专利名称：高效低排放油/电混合动力无级变速多模式直接驱动系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机动车辆的动力系统，尤其是一种高效低排放油/电混合动 力无级变速多模式直接驱动系统。
背景技术：
目前，全球性的能源紧张及汽车排放污染，成为车用动力系统首要关注的 问题，高效率且逼向零排放的技术成为当今汽车动力系统发展的趋势。丰田汽 车公司在20世纪末推出的混合动力车用驱动系统，采用了优化了的内燃机，具 有零排放特性的电机/电池系统及利用非线性系统解耦的方法，克服了传统单一 发动机系统不能兼顾初始起动条件下排污控制与动态动力要求的困难。电机/ 电池系统既提供了回收车辆制动动能及储存能量逆循环过程，又避免了部分发 动机低效率的工作运行区域，从而把传统轿车运行平均热效率从百分之十几， 提高到二十几，同时该系统也满足了美国最严格的加州"部分零排放"标准 (PZEV)。上述混合动力车用驱动系统主要包括发动机、飞轮、驱动电机、控 制电机(小功率)和一套行星齿轮机构，其中飞轮驱动行星轮架，控制电机驱 动太阳轮，由控制电机来决定行星齿架相对于发动机的转速，以达到无级变速 的目的。但是，由于此种混合动力车用驱动系统的驱动电机始终与驱动轮直接 相连，仍存在着如下缺点
1. 汽车在零至全速过程中，均由驱动电机驱动，无法避免电机的低效率工 作区域；
2. 驱动电机只能在制动状态下发电，发电功率较小；控制电机在停车后才 能发电，且由于控制电机一般要满足惯量小的要求(在正负一万几千转间迅速 变化)，因此其功率小，发电功率低；加之系统不具备利用宅电充电功能，导致 车载储存电能有限，以至于电驱能力不足，大多情况下仍需发动机工作，即发 动机大部分还是在低效率工作区域工作，不但不能充分发挥内燃机的能量转换 能力，而且发动机负荷范围宽，停机、启动过于频繁，给系统及排放的控制带 来难度；
3. 机电变速箱结构设计复杂，存在机电转换和齿轮传动的能量损失。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种高效低排放油/电混合动力无级变速 多模式直接驱动系统。
本发明的技术解决方案为 一种高效低排放油/电混合动力无级变速多模式 直接驱动系统，设有发动机l，其特征在于与发动机1相接有主电机2 (电动 /发电机)，主电机2通过离合器3、差速器7与驱动轮4相接，与驱动轮4还
相接有驱动电机5 (电动/发电机)，与驱动轮4还相接有驱动电机5，主电机2、 驱动电机5通过逆变/变压器8、控制器9与电瓶组6相接。
所述的驱动电机5可通过离合器3、差速器7与驱动轮4相接。 所述的驱动电机5的转子与驱动轮4同轴设置，驱动电机5的定子固定在 驱动轮4的轮盘上。
本发明通过所设置的离合器实现主电机与驱动轮的离、合，同时通过另外 设置的驱动电机单独完成低速行驶(发动机低效区)的驱动，无论是在制动还 是停车状态，主电机均可发电，而驱动电机在制动状态下也参与发电。另外， 由于所设置的驱动电机可不受功率限制，故具有较大的车载储存电能的能力， 有效地扩大了电机/电池系统的工作范围，增加了发动机在其高效区域运行的比 例，可明显改善车辆运行时的热效率。具体优点如下
1. 设计、制造简单本系统可采用大容量电池，使驱动电机涵盖一，二，
三速的要求(一速约0 20km/h， 二速约至40km/h，三速约至55km/h)，发动 机预热后仅在高效区发电支持电机驱动及补充电池，优化了电动机和内燃机的 运行范围和工作效率，同时也取消了变速箱而实现无级变速。整个系统设计及 制造过程简单。
2. 行驶性能改善由于车辆低速至中速阶段均由电机驱动，系统加速及响 应特性明显优于不具备"电动"模式的混合动力系统，扩大电机使用范围并取 消了换档的冲击，也将整车行驶噪音大幅度降低。同时，由电机提供主要或全 部刹车力矩，制动也更加有效。
3. 能耗降低由于车辆的低中速运行采用电驱动，效率较高。系统所需能
量除冷起动时由电池供应外，发动机运行保持在较高负荷及效率区以供应电机 能量并同时给电池充电，高速行驶时发动机直接驱动车轮，减少了变速系统的 能量损失，也根除了机-电-机转换中的能量损失。
4. 超低排放油/电混合系统使得发动机有时间也有足够的能量去加热氧
传感器，催化系统以及进气系统^并且使发动机起动预热过程独立于车辆行驶 状态。使传统发动机冷起动排放得以降低，达到加州"部分零排放车辆"标准
PZEV,同时，因起动过程控制简单，发动机系统老化对排放质量的影响大大减 小，可靠性提高。
发动机投入工作后，因转速及负荷范围优选在有利区域，尾气处理系统易 保持在最佳工作状态，减少了传统动态加速时排放失控的缺点。由于冷起动及 中高速瞬态加速由电机承担，整个动力系统的排放可达到最严格法规规定。发 动机运行工况的简g使得制造厂可以通过无线系统与车辆控制器定期交换信 息，随硬件磨损改变排放控制逻辑软件进而改善排放系统可靠性。
5. 系统设计灵活由于整车的动态行驶动力不完全来自发动机，因此易将 发动机，电机(电动/发电机)及电池设计系列化、标准化、透明化。前驱、后 驱或全驱系统皆可在同样原理下实现，以满足轿车、跑车、越野车、公共汽车 等不同要求。发动机的运行状况被简化，系统设计，调试成本也相应大幅度减 少。由于电机直接驱动，同一车辆也易实现多模式自由选择。动力系统采用模 块化概念设计，故障诊断及维修都很简单。同时，系统的升级也可以模块方式 实现。
6. 能源多样化、持久化发动机冷起动及最初行驶动力由电机/电池系统 取代后，各种燃料都易于被利用且不易引起排放问题。这样就大大拓展了车用 能源的范围，提高了能源供应的持久性。随着电池技术的发展，再扩大电池容 量到一定程度(如5X)，车辆即可实现一定里程内的全电车模式(零污染)。充 电可采用夜间网电作业，不但可以提高电网效率、平衡电网负荷，还进一步拓 展了车用燃料。发动机-发电机系统具备了输出电能的能力，必要时，可以向住 宅，医院，野外作业及战地等提供大额功率的电力。
7. 系统成本低，可靠性高由于系统简单且采用模块化设计，大部分零部 件总成本下降。发动机预热时不再有工作负荷，使得冷磨损降至最小，机油寿 命延长。利用电机提供煞车阻力矩，煞车磨损也大幅度减小。结构的简化与可 靠性的增加更使得运行成本降低，网电的利用将使燃料费用进一步降低。
图1为本发明实施例1的结构示意图。 图2为本发明实施例2的结构示意图。 图3为本发明实施例3的结构示意图。 图4为本发明实施例4的结构示意图。
具体实施例方式
实施例1: 一种高效低排放油/电混合动力无级变速多模式直接驱动系统， 设有燃油发动机1，设有电热进气口、电热三元催化装置及普通消音装置，与
发动机1相接有主电机2，主电机2通过离合器3-a、差速器7-a与前驱动轮4-a 相接，还设有驱动电机5，其通过离合器3-b、差速器7-a与前驱动轮4-a相接。 主电机2、驱动电机5通过逆变/变压器8、控制器9与电瓶组6相接。
实施例2:其他如实施例1所述，仅是所述的驱动电机5通过离合器3-b、 差速器7-b与后驱动轮4-b相接。
实施例3: —种高效低排放油/电混合动力无级变速多模式直接驱动系统， 设有燃油发动机1，设有电热进气口、电热三元催化装置及普通消音装置，与 发动机1相接有主电,机2，主电机2通过离合器3-a、差速器7与前驱动轮4-a 相接，还设有驱动电机5，驱动电机5的转子与驱动轮4-b同轴设置，驱动电 机5的定子固定在驱动轮4-b的轮盘上。主电机2、驱动电机5通过逆变/变压 器8、控制器9与电瓶组6相接。
实施例4:其他如实施3所述，仅是所述的驱动电机5同时设置在前驱动 轮4-a及后驱动轮4-b上。
上述实施例l-4中所述的离合器及差速器都可采用现有的装置，其中离合 器最好为牙嵌电磁离合器，其利用磁场产生的电磁吸力使接合元件接合。可远 距离操纵，且操纵方便，动作灵敏对于摩擦元件离合器能吸收冲击，预防过载， 能适应惯性很大的工作机械的起动能在短时间内准确结合且可自动控制。用于 需要自动控制，远距离操作，防止过载等情况下。
本系统各工作状态如下
在冷起动时，电机首先工作以克服发动机冷起动之排放污染。同时利用电 瓶将发动机燃油喷嘴处及催化器/传感器预热，待二者达到正常工作温度后，视 需要起动发动机。发动机起动后可用于行驶或发电。
汽车处于加速、重载、爬坡等需要大扭矩输出时，燃油发动机协同大功率 主电机一起工作，经动力转换箱转换后把两者的扭矩之和传给离合器，从而把 动力传给前驱动桥及前轮以带动整车。在低速加速、重载、爬坡等情况下，由 于车速较低，发动机处于低效工作区，排放量会有所加大，但此种状态一般持 续时间较短，总体排放量仍控制在规定标准之内。
汽车处于平路、匀速或轻载等不需要大扭矩输出行驶时，燃油发动机或大 功率主电机停机以减少动力损失。
汽车处于怠速时，电动机停止工作，发动机或停机，或在高效区工作来发
电以保持电瓶能量水平，离合器处于"离"的状态；
汽车处于下坡滑行行驶或制动时，燃油发动机处于停机状态，并与传动系 统分离，大功率电机/发电机利用惯性来发电，储存在电瓶组里；
发动机及电机(电动/发电机)的工作状态取决于汽车行驶状态，电瓶的能 量水平以及驾驶员的指令。
权利要求
1.一种高效低排放油/电混合动力无级变速多模式直接驱动系统，设有发动机(1)，其特征在于与发动机(1)相接有主电机(2)，主电机(2)通过离合器(3)、差速器(7)与驱动轮(4)相接，与驱动轮(4)还相接有驱动电机(5)，主电机(2)、驱动电机(5)通过逆变/变压器(8)、控制器(9)与电瓶组(6)相接。
2. 根据权利要求1所述的高效低排放油/电混合动力无级变速多模式直接驱动系统，其特征在于所述的驱动电机(5)可通过离合器(3)、差速器(7) 与驱动轮(4)相接。
3. 根据权利要求1所述的高效低排放油/电混合动力无级变速多模式直接驱动系统，其特征在于所述的驱动电机(5)的转子与驱动轮(4)同轴设置， 驱动电机(5)的定子固定在驱动轮(4)的轮盘上。
全文摘要
本发明公开一种高效低排放油/电混合动力无级变速多模式直接驱动系统，设有发动机(1)，其特征在于与发动机(1)相接有主电机(2)，主电机(2)通过离合器(3)、差速器(7)与驱动轮(4)相接，与驱动轮(4)还相接有驱动电机(5)，主电机(2)、驱动电机(5)通过逆变/变压器(8)、控制器(9)与电瓶组(6)相接。本系统零或低排放、低油耗、低运行成本，无变速箱、无级变速、低噪音、响应快、行驶及操纵特性好，工艺简单、调试方便、模式系列化设计及制造、适应性广、变形灵活、维护升级容易，可靠性高、与电网互补，能源供应可持续性好。
文档编号B60K6/42GK101200164SQ20061013468
公开日2008年6月18日 申请日期2006年12月12日 优先权日2006年12月12日
发明者唐晓国, 张洪延 申请人:张洪延