一种基于垂直轴电驱桥开发的商用车混合动力系统

摘要

本发明公开了一种基于垂直轴电驱桥开发的商用车混合动力系统，包括发动机、动力电池包、驱动车轮、垂直轴电驱桥总成、传动轴、分动齿轮箱、发电机和若干高压线；发动机的输出端连接分动齿轮箱，分动齿轮箱通过传动轴连接垂直轴电驱桥总成，所述垂直轴电驱桥总成连接驱动车轮；分动齿轮箱还连接发电机，发电机通过高压线分别连接动力动力电池包和垂直轴电驱桥总成。本发明的混合动力系统，在车辆遇见不同工况需要切换工作模式时，不需要控制离合器的结合分离，就可以降低混联系统的控制难度，有效解决了混联结构开发难度、控制复杂的缺点，降低了成本，可以快速适应市场。

说明书

技术领域

本发明属于车辆动力控制系统领域，涉及一种基于垂直轴电驱桥开发的商用车混合动力系统。

背景技术

目前汽车纯电动化已经是全球汽车产业的一种主流发展方向，但受制于动力电池技术的发展，纯电动车辆续航里程焦虑的问题一直未得到有效改善，所以现阶段发展混合动力系统成为了一种节油的最佳方案。

传统意义上，混动汽车分为：串联、并联及混联三种结构；串联式(即增程式)的特点是电机直接提供驱动力，车辆性能由驱动电机决定，发动机只作为发电使用；这种方式的优点在于发动机始终工作在高效区，与燃油车相比，可有效降低油耗和排放，比纯电车续航里程高，也可降低电池成本，缺点是对于长途高速工况车辆，由于发动机发电能量转换效率的影响，节油效果并不突出；并联结构(即P2结构)，驱动电机在离合器和变速器之间，这种结构的优势在于发动机和电机的功率输出可以根据实车工况进行多种组合，发动机没有同车速解耦，可兼顾车辆动力性和燃油经济性；对驱动电机和动力电池的容量要求不高，相比传统燃油车可节油约20％左右；混联模式发动机和电机各有一套机械变速机构，两套机构通过行星轮结构结合在一起，从而综合调节发动机与电机之间的转速关系可构建多种工作模式，与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节发动机的功率输出和电机的运转，但此方式系统复杂，两套电机系统，成本较高。

目前商用车内混合动力仍然处于起步阶段，主要采用并联P2方案，部分企业正在开发混联结构产品，但大都处于测试阶段。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的问题，提供一种基于垂直轴电驱桥开发的商用车混合动力系统。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于垂直轴电驱桥开发的商用车混合动力系统，包括发动机、动力电池包、驱动车轮、垂直轴电驱桥总成、传动轴、分动齿轮箱、发电机和若干高压线；

所述发动机连接分动齿轮箱，分动齿轮箱通过传动轴连接垂直轴电驱桥总成，所述垂直轴电驱桥总成连接驱动车轮；

所述分动齿轮箱还连接发电机，发电机通过高压线分别连接动力电池包和垂直轴电驱桥总成。

本发明的进一步改进在于：

所述分动齿轮箱的内部设置有电磁离合器，发动机的动力输出端和传动轴通过电磁离合器连接。

所述垂直轴电驱桥总成包括变速器和驱动电机，所述传动轴穿过驱动电机将动力传输至变速器，变速器连接驱动车轮。

所述发电机通过第五高压线连接AC-DC电源模块，所述AC-DC电源模块通过第一高压线连接高压盒。

所述高压盒分别连接动力电池包和垂直轴电驱桥总成。

所述高压盒通过第二高压线连接动力电池包。

所述高压盒通过第三高压线连接电机控制器，电机控制器通过第四高压线连接驱动电机。

所述驱动车轮与变速器同轴连接。

所述变速器为3挡AMT变速器。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种基于垂直轴电驱桥开发的商用车混合动力系统，有别于现有增程式、并联和混联结构，取消了离合器系统，在发动机和3挡垂直电驱桥总成之间增加了一套分动齿轮箱，发动机的输出轴连接分动齿轮箱，分动齿轮箱通过传动轴连接垂直轴电驱桥总成，发动机动力通过分动齿轮箱可直接输出给垂直电驱桥总成中，同时分动齿轮箱还连接发电机，可以将发动机功率的分流部分传给发电机，驱动发电机发电，发电机还通过高压线分别连接了动力电池包和垂直轴电驱桥总成，垂直轴电驱桥总成可以单独驱动车轮，也可以与发动机通过齿轮箱一起驱动车轮。本发明的混合动力系统，在车辆遇见不同工况需要切换工作模式时，不需要控制离合器的结合分离，就可以降低混联系统的控制难度，有效解决了混联结构开发难度、控制复杂的缺点，降低了成本，可以快速适应市场。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的直轴电驱桥开发的商用车混合动力系统结构示意图。

其中：1-发动机，2-第一高压线，3-高压盒，4-第二高压线，5-动力电池包，6-第三高压线，7-电机控制器，8-第四高压线，9-驱动车轮，10-驱动电机，11-变速器，12-垂直轴电驱桥总成，13-传动轴，14-电磁离合器；15-分动齿轮箱，16-发电机，17-AC-DC电源模块，18-第五高压线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明实施例公开了一种基于垂直轴电驱桥开发的商用车混合动力系统，包括发动机1、动力电池包5、驱动车轮9、垂直轴电驱桥总成12、传动轴13、分动齿轮箱15、发电机16和若干高压线；发动机1的输出端连接分动齿轮箱15，分动齿轮箱15通过传动轴13连接垂直轴电驱桥总成12，垂直轴电驱桥总成12连接驱动车轮9；分动齿轮箱15还连接发电机16，发电机16通过高压线分别连接动力动力电池包5和垂直轴电驱桥总成12。

分动齿轮箱15的内部设置有电磁离合器14，电磁离合器14连接发动机1的输出端和传动轴13。垂直轴电驱桥总成12包括变速器11和驱动电机10，所述传动轴13穿过驱动电机10将动力传输至变速器11，变速器11连接驱动车轮9。发电机1通过第五高压线18连接AC-DC电源模块17，所述AC-DC电源模块17通过第一高压线2连接连接高压盒3。高压盒3分别连接动力电池包5和垂直轴电驱桥总成12。高压盒3通过第二高压线4连接动力电池包5。高压盒3通过第三高压线6连接电机控制器7，电机控制器7通过第四高压线8连接驱动电机10。所述驱动车轮9与变速器11同轴连接。变速器11为3挡AMT变速器

本发明在工作时工作模式分为纯电模式、串联混动模式、发动机直驱模式、混合驱动模式和能量回馈模式，具体工作模式如下：

纯电模式：

1.进入条件：车辆从起步到3挡AMT变速器11挂入直接挡之前，自动进入并保持，无法手动退出；3挡AMT变速器11处于直接档，动力电池包5的SOC高于预设低值时，手动进入；3挡AMT变速器11处于直接档，动力电池包5的SOC高于预设峰值时，自动进入，但可手动退出；

2.退出条件：3挡AMT变速器11处于直接档，动力电池包5的SOC高于预设低值时，可手动退出；3挡AMT变速器11处于直接档，动力电池包5的SOC低于预设低值时，强制退出；

3.动力流向：电流经由动力电池包5、第二高压线4、高压盒3、第三高压线6、电机控制器7、第四高压线8输出至垂直轴电驱桥总成12中的驱动电机10，动力经由驱动电机10传递至3挡AMT变速器11，3挡纯电动AMT变速器11换挡控制策略与纯电变速器完全相同，此时电磁离合器14处于断开状态。

串联混动模式(增程模式)：

1.进入条件：车辆从起步到3挡AMT变速器11挂入直接挡之前，动力电池包5的SOC低于预设低值，自动进入并保持，可手动退出，动力电池包5的SOC低于预设峰值，手动进入并保持，可手动退出。

2.退出条件：车辆从起步到3挡AMT变速器11挂入直接挡之前，动力电池包5的SOC低于预设峰值，可手动退出，动力电池包5的SOC高于预设峰值，强制退出；3挡AMT变速器11处于直接档，动力电池包5的SOC高于预设低值时，可手动退出；3挡AMT变速器11处于直接档时，强制退出。

3.动力流向：发动机启动，通过分动齿轮箱15驱动发电机16，发电机16发出的电通过第五高压线18、AC-DC电源模块17、第一高压线2、高压盒3、第二高压线4给动力电池包5充电，此时电磁离合器14处于断开状态；电流经由动力电池包5、第二高压线4、高压盒3、第三高压线6、电机控制器7、第四高压线8输出至垂直轴电驱桥总成12中的驱动电机10，动力经由驱动电机10传递至3挡AMT变速器11，3挡纯电动AMT变速器11换挡控制策略与纯电变速器完全相同。

发动机直驱模式：

1.进入条件：3挡AMT变速器11处于直接档，动力电池包5的SOC低于预设峰值时自动进入,动力电池包5的SOC高于预设峰值时手动进入。

2.退出条件：3挡AMT变速器11处于直接档，动力电池包5的SOC高于预设峰值时自动退出，但可手动选择再次进入；3挡AMT变速器11处于非直接档，自动退出至纯电或增程模式；

3.动力流向：电磁离合器14吸合，发动机1动力经由分动齿轮箱15、电磁离合器14、传动轴13、穿过垂直轴电驱桥总成12中的驱动电机空芯转子至3挡AMT变速器11，此时3挡AMT变速器11处于直接档；驱动电机10停止工作，发动机1部分剩余功率经由分动齿轮箱15输出至发电机16，发电机16发出的电通过第五高压线18、AC-DC电源模块17、第一高压线2、高压盒3、第二高压线4给动力电池包5充电。当车辆减速需要降档时，发动机1停机，电磁离合器14断开吸合，电驱桥总成12中的驱动电机10开始工作并输出动力至3挡AMT变速器11，此时3挡AMT变速器11开始降档。

混合驱动模式：

进入条件：整车处于发动机直驱模式：加速踏板深度大于预设峰值时，自动进入；整车处于纯电模式下，且变速器11处于直接档，加速踏板深度大于预设峰值时，自动进入。

退出条件：混合驱动模式下，加速踏板深度小于预设低值时，自动退出；变速器11需要降档时，自动退出。

动力流向：电磁离合器14吸合，发动机1和驱动电机10同时启动，发动机1动力经由分动齿轮箱15、电磁离合器14、传动轴13穿过驱动电机10空芯转子至变速器11，驱动电机10的动力直接输出轴3挡AMT变速器11，与发动机1输出至此的动力共同作用至驱动车轮9。

能量回馈模式：

1.进入条件：整车处于以上任一模式中，油门开度小于预设阈值，且车速高于预设阈值，自动进入；

2.退出条件：能量回馈模式下，加速踏板深度大于预设阈值，或车速小于预设阈值，自动退出。

3.动力流向：车轮反拖驱动电机10励磁发电，电流经第四高压线8、电机控制器7、第三高压线6、高压盒3、第二高压线4输入值动力电池包5。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。