技术领域
[0001] 本
发明涉及一种电动汽车的
动力总成，更确切地说，本发明涉及一种增程式电动汽车动力系统。
背景技术
[0002] 近些年来，节能与环保已经成为汽车行业发展的主旋律，在这种情况下，电动汽车成为了未来发展的方向。但由于目前动力
电池的比
能量较低，若要达到传统
内燃机汽车的续驶里程
水平，
电池组的体积和重量都会非常庞大，同时会增加相当多的成本。考虑到电池的核心技术属于材料科学，短期内很可能无法实现突破。也有企业和学者主张采用换电站模式以解决电动汽车的续驶里程问题，但是换电站的规划和建设同样需要相当长的周期，且未来生产电动汽车的车厂众多，动力电池难以实现标准化也是换电模式实行的一个阻碍。
[0003] 根据一些学者的统计，大多数城市用户单日的汽车使用里程通常不超过60km，只有很少的时间进行长途行驶。因此，在电动汽车
基础上增加增程装置，用相对小容量的电池组满足日常行驶需求，用增程装置以满足长距离形式需求，是一个很好的解决方案。此外，
再生制动是电动汽车的重要技术，但传统的电动汽车多为两驱，能够回收的能量十分有限。由于再生制动的加入，使得机械
制动系统的设计面临很多困难。
[0004] 现有的主流增程式电动汽车，除了装备有内燃机、
电动机、燃油系统和电池系统外，还单独装备了发
电机，在纯电动驱动状态下，只使用电动机进行驱动；在增程发电模式下，内燃机带动发电机为电池充电，再使用电池中的
电能驱动电动机。这种传统的方案虽然可以满足增程式电动汽车的基本功能，但是为了达到电动汽车的所需的行驶性能，往往既需要装备功率很大电动机，还需要装备与电动机功率相仿的发电机和内燃机。但是体积和自重较大的发电机和内燃机却不能直接输出功率驱动车辆前进，使得动力系统的功率
质量比偏小、汽车的整备质量较大难以实现轻量化设计，影响包括动力性和续航力在内的使用性能。
[0005] 而且，由于动力系统集中在
驱动桥附近，不但给布置带来不便，还会造成驱动桥轴荷过大、整车质量分布不均匀，也会对操纵
稳定性和通过性等性能造成不利影响。此外，在传统的方案中，内燃机与驱动桥之间没有任何机械连接，增程模式下，燃油的
化学能要首先由内燃机转化为机械能、然后由发电机转化为电能、最后由电动机再次转化为机械能，当在较好路况下进行长距离行驶时，过多的能量形式转化也会造成一定程度的能量损耗，进而对续航力和经济性产生不利影响。
[0006] 此外，虽然有个别企业提出了使用电动与发电一体机的增程式电动汽车方案，可以在动力需求较大的工况下实现双电机驱动，一定程度上兼顾了增程发电功能和动力性能。但是，这些方案均基于两轮驱动、整车只具有一个驱动桥，所以依然需要将电动机、发电机和内燃机安装在唯一的驱动桥附近，不能解决现有增程式电动汽车布置比较困难、整车质量分布不均匀的问题。
发明内容
[0007] 本发明所要解决的技术问题是克服了现有增程式电动汽车存在的同等功率下整备质量偏大、功率质量比偏小、布置比较困难与整车质量分布不均匀的问题，提供了一种增程式电动汽车动力系统。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明是采用如下技术方案实现的：所述的增程式电动汽车动力系统由前轮动力子系统、后轮动力子系统、储能与供
电子系统、助力制动子系统与车载电子控制子系统组成。
[0009] 所述的前轮动力子系统包括有内燃机、前桥电动与发电一体机、前
离合器、后离合器、前桥减速器、前桥
差速器和燃油系统。
[0010] 内燃机的
飞轮端与前离合器的主动部分采用
法兰盘与
螺栓连接，前离合器的从动部分与电动与发电一体机的
输入轴采用
花键副连接，电动与发电一体机的
输出轴与后离合器的主动部分采用花键副连接，后离合器的从动部分与前桥减速器输入轴采用法兰盘与螺栓连接，前桥减速器的从动
齿轮与前桥差速器的壳体固定连接。
[0011] 所述的后轮动力子系统包括有
驱动电机、后桥减速器和后桥差速器。
[0012] 驱动电机的输出轴与后桥减速器的输入轴采用花键副连接，后桥减速器的从动齿轮与后桥差速器的壳体固定连接。
[0013] 所述的储能与供电子系统和整车高压直流
母线并联连接、助力制动子系统与车载电子控制子系统采用
信号线路连接；车载电子控制子系统和CAN总线连接。
[0014] 技术方案中所述的储能与供电子系统由高压供电部分和低压供电部分组成。高压供电部分包括有动力电池组、
电池管理系统、充电器与充电插头；低压供电部分包括有低压电瓶与直流降压装置。充电插头与充电器的电能输入端采用
电缆连接，充电器的电能输出正负极依次与动力电池组充电
接口的正负极相连，动力电池组的正负极分别与电池管理系统电线连接，电池管理系统的输出端与整车高压
直流母线并联连接，直流降压装置的输入端与高压直流母线并联连接，直流降压装置的输出端与低压电瓶正负极电线连接；低压电瓶的正负极与整车的低压供电线路电线连接。
[0015] 技术方案中所述的助力制动子系统由
制动主缸和助力装置、2个结构相同的前轮制动器和2个结构相同的后轮制动器组成。2个结构相同的前轮制动器依次安装在右侧的前
车轮与左侧的前车轮的
转向节上，2个结构相同的后轮制动器依次安装在右侧的后车轮与左侧的后车轮的转向节上，制动主缸和助力装置中的制动主缸的前出油口和2个结构相同的前轮制动器的进油口之间采用液压管路连接，制动主缸和助力装置中的制动主缸的后出油口和2个结构相同的后轮制动器的进油口之间采用液压管路连接，制动主缸和助力装置与低压电瓶采用供电线路连接，制动主缸和助力装置自带的
踏板位置电位器与车载电子控制子系统采用信号线路连接。
[0016] 技术方案中所述的车载电子控制子系统由整车
控制器、
发动机控制器、前轮电动与发电一体机控制器和
后轮驱动电机控制器组成。
[0017] 整车控制器的制动信号输入端口通过信号线路与制动主缸和助力装置自带的踏板位置电位器相连，前桥电动与发电一体机控制器的正负极高压输入端口分别与高压直流母线连接，前桥电动与发电一体机控制器的高压输出端口的三相
接线柱分别通过大
电流电缆与前桥电动与发电一体机的三相输入端连接，前桥电动与发电一体机控制器的信号输入端口通过信号线路与前桥电动与发电一体机自带的旋转
变压器连接，后桥驱动电机控制器的正负极高压输入端口分别与高压直流母线连接，后桥驱动电机控制器的高压输出端口的三相接线柱分别通过大电流电缆与后桥驱动电机的三相输入端连接，后桥驱动电机控制器的信号输入端口通过信号线路与后桥驱动电机自带的
旋转变压器连接；整车控制器、发动机控制器、前轮电动与发电一体机控制器与后轮驱动电机控制器分别和CAN总线连接。
[0018] 技术方案中所述的前桥差速器左右两侧的输出端分别通过左前驱动半轴与右前驱动半轴和左前车轮与右前车轮连接。后桥差速器左右两侧的输出端依次通过左后驱动半轴与右后驱动半轴和左后车轮与右后车轮连接。
[0019] 技术方案中所述的前轮动力子系统布置于前桥处，后轮动力子系统布置于后桥处，助力制动子系统的制动主缸和助力装置布置在
驾驶舱前方的前
围板处。
[0021] 1.本发明所述的增程式电动汽车动力系统利用电动机在输入功率时可作为发电机使用的特点，并未显著提高增程式电动汽车的整备质量、复杂程度及其生产成本，现有增程式电动汽车整备质量的基础上，大大增加了纯电动驱动模式下的可用驱动功率，以一辆整备质量1800kg左右的增程式电动汽车为例，传统的动力总成所能实现的最大功率一般为60～80KW，而应用本发明所述的增程式电动汽车动力系统则可达到150KW以上；
[0022] 2.在现有增程式电动汽车的基础上，增加了内燃机
直接驱动模式，在远距离高速巡航的工况下，消除了机械能转化为电能再转化回机械能的功率损失，按照典型条件下发电机效率95%、电动机效率90%计算，该模式在高速巡航工况可以提高约15%的效率，有效地改善增程式电动汽车在远距离巡航工况下的经济性；
[0023] 3.在现有增程式电动汽车的基础上，增加了内燃机-电动机联合驱动模式，在驾驶者对动力需求极大的工况，可以将动力系统短时间内的输出功率和输出
扭矩提升30%～40%，进一步改善整车的动力性能；
[0024] 4.本发明所述的增程式电动汽车动力系统将前轮动力子系统与后轮动力子系统分别布置在前后两个车桥上，较将整个动力系统安置于前桥的传统方案，本发明有利于整车的布置，可实现前后轴荷分配接近50%:50%，有助于改善增程式电动汽车的操纵稳定性。
附图说明
[0025] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：
[0026] 图1为本发明所述的增程式电动汽车动力系统结构组成的示意
框图；
[0027] 图2为本发明所述的增程式电动汽车动力系统中的前轮动力子系统I结构组成的示意图；
[0028] 图中：Ⅰ.前轮动力子系统，Ⅱ.后轮动力子系统，Ⅲ.储能与供电子系统，IV.助力制动子系统，V.车载电子控制子系统，1.内燃机，2.前桥电动与发电一体机，3.前离合器，4.后离合器，5.前桥减速器，6.前桥差速器，7.燃油系统，8.后桥驱动电机，9.后桥减速器，10.后桥差速器，11.高压供电部分，12.低压供电部分，13.电池管理系统，14.动力电池组，15.充电器，16.充电插头，17.直流降压装置，18.低压电瓶，19.制动主缸和助力装置,20.前轮制动器，21.后轮制动器，22.整车控制器，23.前桥电动与发电一体机控制器，24.后桥驱动电机控制器，25.发动机控制器。
具体实施方式
[0029] 下面结合附图对本发明作详细的描述：
[0030] 所述的增程式电动汽车动力系统由前轮动力子系统I、后轮动力子系统II、储能与供电子系统Ⅲ、助力制动子系统Ⅳ与车载电子控制子系统V五个子系统组成。
[0031] 所述前轮动力子系统Ⅰ包括有内燃机1、前桥电动与发电一体机2、前离合器3、后离合器4、前桥减速器5、前桥差速器6和燃油系统7。
[0032] 其中：前桥电动与发电一体机2优选能够四象限运行的永磁同步电机，其功率需根据整车动力性参数进行选型；内燃机1、前桥减速器5可根据整车性能进行匹配选型，本发明的
实施例中，内燃机1优选具备电子节气
门且最大功率不低于前桥电动与发电一体机2最大功率的
汽油发动机，前桥减速器5为民用汽车中常用的单级齿轮
主减速器；前离合器
3、后离合器4均为电磁离合器，本实施例中优选DLM-5系列直流湿式
摩擦片电磁离合器。
[0033] 内燃机1的飞轮端与前离合器3的主动部分采用法兰盘结构与螺栓连接，前离合器3的从动部分与电动与发电一体机2的输入轴通过花键副连接；电动与发电一体机2的输出轴与后离合器4的主动部分采用花键副连接；后离合器4的从动部分与前桥减速器5的输入轴采用法兰盘与螺栓连接，也可采用花键副连接。前桥减速器5的从动齿轮与前桥差速器6的壳体通过螺栓固定连接，前桥差速器6左右两侧的输出端分别通过左前驱动半轴与右前驱动半轴和左前车轮与右前车轮连接。
[0034] 所述后轮动力子系统Ⅱ包括有后桥驱动电机8、后桥减速器9和后桥差速器10。
[0035] 其中：后桥驱动电机8、后桥减速器9可根据整车性能进行选型匹配。本发明的实施例中，后桥驱动电机8优选采用永磁同步电机，后桥减速器9优选民用汽车中常用的单级齿轮主减速器；驱动电机8的输出轴与后桥减速器9的输入轴以花键副形式直接连接；后桥减速器9的从动齿轮与后桥差速器10的壳体固定连接，后桥差速器10左右两侧的输出端分别通过左后驱动半轴与右后驱动半轴和左后车轮与右后车轮连接。
[0036] 所述的储能与供电子系统Ⅲ由高压供电部分11和低压供电部分12组成。高压供电部分11包括有动力电池组14、电池管理系统13、充电器15与充电插头16，低压供电部分12包括有低压电瓶18和直流降压装置17。本实施例中，动力电池组14优选
电压为280V至400V的
磷酸铁锂动力电池组，电池管理系统13与动力电池组14配套选型，低压电瓶18优选电压为24V的铅酸电池或卷绕电池。
[0037] 其中：充电插头16与充电器15的电能输入端通过电缆连接；充电器15的电能输出正负极依次与动力电池组14充电接口的正负极相连；动力电池组14需满足电压和容量的要求，本实施例中优选磷酸铁锂动力电池组，其正负极分别与电池管理系统13的高压输入端通过大电流电缆连接；电池管理系统13的高压输出端与整车高压直流母线连接，即与高压直流母线上其它用电器并联；直流降压装置17的输入端与高压直流母线连接，即与高压直流母线上其它用电器及储能装置并联，直流降压装置17的输出端与低压电瓶18正负极相连；低压电瓶18的正负极同时也接入整车的低压供电线路，与内燃机1的用电器、整车电子控制子系统V、以及其他低压车载用电器并联。
[0038] 所述的助力制动子系统Ⅳ由制动主缸和助力装置19、左右两套结构相同的前轮制动器20与左右两套结构相同的后轮制动器21组成。
[0039] 助力制动子系统IV的制动主缸和助力装置19布置在驾驶舱前方的前围板处，2个结构相同的前轮制动器20依次安装在右侧的前车轮与左侧的前车轮的转向节上，2个结构相同的后轮制动器21依次安装在右侧的后车轮与左侧的后车轮的转向节上。
[0040] 制动主缸和助力装置19为电动助力伺服机构或电动
真空伺服机构，制动主缸和助力装置19中的制动主缸的前出油口和左右两套结构相同的前轮制动器20的进油口之间使用液压管路连接；制动主缸和助力装置19中的制动主缸的后出油口和左右两套结构相同的后轮制动器21的进油口之间使用液压管路连接。制动主缸和助力装置19通过低压供电线路和低压电瓶18相连。
[0041] 所述的车载电子控制子系统V由整车控制器22、发动机控制器25、前桥电动与发电一体机控制器23和后桥驱动电机控制器24组成。所述的整车控制器22、发动机控制器25、前桥电动与发电一体机控制器23和后桥驱动电机控制器24通过CAN总线相互连接，即整车控制器22、发动机控制器25、前桥电动与发电一体机控制器23及后桥驱动电机控制器
24分别和CAN总线连接。此外：整车控制器22的制动信号输入端口通过信号线路与制动主缸和助力装置19自带的踏板位置电位器相连，整车控制器22的电池信号输入端口通过信号线路与电池管理系统13的信号输出端口连接，整车控制器22的前、后离合器输出端口依次通过信号线路和前离合器3与后离合器4控制端口相连接；前桥电动与发电一体机控制器23的正负极高压输入端口分别与高压直流母线连接，前桥电动与发电一体机控制器
23的高压输出端口的三相接线柱分别通过大电流电缆与前桥电动与发电一体机2的三相输入端连接，前桥电动与发电一体机控制器23的信号输入端口通过信号线路与前桥电动与发电一体机2自带的旋转变压器连接；后桥驱动电机控制器24的正负极高压输入端口分别与高压直流母线连接，后桥驱动电机控制器24的高压输出端口的三相接线柱分别通过大电流电缆与后桥驱动电机8的三相输入端连接，后桥驱动电机控制器24的信号输入端口通过信号线路与后桥驱动电机8自带的旋转变压器连接；发动机控制器25的输入端口通过信号线路与内燃机1自带的各个
传感器（如空气流量计、
曲轴相位传感器、
冷却水温度传感器等，具体取决于所选的内燃机形式）连接，发动机控制器25的输出端口通过信号线路与内燃机1自带的各个执行机构（如
喷油器、点火线圈、电控节气门等）连接。
[0042] 前轮动力子系统Ⅰ需布置于前桥处，典型布置位置为汽车前部的发动
机舱内，与
车身之间通过
橡胶缓冲的悬置结构螺栓连接，前轮动力子系统I中前桥差速器6的两个输出端分别通过左右前驱动半轴与汽车左右前
轮毂通过花键副或法兰结构连接。
[0043] 后轮动力子系统Ⅱ需布置于后桥处，如汽车后排座椅下方或行李舱底部，与车身之间通过橡胶缓冲的悬置结构螺栓连接，后轮动力子系统Ⅱ中后桥差速器10的两个输出端分别通过左右后驱动半轴与汽车左右后轮毂通过花键副或法兰结构连接。
[0044] 储能与供电子系统Ⅲ需布置于后桥处或汽车底部，储能与供电子系统Ⅲ中动力电池组14、前轮动力子系统Ⅰ中前桥电动与发电一体机2的电能输入端和后轮动力子系统Ⅱ中驱动电机8的电能输入端通过线缆并联接入高压直流母线。助力制动子系统Ⅳ和车载电子控制子系统V中各个部件的电源输入端分别通过电缆与储能与供电子系统Ⅲ中低压电瓶18相连。
[0045] 车载电子控制子系统V布置在汽车前部的
发动机舱内。前轮动力子系统I、后轮动力子系统Ⅱ、储能与供电子系统Ⅲ、助力制动子系统Ⅳ以及车载电子控制子系统V中各个部件的信号输入或输出端口分别接入整车通讯总线，本实施例中采用CAN总线，以实现车载电子控制子系统V对其它各个子系统的
数据采集和电子控制。
[0046] 所述的增程式电动汽车动力系统工作原理：
[0047] 当汽车的储能与供电子系统Ⅲ中电力充足、且目标转矩不超过前桥电动与发电一体机2和后桥驱动电机8所能共同提供的最大扭矩时，汽车使用纯电动驱动模式。该模式下，内燃机1不工作，内燃机1与前桥电动与发电一体机2之间的前离合器3分离，前桥电动与发电一体机2与前桥减速器5之间的后离合器4接合，前桥电动与发电一体机2处于驱动状态，与后桥驱动电机8共同驱动汽车行驶，汽车处于
四轮驱动状态。制动时，前桥电动与发电一体机2与后桥驱动电机8均参与再生制动。
[0048] 当汽车的储能与供电子系统Ⅲ中电力不足时，汽车使用增程发电模式。该模式下，内燃机1工作，电子节气门开启部分开度，一般为30%至50%，内燃机1处于较为经济的工况。内燃机1与前桥电动与发电一体机2之间的前离合器3接合，前桥电动与发电一体机2与前桥减速器5之间的后离合器4分离，前桥电动与发电一体机2处于发电状态。后桥驱动电机8单独驱动汽车行驶，汽车处于后轮驱动状态。制动时，后桥驱动电机8参与再生制动。
[0049] 当汽车处于高速巡航状态、目标扭矩较小时，汽车使用内燃机直接驱动模式。该模式下，内燃机1工作，电子节气门开启，其开度一般为50%至80%，以输出所需的功率。内燃机1与前桥电动与发电一体机2之间的前离合器3接合，前桥电动与发电一体机2与前桥减速器5之间的后离合器4接合，前桥电动与发电一体机2和后桥驱动电机8均不工作，完全由内燃机1单独驱动汽车行驶，汽车处于
前轮驱动状态。制动时，前后电机均参与再生制动。
[0050] 当汽车的储能与供电子系统Ⅲ中电力充足，且目标扭矩超过前桥电动与发电一体机2和后桥驱动电机8所能共同提供的最大扭矩时，汽车使用内燃机与电动机联合驱动模式。该模式下，内燃机1工作，电子节气门开启的较大开度，其开度一般为70%至100%，以输出所需的功率。内燃机1与前桥电动与发电一体机2之间的前离合器3接合、前桥电动与发电一体机2与前桥减速器5之间的后离合器4接合，前桥电动与发电一体机2处于驱动状态，与后桥驱动电机8共同驱动汽车行驶，汽车处于四轮驱动状态。制动时，前桥电动与发电一体机2与后桥驱动电机8均参与再生制动。
