CN102774263A - 一种混合动力驱动系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力驱动系统驱动控制方法，其中所述驱动系统包括发动机、第一电机、第二电机、行星齿轮构件，其特征在于，还包括设置于发动机与第一电机之间的第一离合装置、发动机与行星齿轮构件之太阳轮之间的第二离合装置、可以锁止齿圈的第三离合装置以及可以锁止第二电机转子的第四离合装置。该驱动方法根据储能装置电量以及当前车速情况控制所述驱动系统处于纯电动、串联、并联等工况模式，使本系统比传统混合动力汽车具有更多档位，有效提高发动机的燃油经济性。

Description

一种混合动力驱动系统的控制方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力驱动系统的驱动控制方法。

背景技术

混合动力汽车等新能源汽车一般是将发动机和电动机两种动力混合起来，按照一定的控制策略进行转速和转矩耦合，再最终输出给车轮，其利用了电机的动力特性弥补了发动机动力特性的不足，使发动机工作在更好的效率区间，同时可以回收制动能量，故而节能减排。

混合动力驱动系统一般有串联式、并联式、混联式，其中混联式是目前普遍采用的混合动力系统驱动方式，混联式混合动力系统的布置方式综合了串联式布置方式和并联式布置方式的特点，提供了根据不同工况让油、电两种能源分别按照串联、并联或串并联结合三种模式工作，从而使得混合动力系统可以根据不同的工况选用不同的动力驱动方式。

现有混合动力驱动技术中最主要的矛盾是发动机与电动机之间的无缝匹配，电动机驱动与主要由发动机驱动的工作区间的很大的间隔内，发动机无法真正工作在燃油高效区，使混合动力汽车较传统燃油汽车的优点不能充分发挥。现有技术一般都是通过机械或电磁等离合装置、行星齿轮等变速装置进行发动机多档工作模式与电动机的外部连接组合，通过转矩耦合、转速耦合实现发动机与电动机的匹配。传统发动机一般具有两档变速箱，可以在不同的工况下通过调节档位使发动机尽可能地工作在高效区。但是事实上，两档变速并不能使发动机完全工作在燃油高效区，在两档之间很大一段速度区间内，发动机依然工作在低效区。

另一方面 ，通常使用行星齿轮机构来实现各动力单元动力分配的装置中，发动机的机械能只能通过行星齿轮机构来进行传递，其传动效率会造成能量的损失，且控制方面相当复杂。

为了解决上述问题，本申请的申请人发明了一种混合动力驱动系统，包括发动机、第一电动机、第二电动机、一组行星齿轮机构以及四组离合装置，通过离合装置与行星齿轮机构的配合，装有本驱动系统的车辆可以实现五档输出，即：纯电动档、油电混合一档、油电混合二档、纯发动机档以及制动刹车档。本发明对上述混合动力驱动系统的控制方法进行了改进，以实现车辆更好的节能节油性。

发明内容

本发明提供了一种混合动力驱动系统的控制方法，有效提高发动机与电动机的耦合效率，简化系统，使发动机更好地工作在高效区，实现良好的燃油经济性。

本发明混合动力驱动系统控制方法涉及的混合动力驱动系统包括发动机，第一电机，第二电机，行星齿轮构件以及储能装置；所述行星齿轮构件的齿圈与所述第一电机转子轴相连，所述行星齿轮构件的太阳轮与所述第二电机转子轴相连，所述行星齿轮构件的行星架与本装置动力输出端相连；所述储能装置与所述第一电机、第二电机相连；其特征在于：

所述发动机与所述第一电机转子轴之间还设置有第一离合装置；所述发动机与所述行星齿轮机构的太阳轮之间还设置有第二离合装置；还包括第三离合装置，设置于行星齿轮机构的齿圈与车体固定部件之间；还包括第四离合装置，设置于所述第二电动机转子与车体固定部件之间；

所述控制方法包括：

根据储能装置的储能情况、当前车速情况以及油门踏板深度，控制所述驱动系统处于纯电动模式、混联模式、并联模式一、并联模式二、发动机直接驱动模式或者制动能量回收模式。

上述控制方法中，当车辆由静止启动时，判断储能装置的电量情况控制混合动力系统启动方式，当储能装置电量SOC ≥ SOC0时，控制所述混合动力驱动系统以纯电动模式启动；当储有装置电量SOC < SOC0时，启动发动机，控制所述混合动力驱动系统以混联模式启动。

当所述混合动力驱动系统以纯电动方式启动时，所述混合动力驱动系统可以使用第一电机或者第二电机单独驱动，或者第一电机与第二电机共同驱动；

本发明的驱动系统控制方法通过储能装置的储能情况、当前车速情况以及油门踏板深度来确定驱动系统的工况，并且根据动力需求合理地控制驱动系统的第一电机、第二电机和发动机的功率输出，该方法可以使混合动力驱动系统很好地发挥自身的效能，在满足需求功率的同时实现对能量最大效率的利用。本发明的附加特征以及相应的优点在下面的具体实施方式部分进行详细说明。

附图说明

图1是根据本发明的一种混合动力驱动系统示意图。

图2是根据本发明的混合动力驱动系统纯电动模式双电机驱动模式示意图。

图3是根据本发明的混合动力驱动系统纯电动模式第一电机驱动模式示意图。

图4是根据本发明的混合动力驱动系统纯电动模式第二电机驱动模式示意图。

图5是根据本发明的混合动力驱动系统混联模式示意图。

图6是根据本发明的混合动力驱动系统并联模式一示意图。

图7是根据本发明的混合动力驱动系统并联模式二示意图。

图8是根据本发明的混合动力驱动系统发动机直驱模式示意图。

图9是本发明混合动力驱动系统控制方法的流程图。

其中，1是发动机，2是行星齿轮构件，21是齿圈，22是太阳轮，23是行星架，3是动力传输齿轮，4是储能装置，M1是第一电机，M2是第二电机，C1是第一离合装置，C2是第二离合装置，C3是第一制动器，C4是第二制动器。

具体实施方式

混合动力驱动系统

为了方便专利审查，帮助公众更直接地理解本发明，下面首先结合附图1至附图8对本发明所使用的混合动力驱动系统进行详细描述。

根据本发明所使用的混合动力驱动系统，该系统可以包括行星齿轮构件2，其包括齿圈21、太阳轮22及行星架23。其中，齿圈21与第一电机M1转子轴相连，太阳轮22与第二电机M2转子轴相连，行星架23与本装置动力输出端相连；储能装置4与第一电机M1、第二电机M2相连；

第一离合装置C1设置于发动机1与第一电机M1转子轴之间，发动机1轴与第一电机M1转子轴通过第一离合装置C1接合或者分开；第二离合装置C2设置于发动机1与太阳轮22之间，发动机1轴与太阳轮22之间通过第二离合装置C2接合或者分开；第三离合装置C3可以使齿圈21与车体固定部件之间接合或者分开；第四离合装置C4可以使第二电动机M2转子与车体固定部件之间接合或者分开，这里所述的车体固定件可以是行星齿轮机构机壳或者电机定子或者其他与车体不可相对移动的部件。传动齿轮3设置于行星架23与车轮驱动轴之间，方便所述第四离合装置C4的设置。第一离合装置C1、第二离合装置C2、第三离合装置C3、第四离合装置C4与一控制系统（图中未标出）电相连。

为了使附图简明清晰，储能装置4在图2至图8中未标示，但不意味的上述模式中不包含储能装置。

本驱动系统中各离合装置通过控制系统控制状态。各电机控制器根据需要控制电机作为发电机发电或作为电动机驱动车辆。油门踏板处安装有踏板深度传感器，系统通过检测油门踏板深度，控制各离合装置状态，选择相应工作模式。

当所述混合动力驱动系统处于纯电动模式时，发动机不启动，第一离合装置Ｃ1、第二离合装置Ｃ2分开，第三离合装置Ｃ3、第四离合装置Ｃ4分开，由Ｍ1、Ｍ2共同驱动车辆，如图2所示；或者第一离合装置Ｃ1、第二离合装置Ｃ2、第三离合装置Ｃ3分开，第四离合装置Ｃ4接合，由电动机Ｍ1单独驱动车辆启动，如图3所示；第一离合装置Ｃ1、第二离合装置Ｃ2、第三离合装置C3接合，第四离合装置C4分开，由电动机Ｍ2单独驱动车辆，如图4所示。纯电动模式可以用于车辆起步、低速行驶（低于设定的第一预定车速）或制动能量回收状态。

当所述系统处于混联模式时，发动机启动，第一离合装置C1、第二离合装置C2接合，第三离合装置C3、第四离合装置C4打开，如图5所示。由发动机驱动车辆，第一电机M1与发动机转速耦合，第二电机M2与发动机转矩耦合。该模式适用于本混合动力系统由静止启动工况下，为使发动机工作在燃油高效区，控制可以控制第一电机M1与第二电机M2发电。当需要上坡或负载加速时，第二电机M2为发动机提供助力转矩，这样保证发动机稳定地工作在燃油经济区。

当系统处于并联模式一时，发动机启动，第一离合装置C1分开，第二离合装置C2接合，第三离合装置C3接合，第四离合装置C4分开，如图6所示。由发动机驱动车辆，通过行星齿轮合理设计，设计发动机输出降速比，即发动机以较高降速比降速输出，使发动机工作在燃油经济区，根据工况需要，当车辆负载加速或爬坡时，电动机M2转矩与发动机转矩耦合输出，为动力输出增加转矩。该油电混合模式适用于车辆低于设定的第二预定车速V2时的中低速行驶，使发动机的工作区间更宽，燃油经济性的设计更合理化。

当系统处于并联模式二时，第一离合装置C1接合，第二离合装置C2分开，第三离合装置C3分开，第四离合装置C4接合，如图7所示。当车辆高于第二设定车速V2，此时发动机在高降速比下不能满足工作在高效区的条件，为使发动机继续工作在高效区，需要提高发动机输出降速比，使发动机在较低降速比下减速输出。根据工况需要，当车辆负载加速或爬坡时，电动机M1转矩与发动机转矩耦合输出。该油电混合模式适用于车辆中速行驶，即车速低于设定的第三预定车速V3时。

当系统处于发动机直驱模式时，第一离合装置C1及第二离合装置C2接合，第三离合装置C3及第四离合装置C4分开，如图8所示。当车辆需高速行驶时，发动机不需要减速输出即可工作在高速区，此时使发动机直接驱动即可满足其工作在燃油经济区，则可使用该直驱模式。当车辆处于减速工况下，电机Ｍ1、Ｍ2作为发电机，将车辆动能回收，转化为电能存储在储能装置中，用以驱动电动机。

混合动力驱动系统控制方法

本发明所涉及的混合动力驱动系统的控制方法中设置有针对所述储能装置预定电量SOC0，该电量值能够满足由单电机驱动或者双电机驱动时车辆能够由静止加速到第一预定车速V1；若电量小于SOC0，则系统进入并联模式驱动。

第一预定车速V1是系统满足进入并联模式一时发动机工作在燃油高效区的条件下的车速；车速达到V1后，通过油门踏板判断是否继续加速，若继续加速，控制系统进入并联模式一；若无加速意愿，则保持当前工作模式；若有减速意愿或者当前车速小于V1，回到上一工作模式。本发明中涉及的检测油门踏板深度判断加速意愿的方法与传统纯电动车相同，不再赘述。

第二预定车速V2是系统满足进入并联模式二时发动机工作在燃油高效区的条件下的车速；车速达到V2后，通过油门踏板判断是否继续加速，若继续加速，控制系统进入并联模式二；若无加速意愿，则保持当前工作模式；若有减速意愿或者当前车速小于V2，回到上一工作模式。

第三预定车速V3是系统满足进入发动机直接驱动模式时发动机工作在燃油高效区的条件下的车速；车速达到V3后，通过油门踏板判断是否继续加速，若继续加速，控制系统进入发动机直接驱动；若无加速意愿，则保持当前工作模式；若有减速意愿或者当前车速小于V3，回到上一工作模式。

下面，结合附图2~9对本发明的混合动力驱动系统驱动控制方法进行具体说明。

首先，车辆由静止启动时，判断储能装置电量，具体为，当电量SOC>SOC0，由车辆使用纯电动模式启动；当电量SOC<SOC0，由车辆使用混联模式启动。

当使用纯电动模式启动时，可以使用第一电机与第二电机共同驱动，此时发动机不启动，通过控制系统控制各离合装置的配合，使驱动系统处于纯电动模式下，控制器分别控制电机M1、M2作为电动机使用，共同驱动车辆，控制过程如下：

控制系统控制各离合装置，使系统进入纯电动模式，如图2所示，此时离合装置C1、C2、C3、C4全部分开。M1、M2共同驱动车辆，与单个电机驱动车辆相比，两电机驱动功率更大，通过行星齿轮的作用，二者都采用降速增扭的方式做输入件，在功率不变的情况下，可通过提高电机转速，减小电机体积及重量；

另外，也可以根据工况使用单个电机驱动，此时离合装置C1、C2、C3分开，第四离合装置C4接合，由第一电机M1单独驱动车辆启动，如图3所示，；或者离合装置C1、C2，C3接合，第四离合装置C4分开，由第二电机M2单独驱动车辆启动，如图4所示，。

当车速达到第一预定车速V1后，控制系统通过油门踏板的深度探测驾驶员的加速意愿，若油门踏板深度较深，若有加速意愿，控制系统控制混合动力驱动系统进入并联模式一：发动机启动，由发动机驱动车辆，通过行星齿轮合理设计，设计发动机输出降速比，即发动机以较高降速比降速输出，使发动机工作在燃油经济区，系统进入并联模式一，第一离合装置C1打开，第二离合装置C2、第三离合装置C3接合，第四离合装置C4打开，如图5所示。

控制过程如下：

当驱动系统以串联模式驱动车辆达到第一预定车速V1后需进一步加速，控制第一电机转速降低，为使车速保持平稳，同时控制第二电机M2与发动机转动方向相反，当第一电机M1转速降至接近于0时，控制第三离合装置C3接合。

当M1、M2共同驱动车辆达到第一预定车速V1后进一步加速时，控制第二离合装置C2接合，电机M2带动发动机启动，同时升高M2转速并降低M1转速，至电机M1转速为0，第三离合装置C3接合。根据工况需要，当车辆负载加速或爬坡时，第二电机M2转矩与发动机转矩耦合输出，为动力输出增加转矩。

另外，若是采用M1单独驱动车辆达到第一预定车速V1后需要进一步加速时，打开第四离合装置C4，接合第二离合装置C2，启动电机M2，由电机M2带动发动机启动，发动机启动后可以关闭电机M2，使其空转，达到省电的目的。调整发动机输出转速，其转速通过行星齿轮传递，当齿圈转速与电动机Ｍ1转速相匹配时，接合离合装置C3，驱动系统进入并联模式一。这样做的好处是可以使电机M1与发动机耦合输出转速平稳，防止出现转速突变，引起车辆颠簸。

另外，若是M2单独驱动车辆达到第一预定车速V1后需要进一步加速时，电机M1做启动电机，先将离合装置C1接合，由M1带动发动机启动，发动机与电机M1转速相同，与电机M2转速耦合输出，这种情况下需要控制电动机M2转速，一方面为第二离合装置C2接合做准备，另一方面使输出转速平稳，防止出现转速突然，引起车辆颠簸。发动机与电机M2转速相当时，控制装置控制第一离合装置C1分开，同时第二离合装置C2接合，驱动系统进入并联模式一。

当车辆再进一步加速，车速高于第二预定车速V2时，此时发动机在一档下不能满足工作在高效区的条件，为使发动机继续工作在高效区，需要提高发动机输出降速比，使发动机以较低降速比减速输出，系统进入并联模式二：第一离合装置C1接合，第二离合装置C2、第三离合装置C3打开，第四离合装置C4接合，如图6所示。

控制过程如下：车速达到V2后，根据踏板深度检测到加速意愿，系统控制第三离合装置C3打开，同时启动电机M1，并控制电机M1、M2转速，使电机M1、M2耦合转速平稳，至电机M1转速与发动机或电机M2转速一致时，接合离合装置C1，打开离合装置C2，提高发动机转速，降低电机M2转速至0，接合第四离合装置C4。

根据工况需要，当车辆负载加速或爬坡时，电动机M1转矩与发动机转矩耦合输出。

当车辆需高速运行时，即车速高于第三预定车速V3，速度V3的设计条件为发动机不需要减速输出即可工作在高速区，此时使发动机直接驱动即可满足其工作在燃油经济区。控制系统控制各离合装置配合，发动机直接输出，使驱动系统进入发动机直驱模式：第一离合装置C1、第二离合装置C2接合，第三离合装置C3、第四离合装置C4分开，如图7所示。当车辆处于上坡或加速工况时，若发动机驱动转矩不足，M1、M2作为电动机与发动机转矩耦合，为系统增加动力；当车辆处于减速工况下，电机M1、M2作为发电机，将车辆动能回收，转化为电能存储在储能装置中，用以驱动电动机。

当车辆处于刹车制动工况下，控制系统控制各离合装置配合，使驱动系统进入纯电动模式，离合装置C1、C2、C3、C4全部分开，电机控制器控制第一电机M1、第二电机M2都做发电机使用，将车辆制动动能回收，转化为电能存储在储能装置中，用以下一次驱动电动机。

Claims (6)

1.一种混合动力驱动系统的控制方法，其中所述驱动系统包括发动机（1），第一电机（M1），第二电机（M2），行星齿轮构件（2）以及储能装置（4）；所述行星齿轮构件的齿圈（21）与所述第一电机（M1）转子轴相连，所述行星齿轮构件的太阳轮（22）与所述第二电机（M2）转子轴相连，所述行星齿轮构件的行星架（23）与本装置动力输出端相连；所述储能装置（4）与所述第一电机（M1）、第二电机（M2）相连；其特征在于： 

所述发动机（1）与所述第一电机（M1）转子轴之间还设置有第一离合装置（C1）；所述发动机（1）与所述行星齿轮机构的太阳轮之间还设置有第二离合装置（C2）；还包括第三离合装置（C3），设置于行星齿轮机构的齿圈（21）与车体固定部件之间；还包括第四离合装置（C4），设置于所述第二电动机（M1）转子与车体固定部件之间；

所述方法包括：

根据储能装置的储能情况、当前车速情况以及油门踏板深度，控制所述驱动系统处于纯电动模式、混联模式、并联模式一、并联模式二、发动机直接驱动模式或者制动能量回收模式。

2.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，当车辆由静止启动时，判断储能装置的电量情况控制混合动力系统启动方式，

当储能装置电量SOC ≥ SOC0时，控制所述混合动力驱动系统以纯电动模式启动； 

当储有装置电量SOC < SOC0时，启动发动机，控制所述混合动力驱动系统以混联模式启动。

3.根据权利要求2所述的混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，当所述混合动力驱动系统以纯电动方式启动时，控制所述混合动力驱动系统使用第一电机和第二电机共同驱动。

4.根据权利要求2所述的混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，当所述混合动力驱动系统以纯电动方式启动时，控制所述混合动力驱动系统使用第一电机或者第二电机驱动。

5.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，检测当前车速与油门踏板深度后，判断车辆是否更换当前行车模式。

6.根据权利要求1所述的混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，若储能装置电量SOC < SOC0时，控制系统进入混联模式。 

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