CN111516484A - 混合动力系统及混合动力系统的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种混合动力系统及混合动力系统的控制方法，该混合动力系统包括发动机、液压机械无级变速器、电机、驱动桥和轮胎，发动机、液压机械无级变速器、电机和驱动桥依次连接，轮胎连接在驱动桥的两端。根据发明实施例的混合动力系统，依次连接的发动机、液压机械无级变速器和电机，通过液压机械无级变速器可以设定发动机的最佳工作点，实现定速转动，降低油耗。相比较于双电机混合动力，本发明中的电机并未参与车速与发动机转速的解耦调节，控制策略简单，降低了电机的控制难度。

Description

混合动力系统及混合动力系统的控制方法

技术领域

本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种混合动力系统及混合动力系统的控制方法。

背景技术

本部分提供的仅仅是与本公开相关的背景信息，其并不必然是现有技术。

混合动力是指汽车使用发动机驱动和电力驱动两种驱动方式，优点在于车辆启动停止时，只靠电机带动，发动机一直保持在最佳工况状态，动力性好，排放量很低。

目前使用行星排功率分流合流的混合动力都是采用双电机或多电机与机械传动耦合的技术，电机参与速度调节，双电机的控制难度高，与机械变速器传动耦合的电机与变速器连接时需要对变速器的结构重新进行开发，提高了混合动力系统的开发难度。

发明内容

本发明的目的是至少解决目前使用行星排混合动力时电机控制难度高的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种混合动力系统，包括发动机、液压机械无级变速器、电机、驱动桥和轮胎；

所述发动机、所述液压机械无级变速器、所述电机和所述驱动桥依次连接；

所述轮胎连接在所述驱动桥的两端。

根据本发明实施例的混合动力系统，依次连接的发动机、液压机械无级变速器和电机，通过液压机械无级变速器可以设定发动机的最佳工作点，实现定速转动，降低油耗，相比较于使用有级差的机械变速箱，对于发动机的设定更简单。在变速箱与驱动桥之间设置的电机，具有发电和驱动两个模式，液压机械无级变速器使用合流或分流技术时，一路为机械传动，另一路为液压传动，相比较于双电机混合动力，本发明中的电机并未参与车速与发动机转速的解耦调节，控制策略简单，降低了电机的控制难度。也不需要对变速器的结构进行重新设计，降低了混合动力系统的开发难度。

另外，根据本发明实施例的混合动力系统，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述发动机与所述液压机械无级变速器之间、所述液压机械无级变速器与所述电机之间、所述电机与所述驱动桥和所述轮胎之间通过传动轴或联轴器连接。

在本发明的一些实施例中，所述发动机的功率大于所述电机的功率。

本发明的第二方面提出了一种混合动力系统的控制方法，该混合动力系统的控制方法包括：

判断车辆是否为驱动模式；

根据所述车辆为驱动模式，计算所述车辆的动力电池的当前SOC值和车辆功率需求；

获取所述车辆的第一SOC预设值、第二SOC预设值和电机功率值；

判断所述当前SOC值与所述第一SOC预设值和所述第二SOC预设值的大小关系，判断所述车辆功率需求与所述电机功率值的大小关系，确定所述车辆的混合动力系统的驱动模式。

根据本发明实施例的混合动力系统的控制方法，根据车辆的当前SOC值确定混合动力系统的驱动模式，以降低车辆的油耗，同时能够实现车辆平稳行驶。

在本发明的一些实施例中，所述判断所述当前SOC值与所述第一SOC预设值和所述第二SOC预设值的大小关系和所述车辆功率需求与所述电机功率值的大小关系，确定所述车辆的混合动力系统的驱动模式包括：

根据所述当前SOC值在所述第一SOC预设值和所述第二SOC预设值之间且所述车辆功率需求小于所述车辆的发动机功率值或所述当前SOC值大于所述第二SOC预设值且所述车辆功率需求大于所述电机功率值，控制所述混合动力系统采用发动机驱动模式；

根据所述当前SOC值大于所述第二SOC预设值且所述车辆功率需求小于所述电机功率值，控制所述混合动力系统采用电机驱动模式；

根据所述当前SOC值小于所述第一SOC预设值且所述车辆功率需求小于所述发动机功率值，控制所述混合动力系统采用发动机驱动模式和电机发电模式；

根据所述当前SOC值大于所述第二SOC预设值且所述车辆功率需求大于所述发动机功率值，控制所述混合动力系统采用发动机驱动模式和电机助力模式。

在本发明的一些实施例中，所述混合动力系统的控制方法还包括：

判断所述车辆是否为制动模式；

根据所述车辆为制动模式，计算所述车辆的当前制动值；

获取所述车辆的预设制动值；

判断所述当前制动值与所述预设制动值的大小关系，确定所述车辆的制动模式。

在本发明的一些实施例中，所述判断所述当前制动值与所述预设制动值的大小关系，确定所述车辆的制动模式包括：

根据所述当前制动值小于所述预设制动值，控制所述混合动力系统采用发动机不工作和电机发电模式；

根据所述当前制动值大于所述预设制动值，控制所述混合动力系统采用发动机反拖和电机发电模式。

在本发明的一些实施例中，所述控制所述混合动力系统采用发动机驱动模式包括：

获取所述发动机的最佳油耗点；

根据所述最佳油耗点确定发动机的最佳转速，控制所述发动机以最佳转速运行。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明实施例的混合动力系统的连接示意图；

图2为本发明实施例的混合动力系统的控制方法的流程图；

图3为图2所示的判断当前SOC值与第一SOC预设值和第二SOC预设值的大小关系和车辆功率需求与电机功率值的大小关系，确定车辆的混合动力系统的驱动模式的流程图；

图4为本发明实施例的混合动力系统的控制方法的确定制动模式的流程图；

图5为图4所示的判断当前制动值与预设制动值的大小关系，确定车辆的制动模式的流程图；

图6为本发明实施例的混合动力系统的控制方法的确定最佳工作点的流程图。

附图标记：

1、发动机；

2、液压机械无级变速器；

3、电机；

4、驱动桥；

5、轮胎。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1所示，本发明的实施例提供了一种混合动力系统，包括发动机1、液压机械无级变速器2、电机3、驱动桥4和轮胎5；

发动机1、液压机械无级变速器2、电机3和驱动桥4依次连接；

轮胎5连接在驱动桥4的两端。

根据本发明实施例的混合动力系统，依次连接的发动机1、液压机械无级变速器2和电机3。采用液压机械无级变速器2，通过液压机械无级变速器2可以设定发动机1的最佳工作点，实现定速转动，降低油耗，相比较于使用有级差的机械变速箱，对于发动机1的设定更简单，适用于大型车辆和重型车辆。在变速箱与驱动桥4之间设置的电机3，具有发电和驱动两个模式，液压机械无级变速器2使用合流或分流技术时，一路为机械传动，另一路为液压传动，相比较于双电机混合动力，本发明中的电机3并未参与车速与发动机1转速的解耦调节，控制策略简单，降低了电机3的控制难度。也不需要对变速器的结构进行重新设计，降低了混合动力系统的开发难度。

在本发明的一些实施例中，对于发动机1、液压机械无级变速器2、电机3、驱动桥4和轮胎5之间可采用传动轴或联轴器连接，发动机1驱动车辆时，动力从发动机1传递至液压机械无级变速器2，再经过电机3传递至驱动桥4，最终由驱动桥4传递至轮胎5。

在本发明的一些实施例中，在另一个实施例中，发动机1与液压机械无级变速器2之间、液压机械无级变速器2与电机3之间和驱动桥4与轮胎5之间通过传动轴或联轴器连接，电机3与驱动桥4直接连接以实现发动机1的动力的传动。

在本发明的一些实施例中，电机3可以选用轮边电机或者轮毂电机，根据车辆的类型不同，选择适合的电机3。

在本发明的一些实施例中，发动机1的功率大于电机3的功率，功率的不同可以确定车辆在运行时，发动机1和电机3中的哪个作为主要驱动源。

本发明还提供了一种车辆的实施例，包括上述实施例中的混合动力系统。

本发明实施例的车辆与混合动力系统具有相同的优势，在此不再赘述。

如图2所示，本发明还提供了一种混合动力系统的控制方法的实施例，包括：

判断车辆是否为驱动模式；

根据车辆为驱动模式，计算车辆的动力电池的当前SOC值和车辆功率需求；

获取车辆的第一SOC预设值、第二SOC预设值和电机功率值；

判断当前SOC值与第一SOC预设值和第二SOC预设值的大小关系，判断车辆功率需求与电机功率值的大小关系，确定车辆的混合动力系统的驱动模式。

根据本发明实施例的混合动力系统的控制方法，根据车辆的当前SOC值确定混合动力系统的驱动模式，以降低车辆的油耗，同时能够实现车辆平稳行驶。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，混合动力包括发动机驱动和电力驱动两种，根据车辆的不同状态，以不同的驱动模式运行，其中，发动机功率大于电机功率。驱动模式的不同与当前SOC值和车辆功率需求相关，SOC(State Of Charge荷电状态)，用来反映电池的剩余容量，其数值上定义为剩余容量占电池容量的比值，常用百分数表示，其取值范围为0-1，当SOC＝0时表示电池放电完全，当SOC＝1时表示电池完全充满。对于当前SOC值的获取可通过内阻检测法、线性模型法、安时积分法、卡尔曼滤波法、神经网络、支持向量回归法等方法实现。具体的，驱动模式共包括四种：

(1)、纯发动机1驱动模式，使用该模式的条件是当前SOC值在第一SOC预设值和第二SOC预设值之间且车辆功率需求小于发动机功率值或当前SOC值大于第二SOC预设值且车辆功率需求大于电机功率值；

当前SOC值在第一SOC预设值和第二SOC预设值之间，说明动力电池的荷电状态不足以支撑车辆采用混合驱动模式，且车辆功率需求小于发动机功率值，使用发动机1进行单独驱动足以满足车辆行驶需求。

当前SOC值大于第二SOC预设值，说明动力电池的荷电状态良好，但车辆功率需求大于电机功率值，动力电池不足以支撑车辆的运行，需要使用发动机1进行单独驱动以满足车辆行驶需求。

(2)、纯电机驱动模式，使用该模式的条件是当前SOC值大于第二SOC预设值且车辆功率需求小于电机功率值；

当前SOC值大于第二SOC预设值，说明动力电池的荷电状态良好足以支撑车辆采用纯电动驱动模式，且车辆功率需求小于电机功率值，使用电机3进行单独驱动足以满足车辆行驶需求，电机3在运转过程中消耗动力电池中的电能。

(3)、发动机1驱动模式和电机发电模式，使用该模式的条件是当前SOC值小于第一SOC预设值且车辆功率需求小于发动机功率值；

当前SOC值小于第一SOC预设值，说明动力电池的荷电状态不佳，需要对动力电池进行充电，因此采用混合模式，且车辆功率需求小于发动机功率值，使用发动机1进行驱动足以满足车辆行驶需求，电机3作为发动机1的负载，电机3进行发电，消耗发动机1产生的动能，并将动能转化为电能，并将产生的电能存储到动力电池中，提高动力电池的荷电状态。

(4)、发动机1驱动模式和电机助力模式，使用该模式的条件是当前SOC值大于第二SOC预设值且车辆功率需求大于发动机功率值；

当前SOC值大于第二SOC预设值，说明动力电池的荷电状态良好，但车辆功率需求大于发动机功率值，只单独采用发动机1进行驱动或动力电池进行驱动均不能满足车辆行驶需求，因此采用发动机1驱动模式和电机助力模式进行驱动，电机3在运转过程中消耗动力电池中的电能。

根据动力电池的不同荷电状态和车辆功率需求，决定车辆的驱动模式，充分利用发动机1驱动和电机3驱动的优势，其中，第一SOC预设值小于第二SOC预设值，第一SOC预设值和第二SOC预设值的大小与发动机1的类型、油耗、所处环境等相关。

在本发明的一些实施例中，如图4所示，除了前文所述的不同驱动模式，混合动力系统的控制方法还包括不同的制动模式的选择，制动模式的选择与制动程度相关。制动程度可以为制动踏板的踩踏行程或制动压力的大小，通过传感器即可测得。混合动力系统的控制方法还包括判断车辆是否为制动模式，根据车辆为制动模式计算车辆的当前制动值，获取车辆的预设制动值，判断当前制动值与预设制动值的大小关系，确定车辆的制动模式。在选择不同的制动模式前，需要判断是否处于制动模式，即判断是否具有制动信号，当检测到制动信号后，计算当前制动值，在一个实施例中，当前制动值为当前制动踏板的踩踏程度，预设制动值为预设踩踏行程与制动踏板总行程的比值，可以为1％-100％中的任意数值，包括1％和100％。

在本发明的一些实施例中，如图5所示，具体的，获取预设制动值和当前制动值后进行数值比较，根据两者的大小决定制动模式的不同。具体的，包括两种制动模式：

(1)、发动机1不工作和电机发电模式，使用该模式的条件是当前制动值小于预设制动值；

当前制动值小于预设制动值，说明车辆不需要进行快速制动，因此，采用发动机1不工作模式，同时，电机3作为发动机1的负载，电机3进行发电，消耗发动机1产生的动能，并将动能转化为电能，并将产生的电能存储到动力电池中，提高动力电池的荷电状态。

(2)、发动机1反拖和电机发电模式，使用该模式的条件是当前制动值大于预设制动值；

当前制动值大于设制动值，说明车辆需要尽快制动降低速度，因此，采用发动机1反拖模式，发动机1的喷油器不再喷油，发动机1作为车辆的负载，消耗车辆的动能，同时，电机3作为发动机1的负载，电机3进行发电，消耗发动机1产生的动能，并将动能转化为电能，并将产生的电能存储到动力电池中，提高动力电池的荷电状态。

在本发明的一些实施例中，如图6所示，根据前文所述，动力混合系统包括发动机1、液压机械无级变速器2和电机3，通过液压机械无级变速器2可以设定发动机1的最佳工作点，实现定速转动，降低油耗，具体的，获取发动机1的最佳油耗点，根据最佳油耗点确定发动机1的最佳转速，当发动机1以最佳转速运动时，发动机1即处于最佳工作点，始终保持最佳转速运动，可以降低发动机1的油耗。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种混合动力系统，其特征在于，包括发动机、液压机械无级变速器、电机、驱动桥和轮胎；

所述发动机、所述液压机械无级变速器、所述电机和所述驱动桥依次连接；

所述轮胎连接在所述驱动桥的两端。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述发动机与所述液压机械无级变速器之间、所述液压机械无级变速器与所述电机之间、所述电机与所述驱动桥和所述轮胎之间通过传动轴或联轴器连接。

3.根据权利要求1所述的混合动力系统，其特征在于，所述发动机的功率大于所述电机的功率。

4.一种混合动力系统的控制方法，其特征在于，包括：

判断车辆是否为驱动模式；

根据所述车辆为驱动模式，计算所述车辆的动力电池的当前SOC值和车辆功率需求；

获取所述车辆的第一SOC预设值、第二SOC预设值和电机功率值；

判断所述当前SOC值与所述第一SOC预设值和所述第二SOC预设值的大小关系，判断所述车辆功率需求与所述电机功率值的大小关系，确定所述车辆的混合动力系统的驱动模式。

5.根据权利要求4所述的混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述判断所述当前SOC值与所述第一SOC预设值和所述第二SOC预设值的大小关系和所述车辆功率需求与所述电机功率值的大小关系，确定所述车辆的混合动力系统的驱动模式包括：

根据所述当前SOC值在所述第一SOC预设值和所述第二SOC预设值之间且所述车辆功率需求小于所述车辆的发动机功率值或所述当前SOC值大于所述第二SOC预设值且所述车辆功率需求大于所述电机功率值，控制所述混合动力系统采用发动机驱动模式；

根据所述当前SOC值大于所述第二SOC预设值且所述车辆功率需求小于所述电机功率值，控制所述混合动力系统采用电机驱动模式；

根据所述当前SOC值小于所述第一SOC预设值且所述车辆功率需求小于所述发动机功率值，控制所述混合动力系统采用发动机驱动模式和电机发电模式；

根据所述当前SOC值大于所述第二SOC预设值且所述车辆功率需求大于所述发动机功率值，控制所述混合动力系统采用发动机驱动模式和电机助力模式。

6.根据权利要求4所述的混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述混合动力系统的控制方法还包括：

判断所述车辆是否为制动模式；

根据所述车辆为制动模式，计算所述车辆的当前制动值；

获取所述车辆的预设制动值；

判断所述当前制动值与所述预设制动值的大小关系，确定所述车辆的制动模式。

7.根据权利要求6所述的混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述判断所述当前制动值与所述预设制动值的大小关系，确定所述车辆的制动模式包括：

根据所述当前制动值小于所述预设制动值，控制所述混合动力系统采用发动机不工作和电机发电模式；

根据所述当前制动值大于所述预设制动值，控制所述混合动力系统采用发动机反拖和电机发电模式。

8.根据权利要求5所述的混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述控制所述混合动力系统采用发动机驱动模式包括：

获取所述发动机的最佳油耗点；

根据所述最佳油耗点确定发动机的最佳转速，控制所述发动机以最佳转速运行。

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