CN106965795A - 插电式四驱混合动力汽车整车控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，属于电动汽车的技术领域。本发明的汽车整车控制系统，包括混合动力整车控制器、发动机、发动机管理系统、高压动力电池、电池管理系统、前电机、发电机、前控制器、后电机、后电机控制器、离合器、离合器控制器。发动机的第一输出端通过变速器与发电机连接，发动机的第二输出端通过变速器与离合器的第一端连接；前电机控制器分别连接前电机和发电机；后电机控制器连接至所述后电机；发动机管理系统、离合器控制器、电池管理系统、前电机控制器和后电机控制器均与所述混合动力整车控制器通过CAN总线连接。本发明的整车控制系统，结构较为简单、通用性好，而且可以充分利用各总成的优势，有利于提高燃油效率。

Description

插电式四驱混合动力汽车整车控制系统
技术领域
本发明涉及电动汽车的技术领域，更具体地说，本发明涉及一种插电式四驱混合动力汽车整车控制系统。
背景技术
随着石化等不可再生资源的日益短缺，以及各国环境保护措施日趋严格，由于纯电动汽车对环境影响相对传统汽车较小，其前景被广泛看好，但目前受限于电池容量，其续航里程较短。混合动力汽车作为从传统能源汽车到纯电动汽车的一种过渡方案，目前已成为汽车研究与开发的一个重点，并已经开始商业化，其中四轮驱动混合动力汽车因具有良好的动力性、经济性和平顺性受到了诸多消费者的青睐。四轮驱动的混合动力汽车以动力传输路线分类，可分为串联式、并联式和混联式等控制方式。日本丰田公司开发的SUV实现了混联式的四驱，其可以实现纯电动四驱、混合四驱、再生制动等控制模式，但其动力系统需要专门设计发动机和变速箱，存在系统结构复杂、通用性较差且成本较高的缺点，因此有必要开发一种结构简单、性能可靠且通用性好的四驱混合动力控制系统。
发明内容
为了解决现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种插电式四驱混合动力汽车整车控制系统。
为了解决发明所述的技术问题并实现发明目的，本发明采用了以下技术方案：
一种插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：包括混合动力整车控制器、发动机、发动机管理系统、高压动力电池、电池管理系统、前电机、发电机、前电机控制器、后电机、后电机控制器、离合器、离合器控制器、直流-直流转换器、车载充电机、前车轴以及设置在前车轴两端的一对驱动前轮，以及后车轴以及设置在后车轴两端的一对驱动后轮；所述发动机与发动机管理系统连接，发动机的第一输出端通过变速器与发电机连接，发动机的第二输出端通过变速器与离合器的第一端连接；前电机通过变速器与前车轴差速器的输入端连接，前电机控制器分别连接前电机和发电机；前车轴差速器的输入端还与离合器的第二端连接，离合器控制器连接至所述离合器；后电机通过变速器与后车轴差速器的输入端连接，后电机控制器连接至所述后电机；发动机管理系统、离合器控制器、电池管理系统、前电机控制器和后电机控制器均与所述混合动力整车控制器通过CAN总线连接。
其中，所述高压动力电池连接至电池管理系统，高压直流输出端连接至前电机控制器和后电机控制器。
其中，所述电池管理系统还与直流-直流转换器和车载充电机电连接，而所述直流-直流转换器和车载充电机还连接至所述前控制器和后控制器。
其中，在纯电动驱动模式下，混合动力整车控制器控制电池管理系统使得高压动力电池处于供电状态，并给后电机控制器发送控制指令，使后电机控制器控制后电机工作，并且前电机不工作，且通过离合器控制器控制离合器处于分离状态，后电机单独驱动后轮使得车辆行驶。
其中，在纯电动驱动模式下，混合动力整车控制器控制电池管理系统使得高压动力电池处于供电状态，并给前电机控制器发送控制指令，使前电机控制器控制前电机工作，并且后电机不工作，且通过离合器控制器控制离合器处于分离状态，前电机单独驱动前轮使得车辆行驶。
其中，在纯电动驱动模式下，混合动力整车控制器控制电池管理系统使得高压动力电池处于供电状态，给前电机控制器发送控制指令，使前电机控制器控制前电机工作，给后电机控制器发送控制指令，使后电机控制器控制后电机工作，且通过离合器控制器控制离合器处于分离状态，前电机和后电机共同驱动车辆行驶。
其中，在纯发动机模式下，混合动力整车控制器向前电机控制器发送控制指令，由前电机控制器控制发电机拖动启动发动机，混合动力整车控制器通过离合器控制器控制离合器处于结合状态，然后整车控制器向发动机管理系统发送指令，发动机管理系统控制发动机工作，由发动机单独驱动前轮行驶。
其中，利用发动机的剩余功率通过发电机对所述高压动力电池进行充电。
其中，混合动力整车控制器通过离合器控制器控制离合器处于结合状态，同时通过前电机控制器和/或后电机控制器控制前电机和/或后电机工作。
其中，当混合动力整车控制器检测到整车减速或制动的时候，进入制动能量回收模式；在制动能量回收模式下，前电机控制器控制前电机切换到发电模式进行发电，控制后电机控制器控制后电机切换到发电模式进行发电，将车辆的动能转化成电能，储存在高压动力电池。
与最接近的现有技术相比，本发明所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统具有以下有益效果：
本发明的整车控制系统，结构较为简单、通用性好，而且可以充分利用各总成的优势，有利于提高燃油效率。
附图说明
图1为本发明的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统的结构框图。
图2为本发明的插电式四驱混合动力汽车的动力总成模式管理示意图。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统做进一步的阐述，以期对本发明的技术方案做出更完整和清楚的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，如图1所示，本发明的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，包括混合动力整车控制器(HCU)、发动机(ENG)、发动机管理系统(EMS)、高压动力电池、电池管理系统(BMS)、仪表(IC)、前电机(TM)、发电机(GM)、前电机控制器(FPDU)、后电机(RM)、后电机控制器(RMCU)、离合器、离合器控制器(CCU)、直流-直流转换器(DCDC)、车载充电机(OBC)、前车轴以及设置在前车轴两端的一对驱动前轮、后车轴以及设置在后车轴两端的一对驱动后轮。
发动机(ENG)与发动机管理系统(EMS)连接，发动机(ENG)的第一输出端通过变速器与发电机(GM)连接，发动机(ENG)的第二输出端通过变速器与离合器(Clutch)的第一端连接；前电机(FM)通过变速器与前车轴差速器的输入端连接，前电机控制器(FPDU)分别连接前电机(FM)和发电机(GM)。前车轴差速器的输入端还与离合器的第二端连接，离合器控制器(CCU)连接至所述离合器。后电机(RM)通过变速器与后车轴差速器的输入端连接，后控制器(RMCU)连接至所述后电机。发动机管理系统(EMS)、离合器控制器(CCU)、电池管理系统(BMS)、前控制器(FPDU)和后控制器(FPDU)均与所述混合动力整车控制器(HCU)通过CAN总线。所述高压动力电池的一端连接至电池管理系统(BMS)，另一端连接至前控制器(FPDU)和后控制器(RMCU)。所述电池管理系统(BMS)还与直流-直流转换器(DCDC)和车载充电机(OBC)电连接，而所述直流-直流转换器(DCDC)和车载充电机(OBC)还连接至所述前控制器(FPDU)和后控制器(RMCU)。
在本实施例中，发动机(ENG)作为四驱混合动力汽车的主要动力输出装置，所述前电机(FM)和后电机(RM)不仅可以用作发电机在汽车制动时用于制动能量回收也可以用作驱动电机用来驱动汽车前轮；所述离合器用于传递发动机的动力并同时进行动力传递接通与断开的切换。所述高压动力电池提供汽车行驶所述前电机(FM)、后电机(RM)、发电机(GM)等需要的电能，所述电池管理器(BMS)对所述高压动力电池进行管理；所述直流-直流转换器用于高压电能到低压电能的转换；所述混合动力整车控制器(HCU)用于对发动机管理系统(EMS)、电池管理系统(BMS)以及离合器控制器(CCU)等的管理，另外还用于前电机控制器(FPDU)和后电机控制器(RMCU)的管理。另外，所述混合动力整车控制器(HCU)作为整个控制系统的核心部件，还负责采集钥匙门、挡位、加速踏板、制动踏板和充电连接硬线信号，并控制水泵、发动机低速风扇和高速风扇继电器输出等。
本实施例的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统的状态包含停车模式和驱动/制动模式两个顶层模式。其中停车模式可细分为：停车发动机停机模式、停车发动机怠速模式和停车充电模式；驱动/制动模式可细分为：纯电动发动机停机、纯电动发动机怠速、串联启动、串联驱动、串联结束、并联启动、离合器结合、并联驱动、离合器分离、并联结束模式，共计13个子动力总成模式，各模式间的逻辑跳转关系如图2所示。
在本实施例的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统中，电池管理系统(BMS)可以实现对高压动力电池的状态监测及管理。电池管理系统(BMS)可以控制高压动力电池处于供电状态，电流由高压动力电池通过前电机控制器(FPDU)输送给前电机(FM)和/或发电机(GM)，通过后控制器(RMCU)输送给后电机(RM)；电池管理系统(BMS)也可以控制所述高压动力电池处于充电状态，前电机(FM)和后电机(RM)通过制动能量回收，并向高压动力电池充电。混合动力整车控制器(HCU)通过离合器控制器(CCU)对离合器进行控制。混合动力整车控制器(HCU)可以根据车速判断汽车采取何种驱动模式，进而根据该驱动模式决定控制离合器的结合或者分离。
本实施例的整车控制系统在工作时，可以根据不同工况采用不同的驱动模式，实现发动机和电机之间的优化配置，以实现既驱动功率大且具有较高的燃油经济性的效果。
本实施例的整车控制系统可以驱动汽车在以下模式中工作；所述前电机、后电机、发动机、发电机处于工作状态或者不工作状态；当前电机处于工作状态时则可以驱动前轮；发动机处于工作状态且离合器结合时则可驱动前轮。当检测到汽车启动且车速低于预定车速时，且电量充足的情况下，可采用纯电动驱动模式；在纯电动驱动模式下，整车需求功率较低时，混合动力整车控制器控制电池管理器使得高压动力电池处于供电状态，并给后电机控制器发送控制指令，使后电机控制器控制后电机工作，并且前电机不工作，且通过离合器控制器(CCU)控制离合器处于分离状态，后电机(RM)单独驱动后轮使得车辆行驶。另外，HCU也可以向前控制器(FPDU)发送控制指令，使得前控制器(FPDU)控制前电机(FM)工作，通过前电机(FM)单独驱动前轮使得车辆行驶。
或者，在电机电量充足的情况下，整车需求功率较大时，离合器断开，前电机(FM)和后电机(RM)分别在前控制器(FPDU)和后控制器(RMCU)的控制下同时工作驱动车辆行驶，实现四轮驱动。采用两个电机同时驱动的模式，由于电机低速大转矩的特性，可使车辆快速启动，大大缩短加速时间。
而在电量不足的情况下，可以先由发电机(GM)启动发电机(ENG)，然后发动机(ENG)驱动车辆行驶，并带动发电机(GM)进行发电。
在纯发动机(ENG)模式下，整车控制器(HCU)可以向发动机管理系统(EMS)发送控制指令，由发动机管理系统(EMS)控制发动机(ENG)工作；整车控制器(HCU)通过CCU控制离合器处于结合状态，由发动机驱动前轮；此时，前电机(FM)、后电机(RM)不工作。在较高的车速下发动机燃油经济性比较好，根据实际工况还可通过剩余功率利用发电机(GM)对高压动力电池进行充电。当发动机(ENG)的转速超过发动机(ENG)的高效区域，或者在纯发动机模式状态下需要急加速时，HCU通过CCU控制离合器处于结合状态，同时前电机控制器(FPDU)和/或后控制器(RMCU)控制前电机(FM)和/或后电机(RM)工作。前电机(FM)和/或后电机(RM)可以弥补发动机(ENG)超出经济工作区域以外的功率，从而可以使发动机(ENG)工作在高效的区域，实现了最优的驱动效率，提高了燃油经济性和车辆的加速性能。
本实施例的混合动力汽车整车控制系统可以驱动汽车工作在再生制动模式。当HCU检测到整车减速或制动的时候，视为进入了制动能量回收模式。在制动能量回收模式下，前电机控制器(FPDU)控制前电机(FM)切换到发电模式进行发电，控制后电机控制器(RMCU)控制后电机(RM)切换到发电模式进行发电，将车辆的动能转化成电能，储存在高压动力电池中，同时可使整车具有很好的制动性，提高了制动性能及能量利用率。
本发明实施例的四驱混合动力汽车的整车控制系统对四驱混合动力汽车的工作模式考虑周全，可充分发挥四驱混动结构的优点。另外，根据车况进行多种工作模式间的转换条件，可使车辆在每个时刻均处于最佳工作模式，从而降低油耗。本发明实施例的四驱混合动力汽车的控制方法中在不同工作模式下对各部件转矩的分配方法，可优化发动机、发电机、前电机和后电机的工作效率，进一步降低整车的燃油消耗。
对于本领域的普通技术人员而言，具体实施例只是对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：包括混合动力整车控制器、发动机、发动机管理系统、高压动力电池、电池管理系统、前电机、发电机、前电机控制器、后电机、后电机控制器、离合器、离合器控制器、直流-直流转换器、车载充电机、前车轴以及设置在前车轴两端的一对驱动前轮，以及后车轴以及设置在后车轴两端的一对驱动后轮；所述发动机与发动机管理系统连接，发动机的第一输出端通过变速器与发电机连接，发动机的第二输出端通过变速器与离合器的第一端连接；前电机通过变速器与前车轴差速器的输入端连接，前电机控制器分别连接前电机和发电机；前车轴差速器的输入端还与离合器的第二端连接，离合器控制器连接至所述离合器；后电机通过变速器与后车轴差速器的输入端连接，后电机控制器连接至所述后电机；发动机管理系统、离合器控制器、电池管理系统、前电机控制器和后电机控制器均与所述混合动力整车控制器通过CAN总线连接。
2.根据权利要求1所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：所述高压动力电池连接至电池管理系统，高压直流输出端连接至前电机控制器和后电机控制器。
3.根据权利要求1所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：所述电池管理系统还与直流-直流转换器和车载充电机电连接，而所述直流-直流转换器和车载充电机还连接至所述前控制器和后控制器。
4.根据权利要求1所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：在纯电动驱动模式下，混合动力整车控制器控制电池管理系统使得高压动力电池处于供电状态，并给后电机控制器发送控制指令，使后电机控制器控制后电机工作，并且前电机不工作，且通过离合器控制器控制离合器处于分离状态，后电机单独驱动后轮使得车辆行驶。
5.根据权利要求1所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：在纯电动驱动模式下，混合动力整车控制器控制电池管理系统使得高压动力电池处于供电状态，并给前电机控制器发送控制指令，使前电机控制器控制前电机工作，并且后电机不工作，且通过离合器控制器控制离合器处于分离状态，前电机单独驱动前轮使得车辆行驶。
6.根据权利要求1所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：在纯电动驱动模式下，混合动力整车控制器控制电池管理系统使得高压动力电池处于供电状态，给前电机控制器发送控制指令，使前电机控制器控制前电机工作，给后电机控制器发送控制指令，使后电机控制器控制后电机工作，且通过离合器控制器控制离合器处于分离状态，前电机和后电机共同驱动车辆行驶。
7.根据权利要求1所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：在纯发动机模式下，混合动力整车控制器向前电机控制器发送控制指令，由前电机控制器控制发电机拖动启动发动机，混合动力整车控制器通过离合器控制器控制离合器处于结合状态，然后整车控制器向发动机管理系统发送指令，发动机管理系统控制发动机工作，由发动机单独驱动前轮行驶。
8.根据权利要求7所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：利用发动机的剩余功率通过发电机对所述高压动力电池进行充电。
9.根据权利要求7所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：混合动力整车控制器通过离合器控制器控制离合器处于结合状态，同时通过前电机控制器和/或后电机控制器控制前电机和/或后电机工作。
10.根据权利要求1所述的插电式四驱混合动力汽车整车控制系统，其特征在于：当混合动力整车控制器检测到整车减速或制动的时候，进入制动能量回收模式；在制动能量回收模式下，前电机控制器控制前电机切换到发电模式进行发电，控制后电机控制器控制后电机切换到发电模式进行发电，将车辆的动能转化成电能，储存在高压动力电池。
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