CN104417341A - 用于汽车的混合动力系统、混合动力车及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于汽车的混合动力系统，包括：发动机，发动机通过变速器驱动汽车的前驱动桥，变速器通过离合器与发动机相连；辅助电机，辅助电机与发动机双轴并联；后驱电机，后驱电机用于驱动汽车的后驱动桥；储能装置，储能装置分别与辅助电机和后驱电机电连接；以及控制器，控制器在汽车换挡时控制后驱动电机以驱动后驱动桥。该混合动力系统在汽车换挡时通过控制器控制后驱电机驱动车辆行驶，避免汽车在汽车换挡时动力中断，从而保证到了车辆行驶的平顺性，也提高了行驶过程中的平均速度。本发明还提出了一种混合动力车及其控制方法。
Description
技术领域
本发明属于车用动力控制技术领域，具体涉及一种用于汽车的混合动力系统、混合动力车及其控制方法。
背景技术
如图1所示，现有的用于汽车的混合动力系统包括发动机1'、离合器2'、变速器3'、辅助电机4'和储能装置5'。其中，辅助电机4'与储能装置5'相连，发动机1'通过离合器2'与变速箱3'的输入轴相连，变速箱3'的输入轴与辅助电机4'的输出轴相连，从而发动机1'和辅助电机4'的动力均精油变速器3'的输出轴而被输出，驱动车轮6'前进。该混合动力系统在换的那个过程中，会存在一段动力中断的时间，这样会影响到混合动力系统的连续性，从而影响到了车辆行驶的平顺性，也降低了行车过程中的平均速度。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明需要提供一种用于汽车的混合动力系统，该用于汽车的混合动力系统需要在汽车换挡时动力不中断，行驶中平顺性好。
本发明还需要提供一种包括该混合动力系统的混合动力车。
进一步地，本发明还需要提供一种混合动力车的控制方法。
为此，根据本发明的一方面，提供了一种用于汽车的混合动力系统包括：发动机，所述发动机通过变速器驱动所述汽车的前驱动桥，所述变速器通过离合器与所述发动机相连；辅助电机，所述辅助电机与所述发动机双轴并联；后驱电机，所述后驱电机用于驱动所述汽车的后驱动桥；储能装置，所述储能装置分别与所述辅助电机和所述后驱电机电连接；以及控制器，所述控制器在所述汽车换挡时控制所述后驱动电机以驱动所述后驱动桥。
根据本发明实施例的用于汽车的混合动力系统，在汽车换挡时通过控制器控制后驱电机驱动车辆行驶，避免汽车在汽车换挡时动力中断，从而保证到了车辆行驶的平顺性，也提高了行驶过程中的平均速度。
根据本发明的一个实施例，当所述汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下且所述汽车换挡时，所述控制器被配置成：对所述发动机实行减扭矩断油控制；控制所述辅助电机调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
根据本发明的一个实施例，当所述汽车工作在纯电动模式下且所述汽车换挡时，在所述发动机处于怠速的情况下，所述控制器被配置成：对所述发动机实行减扭矩断油控制；控制所述辅助电机调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
根据本发明的一个实施例，当所述汽车工作在纯电动模式下且所述汽车换挡时，在所述发动机处于停机的情况下，所述控制器被配置成：控制所述辅助电机启动所述发动机，并调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
根据本发明的一个实施例，当所述汽车工作在启动模式下且所述汽车换挡时，所述控制器被配置成：断开所述离合器；控制所述辅助电机启动所述发动机；以及在所述发动机被接入I档后，控制所述辅助电机退出工作状态且接合所述离合器。
根据本发明的一个实施例，所述辅助电机为BSG电机，所述BSG电机通过皮带连接至所述发动机的曲轴。
根据本发明的一个实施例，所述辅助电机通过齿轮连接至所述发动机的飞轮，或者通过齿轮式扭矩耦合器连接至所述发动机。
此外，根据本发明的另一方面，提供了一种混合动力车。该混合动力车可以包括如上所述的任一混合动力系统。
基于其与本发明的混合动力系统相似的结构特点，根据本发明实施例的混合动力车，在汽车换挡时通过控制器控制后驱电机驱动车辆行驶，避免汽车在汽车换挡时动力中断，从而保证到了车辆行驶的平顺性，也提高了行驶过程中的平均速度。
进一步地，根据本发明的又一方面，提供了一种混合动力车的控制方法。该混合动力车可以包括如上所述的混合动力系统。所述控制方法可以包括以下步骤：当所述汽车需要换挡时，判断当前汽车的工作模式；当所述汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下，或者纯电动模式下，则始终保持所述离合器接合进行换挡；以及当所述汽车工作在启动模式下，则先断开后接合所述离合器进行换挡。
根据本发明实施例的混合动力车的控制方法，在汽车换挡时通过控制器控制后驱电机驱动车辆行驶，避免汽车在汽车换挡时动力中断，从而保证到了车辆行驶的平顺性，也提高了行驶过程中的平均速度。
根据本发明的一个实施例的控制方法，当所述汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下时：对所述发动机实行减扭矩断油控制；控制所述辅助电机调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
根据本发明的一个实施例的控制方法，当所述汽车工作在纯电动模式下且所述汽车换挡时，在所述发动机处于怠速的情况下：对所述发动机实行减扭矩断油控制；控制所述辅助电机调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
根据本发明的一个实施例的控制方法，当所述汽车工作在纯电动模式下且所述汽车换挡时，在所述发动机处于停机的情况下：控制所述辅助电机启动所述发动机，并调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
根据本发明的一个实施例的控制方法，当所述汽车工作在启动模式下且所述汽车换挡时：断开所述离合器；控制所述辅助电机启动所述发动机；以及在所述发动机被接入I档后，控制所述辅助电机退出工作状态且接合所述离合器。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是现有技术的混合动力系统的结构示意图；
图2是根据本发明一个实施例的混合动力系统的结构示意图；
图3是根据本发明另一个实施例的混合动力系统的结构示意图；
图4是根据本发明实施例的混合动力车的结构框图；
图5是根据本发明实施例的混合动力车的控制方法的流程示意图；
图6是根据本发明实施例的混合动力系统在升档时同步器和高档齿轮转速变化示意图；
图7是根据本发明实施例的混合动力系统在降档时同步器和低档齿轮转速变化示意图；和
图8是换挡过程中后驱电机驱动的PI控制示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明第一方面提出一种用于汽车的混合动力系统。
本发明的用于汽车的混合动力系统，可以包括：发动机1、辅助电机2、后驱电机3、储能装置4和控制器5。发动机1可以通过变速器6驱动汽车的前驱动桥7。变速器6可以通过离合器8与发动机1相连。辅助电机2与发动机1双轴并联。后驱电机3用于驱动汽车的后驱动桥9。储能装置4分别与辅助电机2和后驱电机3电连接。储能装置4可以为锂电池或者铅酸电池。控制器5可以在汽车换挡时控制后驱动电机7以驱动后驱动桥9。
根据本发明实施例的用于汽车的混合动力系统，在汽车换挡时通过控制器控制后驱电机驱动车辆行驶，避免汽车在汽车换挡时动力中断，从而保证到了车辆行驶的平顺性，也提高了行驶过程中的平均速度。
下面将参照附图2-3对本发明的具体实施例进行详细说明。
如图2所示，根据本发明的一个实施例，辅助电机2可以为BSG（Belt Driven StarterGenerator,皮带驱动起动/发电机）电机21，BSG电机21通过皮带10连接至发动机1的曲轴。BSG电机21与发动机1双轴并联是一种轻度动力混合技术，该技术对传统内燃发动机的工况进行优化，能实现怠速停发动机、车辆启动时快速将发动机提到怠速转速、制动回收能量等作用，能够提高燃油效率，具有成本低的优点。
此外，如图3所示，根据本发明的一个实施例，辅助电机2可以为任意类型的辅助电机22，其可以通过齿轮11连接至发动机1的飞轮，或者通过齿轮式扭矩耦合器11连接至发动机1。需要说明的是，通过齿轮或齿轮式扭矩耦合器11实现动力耦合连接的具体方式可以根据需要选择，本文不赘述。
在本发明实施例的混合动力系统中，下文详细介绍控制器5的相关具体配置。
在本发明的一个实施例中，汽车可以被控制在混合驱动模式、发动机单独驱动模式、纯电动模式或者启动模式下运行。下面将对上述各模式下混合动力系统的结构和操作方式进行详细说明。
根据本发明的一个实施例，当汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下且汽车换挡时，控制器5被配置成：对发动机1实行减扭矩断油控制；控制辅助电机2调节发动机1的转速至目标档位对应的转速；以及控制后驱电机3驱动后驱动桥9。需要解释的是“对发动机实行减扭矩断油控制”具体指：变速器控制器向发动机控制器发送减转矩信号，发动机控制器控制汽油喷射系统暂时中断个别或全部气缸喷油，从而降低发动机输出扭矩以便辅助电机更加准确的调节转速实现换挡。换档过程结束后，恢复正常供油。
根据本发明的一个实施例，当汽车工作在纯电动模式下且汽车换挡时，在发动机1处于怠速的情况下，控制器5被配置成：对发动机1实行减扭矩断油控制；控制辅助电机2调节发动机1的转速至目标档位对应的转速；以及控制后驱电机3驱动后驱动桥9。
根据本发明的一个实施例，当汽车工作在纯电动模式下且汽车换挡时，在发动机1处于停机的情况下，控制器5被配置成：控制辅助电机2启动发动机1，并调节发动机1的转速至目标档位对应的转速；以及控制后驱电机3驱动后驱动桥9。
根据本发明的一个实施例，当完成换挡后，控制器5判断确定后驱电机3是否继续驱动后驱动桥9。
根据本发明的一个实施例，当汽车工作在启动模式下且汽车换挡时，控制器5被配置成：断开离合器8；控制辅助电机2启动发动机1；以及在发动机1被接入I档后，控制辅助电机2退出工作状态且接合离合器8。
此外，本发明还提供了一种混合动力车。如图4所示，该混合动力车1000包括：上文公开的任一种混合动力系统100。
基于其与本发明的混合动力系统相似的结构特点，根据本发明实施例的混合动力车，在汽车换挡时通过控制器控制后驱电机驱动车辆行驶，避免汽车在汽车换挡时动力中断，从而保证到了车辆行驶的平顺性，也提高了行驶过程中的平均速度。
进一步地，本发明又提出了一种混合动力车的控制方法。其中，该混合动力车包括本发明上述的任一混合动力系统。下面将参照附图5详细说明该控制方法。
如图5所示，该控制方法可以包括以下步骤：当汽车需要换挡时，判断当前汽车的工作模式（S101）；当汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下，或者纯电动模式下，则始终保持离合器接合进行换挡；以及当汽车工作在启动模式下，则先断开后接合离合器进行换挡。
根据本发明实施例的混合动力车的控制方法，在汽车换挡时通过控制器控制后驱电机驱动车辆行驶，避免汽车在汽车换挡时动力中断，从而保证到了车辆行驶的平顺性，也提高了行驶过程中的平均速度。
根据本发明的一个实施例，当汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下且汽车换挡时：对发动机实行减扭矩断油控制（S103）；控制辅助电机调节发动机的转速至目标档位对应的转速（S104）；以及控制后驱电机驱动后驱动桥（S106）。随后，变速器由控制器控制自动换入了目标档，或由用户手动换入了目标档（S108），完成换挡过程。
根据本发明的一个实施例，当汽车工作在纯电动模式下且汽车换挡时，在发动机处于怠速的情况下：对发动机实行减扭矩断油控制（S103）；控制辅助电机调节发动机的转速至目标档位对应的转速（S104）；以及控制后驱电机驱动后驱动桥（S106）。随后，变速器由控制器控制自动换入了目标档，或由用户手动换入了目标档（S108），完成换挡过程。
根据本发明的一个实施例，当汽车工作在纯电动模式下且汽车换挡时，在发动机处于停机的情况下：控制辅助电机启动发动机，并调节发动机的转速至目标档位对应的转速（S105）；以及控制后驱电机驱动后驱动桥（S106）。随后，变速器由控制器控制自动换入了目标档，或由用户手动换入了目标档（S108），完成换挡过程。
根据本发明的一个实施例，当完成换挡后(S108之后)，控制器判断确定后驱电机是否继续驱动后驱动桥。例如，控制器综合考虑汽车当前行驶需要的输出扭矩、当前储能装置的SOC、后驱电机的性能参数等等，综合地判断出汽车换挡后的工作模式（S110）。如果控制器判断汽车在换挡后工作在混合驱动模式，则控制器控制后驱电机保持工作状态、继续驱动后驱动桥（S112）。如果控制器判断汽车在换挡后工作在发动机单独驱动模式，则控制器控制后驱电机退出工作状态、不再驱动后驱动桥（S114）。
根据本发明的一个实施例，当汽车工作在启动模式下且汽车换挡时，控制器被配置成：断开离合器（S120）；控制辅助电机启动发动机（S122）；以及在发动机被接入I档后（S124），控制辅助电机退出工作状态（S126）且接合离合器（S128）。
为使本领域技术人员更好地理解本发明的用于汽车的混合动力系统的换挡过程，下面结合图6和图7汽车换挡时辅助电机调节发动机的转速的过程进行详细解释。
(1)汽车升档
如图6所示，t1时刻，离合器断开或发动机断油，相当于进行了摘挡操作。后驱电机驱动车辆行驶，维持车速不变或车速缓慢下降，故变速器有如下情况：同步器转速维持不变或缓慢下降。高档齿轮通过中间轴与输入轴相连接，且转速高于同步器转速。高档齿轮在辅助电机控制下以一定的速率下降，t2时刻时高档齿轮与同步器转速差较小，进行换挡。
(2)汽车降档
如图7所示，t3时刻，离合器断开或发动机断油，相当于进行了摘挡操作。后驱电机驱动车辆行驶，维持车速不变或车速缓慢下降，故变速器有如下情况：同步器转速维持不变或缓慢下降，低档齿轮通过中间轴与输入轴相连接，且转速低于同步器转速，低档齿轮在辅助电机的控制下以一定的速率上升。t4时刻时低档齿轮与同步器转速差较小，进行换挡。
根据本发明的一个实施例的混合动力系统，后驱电机驱动后驱动桥的过程中可以采用PI控制。具体地，如图8所示，根据换挡前后驱电机的转速ω0与换挡过程中检测到的后驱电机的实时转速ω的转速差，采用PI控制方法，对后驱电机的输出扭矩进行控制，计算公式为：
其中：Tmtr为后驱电机输出扭矩，Kp为比例系数，KI为积分系数。需要说明的是，后驱电机也可以根据需要选择其他控制方式。本文不赘述。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明中，虽然以特定的顺序来在附图中描述操作，但是这不应当被理解为要求以所示的特定顺序或依序地执行这样的操作或执行所有图示的操作才能实现期望的结果。在某些情况下，可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时并行处理或按相反顺序来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (13)
1.一种用于汽车的混合动力系统，其特征在于，包括：
发动机，所述发动机通过变速器驱动所述汽车的前驱动桥，所述变速器通过离合器与所述发动机相连；
辅助电机，所述辅助电机与所述发动机双轴并联；
后驱电机，所述后驱电机用于驱动所述汽车的后驱动桥；
储能装置，所述储能装置分别与所述辅助电机和所述后驱电机电连接；以及
控制器，所述控制器在所述汽车换挡时控制所述后驱动电机以驱动所述后驱动桥。
2.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，当所述汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下且所述汽车换挡时，所述控制器被配置成：
对所述发动机实行减扭矩断油控制；
控制所述辅助电机调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及
控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
3.如权利要求1或2所述的混合动力系统，其特征在于，当所述汽车工作在纯电动模式下且所述汽车换挡时，在所述发动机处于怠速的情况下，所述控制器被配置成：
对所述发动机实行减扭矩断油控制；
控制所述辅助电机调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及
控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
4.如权利要求1或2所述的混合动力系统，其特征在于，当所述汽车工作在纯电动模式下且所述汽车换挡时，在所述发动机处于停机的情况下，所述控制器被配置成：
控制所述辅助电机启动所述发动机，并调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及
控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
5.如权利要求1或2所述的混合动力系统，其特征在于，当所述汽车工作在启动模式下且所述汽车换挡时，所述控制器被配置成：
断开所述离合器；
控制所述辅助电机启动所述发动机；以及
在所述发动机被接入I档后，控制所述辅助电机退出工作状态且接合所述离合器。
6.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述辅助电机为BSG电机，所述BSG电机通过皮带连接至所述发动机的曲轴。
7.如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述辅助电机通过齿轮连接至所述发动机的飞轮，或者通过齿轮式扭矩耦合器连接至所述发动机。
8.一种混合动力车，包括：如权利要求1-7中任一项所述的混合动力系统。
9.一种混合动力车的控制方法，其中所述混合动力车包括如权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，包括以下步骤：
当所述汽车需要换挡时，判断当前汽车的工作模式；
当所述汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下，或者纯电动模式下，则始终保持所述离合器接合进行换挡；以及
当所述汽车工作在启动模式下，则先断开后接合所述离合器进行换挡。
10.如权利要求9所述的控制方法，其特征在于，当所述汽车工作在混合驱动模式或者发动机单独驱动模式下时：
对所述发动机实行减扭矩断油控制；
控制所述辅助电机调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及
控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
11.如权利要求9或10所述的控制方法，其特征在于，当所述汽车工作在纯电动模式下且所述汽车换挡时，在所述发动机处于怠速的情况下：
对所述发动机实行减扭矩断油控制；
控制所述辅助电机调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及
控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
12.如权利要求9或10所述的控制方法，其特征在于，当所述汽车工作在纯电动模式下且所述汽车换挡时，在所述发动机处于停机的情况下：
控制所述辅助电机启动所述发动机，并调节所述发动机的转速至目标档位对应的转速；以及
控制所述后驱电机驱动所述后驱动桥。
13.如权利要求9或10所述的控制方法，其特征在于，当所述汽车工作在启动模式下且所述汽车换挡时：
断开所述离合器；
控制所述辅助电机启动所述发动机；以及
在所述发动机被接入I档后，控制所述辅助电机退出工作状态且接合所述离合器。
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