CN103072461A - 双电机多模式混合动力驱动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及双电机多模式混合动力驱动系统及其控制方法，该驱动系统包括发动机、ISG电机、主电机、车载能源、驱动桥、车轮、常闭离合器（2）和离合器（4），发动机输出端通过常闭离合器（2）与ISG电机输入端直接连接，SG电机的输出轴与离合器（4）的主动盘连接，离合器（4）的从动盘和所述主驱动电机的输入轴连接，主驱动电机的输出轴通过驱动桥与车轮连接，车载能源连接ISG电机和所述主驱动电机，工作过程不需要通过变速箱变速，采用大功率主电机直驱起步，直接通过驱动桥驱动车辆，减少了能量损耗，而且将发动机ISG电机通过常闭离合器直接连接，且将发动机和ISG电机与主电机集成为一体，结构更加紧凑，降低了系统成本。

Description

双电机多模式混合动力驱动系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种双电机多模式混合动力驱动系统及其控制方法。

背景技术

根据目前石油开采量及已探明的储备量，人们越来越意识到能源危机的临近，同时也被石油的利用所带来的环境污染问题所困扰着，所以节能环保成为今天人们在使用能源时的主题。作为和人们的生活息息相关同时也是造成能源短缺与环境污染的主要原因之一的汽车，开始朝着节能环保的方向发展，于是以纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池车为主的新能源汽车被越来越多的使用。但受电池及电动机发展的制约，几乎零污染的纯电动汽车会由于存在动力不足无法大幅度普及，混合动力为填补这一空白提供了方向。混合动力汽车是一种至少有两种动力源，一般由内燃机和电动机提供整车前进的动力，在保证不降低传统车辆动力性能的同时，优化了发动机的工作区域，同时也拥有电动汽车的节能性能。目前，混合动力汽车的机电混合系统已经比较成熟，形式多种多样，但国内混联式混合动力汽车的发动机和电动机的匹配，尤其在不同工况条件下的动力匹配问题及控制策略，无法使发动机工作在较好的经济状态，而且在结构上也有不够紧凑、机械效率不高。

专利200810034852.7公开了混联式混合动力驱动系统及其驱动方法，该混合动力驱动系统的发动机与ISG电机同轴连接，在ISG输出轴端连接一个手动干式离合器，在离合器后端连接手动变速箱，驱动电机通过耦合机构与变速箱输出轴进行力矩耦合，该专利由于采用手动变速箱，对驾驶员的要求较高，如换挡不及时，会造成动力输出超出或不能满足动力需求，发动机或电机无法工作在最佳经济区，也会造成较大的燃油消耗或电耗，同时，该专利采用发动机和ISG电机同轴连接，会在启动时对ISG电机和传动轴造成较大的冲击，降低电机和传动轴的可靠性及使用寿命。

专利201120029665.7公开了一种双离合器插电式混合动力客车驱动系统，该驱动系统包括发动机、第一自动离合器、ISG电机、第二自动离合器、自动变速箱、电驱动耦合装置、主减速器-差速器、驱动桥、车轮、ISG电机控制器、主驱动电机控制器、电源模块，该专利由于采用自动变速箱，会造成起步或加速时动力传输的滞后感，而且在传动过程及制动能量回收中会造成较大的功率消耗，另外，该专利采用双离合控制，其第一离合器增加了控制的难度及能量损失，且在传动过程中起到的作用较小。

另外，由于上述两项专利中由于都采用变速箱，使得制动能量回收很大程度上受到限制，系统结构复杂，增加整车成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种双电机多模式混合动力驱动系统及其控制方法，用以解决现有混合动力驱动系统节能效果差、结构复杂且成本高的问题。

为实现上述目的，本发明的方案是：提供一种双电机多模式混合动力驱动系统，包括发动机、ISG电机、主电机、车载能源、驱动桥、车轮、常闭离合器（2）和离合器（4），所述发动机输出端通过常闭离合器（2）与ISG电机输入端直接连接，所述ISG电机的输出轴与离合器（4）的主动盘连接，所述离合器（4）的从动盘和所述主驱动电机的输入轴连接，所述主驱动电机的输出轴通过驱动桥与车轮连接，所述车载能源连接ISG电机和所述主驱动电机；

该混合动力驱动系统还包括ISG电机控制器、车载能源管理单元、主电机控制器、整车控制器、发动机控制器，ISG电机控制器与ISG电机控制连接，车载能源管理单元与车载能源控制连接，主电机控制器与主电机控制连接，发电机控制器与发电机控制连接，整车控制器分别与ISG电机控制器、主电机控制器、车载能源管理单元、发动机控制器控制连接。

进一步地，发动机控制器、ISG电机控制器、主电机控制器和车载能源管理单元通过CAN网络与整车控制器实现信息交互。

进一步地，所述常闭离合器从动盘的摩擦片通过螺栓与所述发动机的飞轮连接，其中间花键槽与所述ISG电机输入花键轴相互配合。

本发明还提供一种双电机多模式混合动力驱动系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤一，启动之前，整车控制器根据车载能源系统SOC，决定是否启动发动机，若车载能源系统SOC较低，则由ISG电机启动发动机，由发动机进行充电和驱动，若车载能源系统SOC较高，则采用纯电动驱动模式，由主电机通过车载能源供电并驱动车辆；

步骤二，车辆行驶过程中，若有制动踏板制动信号，则发动机和ISG电机不工作，主电机进入制动能量回收模式，若无制动踏板制动信号，则对车载能源系统SOC判断，转入步骤三；

步骤三，若车载能源系统SOC较低，则整车控制器对车速进行判断，若车速较高，则进入发动机单独驱动模式，主电机和ISG电机不工作，若车速较低，则通过油门踏板对整车负荷需求进行判断，转入步骤四；

步骤四，若负荷较低，则发动机带动ISG电机发电并为主电机供电，主电机单独驱动车辆，车辆进行串联驱动模式，若负荷较高，则进入发动机单独驱动模式；

步骤五，若车载能源系统SOC较高，则整车控制器对车速进行判断，若车速较高，则系统进行由发动机、ISG电机和主电机同轴工作并共同驱动车辆的并联驱动模式，若车速较低，则对整车的负荷需求进行判断，转入步骤六；

步骤六，若负荷需求较低，则进行纯电动工作模式；若负荷需求较高，则由发动机单独驱动。

本发明达到的有益效果：（1）本发明利用电机实现无极调速，在车辆起步时，若车载能源SOC高，则发动机不工作，离合器断开，直接由车载能源给主电机供电，驱动车辆；若车载能源SOC低，则由发动机带动ISG电机给车载能源充电，主电机通过车载能源供电并驱动车辆，发动机和ISG电机可以有选择的工作，且工作过程不需要通过变速箱变速，采用大功率主电机直驱起步，利用电机低速大扭矩的特性保证了车辆具有较好的起步加速性，而且直接通过驱动桥驱动车辆，节省了能量损耗。

（2）本发明采用常闭离合器，减少了离合器执行机构及外壳，只保留从动盘，并对从动盘的摩擦片进行改造，使其摩擦片通过螺栓与发动机飞轮连接在一起，中间花键槽和ISG电机输入花键轴配合，简化了结构，既可以实现机械传动，又可以利用离合器从动盘本体的减震弹簧减少启动时对ISG电机和传动轴的瞬时冲击，而且通过常闭离合器可以减少离合器的控制程序及控制管线路，使整个传动系统更加简洁、高效，而且可以利用离合器自身的弹簧结构，可以缓解利用ISG电机启动发动机时和发动机起停过程中对ISG电机的冲击，较好地保护ISG电机和其连接轴。另外，本发明将发动机ISG电机通过常闭离合器直接连接，且将发动机和ISG电机与主电机集成为一体，结构更加紧凑，降低系统成本。

附图说明

图1为本发明的机构连接示意图；

图2为本发明的控制方式示意图；

图3为本发明的判断混合动力工作模式的逻辑示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

本发明驱动系统实施例:

如图1所示，本发明双电机多模式混合动力驱动系统包括发动机1、常闭离合器2、ISG电机3、离合器4、车载能源系统5、主电机6、驱动桥7、车轮8、主电机控制器9、车载能源管理单元10、ISG电机控制器11、发动机控制器12、整车控制器13，发动机和ISG电机通过常闭离合器直接相连，ISG电机输出端和离合器主动盘连接，离合器从动盘和主电机的输入端连接，主电机输出端与驱动桥连接，驱动桥和车轮连接，ISG电机和主电机都与车载能源系统连接，ISG电机可发电或起动发动机，主电机可驱动整车或者制动回收能量。

如图2的控制方式示意图，本发明双电机多模式混合动力驱动系统分为控制层和执行层，控制层包括：发动机控制器、ISG电机控制器、主电机控制器、整车控制器和车载能源管理单元，其中，发动机控制器、ISG电机控制器、主电机控制器和车载能源管理通过CAN网络与整车控制器实现信息交互，整车控制器通过采集油门踏板信号、制动踏板信号以及ISG电机控制器、主电机控制器、车载能源管理单元、发动机控制器的反馈信号，通过计算处理，输出目标信号给局域控制器，通过局域控制器控制受控单元，控制离合器的开闭和发动机、ISG电机和主电机的启停，实现混合动力系统多模式工作：

（1）纯电动模式：离合器4断开，发动机1和ISG电机3不工作，主电机6通过车载能源5供电，单独通过驱动桥7驱动车轮8，提供车辆行驶动力。

（2）串联模式：离合器4断开，发动机1带动ISG电机给车载能源系统5充电，主电机6通过车载能源系统5供电，单独通过驱动桥7驱动车轮8，提供车辆行驶动力。

（3）并联模式：离合器4闭合，发动机1、ISG电机3和主电机6同轴工作，共同通过驱动桥7，给车辆提供行驶动力。

（4）发动机单独驱动模式：离合器4闭合，主电机6不工作，发动机1通过驱动桥7驱动车辆，ISG电机根据发动机的经济工况发电或不工作。

（5）制动能量回收模式：制动或下坡滑行时，离合器4分离，主电机6实现制动能量回收。

本发明控制方法实施例：

如图3的判断混合动力工作模式的逻辑示意图，启动之前，整车控制器根据车载能源系统SOC，决定是否启动发动机，若车载能源系统SOC较低，则由ISG电机启动发动机，由发动机进行充电和驱动，若车载能源系统SOC较高，则采用纯电动驱动模式，由主电机通过车载能源供电并驱动车辆；

车辆行驶过程中，若有制动踏板制动信号，则发动机和ISG电机不工作，主电机进入制动能量回收模式，若无制动踏板制动信号，则对车载能源系统SOC判断；

若车载能源系统SOC较低，则整车控制器对车速进行判断，若车速较高，则进入发动机单独驱动模式，主电机和ISG电机不工作，若车速较低，则通过油门踏板对整车负荷需求进行判断，若负荷较低，则发动机带动ISG电机发电并为主电机供电，主电机单独驱动车辆，车辆进行串联驱动模式，若负荷较高，则进入发动机单独驱动模式；

若车载能源系统SOC较高，则整车控制器对车速进行判断，若车速较高，则进行由发动机、ISG电机和主电机同轴工作并共同驱动车辆的并联驱动模式，若车速较低，则对整车的负荷需求进行判断，若负荷需求较低，则进行纯电动工作模式；若负荷需求较高，则由发动机单独驱动。

Claims (4)

1.一种双电机多模式混合动力驱动系统，其特征在于，包括发动机、ISG电机、主电机、车载能源、驱动桥、车轮、常闭离合器（2）和离合器（4），所述发动机输出端通过常闭离合器（2）与ISG电机输入端直接连接，所述ISG电机的输出轴与离合器（4）的主动盘连接，所述离合器（4）的从动盘和所述主驱动电机的输入轴连接，所述主驱动电机的输出轴通过驱动桥与车轮连接，所述车载能源连接ISG电机和所述主驱动电机；

该混合动力驱动系统还包括ISG电机控制器、车载能源管理单元、主电机控制器、整车控制器、发动机控制器，ISG电机控制器与ISG电机控制连接，车载能源管理单元与车载能源控制连接，主电机控制器与主电机控制连接，发电机控制器与发电机控制连接，整车控制器分别与ISG电机控制器、主电机控制器、车载能源管理单元、发动机控制器控制连接。

2.根据权利要求1所述的双电机多模式混合动力驱动系统，其特征在于，发动机控制器、ISG电机控制器、主电机控制器和车载能源管理单元通过CAN网络与整车控制器实现信息交互。

3.根据权利要求1所述的双电机多模式混合动力驱动系统，其特征在于，所述常闭离合器从动盘的摩擦片通过螺栓与所述发动机的飞轮连接，其中间花键槽与所述ISG电机输入花键轴相互配合。

4.一种如权利要求1所述双电机多模式混合动力驱动系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，启动之前，整车控制器根据车载能源系统SOC，决定是否启动发动机，若车载能源系统SOC较高，则采用纯电动驱动模式，由主电机通过车载能源供电并驱动车辆，若车载能源系统SOC较低，则由ISG电机启动发动机，由发动机进行充电和驱动；

步骤二，车辆行驶过程中，若有制动踏板制动信号，则发动机和ISG电机不工作，主电机进入制动能量回收模式，若无制动踏板制动信号，则对车载能源系统SOC判断，转入步骤三；

步骤三，若车载能源系统SOC较低，则整车控制器对车速进行判断，若车速较高，则进入发动机单独驱动模式，主电机和ISG电机不工作，若车速较低，则通过油门踏板对整车负荷需求进行判断，转入步骤四；

步骤四，若负荷较低，则发动机带动ISG电机发电并为主电机供电，主电机单独驱动车辆，车辆进行串联驱动模式，若负荷较高，则进入发动机单独驱动模式；

步骤五，若车载能源系统SOC较高，则整车控制器对车速进行判断，若车速较高，则系统进行由发动机、ISG电机和主电机同轴工作并共同驱动车辆的并联驱动模式，若车速较低，则对整车的负荷需求进行判断，转入步骤六；

步骤六，若负荷需求较低，则进行纯电动工作模式；若负荷需求较高，则由发动机单独驱动。

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