CN106808993A - 一种基于amt的isg动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于AMT的ISG动力系统，包括发动机、离合器、ISG电机、AMT变速器、TM电机和控制模块；所述发动机通过离合器与ISG电机连接，所述AMT变速器包含AMT输入轴和AMT输出轴；所述AMT输入轴与ISG电机转子轴连接，所述AMT输出轴与TM电机转子轴连接；所述控制模块控制发动机、ISG电机和TM电机运转；所述控制模块在AMT变速器换挡时，控制TM电机转子保持按原先动力输出；本方案的换挡过程TM电机持续保持原动力输出，减下换挡冲击；在换挡过程中TM电机状态始终不变，即车速、加速度不变，大大减小了换挡冲击度，提高乘坐舒适性。

Description

一种基于AMT的ISG动力系统
技术领域
本发明涉及汽车混合动力系统领域，特别涉及一种基于AMT的ISG动力系统。
背景技术
随着传统能源的枯竭，燃油费用越来越高，对环境保护的措施越来越严格，替代燃油发动机汽车的方案需求越来越大，现在已经出现混合动力汽车、氢能源汽车、燃料电池汽车且投入到人们的生活实践中。
在目前现阶段，混合动力汽车日益受到人们的关注，尤其是ISG混合动力汽车；现有的ISG混合动力汽中有些专利，如中国专利CN106080165A，公开了一种ISG混合动力传动系统，但其仅能通过电机的无级变速来控制车速，由驱动电机的特性曲线可知在中低速区电机效率较低，致使在相应车速下的驱动能耗较高、制动能量回馈较少；该方案中ISG电机通过扭转减振器与发动机连接，纯电行驶阶段ISG无法参与驱动，车辆起步时动力性差；还有中国专利CN105691182A，公开了一种基于AMT的混合动力系统及控制方法，方案中BSG电机通过皮带与发动机连接，由皮带传动的特性可知，其传动效率较低，且对皮带的安装要求很高，皮带容易断裂；该方案中BSG电机的皮带结构对发动机曲轴有横向拉力，影响曲轴的对中性，对轴瓦、止推片等部件有较大影响；AMT的结构特点决定AMT在换挡时必须使所选档位的一对待啮合齿轮轮齿的圆周速度相等，才能使之平顺地进入啮合而挂上档，该方案中指出其动力由AMT直接输出到传动轴，在换挡过程中控制系统要对驱动电机进行调速，在此调速过程中车辆丢失动力靠惯性前进，产生挫动感，影响乘坐舒适性。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于AMT的ISG动力系统，旨在解决目前现有汽车换挡冲击的原因是中断动力后才能进行换挡操作，换挡完成后再恢复动力，在这过程中汽车存在丢速情况；纯电行驶阶段ISG无法参与驱动，车辆起步时动力差等问题。为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种基于AMT的ISG动力系统：包括发动机、离合器、ISG电机、AMT变速器、TM电机和控制模块；所述发动机通过离合器与ISG电机连接，所述AMT变速器包含AMT输入轴和AMT输出轴；所述AMT输入轴与ISG电机转子轴连接，所述AMT输出轴与TM电机转子轴连接；所述控制模块控制发动机、ISG电机和TM电机运转；所述控制模块在AMT变速器换挡时，控制TM电机转子保持按原先动力输出。
有益效果是：本方案的换挡过程TM电机持续保持原动力输出，减下换挡冲击；在换挡过程中TM电机状态始终不变，即车速、加速度不变，大大减小了换挡冲击度，提高乘坐舒适性。
为了能够储存电源或即时为动力系统供电，作为本发明的一种优选结构，还包括动力电源，所述动力电源分别与ISG电机和TM电机电路连接；电池可以即时为ISG电机和TM电机供电，发动机和ISG电机发电时候也可以收集电能为动力电源充电。
作为本发明的一种优选结构，还包括传动轴和驱动桥；所述TM电机转子轴通过传动轴与驱动桥连接，用于驱动整车。
作为本发明的一种优选结构，所述ISG电机转子轴为空心轴，所述空心轴内设有内花键；所述AMT输入轴贯穿于空心轴，所述AMT输入轴的前端设有第一花键，中部设有第二花键，两处花键均为外花键；所述第二花键与空心轴的内花键配合连接；所述离合器为摩擦式离合器，所述摩擦式离合从动盘内圈设有内花键，所述AMT输入轴的第一花键与摩擦式离合器从动盘内花键配合，并且离合器从动盘可在AMT输入轴的第一花键上轴向滑动。
作为本发明的一种优选结构，基于AMT的ISG动力系统还包括ISG电机后端与AMT变速器前端共用的第一端盖，TM电机前端与AMT变速器后端共用的第二端盖。
作为本发明的一种优选结构，所述TM电机转子轴为空心轴并设有内花键，所述AMT输出轴设有外花键，并与TM电机转子轴内花键配合连接。
作为本发明的一种优选结构，所述控制模块，还用于判断行驶速度是否达到换挡阈值来判断是否换挡；且控制AMT变速器换挡。
作为本发明的一种优选结构，所述控制模块为整车控制的VCU单元。
附图说明
图1为本发明基于AMT的ISG动力系统实施例结构示意图；
图2为本发明一种优选实施例AMT输入轴结构示意图；
图3为本发明控制部分系统构架图；
图4为本发明低速单电机纯电动工作模式动能传递流程图；
图5为本发明低速单电机纯电动工作模式动能传递流程图；
图6为本发明发动机起动工作模式动能传递流程图；
图7为本发明中高速发动机加双电机混动工作模式动能传递流程图；
图8为本发明高速发动机加单电机混动工作模式动能传递流程图；
图9为本发明制动能力回收工作模式动能传递流程图；
图10为本发明倒车工作模式动能传递流程图；
图11为本发明停车发电工作模式动能传递流程图；
图12为本发明换挡控条件判断流程图。
标号说明：
100.发动机
200.摩擦式离合器
201.主动盘
202.从动盘
300.ISG电机
400.AMT输入轴
401.第一花键
402.第二花键
500.AMT变速器
600.TM电机
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请一并参照图1和图12，如图1所示可知，本发明的一种优选实施例为一种基于AMT的ISG动力系统，包括发动机100、离合器、ISG电机300、AMT变速器500、TM电机600和控制模块；所述发动机通过离合器与ISG电机连接，所述AMT变速器包含AMT输入轴400和AMT输出轴；所述AMT输入轴与ISG电机转子轴连接，所述AMT输出轴与TM电机转子轴连接；所述控制模块控制发动机、ISG电机和TM电机运转；所述控制模块在AMT变速器换挡时，控制TM电机转子保持按原先动力输出。
而在现有技术中，有采用BSG电机通过皮带与发动机连接，由皮带传动的特性可知，其传动效率较低，且对皮带的安装要求很高，皮带容易断裂。另外，BSG电机的皮带结构对发动机曲轴有横向拉力，影响曲轴的对中性，对轴瓦、止推片等部件有较大影响。也有采用ISG电机通过扭转减振器与发动机连接，纯电行驶阶段ISG无法参与驱动，车辆起步时动力性差；而本发明将发动机与ISG电机间用离合器连接，所述离合器选用摩擦式离合器200，达到相对稳定动力起步。
在现有技术中，ISG系统的混合动力的其动力由AMT变速器直接输出到传动轴，AMT变速器的结构特点决定AMT变速器在换挡时必须使所选档位的一对待啮合齿轮轮齿的圆周速度相等，才能使之平顺地进入啮合而挂上档；在换挡过程中控制系统要对驱动电机进行调速，在此调速过程中车辆丢失动力靠惯性前进，产生挫动感，影响乘坐舒适性；即现有汽车换挡冲击的原因是中断动力后才能进行换挡操作，换挡完成后再恢复动力，在这过程中汽车存在丢速情况；而本发明则在AMT变速器后再接上TM电机，本方案的换挡过程控制器控制TM电机持续保持原动力输出，在换挡过程中TM电机状态始终不变，即车速、加速度不变，大大减小了换挡冲击度，提高乘坐舒适性。
进一步的，为了能够储存电源或即时为动力系统供电，还包括动力电源，所述动力电源分别与ISG电机和TM电机电路连接；通过整车控制的VCU单元和用于电池管理的BMS系统，电池可以即时为ISG电机和TM电机供电，发动机和ISG电机发电时候也可以收集电能，动力电源充电，电源还可以用于制动时的能量回收。
进一步的，还包括传动轴和驱动桥；所述TM电机转子轴通过传动轴与驱动桥连接，用于驱动整车。
进一步的，所述ISG电机转子轴为空心轴，所述空心轴内设有内花键；所述AMT输入轴贯穿于空心轴，如图2所示所述AMT输入轴的前端设有第一花键401，中部设有第二花键402，两处花键均为外花键；所述第二花键与空心轴的内花键配合连接；实现AMT输入轴与ISG电机转子轴同步转动；
进一步的，所述离合器为摩擦式离合器，所述摩擦式离合从动盘202内圈设有内花键，所述AMT输入轴的第一花键与摩擦式离合器从动盘内花键配合，摩擦离合器的主动盘201与发动机连接，并且离合器从动盘可在AMT输入轴的第一花键上轴向滑动。
进一步的，为了缩短总成轴向长度，满足多种车型的底盘布置要求，基于AMT的ISG动力系统：还包括ISG电机后端与AMT变速器前端共用的第一端盖，TM电机前端与AMT变速器后端共用的第二端盖；共用端盖可以节约整体空间。
进一步的，为了实现AMT输出轴与TM电机转子轴同步转动；所述TM电机转子轴为空心轴并设有内花键；所述AMT输出轴设有外花键，并与TM电机转子轴内花键配合连接。
本发明的一种实施例中，一种基于AMT的ISG动力系统，还包括用于电池管理的BMS系统、用于发动机管理的EMS系统、用于变速控制的TCU单元、用于ISG电机控制的MCU I单元和用于TM电机控制的MCU II单元，所述VCU单元包括采集模块和判断模块；所述采集模块用于采集各档位区间内发动机、ISG电机、TM电机输出的或三者耦合工作输出的扭矩，三者的实时转速，实时采集油门开度、档位情况、车辆速度和动力电池的剩余电量，以及制动信号；所述判断模块，用于计算采集模块实时采集的数据并根据设定的换挡阈值来判断是否换挡；换挡阈值包括速度阈值和电池剩余电量阈值；阈值条件同时满足的情况下判断模块给TCU下发换挡指令；
其系统架构如图3所示，VCU单元识别驾驶员的动作以及当前整车和系统部件的状态，根据优化控制算法，通过CAN总线向系统部件控制器发出控制指令；部件控制器根据VCU单元的指令独立完成对部件的控制，并通过CAN总线向VCU单元发送部件状态参数。
系统可以实现的工作模式如下：
如图4所示，低速单电机纯电动工作模式；发动机熄火，离合器分开，ISG电机停机，AMT变速器为空档，TM电机正转驱动，TM电机转子轴通过传动轴与驱动桥连接，用于驱动整车低速纯电动运行。
如图5所示，中低速双电机纯电动工作模式；发动机熄火，离合器分开，ISG电机正转驱动，AMT变速器为一档，TM电机正转驱动，TM电机转子轴通过传动轴与驱动桥连接，用于驱动整车中低速双电机纯电动运行。
如图6所述，发动机起动工作模式，发电机点火，离合器结合，ISG电机正转驱动，TM电机正转驱动。
如图7所示，中高速发动机加双电机混动工作模式，发动机工作于燃油经济区，离合器结合，ISG电机正转驱动，AMT变速器为二或三档，TM电机正转驱动，TM电机转子轴通过传动轴与驱动桥连接，用于驱动整车中高速发动机加双电机混动运行。
如图8所示，高速发动机加单电机混动工作模式，发动机工作于燃油经济区，离合器啮合，ISG电机正转发电，AMT变速器为四档，TM电机正转驱动，TM电机转子轴通过传动轴与驱动桥连接，用于驱动整车中高速发动机加单电机混动运行。
如图9所示，制动能量回收工作模式，发动机熄火或制动反拖，离合器合或分，ISG电机正转发电，AMT变速器在原档位，TM电机正转发电。
如图10所示，倒车工作模式，发动机熄火，合器分离，ISG电机停机，AMT变速器空档，TM电机反转驱动，TM电机转子轴通过传动轴与驱动桥连接，用于驱动整车低速倒车。
如图11所示，停车发电工作模式，发动机工作于燃油经济区，离合器啮合，ISG电机正转发电，AMT变速器空档，TM电机停机。
如此控制，不仅能通过电机的无级变速来控制车速，而且还能通过AMT的换挡实现车速的控制，并且拓宽了发动机燃油经济性最好的车速区间；还能在纯电行驶阶段ISG电机也能参与驱动，可实现单电机纯电驱动模式和双电机纯电驱动模式，在车辆起步时动力性更好；能够提供多种运行模式，满足复杂的工况需求。
现有的汽车换挡控制分为四个阶段：
第一阶段：中断动力。分离离合器以中断发动机和传动系之间的动力传递。第二阶段：摘档、选档。通过控制选换挡执行机构使变速器从原档位摘除没，并选档到对应新档位的空档。第三阶段：挂新档。挂入新档时，变速器输入轴转速与输出轴转速的转速差依靠同步器实现同步。第四阶段：恢复动力。挂入新档后，要通过离合器的接合来恢复发动机动力的传递。
本方案的换挡控制分为三个阶段：
第一阶段：VCU单元读取ISG电机转速和TM电机转速并计算两个电机转速的关系。
第二阶段：根据第一阶段的计算结果调整ISG电机转速。
第三阶段：挂新档。
在换挡过程中TM电机状态始终不变，即车速、加速度不变，大大减小了换挡冲击度，提高乘坐舒适性。
TM电机与MCUⅡ有通讯，TM电机的运行受MCUⅡ的控制并且TM电机的输出以一定方式返回到MCUⅡ作为控制的输入形成闭环控制。
进一步的，其换挡控条件判断如下：
VCU单元读取ISG电机转速n和TM电机转速m；
当(n/m>a)&&(n/m<b)时，根据第一阶段的计算结果调整ISG电机转速；然后换挡，然后结束。
当(n/m>a)&&(n/m<b)条件不成立时，判断n/m>b：若是，则降低ISG电机转速n，保持TM电机转速m，直至满足(n/m>a)&&(n/m<b)条件，根据第一阶段的计算结果调整ISG电机转速；然后换挡，然后结束；若否，则提高ISG电机转速n，保持TM电机转速m，直至满足(n/m>a)&&(n/m<b)条件，根据第一阶段的计算结果调整ISG电机转速；然后换挡，然后结束。
以搭载了玉柴YC6J200-42和基于AMT的ISG动力系统的12米城市公交车为例，其发动机主要参数为：最大输出功率147kW，最大值扭矩730N.m，最佳燃油经济区转速范围为1400～1650转。其AMT变速器参数为一档：2.03；二档：1.53；三档：1；四档：0.74。其主减速器速比6.14。
对公交车的工作模式加以说明：
车辆起步时，发动机关闭，离合器处于分离状态，ISG电机停机，AMT变速器处于空档状态，车辆仅由TM电机驱动。TM电机转速为500r/min时车速约为16km/h，此时ISG电机起动，并通过MCU1的控制调速到1015r/min(500×2.03＝1015)，AMT换一档。
AMT变速器换一挡完成后ISG电机与驱动电机耦合，共同驱动并加速，TM电机通过MCU2控制调速到800r/min，ISG电机通过MCU1调速到1624r/min。
此时离合器由分离状态变为接合状态，ISG电机拖曳发动机起动，发动机通过EMS调速到1624r/min，处于最佳燃油经济区，并且与ISG电机等转速。此时车速约为24.9km/h。发动机起动完成，并与ISG电机及TM电机耦合。
AMT变速器由一档换二档的操作，TM电机通过MCU2控制调速到1078r/min，此时车速约为33.6km/h。此时AMT变速器摘档变为空档状态，ISG电机通过MCU1控制调速到1649r/min，离合器保持接合状态，发动机通过EMS控制调速到为1649r/min，与ISG电机等转速，此时AMT上二档。AMT变速器已完成一档换二档的操作，系统处于发动机加双电机混和驱动状态。
AMT变速器由二档换三档的操作，AMT变速器摘档变为空档状态，发动机和ISG电机转速不变，保持1649r/min，离合器状态保存不变，为接合状态，TM电机通过MCU2控制调速到1649r/min，此时车速约为51.4km/h，此时AMT上三档。AMT变速器已完成二档换三档的操作，系统处于发动机加双电机混和驱动状态。
AMT变速器由三档换四档的操作，AMT变速器摘档变为空档状态，发动机和ISG电机转速不变，保持1649r/min，离合器状态保存不变，为接合状态，TM电机通过MCU2控制调速到2230r/min，此时车速约为69.4km/h，此时AMT上四档。该状态下TM电机处于高功率状态，ISG电机通过MCU控制由驱动状态变为发电状态，并与动力电池耦合同时为TM电机供电。
AMT变速器已完成三档换四档的操作，系统处于发动机加单电机混和驱动状态。
AMT变速器由空档换一档直至换四档的过程结束。
制动时，发动机、离合器及AMT变速器状态均保持不变，ISG电机和TM电机均处于发电状态。
倒车时，发动机关闭，离合器处于分离状态，ISG电机停机，AMT变速器处于空档状态，车辆仅由TM电机驱动。TM电机转速为反转500r/min时车速约为-16km/h(负号表示倒车)。
停车发电时，TM电机停机，AMT变速器处于空档状态，发动机通过EMS控制调速到1650r/min，离合器为接合状态，ISG电机转速等同于发动机转速，为1650r/min，并通过MCU1控制处于发电状态，将电量储存到动力电池中。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效形状或结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于AMT的ISG动力系统，其特征在于：包括发动机、离合器、ISG电机、AMT变速器、TM电机和控制模块；所述发动机通过离合器与ISG电机连接，所述AMT变速器包含AMT输入轴和AMT输出轴；所述AMT输入轴与ISG电机转子轴连接，所述AMT输出轴与TM电机转子轴连接；所述控制模块控制发动机、ISG电机和TM电机运转；所述控制模块在AMT变速器换挡时，控制TM电机转子保持按原先动力输出。
2.根据权利要求1所述的基于AMT的ISG动力系统，其特征在于：还包括动力电源，所述动力电源分别与ISG电机和TM电机电路连接。
3.根据权利要求1所述的基于AMT的ISG动力系统，其特征在于：还包括传动轴和驱动桥；所述TM电机转子轴通过传动轴与驱动桥连接。
4.根据权利要求1所述的基于AMT的ISG动力系统，其特征在于：所述ISG电机转子轴为空心轴，所述空心轴内设有内花键；所述AMT输入轴贯穿于空心轴，所述AMT输入轴的前端设有第一花键，中部设有第二花键，两处花键均为外花键；所述第二花键与空心轴的内花键配合连接；所述离合器为摩擦式离合器，所述摩擦式离合从动盘内圈设有内花键，所述AMT输入轴的第一花键与摩擦式离合器从动盘内花键配合，并且离合器从动盘可在AMT输入轴的第一花键上轴向滑动。
5.根据权利要求1所述的基于AMT的ISG动力系统，其特征在于：还包括ISG电机后端与AMT变速器前端共用的第一端盖，TM电机前端与AMT变速器后端共用的第二端盖。
6.根据权利要求1所述的基于AMT的ISG动力系统，其特征在于：所述TM电机转子轴为空心轴并设有内花键；所述AMT输出轴设有外花键，并与TM电机转子轴内花键配合连接。
7.根据权利要求1所述的基于AMT的ISG动力系统，其特征在于：所述控制模块，还用于判断行驶速度是否达到换挡阈值来判断是否换挡；且控制AMT变速器换挡。
8.根据权利要求1所述的基于AMT的ISG动力系统，其特征在于：所述控制模块为整车控制的VCU单元。
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