CN110861631B - 一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，方法及混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，方法及混合动力车辆，包括：发动机、离合器、一号电机、AMT变速器、二号电机、一号电机控制器、二号电机控制器、动力电池、离合变速控制机构以及整车控制器；在车辆行驶过程中，发动机介入驱动后，通过对一号电机的实时控制，使一号电机实时输出动态调节功率，调节发动机始终工作在高效区；在整车急加速时，根据SOC状态控制二号电机提供临时辅助驱动；在整车坡道起步时，通过控制离合器分离，控制一号电机和二号电机共同驱动整车起步。实现了提升整车坡道起步能力、提升整车行驶时的发动机燃油经济性、提升整车加速动力性能。

Description

一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，方法及混 合动力车辆

技术领域

本发明涉及混合动力车辆技术领域，尤其涉及一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，方法及混合动力车辆。

背景技术

同轴混联混合动力车辆处在混合动力模式，当车辆起步时，一个电机通过传动轴和驱动桥直接驱动整车起步，另一个电机用于启动发动机。当发动机介入驱动后，整车主要由发动机进行驱动，其中一个电机用于对发动机进行调速，另一个电机提供辅助驱动；当整车高速巡航时，整车由发动机进行驱动。此控制方式的缺点是，当车辆起步时电机和发动机无法提供驱动力，当发动机介入驱动后，电机无法主动调节发动机工作区域、无法对动力电池进行实时补电。

由于混合动力商用车尤其是混合动力卡车的工况复杂性，现有控制策略导致整车坡道起步能力较差、整车加速性能较差、无法实现主动调节发动机工作区致整车燃油经济性较弱等问题。

发明内容

本发明提供一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，解决现有控制策略造成的整车坡道起步能力较差、整车加速性能较差、无法实现主动调节发动机工作区致燃油经济性较差等问题，进一步利用和发挥同轴混联系统的功能优势。

具体包括：发动机、离合器、一号电机、AMT变速器、二号电机、一号电机控制器、二号电机控制器、动力电池、离合变速控制机构以及整车控制器；

一号电机通过一号电机控制器连接动力电池；

二号电机通过二号电机控制器连接动力电池；

整车控制器通过离合变速控制机构分别连接离合器和AMT变速器；

整车控制器分别与发动机、一号电机控制器以及二号电机控制器连接，整车控制器用于获取动力输出指令，并根据动力输出指令分别控制发动机、一号电机、以及二号电机的运行。

进一步需要说明的是，还包括：整车输出量实时采集模块；

整车输出量实时采集模块用于分别实时获取发动机、一号电机、以及二号电机状态输出量，并将获取的状态输出量发送给整车控制器；

整车控制器根据当前整体需求的状态输出量以及获取的状态输出量，分别控制发动机、一号电机、以及二号电机运行。

进一步需要说明的是，整车输出量实时采集模块包括：电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电容C1，电容C1，电容C2，二极管D1，二极管D2，二极管D3，二极管D4，三极管Q1，三极管Q2，三极管Q3，电压比较器U1，电压比较器U2，电压比较器U3；

电阻R1第一端连接整车输出量电压，电阻R1第二端通过电阻R2连接电阻R3第一端，电源端以及三极管Q1发射极；三极管Q1的集电极分别连接电阻R17第一端和二极管D2阳极；电阻R17第二端连接三极管Q2发射极，三极管Q2集电极连接二极管D1阳极和电阻R16第一端；二极管D1阴极连接三极管Q1基极，电阻R3第二端，电容C1第一端；三极管Q2基极连接二极管D2阴极和电阻R15第一端；电阻R16第二端连接三极管Q3集电极；三极管Q3发射极连接电阻R14第一端；三极管Q3基极连接电阻R12第一端，电阻R13第一端；电阻R13第二端连接二极管D4阴极，电阻R12第二端通过二极管D3连接电压比较器U1输出端；电压比较器U1负极输入端通过电阻R4连接电阻R1滑动端；电压比较器U1正极输入端通过电阻R5连接基准电压端；电容C1第二端，电阻R6第二端，电阻R9第二端，电容C2第一端，电阻R14第二端，电阻R15第二端共同连接；电阻R6第一端，电压比较器U2正极输入端，电压比较器U3输入端分别接地；电压比较器U2负极输入端分别连接电阻R9第一端和电阻R8第二端；电阻R8第一端分别连接电阻R7第二端电压比较器U2输出端；电阻R7第一端和电容C3第一端分别连接整车控制器(10)；电容C3第二端接地；电容C2第二端分别与电阻R10第二端和电阻R11第一端连接；电阻R11第二端连接电压比较器U3负极输入端；电阻R10第一端连接动力电池输出端；

电压比较器U3连接二极管D4阳极。

进一步需要说明的是，还包括：车辆水平度获取模块；

车辆水平度获取模块用于感应车辆的水平度，并将车辆当前的水平度信息发送给整车控制器，整车控制器根据车辆当前的水平度信息分别控制控制发动机、一号电机、以及二号电机运行。

进一步需要说明的是，还包括：车辆巡航控制模块；

车辆巡航控制模块用于获取巡航控制指令，并将巡航控制指令发送给整车控制器，整车控制器根据巡航控制指令分别控制控制发动机、一号电机、以及二号电机运行。

本发明还提供一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法，方法包括：

车辆起步，当整车需求扭矩N0不大于二号电机预设最大扭矩输出值N1时，则使用二号电机单独驱动整车；

当整车需求扭矩N0大于二号电机预设最大扭矩输出值N1时，则控制离合器分离、AMT变速器在挡，二号电机输出预设最大扭矩N1，一号电机提供差额扭矩N0-N1。

进一步需要说明的是，方法还包括：

当发动机介入车辆驱动或车辆巡航时，在整车不进行档位变换、动力电池SOC值未达到设定峰值A时，控制离合器结合，由发动机提供整车需求功率P0，一号电机工作在串联模式，输出动态调节功率P1用于主动实时调节发动机工作区域，使发动机实时输出功率为P0+P1，调节发动机始终工作在高效区；在动力电池SOC达到设定峰值A时，一号电机则停止输出动态调节功率P1。

进一步需要说明的是，方法还包括：

当整车进行换挡时，一号电机退出串联模式并停止输出动态调节功率P1，此时一号电机用于在换挡过程中对发动机进行调速。

进一步需要说明的是，方法还包括：

当整车行驶过程中急加速时，如动力电池SOC未低于设定谷值时，二号电机工作在并联模式，由发动机和二号电机共同驱动整车加速。

本发明还提供一种混合动力车辆，包括：同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明涉及的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，方法及混合动力车辆，在车辆行驶过程中，发动机介入驱动后，通过对一号电机的实时控制，使一号电机实时输出动态调节功率，调节发动机始终工作在高效区；在整车急加速时，根据SOC状态控制二号电机提供临时辅助驱动；在整车坡道起步时，通过控制离合器分离，控制一号电机和二号电机共同驱动整车起步。实现了提升整车坡道起步能力、提升整车行驶时的发动机燃油经济性、提升整车加速动力性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中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为同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统示意图；

图2为

图3为同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法流程图；

图4为同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法实施例流程图；

图5为同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法实施例流程图。

附图标记说明：

1.发动机、2.离合器、3.一号电机、4.AMT变速器、5.二号电机、6.一号电机控制器、7.二号电机控制器、8.动力电池及其管理系统、9.离合器和变速器控制器、10.整车控制器。

具体实施方式

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。

本发明提供一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，如图1所示，包括：发动机1、离合器2、一号电机3、AMT变速器4、二号电机5、一号电机控制器6、二号电机控制器7、动力电池8、离合变速控制机构9以及整车控制器10；一号电机3通过一号电机控制器6连接动力电池8；二号电机5通过二号电机控制器7连接动力电池8；整车控制器10通过离合变速控制机构9分别连接离合器2和AMT变速器4；整车控制器10分别与发动机1、一号电机控制器6以及二号电机控制器7连接，整车控制器10用于获取动力输出指令，并根据动力输出指令分别控制发动机1、一号电机3、以及二号电机5的运行。

本发明中的系统设置了两套电机，为乘车提供动力，当然还可以根据需要设置更多的电机输出动力。本发明涉及的整车为自动挡控制方式，其离合器和AMT变速器都是基于模拟手动挡的方式来进行运行。离合变速控制机构可以包括基于模拟手动挡的机械换挡机构，也可以是基于电子程序设置的模拟换挡软件来接收整车控制器10的控制指令，进而控制离合器2和AMT变速器4动作。

本发明涉及的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统中可以实现在硬件，软件，固件或它们的任何组合。所述的各种特征为模块，单元或组件可以一起实现在集成逻辑装置或分开作为离散的但可互操作的逻辑器件或其他硬件设备。在一些情况下，电子电路的各种特征可以被实现为一个或多个集成电路器件，诸如集成电路芯片或芯片组。

同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统可以作为处理器或者集成电路装置，诸如集成电路芯片或芯片组。可替换地或附加地，如果软件或固件中实现，所述技术可实现至少部分地由计算机可读的数据存储介质，包括指令，当执行时，使处理器执行一个或更多的上述方法。例如，计算机可读的数据存储介质可以存储诸如由处理器执行的指令。

本发明中还涉及到了整车输出量实时采集模块；整车输出量实时采集模块用于分别实时获取发动机1、一号电机3、以及二号电机5状态输出量，并将获取的状态输出量发送给整车控制器10；整车控制器10根据当前整体需求的状态输出量以及获取的状态输出量，分别控制发动机1、一号电机3、以及二号电机5运行。

具体的，整车输出量实时采集模块包括：电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电容C1，电容C1，电容C2，二极管D1，二极管D2，二极管D3，二极管D4，三极管Q1，三极管Q2，三极管Q3，电压比较器U1，电压比较器U2，电压比较器U3；

电阻R1第一端连接整车输出量电压，电阻R1第二端通过电阻R2连接电阻R3第一端，电源端以及三极管Q1发射极；三极管Q1的集电极分别连接电阻R17第一端和二极管D2阳极；电阻R17第二端连接三极管Q2发射极，三极管Q2集电极连接二极管D1阳极和电阻R16第一端；二极管D1阴极连接三极管Q1基极，电阻R3第二端，电容C1第一端；三极管Q2基极连接二极管D2阴极和电阻R15第一端；电阻R16第二端连接三极管Q3集电极；三极管Q3发射极连接电阻R14第一端；三极管Q3基极连接电阻R12第一端，电阻R13第一端；电阻R13第二端连接二极管D4阴极，电阻R12第二端通过二极管D3连接电压比较器U1输出端；电压比较器U1负极输入端通过电阻R4连接电阻R1滑动端；电压比较器U1正极输入端通过电阻R5连接基准电压端；电容C1第二端，电阻R6第二端，电阻R9第二端，电容C2第一端，电阻R14第二端，电阻R15第二端共同连接；电阻R6第一端，电压比较器U2正极输入端，电压比较器U3输入端分别接地；电压比较器U2负极输入端分别连接电阻R9第一端和电阻R8第二端；电阻R8第一端分别连接电阻R7第二端电压比较器U2输出端；电阻R7第一端和电容C3第一端分别连接整车控制器(10)；电容C3第二端接地；电容C2第二端分别与电阻R10第二端和电阻R11第一端连接；电阻R11第二端连接电压比较器U3负极输入端；电阻R10第一端连接动力电池输出端；电压比较器U3连接二极管D4阳极。

整车输出量实时采集模块接收基准电压，然后送到电压比较器U1的正输入端。一号电机控制器6或者二号电机控制器7反馈回来一号电机3或二号电机5的当前运行电压送到电压比较器U1的负输入端，与基准电压比较，比较结果通过电压比较器U1反馈到三极管Q3，三极管Q3的导通状态。

三极管Q3的导通状态影响着对整车输出量实时采集模块的吸收电流，从而整车输出量实时采集模块对三极管Q1基极，三极管Q1的输出值。

整车输出量实时采集模块将一号电机3或二号电机5的反馈电压状态反馈给整车控制器10，并基于当前电压及电流获取到当前一号电机3或二号电机5输出功率，通过驾驶室内的显示器显示。通过对一号电机的输出功率实时获取，可以实时输出动态调节功率，调节发动机始终工作在高效区。比如在整车急加速时，根据SOC状态控制二号电机提供功率；在整车坡道起步时，通过控制离合器分离，控制一号电机和二号电机共同驱动整车起步，达到一号电机3或二号电机5的输出功率实现了提升整车坡道起步能力、提升整车行驶时的发动机燃油经济性。

本发明中还涉及到了车辆水平度获取模块；车辆水平度获取模块用于感应车辆的水平度，并将车辆当前的水平度信息发送给整车控制器10，整车控制器10根据车辆当前的水平度信息分别控制控制发动机1、一号电机3、以及二号电机5运行。也就是车辆在上坡或下坡是，基于动力的需要来进行控制输出，就是控制制控制发动机1、一号电机3、以及二号电机5运行。

本发明中还涉及到了车辆巡航控制模块；车辆巡航控制模块用于获取巡航控制指令，并将巡航控制指令发送给整车控制器10，整车控制器10根据巡航控制指令分别控制控制发动机1、一号电机3、以及二号电机5运行。

基于上述系统，本发明还提供了一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法，如图3所示，方法包括：

S1，车辆起步阶段；

S2，整车需求扭矩N0不大于二号电机预设最大扭矩输出值N1时；

S3，使用二号电机单独驱动整车；

S4，整车需求扭矩N0大于二号电机预设最大扭矩输出值N1时；

S5，控制离合器分离、AMT变速器在挡，二号电机输出预设最大扭矩N1，一号电机提供差额扭矩N0-N1。

采用一号电机和二号电机协同驱动，从而实现提高二号电机在车辆起步阶段的工作效率、提高整车坡道起步能力。

进一步的本发明中的方法还包括：如图4所示，

发动机介入车辆驱动或车辆巡航；

在整车不进行档位变换、动力电池SOC值未达到设定峰值时，控制离合器结合，由发动机提供整车需求功率P0，一号电机工作在串联模式，输出动态调节功率P1用于主动实时调节发动机工作区域，使发动机实时输出功率为P0+P1，调节发动机始终工作在高效区，从而提升整车燃油经济性；在动力电池SOC达到设定峰值时，一号电机则停止输出动态调节功率P1。发动机始终工作在高效区可以理解的是发动机工作在额定功率状态下，不是最大功率。发动机工作在额定功率状态下可以基于其当前的输出功率与燃油之间是最佳的性价比。也就是发动机工作在额定功率状态下燃油量达到车辆预设的燃油量。基于不同的发动机具有不同的高效区数据，这里不对高效区数据进行限定。

本方法还包括：当整车进行换挡时，一号电机退出串联模式并停止输出动态调节功率P1，此时一号电机用于在换挡过程中对发动机进行调速。

如图5所示，当整车行驶过程中急加速时，如动力电池SOC未低于设定谷值时，二号电机工作在并联模式，由发动机和二号电机共同驱动整车加速，从而改善整车加速工况动力性。

如果车辆进行坡道起步时，当整车需求扭矩N0不大于二号电机5高效区扭矩输出值N1，则使用二号电机5单独驱动整车，当整车需求扭矩N0大于二号电机5高效区扭矩输出值N1，则控制离合器2分离、AMT变速器4在挡，二号电机5输出高效区扭矩N1，一号电机3提供差额扭矩N0-N1。从而实现提高二号电机5在车辆起步阶段的工作效率、提高整车坡道起步能力。

基于上述涉及的系统及方法，本发明还提供一种混合动力车辆，包括：同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，其特征在于，包括：发动机（1）、离合器（2）、一号电机（3）、AMT变速器（4）、二号电机（5）、一号电机控制器（6）、二号电机控制器（7）、动力电池（8）、离合变速控制机构（9）、整车输出量实时采集模块以及整车控制器（10）；

一号电机（3）通过一号电机控制器（6）连接动力电池（8）；

二号电机（5）通过二号电机控制器（7）连接动力电池（8）；

整车控制器（10）通过离合变速控制机构（9）分别连接离合器（2）和AMT变速器（4）；

整车控制器（10）分别与发动机（1）、一号电机控制器（6）以及二号电机控制器（7）连接，整车控制器（10）用于获取动力输出指令，并根据动力输出指令分别控制发动机（1）、一号电机（3）、以及二号电机（5）的运行；

整车输出量实时采集模块用于分别实时获取发动机（1）、一号电机（3）、以及二号电机（5）状态输出量，并将获取的状态输出量发送给整车控制器（10）；

整车控制器（10）根据当前整体需求的状态输出量以及获取的状态输出量，分别控制发动机（1）、一号电机（3）、以及二号电机（5）运行；

整车输出量实时采集模块包括：电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电容C1，电容C2，二极管D1，二极管D2，二极管D3，二极管D4，三极管Q1，三极管Q2，三极管Q3，电压比较器U1，电压比较器U2，电压比较器U3；

电阻R1第一端连接整车输出量电压，电阻R1第二端通过电阻R2连接电阻R3第一端，电源端以及三极管Q1发射极；三极管Q1的集电极分别连接电阻R17第一端和二极管D2阳极；电阻R17第二端连接三极管Q2发射极，三极管Q2集电极连接二极管D1阳极和电阻R16第一端；二极管D1阴极连接三极管Q1基极，电阻R3第二端，电容C1第一端；三极管Q2基极连接二极管D2阴极和电阻R15第一端；电阻R16第二端连接三极管Q3集电极；三极管Q3发射极连接电阻R14第一端；三极管Q3基极连接电阻R12第一端，电阻R13第一端；电阻R13第二端连接二极管D4阴极，电阻R12第二端通过二极管D3连接电压比较器U1输出端；电压比较器U1负极输入端通过电阻R4连接电阻R1滑动端；电压比较器U1正极输入端通过电阻R5连接基准电压端；电容C1第二端，电阻R6第二端，电阻R9第二端，电容C2第一端，电阻R14第二端，电阻R15第二端共同连接；电阻R6第一端，电压比较器U2正极输入端，电压比较器U3输入端分别接地；电压比较器U2负极输入端分别连接电阻R9第一端和电阻R8第二端；电阻R8第一端分别连接电阻R7第二端电压比较器U2输出端；电阻R7第一端和电容C3第一端分别连接整车控制器（10）；电容C3第二端接地；电容C2第二端分别与电阻R10第二端和电阻R11第一端连接；电阻R11第二端连接电压比较器U3负极输入端；电阻R10第一端连接动力电池输出端；

电压比较器U3连接二极管D4阳极。

2.根据权利要求1所述的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，其特征在于，

还包括：车辆水平度获取模块；

车辆水平度获取模块用于感应车辆的水平度，并将车辆当前的水平度信息发送给整车控制器（10），整车控制器（10）根据车辆当前的水平度信息分别控制发动机（1）、一号电机（3）、以及二号电机（5）运行。

3.根据权利要求1所述的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统，其特征在于，还包括：车辆巡航控制模块；

车辆巡航控制模块用于获取巡航控制指令，并将巡航控制指令发送给整车控制器（10），整车控制器（10）根据巡航控制指令分别控制发动机（1）、一号电机（3）、以及二号电机（5）运行。

4.一种同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法，其特征在于，方法采用如权利要求1至3任一所述的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制系统；

方法包括：

车辆起步，当整车需求扭矩N0不大于二号电机预设最大扭矩输出值N1时，则使用二号电机单独驱动整车；

当整车需求扭矩N0大于二号电机预设最大扭矩输出值N1时，则控制离合器分离、AMT变速器在挡，二号电机输出预设最大扭矩N1，一号电机提供差额扭矩N0-N1。

5.根据权利要求4所述的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法，其特征在于，方法还包括：

当发动机介入车辆驱动或车辆巡航时，在整车不进行档位变换、动力电池SOC值未达到设定峰值A时，控制离合器结合，由发动机提供整车需求功率P0，一号电机工作在串联模式，输出动态调节功率P1用于主动实时调节发动机工作区域，使发动机实时输出功率为P0+P1，调节发动机始终工作在高效区；在动力电池SOC达到设定峰值A时，一号电机则停止输出动态调节功率P1。

6.根据权利要求5所述的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法，其特征在于，方法还包括：

当整车进行换挡时，一号电机退出串联模式并停止输出动态调节功率P1，此时一号电机用于在换挡过程中对发动机进行调速。

7.根据权利要求5所述的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法，其特征在于，方法还包括：

当整车行驶过程中急加速时，如动力电池SOC未低于设定谷值时，二号电机工作在并联模式，由发动机和二号电机共同驱动整车加速。

8.一种混合动力车辆，其特征在于，包括：如权利要求4至7任一所述的同轴式混联混合动力车辆协同驱动控制方法。

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