CN104442345A - 混联式混合动力汽车动力总成系统及其功率分配控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种混联式混合动力汽车动力总成系统及其功率分配控制方法，总成系统包括发动机、汽车起动发电一体机ISG、行星齿轮机构、驱动电机、动力电池组以及受整车控制器控制的发动机离合器、ISG制动器、行星齿轮机构离合器和驱动电机离合器，ISG直接集成在行星齿轮机构的太阳轮，设有无级变速器CVT和CVT制动器，采用电驱动优先控制策略，充分利用CVT工作特性调节发动机运行工作点，在复杂的不同工况下汽车模式有更多地选择，且利用驱动电机和ISG协调发动机工作，使得发动机大部分时间工作在最优曲线上，通过转速耦合和转矩耦合优化汽车的动力性能，显著提高发动机的运行效率和整车燃油经济性，减少排放，具有显著的节能减排效果。
Description
技术领域
本发明属于混合动力汽车控制技术，具体属于一种混联式混合动力汽车动力总成系统及其功率分配控制方法。
背景技术
由至少两个动力装置组成驱动系的混联式混合动力汽车，综合了串联式混合动力电驱动系和并联式混合动力电驱动系的优点，既可以实现发动机输出动力给驱动轮，又可以根据行驶工况的需要选择转速耦合模式或者转矩耦合模式，以解脱发动机转矩和转速受汽车的负载转矩和车速的束缚，使发动机大部分时间运行在最优效率曲线上，还具有更大的能量流控制灵活性，更好地实现节能减排。但是，现有的多数混合动力汽车的电机为辅助发动机驱动，在运行过程中所提供的功率至多只占汽车总需求功率的30％，其燃油经济性与传统内燃机汽车相比存在差距，无法与内燃机汽车竞争，不利于混合动力汽车的发展。
无级变速器(Continuously Variable Transmission，缩略词为CVT)具有连续变化的传动比，动力输出连续，可以实现传动系与发动机工况的最佳匹配，使得发动机的工作维持在高效区，至今尚未见有采用CVT的混联式混合动力汽车动力总成。
发明内容
本发明所要解决的一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种混联式混合动力汽车动力总成系统。
本发明所要解决的另一个技术问题是弥补上述现有技术的缺陷，提供一种混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法。
本发明的混联式混合动力汽车动力总成系统技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种混联式混合动力汽车动力总成系统，包括发动机、汽车起动发电一体机(Integrated Starter and Generator，缩略词为ISG)、行星齿轮机构、驱动电机、动力电池组以及受整车控制器控制的发动机离合器、ISG制动器、行星齿轮机构离合器和驱动电机离合器，所述行星齿轮机构包括行星架、太阳轮和齿圈，所述ISG直接集成在行星齿轮机构的太阳轮，其转子轴与所述行星齿轮机构的太阳轮相连接，所述行星齿轮机构的齿圈与所述驱动电机转子轴通过驱动电机离合器连接，所述驱动电机与所述行星齿轮机构的齿圈根据需要能够实现转矩耦合或解耦，所述驱动电机的转子轴与动力输出端通过一对齿轮相连接，所述驱动电机和所述ISG分别与逆变器通过电连接，逆变器和动力电池组之间是电连接，所述ISG制动器布置在所述ISG的输出轴，用于锁止或释放ISG与静态车架之间的关系，所述行星齿轮机构离合器用于锁止或释放行星齿轮机构的太阳轮与行星架之间的关系。
这种混联式混合动力汽车动力总成系统的特点是：
设有无级变速器(Continuously Variable Transmission，缩略词为CVT)、以及布置在所述CVT输出轴的受整车控制器控制的CVT制动器，所述CVT与所述发动机之间通过发动机离合器连接，所述CVT的输入轴和所述发动机的输出轴根据需要能够实现接合或分离，所述CVT输出轴与所述行星齿轮机构的行星架相连接，所述发动机输出转矩通过所述CVT变速比后传递至所述行星齿轮机构的太阳轮，所述CVT制动器用于锁止或释放CVT与静态车架之间的关系，所述CVT可根据当前行星齿轮机构的转速以及需求转速不断变化速比，实时调节发动机转速，充分利用CVT工作特性调节发动机运行工作点，在复杂的不同工况下汽车模式有更多地选择，且通过转速耦合和转矩耦合优化了汽车的动力性能，使发动机大部分时间运行在最优曲线上，保证发动机转速运行于最佳效率区，显著提高发动机的运行效率和整车燃油经济性，同时该结构布置形式有利于发挥大功率驱动电机在大范围转速变化过程中所具有的恒功率特性。
本发明的混联式混合动力汽车动力总成系统技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述发动机、ISG、驱动电机、CVT和动力电池组分别设有相应的发动机管理系统、ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统，所述发动机、ISG、驱动电机、CVT和动力电池组分别设有相应的发动机管理系统、ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统通过控制器局域网络(Controller Area Network，缩略词为CAN)总线与整车控制器相互通讯。
所述整车控制器解析来自油门踏板处的油门开度传感器计算出汽车需求功率，根据发动机、ISG、驱动电机、CVT工作情况和动力电池组的电量判断当前状态，决定驱动功率和制动功率流向，继而发送相应指令管理或协调各个控制器的工作，控制ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统进行混合动力系统的驱动或制动模式切换，实行电驱动优先控制的功率分配控制策略，驱动电机和ISG通过自身功率的变化协调控制发动机，实现发动机与驱动电机的匹配；
所述发动机管理系统控制发动机运行，接受整车控制器指令；
所述ISG控制器控制ISG工作，接受整车控制器指令，用于启动发动机，发电或驱动，同时控制ISG转速以调节发动机转速；
所述驱动电机控制器控制驱动电机工作，接受整车控制器指令，用于驱动电机的驱动和再生制动；
所述CVT控制器控制CVT工作，接受整车控制器指令；
所述动力电池组管理系统控制动力电池组工作，接受整车控制器指令。
本发明的混联式混合动力汽车动力总成系统技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述混合动力系统的驱动模式包括纯电驱动模式、串联驱动模式、转矩耦合并联驱动模式、转速耦合和转矩耦合并联驱动模式和混合驱动模式。
所述纯电驱动模式，是发动机关闭，驱动电机工作，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，由驱动电机提供全部驱动功率，驱动电机直接输出转矩给驱动轮，汽车需求功率等于驱动电机输出功率，汽车起步时，如果动力电池组SOC在SOC_mid和SOC_max之间时，混合动力系统处于纯电驱动模式；汽车低速巡航时，需求功率小于驱动电机最大驱动功率，动力电池组SOC大于SOC_min，混合动力系统也处于纯电驱动模式；动力电池组SOC达到SOC_max，动力电池组电量充足，汽车主要运行在以驱动电机为主的电量消耗模式，根据汽车需求功率，混合动力系统可以选择处于纯电驱动模式。
所述串联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机空转，为满足汽车需求功率，发动机运行在最优曲线上，一部分功率用于驱动汽车，剩余部分用于ISG发电，汽车需求功率等于发动机最大输出功率与ISG发电功率的差值，如果动力电池组SOC小于SOC_min时，动力电池组需要强制充电，混合动力系统处于串联驱动模式。
所述转矩耦合并联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器分开，ISG制动器接合，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，发动机输出转矩和驱动电机输出转矩在驱动电机离合器处进行转矩耦合，驱动电机根据发动机功率和汽车需求功率，不断调节驱动电机输出功率,以满足汽车需求功率，维持发动机始终稳定运行在最优曲线上，汽车需求功率大于驱动电机最大输出功率，如果动力电池组SOC大于SOC_max，且汽车需求功率大于驱动电机所能提供的最大功率，此时动力电池组需要禁止充电以保护电池，混合动力系统处于转矩耦合并联驱动模式；动力电池组SOC达到SOC_max，动力电池组电量充足，汽车主要运行在以驱动电机为主的电量消耗模式，根据汽车需求功率，混合动力系统可以选择处于转矩耦合并联驱动模式。
所述转速耦合和转矩耦合并联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，发动机输出转矩至行星齿轮机构行星架，CVT制动器和ISG制动器分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机输出转矩并与发动机传递至驱动电机离合器处进行转矩耦合，发动机通过行星齿轮机构、ISG进行转速耦合，驱动电机与发动机转矩耦合，转速耦合和转矩耦合并联驱动模式通过转速耦合和转矩耦合优化汽车的动力性能，汽车需求功率等于发动机输出功率，汽车高速巡航时，动力电池组SOC在SOC_min和SOC_mid之间，混合动力系统处于转速耦合和转矩耦合并联驱动模式。
所述混合驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器接合，ISG输出转矩，并与行星架处的转矩耦合，使发动机尽量运行在最优曲线附近，汽车需求功率等于发动机输出功率与ISG发电功率Pisg的和值再加上驱动电机最大输出功率，汽车全负荷加速或者爬坡工况时，在优先保证汽车的需求功率的前提下，考虑动力电池充放电的要求，混合动力系统处于混合驱动模式。
所述再生制动模式，是发动机关闭，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，由驱动电机进行再生制动能量回收，给动力电池组充电，当汽车减速或者制动工况时，混合动力系统处于再生制动模式。
所述混合制动模式，是发动机关闭，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，且制动功率Pbrake大于驱动电机最大输出功率Pm_max，机械制动参与其中，当汽车减速或者制动工况时，且制动功率大于驱动电机最大输出功率，机械制动参与其中，混合动力系统处于再生制动模式。
所述混合动力系统还有停车发电模式，所述停车发电模式，是汽车处于停止状态时，动力电池组电量较低，由ISG启动发动机，发动机离合器接合，驱动电机离合器分开，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，发动机运行在最优曲线上，发动机输出功率全部用于ISG发电给动力电池组充电。
本发明的混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法技术问题通过以下技术方案予以解决。
这种混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法，基于动力电池组的效率和寿命，设置动力电池组荷电状态(State Of Charge，缩略词为SOC)的电量下限值为SOC_min、中间值为SOC_mid、上限值为SOC_max，以及汽车需求功率Pv_req、ISG发电功率Pisg、发动机输出功率Pe_opt、驱动电机输出功率Pm、驱动电机最大输出功率Pm_max、和发动机最大输出功率Pe_max。
这种混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法的特点是：
由CVT根据当前行星齿轮机构的转速以及需求转速不断变化速比，实时调节发动机转速，充分利用CVT工作特性调节发动机运行工作点，在复杂的不同工况下汽车模式有更多地选择，且通过转速耦合和转矩耦合优化了汽车的动力性能，使发动机大部分时间运行在最优曲线上，保证发动机转速运行于最佳效率区，显著提高发动机的运行效率和整车燃油经济性；
由整车控制器解析来自油门踏板处的油门开度传感器计算出汽车需求功率，根据发动机、ISG、驱动电机、CVT工作情况和动力电池组的电量判断当前状态，决定驱动功率和制动功率流向，继而发送相应指令管理或协调各个控制器的工作，控制ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统进行混合动力系统的驱动或制动模式切换，实行电驱动优先控制的功率分配控制策略，驱动电机和ISG通过自身功率的变化协调控制发动机，实现发动机与驱动电机的匹配。
本发明的混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。
所述混合动力系统的驱动模式包括纯电驱动模式、串联驱动模式、转矩耦合并联驱动模式、转速耦合和转矩耦合并联驱动模式和混合驱动模式。
所述混合动力系统的制动模式包括再生制动模式和混合制动模式。
本发明的混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法技术问题通过以下再进一步的技术方案予以解决。
所述纯电驱动模式，是发动机关闭，驱动电机工作，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，由驱动电机提供全部驱动功率，驱动电机直接输出转矩给驱动轮，汽车需求功率等于驱动电机输出功率，汽车起步时，如果动力电池组SOC在SOC_mid和SOC_max之间时，混合动力系统处于纯电驱动模式；汽车低速巡航时，需求功率小于驱动电机最大驱动功率，动力电池组SOC大于SOC_min，混合动力系统也处于纯电驱动模式；动力电池组SOC达到SOC_max，动力电池组电量充足，汽车主要运行在以驱动电机为主的电量消耗模式，根据汽车需求功率，混合动力系统可以选择处于纯电驱动模式。
所述串联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机空转，为满足汽车需求功率，发动机运行在最优曲线上，一部分功率用于驱动汽车，剩余部分用于ISG发电，汽车需求功率等于发动机最大输出功率与ISG发电功率的差值，如果动力电池组SOC小于SOC_min时，动力电池组需要强制充电，混合动力系统处于串联驱动模式。
所述转矩耦合并联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器分开，ISG制动器接合，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，发动机输出转矩和驱动电机输出转矩在驱动电机离合器处进行转矩耦合，驱动电机根据发动机功率和汽车需求功率，不断调节驱动电机输出功率,以满足汽车需求功率，维持发动机始终稳定运行在最优曲线上，汽车需求功率大于驱动电机最大输出功率，如果动力电池组SOC大于SOC_max，且汽车需求功率大于驱动电机所能提供的最大功率，此时动力电池组需要禁止充电以保护电池，混合动力系统处于转矩耦合并联驱动模式；动力电池组SOC达到SOC_max，动力电池组电量充足，汽车主要运行在以驱动电机为主的电量消耗模式，根据汽车需求功率，混合动力系统可以选择处于转矩耦合并联驱动模式。
所述转速耦合和转矩耦合并联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，发动机输出转矩至行星齿轮机构行星架，CVT制动器和ISG制动器分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机输出转矩并与发动机传递至驱动电机离合器处进行转矩耦合，发动机通过行星齿轮机构、ISG进行转速耦合，驱动电机与发动机转矩耦合，转速耦合和转矩耦合并联驱动模式通过转速耦合和转矩耦合优化汽车的动力性能，汽车需求功率等于发动机输出功率，汽车高速巡航时，动力电池组SOC在SOC_min和SOC_mid之间，混合动力系统处于转速耦合和转矩耦合并联驱动模式。
所述混合驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器接合，ISG输出转矩，并与行星架处的转矩耦合，使发动机尽量运行在最优曲线附近，汽车需求功率等于发动机输出功率与ISG发电功率Pisg的和值再加上驱动电机最大输出功率，汽车全负荷加速或者爬坡工况时，在优先保证汽车的需求功率的前提下，考虑动力电池充放电的要求，混合动力系统处于混合驱动模式。
所述再生制动模式，是发动机关闭，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，由驱动电机进行再生制动能量回收，给动力电池组充电。
所述混合制动模式，是发动机关闭，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，且制动功率Pbrake大于驱动电机最大输出功率Pm_max，机械制动参与其中。
所述混合动力系统还有停车发电模式，所述停车发电模式，是汽车处于停止状态时，动力电池组电量较低，由ISG启动发动机，发动机离合器接合，驱动电机离合器分开，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，发动机运行在最优曲线上，发动机输出功率全部用于ISG发电给动力电池组充电。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明在满足汽车动力性的前提下，采用电驱动优先控制的功率分配控制策略，驱动电机和ISG通过自身功率的变化协调控制发动机，实现发动机与驱动电机的匹配，充分利用CVT工作特性调节发动机运行工作点，在复杂的不同工况下汽车模式有更多地选择，且通过转速耦合和转矩耦合优化汽车的动力性能，使发动机大部分时间运行在最优曲线上，显著提高发动机的运行效率和整车燃油经济性，减少排放，具有显著的节能减排效果。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的动力总成系统结构图；
图2是图1的纯电驱动模式的功率流向示意图；
图3是图1的串联驱动模式的功率流向示意图；
图4是图1的转矩耦合并联驱动模式的功率流向示意图；
图5是图1的转速耦合和转矩耦合并联驱动模式的功率流向示意图；
图6是图1的混合驱动模式的功率流向示意图；
图7是图1的再生制动模式的功率流向示意图；
图8是图1的功率分配控制方法的流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明进行说明。
一种如图1～8所示的混联式混合动力汽车动力总成系统，包括发动机1、ISG 4、行星齿轮机构3、驱动电机5、动力电池组以及受整车控制器控制的发动机离合器C1、ISG制动器B2、行星齿轮机构离合器C3和驱动电机离合器C2，行星齿轮机构3包括行星架8、太阳轮7和齿圈，ISG 4直接集成在行星齿轮机构3的太阳轮7，其转子轴与行星齿轮机构3的太阳轮7相连接，行星齿轮机构3的齿圈与驱动电机5转子轴通过驱动电机离合器C2连接，驱动电机5与行星齿轮机构3的齿圈根据需要能够实现转矩耦合或解耦，驱动电机5的转子轴与动力输出端通过一对齿轮相连接，驱动电机5和ISG 4分别与逆变器通过电连接，逆变器和动力电池组之间是电连接，ISG制动器B2布置在ISG 4的输出轴，用于锁止或释放ISG 4与静态车架之间的关系，行星齿轮机构离合器C3用于锁止或释放行星齿轮机构3的太阳轮7与行星架8之间的关系。(图1中未画出整车控制器、ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器，以及动力电池组管理系统)
设有CVT 2、以及布置在CVT 2输出轴的受整车控制器控制的CVT制动器B1，CVT 2与发动机1之间通过发动机离合器C1连接，CVT 2的输入轴和发动机1的输出轴根据需要能够实现接合或分离，CVT 2输出轴与行星齿轮机构3的行星架6相连接，发动机1输出转矩通过CVT 2变速比后传递至行星齿轮机构3的太阳轮7，CVT制动器B1用于锁止或释放CVT 2与静态车架之间的关系，CVT 2可根据当前行星齿轮机构3的转速以及需求转速不断变化速比，实时调节发动机1转速，充分利用CVT 2工作特性调节发动机1运行工作点，在复杂的不同工况下汽车模式有更多地选择，且通过转速耦合和转矩耦合优化了汽车的动力性能，使发动机大1部分时间运行在最优曲线上，保证发动机1转速运行于最佳效率区，显著提高发动机1的运行效率和整车燃油经济性，同时该结构布置形式有利于发挥大功率驱动电机在大范围转速变化过程中所具有的恒功率特性。
发动机1、ISG 4、驱动电机5、CVT 2和动力电池组分别设有相应的发动机管理系统、ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统，发动机1、ISG 4、驱动电机5、CVT 2和动力电池组分别设有相应的发动机管理系统、ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统通过CAN总线与整车控制器相互通讯。
整车控制器解析来自油门踏板处的油门开度传感器计算出汽车需求功率，根据发动机1、ISG 4、驱动电机5、CVT 2工作情况和动力电池组的电量判断当前状态，决定驱动功率和制动功率流向，继而发送相应指令管理或协调各个控制器的工作，控制ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统进行混合动力系统的驱动或制动模式切换，实行电驱动优先控制的功率分配控制策略，驱动电机5和ISG 4通过自身功率的变化协调控制发动机1，实现发动机1与驱动电机5的匹配；
发动机管理系统控制发动机1运行，接受整车控制器指令；
ISG控制器控制ISG 4工作，接受整车控制器指令，用于启动发动机1，发电或驱动，同时控制ISG 4转速以调节发动机转速；
驱动电机控制器控制驱动电机5工作，接受整车控制器指令，用于驱动电机5的驱动和再生制动；
CVT控制器控制CVT 2工作，接受整车控制器指令；
动力电池组管理系统控制动力电池组工作，接受整车控制器指令。
本具体实施方式的混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法，基于动力电池组的效率和寿命，设置动力电池组荷电状态SOC的电量下限值为SOC_min、中间值为SOC_mid、上限值为SOC_max，以及汽车需求功率Pv_req、ISG发电功率Pisg、发动机输出功率Pe_opt、驱动电机输出功率Pm、驱动电机最大输出功率Pm_max、和发动机最大输出功率Pe_max,其特点是：
由CVT 2根据当前行星齿轮机构3的转速以及需求转速不断变化速比，实时调节发动机1转速，充分利用CVT 2工作特性调节发动机1运行工作点，在复杂的不同工况下汽车模式有更多地选择，且通过转速耦合和转矩耦合优化汽车的动力性能，使发动机1大部分时间运行在最优曲线上，保证发动机1转速运行于最佳效率区，显著提高发动机1的运行效率和整车燃油经济性；
由整车控制器解析来自油门踏板处的油门开度传感器计算出汽车需求功率，根据发动机1、ISG 4、驱动电机5、CVT 2工作情况和动力电池组的电量判断当前状态，决定驱动功率和制动功率流向，继而发送相应指令管理或协调各个控制器的工作，控制ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统进行混合动力系统的驱动或制动模式切换，实行电驱动优先控制的功率分配控制策略，驱动电机5和ISG 4通过自身功率的变化协调控制发动机1，实现发动机1与驱动电机5的匹配。
混合动力系统的驱动模式包括纯电驱动(简称纯电动)模式、串联驱动模式、转矩耦合并联驱动(简称并联驱动1)模式、转速耦合和转矩耦合并联驱动(简称并联驱动2)模式和混合驱动模式。
纯电驱动模式，是发动机1关闭，驱动电机5工作，发动机离合器C1和驱动电机离合器C2都分开，行星齿轮机构3不工作，CVT制动器B1和ISG制动器B2都分开，行星齿轮机构离合器C3分开，ISG 4不工作，由驱动电机5提供全部驱动功率，驱动电机5直接输出转矩给驱动轮，汽车需求功率Pv_req等于驱动电机输出功率Pm。汽车起步时，如果动力电池组SOC在SOC_mid和SOC_max之间时，混合动力系统处于纯电驱动模式；汽车低速巡航时，需求功率小于驱动电机最大驱动功率，动力电池组SOC大于SOC_min，混合动力系统也处于纯电驱动模式；动力电池组SOC达到SOC_max，动力电池组电量充足，汽车主要运行在以驱动电机为主的电量消耗模式，根据汽车需求功率Pv_req，混合动力系统可以选择处于纯电驱动模式。
串联驱动模式，是发动机1启动，发动机离合器C1和驱动电机离合器C2都接合，行星齿轮机构3工作，CVT制动器B1和ISG制动器B2都分开，行星齿轮机构离合器C3分开，ISG 4处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机5空转，为满足汽车需求功率，发动机1运行在最优曲线上，一部分功率用于驱动汽车，剩余部分用于ISG 4发电，汽车需求功率Pv_req等于发动机最大输出功率Pe_max与ISG发电功率Pisg的差值。如果动力电池组SOC小于SOC_min时，动力电池组需要强制充电，混合动力系统处于串联驱动模式。
转矩耦合并联驱动模式，是发动机1启动，发动机离合器C1和驱动电机离合器C2都接合，行星齿轮机构3工作，CVT制动器B1分开，ISG制动器B2接合，行星齿轮机构离合器C3分开，ISG 4不工作，发动机1输出转矩和驱动电机5输出转矩在驱动电机离合器C2处进行转矩耦合，驱动电机5根据发动机1功率和汽车需求功率，不断调节驱动电机5输出功率,以满足汽车需求功率，维持发动机1始终稳定运行在最优曲线上，汽车需求功率Pv_req大于驱动电机最大输出功率Pm_max。如果动力电池组SOC大于SOC_max，且汽车需求功率Pv_req大于驱动电机所能提供的最大功率Pm_max，此时动力电池组需要禁止充电以保护电池，混合动力系统处于转矩耦合并联驱动模式；动力电池组SOC达到SOC_max，动力电池组电量充足，汽车主要运行在以驱动电机为主的电量消耗模式，根据汽车需求功率Pv_req，混合动力系统可以选择处于转矩耦合并联驱动模式。
转速耦合和转矩耦合并联驱动模式，是发动机1启动，发动机离合器C1和驱动电机离合器C2都接合，发动机1输出转矩至行星齿轮机构3的行星架6，CVT制动器B1和ISG制动器B2分开，行星齿轮机构离合器C3分开，ISG 4处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机5输出转矩并与发动机1传递至驱动电机离合器C2处进行转矩耦合，发动机1通过行星齿轮机构3、ISG 4进行转速耦合，驱动电机5与发动机1转矩耦合，通过转速耦合和转矩耦合优化汽车的动力性能，汽车需求功率Pv_req等于发动机输出功率Pe_opt。汽车高速巡航时，动力电池组SOC在SOC_min和SOC_mid之间，混合动力系统处于转速耦合和转矩耦合并联驱动模式。
混合驱动模式，是发动机1启动，发动机离合器C1和驱动电机离合器C2都接合，行星齿轮机构3工作，CVT制动器B1和ISG制动器B2都分开，行星齿轮机构离合器C3接合，ISG 4输出转矩，并与行星架8处的转矩耦合，使发动机1尽量运行在最优曲线附近，汽车需求功率Pv_req等于发动机输出功率Pe_opt与ISG发电功率Pisg的和值再加上驱动电机最大输出功率Pm。汽车全负荷加速或者爬坡工况时，在优先保证汽车的需求功率的前提下，考虑动力电池充放电的要求，混合动力系统处于混合驱动模式。
混合动力系统的制动模式包括再生制动模式和混合制动模式。
再生制动模式，是发动机1关闭，发动机离合器C1和驱动电机离合器C2都分开，行星齿轮机构3不工作，CVT制动器B1和ISG制动器B2都分开，行星齿轮机构离合器C3分开，ISG 4不工作，由驱动电机5进行再生制动能量回收，给动力电池组充电，当汽车减速或者制动工况时，混合动力系统处于再生制动模式。
混合制动模式，是发动机1关闭，发动机离合器C1和驱动电机离合器C2都分开，行星齿轮机构3不工作，CVT制动器B1和ISG制动器B2都分开，行星齿轮机构离合器C3分开，ISG 4不工作，当汽车减速或者制动工况时，且制动功率Pbrake大于驱动电机最大输出功率Pm_max，机械制动参与其中，混合动力系统处于再生制动模式。
混合动力系统还有停车发电模式，停车发电模式，是汽车处于停止状态时，动力电池组电量较低，由ISG 4启动发动机1，发动机离合器C1接合，驱动电机离合器C2分开，发动机离合器C1接合，CVT制动器B1和ISG制动器B2都分开，行星齿轮机构离合器C3分开，发动机1运行在最优曲线上，发动机输出功率全部用于ISG发电给动力电池组充电。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出如果干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的专利保护范围。
Claims (10)
1.一种混联式混合动力汽车动力总成系统，包括发动机、汽车起动发电一体机ISG、行星齿轮机构、驱动电机、动力电池组以及受整车控制器控制的发动机离合器、ISG制动器、行星齿轮机构离合器和驱动电机离合器，所述行星齿轮机构包括行星架、太阳轮和齿圈，所述ISG直接集成在行星齿轮机构的太阳轮，其转子轴与所述行星齿轮机构的太阳轮相连接，所述行星齿轮机构的齿圈与所述驱动电机转子轴通过驱动电机离合器连接，所述驱动电机与所述行星齿轮机构的齿圈根据需要能够实现转矩耦合或解耦，所述驱动电机的转子轴与动力输出端通过一对齿轮相连接，所述驱动电机和所述ISG分别与逆变器通过电连接，逆变器和动力电池组之间是电连接，所述ISG制动器布置在所述ISG的输出轴，用于锁止或释放ISG与静态车架之间的关系，所述行星齿轮机构离合器用于锁止或释放行星齿轮机构的太阳轮与行星架之间的关系，其特征在于：
设有无级变速器CVT、以及布置在所述CVT输出轴的受整车控制器控制的CVT制动器，所述CVT与所述发动机之间通过发动机离合器连接，所述CVT的输入轴和所述发动机的输出轴根据需要能够实现接合或分离，所述CVT输出轴与所述行星齿轮机构的行星架相连接，所述发动机输出转矩通过所述CVT变速比后传递至所述行星齿轮机构的太阳轮，所述CVT制动器用于锁止或释放CVT与静态车架之间的关系，所述CVT可根据当前行星齿轮机构的转速以及需求转速不断变化速比，实时调节发动机转速。
2.如权利要求1所述的混联式混合动力汽车动力总成系统，其特征在于：
所述发动机、ISG、驱动电机、CVT和动力电池组分别设有相应的发动机管理系统、ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统，所述发动机、ISG、驱动电机、CVT和动力电池组分别设有相应的发动机管理系统、ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统通过控制器局域网络CAN总线与整车控制器相互通讯；
所述整车控制器解析来自油门踏板处的油门开度传感器计算出汽车需求功率，根据发动机、ISG、驱动电机、CVT工作情况和动力电池组的电量判断当前状态，决定驱动功率和制动功率流向，继而发送相应指令管理或协调各个控制器的工作，控制ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统进行混合动力系统的驱动或制动模式切换，实行电驱动优先控制的功率分配控制策略，驱动电机和ISG通过自身功率的变化协调控制发动机，实现发动机与驱动电机的匹配；
所述发动机管理系统控制发动机运行，接受整车控制器指令；
所述ISG控制器控制ISG工作，接受整车控制器指令，用于启动发动机，发电或驱动，同时控制ISG转速以调节发动机转速；
所述驱动电机控制器控制驱动电机工作，接受整车控制器指令，用于驱动电机的驱动和再生制动；
所述CVT控制器控制CVT工作，接受整车控制器指令；
所述动力电池组管理系统控制动力电池组工作，接受整车控制器指令。
3.如权利要求1或2所述的混联式混合动力汽车动力总成系统，其特征在于：
所述混合动力系统的驱动模式包括纯电驱动模式、串联驱动模式、转矩耦合并联驱动模式、转速耦合和转矩耦合并联驱动模式和混合驱动模式。
4.如权利要求3所述的混联式混合动力汽车动力总成系统，其特征在于：
所述纯电驱动模式，是发动机关闭，驱动电机工作，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，由驱动电机提供全部驱动功率，驱动电机直接输出转矩给驱动轮，汽车需求功率等于驱动电机输出功率，汽车起步时，如果动力电池组SOC在SOC_mid和SOC_max之间时，混合动力系统处于纯电驱动模式；汽车低速巡航时，需求功率小于驱动电机最大驱动功率，动力电池组SOC大于SOC_min，混合动力系统也处于纯电驱动模式；动力电池组SOC达到SOC_max，动力电池组电量充足，汽车主要运行在以驱动电机为主的电量消耗模式，根据汽车需求功率，混合动力系统可以选择处于纯电驱动模式；
所述串联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机空转，为满足汽车需求功率，发动机运行在最优曲线上，一部分功率用于驱动汽车，剩余部分用于ISG发电，汽车需求功率等于发动机最大输出功率与ISG发电功率的差值，如果动力电池组SOC小于SOC_min时，动力电池组需要强制充电，混合动力系统处于串联驱动模式；
所述转矩耦合并联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器分开，ISG制动器接合，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，发动机输出转矩和驱动电机输出转矩在驱动电机离合器处进行转矩耦合，驱动电机根据发动机功率和汽车需求功率，不断调节驱动电机输出功率,以满足汽车需求功率，维持发动机始终稳定运行在最优曲线上，汽车需求功率大于驱动电机最大输出功率，如果动力电池组SOC大于SOC_max，且汽车需求功率大于驱动电机所能提供的最大功率，此时动力电池组需要禁止充电以保护电池，混合动力系统处于转矩耦合并联驱动模式；动力电池组SOC达到SOC_max，动力电池组电量充足，汽车主要运行在以驱动电机为主的电量消耗模式，根据汽车需求功率，混合动力系统可以选择处于转矩耦合并联驱动模式；
所述转速耦合和转矩耦合并联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，发动机输出转矩至行星齿轮机构行星架，CVT制动器和ISG制动器分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机输出转矩并与发动机传递至驱动电机离合器处进行转矩耦合，发动机通过行星齿轮机构、ISG进行转速耦合，驱动电机与发动机转矩耦合，转速耦合和转矩耦合并联驱动模式通过转速耦合和转矩耦合优化汽车的动力性能，汽车需求功率等于发动机输出功率，汽车高速巡航时，动力电池组SOC在SOC_min和SOC_mid之间，混合动力系统处于转速耦合和转矩耦合并联驱动模式；
所述混合驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器接合，ISG输出转矩，并与行星架处的转矩耦合，使发动机尽量运行在最优曲线附近，汽车需求功率等于发动机输出功率与ISG发电功率Pisg的和值再加上驱动电机最大输出功率，汽车全负荷加速或者爬坡工况时，在优先保证汽车的需求功率的前提下，考虑动力电池充放电的要求，混合动力系统处于混合驱动模式。
5.如权利要求3所述的混联式混合动力汽车动力总成系统，其特征在于：
所述混合动力系统的制动模式包括再生制动模式和混合制动模式。
6.如权利要求5所述的混联式混合动力汽车动力总成系统，其特征在于：
所述再生制动模式，是发动机关闭，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，由驱动电机进行再生制动能量回收，给动力电池组充电；
所述混合制动模式，是发动机关闭，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，且制动功率大于驱动电机最大输出功率，机械制动参与其中。
7.一种如权利要求1～6所述的混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法，其特征在于：
由CVT根据当前行星齿轮机构的转速以及需求转速不断变化速比，实时调节发动机转速，充分利用CVT工作特性调节发动机运行工作点，在复杂的不同工况下汽车模式有更多地选择，且通过转速耦合和转矩耦合优化了汽车的动力性能，使发动机大部分时间运行在最优曲线上；
由整车控制器解析来自油门踏板处的油门开度传感器计算出汽车需求功率，根据发动机、ISG、驱动电机、CVT工作情况和动力电池组的电量判断当前状态，决定驱动功率和制动功率流向，继而发送相应指令管理或协调各个控制器的工作，控制ISG控制器、驱动电机控制器、CVT控制器和动力电池组管理系统进行混合动力系统的驱动或制动模式切换，实行电驱动优先控制的功率分配控制策略，驱动电机和ISG通过自身功率的变化协调控制发动机，实现发动机与驱动电机的匹配。
8.如权利要求7所述的混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法，其特征在于：
所述混合动力系统的驱动模式包括纯电驱动模式、串联驱动模式、转矩耦合并联驱动模式、转速耦合和转矩耦合并联驱动模式和混合驱动模式；
所述混合动力系统的制动模式包括再生制动模式和混合制动模式。。
9.如权利要求8所述的混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法，其特征在于：
所述纯电驱动模式，是发动机关闭，驱动电机工作，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，由驱动电机提供全部驱动功率，驱动电机直接输出转矩给驱动轮，汽车需求功率等于驱动电机输出功率；
所述串联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机空转，为满足汽车需求功率，发动机运行在最优曲线上，一部分功率用于驱动汽车，剩余部分用于ISG发电，汽车需求功率等于发动机最大输出功率与ISG发电功率的差值；
所述转矩耦合并联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器分开，ISG制动器接合，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，发动机输出转矩和驱动电机输出转矩在驱动电机离合器处进行转矩耦合，驱动电机根据发动机功率和汽车需求功率，不断调节驱动电机输出功率,以满足汽车需求功率，维持发动机始终稳定运行在最优曲线上，汽车需求功率大于驱动电机最大输出功率；
所述转速耦合和转矩耦合并联驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，发动机输出转矩至行星齿轮机构行星架，CVT制动器和ISG制动器分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG处于发电状态，给动力电池组充电，驱动电机输出转矩并与发动机传递至驱动电机离合器处进行转矩耦合，发动机通过行星齿轮机构、ISG进行转速耦合，驱动电机与发动机转矩耦合，转速耦合和转矩耦合并联驱动模式通过转速耦合和转矩耦合优化汽车的动力性能，汽车需求功率等于发动机输出功率；
所述混合驱动模式，是发动机启动，发动机离合器和驱动电机离合器都接合，行星齿轮机构工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器接合，ISG输出转矩，并与行星架处的转矩耦合，使发动机尽量运行在最优曲线附近，汽车需求功率等于发动机输出功率与ISG发电功率的和值再加上驱动电机最大输出功率。
10.如权利要求8所述的混联式混合动力汽车动力总成系统的功率分配的控制方法，其特征在于：
所述再生制动模式，是发动机关闭，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，由驱动电机进行再生制动能量回收，给动力电池组充电，当汽车减速或者制动工况时，混合动力系统处于再生制动模式；
所述混合制动模式，是发动机关闭，发动机离合器和驱动电机离合器都分开，行星齿轮机构不工作，CVT制动器和ISG制动器都分开，行星齿轮机构离合器分开，ISG不工作，且制动功率大于驱动电机最大输出功率，机械制动参与其中，当汽车减速或者制动工况时，且制动功率大于驱动电机最大输出功率，机械制动参与其中，混合动力系统处于再生制动模式。
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