CN107444392A - 一种基于atm的混联式混合动力系统及其控制方法 - Google Patents

一种基于atm的混联式混合动力系统及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于ATM的混联式混合动力系统，包括发动机、ISG电机、TM电机、ATM变速箱和整车控制器HCU，发电机与ISG电机间通过自动离合器连接，ISG电机通过ATM变速箱与TM电机连接，TM电机与驱动桥连接；整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制器ECU、两电机控制器MCU、变速箱控制器TCU和电池储能系统BUS。本发明中该系统发电机与电机大部分工作区间在高效率区，提高了车辆的能量利用率；通过两电机共同驱动车辆，使得车辆在纯电运行模式下动力性更佳，同时可进行制动能量回收，提高能量回收效率，进而提升节油率，该系统通过发电机与两电机的混合驱动，提高了车辆的动力性和经济性，在未来具有很好的发展前景。

Description

一种基于ATM的混联式混合动力系统及其控制方法
技术领域
本发明属于混合动力技术领域，涉及到一种基于ATM的混联式混合动力系统及其控制方法。
背景技术
二十世纪九十年代以来，能源危机和环境污染两大问题，日益受到各国政府的重视。随着汽车工业的发展，汽车保有量的增加，对能源和环境压力日益加剧，研究开发低排放、低油耗的汽车新技术势在必行，混合动力车辆作为一条近期切实可行的技术发展路线，已经成为世界各国研究的焦点之一。
混合动力汽车根据动力系统的结构可以分为串联构型、并联构型、混联构型几种形式。不同构型的混合动力系统各有其优缺点，其方案的选择取决于多种因素，例如：应用环境、驾驶工况、成本考虑等。
混联构型则不再是简单的串联式结构或并联式结构，它是由多个简单串联式结构和并联式结构复合组成的串并联综合式结构，通过电机与传动装置间的配合,使系统既可以按串联方式进行工作也可按并联方式工作。混联式驱动系统兼具串联式和并联式的优点，具有更全面的混合动力工作模式，系统能量分配灵活度更高，能更好的适应车辆复杂的行驶工况。对于频繁起停和蠕行的城市工况，系统可以充分利用串联混和动力的优势，让发动机运行在稳定工况，而对于持续中高负荷的高速路工况，系统的发动机为车辆行驶提供主要能量，具有并联构型特征和优势。
目前混联式混合动力系统往往系统比较复杂，需要动力分配装置和多个电机，所占用的空间较大，导致车辆在不同工况时，由于工作方式不同导致车辆在行驶的过程中存在能量利用效率低，以及能量回收效率低，进而出现车辆的经济性差和成本高的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于ATM的混联式混合动力系统及其控制方法，解决了现有车辆在混联式混合动力系统中，由于不同工况，出现车辆行驶的过程中存在能量利用率低以及能量回收率低的问题，进而提高了车辆的经济性。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于ATM的混联式混合动力系统，包括发动机、两电机、ATM变速箱和整车控制器HCU，两电机分别为ISG电机和TM电机，发电机与ISG电机间通过自动离合器连接，ISG电机通过ATM变速箱与TM电机连接，TM电机与驱动桥连接；
所述整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制器ECU、两电机控制器MCU、变速箱控制器TCU和电池储能系统BUS。
进一步地，所述电池储能系统BUS分别与两电机控制器连接，电池储能系统BUS分别与电流传感器、电压传感器和温度传感器连接，电流传感器、电压传感器和温度传感器分别检测电池储能系统BUS的电流、电压及温度信息，提高了电池储能系统BUS的稳定性。
进一步地，该动力系统具有多种驱动模式,所述驱动模式包括IGS电机通过ATM变速箱驱动模式、TM电机直驱驱动模式、发动机通过ATM变速箱驱动模式以及发动机与IGS电机和TM电机的混合驱动模式，实现多种驱动方式的选择，提高了车辆的动力性和经济性。
一种基于ATM的混联式混合动力系统的控制方法，包括如下步骤：
S1：在启动及低速状态，从静止起步至车速低于设定的速度参数时，发动机不工作，两电机驱动；
S2：在正常行驶和加速时，发电机与两电机共同驱动，提高车辆的能量利用率；
S3：减速制动时，再生制动系统启动，将汽车的部分动能转换成电能，并将转换的电能存储至电池储能系统BUS。
进一步地，车辆的能量利用率为
其中,ηE为车辆在整个工况中的能量利用率，T为车辆行驶的时间，m为整车质量，g为重力加速度，f为滚动阻力，Va为车辆实际速度,mf为发动机瞬时燃油消耗量,QLHV为汽油的低热值,pb为电池输出的功率,Cd为空气阻力系数,A为迎风面积,δ为车辆的质量换算系数。
本发明的有益效果：
本发明通过整车控制器根据车辆的工况调整车辆运行状态，保证车辆中的发电机与电机长时间处于高效率区，提高了车辆的能量利用率，进而提高了整车的经济性；通过两电机共同驱动车辆，使得车辆在纯电运行模式下动力性更佳，同时可进行制动能量回收，提高能量回收效率，进而提升节油率，该系统通过发电机与两电机的混合驱动，提高了车辆的动力性和经济性，在未来具有很好的发展前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种基于ATM的混联式混合动力系统示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1所示，本发明为一种基于ATM的混联式混合动力系统，包括发动机、两电机、ATM变速箱和整车控制器HCU，两电机分别为ISG电机和TM电机，发电机与ISG电机间通过自动离合器连接，ISG电机通过ATM变速箱与TM电机连接，TM电机与驱动桥连接，驱动桥通过驱动驱动轮进而驱动汽车运动；整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制器ECU、两电机控制器MCU、变速箱控制器TCU和电池储能系统BUS。
电池储能系统BUS分别与两电机控制器连接，电池储能系统BUS分别与电流传感器、电压传感器和温度传感器连接，电流传感器、电压传感器和温度传感器分别检测电池储能系统BUS的电流、电压及温度信息，提高了电池储能系统BUS的稳定性。
汽车在减速制动时，电机控制器将车辆的动能转换成部分电能，转换的电能输送至电池储能系统BUS，汽车在制动时，不仅起到了刹车制动的效果，而且可对电池储能系统BUS进行充电，提高了车辆的经济性。
一种基于ATM的混联式混合动力系统的控制方法，包括如下步骤：
S1：在启动及低速状态，从静止起步至车速低于设定的速度参数时，发动机不工作，两电机驱动，通过两电机共同驱动车辆，提高车辆在纯电运行模式下动力性能；
S2：在正常行驶和加速时，发电机与两电机共同驱动，使得发电机和电机间的能量分配满足能量利用率最佳；
S3：减速制动时，再生制动系统启动，将汽车的部分动能转换成电能，并将转换的电能存储至电池储能系统BUS。
在车辆启动机低速运行状态时，检测电池储能系统BUS中的电压信息，若检测的电池储能系统BUS中所剩的电量高于设定的电量阈值，则可驱动车辆进行加速动作；若检测的电池储能系统BUS中所剩的电量低于设定的电量阈值，则对电池储能系统BUS，直至电池储能系统BUS中存储的电量大于或等于电量阀值为止。
从驱动车辆纯电动起步到TM电机的转速上升至转速阀值阶段，车辆处于串联模式驱动模式，在IGS电机转速未达到转速阈值时，动力系统进入串联驱动模式。在串联驱动模式下，IGS电机由发动机拖动发电，TM电机通过驱动轴驱动车辆加速。此时系统能量传递过程为发动机-IGS电机-ATM变速箱-TM电机-车辆驱动轮。在这种能量流动中由于发动机只驱动IGS电机而无其他负载，此时发动机处于高效运行状态，从而使整个动力系统的能量利用率处于较高状态。
在控制的过程中，为了提高整车的效率，需满足发动机与两电机间的效率分配，车辆在整个工况中的能量利用率为
其中,ηE为车辆在整个工况中的能量利用率，T为车辆行驶的时间，m为整车质量，g为重力加速度，f为滚动阻力，Va为车辆实际速度,mf为发动机瞬时燃油消耗量,QLHV为汽油的低热值,pb为电池输出的功率,Cd为空气阻力系数,A为迎风面积,δ为车辆的质量换算系数，该公式除去风阻、加速度阻力、滚动阻力以及爬坡阻力所消耗的能量，通过该公式可反映发电机和两电机的能量利用率。
另外，整车控制器HCU根据车辆的实际工况可调整换挡点，使得发电机和电机在大部分工作区间均处于高效率区，提高了整车的经济性。
整合传动系统同轴设计，结构上紧凑，便于整车分布。
本系统采用多种驱动模式,IGS电机通过ATM变速箱驱动，TM电机直驱驱动，发动机通过ATM变速箱驱动以及发动机与IGS电机和TM电机的混合驱动，可实现多种驱动方式的选择，提高了车辆的动力性和经济性。
本发明通过整车控制器根据车辆的工况调整车辆运行状态，保证车辆中的发电机与电机长时间处于高效率区，提高了车辆的能量利用率，进而提高了整车的经济性；通过两电机共同驱动车辆，使得车辆在纯电运行模式下动力性更佳，同时可进行制动能量回收，提高能量回收效率，进而提升节油率，该系统通过发电机与两电机的混合驱动，提高了车辆的动力性和经济性，在未来具有很好的发展前景。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于ATM的混联式混合动力系统，其特征在于：包括发动机、两电机、ATM变速箱和整车控制器HCU，两电机分别为ISG电机和TM电机，发电机与ISG电机间通过自动离合器连接，ISG电机通过ATM变速箱与TM电机连接，TM电机与驱动桥连接；
所述整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制器ECU、两电机控制器MCU、变速箱控制器TCU和电池储能系统BUS。
2.根据权利要求1所述的一种基于ATM的混联式混合动力系统，其特征在于：所述电池储能系统BUS分别与两电机控制器连接，电池储能系统BUS分别与电流传感器、电压传感器和温度传感器连接，电流传感器、电压传感器和温度传感器分别检测电池储能系统BUS的电流、电压及温度信息，提高了电池储能系统BUS的稳定性。
3.根据权利要求1所述的一种基于ATM的混联式混合动力系统，其特征在于：该动力系统具有多种驱动模式,所述驱动模式包括IGS电机通过ATM变速箱驱动模式、TM电机直驱驱动模式、发动机通过ATM变速箱驱动模式以及发动机与IGS电机和TM电机的混合驱动模式，实现多种驱动方式的选择，提高了车辆的动力性和经济性。
4.根据权利要求1所述的一种基于ATM的混联式混合动力系统的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：在启动及低速状态，从静止起步至车速低于设定的速度参数时，发动机不工作，两电机驱动；
S2：在正常行驶和加速时，发电机与两电机共同驱动，提高车辆的能量利用率；
S3：减速制动时，再生制动系统启动，将汽车的部分动能转换成电能，并将转换的电能存储至电池储能系统BUS。
5.根据权利要求4所述的一种基于ATM的混联式混合动力系统的控制方法，其特征在于：车辆的能量利用率为
其中,ηE为车辆在整个工况中的能量利用率，T为车辆行驶的时间，m为整车质量，g为重力加速度，f为滚动阻力，Va为车辆实际速度,mf为发动机瞬时燃油消耗量,QLHV为汽油的低热值,pb为电池输出的功率,Cd为空气阻力系数,A为迎风面积,δ为车辆的质量换算系数。
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