CN107054057A - 一种并联式插电混合动力汽车驱动系统及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种并联式插电混合动力汽车驱动系统，发动机动力传动系统是通过自动离合器和六挡自动变速器自动实现发动机与整车动力传输连接或中断的，其动力作用在前轮；而电机动力传动系统是通过二挡自动变速器自动实现电动机与整车动力传输连接或中断的，其动力作用在后轮；与已有的传统混合动力方案相比，本发明发动机动力传动系统和电机动力传动系统是通过整车控制器中的能量管理策略对发动机动力传动系统和与电机动力传动系统的扭矩进行耦合，不再使用扭矩耦合机构，因此整车传动方案相对简单有效，而且成本较低，易于工程实现，同时可以使得发动机在高效率工作点工作，进而提高整车燃油经济性，并提高车辆在起步和加速过程中的整车动力性。

Description

一种并联式插电混合动力汽车驱动系统及其驱动方法
技术领域
本发明属于汽车制造技术领域，具体来说是涉及一种并联式插电混合动力汽车驱动系统及其驱动方法。
背景技术
面对节能与环保的双重压力，汽车工业要想可持续发展就必须大力发展新能源汽车。新能源汽车中纯电动汽车是最理想的车型，但由于动力电池存在能量密度小、功率密度低的技术瓶颈以及汽车充电设施的缺乏，所以目前还难以普及。混合动力汽车在传统内燃机汽车的基础上加装了电机，不仅具有纯电动汽车的经济性高与污染小，又具有内燃机汽车的动力性强。因此是目前阶段最适合发展的新能源车型。
并联式插电混合动力汽车兼备了纯电动汽车和常规动力汽车的优点，相对常规动力汽车具有优良的动力性、燃油经济性和排放性能，是目前国内外新型汽车动力传动系统研发的重点之一。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种易于工程实现，同时可使得发动机在高效率工作点工作，提高整车燃油经济性的并联式插电混合动力汽车驱动系统及其驱动方法。
为了达到本发明的目的，技术方案如下：
一种并联式插电混合动力汽车驱动系统，其特征在于，该系统包括发动机动力传动系统、电机动力传动系统、二档自动变速器、六档自动变速器、自动变速器控制器、自动离合器、整车控制器、整车信息显示器和换挡手柄控制器，所述六档自动变速器置于汽车前轮前动力输出轴上，所述发动机动力传动系统通过自动离合器连接六档自动变速器驱动汽车前轮旋转，所述二档自动变速器置于汽车后轮后动力输出轴上，所述电机动力传动系统连接二档自动变速器驱动汽车后轮旋转，所述二档自动变速器、六档自动变速器和自动离合器分别与自动变速器控制器连接，所述自动变速器控制器通过局域网分别与电机动力传动系统、发动机动力传动系统、换挡手柄控制器和整车控制器连接，所述整车信息显示器、换挡手柄控制器、电机动力传动系统和发动机动力传动系统通过局域网分别与整车控制器连接。
作为优选的技术方案，所述发动机动力传动系统包括发动机、发动机控制器、发动机动力输出轴和油箱，所述发动机分别与发动机控制器和油箱连接，所述发动机动力输出轴通过自动离合器连接六档自动变速器的输入端驱动汽车前轮旋转，所述发动机控制器通过局域网分别与整车控制器和换挡手柄控制器连接。
作为优选的技术方案，所述电机动力传动系统包括驱动电机、驱动电机动力输出轴、电机控制器、电池和电池管理系统，所述电池管理系统和电机控制器分别与电池连接，所述驱动电机分别与二档自动变速器和电机控制器连接，所述驱动电机通过驱动电机动力输出轴连接二档自动变速器的输入端驱动汽车后轮旋转，所述电池管理系统、电池和电机控制器通过局域网分别与整车控制器和自动变速器控制器连接。
一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，其特征在于，该驱动方法包括以下步骤：
a）在机动车处于待启动状态下，当机动车收到启动指令后，整车控制器根据电池管理系统的状态判断：在电池电量低的情况下，整车控制器通过控制发动机控制器使发动机启动，发动机动力输出轴将动力通过自动离合器传递给六档自动变速器，六档自动变速器进而将动力传递至前动力输出轴上驱动整车；在电池电量高的情况下，整车控制器通过控制发动机控制器和电机控制器分别使发动机和驱动电机启动，发动机动力输出轴将动力通过自动离合器传递给六档自动变速器，驱动电机动力输出轴将动力传递给二挡自动变速器，前动力输出轴和后动力输出轴上分别得到六档自动变速器和二档自动变速器的动力后同时驱动整车。
b）在步骤a）机动车启动后，若整车此时由驱动电机和发动机共同驱动整车：在电池电量高的情况下，驱动电机和发动机继续分别将动力传递至六档自动变速器和二档自动变速器，前动力输出轴和后动力输出轴上分别得到六档自动变速器和二档自动变速器的动力后同时驱动整车；在电池电量低的情况下，整车控制器通过控制发动机控制器使发动机启动，同时使驱动电机停止运转，发动机单独驱动整车。
c）在步骤a）机动车启动后，若整车此时由发动机单独驱动整车：在电池电量高的情况下，整车控制器通过控制电机控制器使驱动电机启动，驱动电机动力输出轴将动力传递给二挡自动变速器，后动力输出轴上得到二档自动变速器的动力后与前动力输出轴共同驱动整车；在电池电量低的情况下，整车继续由发动机单独驱动整车。
d）在步骤b）或步骤c）车辆处于双动力驱动模式下，当整车控制器检测到机动车车速高于设定车速时，整车控制器通过控制电机控制器使驱动电机停止驱动，由发动机单独驱动整车。
作为优选的技术方案，在步骤a）、b）或c）中电池SOC的高电量和低电量的预设中间值为50%。
作为优选的技术方案，在步骤d）中机动车可处于双动力驱动模式的预设车速为小于120公里/小时。
作为优选的技术方案，在步骤b）或步骤c）机动车处于双动力驱动模式下，当汽车进行制动刹车或下坡时，驱动电机处于怠速发电状态，给电池充电。
作为优选的技术方案，在步骤b）或步骤c）机动车在电池SOC低于50%的情况下，整车由发动机单独驱动，同时，发动机带动驱动电机处于怠速发电状态，给电池充电。
作为优选的技术方案，在步骤b）或步骤c）中机动车处于急加速阶段时，整车控制器检测到油门踏板开度变化率大于某一限定值时，整车控制器控制电机控制器在低于120公里/小时的车速行驶模式输出扭矩的基础上增加一部分扭矩输出，用以提高整车的急加速性能。
作为优选的技术方案，在步骤b）或步骤c）中机动车处于换挡阶段时，整车控制器控制自动变速器控制器使发动机动力输出轴与六档自动变速器分离，同时控制电机控制器使驱动电机在低于120公里/小时的车速行驶模式输出扭矩的基础上增加一部分扭矩输出，以补偿换挡阶段由于发动机动力中断产生的动力损失。
本发明的有益效果为：（1）发动机动力传动系统和电机动力传动系统可相互独立工作，也可同时工作；发动机动力传动系统是通过自动离合器和六挡自动变速器自动实现发动机与整车动力传输连接或中断的，其动力作用在前轮；而电机动力传动系统是通过二挡自动变速器自动实现电动机与整车动力传输连接或中断的，其动力作用在后轮，而且二挡自动变速器系统根据当前车辆工况，自动匹配合适的挡位，使得整车在双动力切换或过渡过程中全自动实现，无任何手动操作。（2）与已有的传统混合动力方案相比，由于本发明发动机动力传动系统和电机动力传动系统是通过整车控制器中的能量管理策略对发动机动力传动系统和与电机动力传动系统的扭矩进行耦合，不再使用扭矩耦合机构，因此整车传动方案相对简单有效，而且成本较低，易于工程实现，同时可以使得发动机在高效率工作点工作，进而提高整车燃油经济性，并提高车辆在起步和加速过程中的整车动力性。
附图说明
图1为本发明一种并联式插电混合动力汽车驱动系统的结构框图；
图中：1-后轮、2-驱动电机、3-电机控制器（简称MCU）、4-电池、5-整车控制器（简称VCU）、6-电池管理系统（简称BCU）、7-自动变速器控制器（简称TCU、8-整车信息显示器（简称DCU）、9-前轮、10-前动力输出轴、11-六档自动变速器、12-发动机动力输出轴、13-邮箱、14-发动机、15-自动离合器、16-换挡手柄控制器、17-发动机控制器（简称ECU）、18-驱动电机动力输出轴、19-二挡自动变速器、20-后动力输出轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特性能易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
参看图1，一种并联式插电混合动力汽车驱动系统，该系统包括发动机动力传动系统、电机动力传动系统、二档自动变速器19、六档自动变速器11、自动变速器控制器7、自动离合器15、整车控制器5、整车信息显示器8和换挡手柄控制器16，六档自动变速器11置于汽车前轮9前动力输出轴10上，发动机动力传动系统通过自动离合器15连接六档自动变速器11驱动汽车前轮9旋转，二档自动变速器19置于汽车后轮1后动力输出轴20上，电机动力传动系统连接二档自动变速器19驱动汽车后轮1旋转，二档自动变速器19、六档自动变速器11和自动离合器15分别与自动变速器控制器7连接，自动变速器控制器7通过局域网分别与电机动力传动系统、发动机动力传动系统、换挡手柄控制器16和整车控制器5连接，整车信息显示器8、换挡手柄控制器16、电机动力传动系统和发动机动力传动系统通过局域网分别与整车控制器5连接。
在本实施例中，发动机动力传动系统包括发动机14、发动机控制器17、发动机动力输出轴12和油箱13，发动机14分别与发动机控制器17和油箱13连接，发动机动力输出轴12通过自动离合器15连接六档自动变速器11的输入端驱动汽车前轮9旋转，发动机控制器17通过局域网分别与整车控制器5和换挡手柄控制器16连接。
在本实施例中，电机动力传动系统包括驱动电机2、驱动电机动力输出轴18、电机控制器3、电池4和电池管理系统6，电池管理系统6和电机控制器3分别与电池4连接，驱动电机2分别与二档自动变速器19和电机控制器3连接，驱动电机2通过驱动电机动力输出轴18连接二档自动变速器19的输入端驱动汽车后轮1旋转，电池管理系统6、电池4和电机控制器3通过局域网分别与整车控制器5和自动变速器控制器7连接。
本实施例中，一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，该驱动方法包括以下步骤：
a）在机动车处于待启动状态下，当机动车收到启动指令后，整车控制器5根据电池管理系统6的状态判断：在电池电量低的情况下，整车控制器5通过控制发动机控制器17使发动机14启动，发动机动力输出轴12将动力通过自动离合器15传递给六档自动变速器11，六档自动变速器11进而将动力传递至前动力输出轴10上驱动整车；在电池电量高的情况下，整车控制器5通过控制发动机控制器17和电机控制器3分别使发动机14和驱动电机2启动，发动机动力输出轴12将动力通过自动离合器15传递给六档自动变速器11，驱动电机动力输出轴18将动力传递给二挡自动变速器19，前动力输出轴10和后动力输出轴20上分别得到六档自动变速器11和二档自动变速器19的动力后同时驱动整车。
b）在步骤a）机动车启动后，若整车此时由驱动电机2和发动机14共同驱动整车：在电池电量高的情况下，驱动电机2和发动机14继续分别将动力传递至六档自动变速器11和二档自动变速器19，前动力输出轴10和后动力输出轴20上分别得到六档自动变速器11和二档自动变速器19的动力后同时驱动整车；在电池电量低的情况下，整车控制器5通过控制发动机控制器17使发动机14启动，同时使驱动电机2停止运转，发动机14单独驱动整车。
c）在步骤a）机动车启动后，若整车此时由发动机14单独驱动整车：在电池电量高的情况下，整车控制器5通过控制电机控制器3使驱动电机2启动，驱动电机动力输出轴18将动力传递给二挡自动变速器19，后动力输出轴20上得到二档自动变速器19的动力后与前动力输出轴10共同驱动整车；在电池电量低的情况下，整车继续由发动机14单独驱动整车。
d）在步骤b）或步骤c）车辆处于双动力驱动模式下，当整车控制器5检测到机动车车速高于设定车速时，整车控制器5通过控制电机控制器3使驱动电机2停止驱动，由发动机14单独驱动整车。
在本实施例中，在步骤a）、b）或c）中电池SOC的高电量和低电量的预设中间值为50%。
在本实施例中，在步骤d）中机动车可处于双动力驱动模式的预设车速为小于120公里/小时。
在本实施例中，在步骤b）或步骤c）机动车处于双动力驱动模式下，当汽车进行制动刹车或下坡时，驱动电机2处于怠速发电状态，给电池4充电。
在本实施例中，在步骤b）或步骤c）机动车在电池SOC低于50%的情况下，整车由发动机14单独驱动，同时，发动机14带动驱动电机2处于怠速发电状态，给电池4充电。
在本实施例中，在步骤b）或步骤c）中机动车处于急加速阶段时，整车控制器5检测到油门踏板开度变化率大于某一限定值时，整车控制器5控制电机控制器3在低于120公里/小时的车速行驶模式输出扭矩的基础上增加一部分扭矩输出，用以提高整车的急加速性能。
在本实施例中，在步骤b）或步骤c）中机动车处于换挡阶段时，整车控制器5控制自动变速器控制器7使发动机动力输出轴12与六档自动变速器11分离，同时控制电机控制器3使驱动电机2在低于120公里/小时的车速行驶模式输出扭矩的基础上增加一部分扭矩输出，以补偿换挡阶段由于发动机14动力中断产生的动力损失。
在本实施例中，使用本发明的驱动系统，无须改动后桥，只需改动现有小型乘用车辆的前后桥驱动部分，去掉原有的变速器，去掉原有的变速器，将发动机14、自动离合器15、二挡自动变速器19、驱动电机2按图1进行布置，同时在车底铺设电池4，发动机动力传动系统和电机动力传动系统可以分别通过六挡自动变速器11和二挡自动变速器19将动力传递到前后轮上，由整车控制器5协调发动机动力传动系统和电机动力传动系统的驱动力，实现机动车在电池4电量充足时由驱动电机2与发动机14系统共同驱动机动车；在电池4电量不足时由发动机动力传动系统驱动机动车；在大负荷以及急加速时由发动机动力传动系统和电机动力传动系统共同驱动车辆；在电池4需要充电时，发动机14驱动前轮9，同时驱动电机2发电给电池4部分充电。
在本实施例中，电池4使用三元锂电池，电机控制器3使用144V的电机控制器，驱动电机6使用144V交流异步电机，发动机11使用1.5T电喷发动机。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种并联式插电混合动力汽车驱动系统，其特征在于，该系统包括发动机动力传动系统、电机动力传动系统、二档自动变速器、六档自动变速器、自动变速器控制器、自动离合器、整车控制器、整车信息显示器和换挡手柄控制器，所述六档自动变速器置于汽车前轮前动力输出轴上，所述发动机动力传动系统通过自动离合器连接六档自动变速器驱动汽车前轮旋转，所述二档自动变速器置于汽车后轮后动力输出轴上，所述电机动力传动系统连接二档自动变速器驱动汽车后轮旋转，所述二档自动变速器、六档自动变速器和自动离合器分别与自动变速器控制器连接，所述自动变速器控制器通过局域网分别与电机动力传动系统、发动机动力传动系统、换挡手柄控制器和整车控制器连接，所述整车信息显示器、换挡手柄控制器、电机动力传动系统和发动机动力传动系统通过局域网分别与整车控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种并联式插电混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述发动机动力传动系统包括发动机、发动机控制器、发动机动力输出轴和油箱，所述发动机分别与发动机控制器和油箱连接，所述发动机动力输出轴通过自动离合器连接六档自动变速器的输入端驱动汽车前轮旋转，所述发动机控制器通过局域网分别与整车控制器和换挡手柄控制器连接。
3.根据权利要求1所述的一种并联式插电混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述电机动力传动系统包括驱动电机、驱动电机动力输出轴、电机控制器、电池和电池管理系统，所述电池管理系统和电机控制器分别与电池连接，所述驱动电机分别与二档自动变速器和电机控制器连接，所述驱动电机通过驱动电机动力输出轴连接二档自动变速器的输入端驱动汽车后轮旋转，所述电池管理系统、电池和电机控制器通过局域网分别与整车控制器和自动变速器控制器连接。
4.一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，其特征在于，该驱动方法包括以下步骤：
a）在机动车处于待启动状态下，当机动车收到启动指令后，整车控制器根据电池管理系统的状态判断：在电池电量低的情况下，整车控制器通过控制发动机控制器使发动机启动，发动机动力输出轴将动力通过自动离合器传递给六档自动变速器，六档自动变速器进而将动力传递至前动力输出轴上驱动整车；在电池电量高的情况下，整车控制器通过控制发动机控制器和电机控制器分别使发动机和驱动电机启动，发动机动力输出轴将动力通过自动离合器传递给六档自动变速器，驱动电机动力输出轴将动力传递给二挡自动变速器，前动力输出轴和后动力输出轴上分别得到六档自动变速器和二档自动变速器的动力后同时驱动整车；
b）在步骤a）机动车启动后，若整车此时由驱动电机和发动机共同驱动整车：在电池电量高的情况下，驱动电机和发动机继续分别将动力传递至六档自动变速器和二档自动变速器，前动力输出轴和后动力输出轴上分别得到六档自动变速器和二档自动变速器的动力后同时驱动整车；在电池电量低的情况下，整车控制器通过控制发动机控制器使发动机启动，同时使驱动电机停止运转，发动机单独驱动整车；
c）在步骤a）机动车启动后，若整车此时由发动机单独驱动整车：在电池电量高的情况下，整车控制器通过控制电机控制器使驱动电机启动，驱动电机动力输出轴将动力传递给二挡自动变速器，后动力输出轴上得到二档自动变速器的动力后与前动力输出轴共同驱动整车；在电池电量低的情况下，整车继续由发动机单独驱动整车；
d）在步骤b）或步骤c）车辆处于双动力驱动模式下，当整车控制器检测到机动车车速高于设定车速时，整车控制器通过控制电机控制器使驱动电机停止驱动，由发动机单独驱动整车。
5.根据权利要求4所述的一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，其特征在于：在步骤a）、b）或c）中电池SOC的高电量和低电量的预设中间值为50%。
6.根据权利要求4所述的一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，其特征在于：在步骤d）中机动车可处于双动力驱动模式的预设车速为小于120公里/小时。
7.根据权利要求4所述的一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，其特征在于：在步骤b）或步骤c）机动车处于双动力驱动模式下，当汽车进行制动刹车或下坡时，驱动电机处于怠速发电状态，给电池充电。
8.根据权利要求4所述的一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，其特征在于：在步骤b）或步骤c）机动车在电池SOC低于50%的情况下，整车由发动机单独驱动，同时，发动机带动驱动电机处于怠速发电状态，给电池充电。
9.根据权利要求4所述的一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，其特征在于：在步骤b）或步骤c）中机动车处于急加速阶段时，整车控制器检测到油门踏板开度变化率大于某一限定值时，整车控制器控制电机控制器在低于120公里/小时的车速行驶模式输出扭矩的基础上增加一部分扭矩输出，用以提高整车的急加速性能。
10.根据权利要求4所述的一种并联式插电混合动力汽车驱动方法，其特征在于：在步骤b）或步骤c）中机动车处于换挡阶段时，整车控制器控制自动变速器控制器使发动机动力输出轴与六档自动变速器分离，同时控制电机控制器使驱动电机在低于120公里/小时的车速行驶模式输出扭矩的基础上增加一部分扭矩输出，以补偿换挡阶段由于发动机动力中断产生的动力损失。
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