CN101808871B - 油电混合动力车的动力结构及其运行控制方法 - Google Patents

油电混合动力车的动力结构及其运行控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种油电混合动力车的动力结构及其运行控制方法。该动力结构包括发动机(1)、由第一电机和第二电机组成的电机组、输出齿轮(9)、减速齿轮(8)、差速器(7)、主控单元(17)。第一、第二伺服驱动器(18、15)根据运行情况对第一、第二电机的耦合扭矩进行伺服控制；该主控单元用于根据发动机转速按预存的发动机最佳经济运行曲线计算相应的匹配扭矩，向第一伺服驱动器送出对应的扭矩设定，以及用于根据车的运行状况或驾驶要求对第二伺服驱动器送出扭矩设定。这种电机组件的伺服控制系统可实现发动机的工作点的独立调节，从而实现电机组件对发动机施加的负载扭矩的精确控制，因而可方便地将发动机控制在其最佳燃油效率曲线上以获得最经济运行。

Description

油电混合动力车的动力结构及其运行控制方法
技术领域
本发明涉及一种油电混合动力车的动力结构，具体涉及一种采用双电机的级联式电机组件及伺服系统的动力结构；本发明还涉及一种油电混合动力车动力结构的运行控制方法。
背景技术
纯燃油汽车因油耗大、废气排放量大日益引起人们的关注，研究表明油电混合动力车节油率可达50％以上、废气排放量明显降低，是目前比较现实、可行的节能车。油电混合动力车是以机械能和电能组合驱动的汽车，因其可调整发动机工作点、可回收制动能而提升了燃油能量的利用率，故节能且废气排放量低。现有的油电混合动力车有串联式、并联式、混和式三种常用的动力结构，这三种结构各有特点、也有其局限性。
图1是现有串联式动力结构与能量流向的示意性框图。其中发动机57与发电机56连接，机械动能全部用于发电机56发电，所发电能由控制器55分配，一部分提供给电动机53驱动汽车，另一部分流向蓄电池54储存，蓄电池54可按需提供部分能量；电动机53可四象限工作、可回收制动能并存入蓄电池54。其特点是：(1)电动机53直接驱动汽车因而发动机57工况与汽车工况独立，可以按需要调节发动机57工作点达到的节能目的；(2)发动机57动能全部经过发电机56、电动机53双重损失，即使发电机56、电动机53效率高达90％，发动机57动能用于驱动的效率只能达到81％，低速时总效率更低。(3)发动机57不直接驱动汽车，为保证汽车动力性，必须配备与发动机57功率相当的大功率发电机56、电动机53，因而动力结构的重量、造价增加，而且好不容易省下来的能量又被自重损耗掉。
图2是现有并联式动力结构与能量流向的示意性框图。其中发动机57与电动机53通过联轴器58后连接汽车驱动轴，发动机57动能可用于驱动汽车，电动机53可工作于四象限状态；发动机57、电动机53可以各自单独或共同工作驱动汽车，电动机53兼作发电机以回收制动能量并向蓄电池充电。其特点是：(1)发动机57转速仍随车速变化，通过电动机53调节发动机57的工作点效果有限，节能效果打折扣。(2)由于发动机57、电动机54共同驱动，汽车的动力性、特别是加速性得到提高，同时也存在着改配小排量发动机改善经济性的可能性。(3)发动机57与电动机53连轴比较复杂，一般还需配变速器，整体动力结构还是比较复杂。
图3是现有串并联混合式动力结构与能量流向的示意性框图。其在结构上综合了串联式和并联式的特点，与串联式相比，增加发动机57参与驱动从而改进了动力性；与并联式相比，增加电能的传递线路能方便地调节发动机57的工作点。性能比串、并联式有进一步提高，但结构上包含多个动力源联轴器和变速器59等，结构更复杂、控制更复杂，成本也更高，出现“省油不省钱”的状况。
申请于1997年7月22日并于1999年10月26日公开的日立公司的欧洲专利申请EP0820894A2公布了一种无级传动的混合动力方案，采用两个逆变器(inverter)对电机进行控制，该两个逆变器实际上为两个变频器。主、辅两台电机连接各自的变频器，在控制单元的控制下，实现在输入轴与输出轴之间的高效率无级调速和调扭矩；通过无级传动的齿轮比控制，使得电机系统工作于任意转矩和转速区域。但由于该专利申请采用的仍是变频器驱动方案，扭矩控制的精度和响应速度大打折扣。另外，通过调整无级传动比控制，发动机的速度和扭矩追随外负载的变化，从而不能实现发动机工作点不随外负载影响而稳定工作在最佳效率曲线上的效果，而是只能将发动机工作点调整到效率相对较高的三角形区域，然而在经济区域中还存在一条最佳经济运行线，在此运行线表征的转速-转矩匹配点上，燃油转化为机械能的效率最高。鉴于本发明申请只能将发动机的工作点调整到一个相对经济的运行区域，不能实现发动机工作点不随外负载影响而稳定工作在最佳效率曲线上的效果。因此，该专利申请调整发动机工作点实现节油仍有改进余地。再者，该专利申请在调整无级传动齿轮比时，试图宽范围地调整电机的转速和转矩输出，但该输出只能在电机的标称最大转速和转矩范围内，并且必须受变频器的最高输出电压和最大输出电流限制，如果要达到更好的动力性能，只能加大电机和变频器的容量。还有，该专利申请中储能蓄电池直接并接在连接两个变频器的公共直流母线上，运行动态过程对蓄电池的充放电过程不可避免，并且对蓄电池的充电或放电过程不直接可控，因此会产生不必要的充放电损耗，并可能因充放电电流不可控而带来损害。
申请于1997年3月7日并于1999年10月26日授权公告的丰田公司的美国专利US5973460A描述了一种由离合器电机和辅助电机组成的双电机结构。该专利文献所采用的第一驱动电路和第二驱动电路实际为两个变频器。在各自变频器的驱动下，实现启动时有足够输出但不致损坏电瓶，并且减小电机尺寸的目的。另外，该两个变频器通过对各自电机的扭矩进行调节，可以调整发动机的工作点，以便实现经济运行。但该专利在调整扭矩时采用的变频器技术不足以实现精确、快速调整。特别是在控制离合器电机时，采用了一种可旋转的变压器结构，以将电能从初级线圈通过电磁感应传送到次级线圈，试图在向旋转中的电枢绕组提供可靠的电流控制，但变压器的传输能量的模式决定了该结构不能在离合器电机两个转子之间的相对运动转速比较低的情况下进行有效的绕组电流控制，既而也就不可能对离合器电机进行精确的扭矩控制。具体而言，当其内转子和外转子的相对转速很低时，变压器将工作在频率很低的状态，电磁感应式的变压器在低频供电的情况下能量传递的效率以及单位体积能传递的能量大小都是是很低的，尤其是，当其内转子和外转子的相对转速为零时，变压器的原边和副边都将是直流(即电流交变频率为零)，安装于原边的第一驱动电路根本无法对变压器次边的电流(即电机绕组的电流)实施有效的控制，当然也就不能对电机实施有效的扭矩控制，当然也就不能使得发动机总是工作在最佳效率点。
综上，简言之，在混合动力车的动力传输问题上仍然存在如下问题：①如何让发动机工作在最佳经济运行曲线上，燃油利用率高；②如何在大多数运行情况下控制发电机发出的能量全部用于驱动电动机，避免向蓄电池充电和从蓄电池放电的充放电能量损耗；③如何获得更大的短时输出扭矩和扭矩变化梯度，提高车的加速性能和反应速度；④如何对输出扭矩进行精确快捷的调节，方便实现各种驱动控制策略。
发明内容
为了克服现有技术中发动机未能调节运行于最佳经济运行线的缺陷，以及当内转子和外转子的相对转速很低或者为零时不足以实现精确而快速地调整电机扭矩的缺陷，本发明提出一种油电混合动力车的动力结构，这种油电混合动力车的动力结构可实现发动机的工作点的独立精确调节，从而实现工作点不随外负载影响而稳定工作在最佳效率曲线上。并使得采用该级联式电机组件的伺服控制系统混合动力车输出的动力更具有灵活操控性。
本发明解决上述技术问题的方案是，提供一种油电混合动力车的动力结构，其包括：发动机、由第一电机和第二电机组成的电机组、输出齿轮、减速齿轮和差速器，其中第一电机包括彼此电磁耦合的第一转子和第二转子，第二电机包括彼此电磁耦合的定子和第三转子，第一转子的轴为该级联式电机组件的输入轴，第二转子的轴与第三转子共轴且作为该级联式电机组件的输出轴，第一转子的轴与发动机的输出轴直接连接，在第一、第二电机之间的输出轴上安装有输出齿轮，该输出齿轮经减速齿轮与差速器相连，该差速器与连接车轮的驱动轴相连。所述油电混合动力车的动力结构还包括主控单元、与该第一电机相关联的第一伺服驱动器和与该第二电机相关联的第二伺服驱动器，该第一伺服驱动器根据运行情况对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制；该第二伺服驱动器根据运行情况对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制；该主控单元用于根据发动机转速按预存的发动机最佳经济运行曲线计算相应的匹配扭矩，向第一伺服驱动器送出对应的扭矩设定，以及用于根据车的运行状况或驾驶要求对第二伺服驱动器送出扭矩设定。
与现有技术中基于变频器的控制方案相比，本发明采用了扭矩伺服控制，可以作到无论第一电机的第一、第二转子旋转与否、旋转相对速度如何，该电机对发动机施加的负载扭矩都可精确控制，因而可方便地将发动机控制在其最佳燃油效率曲线上以获得最经济运行。并且，第一伺服驱动器由于其本身的“伺服”控制特性从而可以精确控制第一电机，继而对第一电机进行精确的扭矩伺服控制。而在美国专利US5973460A中，其采用的方法是通过常规变频器的3-2及2-3矢量解析方法进行的，并且其离合器电机的控制甚至还插入了可旋转变压器这一个能量传输环节，这样的控制模式，至今未见有能够象本发明采用伺服控制技术一样能精确控制电机扭矩的理论分析与实际产品。
本发明进一步解决的技术问题是减少系统的能量耗散，该进一步所解决的技术问题是通过下面的进一步技术方案来实现的，即在所述第一转子和第二转子其中的一个上安装有永磁磁极，在所述第一转子和第二转子其中的另一个上安装有绕制在铁芯上的第一绕组；在所述第三转子和定子其中的一个上安装有永磁磁极，在所述第三转子和定子其中的另一个上安装有绕制在铁芯上的第二绕组。所述第一绕组通过安装在其所在轴上的集电环与第一伺服驱动器连接，以获得到第一伺服驱动器的控制电流；所述第二绕组布置在定子上并直接与第二伺服驱动器连接，或者布置在第三转子上并经安装在所述输出轴上的集电环与第二伺服驱动器连接。由于集电环采用导电体直接接触的方式，集电环的目的是将伺服驱动器送出的电流直接送到电机的相应绕组上，这种方式除摩擦发热和接触电阻发热外，几乎无能量损失。而在美国专利US5973460A中，其采用的变压器结构，即使能够在额定工作频率点(即内转子与外转子的相对转动速度为额定速度)传递能量，其能量传递效率也是不及本发明的。
根据本发明的另一个方面，油电混合动力车的动力结构还包括发动机控制单元，其可接受主控单元的信号，对发动机实施速度控制或启停控制。
根据本发明的另一个方面，在第一转子的轴上安装有第一速度/位置传感器，该第一速度/位置传感器连接到第一伺服驱动器；在第二转子与第三转子的共轴上安装有第二速度/位置传感器，该第二速度/位置传感器连接第一与第二伺服驱动器，该第一伺服驱动器响应于扭矩设定及该第一、第二速度/位置传感器的反馈信号对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制，以实现发动机工作点独立于整车运行状态的独立调节；该第二伺服驱动器响应于扭矩设定及该第二速度/位置传感器的反馈信号对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制，以实现第二电机对整车的驱动。
根据本发明的另一个方面，所述第一电机为永磁同步电机，其中在所述第一转子和第二转子其中的一个上安装有永磁磁极，在所述第一转子和第二转子其中的另一个上安装有绕制在铁芯上的第一绕组；所述第二电机为永磁同步电机，其中在所述第三转子和定子其中的一个上安装有永磁磁极，在所述第三转子和定子其中的另一个上安装有绕制在铁芯上的第二绕组。
根据本发明的另一个方面，所述第一、第二电机是永磁同步电机或无刷直流电机。
根据本发明的另一个方面，第一伺服驱动器和第二伺服驱动器通过公共直流母线连接，公共直流母线还连接储能单元，用以根据主控单元要求和自身充放电策略从直流母线获取电能存储于其内，或从其内获取电能输送至直流母线。所述储能单元包括电容、蓄电池及其充放电控制和保护线路。
根据本发明的另一个方面，所述主控单元主体为计算机，其存储有油门踏板开度与驱动扭矩设定值关系数据、储能单元电压与充电需求功率关系数据，以及制动踏板开度与制动扭矩关系数据、变速控制程序，该主控单元外部连接油门踏板开度传感器、制动踏板角度传感器、各种控制命令开关。控制单元根据其内部存储的以下数据中的至少一个来控制第一伺服驱动器和/或第二伺服驱动器，进而控制第一电机和/或第二电机的运行：发动机最佳效率曲线上的转速-扭矩匹配数据、最佳效率曲线的经济运行区的功率上限和下限值、油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系数据、储能单元电压与充电需求功率关系数据、制动踏板角度与制动扭矩关系数据以及变速控制程序。
根据本发明的另一个方面，当对混合动力车实施启动时，主控单元控制第一伺服驱动器，使第一电机的第一转子和第二转子之间相互作用扭矩为零，并且根据油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系通过第二伺服驱动器对第二电机进行扭矩控制，输出启动运转扭矩；启动后，当驱动功率需求与储能单元充电功率需求之和大于预置的门限值时，通知发动机控制单元启动发动机运行；
根据本发明的另一个方面，当对混合动力车实施正常行车驱动时，主控单元一方面通过第一电机系统控制发动机运行于最佳经济运行曲线上，一方面根据驾驶需求控制第二电机系统的输出扭矩。在大多数运行情况下，第一电机系统发电功率全部被用于第二电机系统驱动，或第二电机系统发电功率全部被用于第一电机系统驱动，除非储能单元根据自身控制策略或受主控单元指令而主动提出充放电要求，所有发电能量不经过储能单元的充放电过程。
根据本发明的另一个方面，当对混合动力车实施制动时，主控单元根据制动踏板角度控制第一电机系统输出零扭矩或不至于使得发动机熄火的与发动机转向相同的负载扭矩对混合动力车实施有限制动力制动，并且根据制动踏板角度与制动扭矩关系通过第二伺服驱动器控制第二电机对外输出制动扭矩。
根据本发明的另一个方面，制动时，外负载动能通过第一电机系统或第二电机系统转化为电能并且将电能输送到直流母线上，储能单元主动从公共直流母线获取电能储存至其内。
根据本发明的另一个方面，如果在制动时，回收电能功率过大使储能单元的充电过程来不及吸收此能量，导致直流母线电压上升至预定值；或回收能量过多，储能单元不足以存储这些能量导致直流母线电压上升至预定值时，储能单元内部的能量泄放保护装置会启动泄放，将多余电能经制动电阻转变为热能消耗掉。
根据本发明的另一个方面，倒车时，主控单元根据反向运行需求、油门踏板角度控制第一伺服驱动器，使第一电机的第一转子和第二转子之间相互作用扭矩为零；并且根据油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系通过第二伺服驱动器控制第二电机输出倒车驱动扭矩。
根据本发明的另一个方面，当双电机输出轴的总输出扭矩与车的负载扭矩大小之间发生相对变化，则车速自动无级变化，总输出扭矩只受主控单元及各伺服驱动器控制，与车速不直接关联。
根据本发明的再一个方面，当驾驶者改变油门踏板角度，则发动机转速相应变化，第一电机透过扭矩亦相应变化，同时主控单元控制第二电机系统输出相应扭矩，以可实现输出扭矩的无级调整。主控单元根据油门踏板的角度和角度的变化快慢以及第二电机系统的短时过载能力，控制第二电机系统输出短时过载扭矩，以提高整车的动力性能和操作灵敏性。
该油电混合动力车的动力结构进一步优点为：该第一、第二电机的磁场相互独立，因此可互不干扰地独立地对发动机伺服加载适当扭矩，使发动机工作于最佳效率曲线上，消耗等量燃油获得更大的动能；能使发动机动能以电磁直接耦合和电能相结合传递以提高传递效率、回收制动能量提高能量利用率，总体提升燃油化学能利用率；整车的多个动力可灵活组合而获得更好动力性能；通过对双电机的伺服控制实现连续、快速变速和变矩；再者，取消了离合器、变速箱，多个动力源以电磁力无齿轮耦合，使整车的机械结构简化，便于加工，成本低，适合于推广应用。
本发明还提供一种油电混合动力车的动力结构的控制运行方法：其中，所述油电混合动力车的动力结构包括：发动机、由第一电机和第二电机组成的电机组、输出齿轮、减速齿轮和差速器，其中第一电机包括彼此电磁耦合的第一转子和第二转子，第二电机包括彼此电磁耦合的定子和第三转子，第一转子的轴为该级联式电机组件的输入轴，第二转子的轴与第三转子共轴且作为该级联式电机组件的输出轴，第一转子的轴与发动机的输出轴直接连接，在第一、第二电机之间的输出轴上安装有输出齿轮，该输出齿轮经减速齿轮与差速器相连，该差速器与连接车轮的驱动轴相连，所述油电混合动力车的动力结构还包括主控单元、与该第一电机相关联的第一伺服驱动器和与该第二电机相关联的第二伺服驱动器，所述运行控制方法包括以下步骤：该主控单元根据发动机转速按预存的发动机最佳经济运行曲线计算相应的匹配扭矩，向第一伺服驱动器送出对应的扭矩设定，并根据车的运行状况或驾驶要求对第二伺服驱动器送出扭矩设定；该第一伺服驱动器根据运行情况对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制，该第二伺服驱动器根据运行情况对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制。
根据本发明运行控制方法的一个方面，对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制的步骤包括以下步骤：第一伺服驱动器从第一速度/位置传感器获取第一转子的绝对位置信号θ1，从第二速度/位置传感器获取第二转子的绝对位置信号θ2，求取第一转子相对于第二转子的位置角度(θ1-θ2)；按电流矢量与反电势矢量同相位的原则获取第一绕组电流矢量的方向；读取来自控制单元的扭矩设定值，计算电流矢量的大小；求取三相电流的瞬时给定值ia1、ib1、ic1；分别进行三相电流闭环控制；以及驱动功率放大电路。其中，当对混合动力车实施启动时，主控单元控制第一伺服驱动器，使第一电机的第一转子和第二转子之间相互作用扭矩为零。
根据本发明运行控制方法的另一个方面，对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制的步骤包括以下步骤：第二伺服驱动器从第二速度/位置传感器获取第三转子的绝对位置信号θ2；按电流矢量与反电势矢量同相位的原则获取第二绕组电流矢量的方向；读取来自控制单元的扭矩设定值，计算电流矢量的大小；求取三相电流的瞬时给定值ia2、ib2、ic2；分别进行三相电流闭环控制；以及驱动功率放大电路。其中，当对混合动力车实施启动时，根据油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系通过第二伺服驱动器对第二电机进行扭矩控制，输出启动运转扭矩。
根据本发明运行控制方法的再一个方面，当对混合动力车实施正常行车驱动时，主控单元一方面通过第一电机系统控制发动机运行于最佳经济运行曲线上，一方面根据驾驶需求控制第二电机系统的输出扭矩。在大多数运行情况下，第一电机系统发电功率全部被用于第二电机系统驱动，或第二电机系统发电功率全部被用于第一电机系统驱动，除非储能单元根据自身控制策略或受主控单元指令而主动提出充放电要求，所有发电能量不经过储能单元的充放电过程。
附图说明
图1是现有串联式动力结构与能量流向的示意性框图。
图2是现有并联式动力结构与能量流向的示意性框图。
图3是现有串并联混合式动力结构与能量流向的示意性框图。
图4是本发明油电混合汽车的动力结构的示意图。
图中，元件和附图标记的对应关系如下：
1：发动机  2：发动机输出轴  3：第一速度/位置传感器  4：第一转子  5：第二转子  6：集电环  7：差速器  8：减速齿轮  9：输出齿轮  10：输出轴  11：定子  12：第三转子  13驱动轴  14：第二速度/位置传感器  15：第二伺服驱动器  16：公共直流母线  17：主控单元  18：第一伺服驱动器  19：储能单元  20：发动机控制单元  51：差速器；52：传动轴；53：电动机；54：蓄电池；55：控制器总成；56：发电机；57：发动机；58：联轴器；59：变速器及联轴器
具体实施方式
本发明油电混合动力车的动力结构实施例如下：
如图4，油电混合动力车的动力结构包括发动机1、双电机伺服装置、输出传动系、发动机控制单元20、储能单元19和主控单元17等主要部分。双电机伺服装置包括第一、第二两台三相永磁同步电机以及第一伺服驱动器18、第二伺服驱动器15，第一电机包括第一转子4和第二转子5，第一转子4嵌有永磁磁极，第二转子5铁芯上安装有电机绕组。第一转子4的轴为双电机的输入轴，与燃油发动机1的输出轴2直接连接。第二转子5的轴是双电机输出轴10。第二电机包括第三转子12和定子11，定子11固定于机壳，第三转子12嵌有永磁磁极，定子11上安装有电机绕组。第二电机第三转子12与第一电机第二转子5共输出轴10，与输出齿轮9连接。输出齿轮9经减速齿轮8与差速器7相连，差速器7接驱动轴13，驱动轴13外部连接车轮。第一、第二速度/位置传感器3和14分别安装于第一电机第一转子轴2和第二电机第三转子的轴10上，第一速度/位置传感器3连接第一伺服驱动器18，第二速度/位置传感器连接第一、第二伺服驱动器18和15。第一伺服驱动器18通过集电环6与第一电机第二转子5的绕组电气连接，第二伺服驱动器15直接连接第二电机的定子绕组11。第一伺服驱动器18和第二伺服驱动器15通过公共直流母线16连接。
主控单元17连接第一、第二伺服驱动器18和15，第一、第二速度/位置传感器3和14接入主控单元13。公共母线16还连接储能单元19，储能单元19内包含电容、蓄电池及其充放电控制和保护线路；储能单元19的蓄电池电压信号接入主控单元；主控单元17连接发动机控制单元20，发动机控制单元2控制燃油发动机运行；主控单元17主体为计算机，主控单元内存储有燃油发动机最佳效率曲线上的转速扭矩匹配数据，还存储有油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系数据、蓄电池电压与充电需求功率关系数据，制动踏板角度与制动扭矩关系数据等。主控单元外部连接油门踏板角度传感器、制动踏板角度传感器、各种控制命令开关。
下面按照表现形式，对本发明油电混合动力车的动力结构及其运行控制方法、机理及其有益效果进行详细描述。
1、节能运行方法：
①按发动机最佳效率曲线的要求调整工作点，提高发动机效率：发动机控制单元20按常规控制燃油发动机1工作，油门踏板角度变化时，发动机1转速随之变化，本机构的第一电机第一转子4随之同步转动，主控单元17由第一速度/位置传感器3获得当前发动机1的转速、按预存的发动机最佳效率运行曲线的转速-扭矩关系数据求取当前转速的匹配扭矩T、并以此向第一伺服驱动器18提供设定扭矩，第一伺服驱动器18根据该扭矩设定值和通过第一速度/位置传感器3和第二速度/位置传感器14获得第一、第二转子的相对位置信号，通过集电环6向电机第二转子5的绕组动态输出相应的电流矢量、对第一电机进行扭矩伺服控制，使第一电机第二转子5对第一转子4即对发动机1的输出轴2施加与发动机轴转向相反的相应扭矩。发动机轴承受的扭矩大小等于第一电机施加的扭矩，与外负载无直接关联。主控单元17动态获取当前发动机1的转速、按预存的发动机最佳效率运行曲线的转速-扭矩关系规律给燃油发动机施加扭矩，可使发动机始终处于最佳效率运行曲线上，输出相同的机械功率损耗最少的燃油。
②采取动能透过式传递、全额电能直接传递，提高发动机输出动能的利用率：当第一电机第二转子5对第一转子4施加与发动机1输出轴2转向相反的相应扭矩时，由于作用力与反作用力的关系，第二转子5也受到同样大小、与发动机轴转向相同的反作用扭矩，第二转子5的输出轴10同时也对最终负载输出同样大小的扭矩。
当第一伺服驱动器18控制第一电机对燃油发动机1输出轴2施加扭矩T(N.m，牛米)时，发动机轴的旋转速度为N1(rpm，转/分钟)，第一电机第一转子4从发动机1获得的机械功率P1＝T×N1/9550(kW，千瓦)，9550为单位换算系数。当第一电机第二转子5向第一转子4施加与第一转子4转动方向相反的力矩时，第一转子4也同时向第二转子5施加大小相等、方向相反的力矩，即此时第二转子5同时受到T(N.m)的电磁扭矩，方向与第一转子4旋转方向相同。若第二转子5转动的转速为N2(rpm)，则第二转子5对外输出的机械功率P2＝T×N2/9550(kW)。
当N1＞N2时，此功率P2是本机构控制过程中从发动机1经第一转子4和第二转子5的电磁耦合直接透过的机械功率，称为透过功率。透过功率无任何衰减，100％地送达最终负载。第一电机第一转子4从发动机1获得的机械功率一部分为第二转子5输出的机械功率，另一部分用于发电。第一电机用于发电的功率P3＝P1-P2＝T×(N1-N2)/9550(kW)，第一电机用于发电的功率乘以第一电机及第一伺服驱动器18的综合效率η1即为电机输出到公共直流母线16的电功率P4，P4＝η1×T×(N1-N2)/9550(kW)。主控单元17依据此部分电功率全部被综合效率为η2的第二伺服驱动器15及第二电机吸收并转化为机械功率的原则，依据当前施加的发动机轴扭矩T、当前发动机转速N1、第二转子输出轴10转动的转速为N2以及第一、第二电机和伺服驱动器的综合效率η1、η2求取第二伺服驱动器的设定扭矩，第二伺服驱动器15通过第二速度/位置传感器14得到第二电机第三转子12的位置信号，按该扭矩设定值和第三转子12的位置信号对第二电机的定子11上的绕组加载相应的电流矢量，对第二电机进行伺服控制并输出相应的扭矩。第二电机将第一电机当前送入公共直母线16的全部电能转化为动能从第三转子轴10上输出，与第一电机的第二转子5一起通过输出齿轮9带动减速齿轮8和差速器7直至驱动轴。第一电机所发电直接提供给第二电机，避免了经过储能单元19的蓄电池充电、再放电的双重损耗，能量利用率更高，称为电能直传；第二电机提供给输出轴10的机械功率P5＝P4×η2＝η2η1×T×(N1-N2)/9550(kW)，在此方案下，外部负载获得的总驱动功率Po＝P2+P5＝T×N2/9550+η2η1×T×(N1-N2)/9550(kW)＝η1η2P1+(1-η1η2)P2。假定发电机、电动机综合效率分别相同，外部负载比发动机--发电机--电动机串联式动力机构多得(1-η1η2)P2功率。
当N1＝N2时，功率P1＝P2，即发动机1输出的机械功率全部被第一电机的电磁耦合直接透过到双电机输出轴10，此时第一电机驱动系统仅消耗维持电流所需的少量电能。此状态下，除非主控单元17的控制策略认为必要，第二电机工作于零功率输出状态，不消耗电功率。
当N1＜N2时，功率P1＜P2，即发动机1输出的机械功率全部被第一电机的电磁耦合直接透过到双电机输出轴10，同时第一电机系统还从公共直流母线16吸收电能，并转化为动能叠加至双电机输出轴10。第一电机系统的透过能量的功率为P1，电动输出的功率为P2-P1，从直流母线16取用的电功率为(P2-P1)/η1。此时，在主控单元17的控制策略的控制下，第二电机系统的工作状态有三种情况：其一，第二电机系统从公共直流母线16吸收电能，转化为动能从双电机输出轴10上输出，此时储能单元19从蓄电池送出电能至母线16供双电机使用；其二，第二电机对输出轴10施加与旋转方向相反的扭矩，从输出轴截留部分动能转化为电能送到母线16，转而由第一电机系统使用，此时储能单元19不参与能量存取；其三，第二电机系统输出零扭矩，不参与驱动或发电，此时储能单元19从蓄电池送出电能至母线16供第一电机使用。
③回收制动能：混合动力车制动时，主控单元17从外部连接的制动踏板角度传感器获得制动信号，可分别控制第一电机制动、第二电机制动或双电机制动。第一电机制动时，发动机1继续转动，主控单元17向第一伺服驱动器18设定负的设定扭矩，第一伺服驱动器18控制第一电机第二转子5向第一转子4施加与发动机转向相同的扭矩，让发动机工作在顺拖负载状态，这样，第二转子5输出轴上受到的扭矩即与正常的驱动方向相反，进入制动状态。第一电机制动时，主控单元17须控制制动力矩不得过大以免发动机死火，因此，此制动状态相当于传统汽车的带档滑行时的发动机粘滞制动。第二电机制动时，主控单元17送给第一伺服驱动器18的扭矩设定信号为零，第一伺服驱动器18控制第一电机输出扭矩为零，使发动机1与双联永磁同步电机输出轴10隔离。主控单元17按制动踏板角度与预存的扭矩需求关系数据求取给第二伺服驱动器15制动扭矩设定信号，第二伺服驱动器15根据第二速度/位置传感器14获得的第三转子位置信号及主控单元17提供的制动扭矩设定值给第二电机的定子11加载电流矢量进行扭矩伺服控制，使得双联永磁同步电机输出轴10对外施加制动扭矩。第一、第二电机同时制动状态即同时控制两者的制动扭矩。
制动状态的电机都工作在发电机状态，双联永磁同步输出轴10从外负载驱动轴13得到的动能，被转化为电能经各伺服驱动器送入公共直流母线16；储能单元19根据制动情况从公共直流母线16获取电能，按其充电控制规律将电能在内部电容上储存或向蓄电池充电，达到回收制动能量的目的。当回收的制动能量导致公共直流母线电压升高超过预定电压值时，储能单元19启动其内的能量泄放通道，将多余电能通过电阻转变为热能泄放，直至其电压降到预定的安全值。
2、多个动力源以电磁方式耦合、组合：
在本电磁直耦式动力结构中，有发动机1、第一和第二伺服电机三个动力源。发动机1的输出扭矩是通过其轴上的第一电机第一转子4以电磁力方式经第二转子5、双电机输出轴10、输出齿轮9、减速齿轮8、差速器7、车轮驱动轴13传递的，发动机1施加给双电机输出轴10的扭矩等于第一伺服驱动器18经过第一电机的第二转子5施加在第一转子4上的扭矩Ta；第二电机作用于双电机输出轴10的扭矩等于第二电机定子11作用于第二电机第三转子12的电磁扭矩Tb；双电机输出轴的输出扭矩即本动力结构的输出扭矩To＝Ta+Tb；三个动力源不通过齿轮等机械结构耦合、而是以电磁方式巧妙地耦合到共同的输出轴进而驱动汽车，动力结构的连接比串、并联及混联式简单。主控单元17依据外部控制要求和内部控制程序向第一、第二伺服驱动器18、15提供相应的设定信号，使三个动力源以电磁力单独或组合作用在双电机输出轴10上，通过输出轴10上的输出齿轮9、减速齿轮8、差速器7、驱动轴13驱动汽车，实现汽车起步、稳定运行、短时高倍过载运行、倒车运行。
①汽车起步：此时发动机1未启动，第一转子4静止。主控单元17从外部连接的控制开关和油门踏板角度传感器获得起步信号，主控单元17给第一伺服驱动器18提供零扭矩设定信号，对第一电机进行扭矩伺服控制，使第二转子5与第一转子4相互作用扭矩为零，使发动机1与双联永磁同步电机输出轴10隔离，即与车轮驱动轴13隔离；同时，主控单元17依据预存油门踏板角度与驱动扭矩关系数据求取第二伺服驱动器15的设定信号Tb，第二伺服驱动器15通过公共直流母线16汲取由储能单元19提供的电能，根据第二速度/位置传感器14的信号和主控单元17提供的扭矩设定，对第二电机的定子11上的绕组加载电流矢量，第二电机工作于电动机状态，将电能转化为动能，通过双联永磁同步电机输出轴10、输出齿轮9、减速齿轮8、差速器7、驱动轴13驱动汽车运行；此状态下运行储能单元19蓄电池的电压将逐渐下降；主控单元17根据第二速度/位置传感器14获得双联永磁同步电机输出轴10转速，按此转速和第二电机输出扭矩Tb求取当前的实际驱动功率、按第一、第二电机的综合效率求取总驱动需求功率；主控单元17还从储能单元19的蓄电池电压信号及预存的蓄电池电压与充电需求功率关系数据获得充电需求功率；当前总驱动需求功率与充电需求功率之和即是对发动机的总功率需求，当对发动机的总功率需求值大于预存门限值时，主控单元17控制发动机控制单元20启动发动机1，转按②方式进行稳定运行。
②稳定运行：发动机1在发动机控制单元20控制下正常运行，主控单元17按上述第1条的方法控制发动机1运行。
③短时高倍过载运行：主控单元17等时间间隔读取外部的油门踏板传感器角度信号，并计算出油门踏板传感器角度的变化梯度信号，依据预存的油门踏板角度及其变化梯度信号与短期高倍扭矩关系，求取第二电机过载运行扭矩，第二伺服驱动器15从公共母线16吸取第一电机发电和储能单元19提供的能量，按此设定值对第二电机进行扭矩伺服控制、将短时过载运行的扭矩施加到双联永磁同步电机的输出轴10，与第一电机透过的扭矩一起驱动汽车，以快速响应驾驶者对大驱动扭矩的瞬间需求，而在此过程中，主控单元17仍按最佳效率曲线和经济运行控制的要求求取第一伺服驱动器18的扭矩设定值，按上述第1条所描述的方法使发动机1运行在最佳效率曲线上。
④倒车运行：主控单元17依据外部连接的控制开关和油门踏板角度传感器获得倒车信号和油门踏板角度信号，主控单元17给第一伺服驱动器18提供零扭矩设定信号，第一伺服驱动器18依此对第一电机进行扭矩伺服控制，使第二转子5与第一转子4相互作用扭矩为零，使发动机1与双联永磁同步电机输出轴10隔离，即与车轮驱动轴13隔离；同时，依据预存的油门踏板角度与驱动扭矩的关系数据求取第二伺服驱动器15的扭矩设定信号，第二伺服驱动器15控制第二电机输出相应的反向扭矩驱动输出轴反向运转，此时车轮驱动轴倒转、汽车倒车。
⑤由于双电机的输出轴10输出扭矩To＝Ta+Tb，主控单元17按控制需要加大第二伺服驱动器的扭矩设定值Tb，第二伺服驱动器12除了从公共母线吸取第一电机发电送来能量，还从储能单元19吸取能量驱动第二电机对双联永磁同步电机施加更大的扭矩，使双联永磁同步电机的输出扭矩To可以大于所配发动机的输出扭矩；由于电机具备数倍短期过载运行的能力，主控单元短期按控制需要和过载能力允许值加大第二伺服驱动器的扭矩设定值Tb，To短期值可以远大于所配发动机的最大输出扭矩；双电机输出扭矩变化梯度电机取决于电流矢量变化梯度、通常在毫秒级可由零上升到额定值，因而双电机的输出扭矩上升梯度远大于发动机的。采用本发明方案，当配备总功率与发动机容量相当的双电机时，双电机输出轴比发动机可以获得更大的短时扭矩、更快的扭矩上升梯度，整车的动力性能更好。若仅要求具备相同的动力性，采用本发明的动力装置，存在着改配小排量发动机、小容量双电机以改善经济性的可能。
3、变矩和变速：
发动机控制单元20按常规控制方式使发动机1转速跟随外部连接的油门踏板变化，主控单元17由第一速度/位置传感器3获得当前发动机的转速、按预存的发动机最佳效率运行曲线的转速-扭矩关系数据求取当前转速的匹配扭矩、并以此向第一伺服驱动器18提供设定扭矩，第一伺服驱动器18根据该扭矩设定值和通过第一速度/位置传感器3和第二速度/位置传感器14获得第一、第二转子的相对位置信号，通过集电环6向电机第二转子5的绕组动态输出相应的电流矢量、对电机进行扭矩伺服控制，使第一电机第二转子5对第一转子4即发动机1的轴2施加与发动机轴转向相反的相应扭矩。发动机轴2承受的扭矩大小等于第一电机施加的扭矩，与外负载无直接关联。主控单元17动态获取当前发动机1的转速、按预存的发动机最佳效率运行曲线的转速-扭矩关系规律给燃油发动机施加扭矩，可使发动机1始终处于最佳效率运行曲线上，输出相同的机械功率损耗最少的燃油。此时，第一电机第二转子5将同样大小的扭矩直接送达双电机输出轴10、经过输出齿轮9、减速齿轮8、差速器7、车轮驱动轴13驱动车辆运行。与此同时，第一电机将来自发动机1的多余动能转化为电能输送到直流母线上。主控单元17按发动机转速、第一电机第二转子5转速、第一电机施加给发动机的扭矩、第一电机和第一伺服驱动器18的综合发电效率计算第一电机发电送到公共母线16的电功率，根据第二电机和储能单元19用电功率之和等于第一电机发电功率的原则求取B伺服驱动器15的扭矩设定值，或还有分配给储能单元19的充电功率。第二伺服驱动器15通过第二速度/位置传感器14得到第二电机第三转子12的位置信号，按上述主控单元17给出的扭矩设定值和第二电机第三转子12的位置信号对第二电机进行扭矩伺服控制，对输出轴10加载相应的扭矩。第二伺服驱动器15从公共母线吸取能量经第二电机转换为机械能，与发动机1通过第一电机透过的功率一起经过双电机输出轴10、输出齿轮9、减速齿轮8、差速器7、车轮驱动轴13驱动车辆运行。当双电机输出的合成扭矩与行驶阻力的相对大小发生变化时，双电机驱动扭矩受其伺服驱动器伺服控制，与转速无关，由此达到自动变速目的；当主控单元17按驾驶需求和发动机1最佳效率运行的需求改变双电机系统扭矩设定时，伺服驱动器实现装置变矩的目的。
4、简化动力结构
第一、第二电机的共轴是双联永磁电机的输出轴10，发动机1、第一、第二电机三个动力源是以电磁力耦合到双联永磁电机的输出轴10，简化了动力源间的机械连接；发动机的输出轴2与双电机的输出轴10、差速器7、驱动轴13无直接机械连接，发动机1的动力是通过第一电机的第一转子4向第二转子5、向双电机的输出轴10耦合的，主控单元17依据隔离、接合过程的电磁扭矩变化规律向第一伺服驱动器18提供设定扭矩并控制第一电机向发动机轴2施加相应的扭矩，可以实现发动机轴2和双电机轴10隔离或按规律接合，因此取代了传统的离合器；主控单元17可以通过第一、第二伺服驱动器18、15对双联永磁同步电机进行宽扭矩、宽速度范围的快速调节，取代了传统的有级或连续变速装置，本动力结构的减少了离合器、变速器行星齿轮等运动部件，减少了离合器和变速器的操控机构，使动力结构大大简化。

Claims (36)

1.一种油电混合动力车的动力结构，包括：发动机、由第一电机和第二电机组成的电机组、输出齿轮、减速齿轮和差速器，其中第一电机包括彼此电磁耦合的第一转子和第二转子，第二电机包括彼此电磁耦合的定子和第三转子，第一转子的轴为该级联式电机组件的输入轴，第二转子的轴与第三转子共轴且作为该级联式电机组件的输出轴，第一转子的轴与发动机的输出轴直接连接，在第一、第二电机之间的输出轴上安装有输出齿轮，该输出齿轮经减速齿轮与差速器相连，该差速器与连接车轮的驱动轴相连，其特征在于：
所述油电混合动力车的动力结构还包括主控单元、与该第一电机相关联的第一伺服驱动器和与该第二电机相关联的第二伺服驱动器，该第一伺服驱动器根据运行情况对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制；该第二伺服驱动器根据运行情况对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制；该主控单元用于根据发动机转速按预存的发动机最佳经济运行曲线计算相应的匹配扭矩，向第一伺服驱动器送出对应的扭矩设定，以及用于根据车的运行状况或驾驶要求对第二伺服驱动器送出扭矩设定。
2.根据权利要求1所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：还包括发动机控制单元，其接受主控单元的信号，对发动机实施速度控制或启停控制。
3.根据权利要求1所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：在第一转子的轴上安装有第一速度和位置传感器，该第一速度和位置传感器连接到第一伺服驱动器；在第二转子与第三转子的共轴上安装有第二速度和位置传感器，该第二速度和位置传感器连接第一与第二伺服驱动器，该第一伺服驱动器响应于扭矩设定及该第一、第二速度和位置传感器的反馈信号对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制，以实现发动机工作点独立于整车运行状态的独立调节；该第二伺服驱动器响应于扭矩设定及该第二速度和位置传感器的反馈信号对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制，以实现第二电机对整车的驱动。
4.根据权利要求1所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：所述第一电机为永磁同步电机，其中在所述第一转子和第二转子其中的一个上安装有永磁磁极，在所述第一转子和第二转子其中的另一个上安装有绕制在铁芯上的第一绕组；所述第二电机为永磁同步电机，其中在所述第三转子和定子其中的一个上安装有永磁磁极，在所述第三转子和定子其中的另一个上安装有绕制在铁芯上的第二绕组。
5.根据权利要求4所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：所述第一绕组通过安装在其所在轴上的集电环与第一伺服驱动器连接，以获得到第一伺服驱动器的控制电流；所述第二绕组布置成以下情形之一：该绕组布置在定子上并直接与第二伺服驱动器连接；该绕组布置在第三转子上并经安装在所述输出轴上的集电环与第二伺服驱动器连接。
6.根据权利要求4所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：所述第一、第二电机分别是永磁同步电机或无刷直流电机。
7.根据权利要求1所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：第一伺服驱动器和第二伺服驱动器通过公共直流母线连接，公共直流母线还连接储能单元，用以根据主控单元要求和自身充放电策略从直流母线获取电能存储于其内，或从其内获取电能输送至直流母线。
8.根据权利要求7所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：所述储能单元包括电容、蓄电池及其充放电控制和保护线路。
9.根据权利要求1所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：所述主控单元主体为计算机；
所述主控单元还存储有油门踏板开度与驱动扭矩设定值关系数据、储能单元电压与充电需求功率关系数据，以及制动踏板开度与制动扭矩关系数据、变速控制程序，该主控单元外部连接油门踏板开度传感器、制动踏板角度传感器、各种控制命令开关。
10.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：所述主控单元根据其内部存储的以下数据中的至少一个来控制第一伺服驱动器和/或第二伺服驱动器，进而控制第一电机和/或第二电机的运行：
发动机最佳效率曲线上的转速-扭矩匹配数据；
最佳效率曲线的经济运行区的功率上限和下限值；
油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系数据；
储能单元电压与充电需求功率关系数据；
制动踏板角度与制动扭矩关系数据；以及
变速控制程序。
11.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：当对混合动力车实施启动时，主控单元控制第一伺服驱动器，使第一电机的第一转子和第二转子之间相互作用扭矩为零，并且根据油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系通过第二伺服驱动器对第二电机进行扭矩控制，输出启动运转扭矩。
12.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：启动后，当驱动功率需求与储能单元充电功率需求之和大于预置的门限值时，通知发动机控制单元启动发动机运行。
13.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：当对混合动力车实施正常行车驱动时，主控单元一方面通过第一电机系统控制发动机运行于最佳经济运行曲线上，一方面根据驾驶需求控制第二电机系统的输出扭矩；在大多数运行情况下，第一电机系统发电功率全部被用于第二电机系统驱动，或第二电机系统发电功率全部被用于第一电机系统驱动，除非储能单元根据自身控制策略或受主控单元指令而主动提出充放电要求，所有发电能量不经过储能单元的充放电过程。
14.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：当对混合动力车实施制动时，主控单元根据制动踏板角度控制第一电机系统输出零扭矩或不至于使得发动机熄火的与发动机转向相同的负载扭矩对混合动力车实施有限制动力制动；和
根据制动踏板角度与制动扭矩关系通过第二伺服驱动器控制第二电机对外输出制动扭矩。
15.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：制动时，外负载动能通过第一电机系统或第二电机系统转化为电能并且将电能输送到直流母线上。
16.根据权利要求15所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：制动时，储能单元主动从公共直流母线获取电能储存至其内。
17.根据权利要求16所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：如果在制动时，回收电能功率过大使储能单元的充电过程来不及吸收此能量，导致直流母线电压上升至预定值；或回收能量过多，储能单元不足以存储这些能量导致直流母线电压上升至预定值时，储能单元内部的能量泄放保护装置会启动泄放，将多余电能经制动电阻转变为热能消耗掉。
18.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：倒车时，主控单元根据反向运行需求、油门踏板角度控制第一伺服驱动器，使第一电机的第一转子和第二转子之间相互作用扭矩为零；并且根据油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系通过第二伺服驱动器控制第二电机输出倒车驱动扭矩。
19.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：当双电机输出轴的总输出扭矩与车的负载扭矩大小之间发生相对变化，则车速自动无级变化，总输出扭矩只受主控单元及各伺服驱动器控制，与车速不直接关联。
20.根据权利要求9所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：当驾驶者改变油门踏板角度，则发动机转速相应变化，第一电机透过扭矩亦相应变化，同时主控单元控制第二电机系统输出相应扭矩，实现输出扭矩的无级调整。
21.根据权利要求19所述的油电混合动力车的动力结构，其特征在于：主控单元根据油门踏板的角度和角度的变化快慢以及第二电机系统的短时过载能力，控制第二电机系统输出短时过载扭矩，以提高整车的动力性能和操作灵敏性。
22.一种油电混合动力车的动力结构的运行控制方法，其中，所述油电混合动力车的动力结构包括：发动机、由第一电机和第二电机组成的电机组、输出齿轮、减速齿轮和差速器，其中第一电机包括彼此电磁耦合的第一转子和第二转子，第二电机包括彼此电磁耦合的定子和第三转子，第一转子的轴为该级联式电机组件的输入轴，第二转子的轴与第三转子共轴且作为该级联式电机组件的输出轴，第一转子的轴与发动机的输出轴直接连接，在第一、第二电机之间的输出轴上安装有输出齿轮，该输出齿轮经减速齿轮与差速器相连，该差速器与连接车轮的驱动轴相连，所述油电混合动力车的动力结构还包括主控单元、与该第一电机相关联的第一伺服驱动器和与该第二电机相关联的第二伺服驱动器，所述运行控制方法包括以下步骤：
该主控单元根据发动机转速按预存的发动机最佳经济运行曲线计算相应的匹配扭矩，向第一伺服驱动器送出对应的扭矩设定，并根据车的运行状况或驾驶要求对第二伺服驱动器送出扭矩设定；
该第一伺服驱动器根据运行情况对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制，该第二伺服驱动器根据运行情况对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制。
23.根据权利要求22所述的油电混合动力车的动力结构的运行控制方法，其特征在于：对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制的步骤包括以下步骤：
第一伺服驱动器从第一速度和位置传感器获取第一转子的绝对位置信号θ1，从第二速度和位置传感器获取第二转子的绝对位置信号θ2，求取第一转子相对于第二转子的位置角度（θ1-θ2）;
按电流矢量与反电势矢量同相位的原则获取第一绕组电流矢量的方向；
读取来自主控单元的扭矩设定值，计算电流矢量的大小；
求取三相电流的瞬时给定值ia1、ib1、ic1；
分别进行三相电流闭环控制；以及
驱动功率放大电路。
24.根据权利要求22所述的油电混合动力车的动力结构的运行控制方法，其特征在于：对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制的步骤包括以下步骤：
第二伺服驱动器从第二速度和位置传感器获取第三转子的绝对位置信号θ2；
按电流矢量与反电势矢量同相位的原则获取第二绕组电流矢量的方向；
读取来自主控单元的扭矩设定值，计算电流矢量的大小；
求取三相电流的瞬时给定值ia2、ib2、ic2；
分别进行三相电流闭环控制；以及
驱动功率放大电路。
25.根据权利要求22所述的油电混合动力车的动力结构的运行控制方法，其特征在于：所述主控单元主体为计算机，其内部还存储有油门踏板开度与驱动扭矩设定值关系数据、储能单元电压与充电需求功率关系数据，以及制动踏板开度与制动扭矩关系数据、变速控制程序，该主控单元外部连接油门踏板开度传感器、制动踏板角度传感器、各种控制命令开关；该主控单元根据其内部存储的以下数据中的至少一个来控制第一伺服驱动器和/或第二伺服驱动器，进而控制第一电机和/或第二电机的运行：
发动机最佳效率曲线上的转速-扭矩匹配数据；
最佳效率曲线的经济运行区的功率上限和下限值；
油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系数据；
储能单元电压与充电需求功率关系数据；
制动踏板角度与制动扭矩关系数据；以及
变速控制程序。
26.根据权利要求25所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
所述对第一转子和第二转子之间的耦合扭矩进行伺服控制的步骤包括：当对混合动力车实施启动时，主控单元控制第一伺服驱动器，使第一电机的第一转子和第二转子之间相互作用扭矩为零；以及
所述对定子和第三转子之间的耦合扭矩进行伺服控制的步骤包括：根据油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系通过第二伺服驱动器对第二电机进行扭矩控制，输出启动运转扭矩。
27.根据权利要求25所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
启动后，当驱动功率需求与储能单元充电功率需求之和大于预置的门限值时，通知发动机控制单元启动发动机运行。
28.根据权利要求25所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
当对混合动力车实施正常行车驱动时，主控单元一方面通过第一电机系统控制发动机运行于最佳经济运行曲线上，一方面根据驾驶需求控制第二电机系统的输出扭矩；在大多数运行情况下，第一电机系统发电功率全部被用于第二电机系统驱动，或第二电机系统发电功率全部被用于第一电机系统驱动，除非储能单元根据自身控制策略或受主控单元指令而主动提出充放电要求，所有发电能量不经过储能单元的充放电过程。
29.根据权利要求25所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
当对混合动力车实施制动时，主控单元根据制动踏板角度控制第一电机系统输出零扭矩或不至于使得发动机熄火的与发动机转向相同的负载扭矩对混合动力车实施有限制动力制动；和
根据制动踏板角度与制动扭矩关系通过第二伺服驱动器控制第二电机对外输出制动扭矩。
30.根据权利要求25所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
制动时，外负载动能通过第一电机系统或第二电机系统转化为电能并且将电能输送到直流母线上。
31.根据权利要求30所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
制动时，储能单元主动从公共直流母线获取电能储存至其内。
32.根据权利要求31所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
如果在制动时，回收电能功率过大使储能单元的充电过程来不及吸收此能量，导致直流母线电压上升至预定值；或回收能量过多，储能单元不足以存储这些能量导致直流母线电压上升至预定值时，储能单元内部的能量泄放保护装置会启动泄放，将多余电能经制动电阻转变为热能消耗掉。
33.根据权利要求25所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
倒车时，主控单元根据反向运行需求、油门踏板角度控制第一伺服驱动器，使第一电机的第一转子和第二转子之间相互作用扭矩为零，并且根据油门踏板角度与驱动扭矩设定值关系通过第二伺服驱动器控制第二电机输出倒车驱动扭矩。
34.根据权利要求25所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
当双电机输出轴的总输出扭矩与车的负载扭矩大小之间发生相对变化，车速自动无级变化，总输出扭矩只受主控单元及各伺服驱动器控制，与车速不直接关联。
35.根据权利要求25所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
当驾驶者改变油门踏板角度，发动机转速相应变化，第一电机透过扭矩亦相应变化，同时主控单元控制第二电机系统输出相应扭矩，由此，实现输出扭矩的无级调整。
36.根据权利要求35所述的动力结构的控制方法，其特征在于：
主控单元根据油门踏板的角度和角度的变化快慢，依据第二电机系统的短时过载能力，控制第二电机系统输出短时过载扭矩，以提高整车的动力性能和操作灵敏性。
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