CN101734140A - 油电四驱混合动力汽车动力系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种油电四驱混合动力汽车动力系统及其控制方法，该系统以电机和发动机作为独立的动力源，分别驱动车辆的前驱动轮和后驱动轮，采用电机控制器控制所述电机工作，采用发动机控制器控制所述发动机工作，采用整车控制器控制所述发动机控制器和所述电机控制器工作，所述整车控制器根据车辆的设备参数和运行参数，确定车辆的驱动方式以及不同驱动方式之间的切换，其控制模态包括自检模态、纯电机驱动模态、纯发动机驱动模态、电机单驱动模态、发动机单驱动模态、电机-发动机双驱动模态以及断电模态。本发明可最大限度地发挥电机和发动机的优势，适应不同情况下的需求，实现降低运行费用和节能环保的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种油电四驱混合动力汽车的动力系统，还涉及这种动力系统的控制方法，属混合动力汽车技术。
背景技术
随着环境保护的呼声日益升高，石油等不可再生资源的日益短缺，众多汽车制造商也越来越关注节能减排车型的研发，各类混合动力汽车逐渐面世，在现有技术背景下，四驱混合动力汽车能够最大程度地满足能源环保的需要，因此更具市场化前景。目前所开发出来的混合动力汽车动力系统的构型有串联式、并联式和混联式。大部分并联式混合动力汽车将内燃机和电机动力在变速器输入端混合，通过变速箱将发动机和电机的动力混合共同输出到驱动轴上，驱动车辆前轮，这种混合动力构型中的动力混合和变速装置结构较复杂，改装和试验成本较高。此外，目前在混合动力汽车驱动系统中普遍使用的ISG电机，其主要功能是在起步阶段，通过电机以较低的速度驱动汽车前进，同时快速地带动发动起动，因此这种混合动力汽车不具有单独的电机驱动行车功能，不能充分发挥出电机和发动机在各自适宜状况下的驱动优势。
发明内容
为克服现有技术下的上述缺陷，本发明提供了一种油电四驱混合动力汽车动力系统，还提供了适宜于这种动力系统的控制方法，其根据电机和发动机的特性进行驱动方式的优化，形成电机驱动、发动机驱动以及电机-发动机双驱动等多种驱动方式并依据各自适宜的条件进行控制模式和驱动方式切换，发挥出电机、发动机及其组合在不同条件下的驱动优势，以利于降低车辆运行费用，改善运行效果，减少污染物排放。
本发明实现上述目的的技术方案是：
一种油电四驱混合动力汽车动力系统，包括独立驱动的前驱动轮和独立驱动的后驱动轮，还包括：
电机，用于驱动前驱动轮或后驱动轮；
发动机，用于驱动未被所述发动机驱动的后驱动轮或前驱动轮；
电机控制器，用于控制所述电机；
发动机控制器，用于控制所述发动机；
整车控制器，用于控制所述电机控制器和所述发动机控制器，所述整车控制器根据车辆的设备参数和运行参数，确定车辆的驱动方式以及不同驱动方式之间的切换，并向相关的所述电机控制器和/或所述发动机控制器发出控制指令，所述驱动方式包括电机驱动方式、发动机驱动方式和电机-发动机双驱动方式，在所述电机驱动方式下，所述电机控制器根据所述整车控制器的控制指令控制所述电机工作，不需要发动机输出动力；在所述发动机驱动方式下，所述发动机控制器根据所述整车控制器的控制指令控制所述发动机工作，不需要电机输出动力；在所述电机-发动机双驱动方式下，所述电机控制器和所述发动机控制器根据所述整车控制器的控制指令分别控制所述电机和所述发动机同时工作，由电机和发动机同时输出动力。
对于上述动力系统，还可以进行下列任意一种、几种或全部的改进和具体化：
所述电机可以通过电机传动机构连接由所述电机驱动的所述驱动轮，所述发动机可以通过发动机传动机构连接由所述发动机驱动的所述驱动轮，所述电机传动机构包括相互连接的电磁离合器和主减速器，所述电磁离合器连接所述主减速器的输入端，所述发动机传动机构设有自动换档机构，所述自动换档机构设有对其进行控制的自动换档机构控制器。
所述电机可以连接有可以向所述电机供电并可以由所述电机充电的电池。
所述电池可以设有电池控制器，所述电池控制器与所述整车控制器信号连接，用于向整车控制器传递电池参数信号并接受整车控制器的控制指令，根据整车控制器的控制指令控制电池的充放电状态，所述整车控制器根据电池参数和车辆运行状态确定是否由所述电机向所述电池充电，当电池亏电时，在刹车并且具有可以用于充电的制动能量(制动过程中减小的部分或全部汽车机械能)时或者在发动机驱动方式下具有富余的能量输出时，向所述电池控制器发送充电指令，控制电池处于充电状态，所述驱动轮带动所述电机转动发电，将制动能量或发动机输出的富余能量转换为电能给所述电池充电。
所述整车控制器可以通过CAN总线连接所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器、电池控制器以及显示仪表，通过CAN总线获得所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器和电池控制器采集和/或生成的所述车辆的设备参数和运行参数，并向所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器、电池控制器发送相应的控制指令，向所述仪表发送用于进行显示的数据或信号。
作为一种优选方式，所述由电机驱动的驱动轮可以为后驱动轮，所述由发动机驱动的驱动轮可以为前驱动轮。
一种油电四驱混合动力汽车动力系统的控制方法，以电机和发动机作为独立的动力源，分别驱动车辆的前驱动轮和后驱动轮，采用电机控制器控制所述电机工作，采用发动机控制器控制所述发动机的工作，采用整车控制器控制所述发动机控制器和所述电机控制器工作，所述整车控制器具有下列控制模态：
(1)自检模态：启动后自动进入自检模态，进行涉及电机驱动和发动机驱动的检测，在检测结果正常的情况下，转入正常控制状态，在涉及电机驱动的检测结果正常而涉及发动机驱动的检测结果不正常的情况下，转入纯电机驱动模态，在涉及发动机驱动的检测结果正常而涉及电机驱动的检测结果不正常的情况下，转入纯发动机驱动模态；
(2)纯电机驱动模态：以电机为唯一的动力源，通过电机控制器控制电机工作，并且始终不与其他驱动模态切换；
(3)纯发动机驱动模态：以发动机为唯一的动力源，通过发动机控制器控制发动机工作，并且始终不与其他驱动模态切换；
(4)电机单驱动模态：为正常控制状态下的一种控制模态，以电机为唯一的动力源，通过电机控制器控制电机工作，并根据车辆运行参数进行驱动模态切换运算，当符合设定的切换条件时，切换为同属于正常控制状态下的其他相应驱动模态；
(5)发动机单驱动模态：为正常控制状态下的一种控制模态，以发动机为唯一的动力源，通过发动机控制器控制发动机工作，并根据车辆运行参数进行驱动模态切换运算，当符合设定的切换条件时，切换为同属于正常控制状态下的其他相应驱动模态；
(6)电机-发动机双驱动模态：为正常控制状态下的一种控制模态，同时以电机和发动机为动力源，通过电机控制器和发动机控制器分别控制电机和发动机同时工作，并根据车辆运行参数进行驱动模态切换运算，当符合设定的切换条件时，切换为同属于正常控制状态下的其他相应驱动模态。
对于上述控制方法，还可以进行下列任意一种、几种或全部的改进和具体化：
通常，可以根据自检模态的检测结果，在正常控制状态下，可以在较低车速和较低扭矩需求时采用电机单驱动模态，在较高车速和/或较大扭矩需求时采用发动机单驱动模态，在更大扭矩需求时采用电机-发动机双驱动模态，根据电机、发动机的驱动特点以及其他方面的相关要求，可以适当地划分电机单驱动的速度和扭矩需求范围、发动机单驱动的速度和扭矩需求范围以及双驱动速度的扭矩需求范围，由于双驱动的主要目的是通过电机和发动机共同驱动以提供电机和发动机单独驱动时难以提供的更大的扭矩，并且往往只有在相对低的速度下才会出现更大扭矩需求的情况，因此通常可以将扭矩需求作为切换到双驱动模态的标准，但考虑到在不同速度下电机和发动机的扭矩输出特性不同，相应的切换扭矩可以依据速度确定，也可以简单地设定为一个固定的值用于各种车速，对于作为切换依据的踏板开度等参数也存在类似的情况，不再赘述。
可以依据下列切换条件在不同的控制模态之间进行切换：
由所述电机单驱动模态切换为发动机单驱动模态的切换条件可以为：车辆加速行驶、且车辆行驶速度超过或不小于设定的电机-发动机跳转速度下限；
由所述电机单驱动模态切换为电机-发动机双驱动模态的切换条件可以为：踏板开度达到或超过设定的电机-双驱动跳转开度下限、车辆行驶速度小于或不大于电机-双驱动跳转速度上限、且车辆行驶加速度小于或不大于电机-双驱动跳转加速度上限；
由所述发动机单驱动模态切换为电机单驱动模态的切换条件可以为：车辆行驶速度小于或不大于设定的发动机-电机跳转速度上限；
通常，不应直接由所述发动机单驱动模态切换为电机-发动机双驱动模态，但当选用的电机在较高车速下也能够与发动机同时驱动以增加扭矩输出时，也可以在诸如爬坡等情况下在保持应有的较高车速的同时，通过将发动机单驱动转化到电机-发动机双驱动的方式来提高扭矩输入；
由所述电机-发动机双驱动模态切换为电机单驱动模态的切换条件可以为：踏板开度减小且车辆行驶速度小于或不大于设定的双驱动-电机跳转速度上限。根据控制策略和/或设备等具体情况的不同，对于所述踏板开度减小的要求，可以没有减小程度的限定，也可以进一步限定为踏板开度减小到小于或不大于设定的双驱动-电机跳转开度上限，通常，所述双驱动-电机跳转开度上限应小于或者不大于所述的电机-双驱动跳转开度下限；
由所述电机-发动机双驱动模态切换为发动机单驱动模态的切换条件可以为：踏板开度减小且车辆行驶速度大于或不小于所述双驱动-电机跳转速度上限。根据控制策略和/或设备等具体情况的不同，对于所述踏板开度减小的要求，可以没有减小程度的限定，也可以进一步限定为踏板开度减小到小于或不大于设定的双驱动-发动机跳转开度上限，通常，所述双驱动-发动机跳转开度上限可以与所述的双驱动-电机跳转开度下限相等。
对于上述模态间的切换，可以采用下列切换过程或过渡过程：
由所述电机单驱动模态至发动机单驱动模态的切换可以经过发动机启动-电机关闭的过渡过程，该过渡过程为：发动机主继电器和发动机控制器上电，等待匹配的发动机转速稳定，自动换档机构控制器控制自动换档机构完成档位匹配，之后，电机扭矩需求量逐渐递减至零，发动机扭矩需求量逐渐递增至整车扭矩需求量，完成发动机对整车扭矩需求的接管过程，电机控制器关闭；
由所述电机单驱动模态至电机-发动机双驱动模态的切换过程可以为：发动机主继电器和发动机控制器上电，发动机启动并逐渐提高转速至匹配转速，启动自动换档机构控制器控制自动换档机构完成档位匹配，发动机扭矩需求量逐渐增大至所需扭矩需求量，最高可以达到踏板开度为100％下的发动机扭矩需求量。
由所述发动机单驱动模态至电机单驱动模态的切换可以经过电机启动-发动机关闭的过渡过程，该过渡过程为：电机控制器上电，电机启动，发动机扭矩需求量逐渐递减至零，电机扭矩需求量逐渐递增至整车扭矩需求量，完成电机对整车扭矩需求的接管过程，自动换档机构摘档，关闭发动机；
由所述电机-发动机双驱动模态至电机单驱动模态的切换过程可以为：发动机扭矩需求量逐渐递减为零，电机扭矩需求量为或逐渐调整为整车扭矩需求量，完成电机对整车扭矩需求的接管过程，自动换档机构摘档，关闭发动机；
由所述电机-发动机双驱动模态至发动机单驱动模态的切换过程可以为：电机扭矩需求量逐渐递减至零，发动机扭矩需求量为或逐渐调整为整车扭矩需求量，完成发动机机对整车扭矩需求的接管过程，电机控制器关闭。
所述电机可以连接有可以向其供电也可以由其充电的电池，并可以采用下列方式对电池进行充电：
在电机单驱动模态下和纯电机驱动模态下，在电池亏电、刹车且车辆速度大于或不小于设定的制动充电速度下限时，通过电池控制器控制电池进入充电状态，以与电机驱动连接的驱动轮带动电机转动，电机将制动能转换为电能给电池充电，在电池电量充满、或刹车板抬起、或车辆速度不大于或小于所述设定的制动充电速度下限时，停止充电；
在发动机单驱动模态下，在电池亏电、刹车且车辆速度大于或不小于设定的制动充电速度下限时，通过电池控制器控制电池进入充电状态，以与电机驱动连接的驱动轮带动电机转动，电机将制动能转换为电能给电池充电，在电池电量充满、或刹车板抬起、或车辆速度不大于或小于所述设定的制动充电速度下限时，停止充电；
在发动机单驱动模态下，在电池亏电、车辆速度大于或不小于设定的发动机充电速度下限时，通过电池控制器控制电池进入充电状态，以与电机驱动连接的驱动轮带动电机转动，电机将机械能转换为电能给电池充电，在电池电量充满、或车辆速度不大于或小于设定的发动机充电速度下限、或踏板开度不小于或大于设定的发动机充电踏板开度上限、或充电时间达到设定的充电限定时间上限时，停止充电。
可以将正常控制状态下，由所述自检模态直接转入的控制模态限定为电机单驱动模态，以实现由电机启动。
优选地，所述由电机驱动的驱动轮可以为后驱动轮，所述由发动机驱动的驱动轮可以为前驱动轮。
所述发动机连接所述前驱动轮的传动机构可以设有自动换档机构，所述自动换档机构设有自动换档机构控制器。
所述整车控制器可以通过CAN总线连接所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器、电池控制器以及显示仪表，通过CAN总线获得所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器和电池控制器采集和/或生成的车辆设备参数和运行参数，并向所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器、电池控制器发送相应的控制指令，向所述仪表发送用于进行显示的数据。
本发明所获得的有益效果是：由于采用发动机和电机分别作为前驱动轮或后驱动轮的动力源，两个动力源相互独立，可以单独驱动，也可以同时驱动，由此可以依据车辆需求在不同的行驶状况下采用不同的驱动方式，使车辆在各种情况下都具有适宜的驱动方式，例如在较低车速和较低扭矩需求状况下采用电机驱动，即避开了在这种状况下发动机效率不高、耗油多、成本高、污染大的缺陷，又发挥了电机在这种状况下高效和低排放的优势，在较高车速和/或较大扭矩需求下采用发动机驱动，不仅使车辆获得良好的行驶性能，保证了足够的扭矩输出，而且还使发动机处于适宜的工作状态下，提供燃油的功效，避免过高的排放，在扭矩需求更高的状况下，同时采用电机和发动机驱动，保证了所需要的扭矩输出，改善了车辆的行驶性能。另外，本发明采用的控制策略合理，适应于并且尽可能地不改变现有发动机控制技术和电机控制技术，因此对现有相关软硬件的改动较少，有助于推广应用。
附图说明
图1是本发明动力系统的整体结构示意图；
图2是整车控制器控制模态构成示意图；
图3是本发明控制方法的总体流程示意图；
图4是由其他控制模态切换为电机单驱动模态的控制算法和切换过程的示意图；
图5是由其他控制模态切换为发动机单独驱动模态的切换过程的示意图；
图6是由电机单驱动模态切换为发动机单驱动模态的控制算法的示意图；
图7是由电机单驱动模态切换为电机-发动机双驱动模态的控制算法的示意图；
图8是在发动机单驱动模态下对电池充电的控制算法示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供的油电四驱混合动力系统中的机械部分主要包括发动机、自动换档机构(变速器)、电机、电磁离合器、主减速器、前驱动轮、后驱动轮以及仪表盘，所述发动机通过变速器等组成的发动机传动机构连接前驱动轮(也可以连接后驱动轮)，构成前驱动轮的动力源，所述电机通过电磁离合器和主减速器等组成的电机传动机构连接后驱动轮(在发动机连接后驱动轮的情况下，则连接前驱动轮)，构成后驱动轮的动力源，由此形成前驱和后驱相互独立并可以分别控制，以实现单独的电机驱动、单独的发动机驱动和电机-发动机双驱动等不同驱动方式，以不同驱动方式的优势满足不同情况下的行驶要求。与电机连接的电池可以采用12V的铅酸电池，可以采用现有技术或其他适宜的技术，使电池可以向电机供电，驱动电机转动也可以由电机向电池供电，为电池充电。所述电池不同状态的之间切换，可以依据现有技术或其他可能的技术通过适宜的电路实现。
电机和发动机分别与各自对应的传动机构和驱动轮构成相互独立的动力子系统，即电机动力子系统和发动机动力子系统，这两个动力子系统在整车控制器的统一控制下，可以单独工作，也可以同时工作。
在图1所示的实施例下，发动机控制前轮驱动，发动机输出端曲轴与自动换档机构连接，该自动换档机构通过三个电机分别控制离合器、换档和选档机械结构的位置。可以采用现有技术或其他适宜的技术，通过自动换档机构控制器(TCU，或称档位控制单元)自动控制该自动换档机构到目标档位。
电机安装在汽车后桥上，由电机控制器(或称电机控制单元)控制其工作状态。采用现有技术或其他适宜的技术，可以使电机作为动力源，在电池向其供电的状态下带动相应的驱动轮转动，也可以使电机作为电源，在驱动轮的带动下转动发电，向电池充电。当电机控制单元控制电机作为唯一的动力源时，驱动汽车后轮为整车提供驱动力，电池组提供驱动汽车所需电能。电机作为电源时，可以进行制动能量回馈，将电机发出的电能储存于电池中，也可以将发动机输出的富余能量通过电机转换为电能，储存于电池中。在电机和驱动桥之间装有电磁离合器，以便在需要时将电机接入或脱开，电磁离合器的输出轴和主减速器连接，构成驱动后桥传动机构的一部分。
综上所述，汽车前轮由发动机驱动，后轮由电机驱动(也可以采用前轮由电机驱动，后轮发动机驱动的方式，其他部分也进行相应的调整)，形成的两动力源相互独立，既可以以一个动力源单独驱动汽车行驶，又可以两个动力源同时工作以提供足够大的扭矩输出。采用前、后轮驱动方式的两个动力系统共同构成了本发明的油电四驱混合动力汽车动力系统。
该动力系统的电控部分(控制系统)主要包括用于控制电机的电机控制器、用于控制发动机的发动机控制器、用于控制自动换档机构的自动换档机构控制器、用于控制电池的电池控制器以及用于控制上述各单元控制器的整车控制器，整车控制器通常可以通过CAN总线连接上述各单元控制器，进行相应的通信，也可以采用其他任意适宜的连接方式以实现相应的通信。依据现有技术或其他可能的技术，各单元控制器可以采集和/或生成用于整车控制器的各种车辆设备参数(包括数据、信息等，下同)和车辆运行参数(包括数据、信息等，下同)并传送给整车控制器，以便整车控制器对设备(包括相应的元件、装置和系统等)的完好性以及车辆运行状态(包括速度、加速度/扭矩需求、踏板开度以及变化趋势和变化速度、刹车板开度及其变换趋势和变化速度等的部分或全部)进行分析和判断，获得分析判断结果并依据设定的控制方式和控制条件进行相应的控制，其中各种参数的选用、分析和判断方式及算法、各种控制方式和控制条件等均可以根据实际需要确定。其中部分参数如果从各单元控制器中无法获得或者根据实际需要，还可以通过独立设置的相应传感器等信息采集装置进行采集并直接送给整车控制器。通过整车控制器可以完成整车工况判断和动力控制，并可以方便地实现前后驱动的动力子系统之间的相互配合和切换。
如图2所示，根据上述混合动力系统的结构以及控制要求，通过软件的设计，可以将整车控制器的控制模态分为如下7种控制模态：自检模态、纯电机驱动模态、纯发动机驱动模态、电机单驱动模态、发动机单驱动模态、电机-发电机双驱动模态以及断电模态。在整车控制器的控制下，本发明的控制系统和动力系统也可以分为相应的7个控制或工作模态。为表述上的便利，对于控制系统和动力系统的这7个模态也采用相同的名称。
如图3所示，混合动力整车上电后，整车控制器和控制系统首先进入自检模态，通过对设备参数的采集和分析，判断出各动力子系统是否能够正常工作。在自检中涉及的各种信息采集和运算分析可以由相应的各单元控制器完成，并将检测结果传递给整车控制器，也可以由各单元控制器将各自采集和/或生成的相关参数传递给整车控制器，由整车控制器完成运算分析，得出检测结果，还可以部分运算分析由各单元控制器完成，部分运算分析由整车控制器完成，这些任务分配可以通过相应的软件设计和硬件配置以任意的方式实现，可以采用现有技术。整车控制器用于运算分析的数据通常可来源于相应的各单元控制器，但根据需要，必要时也可以设置能够将数据直接发送给整车控制器的数据采集装置(各种传感器等)用于向整车控制器补充数据。
在自检模态的检测过程中，若发现其中的发动机动力子系统出错，为了保证驾驶安全性，混合动力车只进入纯电机控制的驱动方式，并且不再向发动机控制的驱动方式切换，相应地，整车控制器也进入纯电机驱动模态；若发现其中的电机动力子系统出错，则只进入纯发动机控制的驱动方式，并且不再向发动机控制的驱动方式切换，相应地，整车控制器进入纯发电机驱动模态；若检测结果是两个动力子系统均正常，则进入正常的控制状态；若两个动力子系统均出错，则车辆不能行驶。所述正常控制状态下有3个不同的控制模态：电机单驱动模态、发动机单驱动模态和电机-发动机双驱动模态。这3种控制模态在不同情况下依设定的切换条件可以进行切换。关掉点火钥匙(或按下关闭按钮等关闭车辆动力的操作，下同)时，整车控制器自动转入断电模态，切断各部分的电源，对于断电模态，可以根据实际数据保存的需要先进行数据保存，也可以依据实际需要而不进行数据保存，甚至还可以在不经过断电模态而直接断电。
以下对每一控制模态的功能和切换条件进行详细描述。
自检模态：
混合动力整车上电后，整车控制器和控制系统首先进入自检模态，对发动机控制器、电机控制器、自动换档机构控制器以及电池控制器等整车分布式网络下的所有组成单元发出自检命令，检测系统各部分上电和电池电压是否正常，对自动换档机构的极限位置进行自学习。自检过程结束后，根据检测结果自动选择并进入相应的控制模态。
纯电机驱动模态：
若自检发现发动机动力子系统出错，则进入纯电机控制模态。在该模态下，由电机提供整车扭矩输出，直到点火钥匙关闭进入断电模态，发动机不参与驱动。
纯发动机驱动模态：
若自检发现电机动力子系统出错，则进入纯发动机驱动模态。在该模态下，由发动机提供整车扭矩输出，直到点火钥匙关闭进入断电模态，电机不参与驱动。
电机单驱动模态：
自检结果为正常时自动转入该控制模态，或者在满足该模态的条件时由发动机单驱动模态或电机-发动机双驱动模态转入此模态。通常，这种控制模态适应于在较低车速和较小扭矩需求下的车辆行驶。由电机控制整车运行，驾驶员控制档位驱动状态(前进档、倒退档、空档)，根据汽车的扭矩需求控制踏板开度，实现正常的低速行驶。在满足其他控制模态的条件时，该模态可以相应地转入发动机单驱动模态或电机-发动机双驱动模态。
由发动机单驱动模态跳转至(切换到)电机单驱动模态的条件(即图3中条件⑤)通常可以为：车辆速度下降至一定程度的缓慢行驶。通常可以设定一个发动机-电机跳转速度上限，作为车辆缓慢行驶的运算依据，当车辆行驶速度小于或不大于所述的发动机-电机跳转速度上限时，进行由发电机单驱动模态向电机单驱动模态的跳转。发动机-电机跳转速度上限的设定应依据各种相关因素确定，例如电机的输出特性、发动机的输出特性、电机和发动机在相应速度范围内的驱动成本比较、电池和燃油的成本以及可获得性、对发动机尾气排放和环保要求等等，以便确定由发动机控制模态向电机控制模态跳转的最合理界限。根据发动机和电机的驱动特性，通常认为发动机适宜于较高速度的驱动，电机适宜于较低速度的驱动。所述设定的发动机-电机跳转速度上限可以是一个确定的速度值，也可以与其他参数相关的函数，还可以是一个表关系下与其他参数对应关系的多个数值，可以预先设置在系统中，也可以通过人工输入的方式随时变更，这些不同的设定方式可以依据现有技术或其他适宜的技术实现。作为不同模态之间跳转计算依据的其他参数上限和下限等，也均存在类似情况，不再一一赘述。
另外，由于车辆行驶过程中各参数是连续可变的，因此在实际参数恰好等于设定的相应上限或下限时是否进行相应的跳转通常对实际效果不产生实质性影响，因此可以根据软件设计人员的习惯和偏好任意选择，但值得注意的是，当某一个上限或下限是两种不同跳转的分界线时，则通常应当使一种跳转条件包括等于该上限或下限的情形，另一种跳转条件不包括等于该上限或下限的情形。
由电机-发动机双驱动模态跳转至电机单驱动模态的条件(即图3中条件②)通常可以为：扭矩需求量变小(直接表现为踏板开度变小)，车速缓慢。通常可以设定一个双驱动-电机跳转速度上限，作为车辆缓慢行驶的运算依据，当踏板开度减小且车辆行驶速度小于或不大于设定的双驱动-电机跳转速度上限时，由电机-发动机双驱动模态向电机单驱动模态跳转。
在电机单驱动模态下(纯电机驱动状态下也同样)，可以根据一定的条件在刹车时通过驱动轮带动电机转动给电池充电，其目的和原理是将制动能量转化为电能并存储于电池中，不符合该条件时结束充电状态，恢复单纯的单机驱动状态。在电机单驱动模态下充电的条件可以为：电池亏电、刹车且车辆速度大于或不小于设定的制动充电速度下限。因此在下列任一情况下应停止充电：扭矩需求趋向增加、或驾驶员松开刹车、或车速不大于或小于制动充电速度下限或者电池充满电。
也可以根据电机发电(充电)特性以及车辆对驱动的需求等因素进行选择其他适宜的条件，以便在不影响车辆行驶的情况下将制动能或其他机械能变为电能回馈给电池。
如图4所示，由其他模态切换到电机单驱动模态的过渡过程的控制算法通常可以为：发动机扭矩需求量逐渐递减至零，电机扭矩需求量逐渐递增至整车扭矩需求量，当电机控制逐渐取代发动机控制时，自动换档机构摘档，发动机关闭，该过渡过程完成。
发动机单驱动模态：
该模态下，由发动机控制整车运行，提供整车扭矩需求，并由TCU完成自动换档控制。在满足一定条件下，可以由电机-发电机双驱动模态跳转至此模态，或者由电机单驱动模态跳转至此模态，此模态也可以在一定条件下跳转至电机单驱动模态。
由其他模态跳转至发动机单驱动模态的条件通常可以为：
由电机-发动机双驱动模态跳转到发动机单驱动模态的条件(即图3中的条件③)通常可以为：车辆在电机-发动机双驱动模态中经过一段时间加速之后，踏板开度变小且车速增大到某值进行跳转。通常可以设定一个双驱动-电机跳转速度上限，作为车辆车速是否满足跳转要求的运算依据，当踏板开度减小且车辆行驶速度大于或不小于所述双驱动-电机跳转速度上限时，由电机-发动机双驱动模态向发动机单驱动模态跳转。跳转过程中可以使电机扭矩需求逐渐递减至零，自然过渡到发动机模态。
由电机单驱动模态跳转到发动机单驱动模态的条件(即图3中条件④)通常可以为：驾驶者意图加速，汽车加速行驶并达到一定的速度。通常可以设定一个电机-发动机跳转速度下限，作为车辆速度是否满足跳转要求的运算依据，车辆行驶速度大于或不小于所述电机-发动机跳转速度下限时，由电机单驱动模态向发动机单驱动模态跳转。
在发动机单驱动模态下，可以根据一定的条件在刹车时通过驱动轮带动电机转动给电池进行充电，还可以根据一定的条件在车辆以较高的速度行驶并且发动机输出有一定富余时，通过驱动轮带动电机转动给电池进行充电。当出现下列任意情形时，通常应结束充电状态，恢复单纯的发动机驱动状态：驾驶员有加速意图、或者踏板变化率为正且数值大、或者充电达到一定时间、或者电池充满、或者车速低于某限值不能再提供充电、或者松开刹车状态下车速低于某限值。
如图5所示，由其他模态跳转到发动机单驱动模态的控制算法和控制过程通常可以为：若跳转前一模态是电机-发动机双驱动模态，则必须经过电机关闭的过渡过程，再由发动机单独控制；若前一模态是电机单驱动模态，则必须经过发动机起动-电机关闭的过渡过程，最后由发动机单独控制。在充电状态下，如果要结束充电并恢复原来的发动机单驱动状态，则是经过充电检测后直接进入原来的发动机单驱动状态，由发动机控制车辆的扭矩需求。
如图6所示，发动机起动-电机关闭的过渡过程的控制算法和控制过程通常为：发动机的主继电器和发动机控制器(ECU)上电，等待匹配的发动机转速稳定，自动换档机构控制输出当前车速的匹配档位，此过程中由电机满足整车扭矩需求，之后，电机扭矩需求逐渐减小，发动机扭矩需求逐渐增加，直到完全由发动机提供整车扭矩需求，此时完成接管过程，电机控制器关闭。
电机-发动机双驱动模态：
当电机或发动机单独驱动不足以满足扭矩需求时，例如车辆在负载较大情况下起步或者爬坡时，可以由电机和发动机同时给整车提供扭矩。待扭矩满足需求且车速增加到一定速度后，扭矩需求减小，踏板开度需求量变小，则可以切换到适宜于相应情形下的发动机单驱动模态或电机单驱动模态。该模态可与电机单驱动模态相互跳转，也可以跳转到发动机单驱动模态，但通常不宜由发动机单驱动模态直接跳转到该模态。
由电机单驱动模态跳转到电机-发电机双驱动模态的条件(即图3中条件①)为：汽车扭矩需求量变大，表现为踏板开度大且正向变化快，但车速低且增加缓慢，说明此时单靠电机提供的功率无法满足驾驶要求。通常可以设定一个电机-双驱动跳转开度下限、一个电机-双驱动跳转速度上限和一个电机-双驱动跳转加速度上限，作为踏板开度是否大、车速是否低和车速增加是否缓慢的运算依据，当踏板开度大于或不小于设定的电机-双驱动跳转开度下限、车辆行驶速度小于或不大于设定的电机-双驱动跳转速度上限且车辆行驶加速度小于或不大于电机-双驱动跳转加速度上限时，由电机单驱动模态向电机-发动机双驱动模态跳转。通常，所述电机-双驱动跳转速度上限可以小于或不大于电机-发动机跳转速度下限，即当踏板开度加大并且车辆加速缓慢的情况下，在未达到向发动机单驱动模态之前就进行向双驱动模态的跳转，如果在电机单驱动模态下车速已经达到了向发动机单驱动模态跳转的条件，则通常不会再同时存在向双模态跳转的必要。
如图7所示，由电机单驱动模态跳转到电机-发动机双驱动模态的过渡过程的控制算法和控制过程为：发动机控制器(ECU)上电，发动机启动并逐渐提高转速至匹配转速，启动自动换档机构控制器(TCU)进行自动换档控制完成档位匹配，发动机扭矩需求逐渐增加，最大至踏板开度100％时的扭矩需求，从而提供给整车足够大甚至最大的扭矩输出。一旦扭矩需求开始降低或者降低到一定的程度，则将不满足该模态的条件，则应跳出电机-发动机控制双模态，根据跳转条件切换到其他相应的模态。
关于电机在驱动轮带动下发电并向电池充电的进一步说明：
充电的能量来源有两种情况，一通过制动能量回馈对电池充电，此时车速不能太缓慢；二是车速较高的平缓驾驶情况下将发动机输出的富余能量给电池充电。充电状态下，由驱动轮带动电机旋转给电池充电。充电完成后回到原控制模态的单纯的驱动状态下。充电可以在发动机单驱动模态和电机单驱动模态下进行，通常应满足下列条件：
在发动机单驱动模态下充电的条件一般可以为：前提是电池处于亏电状态且不满足向电机单驱动模态跳转的条件。在车辆高速平缓行驶的情况下，发动机在满足正常行驶的前提下通常会有富余的能量输出，由此可以通过电机将这些富余的能量转化成电能为电池充电；在刹车且车速不低于某限值(即具有相对符合电机发电和充电要求的车速)时，则可以通过电机将汽车机械能转化为电能为电池充电。
在电机单驱动模态下的充电条件一般可以为：电池处于亏电状态，且不满足电机跳转双模态或发动机模态，此时踩刹车制动，且车速不低于某限值(即具有相对符合电机发电和充电要求的车速)，则可以通过电机将制动能量转化为电能为电池充电。
如图8所示，充电的控制算法相应分为两种情况：若在电机单驱动模态下刹车或在发动机单驱动模态下刹车，对应制动能量回馈的情况，电机提供的是负功率；若在发动机单驱动模态下利用发动机的富余输出，对应车辆高速平稳行驶的情况下，发动机在满足正常行驶的前提下应有富余的能量输出，以便通过电机将这些富余的能量转化成电能为电池充电。
纯电机驱动模态在涉及充电方面，可以采用与电机单驱动模态相应的技术方案。
断电模态：
为保持控制系统正常的关闭，通常可以设置一个断电模态。在其他任一模态下，关闭启动后自动进入断电模态，将各组成部分的电源切断。当需要在切断电源前进行数据保存时，在切断电源前先自动保存需要保存的数据，当无须在切断电源前进行数据保存时，则直接将各部分的电源切断。
实际上，驾驶员关掉点火钥匙时，整车控制器和控制系统即可自动从当前模态进入断电模态。关闭整车动力控制系统的所有组成单元电源，如发动机主继电器、发动机控制器、电机控制器、自动换档机构控制器等的电源等。系统的PowerLatch功能可在切断电源之前自动保存重要数据，如故障信息、自学习极限值等。
本发明所称电池包括单独的电池，也包括电池组。车辆扭矩需求可以根据踏板开度和变化情况确定。
Claims (10)
1.一种油电四驱混合动力汽车动力系统，包括独立驱动的前驱动轮和独立驱动的后驱动轮，其特征在于还包括：
电机，用于驱动前驱动轮或后驱动轮；
发动机，用于驱动未被所述发动机驱动的后驱动轮或前驱动轮；
电机控制器，用于控制所述电机；
发动机控制器，用于控制所述发动机；
整车控制器，用于控制所述电机控制器和所述发动机控制器，
所述整车控制器根据车辆的设备参数和运行参数，确定车辆的驱动方式以及不同驱动方式之间的切换，并向相关的所述电机控制器和/或所述发动机控制器发出控制指令，所述驱动方式包括电机驱动方式、发动机驱动方式和电机-发动机双驱动方式，在所述电机驱动方式下，所述电机控制器根据所述整车控制器的控制指令控制所述电机工作；在所述发动机驱动方式下，所述发动机控制器根据所述整车控制器的控制指令控制所述发动机工作；在所述电机-发动机双驱动方式下，所述电机控制器和所述发动机控制器根据所述整车控制器的控制指令分别控制所述电机和所述发动机同时工作。
2.如权利要求1所述的油电四驱混合动力汽车动力系统，其特征在于所述电机通过电机传动机构连接由所述电机驱动的所述驱动轮，所述发动机通过发动机传动机构连接由所述发动机驱动的所述驱动轮，所述电机传动机构包括相互连接的电磁离合器和主减速器，所述电磁离合器连接所述主减速器的输入端，所述发动机传动机构设有自动换档机构，所述自动换档机构设有对其进行控制的自动换档机构控制器，所述电机连接有可以向所述电机供电并可以由所述电机充电的电池。
3.如权利要求2所述的油电四驱混合动力汽车动力系统，其特征在于所述电池设有电池控制器，所述电池控制器与所述整车控制器信号连接，用于向整车控制器传递电池参数信号并接受整车控制器的控制指令，根据整车控制器的控制指令控制电池的充放电状态，所述整车控制器根据电池参数和车辆运行状态确定是否由所述电机向所述电池充电，当电池亏电时，在刹车并且具有可以用于充电的制动能量时或者在发动机驱动方式下具有富余的能量输出时，向所述电池控制器发送充电指令，控制所述电池处于充电状态，所述驱动轮带动所述电机转动发电，将制动能量或发动机输出的富余能量转换为电能给所述电池充电。
4.如权利要求3所述的油电四驱混合动力汽车动力系统，其特征在于所述整车控制器通过CAN总线连接所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器、电池控制器以及显示仪表，通过CAN总线获得所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器和电池控制器采集和/或生成的所述车辆的设备参数和运行参数，并向所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器、电池控制器发送相应的控制指令，向所述仪表发送应用于进行显示的数据或信号，所述由电机驱动的驱动轮为后驱动轮，所述由发动机驱动的驱动轮为前驱动轮。
5.一种油电四驱混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于以电机和发动机作为独立的动力源，分别驱动车辆的前驱动轮和后驱动轮，采用电机控制器控制所述电机工作，采用发动机控制器控制所述发动机的工作，采用整车控制器控制所述发动机控制器和所述电机控制器工作，所述整车控制器具有下列控制模态：
(1)自检模态：启动后自动进入自检模态，进行涉及电机驱动和发动机驱动的检测，在检测结果正常的情况下，转入正常控制状态，在涉及电机驱动的检测结果正常而涉及发动机驱动的检测结果不正常的情况下，转入纯电机驱动模态，在涉及发动机驱动的检测结果正常而涉及电机驱动的检测结果不正常的情况下，转入纯发动机驱动模态；
(2)纯电机驱动模态：以电机为唯一的动力源，通过电机控制器控制电机工作，并且始终不与其他驱动模态切换；
(3)纯发动机驱动模态：以发动机为唯一的动力源，通过发动机控制器控制发动机工作，并且始终不与其他驱动模态切换；
(4)电机单驱动模态：为正常控制状态下的一种控制模态，以电机为唯一的动力源，通过电机控制器控制电机工作，并根据车辆运行参数进行驱动模态切换运算，当符合设定的切换条件时，切换为同属于正常控制状态下的其他相应驱动模态；
(5)发动机单驱动模态：为正常控制状态下的一种控制模态，以发动机为唯一的动力源，通过发动机控制器控制发动机工作，并根据车辆运行参数进行驱动模态切换运算，当符合设定的切换条件时，切换为同属于正常控制状态下的其他相应驱动模态；
(6)电机-发动机双驱动模态：为正常控制状态下的一种控制模态，同时以电机和发动机为动力源，通过电机控制器和发动机控制器分别控制电机和发动机同时工作，并根据车辆运行参数进行驱动模态切换运算，当符合设定的切换条件时，切换为同属于正常控制状态下的其他相应驱动模态。
6.如权利要求5所述的油电四驱混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于：正常控制状态下，在较低车速和较低扭矩需求时采用电机单驱动模态，在较高车速和/或较大扭矩需求时采用发动机单驱动模态，在更大扭矩需求时采用电机-发动机双驱动模态。
7.如权利要求5所述的油电四驱混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于：
由所述电机单驱动模态切换为发动机单驱动模态的切换条件为：车辆加速行驶且车辆行驶速度超过或不小于设定的电机-发动机跳转速度下限；
由所述电机单驱动模态切换为电机-发动机双驱动模态的切换条件为：踏板开度达到和/或超过设定的电机-双驱动跳转开度下限、车辆行驶速度小于或不大于电机-双驱动跳转速度上限且车辆行驶加速度小于或不大于电机-双驱动跳转加速度上限；
由所述发动机单驱动模态切换为电机单驱动模态的切换条件为：车辆行驶速度小于或不大于设定的发动机-电机跳转速度上限；
由所述发动机单驱动模态不直接切换为电机-发动机双驱动模态；
由所述电机-发动机双驱动模态切换为电机单驱动模态的切换条件为：踏板开度减小且车辆行驶速度小于或不大于设定的双驱动-电机跳转速度上限；
由所述电机-发动机双驱动模态切换为发动机单驱动模态的切换条件为：踏板开度减小且车辆行驶速度大于或不小于所述双驱动-电机跳转速度上限。
8.如权利要求7所述的油电四驱混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于：
由所述电机单驱动模态至发动机单驱动模态的切换经过发动机启动-电机关闭的过渡过程，该过渡过程为：发动机主继电器和发动机控制器上电，等待匹配的发动机转速稳定，自动换档机构控制器控制自动换档机构完成档位匹配，之后，电机扭矩需求量逐渐递减至零，发动机扭矩需求量逐渐递增至整车扭矩需求量，完成发动机对整车扭矩需求的接管过程，电机控制器关闭；
由所述电机单驱动模态至电机-发动机双驱动模态的切换过程为：发动机主继电器和发动机控制器上电，发动机启动并逐渐提高转速至匹配转速，启动自动换档机构控制器控制自动换档机构完成档位匹配，发动机扭矩需求量逐渐增大至所述扭矩需求量。
由所述发动机单驱动模态至电机单驱动模态的切换经过电机启动-发动机关闭的过渡过程，该过渡过程为：电机控制器上电，电机启动，发动机扭矩需求量逐渐递减至零，电机扭矩需求量逐渐递增至整车扭矩需求量，完成电机对整车扭矩需求的接管过程，自动换档机构摘档，关闭发动机；
由所述电机-发动机双驱动模态至电机单驱动模态的切换过程为：发动机扭矩需求量逐渐递减为零，电机扭矩需求量为或逐渐调整为整车扭矩需求量，完成电机对整车扭矩需求的接管过程，自动换档机构摘档，关闭发动机；
由所述电机-发动机双驱动模态至发动机单驱动模态的切换过程为：电机扭矩需求量逐渐递减至零，发动机扭矩需求量为或逐渐调整为整车扭矩需求量，完成发动机机对整车扭矩需求的接管过程，电机控制器关闭。
9.如权利要求5、6、7或8所述的油电四驱混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于：所述电机连接有可以向其供电也可以由其充电的电池，
在电机单驱动模态下和纯电机驱动模态下，在电池亏电、刹车且车辆速度大于或不小于设定的相应制动充电速度下限时，通过电池控制器控制所述电池处于充电状态，以与电机驱动连接的驱动轮带动电机转动，电机将制动能转换为电能给电池充电，在电池电量充满、或刹车板抬起、或车辆速度不大于或小于所述设定的制动充电速度下限时，停止充电；
在发动机单驱动模态下，在电池亏电、刹车且车辆速度大于或不小于设定的制动充电速度下限时，通过电池控制器控制电池进入充电状态，以与电机驱动连接的驱动轮带动电机转动，电机将制动能转换为电能给电池充电，在电池电量充满、或刹车板抬起、或车辆速度不大于或小于所述设定的制动充电速度下限时，停止充电；
在发动机单驱动模态下，在电池亏电、车辆速度大于或不小于设定的发动机充电速度下限时，通过电池控制器控制电池进入充电状态，以与电机驱动连接的驱动轮带动电机转动，电机将机械能转换为电能给电池充电，在电池电量充满、或车辆速度不大于或小于设定的发动机充电速度下限、或踏板开度不小于或大于设定的发动机充电踏板开度上限、或充电时间达到设定的充电限定时间上限时，停止充电。
10.如权利要求9所述的油电四驱混合动力汽车动力系统的控制方法，其特征在于：正常控制状态下，由所述自检模态直接转入的控制模态为电机单驱动模态，所述由电机驱动的驱动轮为后驱动轮，所述由发动机驱动的驱动轮为前驱动轮，所述发动机连接所述前驱动轮的传动机构设有自动换档机构，所述自动换档机构设有自动换档机构控制器，所述整车控制器通过CAN总线连接所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器、电池控制器以及显示仪表，通过CAN总线获得所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器和电池控制器采集和/或生成的车辆设备参数和运行参数，并向所述电机控制器、发动机控制器、自动换档机构控制器、电池控制器发送相应的控制指令，向所述仪表发送用于进行显示的数据。
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