CN107415937A - 一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，包括一体化集成结构、发动机能量管理单元及发动机智能控制单元，发动机能量管理单元和发动机智能控制单元都与整车控制器连接；一体化集成结构包括发动机，发动机飞轮壳与自动离合器壳集成于一体；永磁同步驱动电动机的定子与多档AMT机械式自动变速箱壳体刚性连接，永磁同步驱动电动机的转子与多档AMT机械式自动变速箱的输入轴刚性连接；永磁同步驱动电动机与自动离合器壳体刚性连接，永磁同步驱动电动机的输入轴与发动机连接。发动机智能管理系统根据整车能量分配情况，对发动机的节气门开度、瞬时喷油量等进行智能控制，实现发动机扭矩闭环控制，达到排放及油耗最优化。

Description

一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机
技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域，尤其涉及一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机。
背景技术
能源短缺、环境污染、气候变暖已成为全世界共同面临和亟待解决的焦点问题，也是汽车工业和能源产业面对的巨大挑战；汽车作为石油消耗和二氧化碳排放的大户，需要进行革命性的变革，大力发展新能源汽车，实现交通能源转型，是实现交通可持续发展的重要途径。
我国从2001年起开始进行新能源汽车的研发和产业化。连续投入大量的资金将新能源汽车列入国家“863”计划、“节能减排计划”“国家科技支撑计划”、“国家新能源汽车产业技术创新工程”“十城千辆计划”等项目大力支持。形成了以纯电动、(插电式)混合动力、燃料电池三条技术路线为“三纵”，以动力蓄电池、驱动电机、动力总成控制系统三种共性技术为“三横”的电动汽车研发格局。
插电式混合动力客车兼具混合动力客车和纯电动客车的特点，它与纯电动客车同样有着电机独立驱动的工作模式，完全可以满足客车低速大扭矩和高速行驶的要求。其能量来源不仅来自于外充电也可以来自于发电机组。插电式混合动力客车可以根据不同运营环境选择纯电动、插电式、混合动力等多种工作模式，达到明显的节能减排效果。
尽管中国已经形成了世界级规模的汽车产业，但在传统动力技术等关键领域我们在很长时间内难以摆脱受制于人的窘境，特别是插电式混合动力客车用发动机的结构设计及其控制系统的核心技术仍然掌握于avl、博世、woodward等国际大公司，我国自主产业化的基于插电式混合动力客车的发动机系统没有得到实质开发和应用，仅是将传统的发动机直接应用于插电式混合动力客车，这给插电式混合动力客车动力系统、经济性能的发挥带来了极大的阻力。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，发动机智能管理系统根据整车能量分配情况，对发动机的节气门开度、瞬时喷油量等进行智能控制，实现发动机扭矩闭环控制，达到排放及油耗最优化。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，包括一体化集成结构、发动机能量管理单元及发动机智能控制单元，发动机能量管理单元和发动机智能控制单元都与整车控制器连接；
所述一体化集成结构包括发动机，所述发动机飞轮壳与自动离合器壳集成于一体；永磁同步驱动电动机的定子与多档AMT机械式自动变速箱壳体刚性连接，永磁同步驱动电动机的转子与多档AMT机械式自动变速箱的输入轴刚性连接；永磁同步驱动电动机与自动离合器壳体刚性连接，永磁同步驱动电动机的输入轴与所述发动机连接；
发动机能量管理单元通过识别驾驶者的意图，结合实时驾驶工况和车辆状态对发动机和永磁同步驱动电动机扭矩进行最优分配，使发动机及永磁同步驱动电动机始终工作于高效区；
发动机智能控制单元将发动机控制及自动离合器控制集成一体化控制，根据发动机能量管理单元发出的扭矩需求、自动离合器要求及传感器采集的信息对执行机构进行控制，实现发动机扭矩的精确输出及自动离合器分离闭合控制。
所述发动机能量管理单元根据油门踏板开度、制动踏板开度进行驾驶员意图识别。
所述发动机能量管理单元根据动力电池电量、发动机和永磁同步驱动电动机的特性对发动机转矩和永磁同步驱动电动机转矩进行最优化分配，保证发动机和电动机运行于最高效区；按照计算的发动机和永磁同步驱动电动机的分配扭矩通过总线发送扭矩需求指令。
在车辆低速或者停车时发动机能量管理单元给发动机发送熄火指令，取消发动机低转速小负荷率的低效率工况。
所述多档AMT机械式自动变速箱输出法兰通过传动轴直接和驱动桥相连接；发动机通过皮带带动车轮转动。
所述发动机与自动离合器一体化集成结构通过物理线和发动机智能控制单元相连接；
永磁同步驱动电机与永磁同步驱动电机控制器连接，永磁同步驱动电机控制器和动力电池连接，动力电池与动力电池管理系统连接；
动力电池和充电插座相连接，充电插座、充电枪、充电机依次相连；
所述多档AMT机械式自动变速箱与多档AMT机械式自动变速箱控制器连接。
所述发动机智能控制单元、发动机能量管理单元、动力电池管理系统、多档AMT机械式自动变速箱控制器、永磁同步驱动电机控制器及整车控制器通过控制器局域网络连接。
整车控制器和发动机能量管理单元都接收油门踏板信号、制动踏板信号、手刹信号及中控档位信号。
当整车控制器出现故障时，发动机能量管理单元能单独对永磁同步驱动电机控制器及发动机智能控制单元发送扭矩请求，进而对整车能量分配管理控制。
所述发动机智能控制单元接收的传感器信号包括正时和同步传感器、涡轮增压器传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、冷却液液位传感器及润滑油压力传感器采集的信号；
所述执行机构包括电动燃油泵、电磁式喷油器、怠速常通空气阀及多种继电器。
本发明的有益效果：
本发明的专用发动机，通过对发动机与自动离合器和AMT自动变速箱的高度一体化集成，大大提高了传动系统效率；同时在满足整车动力性、驾乘舒适性能的同时，通过发动机能量管理单元，在车辆低速或者停车状态下，实现发动机的自动熄火功能；使发动机和驱动电机在任何工况下都工作在高效区；利用发动机智能控制单元，实现发动机扭矩的精准输出，实现了对发动机的精确控制和AMT自动变速箱换挡品质的提升；通过系统的高度集成及一体化控制达到提高整车可靠性及降低能耗的目标，并满足批量化生产要求的优点。
附图说明
图1为本发明的拓扑结构图；
其中，1、发动机；2、发动机及自动离合器各类传感器；3、发动机及自动离合器各类执行器；4、发动机智能控制单元；5、发动机能量管理单元；6、永磁同步驱动电动机；7、永磁同步驱动电机控制器；8、多档AMT机械式自动变速箱；9、多档AMT机械式自动变速箱控制器；10、传动轴；11、新能源专用后桥；12、车轮；13、整车控制器；14、动力电池；15、动力电池管理系统；16、充电插座；17、充电枪；18、充电机；19、油门踏板信号；20、制动踏板信号；21、手刹信号；22、中控档位信号；23、自动离合器。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，由一体化集成结构、发动机能量管理单元、发动机智能控制单元三部分组成。
一体化集成结构为发动机、自动离合器、永磁同步驱动电动机及多档AMT机械式自动变速箱进行高度一体化集成的结构，其中发动机飞轮壳与自动离合器壳集成于一体，永磁同步驱动电动机与多档AMT机械式自动变速箱集成于一体，永磁同步驱动电动机的定子与多档AMT机械式自动变速箱壳体刚性连接，永磁同步驱动电动机的转子与多档AMT机械式自动变速箱的输入轴刚性连接，永磁同步驱动电动机与自动离合器壳体刚性连接。
发动机1与自动离合器23一体化集成，发动机1和自动离合器23都与发动机及自动离合器各类传感器2、发动机及自动离合器各类执行器3连接，发动机及自动离合器各类执行器3包括阀体、继电器；永磁同步驱动电动机6同时具有输入、输出轴，其一端为与发动机1花键吻合的输入轴，并且具有和发动机1飞轮壳吻合的连接法兰盘，另一端为与多档AMT机械式自动变速箱8连接，通过将发动机1的飞轮壳和永磁同步驱动电动机6的连接法兰盘相连接；永磁同步驱动电动机6与多档AMT机械式自动变速箱8刚性连接，多档AMT机械式自动变速箱8输出法兰通过传动轴10直接和驱动桥(新能源专用后桥11)相连接；发动机通过皮带带动车轮12转动，上述连接全部为机械连接。
发动机1与自动离合器23一体化集成结构通过物理线和发动机智能控制单元4相连接；永磁同步驱动电动机6通过三相电缆线与永磁同步驱动电机控制器7连接，永磁同步驱动电机控制器7通过两相电缆线和动力电池14连接；动力电池14通过两相电缆线和充电插座16相连接，充电插座16、充电枪17、充电机18依次相连。
发动机智能控制单元4、发动机能量管理单元5、动力电池管理系统15、多档AMT机械式自动变速箱控制器9、永磁同步驱动电机控制器7、整车控制器13通过控制器局域网络连接。
发动机智能控制单元4、动力电池管理系统15、多档AMT机械式自动变速箱控制器9、永磁同步驱动电机控制器7、混合动力综合仪表通过控制器局域网络连接；
油门踏板信号19、制动踏板信号20、手刹信号21、中控档位信号22通过物理线和整车控制器13及发动机能量管理单元5相连接；动力电池14通过物理线和电池管理系统15相连接。
具体工作方式如下：
发动机能量管理单元5包括根据油门踏板开度、制动踏板开度进行驾驶员意图识别；并结合当前驾驶工况和车辆状态计算混合动力客车的总转矩需求；根据动力电池14电量、发动机1和永磁同步驱动电动机6的特性对发动机1转矩和永磁同步驱动电动机6转矩进行最优化分配，保证发动机1和永磁同步驱动电动机6运行于最高效区；按照计算的发动机1和永磁同步驱动电动机6的分配扭矩通过CAN J1939总线发送扭矩需求指令；在车辆低速或者停车时发动机能量管理单元5可以给发动机发送熄火指令，取消发动机1低转速小负荷率的低效率工况。
当整车控制器13出现故障时，发动机能量管理单元5可以单独对永磁同步驱动电机控制器7及发动机智能控制单元4发送扭矩请求，进而对整车能量分配管理控制。
发动机智能控制单元根据发动机能量管理单元发出的扭矩需求，通过一系列的传感器、执行机构等硬件设施，通过闭环扭矩控制算法对发动机进行精确的扭矩输出控制，其主要包括必须的传感器类，含正时和同步传感器、涡轮增压器传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、冷却液液位传感器、润滑油压力传感器等；各类执行器，包括电动燃油泵、电磁式喷油器、怠速常通空气阀及各种继电器等；电控单元和控制算法，其作用是通过采集各种传感器输入信号，并将信号进行调理，根据发动机管理控制算法进行运算，然后输出控制信号并进行功率放大，最后传给执行器，同时检测传感器信号正常状态，出现故障时报警。
为了验证本专用发动机的实车搭载效果，公司在对研发的插电式混合动力客车机电耦合系统进行了台架试验之后，开发了系列化插电式混合动力客车，并进行了可靠性与定型试验，经过实际道路检测，该插电式混合动力客车车型故障间隔里程超过5000公里，综合节油率达到50％以上，本专用发动机具备了产品化能力，达到了设计效果。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，包括一体化集成结构、发动机能量管理单元及发动机智能控制单元，发动机能量管理单元和发动机智能控制单元都与整车控制器连接；
所述一体化集成结构包括发动机，所述发动机飞轮壳与自动离合器壳集成于一体；永磁同步驱动电动机的定子与多档AMT机械式自动变速箱壳体刚性连接，永磁同步驱动电动机的转子与多档AMT机械式自动变速箱的输入轴刚性连接；永磁同步驱动电动机与自动离合器壳体刚性连接，永磁同步驱动电动机的输入轴与所述发动机连接；
发动机能量管理单元通过识别驾驶者的意图，结合实时驾驶工况和车辆状态对发动机和永磁同步驱动电动机扭矩进行最优分配，使发动机及永磁同步驱动电动机始终工作于高效区；
发动机智能控制单元将发动机控制及自动离合器控制集成一体化控制，根据发动机能量管理单元发出的扭矩需求、自动离合器要求及传感器采集的信息对执行机构进行控制，实现发动机扭矩的精确输出及自动离合器分离闭合控制。
2.如权利要求1所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机能量管理单元根据油门踏板开度、制动踏板开度进行驾驶员意图识别。
3.如权利要求1所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机能量管理单元根据动力电池电量、发动机和永磁同步驱动电动机的特性对发动机转矩和永磁同步驱动电动机转矩进行最优化分配，保证发动机和电动机运行于最高效区；按照计算的发动机和永磁同步驱动电动机的分配扭矩通过总线发送扭矩需求指令。
4.如权利要求1所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，在车辆低速或者停车时发动机能量管理单元给发动机发送熄火指令，取消发动机低转速小负荷率的低效率工况。
5.如权利要求1所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述多档AMT机械式自动变速箱输出法兰通过传动轴直接和驱动桥相连接；发动机通过皮带带动车轮转动。
6.如权利要求1所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机与自动离合器一体化集成结构通过物理线和发动机智能控制单元相连接；
永磁同步驱动电机与永磁同步驱动电机控制器连接，永磁同步驱动电机控制器和动力电池连接，动力电池与动力电池管理系统连接；
动力电池和充电插座相连接，充电插座、充电枪、充电机依次相连；
所述多档AMT机械式自动变速箱与多档AMT机械式自动变速箱控制器连接。
7.如权利要求6所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机智能控制单元、发动机能量管理单元、动力电池管理系统、多档AMT机械式自动变速箱控制器、永磁同步驱动电机控制器及整车控制器通过控制器局域网络连接。
8.如权利要求1所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，整车控制器和发动机能量管理单元都接收油门踏板信号、制动踏板信号、手刹信号及中控档位信号。
9.如权利要求6或7所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，当整车控制器出现故障时，发动机能量管理单元能单独对永磁同步驱动电机控制器及发动机智能控制单元发送扭矩请求，进而对整车能量分配管理控制。
10.如权利要求1所述一种基于同轴并联插电式混合动力客车的专用发动机，其特征是，所述发动机智能控制单元接收的传感器信号包括正时和同步传感器、涡轮增压器传感器、燃油温度传感器、燃油压力传感器、冷却液液位传感器及润滑油压力传感器采集的信号；
所述执行机构包括电动燃油泵、电磁式喷油器、怠速常通空气阀及多种继电器。
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