CN104973050A - 一种基于驾驶意图的混合动力装置及其控制方法 - Google Patents

一种基于驾驶意图的混合动力装置及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于驾驶意图的混合动力装置及其控制方法，包括：发动机电机、第一电机、第二电机，发动机电机、第一电机及第二电机的输出轴分别与行星齿轮相连，发动机电机的电机轴与发动机输出轴通过行星齿轮系相连，离合器设置在发动机输出轴侧，发动机电机与变速箱相连，变速箱输出装置与行星齿轮系相连，发动机及电池分别与控制装置相连，控制装置同时连有驾驶意图识别装置；由于驾驶意图识别装置及控制装置的设置，使本发明具有能够根据驾驶意图，根据整车功率需求，合理分配驱动力，整车机动能力更强的混合动力的特点。

Description

一种基于驾驶意图的混合动力装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力系统，具体涉及一种基于驾驶意图的混合动力装置及其控制方法。
背景技术
目前，国外美军、俄罗斯、欧洲各国等普遍把混合动力电驱动平台作为下一代军用多轴驱动重型车辆驱动系统平台发展方向，这与民用车辆领域，各国政府、企业、研究机构大力发展以电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为主的新能源汽车的世界车辆发展趋势相符，但以此目的研究开发的重型车辆对驾驶员驾驶意图进行识别简单的处理，表现在，体现驾驶意图的加速踏板和制动踏板开度简单的进行线性化处理，甚至有些混合动力汽车制动踏板开度采用开关处理(0，表示没有减速，1，表示减速)，无法准确识别驾驶意图，无法准确确定当前驾驶员对混合动力系统的功率和转矩需求，导致能量管理策略的模式选择和各动力总成驱动转矩分配不合理，驾驶员需要重新修正踏板以到达其驾驶目的，能量管理策略根据驾驶员意图的变化重新调整驱动模式和转矩分配，如此循环，反映在整车上就是驾驶性不好，驱动模式的频繁切换和能量分配的不合理，混合动力系统的效率下降和整车油耗的增加。如中国发明专利申请201210046726.X中介绍了基于工况与驾驶意图识别的自动变速箱智能匹配方法，其特点研究发动机与变速箱本身技术的基础上，根据不同的驾驶习惯与行驶工况，提供相应的换档策略，但是根据驾驶意图，确定整车功率，合理分配驱动力，整车机动能力更强的混合动力，节约能耗的问题并没有阐述。
发明内容
本发明提供一种基于驾驶意图的混合动力装置及其控制方法，目的是解决现有混合动力装置不能根据驾驶意图控制分配驱动力，发动机能源消耗过大等问题，提供一种能够根据驾驶意图控制电机开关，在不同驾驶意图下根据整车实际需求功率修正发动机输出功率，合理分配驱动力，整车机动能力更强的混合动力的特点。
本发明是这样实现的：
一种基于驾驶意图的混合动力装置，包括：
电机装置，其包括发动机电机、第一电机及第二电机，能够单独或组合一起与发动机同时为车辆提供动力；
所述发动机电机，其具有贯穿式的输出轴，所述输出轴的一端连接第一行星齿轮系的齿圈，所述输出轴的另一端连接变速箱；变速箱的输出轴连接第二行星齿轮系的太阳轮；
发动机，其输出旋转动力驱动第一行星齿轮系的太阳轮；所述第一行星齿轮系的行星轮具有行星架，其将动力输出第三行星齿轮系的太阳轮；
第一电机，其输出轴连接第二行星齿轮系的齿圈；第二行星齿轮系的行星轮具有行星架，其将动力输出到车辆后部的多个驱动桥；
第二电机，其输出轴连接到第三行星齿轮系的齿圈；第三行星齿轮系的行星轮具有行星架，其输出动力驱动车辆的前桥；
监测装置，其包括速度监测仪、加速踏板监测器及制动踏板监测器，所述速度监测仪用于监测车辆行驶车速，所述加速踏板监测器监测加速踏板开度及开度变化率，所述制动踏板监测器监测制动踏板开度及开度变化率；
驾驶意图识别装置，根据所述监测装置所得到的数据确定驾驶意图；
控制装置，根据车辆行驶车速和驾驶员行驶意图分别控制所述电机装置的开关及修正发动机的输出功率。
优选的是，所述发动机电机固定在所述发动机一侧。
优选的是，所述变速箱为五档以上的变速箱。
优选的是，所述前桥和所述驱动桥，都分别具有减速装置。
优选的是，在动力输出到后部驱动桥的动力路径上，还设置有中央差速器，其用于消除驱动轮的滑动现象。
优选的是，还包括多个蓄电池。
一种基于驾驶意图的混合动力装置的控制方法，通过所述的驾驶意图识别装置及控制装置，其根据速度反馈信号、加速踏板开度、开度变化率、制动踏板开度及开度变化率进行驾驶意图识别确定，通过驾驶意图识别再由控制器分为通过以下步骤控制所述电机装置开关：
步骤一：根据速度反馈信号，在由发动机单独驱动车辆的情况下确定车辆所处行驶速度模式，即低速行驶、中速行驶及高速行驶；
步骤二：确定车辆所处行驶模式后，在加速条件下，根据数值进行控制：
当车辆处于低速行驶条件下，控制装置操作只由发动机单独驱动车辆；
当车辆处于中速行驶条件下，满足条件时，当时，驾驶意图为平缓加速，控制装置操作发动机电机开启，车辆由发动机电机和发动机共同驱动，当时，驾驶意图为一般加速，控制装置操作发动机电机及第一电机开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机及发动机共同驱动；满足条件时，驾驶意图为一般加速，控制装置操作发动机电机及第一电机开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机及发动机共同驱动；
当车辆处于高速行驶条件下，满足条件时，当时，驾驶意图为一般加速，控制装置操作发动机电机及第一电机开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机及发动机共同驱动，当时，驾驶意图为紧急加速，控制装置操作发动机电机、第一电机及第二电机同时开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机、第二电机及发动机共同驱动；满足条件时，驾驶意图为紧急加速，控制装置操作发动机电机、第一电机及第二电机同时开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机、第二电机及发动机共同驱动；
其中，Δα＝α2-α1，α1是加速前踏板开度百分比，α2是加速后踏板开度百分比，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，e为自然对数的底数，A1,A2,a1,a2,b1,b2是常数；
确定车辆所处行驶模式后，在减速条件下，根据数值，按照如下方式进行控制：
当车辆处于中速行驶条件下，由发动机电机、第一电机及发动机共同驱动车辆时，满足条件时，驾驶意图为平缓减速，控制装置操作第一电机关闭，车辆由发动机及发动机电机共同驱动；满足条件时，驾驶意图为紧急减速，控制装置操作发动机电机及第一电机同时关闭，车辆仅由发动机驱动；
当车辆处于高速行驶条件下，由发动机电机、第一电机、第二电机及发动机共同驱动车辆时，满足条件时，驾驶意图为平缓减速，控制装置操作第二电机关闭，车辆由发动机、发动机电机及第一电机共同驱动；满足条件时，驾驶意图为紧急减速，控制装置操作第一电机及第二电机同时关闭，车辆由发动机电机及发动机共同驱动；
其中，Δβ＝β2-β1，β1是减速前制动踏板开度百分比，β2是减速后制动踏板开度百分比，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，B1,B2是常数。
优选的是，当驾驶意图确定后，可根据驾驶意图确定发动机实际输出功率，通过以下方式实现：其中，C1-5是不同驾驶意图下修正系数，分别对应平缓加速、一般加速、紧急加速、平缓减速及紧急减速，其中，P是发动机功率，m是发动机扭矩，n是发动机转速。
优选的是，其特征在于，当车辆处于低速行驶模式时，满足条件P＞PR时，多余的输出功率用来发电，为所述电池充电，当车辆处于中速或者高速行驶模式时，发动机电机、第一电机及第二电机在开启的情况下，满足条件PT＞PR时，多余的输出功率用来发电，为所述电池充电，其中，P是发动机功率，PR是需求功率，PT是当所述电机启动时，电机及发动机提供的总功率，P,PR,PT单位为W。
本发明的有益效果是：通过监测装置、驾驶意图识别装置和控制装置，使车辆能够根据驾驶意图控制电机开关，具有在不同驾驶意图下根据整车实际需求功率修正发动机输出功率，合理分配驱动力，整车机动能力更强的混合动力的特点。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
图1为本发明所述基于驾驶意图的混合动力装置的结构示意图。
图2为本发明所述基于驾驶意图的混合动力装置电机装置控制方法的流程图。
图3为本发明所述基于驾驶意图的混合动力装置发动机修正功率的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了根据本发明的一种实现形式，其中包括：发动机110、发动机电机120、第一电机121、第二电机122、离合器111、变速箱112、电池113、第一行星齿轮系152、第二行星齿轮系153、第三行星齿轮系151，其中，所述离合器111设置在发动机110输出轴一侧，发动机110输出旋转力驱动第一行星齿轮系152的太阳轮，所述第一行星齿轮系152的行星轮具有行星架，其将动力输出至第三行星齿轮系151的太阳轮，所述发动机电机120具有贯穿式的输出轴，其一端连接第一行星齿轮系152的齿圈，另一端连接变速箱112，所述变速箱112的输出轴连接第二行星齿轮系153的太阳轮，第一电机121输出轴连接第二行星齿轮系153的齿圈，第二行星齿轮系153的行星轮具有行星架，其将动力输出到车轮后部的驱动桥142、143，第二电机122输出轴连接第三行星齿轮151的齿圈，第三行星齿轮151的行星轮具有行星架，其将动力输出到车辆前桥141；监测装置，其包括速度监测仪131、加速踏板监测器132及制动踏板监测器133，所述速度监测仪131用于监测车速，传输反馈信号；所述加速踏板监测器132监测加速踏板开度及开度变化率；所述制动踏板监测器133监测制动踏板开度及开度变化率；驾驶意图识别装置134，其分别与速度监测仪131、加速踏板监测器132及制动踏板监测器133相连，通过监测装置反馈数据用来确定驾驶意图；控制装置130，其与所述电池113、发动机110及驾驶意图识别装置134相连，根据驾驶意图通过电池113控制所述发动机电机120、第一电机121及第二电机122的开关，控制所述发动机110的输出功率；其中所述发动机电机120、第一电机121、第二电机122组成了电机装置，分别与电池113相连；其中，电池113是由电池单体串联而成的铅酸电池组。
图2示出了根据本发明电机装置控制方法的一种实现形式，其具体操作流程如下：
S210：通过速度监测仪131确定车辆所处行驶模式，即：低速行驶、中速行驶及高速行驶，在本实施例中，低速行驶：0＜V0＜20，中速行驶：20≤V0＜60，高速行驶：60≤V0，其中，V0是车辆行驶速度，单位为km/h。
S220：当车辆处于低速行驶条件下，控制装置130操作只由发动机110单独驱动车辆。
S230、S231、S232、S233、S234：
当车辆处于中速行驶条件下，满足条件时，当时，驾驶意图为平缓加速，控制装置130操作发动机电机120开启，车辆由发动机电机120和发动机110共同驱动，当时，驾驶意图为一般加速，控制装置130操作发动机电机120及第一电机121开启，此时，车辆由发动机电机120、第一电机121及发动机110共同驱动，满足条件时，驾驶意图为一般加速，控制装置130操作发动机电机120及第一电机121开启，此时，车辆由发动机电机120、第一电机121及发动机110共同驱动；
其中，Δα＝α2-α1，α1是加速前踏板开度百分比，α2是加速后踏板开度百分比，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，A1,a1,b1是常数,e为自然对数的底数；在本实施例中，A1＝23.8,a1＝-0.09,b1＝0.5809。
当车辆处于中速行驶条件下，由发动机电机120、第一电机121及发动机110共同驱动车辆时，满足条件时，驾驶意图为平缓减速，控制装置操130作第一电机121关闭，车辆由发动机110及发动机电机120共同驱动，满足条件时，驾驶意图为紧急减速，控制装置130操作发动机电机120及第一电机121同时关闭，车辆仅由发动机110驱动；
其中，Δβ＝β2-β1，β1是减速前踏板开度百分比，β2是减速后踏板开度百分比，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，B1是常数；在本实施例中，B1＝37.8。
S240、S241、S242、S243、S244：
当车辆处于高速行驶条件下，满足条件时，当时，驾驶意图为一般加速，控制装置130操作发动机电机120及第一电机121开启，此时，车辆由发动机电机120、第一电机121及发动机110共同驱动，当时，驾驶意图为紧急加速，控制装置130操作发动机电机120、第一电机121及第二电机122同时开启，此时，车辆由发动机电机120、第一电机121、第二电机122及发动机110共同驱动，满足条件时，驾驶意图为紧急加速，控制装置130操作发动机电机120、第一电机121及第二电机122同时开启，此时，车辆由发动机电机120、第一电机121、第二电机122及发动机110共同驱动；
中，Δα＝α2-α1，α1是加速前踏板开度百分比，α2是加速后踏板开度百分比，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，A2,a2,b2是常数，e为自然对数的底数；在本实施例中，A2＝35.7,a2＝-0.074,b2＝0.3357。
当车辆处于高速行驶条件下，由发动机电机120、第一电机121、第二电机122及发动机110共同驱动车辆时，满足条件时，驾驶意图为平缓减速，控制装置130操作第二电机122关闭，车辆由发动机110、发动机电机120及第一电机121共同驱动，满足条件时，驾驶意图为紧急减速，控制装置130操作第一电机121及第二电机122同时关闭，车辆由发动机电机120及发动机110共同驱动；
其中，Δβ＝β2-β1，β1是减速前踏板开度百分比，β2是减速后踏板开度百分比，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，B2是常数；在本实施例中，B2＝53.2。
在另一种实施例中，图3示出了根据本发明发动机控制方法的一种实现形式，其具体操作流程如下：
S310：通过速度监测仪131确定车辆所处行驶模式，即：低速行驶、中速行驶及高速行驶，在本实施例中，低速行驶：0＜V0＜20，中速行驶：20≤V0＜60，高速行驶：60≤V0，其中，V0是车辆行驶速度，单位为km/h。
S320：通过驾驶意图识别装置134确定驾驶意图。
S330、S331：确定驾驶意图为平缓加速，通过调节发动机功率输出，其中，C1为所述模式下修正系数，P是发动机功率，m是发动机扭矩，n是发动机转速。
S340、S341：确定驾驶意图为一般加速，通过调节发动机功率输出，其中，C2为所述模式下修正系数，P是发动机功率，m是发动机扭矩，n是发动机转速。
S350、S351：确定驾驶意图为紧急加速，通过调节发动机功率输出，其中，C3为所述模式下修正系数，P是发动机功率，m是发动机扭矩，n是发动机转速。
S360、S361：确定驾驶意图为平缓减速，通过调节发动机功率输出，其中，C4为所述模式下修正系数，P是发动机功率，m是发动机扭矩，n是发动机转速。
S370、S371：确定驾驶意图为紧急减速，通过调节发动机功率输出，其中，C5为所述模式下修正系数，P是发动机功率，m是发动机扭矩，n是发动机转速。
在另一种实施例中，当车辆处于低速行驶模式时，满足条件P＞PR时，多余的输出功率用来发电，为所述电池充电，当车辆处于中速或者高速行驶模式时，发动机电机、第一电机及第二电机在开启的情况下，满足条件PT＞PR时，多余的输出功率用来发电，为所述电池充电，其中，P是发动机功率，PR是需求功率，PT是当所述电机启动时，电机及发动机提供的总功率，P,PR,PT单位为W。
在另一种实施例中，所述发动机电机120固定在所述发动机110一侧。
在另一种实施例中，所述变速箱112为五档以上的变速箱。
在另一种实施例中，所述前桥141及驱动桥142、143都分别具有减速装置。
在另一种实施例中，在动力输出到后部驱动桥142、143的动力路径上，设置有中央差速器157，在具有不同的输入角速度时，其用于消除驱动轮的滑动现象。
在另一种实施例中，还包括多个蓄能电池，同时也可以通过发电机自身输出功率的同时储存能量，达到充放电一体的效果。
在另一种实施例中，在特定情况下，能够用于反侦查战术要求，关闭发动机，整车由电机驱动，静默低速行驶，最高纯电动行驶里程大于25km，可以有效避开敌方目前主要通过红外雷达探测热源的侦查系统，使整车反侦察能力更强。
在另一种实施例中，在用于整车动力性需求较大时，特别是高原地区，空气稀薄，发动机功率下降时，可以通过控制装置130控制四个动力源同时输出动力，整车动力性不会因为高原环境下降，整车动力性更好。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明中混合动力装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
如上所述，根据本发明，由于混合动力装置的驾驶意图识别装置及控制装置的设置，使车辆能够解决现有混合动力装置不能根据驾驶意图控制分配驱动力，发动机能源消耗过大等问题，提供一种能够根据驾驶意图控制电机开关及修正发动机输出功率，合理分配驱动力，整车机动能力更强的混合动力装置。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种基于驾驶意图的混合动力装置，其特征在于，包括：
电机装置，其包括发动机电机、第一电机及第二电机，能够单独或组合一起与发动机同时为车辆提供动力；
所述发动机电机，其具有贯穿式的输出轴，所述输出轴的一端连接第一行星齿轮系的齿圈，所述输出轴的另一端连接变速箱；变速箱的输出轴连接第二行星齿轮系的太阳轮；
发动机，其输出旋转动力驱动第一行星齿轮系的太阳轮；所述第一行星齿轮系的行星轮具有行星架，其将动力输出第三行星齿轮系的太阳轮；
第一电机，其输出轴连接第二行星齿轮系的齿圈；第二行星齿轮系的行星轮具有行星架，其将动力输出到车辆后部的多个驱动桥；
第二电机，其输出轴连接到第三行星齿轮系的齿圈；第三行星齿轮系的行星轮具有行星架，其输出动力驱动车辆的前桥；
监测装置，其包括速度监测仪、加速踏板监测器及制动踏板监测器，所述速度监测仪用于监测车辆行驶车速，所述加速踏板监测器监测加速踏板开度及开度变化率，所述制动踏板监测器监测制动踏板开度及开度变化率；
驾驶意图识别装置，根据所述监测装置所得到的数据确定驾驶意图；
控制装置，根据车辆行驶车速和驾驶员行驶意图分别控制所述电机装置的开关及修正发动机的输出功率。
2.如权利要求1所述的基于驾驶意图的混合动力装置，其特征在于，所述发动机电机固定在所述发动机一侧。
3.如权利要求1或2所述的基于驾驶意图的混合动力装置，其特征在于，所述变速箱为五档以上的变速箱。
4.如权利要求1所述的基于驾驶意图的混合动力装置，其特征在于，所述前桥和所述驱动桥，都分别具有减速装置。
5.如权利要求4所述的基于驾驶意图的混合动力装置，其特征在于，在动力输出到后部驱动桥的动力路径上，还设置有中央差速器，其用于消除驱动轮的滑动现象。
6.如权利要求1、2、4或5中任一项所述的基于驾驶意图的混合动力装置，其特征在于，还包括多个蓄电池。
7.一种基于驾驶意图的混合动力装置的控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-6中任一项所述的基于驾驶意图的混合动力装置，其根据速度反馈信号、加速踏板开度、开度变化率、制动踏板开度及开度变化率进行驾驶意图识别确定，通过驾驶意图识别再由控制器分为通过以下步骤控制所述电机装置开关：
步骤一：根据速度反馈信号，在由发动机单独驱动车辆的情况下确定车辆所处行驶速度模式，即低速行驶、中速行驶及高速行驶；
步骤二：确定车辆所处行驶模式后，在加速条件下，根据数值，进行控制：
当车辆处于低速行驶条件下，控制装置操作只由发动机单独驱动车辆；
当车辆处于中速行驶条件下，满足条件时，当时，驾驶意图为平缓加速，控制装置操作发动机电机开启，车辆由发动机电机和发动机共同驱动，当时，驾驶意图为一般加速，控制装置操作发动机电机及第一电机开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机及发动机共同驱动；满足条件时，驾驶意图为一般加速，控制装置操作发动机电机及第一电机开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机及发动机共同驱动；
当车辆处于高速行驶条件下，满足条件时，当时，驾驶意图为一般加速，控制装置操作发动机电机及第一电机开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机及发动机共同驱动，当时，驾驶意图为紧急加速，控制装置操作发动机电机、第一电机及第二电机同时开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机、第二电机及发动机共同驱动；满足条件时，驾驶意图为紧急加速，控制装置操作发动机电机、第一电机及第二电机同时开启，此时，车辆由发动机电机、第一电机、第二电机及发动机共同驱动；
其中，Δα＝α2-α1，α1是加速前踏板开度百分比，α2是加速后踏板开度百分比，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，e为自然对数的底数，A1,A2,a1,a2,b1,b2是常数；
确定车辆所处行驶模式后，在减速条件下，根据数值，按照如下方式进行控制：
当车辆处于中速行驶条件下，由发动机电机、第一电机及发动机共同驱动车辆时，满足条件时，驾驶意图为平缓减速，控制装置操作第一电机关闭，车辆由发动机及发动机电机共同驱动；满足条件时，驾驶意图为紧急减速，控制装置操作发动机电机及第一电机同时关闭，车辆仅由发动机驱动；
当车辆处于高速行驶条件下，由发动机电机、第一电机、第二电机及发动机共同驱动车辆时，满足条件时，驾驶意图为平缓减速，控制装置操作第二电机关闭，车辆由发动机、发动机电机及第一电机共同驱动；满足条件时，驾驶意图为紧急减速，控制装置操作第一电机及第二电机同时关闭，车辆由发动机电机及发动机共同驱动；
其中，Δβ＝β2-β1，β1是减速前制动踏板开度百分比，β2是减速后制动踏板开度百分比，T是加速踏板前后变化时间，单位为s，B1,B2是常数。
8.如权利要求7所述的基于驾驶意图的混合动力装置的控制方法，其特征在于，当驾驶意图确定后，可根据驾驶意图确定发动机实际输出功率，通过以下方式实现：其中，C1-5是不同驾驶意图下修正系数，分别对应平缓加速、一般加速、紧急加速、平缓减速及紧急减速，其中，P是发动机功率，m是发动机扭矩，n是发动机转速。
9.如权利要求7所述的基于驾驶意图的混合动力装置的控制方法，其特征在于，当车辆处于低速行驶模式时，满足条件P＞PR时，多余的输出功率用来发电，为电池充电，当车辆处于中速或者高速行驶模式时，发动机电机、第一电机及第二电机在开启的情况下，满足条件PT＞PR时，多余的输出功率用来发电，为电池充电，其中，P是发动机功率，PR是需求功率，PT是当所述电机启动时，电机及发动机提供的总功率，P,PR,PT单位为W。
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