CN104648116A - 双模式行星混联系统及其控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合动力车辆领域，特别是涉及到了一种双模式行星混联系统及其控制系统。该双模式行星混联系统的发动机的输出轴与行星排系统之间串接有扭矩传感器，扭矩传感器与整车控制器连接，发动机实际输出的精确扭矩Eng_Trq可通过扭矩传感器反馈得到，对发动机扭矩控制实现闭环PI修正：(1)实际扭矩小于目标扭矩时，加大发动机扭矩输出；(2)实际扭矩大于目标扭矩时，发动机停止目标指令输出，发电机负载反拖。在使用的时候，扭矩传感器可实时的采集模拟信号量，整车控制器得到模拟量信号计算出发动机当前真实扭矩值，通过控制策略计算实现发动机精确闭环控制，从而解决了行星排系统发动机工作点不能得到精确控制的问题。

Description

双模式行星混联系统及其控制系统
技术领域
本发明涉及混合动力车辆领域，特别是涉及到了一种双模式行星混联系统及其控制系统。
背景技术
在混合动力车辆领域中，串联能实现发动机的最优控制，但是全部能量都会经过二次转换，损失较大；并联能实现较好的传动效率，但是发动机与输出轴机械连接，不能保证发动机始终处于较优的工作区域内；因此混联式动力系统是一个较好的选择。当前混联式动力系统主要采用行星机构作为功率分流装置，行星排系统的优势在于：它能够实现发动机转速与输出轴转速之间的解耦。控制系统在任何车速时，都可以控制发动机的转速和扭矩，从而实现发动机高效区工作。但由于发动机的机械和燃烧特性，其自身计算出的当前扭矩值往往存在误差，导致行星排系统发动机工作点不能得到精确控制，无法最大限度的发挥该系统的优势。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双模式行星混联系统，以解决行星排系统发动机工作点不能得到精确控制的问题。
同时，本发明的目的还在于提供上述双模式行星混联系统的控制系统。
为了解决上述问题，本发明的双模式行星混联系统采用以下技术方案：双模式行星混联系统，包括发动机、发电机、行星排机构、驱动电机、动力电源、整车控制器和双电机及电附件的集成控制器，所述发动机的输出轴与行星排系统之间串接有扭矩传感器，扭矩传感器与整车控制器连接，根据行星排机构的构型得到发动机扭矩Te与输出轴扭矩Tout关系、发动机转速Ne与输出轴转速Nout的关系，整车控制器根据车辆匹配信息计算整车在不同车速V和油门开度AccPed_Norm下的需求功率，协调发动机和两个电机的工作，可得到发动机需求功率Power_e；当发动机需要参与驱动时，根据当前发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，找到油耗oil_eff最低的发动机转速点作为发动机目标控制转速Eng_DemadSpd；然后根据目标控制转速Eng_DemadSpd和发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，得到发动机目标控制扭矩Eng_DemadTrq；发动机实际输出的精确扭矩Eng_Trq通过扭矩传感器反馈得到，对发动机扭矩控制实现闭环PI修正：(1)实际扭矩小于目标扭矩时，加大发动机扭矩输出；(2)实际扭矩大于目标扭矩时，发动机停止 目标指令输出，发电机负载反拖。
所述发动机的输出轴与行星排机构之间还设置有扭转减振器。
所述行星排机构包括前行星排和后行星排，前行星排包括PG1太阳轮、PG1齿圈和PG1行星架，后行星排包括PG2齿圈、PG2行星架、PG2太阳轮，所述PG1齿圈和PG2行星架连接，PG2齿圈为固定齿圈。
发动机到行星排机构的输出轴的关系为：发动机扭矩Te与行星排机构的输出轴扭矩Tout关系为：                                                  转速Ne关系与输出轴转速Nout为：    (其中：1.k1为PG1齿圈半径与PG1太阳轮半径的比值；2.Te为发动机输出的扭矩值；3.Nm1为MG1电机输出的转速值)。
双模式行星混联系统的控制系统采用以下技术方案：双模式行星混联控制系统，包括整车控制器，还包括与整车控制器连接的扭矩传感器，扭矩传感器用于串接在双模式行星混联系统的发动机的输出轴与行星排机构的输出轴之间，根据行星排机构的构型得到发动机扭矩Te与输出轴扭矩Tout关系、发动机转速Ne与输出轴转速Nout的关系，整车控制器根据车辆匹配信息计算整车在不同车速V和油门开度AccPed_Norm下的需求功率，协调发动机和两个电机的工作，可得到发动机需求功率Power_e；当发动机需要参与驱动时，根据当前发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，找到油耗oil_eff最低的发动机转速点作为发动机目标控制转速Eng_DemadSpd；然后根据目标控制转速Eng_DemadSpd和发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，得到发动机目标控制扭矩Eng_DemadTrq；发动机实际输出的精确扭矩Eng_Trq通过扭矩传感器反馈得到，对发动机扭矩控制实现闭环PI修正：(1)实际扭矩小于目标扭矩时，加大发动机扭矩输出；(2)实际扭矩大于目标扭矩时，发动机停止目标指令输出，发电机负载反拖。
由于本发明的双模式行星混联系统的发动机输出轴与行星排机构之间串接有扭矩传感器，并且扭矩传感器与整车控制器连接，因此，在使用的时候，扭矩传感器可实时的采集模拟信号量，整车控制器得到模拟量信号计算出发动机当前真实扭矩值，通过控制策略计算实现发动机精确闭环控制，从而解决了行星排系统发动机工作点不能得到精确控制的问题。
更进一步的，扭转减振器可减轻发动机工作时启动瞬间的冲击；由于后行星排PG2齿圈是锁止的，前行星排PG1齿圈连接到后行星排PG2行星架上，驱动电机可通过后行星排速比实现减速增扭功能，减小了驱动电机的尺寸，从而降低了双电机系统的成本。
附图说明
图1是双模式行星混联系统的示意图；
图2是双模式行星混联系统的控制流程图。
具体实施方式
双模式行星混联系统的实施例，如图1-2所示，该双模式行星混联系统包括发动机11、扭矩传感器12、扭转减振器13、行星排机构、MG1发电机14、MG2驱动电机15、整车控制器16、动力电源、双电机及电附件集成控制器18。
扭矩传感器12和扭转减振器13依次串接在发动机11与行星排机构之间的位置处，并且扭矩传感器12与整车控制器16连接。
行星排机构包括前行星排和后行星排，前行星排包括PG1太阳轮19、PG1齿圈20、PG1行星架21，后行星排包括PG2齿圈22、PG2行星架23、PG2太阳轮24，其中PG1齿圈21和PG2行星架23连接，PG2齿圈22为固定齿圈。
根据行星排机构的构型得到发动机扭矩Te与行星排机构的输出轴17的扭矩Tout关系为：   发动机转速Ne与输出轴17转速Nout的关系：    其中：1.k1为PG1齿圈半径与PG1太阳轮半径的比值；2.Te为发动机输出的转速值；3.Nm1为MG1电机输出的扭矩值。整车控制器根据车辆匹配信息计算整车在不同车速V和油门开度AccPed_Norm下的需求功率，协调发动机和两个电机的工作，可得到发动机需求功率Power_e；当发动机需要参与驱动时，根据当前发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，找到油耗oil_eff最低的发动机转速点作为发动机目标控制转速Eng_DemadSpd；然后根据目标控制转速Eng_DemadSpd和发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，得到发动机目标控制扭矩Eng_DemadTrq；发动机实际输出的精确扭矩Eng_Trq通过扭矩传感器反馈得到，对发动机扭矩控制实现闭环PI修正：(1)实际扭矩小于目标扭矩时，加大发动机扭矩输出；(2)实际扭矩大于目标扭矩时，发动机停止目标指令输出，发电机负载反拖。
双模式行星混联控制系统的实施例，该双模式行星混联控制系统的构成与上述双模式行星混联系统中所涉及到的控制系统相同，此处不予赘述。

Claims (5)

1.双模式行星混联系统，包括发动机、发电机、行星排机构、驱动电机、动力电源、整车控制器和双电机及电附件的集成控制器，其特征在于，所述发动机的输出轴与行星排系统之间串接有扭矩传感器，扭矩传感器与整车控制器连接，根据行星排机构的构型得到发动机扭矩Te与行星排机构输出轴扭矩Tout关系、发动机转速Ne与行星排机构的输出轴转速Nout的关系，整车控制器根据车辆匹配信息计算整车在不同车速V和油门开度AccPed_Norm下的需求功率，协调发动机和MG1电机和MG2电机两个电机的工作，可得到发动机需求功率Power_e；当发动机需要参与驱动时，根据当前发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，找到油耗oil_eff最低的发动机转速点作为发动机目标控制转速Eng_DemadSpd；然后根据目标控制转速Eng_DemadSpd和发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，得到发动机目标控制扭矩Eng_DemadTrq；发动机实际输出的精确扭矩Eng_Trq通过扭矩传感器反馈得到，对发动机扭矩控制实现闭环PI修正：(1)实际扭矩小于目标扭矩时，加大发动机扭矩输出；(2)实际扭矩大于目标扭矩时，发动机停止目标指令输出，发电机负载反拖。
2.根据权利要求1所述的双模式行星混联系统，其特征在于，所述发动机的输出轴与行星排机构之间还设置有扭转减振器。
3.根据权利要求1或2所述的双模式行星混联系统，其特征在于，所述行星排机构包括前行星排和后行星排，前行星排包括PG1太阳轮、PG1齿圈和PG1行星架，后行星排包括PG2齿圈、PG2行星架、PG2太阳轮，所述PG1齿圈和PG2行星架连接，PG2齿圈为固定齿圈。
4.根据权利要求3所述的双模式行星混联系统，其特征在于，发动机到行星排机构的输出轴的关系为：发动机扭矩Te与行星排机构的输出轴扭矩Tout关系为：                                                  转速Ne与行星排机构的输出轴转速Nout的关系为：   (其中：1.k1为PG1齿圈半径与PG1太阳轮半径的比值；2.Te为发动机输出的扭矩值；3.Nm1为MG1电机输出的转速值)。
5.双模式行星混联控制系统，包括整车控制器，其特征在于，还包括与整车控制器连接的扭矩传感器，扭矩传感器用于串接在双模式行星混联系统的发动机的输出轴与行星排机构的输出轴之间，根据行星排机构的构型得到发动机扭矩Te与输出轴扭矩Tout关系、发动机转速Ne与输出轴转速Nout的关系，整车控制器根据车辆匹配信息计算整车在不同车速V和油门开度AccPed_Norm下的需求功率，协调发动机和两个电机的工作，可得到发动机需求 功率Power_e；当发动机需要参与驱动时，根据当前发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，找到油耗oil_eff最低的发动机转速点作为发动机目标控制转速Eng_DemadSpd；然后根据目标控制转速Eng_DemadSpd和发动机需求功率Power_e查表发动机万有特性曲线MAP_e，得到发动机目标控制扭矩Eng_DemadTrq；发动机实际输出的精确扭矩Eng_Trq通过扭矩传感器反馈得到，对发动机扭矩控制实现闭环PI修正：(1)实际扭矩小于目标扭矩时，加大发动机扭矩输出；(2)实际扭矩大于目标扭矩时，发动机停止目标指令输出，发电机负载反拖。
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