一种四驱车辆混合动力系统及工作方法与流程

本发明属于混合动力汽车技术领域，尤其是涉及一种四驱车辆混合动力系统及工作方法。

背景技术：

混合动力汽车是指车上装有两个以上动力源的汽车，当前混合动力汽车一般是指动力源为内燃机和电机的汽车。

目前，混合动力汽车的混合动力系统的结构主要是基于传统的自动变速箱开发的。具体地，可以在汽车的自动变速箱、序列变速箱、无级变速箱或双离合变速箱等变速箱的前端或者后端集成一个电机，从而构成混合动力汽车的混合动力系统。但自动变速箱设计制造技术难度较大，国内很多自主品牌车企尚无完全掌握，发展以自动变速箱技术为基础的混合动力车辆受到限制。所以开发不依赖于自动变速箱生产制造技术的混合动力系统有利于国内车企的混合动力技术发展与进步。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明旨在提出一种四驱车辆混合动力系统，结构简单，无须在传统自动变速箱基础上增加电机，耦合箱易于设计生产制造；工作模式多，可以实现低速时的串联模式，也可以实现中高速时的并联模式；动力性强，纯电动可以单电机驱动模式，也可以采用双电机四驱模式；更加节能，中高速时可以采用发动机与其中任一个电机组合的并联模式，充分利用了发动机的直驱模式，更加节能。。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种四驱车辆混合动力系统其特征在于：包括发动机，第一离合器，发动机动力输入轴，从动齿轮，主动齿轮，第一电机，第二离合器，前主减主动齿轮，前主减从动齿轮，前差速器，第二电机，后主减主动齿轮，后主减从动齿轮，后差速器，其中，

发动机用于运行时提供驱动第一电机发电的动力或者提供驱动前轮行驶的动力，第一离合器分离时能够断开发动机动力输入轴与发动机的连接，结合时发动机与发动机动力输入轴成为一体，第一电机既可以作为电动机驱动车辆，启动发动机，也可以作为发电机，把发动机的动力转换为电能，从动齿轮与第一电机轴连接，主动齿轮与发动机动力输入轴连接，用于把第一电机的动力经过减速增扭传递给发动机动力输入轴，或者把发动机的动力经过增速降扭后传递给第一电机发电，第二离合器用于分离时切断发动机动力输入轴与前主减主动齿轮的连接，结合时恢复发动机动力输入轴与前主减主动齿轮的连接，使发动机与第一电机的动力能够传递到前轮，前主减主动齿轮、前主减从动齿轮形成一对减速齿轮对，用于把传递给前主减主动齿轮的动力经过减速增扭，然后传递给前差速器，驱动前轮。

第二电机安装在后驱动桥上，其动力经过后主减主动齿轮、后主减从动齿轮减速增扭后传递给后差速器驱动后轮；第二电机既可以作为电动机驱动车辆，也可以作为发电机，把车辆制动时后轮的动能经过后主减主动齿轮、后主减从动齿轮转换为电能。

本发明的另一目的在于提出一种四驱车辆混合动力系统的工作方法，可以实现第一电机纯电运行模式，第二电机纯电运行模式，双电机纯电四驱运行模式，串联模式，发动机直驱模式，发动机与第一电机组成并联运行模式、发动机与第二电机组成并联运行模式，发动机与两个电机组成并联运行模，原地驻车发电模式9种模式，其中：

第一电机纯电运行模式：发动机关闭，第一离合器分离，第二离合器结合，第一电机工作于电动状态，第一电机动力经过主动齿轮、从动齿轮减速增扭传递给发动机动力输入轴，经过第二离合器，传递给前主减主动齿轮，再经过前主减从动齿轮减速增扭，然后传递给前差速器，驱动前轮行驶，第二电机处于空转状态。

进一步的，第二电机纯电运行模式：发动机关闭，第一离合器分离，第二离合器分离，第一电机处于静止状态，第二电机工作于电动状态，动力经后主减主动齿轮，后主减从动齿轮减速增扭后传递给后差速器，驱动后轮行驶。

进一步的，双电机纯电四驱运行模式：发动机关闭，第一离合器分离，第二离合器结合，第一电机工作于电动状态，第二电机工作于电动状态，第一电机动力经过主动齿轮、从动齿轮减速增扭传递给发动机动力输入轴，经过第二离合器，传递给前主减主动齿轮，再经过前主减从动齿轮减速增扭，然后传递给前差速器，驱动前轮行驶；同时第二电机动力经后主减主动齿轮，后主减从动齿轮减速增扭后传递给后差速器，驱动后轮行驶。

进一步的，串联模式：发动机工作，第一离合器结合，第二离合器分离，第一电机工作于发电状态，发动机动力经第一离合器、发动机动力输入轴、从动齿轮、主动齿轮增速后传递给第一电机发电、所发电能优先用于第二电机使用，多余电能储存在车辆动力电池中。同时第二电机工作于电动状态，第二电机动力经后主减主动齿轮，后主减从动齿轮减速增扭后传递给后差速器，驱动后轮行驶。

进一步的，发动机直驱模式：发动机工作，第一离合器结合，第二离合器结合，第一电机、第二电机处于空转状态，发动机动力经第一离合器，发动机动力输入轴、第二离合器，传递给前主减主动齿轮，再经过前主减从动齿轮减速增扭，然后传递给前差速器，驱动前轮行驶。因为发动机必须工作于怠速转速之上，所以此模式必须在实际车速高于怠速对应某一预定车速以上才能适用。

进一步的，发动机与第一电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机工作，第一离合器结合，第二离合器结合，第一电机工作于电动状态，第二电机处于空转状态；发动机动力经第一离合器，传递给发动机动力输入轴，第一电机动力经过主动齿轮、从动齿轮减速增扭传递给也发动机动力输入轴，两个动力扭矩耦合后经过第二离合器，传递给前主减主动齿轮，再经过前主减从动齿轮减速增扭，然后传递给前差速器，驱动前轮行驶。

进一步的，发动机与第二电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机工作，第一离合器结合，第二离合器结合，第一电机工作于空转状态，第二电机处于电动状态；发动机动力经第一离合器，发动机动力输入轴、第二离合器，传递给前主减主动齿轮，再经过前主减从动齿轮减速增扭，然后传递给前差速器，驱动前轮行驶；第二电机动力经后主减主动齿轮，后主减从动齿轮减速增扭后传递给后差速器，驱动后轮行驶。

进一步的，发动机与两个电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机工作，第一离合器结合，第二离合器结合，第一电机工作于电动状态，第二电机处于电动状态；发动机动力经第一离合器，传递给发动机动力输入轴，第一电机动力经过主动齿轮、从动齿轮减速增扭传递给也发动机动力输入轴，两个动力扭矩耦合后经过第二离合器，传递给前主减主动齿轮，再经过前主减从动齿轮减速增扭，然后传递给前差速器，驱动前轮行驶；第二电机动力经后主减主动齿轮，后主减从动齿轮减速增扭后传递给后差速器，驱动后轮行驶。

进一步的，原地驻车发电模式：驻车时，车轮被强制制动，发动机工作，第一离合器结合，第二离合器分离，第一电机工作于发电状态，发动机动力经第一离合器、发动机动力输入轴、从动齿轮、主动齿轮增速后传递给第一电机发电，所发电能储存在车辆动力电池中或对外供电使用。

相对于现有技术，本发明所述的一种四驱车辆混合动力系统及工作方法具有以下优势：

(1)本发明结构简单，前驱动桥布置一个电机，后驱动桥布置一个电机，不依赖于传统自动变速箱技术，结构易于设计制造；通过在前动力耦合箱内布置两个离合器，能够实现3种纯电驱动模式，3种并联驱动模式、发动机直驱、串联、驻车发电模式一共9种模式，增加了系统冗余度；

(2)本发明系统内部没有换挡机构，齿轮都是常啮合状态，模式的转换只要通过离合器的结合或分离即可实现，状态转换平稳顺畅，没有顿挫；

(3)本发明由于可以实现双电机纯电驱动，发动机和双电机的并联驱动模式，峰值功率大，动力性强；

(4)中高速可以实现发动机直驱或者发动机和电机的并联构型，减少能量转换损失，更加节能；

(5)本发明可以实现四驱模式与两驱模式的灵活转换，适应不同地形和工况需求。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的一种四驱车辆混合动力系统结构示意图；

图2为本发明实施例所述的另一种结构示意图。

附图标记说明：

1-发动机；2-第一离合器；3-发动机动力输入轴；4-从动齿轮；5-主动齿轮；6-第一电机；7-第二离合器；8-前主减主动齿轮；9-前主减从动齿轮；10-前差速器；11-第二电机；12-后主减主动齿轮；13-后主减从动齿轮；14-后差速器。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图1与实施例对本发明做进一步说明：

一种四驱车辆混合动力系统，包括发动机1，第一离合器2，发动机动力输入轴3，从动齿轮4，主动齿轮5，第一电机6，第二离合器7，前主减主动齿轮8，前主减从动齿轮9，前差速器10，第二电机11，后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13，后差速器14。

发动机1的功能是运行时提供驱动第一电机6发电的动力或者提供驱动前轮行驶的动力，第一离合器2分离时能够断开发动机动力输入轴3与发动机1的连接，结合时发动机1与发动机动力输入轴3成为一体，第一电机6既可以作为电动机驱动车辆，或者启动发动机1，也可以作为发电机，把发动机1的动力转换为电能，从动齿轮4与第一电机6的轴连接，主动齿轮5与发动机动力输入轴3连接，功能是把第一电机6的动力经过减速增扭传递给发动机动力输入轴3，或者把发动机1的动力经过增速降扭后传递给第一电机6发电，第二离合器7的功能是分离时切断发动机动力输入轴3与前主减主动齿轮8的连接，结合时恢复发动机动力输入轴3与前主减主动齿轮8的连接，是发动机1与第一电机6的动力能够传递到前轮，前主减主动齿轮8、前主减从动齿轮9形成一对减速齿轮对，功能是把传递给前主减主动齿轮8的动力经过减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮。

第二电机11安装在后驱动桥上，其动力经过后主减主动齿轮12、后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14驱动后轮；第二电机11既可以作为电动机驱动车辆，也可以作为发电机，把车辆制动时后轮的动能经过后主减主动齿轮12、后主减从动齿轮13转换为电能。

一种四驱车辆混合动力系统，可以实现第一电机纯电运行模式，第二电机纯电运行模式，双电机纯电四驱运行模式，串联模式，发动机直驱模式，发动机与第一电机组成并联运行模式、发动机与第二电机组成并联运行模式，发动机与两个电机组成并联运行模，原地驻车发电模式9种模式。

第一电机纯电运行模式：发动机1关闭，第一离合器2分离，第二离合器7结合，第一电机6工作于电动状态，第一电机6动力经过主动齿轮5、从动齿轮4减速增扭传递给发动机动力输入轴3，经过第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶，第二电机11处于空转状态。

第二电机纯电运行模式：发动机1关闭，第一离合器2分离，第二离合器7分离，第一电机6处于静止状态，第二电机11工作于电动状态，动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

双电机纯电四驱运行模式：发动机1关闭，第一离合器2分离，第二离合器7结合，第一电机6工作于电动状态，第二电机11工作于电动状态，第一电机6动力经过主动齿轮5、从动齿轮4减速增扭传递给发动机动力输入轴3，经过第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶；同时第二电机11动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

串联模式：发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7分离，第一电机6工作于发电状态，发动机动力经第一离合器2、发动机动力输入轴3、从动齿轮4、主动齿轮5增速后传递给第一电机6发电、所发电能优先用于第二电机11使用，多余电能储存在车辆动力电池中。同时第二电机11工作于电动状态，第二电机11动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

发动机直驱模式：发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7结合，第一电机6、第二电机11处于空转状态，发动机1动力经第一离合器2，发动机动力输入轴3、第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶。因为发动机1必须工作于怠速转速之上，所以此模式必须在实际车速高于怠速对应某一预定车速以上才能适用。

发动机与第一电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7结合，第一电机6工作于电动状态，第二电机11处于空转状态；发动机1动力经第一离合器2，传递给发动机动力输入轴3，第一电机6动力经过主动齿轮5、从动齿轮4减速增扭传递给也发动机动力输入轴3，两个动力扭矩耦合后经过第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶。

发动机与第二电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7结合，第一电机6工作于空转状态，第二电机11处于电动状态；发动机1动力经第一离合器2，发动机动力输入轴3、第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶；第二电机11动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

发动机与两个电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7结合，第一电机6工作于电动状态，第二电机11处于电动状态；发动机1动力经第一离合器2，传递给发动机动力输入轴3，第一电机6动力经过主动齿轮5、从动齿轮4减速增扭传递给也发动机动力输入轴3，两个动力扭矩耦合后经过第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶；第二电机11动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

原地驻车发电模式：驻车时，车轮被强制制动，发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7分离，第一电机6工作于发电状态，发动机1动力经第一离合器2、发动机动力输入轴3、从动齿轮4、主动齿轮5增速后传递给第一电机6发电，所发电能储存在车辆动力电池中或对外供电使用。

这9种模式在一个真实路面循环工况下是随时根据车速、负载、动力电池soc、驾驶员功率需求变化受整车控制器的控制策略调整自动转换的，以最低能耗为原则，达到节能目的。当车辆制动时，处于使能的电机受控制器控制，随时转换为发电机发电，进行能量回收。需要倒车时，因为车速一般很低，功率需求不大，一般采用第二电机11反转纯电动模式实现倒车，或者采用两个电机反转的纯电动模式实现倒车。

控制策略的一般原则是动力电池处于高soc时，使用单电机纯电驱动模式，使用哪个电机取决于功率需求大小与哪个电机的高效区最匹配；当驾驶员需求高功率时转为双电机纯电驱动模式；车辆处于起步才或低速行驶时，一般用纯电模式；；动力电池soc处于低水平时，车速也处于长时间低速时，采用串联模式，动力电池soc处于中低水平，车速也处于中高速时，一般用发动机并联的混合动力模式节能；高速运行时，根据需求功率大小采用单电机或双电机并联模式；电池soc极低或有对外供电需求时，采用驻车发电模式。

本实施例中所用电机为高速电机，成本低，布置灵活。

下面结合附图2与实施例对本发明做进一步说明：

一种四驱车辆混合动力系统，包括发动机1，第一离合器2，发动机动力输入轴3，第一电机6，第二离合器7，前主减主动齿轮8，前主减从动齿轮9，前差速器10，第二电机11，后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13，后差速器14。

发动机1的功能是运行时提供驱动第一电机6发电的动力或者提供驱动前轮行驶的动力，发动机动力输入轴3与第一电机6连接，第一离合器2分离时能够断开发动机动力输入轴3与发动机1的连接，结合时发动机1与发动机动力输入轴3成为一体，第一电机6既可以作为电动机驱动车辆，或者启动发动机1，也可以作为发电机，把发动机1的动力转换为电能；第二离合器7与第一电机6的转子轴的另一端连接，第二离合器7的功能是分离时切断第一电机6与前主减主动齿轮8的连接，结合时恢复第一电机6与前主减主动齿轮8的连接，是发动机1与第一电机6的动力能够传递到前轮，前主减主动齿轮8、前主减从动齿轮9形成一对减速齿轮对，功能是把传递给前主减主动齿轮8的动力经过减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮。

第二电机11安装在后驱动桥上，其动力经过后主减主动齿轮12、后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14驱动后轮；第二电机11既可以作为电动机驱动车辆，也可以作为发电机，把车辆制动时后轮的动能经过后主减主动齿轮12、后主减从动齿轮13转换为电能。

一种四驱车辆混合动力系统，可以实现第一电机6单电机纯电运行模式，第二电机11单电机纯电运行模式，双电机纯电四驱运行模式，串联模式，发动机直驱模式，发动机与第一电机6组成并联运行模式、发动机与第二电机11组成并联运行模式，发动机与两个电机组成并联运行模，原地驻车发电模式9种模式。

第一电机纯电运行模式：发动机1关闭，第一离合器2分离，第二离合器7结合，第一电机6工作于电动状态，第一电机6动力经过第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶，第二电机11处于空转状态。

第二电机纯电运行模式：发动机1关闭，第一离合器2分离，第二离合器7分离，第一电机6处于静止状态，第二电机11工作于电动状态，动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

双电机纯电四驱运行模式：发动机1关闭，第一离合器2分离，第二离合器7结合，第一电机6工作于电动状态，第二电机11工作于电动状态，第一电机6动力经过第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶；同时第二电机11动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

串联模式：发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7分离，第一电机6工作于发电状态，发动机动力经第一离合器2、发动机动力输入轴3、传递给第一电机6发电、所发电能优先用于第二电机11使用，多余电能储存在车辆动力电池中。同时第二电机11工作于电动状态，第二电机11动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

发动机直驱模式：发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7结合，第一电机6、第二电机11处于空转状态，发动机1动力经第一离合器2，发动机动力输入轴3、第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶。因为发动机1必须工作于怠速转速之上，所以此模式必须在实际车速高于怠速对应某一预定车速以上才能适用。

发动机与第一电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7结合，第一电机6工作于电动状态，第二电机11处于空转状态；发动机1动力经第一离合器2，传递给发动机动力输入轴3，与第一电机6的扭矩耦合后经过第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶。

发动机与第二电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7结合，第一电机6工作于空转状态，第二电机11处于电动状态；发动机1动力经第一离合器2，发动机动力输入轴3、第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶；第二电机11动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

发动机与两个电机组成并联运行模式：车速超过某一预定值时，发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7结合，第一电机6工作于电动状态，第二电机11处于电动状态；发动机1动力经第一离合器2，传递给发动机动力输入轴3，与第一电机6的扭矩耦合后经过第二离合器7，传递给前主减主动齿轮8，再经过前主减从动齿轮9减速增扭，然后传递给前差速器10，驱动前轮行驶；第二电机11动力经后主减主动齿轮12，后主减从动齿轮13减速增扭后传递给后差速器14，驱动后轮行驶。

原地驻车发电模式：驻车时，车轮被强制制动，发动机1工作，第一离合器2结合，第二离合器7分离，第一电机6工作于发电状态，发动机1动力经第一离合器2、发动机动力输入轴3传递给第一电机6发电，所发电能储存在车辆动力电池中或对外供电使用。

这9种模式在一个真实路面循环工况下是随时根据车速、负载、动力电池soc、驾驶员功率需求变化受整车控制器的控制策略调整自动转换的，以最低能耗为原则，达到节能目的。当车辆制动时，处于使能的电机受控制器控制，随时转换为发电机发电，进行能量回收。需要倒车时，因为车速一般很低，功率需求不大，一般采用第二电机11反转纯电动模式实现倒车，或者采用两个电机反转的纯电动模式实现倒车。

控制策略的一般原则是动力电池处于高soc时，使用单电机纯电驱动模式，使用哪个电机取决于功率需求大小与哪个电机的高效区最匹配；当驾驶员需求高功率时转为双电机纯电驱动模式；车辆处于起步才或低速行驶时，一般用纯电模式；；动力电池soc处于低水平时，车速也处于长时间低速时，采用串联模式，动力电池soc处于中低水平，车速也处于中高速时，一般用发动机并联的混合动力模式节能；高速运行时，根据需求功率大小采用单电机或双电机并联模式；电池soc极低或有对外供电需求时，采用驻车发电模式。

本实施例中所用电机振动小，效率高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。