实施例技术方案的基础上，混合动力控制器可包括多个功能模块，至少包括 起步控制模块、正常运行控制模块和/或制动控制模块，分别控制不同工况下混合动力系 统各部件的工作状态。起步控制模块用于在监测到起步信号时，例如监测到车速低于设定门限值且加 速度大于设定门限值可认为是起步状态，或监测到驾驶员或控制系统产生的起步信号时， 则控制电机处于驱动状态且控制发动机处于停机状态，该电机通过传动轴向分动器输出动 能。在起步状态下，自锁差速器处于断开状态，电机提供驱动动能，通过分动器为前桥差速 器提供动能，驱动前轮转动，后轮随之转动。由于起步状态下一般车速较低，若以发动机驱 动，则发动机不能工作在低油耗的额定转速下，将导致燃油经济性下降。采用起步控制模块 的控制方案，在低速起步时以电机驱动，避免发动机的低油耗工作，起到节能作用。正常运行控制模块用于在监测到车速处于设定速度范围内时，控制电机处于发电 状态且控制发动机处于运行状态，该发动机通过变速箱和分动器输出动能，分动器将动能 分配给前桥差速器和传动轴，传动轴向电机输出动能以发电。在正常运行的某个车速范围 内，以发动机驱动前轮使汽车行进，可以控制发动机始终运行于低油耗的额定转速下，对于 多余的动能可以提供给电机，反拖电机进行发电。电机的发电旋转作为一个可调的负载，调 节发动机的负荷，使发动机能始终处于最有效工作区域，燃油经济性处于最佳状态。后轮随 着汽车运行，一般与前轮的转速一致，则自锁差速器处于断开状态。若前轮出现打滑空转现
6象，如前所述可以由自锁差速器自动调整前轮和后轮的动力分配，驱动后轮来使汽车行进。制动控制模块用于在监测到制动信号时，控制电机处于发电状态且控制发动机处 于停机状态，电机吸收后桥差速器提供的动能以进行发电，对后轮形成制动负载，则后轮的 转速会逐渐下降。制动信号可以是由驾驶员输入或由控制系统发出的，此时变速箱内的离 合器分离，不向分动器提供动力输出。当电机转换为发电状态时，后轮的转动力矩将成为 发电的作用力，电机成为后轮转动的负载，通过电机发电实现制动，且实现了制动能量的回 收。电机所产生的电能可存储于蓄电池中，作为电机驱动状态的能量。本实用新型实施例的技术方案所提供的四驱混合动力系统具有如下优点1、适用于汽车复杂的实际运行工况，可根据工况状态在不同驱动动力组合之间进 行切换，合理运用发动机和电机的动能，有效实现了节能目标，能自动地调节前轮和后轮的 动力分配，提高车辆行驶安全性能；2、可实现四驱动力系统，即对前轮和后轮都能够提供动力，有利于汽车适应不同 的运行工况；3、可以利用已有的电机和自锁差速器标准件，无须特制部件或特殊工艺，改进成 本低；4、通过电机与自锁差速器之间的动力组合，使汽车在起步、加速及制动时，由电机 起到驱动和能量回收的作用，实现混合动力，该方案机构控制灵活，功能强大，易于布置和 实施，适用于所有基于四驱形式的汽车，尤其是发动机横置驱动，即发动机的输出轴与前轮 传动轴平行的驱动形式，对于发动机纵置驱动形式，通过合理设计发动机与分动器之间的 传动机构，也可适用于本实用新型的技术方案；5、动力控制灵活，电机和发动机既可以独立作为驱动源，又可以结合使用。电机和 发动机之间可以进行直接的能量转换，在不同工况下，电机和自锁差速器能够与发动机分 离或结合使用，能有效提高发动机的燃油经济性，也减少了对制动能量的浪费。电机可根据 不同路况适时由混合动力控制器调整电机输出扭矩，从而保证车辆的行驶安全性。本实用新型实施例还提供了一种四驱动力汽车，包括本实用新型提供的四驱混合 动力系统。本实用新型将电机和自锁差速器有机的结合在一起，形成四驱混合动力系统，可 应用于所有具备四驱功能的车辆。该系统不会对汽车原有性能产生任何不良影响，本机构 控制灵活，功能强大，易于布置和实施。最后应说明的是以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解: 其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术 方案的精神和范围。
权利要求一种四驱混合动力系统，包括前桥差速器、变速箱和发动机，其特征在于还包括分动器、电机、自锁差速器和后桥差速器；所述发动机与变速箱和分动器顺序相连，所述分动器分别与前桥差速器和传动轴相连，向前桥差速器和传动轴输出动能；所述自锁差速器的输入端和所述传动轴分别与所述电机的电机轴两端相连；所述自锁差速器的输出端与所述后桥差速器相连，在所述电机和后桥差速器之间传输动能。
2.根据权利要求1所述的四驱混合动力系统，其特征在于，还包括混合动力控制器，所述电机和发动机分别与混合动力控制器相连，所述混合动力控制 器用于控制所述电机在发电状态和驱动状态之间切换，且控制所述发动机在停机状态和运 行状态之间切换。
3.根据权利要求2所述的四驱混合动力系统，其特征在于，所述混合动力控制器包括 起步控制模块，用于在监测到起步信号时，控制所述电机处于驱动状态且控制所述发动机处于停机状态，所述电机通过所述传动轴向所述分动器输出动能；和/或正常运行控制模块，用于在监测到所述汽车的车速处于设定速度范围内时，控制所述 电机处于发电状态且控制所述发动机处于运行状态，所述发动机通过所述分动器输出动 能，所述分动器将所述动能分配给所述前桥差速器和所述传动轴，所述传动轴向所述电机 输出动能以发电；和/或制动控制模块，用于在监测到制动信号时，控制所述电机处于发电状态且控制所述发 动机处于停机状态，所述电机回收所述后桥差速器的动能以进行发电，对后轮形成制动负 载。
4.根据权利要求1或2或3所述的四驱混合动力系统，其特征在于所述自锁差速器 为液力耦合差速器或电磁离合差速器。
5.根据权利要求4所述的四驱混合动力系统，其特征在于，所述液力耦合差速器包括 中间轴和花键套管，相互嵌套，所述中间轴和所述花键套管分别与所述后桥差速器相互啮合以传输动能；花键毂，套设在所述花键套管外侧，与所述花键套管相互啮合以同轴转动； 内盘片，固定设置在所述花键毂的外侧；外壳，套设在所述内盘片的外侧，所述外壳的内侧固定设置有外盘片，所述外盘片与所 述内盘片相互交错，所述中间轴与所述外壳相互啮合以同轴转动，所述外壳与所述电机的 电机轴相连以同轴转动；黏性液体，填充在所述外壳和花键毂之间的封闭空间中。
6.根据权利要求5所述的四驱混合动力系统，其特征在于，所述电机包括 定子，固定在所述电机轴上，与所述传动轴通过万向节相互连接以同轴转动； 转子，固定在电机壳体的内壁上，电机壳体套设在所述电机轴的外侧。
7.—种四驱动力汽车，其特征在于包括权利要求1 6任一所述的四驱混合动力系
专利摘要本实用新型公开了一种四驱混合动力系统和四驱动力汽车。该系统包括前桥差速器、变速箱和发动机，其中还包括分动器、电机、自锁差速器和后桥差速器，发动机与变速箱和分动器顺序相连，分动器分别与前桥差速器和传动轴相连，向前桥差速器和传动轴输出动能；自锁差速器的输入端和传动轴分别与电机的电机轴两端相连；自锁差速器的输出端与后桥差速器相连，在电机和后桥差速器之间传输动能。本实用新型将电机和自锁差速器有机的结合在一起，动力控制灵活，功能强大，易于布置和实施。
文档编号B60W10/08GK201646355SQ201020169049
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
发明者李力华, 李雷, 田博士, 韩磊 申请人:北汽福田汽车股份有限公司