CN108544916A - 多模式混合动力电动四驱系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多模式混合动力电动四驱系统，包括前桥驱动组件、后桥驱动组件、前桥电机控制器、后桥电机控制器和动力电池，所述前桥电机控制器、所述后桥电机控制器和所述动力电池并联，所述前桥驱动组件包括前桥电机和发动机，所述发动机与所述前桥电机连接，所述前桥电机与所述前桥电机控制器电连接；所述后桥驱动组件包括后桥电机，所述后桥电机与所述后桥电机控制器电连接。本发明还公开一种多模式混合动力电动四驱系统的控制方法。本发明将两个驱动电机中的一个布置到后桥驱动组件中，有效地降低了前舱布置难度并降低成本，能够适用于中小型车辆型。

Description

多模式混合动力电动四驱系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及汽车领域，尤其涉及一种多模式混合动力电动四驱系统及其控制方法。

背景技术

1)混合动力驱动技术经过几十年的发展，涌现出了众多成熟的技术方案(串联、并联、单模式混联和多模式混联等)。尤其是多模式混联系统(将发动机和两个电机利用动力耦合装置联结而成)，其工况适应性好、工作点优化能力强，成为了各大汽车公司主推的混合动力技术方案。但是传统四驱系统由于需要增加分动器、限滑差速器、多片离合器等，导致四驱控制过程中能量损失大幅度增加，也使得成本大幅度提高；在电动汽车上增加后轴驱动电机，成为了四驱系统新的发展方向。

2)现有的多模式混联系统是将发动机以及两个电机集成于前轴驱动系统中，其多个模式(纯电动、串联、并联等)的功能都是由前轴执行的。多个驱动部件集中布置，一方面会导致动力总成集成成本上升，对车辆前舱总布置设计优化提出了更高的要求；另一方面由于电机布置空间有限，可能需要牺牲一部分电驱动性能以满足布置空间的要求。

3)现有的混动四驱系统多是在原有前轴混动系统的基础上增加后轴驱动电机，未考虑增加后轴电机后可以对前轴驱动系统适当精简和改进。

基于以上2)和3)所述，现有多模式混合动力电动四驱系统由于成本高和布置不便只能应用于中大型车辆，但在部分条件下依然需要牺牲电驱动性能以换取布置的可行性。

因此，有必要设计一种成本低、易于布置，能够提升在中大型车上应用时的电驱动性能，并且能够适用于中小型车辆的多模式混合动力电动四驱系统及其控制方法。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种成本低、易于布置，能够提升在中大型车上应用时的电驱动性能，并且能够适用于中小型车辆的多模式混合动力电动四驱系统及其控制方法。

本发明提供一种多模式混合动力电动四驱系统，包括前桥驱动组件、后桥驱动组件、前桥电机控制器、后桥电机控制器和动力电池，所述前桥电机控制器、所述后桥电机控制器和所述动力电池并联，所述前桥驱动组件包括前桥电机和发动机，所述发动机与所述前桥电机连接，所述前桥电机与所述前桥电机控制器电连接；

所述后桥驱动组件包括后桥电机，所述后桥电机与所述后桥电机控制器电连接。

进一步地，所述前桥驱动组件还包括，发电离合器、驱动离合器和前桥差速器，所述前桥电机通过所述发电离合器与所述发动机连接，所述前桥电机通过所述驱动离合器与所述前桥差速器连接，所述发动机按照固定速比传动到所述前桥差速器，所述前桥差速器与前轴连接。

进一步地，所述后桥驱动组件还包括后桥差速器，所述后桥差速器与后轴连接。

进一步地，所述多模式混合动力电动四驱系统包括四种工作模式：

后驱纯电动模式：所述驱动离合器打开，所述发电离合器打开，所述动力电池为所述后桥电机提供电能；

四驱纯电动模式：所述驱动离合器结合，所述发电离合器打开，所述动力电池为所述前桥电机和所述后桥电机提供电能；

四驱并联混动模式：所述驱动离合器结合，所述发电离合器结合，所述发动机直接驱动所述前轴，所述前桥电机给所述动力电池充电或所述动力电池为所述前桥电机提供电能，所述动力电池为所述后桥电机提供电能；

后驱串联混动模式：所述驱动离合器打开，所述发电离合器结合，所述前桥驱动组件发电，并为所述后桥电机提供电能，剩余的发电电能用于给所述动力电池充电。

进一步地，所述四驱并联混动模式进一步包括两种子模式：

行车充电子模式：当车辆驱动功率较低时或所述动力电池电量较低时，利用所述前桥电机提供一部分阻力进行发电，以在行驶过程中给所述动力电池充电；

电机辅助加速子模式：当车辆驱动功率较高且所述动力电池电量较高时，利用所述前桥电机和所述后桥电机提供额外的动力。

本发明还提供一种用于上述的多模式混合动力电动四驱系统的控制方法，

所述前桥电机控制器和所述后桥电机控制器在设定的时间间隔的工作循环内，根据设定的四个控制参数对所述多模式混合动力电动四驱系统的工作模式进行判断，判断所得到的工作模式在该工作循环内不变；

四个控制参数包括Lim_SOC、Lim_PWR1、Lim_PWR2、Lim_SPD，其中Lim_PWR1<Lim_PWR2，Lim_SOC为所述动力电池的电量设定值，Lim_PWR1为第一驱动功率需求值，Lim_PWR2为第二驱动功率需求值，Lim_SPD为车速设定值。进一步地，包括以下步骤：

判断动力电池的电量是否大于Lim_SOC；

如果是，所述动力电池放电；

如果否，所述多模式混合动力电动四驱系统为所述动力电池充电。

进一步地，

所述动力电池放电，进一步包括：

如果驱动功率小于Lim_PWR1，选择所述后驱纯电动模式；

如果驱动功率大于Lim_PWR1且小于Lim_PWR2，选择所述四驱纯电动模式；

如果驱动功率大于Lim_PWR2，选择所述四驱并联混动模式中的所述电机辅助加速子模式。

进一步地，

所述动力电池充电，进一步包括：

如果车速大于Lim_SPD，选择所述四驱并联混动模式中的所述行车充电子模式；

如果车速小于或等于Lim_SPD，选择所述后驱串联混动模式。

采用上述技术方案后，具有如下有益效果：

本发明的一实施例中，将两个驱动电机中的一个布置到后桥驱动组件中，在实现发动机-电机串联驱动的同时，有效地降低了前舱布置难度并降低成本，能够适用于中小型车辆型。

本发明的另一实施例中，省去现有的前桥驱动组件中的变速机构，进一步降低了前舱布置难度并降低成本。并且省去变速机构后，发动机与前轴间采用固定速比传动，并利用两个离合器实现前桥驱动组件与前轴之间以及发动机与发电机之间的解耦，以实现串联发电和纯电驱动模式的切换。

本发明的又一实施例中，转移到后桥布置的驱动电机加上前桥驱动组件可以组成多模式适时四轮驱动，通过合理的控制，该系统可有效提高车辆的经济性、动力性、操纵稳定性及通过性。

附图说明

参见附图，本发明的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1是本发明一实施例中多模式混合动力电动四驱系统的结构示意图；

图2是本发明一实施例中多模式混合动力电动四驱系统的控制方法的工作原理图。

附图标记对照表：

1-前桥驱动组件 2-后桥驱动组件 3-前桥电机控制器

4-后桥电机控制器 5-动力电池

11-前桥电机 12-发动机 13-发电离合器

14-驱动离合器 15-前桥差速器 16-前轴

21-后桥电机 22-后桥差速器 23-后轴

具体实施方式

下面结合附图来进一步说明本发明的具体实施方式。

容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或视为对发明技术方案的限定或限制。

在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。

本实施例中，如图1所示，多模式混合动力电动四驱系统，包括前桥驱动组件1、后桥驱动组件2、前桥电机控制器3、后桥电机控制器4和动力电池5，前桥电机控制器3、后桥电机控制器4和动力电池5并联，

前桥驱动组件1包括前桥电机11和发动机12，发动机12与前桥电机11连接，前桥电机12与前桥电机控制器3电连接；

后桥驱动组件2包括后桥电机21，后桥电机21与后桥电机控制器4电连接。

其中，前桥驱动组件1负责两个前轮的驱动以及发电，后桥驱动组件2负责两个后轮的驱动。

前桥电机控制器3用于控制前桥电机11，后桥电机控制器4用于控制后桥电机21。

发动机12能够为前轴16提供动能，并通过前轴16带动两个前轮转动。

前桥电机11能够为前轴16提供动能，并通过前轴16带动两个前轮转动。

发动机12和前桥电机11共同作用发电，并对动力电池5充电。

后桥电机21能够为后轴23提供动能，并通过后轴23带动两个后轮转动。

动力电池5为前桥电机11和后桥电机21提供电能。

本实施例中，由于将现有的两个驱动电机中一个从前桥驱动组件移到了后桥驱动组件中，称为了后桥电机21。这样有效地降低了前舱布置难度并降低成本，能够适用于中小型车辆型。

进一步地，如图1所示，前桥驱动组件1还包括，发电离合器13、驱动离合器14和前桥差速器15，前桥电机11通过发电离合器13与发动机12连接，前桥电机11通过驱动离合器14与前桥差速器15连接，发动机12按照固定速比传动到前桥差速器15，前桥差速器15与前轴16连接。

具体为，前桥电机11通过齿轮组与发电离合器13连接，发电离合器13再与发动机12连接，前桥电机11通过齿轮组与驱动离合器14连接，驱动离合器14与前桥差速器15连接，前桥差速器15与前后16连接。

当发电离合器13结合时，发动机12与前桥电机11之间动力疏通，能够实现发电。

当驱动离合器14结合时，前桥电机11可以驱动前轴16。

当发电离合器13和驱动离合器14均结合时，前桥驱动组件1既可以发电，发动机12还能直接驱动前轴16。

本实施例中，前桥驱动组件1中省去了传统的变速机构，发动机12与前轴16之间采用固定速比传动，因此进一步降低了前舱布置难度并降低成本。并且利用两个离合器实现前桥驱动组件与前轴之间以及发动机与发电机之间的解耦，以实现串联发电和纯电驱动模式的切换。发动机12与前轴16之间采用的固定速比按照中高车速条件下匹配。低速下发动机与前轴解耦，利用串联发电和纯电驱动模式驱动车辆。后面将会详细介绍四种工作模式的切换。

进一步地，如图1所示，后桥驱动组件2还包括后桥差速器22，后桥差速器22与后轴23连接。

进一步地，如图1-2所示，多模式混合动力电动四驱系统包括四种工作模式：

后驱纯电动模式：驱动离合器14打开，发电离合器13打开，动力电池5为后桥电机21提供电能；

此时，前桥驱动组件1既不参与驱动也不发电；车辆驱动功率需求靠动力电池5传递给后桥电机21来满足。

四驱纯电动模式：驱动离合器14结合，发电离合器13打开，动力电池5为前桥电机11和后桥电机21提供电能；

此时，发动机12既不参与驱动也不发电；车辆驱动功率需求靠动力电池5传递给前桥电机11和后桥电机21来满足。

四驱并联混动模式：驱动离合器14结合，发电离合器13结合，发动机12为前轴16提供驱动力，动力电池5为后桥电机21提供电能；发动机12直接驱动前轴16，前桥电机11给动力电池5充电或动力电池5为前桥电机11提供电能。

此时，前桥驱动系统6参与驱动或发电；车辆驱动功率需求靠发动机12直接传动以及靠动力电池5传递给后桥电机21来满足。

后驱串联混动模式：驱动离合器14打开，发电离合器13结合，前桥驱动组件1发电，并为后桥电机21提供电能，剩余的发电电能用于给动力电池5充电。

此时，前桥驱动组件1不参与驱动，仅负责发电；车辆驱动功率需求前桥驱动组件1发电后传递给后桥电机21来满足；剩余的发电电能则用于给动力电池5补充能量。

进一步地，四驱并联混动模式进一步包括两种子模式：

行车充电子模式：当车辆驱动功率较低时(例如匀速行驶时)或动力电池5电量较低时，利用前桥电机11提供一部分阻力进行发电，以在行驶过程中给动力电池5充电；

电机辅助加速子模式：当车辆驱动功率较高且动力电池5电量较高时，利用前桥电机11和后桥电机21提供额外的动力。除发动机12驱动外，可利用前桥电机11和后桥电机21提供额外的动力，此时车辆达到最佳动力性能，但需要消耗动力电池5的能量。

如图2所示，用于上述的多模式混合动力电动四驱系统的控制方法，

前桥电机控制器3和后桥电机控制器4在设定的时间间隔的工作循环内，根据设定的四个控制参数对多模式混合动力电动四驱系统的工作模式进行判断，判断所得到的工作模式在该工作循环内不变；

四个控制参数包括Lim_SOC、Lim_PWR1、Lim_PWR2、Lim_SPD，其中Lim_PWR1<Lim_PWR2，Lim_SOC为动力电池5的电量设定值，Lim_PWR1为第一驱动功率需求值，Lim_PWR2为第二驱动功率需求值，Lim_SPD为车速设定值。以上四个控制参数，可以是单值，也可以是随车速、动力电池电量以及驱动功率需求等变化的多值表。

本实施例中，Lim_SOC＝17％，实际应用时，Lim_SOC的具体数值需要根据电池性能和参数进行匹配。

本实施例中，Lim_SPD＝45kph。

设定时间间隔和四个控制参数后，控制方法包括以下步骤：

首先，判断动力电池5的电量是否大于Lim_SOC；

如果是，动力电池5放电；

如果否，多模式混合动力电动四驱系统为动力电池5充电。

其中，

动力电池5放电，进一步包括：

如果驱动功率小于Lim_PWR1，选择后驱纯电动模式；

如果驱动功率大于Lim_PWR1且小于Lim_PWR2，选择四驱纯电动模式；

如果驱动功率大于Lim_PWR2，选择四驱并联混动模式中的电机辅助加速子模式。

其中，

动力电池5充电，进一步包括：

如果车速大于Lim_SPD，选择四驱并联混动模式中的行车充电子模式；

如果车速小于或等于Lim_SPD，选择后驱串联混动模式。

当本次时间间隔后，进入下一个工作循环。

本发明旨在设计一种高性价比多模式混合动力电动四驱系统，以解决高成本和难布置对多模式混合动力电动四驱系统性能和应用的限制：一方面提升系统在中大型车上应用时的电驱性能，另一方面使系统在中小型车辆上的应用成为可能。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多模式混合动力电动四驱系统，包括前桥驱动组件、后桥驱动组件、前桥电机控制器、后桥电机控制器和动力电池，所述前桥电机控制器、所述后桥电机控制器和所述动力电池并联，其特征在于，

所述前桥驱动组件包括前桥电机和发动机，所述发动机与所述前桥电机连接，所述前桥电机与所述前桥电机控制器电连接；

所述后桥驱动组件包括后桥电机，所述后桥电机与所述后桥电机控制器电连接。

2.根据权利要求1所述的多模式混合动力电动四驱系统，其特征在于，所述前桥驱动组件还包括，发电离合器、驱动离合器和前桥差速器，所述前桥电机通过所述发电离合器与所述发动机连接，所述前桥电机通过所述驱动离合器与所述前桥差速器连接，所述发动机按照固定速比传动到所述前桥差速器，所述前桥差速器与前轴连接。

3.根据权利要求1或2所述的多模式混合动力电动四驱系统，其特征在于，所述后桥驱动组件还包括后桥差速器，所述后桥差速器与后轴连接。

4.根据权利要求2所述的多模式混合动力电动四驱系统，其特征在于，所述多模式混合动力电动四驱系统包括四种工作模式：

后驱纯电动模式：所述驱动离合器打开，所述发电离合器打开，所述动力电池为所述后桥电机提供电能；

四驱纯电动模式：所述驱动离合器结合，所述发电离合器打开，所述动力电池为所述前桥电机和所述后桥电机提供电能；

四驱并联混动模式：所述驱动离合器结合，所述发电离合器结合，所述发动机直接驱动所述前轴，所述前桥电机给所述动力电池充电或所述动力电池为所述前桥电机提供电能，所述动力电池为所述后桥电机提供电能；

后驱串联混动模式：所述驱动离合器打开，所述发电离合器结合，所述前桥驱动组件发电，并为所述后桥电机提供电能，剩余的发电电能用于给所述动力电池充电。

5.根据权利要求4所述的多模式混合动力电动四驱系统，其特征在于，所述四驱并联混动模式进一步包括两种子模式：

行车充电子模式：当车辆驱动功率较低时或所述动力电池电量较低时，利用所述前桥电机提供一部分阻力进行发电，以在行驶过程中给所述动力电池充电；

电机辅助加速子模式：当车辆驱动功率较高且所述动力电池电量较高时，利用所述前桥电机和所述后桥电机提供额外的动力。

6.一种用于权利要求5所述的多模式混合动力电动四驱系统的控制方法，其特征在于，

所述前桥电机控制器和所述后桥电机控制器在设定的时间间隔的工作循环内，根据设定的四个控制参数对所述多模式混合动力电动四驱系统的工作模式进行判断，判断所得到的工作模式在该工作循环内不变；

四个控制参数包括Lim_SOC、Lim_PWR1、Lim_PWR2、Lim_SPD，其中Lim_PWR1<Lim_PWR2，Lim_SOC为所述动力电池的电量设定值，Lim_PWR1为第一驱动功率需求值，Lim_PWR2为第二驱动功率需求值，Lim_SPD为车速设定值。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

判断动力电池的电量是否大于Lim_SOC；

如果是，所述动力电池放电；

如果否，所述多模式混合动力电动四驱系统为所述动力电池充电。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

所述动力电池放电，进一步包括：

如果驱动功率小于Lim_PWR1，选择所述后驱纯电动模式；

如果驱动功率大于Lim_PWR1且小于Lim_PWR2，选择所述四驱纯电动模式；

如果驱动功率大于Lim_PWR2，选择所述四驱并联混动模式中的所述电机辅助加速子模式。

9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，

所述动力电池充电，进一步包括：

如果车速大于Lim_SPD，选择所述四驱并联混动模式中的所述行车充电子模式；

如果车速小于或等于Lim_SPD，选择所述后驱串联混动模式。