CN102555762B - 一种汽车混合动力驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种汽车混合动力驱动装置及其控制方法，属于混合动力技术领域。它解决了现有的混合动力驱动装置轴向长度长，布置上极其困难的问题。本汽车混合动力驱动装置包括发动机、前驱动电机、后驱动电机和蓄电池，发动机和前驱动电机通过第一离合器连接，前驱动电机与前驱动轴之间通过变速器连接，在前变速器和前驱动电机之间设置第二离合器，后驱动电机通过减速器与后驱动轴连接，前驱动电机和后驱动电机均与蓄电池连接。该控制方法通过判断蓄电池的蓄电量、车速信号和加速度信号，实现整车在不同模式下驱动以及制动能量的回收。本汽车混合动力驱动装置及其控制方法易于安装布置且提高了制动能量回收的比率和整车纯电动行驶里程。

Description

一种汽车混合动力驱动装置及其控制方法

技术领域

本发明属于混合动力技术领域，涉及一种汽车混合动力驱动装置及其控制方法。

背景技术

由于石油资源的日益枯竭以及大众环保意识的提升，世界各汽车厂都在从事新能源汽车尤其是混合动力汽车的开发，但目前混合动力汽车主要为轻混和中混，强混汽车比较稀少。造成这一现象的原因较多，其主要原因是强混汽车动力总成系统结构复杂，体积庞大，在整车有限的空间内安装布置比较困难。

ISG是汽车起动发电一体机，直接集成在发动机主轴上。ISG融合了电机、现代电力电子、数字信号处理、现代控制等技术，集传统汽车的起动和发电功能于一体，具有突出的起/停控制快速、能量再生利用好、动力辅助性强等优点，尤其在降低排气污染、节约燃油方面效果明显。

针对上述存在的问题，现有中国专利文献公开了一种混合动力驱动系统[申请号：CN200910099477.9]，包括发动机以及可进行电能和机械能转换的第一电机和第二电机，第一电机的电机轴一、第二电机的电机轴二以及发动机的输出轴三根轴处于同一直线上，发动机的输出轴与电机轴一固连，电机轴一与电机轴二之间设有控制电机轴一和电机轴二联接或断开的离合机构，所述的混合动力驱动系统从电机轴二上输出动力，第一电机与第二电机之间电连接有蓄电池。

但是该动力驱动系统由上述各部件轴向串接而成，与传统汽车动力总成相比增加了ISG电机、驱动电机，轴向长度增长明显，布置上极其困难；并且，该动力驱动系统发动机和ISG定子同轴固定，ISG电机纯电动驱动时发动机作为阻力负载消耗ISG电机功率，降低了纯电动续驶里程和燃油经济性。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种用于提高制动能量回收的比率和整车纯电动行驶的里程且易于安装布置的汽车混合动力驱动装置及其控制方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种汽车混合动力驱动装置，设置于混合动力汽车的前驱动轴和后驱动轴上，其特征在于，该装置包括发动机、前驱动电机、后驱动电机和蓄电池，所述的发动机和前驱动电机通过第一离合器连接，前驱动电机与前驱动轴之间通过变速器连接，且在前变速器和前驱动电机之间设置第二离合器，所述的后驱动电机通过减速器与后驱动轴连接，所述的前驱动电机和所述的后驱动电机均与上述的蓄电池连接。

在上述的汽车混合动力驱动装置中，本装置还包括前箱体和后箱体，上述的发动机、第一离合器、前驱动电机、第二离合器和变速器依次设置在前箱体内，所述的后驱动电机和减速器依次设置在后箱体内。

该汽车混合动力驱动装置，将发动机、第一离合器、前驱动电机、第二离合器和变速器设置在前箱体内，后驱动电机和减速器设置在后箱体内，有效地克服了现有的混合动力汽车存在的轴向长度长的缺点，有利于安装布置，同时，前驱动电机和后驱动电机均与蓄电池连接，在制动时前后轴可以同时回收制动能量，提高制动能量回收的比率，提高了整车纯电动行驶的里程。

在上述的汽车混合动力驱动装置中，所述的发动机转轴与第一离合器的主动盘连接，所述前驱动电机的转轴一端与第一离合器的从动盘连接，所述前驱动电机的转轴另一端与第二离合器的主动盘连接，所述变速器的输入轴与第二离合器的从动盘连接，变速器的输出轴与所述前驱动轴之间通过差速器连接。

当第一离合器和第二离合器都处于分离状态时，发动机不能传输动力给前驱动电机，前驱动电机与前驱动轴断开，不能传输动力给前驱动轴带动前轮转动，整车只能通过蓄电池给后驱动电机提供电能驱动后轮转动；在第一离合器处于分离状态和第二离合器处于闭合状态时，蓄电池可以同时给前驱动电机和后驱动电机提供电能从而驱动前后车轮转动；在第一离合器和第二离合器都处于闭合状态时，发动机、前驱动电机和后驱动电机三者同步工作。

在上述的汽车混合动力驱动装置中，所述的发动机转轴、前驱动电机的转轴和变速器的输入轴连接形成同一轴线且均通过各自的轴承连接于前箱体内。

在上述的汽车混合动力驱动装置中，所述减速器与后驱动轴之间通过差速器连接。

在上述的汽车混合动力驱动装置中，所述的前驱动电机和后驱动电机均为ISG电机。前驱动电机和后驱动电机都采用ISG电机，在汽车进行制动时，可以同时回收前后驱动轴的制动能量，提高制动能量回收比率。

在上述的汽车混合动力驱动装置中，该装置还包括控制器以及与控制器连接的蓄电池管理单元、车速传感器和加速度传感器，所述的蓄电池管理单元用于控制前驱动电机和后驱动电机的充放电以及蓄电池的电量监控，所述的控制器用于接收蓄电池管理单元、车速传感器和加速度传感器输送的蓄电池电量监控信号、车速信号和加速器信号，并与控制器内预先设定值分别比较后输出控制信号控制第一离合器和第二离合器进行离合状态。在控制器内分别预先设置有与蓄电池电量监控信号、车速信号和加速度信号进行对比的设定值，控制器根据对比结果分别控制第一离合器和第二离合器处于分离状态或者处于闭合状态，从而实现整车在不同模式下的驱动。

一种汽车混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

A、蓄电池管理单元监测到蓄电池的电量高于汽车控制器内对应蓄电池电量的预先设定值时，控制器将车速信号与控制器内对应车速信号的预先设定值进行对比并在车速信号小于等于60km/h时，控制器控制第一离合器处于分离状态和第二离合器处于闭合状态，整车由纯电动模式驱动；控制器将车速信号与控制器内对应车速信号的预先设定值进行对比并在车速信号大于60km/h时，控制器分别控制第一离合器和第二离合器处于闭合状态，发动机驱动车轮转动的同时，带动前驱动电机发电并存储于蓄电池中，蓄电池管理单元控制蓄电池不提供电能给后驱动电机，整车由发动机单独驱动；

B、蓄电池管理单元检测到蓄电池的蓄电量低于汽车控制器内对应蓄电池电量的预先设定值时，控制器控制第一离合器处于闭合状态和第二离合器处于分离状态，发动机启动，带动前驱动电机发电并存储于蓄电池中，蓄电池将电能输送给后驱动电机使后驱动电机驱动车轮转动，整车由串联模式驱动；

C、制动能量回收：控制器将接收到的加速度信号与控制器内对应加速度信号的预先设定值进行对比在加速度信号为减速时，前驱动电机和后驱动电机同时回收制动能量并将电能存储于蓄电池中。

在上述的汽车混合动力驱动装置的控制方法中，在上述A步骤中，控制器将车速信号与控制器内对应车速信号的预先设定值进行对比并在车速信号小于等于60km/h时，且在车速信号小于等于30km/h时，控制器分别控制第一离合器和第二离合器处于分离状态，蓄电池给后驱动电机提供电能并通过减速器驱动整车行驶；所述的控制器在车速信号大于30km/h且小于等于60km/h时，控制器分别控制第一离合器处于分离状态和第二离合器处于闭合状态，蓄电池分别给前驱动电机和后驱动电机提供电能，前驱动电机通过变速器驱动整车行驶，后驱动电机通过减速器驱动整车行驶。

在上述的汽车混合动力驱动装置的控制方法中，在上述A步骤中，所述的控制器用于判断加速度信号，并在加速器信号为加速时分别控制第一离合器和第二离合器闭合，发动机驱动车轮转动的同时，蓄电池提供电能给前驱动电机和后驱动电机，前驱动电机通过变速器驱动整车行驶，后驱动电机通过减速器驱动整车行驶。

与现有技术相比，本汽车混合动力驱动装置及其控制方法具有以下优点：

1、本发明将发动机、第一离合器、前驱动电机、第二离合器和变速器设置在前箱体内，后驱动电机和减速器设置在后箱体内，整个前轴轴向尺寸较短，有利于安装布置。

2、本发明在前后轴都设有ISG电机，在制动时可以同时回收前后轴的制动能量，提高制动能量回收的比率，提高了整车纯电动行驶里程。

3、本发明中发动机和前驱动电机通过第一离合器连接，在纯电动驱动时，分离第一离合器，减少了发动机作为阻力负载消耗前驱动电机功率，提高了燃油经济性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的原理示意图。

图中，1、发动机；2、第一离合器；3、前驱动电机；4、第二离合器；5、变速器；6、前驱动轴；7、减速器；8、后驱动电机；9、后驱动轴；10、蓄电池；11、蓄电池管理单元；12、车速传感器；13、加速度传感器；14、控制器。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，本汽车混合动力驱动装置，设置于混合动力汽车的前驱动轴6和后驱动轴9上，该装置包括前箱体和后箱体，在前箱体内依次设置有发动机1、第一离合器2、前驱动电机3、第二离合器4和变速器5，其第一离合器2和第二离合器4都由主动盘和从动盘组成，其发动机1转轴与第一离合器2的主动盘连接，前驱动电机3转轴的一端与第一离合器2的从动盘连接，前驱动电机3转轴的另一端与第二离合器4的主动盘连接，变速器5的输入轴与第二离合器4的从动盘连接，变速器5的输出轴与前驱动轴6之间通过差速器连接，其发动机1的转轴、前驱动电机3的转轴和变速器5的输入轴连接形成同一轴线且均通过各自的轴承连接于前箱体内；在后箱体内依次设置有后驱动电机8和减速器7，后驱动电机8通过减速器7与后驱动轴9连接，在减速器7和后驱动轴9之间设有差速器，前驱动电机3和后驱动电机8均为ISG电机并均与蓄电池10连接。

如图2所示，该汽车混合动力驱动装置还包括控制器14以及与控制器14连接的蓄电池管理单元11、车速传感器12和加速度传感器13，蓄电池管理单元11用于控制前驱动电机3和后驱动电机8的充放电以及蓄电池10的电量监控，控制器14用于接收蓄电池管理单元11、车速传感器12和加速度传感器13输送的蓄电池10电量监控信号、车速信号和加速器信号，并与控制器14内预先设定值分别比较后根据对比结果输出控制信号分别控制第一离合器2和第二离合器4处于分离状态或者处于闭合状态，从而实现整车在不同模式下的驱动。

该装置的控制方法，具体步骤如下：

在蓄电池管理单元11监测到蓄电池10的电量高于汽车控制器14内对应蓄电池10电量的预先设定值时，即蓄电池10电量充足时，控制器14将车速信号与控制器14内对应车速信号的预先设定值进行对比并在车速信号小于等于30km/h时，控制器14分别控制第一离合器2和第二离合器4处于分离状态，即将离合器的主动盘和从动盘分离，蓄电池10给后驱动电机8提供电能并通过减速器7驱动整车行驶，发动机1与前驱动电机3不工作，以实现整车纯电动状态行驶；在车速信号大于30km/h且小于等于60km/h时，后驱动电机8输出功率不足以驱动整车行驶，且蓄电池管理单元11检测到的蓄电池10电量大于60％时，控制器14分别控制第一离合器2处于分离状态和第二离合器4处于闭合状态，蓄电池10分别给前驱动电机3和后驱动电机8提供电能，前驱动电机3通过变速器5驱动整车行驶，后驱动电机8通过减速器7驱动整车行驶，发动机1不工作；在车速信号大于60km/h时，前驱动电机3和后驱动电机8输出功率都不足以驱动整车行驶，控制器14分别控制第一离合器2和第二离合器4处于闭合状态，前驱动电机3启动发动机1，在发动机1产生的动力足以驱动车辆行驶时，发动机1工作驱动车轮转动的同时，前驱动电机3就从电动状态迅速转到发电状态，由发动机1转轴带动前驱动电机3转轴转动发电并存储电量于蓄电池10中，在发动机1产生的动力刚好与车辆行驶所需动力相同，蓄电池管理单元11控制蓄电池10不提供电能给前驱动电机3和后驱动电机8，则前驱动电机3和后驱动电机8不工作，整车由发动机1单独驱动；控制器14还用于判断加速度信号，并在加速器信号为加速，即车辆高速或爬坡行驶时，分别控制第一离合器2和第二离合器4处于闭合状态，发动机1驱动车轮转动的同时，蓄电池10提供电能给前驱动电机3和后驱动电机8，前驱动电机3通过变速器5驱动前车轮转动，后驱动电机8通过减速器7驱动后车轮转动，发动机1、前驱动电机3和后驱动电机8三者同步工作，同时驱动车辆行驶，满足车辆大功率的需求。

蓄电池管理单元11检测到蓄电池10的电量低于汽车控制器14内对应蓄电池10电量的预先设定值时，蓄电池10不足以提供电量给后驱动电机8工作，控制器14控制第一离合器2处于闭合状态和第二离合器4处于分离状态，前驱动电机3启动发动机1，发动机1工作，前驱动电机3就从电动状态迅速转到发电状态，由发动机1转轴带动前驱动电机3转轴转动发电并存储电量于蓄电池10中，蓄电池10将电能输送给后驱动电机8使后驱动电机8驱动车轮转动，整车由串联模式驱动。

制动能量回收：控制器14将接收到的加速度信号与控制器14内对应加速度信号的预先设定值进行对比在加速度信号为减速时，前驱动电机3和后驱动电机8同时回收制动能量将电能存储于蓄电池10中。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了发动机1、第一离合器2、前驱动电机3、第二离合器4、变速器5、前驱动轴6、减速器7、后驱动电机8、后驱动轴9、蓄电池10、蓄电池管理单元11、车速传感器12、加速度传感器13、控制器14等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种汽车混合动力驱动装置，设置于混合动力汽车的前驱动轴(6)和后驱动轴(9)上，其特征在于，该装置包括发动机(1)、前驱动电机(3)、后驱动电机(8)和蓄电池(10)，所述的发动机(1)和前驱动电机(3)通过第一离合器(2)连接，前驱动电机(3)与前驱动轴(6)之间通过变速器(5)连接，且在前变速器(5)和前驱动电机(3)之间设置第二离合器(4)，所述的后驱动电机(8)通过减速器(7)与后驱动轴(9)连接，所述的前驱动电机(3)和所述的后驱动电机(8)均与上述的蓄电池(10)连接，本装置还包括前箱体和后箱体，所述的发动机(1)转轴、前驱动电机(3)的转轴和变速器(5)的输入轴连接形成同一轴线且均通过各自的轴承连接于前箱体内，本装置还包括蓄电池管理单元(11)，蓄电池管理单元(11)用于控制前驱动电机(3)和后驱动电机(8)的充放电以及蓄电池(10)的电量监控。

2.根据权利要求1所述的汽车混合动力驱动装置，其特征在于，上述的发动机(1)、第一离合器(2)、前驱动电机(3)、第二离合器(4)和变速器(5)依次设置在前箱体内，所述的后驱动电机(8)和减速器(7)依次设置在后箱体内。

3.根据权利要求2所述的汽车混合动力驱动装置，其特征在于，所述的发动机(1)转轴与第一离合器(2)的主动盘连接，所述前驱动电机(3)的转轴一端与第一离合器(2)的从动盘连接，所述前驱动电机(3)的转轴另一端与第二离合器(4)的主动盘连接，所述变速器(5)的输入轴与第二离合器(4)的从动盘连接，变速器(5)的输出轴与所述前驱动轴(6)之间通过差速器连接。

4.根据权利要求1或2或3所述的汽车混合动力驱动装置，其特征在于，所述减速器(7)与后驱动轴(9)之间通过差速器连接。

5.根据权利要求1或2或3所述的汽车混合动力驱动装置，其特征在于，所述的前驱动电机(3)和后驱动电机(8)均为ISG电机。

6.根据权利要求1或2或3所述的汽车混合动力驱动装置，其特征在于，该装置还包括控制器(14)以及与控制器(14)连接的蓄电池管理单元(11)、车速传感器(12)和加速度传感器(13)，所述的控制器(14)用于接收蓄电池管理单元(11)、车速传感器(12)和加速度传感器(13)输送的蓄电池(10)电量监控信号、车速信号和加速器信号，并与控制器(14)内预先设定值分别比较后输出控制信号控制第一离合器(2)和第二离合器(4)进行离合状态。

7.一种汽车混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，该方法的具体步骤如下：

A、蓄电池管理单元(11)监测到蓄电池(10)的电量高于汽车控制器(14)内对应蓄电池(10)电量的预先设定值时，控制器(14)将车速信号与控制器(14)内对应车速信号的预先设定值进行对比并在车速信号小于等于60km/h时，控制器(14)控制第一离合器(2)处于分离状态和第二离合器(4)处于闭合状态，整车由纯电动模式驱动；控制器(14)将车速信号与控制器(14)内对应车速信号的预先设定值进行对比并在车速信号大于60km/h时，控制器(14)分别控制第一离合器(2)和第二离合器(4)处于闭合状态，发动机(1)驱动车轮转动的同时，带动前驱动电机(3)发电并存储于蓄电池(10)中，蓄电池管理单元(11)控制蓄电池(10)不提供电能给后驱动电机(8)，整车由发动机(1)单独驱动；

B、蓄电池管理单元(11)检测到蓄电池(10)的蓄电量低于汽车控制器(14)内对应蓄电池(10)电量的预先设定值时，控制器(14)控制第一离合器(2)处于闭合状态和第二离合器(4)处于分离状态，发动机(1)启动，带动前驱动电机(3)发电并存储于蓄电池(10)中，蓄电池(10)将电能输送给后驱动电机(8)驱动车轮转动，整车由串联模式驱动；

C、制动能量回收：控制器(14)将接收到的加速度信号与控制器(14)内对应加速度信号的预先设定值进行对比在加速度信号为减速时，前驱动电机(3)和后驱动电机(8)同时回收制动能量并将电能存储于蓄电池(10)中。

8.根据权利要求7所述的汽车混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，在上述A步骤中，控制器(14)将车速信号与控制器(14)内对应车速信号的预先设定值进行对比并在车速信号小于等于60km/h时，且在车速信号小于等于30km/h时，控制器(14)分别控制第一离合器(2)和第二离合器(4)处于分离状态，蓄电池(10)给后驱动电机(8)提供电能并通过减速器(7)驱动整车行驶；所述的控制器(14)在车速信号大于30km/h且小于等于60km/h时，控制器(14)分别控制第一离合器(2)处于分离状态和第二离合器(4)处于闭合状态，蓄电池(10)分别给前驱动电机(3)和后驱动电机(8)提供电能，前驱动电机(3)通过变速器(5)驱动整车行驶，后驱动电机(8)通过减速器(7)驱动整车行驶。

9.根据权利要求7所述的汽车混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，在上述A步骤中，所述的控制器(14)用于判断加速度信号，并在加速器信号为加速时分别控制第一离合器(2)和第二离合器(4)闭合，发动机(1)驱动车轮转动的同时，蓄电池(10)提供电能给前驱动电机(3)和后驱动电机(8)，前驱动电机(3)通过变速器(5)驱动整车行驶，后驱动电机(8)通过减速器(7)驱动整车行驶。