CN111845706A - 一种功率分流式混合动力汽车驱动系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种功率分流式混合动力汽车驱动系统，包括发动机和车轮，还包括第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第一周转轮系、第二周转轮系、第三周转轮系、第一制动器和第二制动器。本发明采用功率分流式混合动力拓扑机构，内燃机功率分布在两个路径上，一是机械路径，可通过齿轮啮合直接将作用力传动到车轮，二是电动路径，除了内燃机和驱动装置外，电动机会对行星齿轮施加作用力。发动机转速与车速解耦，通过发电机实时调整发动机工作转速范围，通过驱动电机调整发动机输出转矩，车轮转速和所需车轮力矩等行驶要求将使内燃机工作点更理想，最大程度提高整车燃油经济性；实现自动换挡，换挡过程中，保证动力不中断，保证行驶稳定。

Description

一种功率分流式混合动力汽车驱动系统及其控制方法

技术领域

本发明属于混合动力系统开发领域，具体涉及一种功率分流式混合动力汽车驱动系统其控制方法。

背景技术

混合动力汽车是指采用传统的内燃机(汽油机或采油机)和电动机作为动力源，电动机由动力电池提供电量或由内燃油发电提供。通过内燃机、电机组合的方式，应用电机的快速响应特性，调整发动机工作点，控制发动机在相对经济的区间内工作，提高经济性和降低排放。

现有的混合动力汽车有些是串联式混合动力系统，特点是发动机不直接参与驱动，发动机只负责发电，由驱动电机提供整车行驶驱动力，因此发动机可以工作在其速度-转矩图的任何点上，通过车辆驱动功率需求，可以控制发动机总是工作在最低油耗区；有些是并联式混合动力系统，特点是在传统车基础上，额外增加一套电机、电池系统，整车改动较小，可实现调节发动机工作点的功能。

但是，传统的混合动力汽车驱动模式单一，串联式混合动力由电机单独驱动整车行驶，电能需由发动机机械能转化，发动机产生的能量经过两次能量转换才到达驱动轮，能量损失多，存在效率损失，在某些工况下，起不到节油的目的。此外，驱动电机的功率需满足整车行驶最大功率需求，因此驱动电机功率要求较大，使得电动机的体积和质量都较大；并联式混合动力发动机与驱动车轮刚性连接，发动机的转速通过变速箱变速后，与车速有一定的比例关系，因此发动机的工作点不可能总处于最佳区域，发动机效率得不到充分发挥，且并联式混合动力需要搭载自动变速器，成本相对较高。

现有大型矿车新能源控制采用纯电动驱动技术、串联式混合动力驱动技术、并联式混合动力驱动技术。

纯电动驱动技术由驱动电机、蓄电池和辅助控制系统组成，驱动电机单独驱动整车行驶，这种布置的优点是结构简单，控制实现容易；缺点是受电池特性限制，整车续驶里程短且充电时间长。

串联式混合动力驱动系统是将电动机和内燃机串联起来，内燃机不与驱动轴连接在一起，用发电机将内燃机的动能转换为电能。这种驱动系统的优点在于只要能够提供所需的电能，就可以自由选择内燃机的工作点。根据工作策略，内燃机可使其功率满足当前的需求或者可同时按照最有效的工作点进行工作，并将多余的电能输送给蓄电池。这种布置的缺点在于多次转换能量，从而造成效率损失。

并联式混合动力系统的拓扑结构只需要一台电动机，用发电机或者发动机对其进行驱动并以机械的方式与内燃机曲轴连接在一起。这涉及扭矩的叠加，其中驱动装置的扭矩可自由变化，而转速却相对处于一个固定的比例上，此外，与电动机的状态无关，在关闭离合器的情况下可将单纯的机械作用力从内燃机传递到驱动轴上，因此总效率要高于其他混合动力驱动系统的拓扑结构。这种驱动系统的优点是可在广泛的范围内保留传统的驱动系统，这不仅对安装空间和车辆制造有利，也对习惯的行驶特性和客户认可程度有积极的影响；这种布置的缺点在于由于通过变速器传动比和行驶车速固定了两个机组的转速，因此将电动机直接连接在内燃机上会对工作点的自由选择造成影响，在使用多档变速器时，也不能持续自由选择通过电动机和内燃机得出的驱动系统和转速。

因此，设计了一种功率分流式混合动力汽车驱动系统来解决上述问题。

发明内容

为克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种功率分流式混合动力汽车驱动系统，包括发动机和车轮，还包括第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第一周转轮系、第二周转轮系、第三周转轮系、第一制动器和第二制动器；所述第一周转轮系包括第一行星轮、第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架，所述第一行星轮分别与所述第一太阳轮和所述第一齿圈连接，所述第一行星轮与所述第一行星架连接；所述第二周转轮系包括第二行星轮、第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架，所述第二行星轮分别与所述第二太阳轮和所述第二齿圈连接，所述第二行星轮与所述第二行星架连接；所述第三周转轮系包括第三行星轮、第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架，所述第三行星轮分别与所述第三太阳轮和所述第三齿圈连接，所述第三行星轮与所述第三行星架连接；

所述第一行星架与所述车轮连接，所述第一齿圈设置有所述第二制动器，所述第一太阳轮与所述第一行星架通过所述第二离合器传动连接，所述第一太阳轮与所述第二电机连接；所述第二行星架与所述车轮连接，所述第二齿圈设置有所述第一制动器，所述第二太阳轮与所述第二行星架通过所述第一离合器传动连接；所述第一行星架与所述第二行星架同步运动；所述第三太阳轮与所述第一电机连接，所述第三齿圈与所述第二太阳轮连接，所述第三行星架与所述发动机传动连接。

优选的技术方案为：所述第一行星架与所述第二行星架一体式设置。

优选的技术方案为：所述第三行星架与所述发动机之间设置有联轴器。

优选的技术方案为：第一工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第二齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第一齿圈断开设置；

第二工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第二齿圈断开设置，所述第二制动器与所述第一齿圈结合设置；

第三工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第二齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第一齿圈结合设置；

第四工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器结合设置，所述第一制动器与所述第二齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第一齿圈断开设置；

第五工作状态时，所述第一离合器结合设置，所述第二离合器结合设置，所述第一制动器与所述第二齿圈断开设置，所述第二制动器与所述第一齿圈断开设置。

本发明还提供了一种功率分流式混合动力汽车驱动系统的控制方法，整车运行包括三个档位：第一制动器、第二制动器结合时为低速档，第一制动器、第二离合器结合时为中速档，第一离合器、第二离合器结合时为高速档，各档位之间根据驾驶员扭矩需求及当前各部件状态自动进行切换，实现自动换挡；

获取当前第一电机和第二电机的转速，根据当前第一电机和第二电机的转速计算当前车速V，在控制系统中设置V1、V2作为车速设定值；离合器档位控制包括目标档位计算、调速控制和目标离合器状态判断；

所述目标档位计算可以根据车速及驾驶员需求扭矩等状态信息对当前目标档位进行逻辑判断：

整车的初始档位设置为低速档，发送目标计算档位为第一制动器结合、第二制动器结合、第一离合器断开、第二离合器断开；

当整车车速高于V1时，受主驱动电机峰值转速限制，第二制动器断开，第一离合器结合，此时整车档位为中速档，发送目标计算档位为第一制动器结合、第二离合器结合、第二制动器断开、第一离合器断开；在车速达到V1之前逐渐降低第二电机输出扭矩，由此判断此时由发动机、第一电机单独驱动整车是否可以满足整车需求，保证换挡动力完全不中断；

当整车车速高于V2时，受发动机、第一电机最高转速限制，第一制动器断开，第一离合器结合，此时整车档位为高速档，发送目标计算档位为第一制动器断开、第二制动器断开、第一离合器结合、第二离合器结合；在车速到达V2之前逐渐降低发动机输出扭矩，由此判断此时由第二电机单独驱动整车是否可以满足整车需求，保证换挡动力完全不中断；

调速控制及离合器状态判断：

离合器、制动器在结合之前，为防止结合过程中转差过大离合器产生大量热对离合器产生损伤，需要进行调速控制，并实时监测各个离合器状态及液压压力值；

由低速挡切换到中速档，发送第二制动器断开指令，第二电机卸载扭矩，检测到第二制动器压力低于一定值时，第二电机开始调速，当第二电机实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第二离合器结合指令；

由中速挡切换到高速档，发送第一制动器断开指令，发动机、第一电机卸载扭矩，检测到第一制动器压力低于一定值时，发动机、第一电机开始调速，当实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第一离合器结合指令；

由高速挡切换到中速档，发送第一离合器断开指令，发动机、第一电机卸载扭矩，检测到第一离合器压力低于一定值时，发动机、第一电机开始调速，当实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第一制动器结合指令；

由中速挡切换到低速档，发送第二离合器断开指令，第二电机卸载扭矩，检测到第二离合器压力低于一定值时，第二电机开始调速，当第二电机实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第二制动器结合指令。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有的优点是：

本发明采用功率分流式混合动力拓扑机构，在这种结构中，内燃机的功率分布在两个路径上，其中一个是机械路径，可通过齿轮啮合直接将作用力传动到车轮上，另一个是电动路径，除了内燃机和驱动装置外，电动机也会对行星齿轮施加作用力。发动机转速与车速解耦，可通过发电机实时调整发动机工作转速范围，通过驱动电机调整发动机输出转矩，这样车轮转速和所需的车轮力矩等行驶要求将使内燃机的工作点更理想，可最大程度提高整车燃油经济性；根据整车需求，实现自动换挡，且换挡过程中，可保证动力不中断，保证整车行驶稳定性。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为电平衡SOC控制范围曲线。

图3为α控制曲线。

图4为扭矩分配仲裁控制曲线。

图5为整车模态控制流程图。

图6为档位预处理控制。

图7为B1+B2至B1+C2换挡调速流程。

图8为B1+C2至C1+C2换挡调速流程。

图9为C1+C2至B1+C2换挡调速流程。

图10为B1+C2至B1+B2换挡调速流程。

以上附图中，发动机1，车轮2，第三齿圈3，第一电机4，第二离合器5，第二齿圈6，第二制动器7，第一齿圈8，第一制动器9，第一离合器10，第二电机11，第一太阳轮12，第一行星轮13，第一行星架14，第二行星轮15，第二太阳轮16，第三行星轮17，第三行星架18，第三太阳轮19，第二行星架20。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1～图10。须知，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

B1指第一制动器，B2指第二制动器，C1指第一离合器，C2指第二离合器。

实施例：如图1所示，一种功率分流式混合动力汽车驱动系统，包括发动机1和车轮2，还包括第一电机4、第二电机11、第一离合器10、第二离合器5、第一周转轮系、第二周转轮系、第三周转轮系、第一制动器9和第二制动器7；第一周转轮系包括第一行星轮13、第一太阳轮12、第一齿圈8和第一行星架14，第一行星轮13分别与第一太阳轮12和第一齿圈8连接，第一行星轮13与第一行星架14连接；第二周转轮系包括第二行星轮15、第二太阳轮16、第二齿圈6和第二行星架20，第二行星轮15分别与第二太阳轮16和第二齿圈6连接，第二行星轮15与第二行星架20连接；第三周转轮系包括第三行星轮17、第三太阳轮19、第三齿圈3和第三行星架18，第三行星轮17分别与第三太阳轮19和第三齿圈3连接，第三行星轮17与第三行星架18连接；第一行星架14与车轮2连接，第一齿圈8设置有第二制动器7，第一太阳轮12与第一行星架14通过第二离合器5传动连接，第一太阳轮12与第二电机11连接；第二行星架20与车轮2连接，第二齿圈6设置有第一制动器9，第二太阳轮16与第二行星架20通过第一离合器10传动连接；第一行星架14与第二行星架20同步运动；第三太阳轮19与第一电机4连接，第三齿圈3与第二太阳轮16连接，第三行星架18与发动机1传动连接。

以上实施例中，将发动机1连接在行星架上，相比传统方式中将发动机1连接在齿圈上效果更好，因为大型功率发动机1、电机转速不高，受转速限制，发动机1设置在行星架上时，最高车速相比设置在齿圈上要高。

该混合动力系统有五种工作状态：

第一工作状态时，第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6结合设置，第二制动器7与第一齿圈8断开设置；

第二工作状态时，第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6断开设置，第二制动器7与第一齿圈8结合设置；

第三工作状态时，第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6结合设置，第二制动器7与第一齿圈8结合设置；

第四工作状态时，第一离合器10断开设置，第二离合器5结合设置，第一制动器9与第二齿圈6结合设置，第二制动器7与第一齿圈8断开设置；

第五工作状态时，第一离合器10结合设置，第二离合器5结合设置，第一制动器9与第二齿圈6断开设置，第二制动器7与第一齿圈8断开设置。

原理：该系统中存在两个离合器、两个制动器，第一电机4与前排的第三太阳轮19相连，发动机1与前排的第三行星架18相连，发动机1、第一电机4的动力经前排的第三齿圈3输出，第三齿圈3与中间排的第二太阳轮16相连，通过第一制动器9或第一离合器10结合，前排的第三齿圈3输出的动力可经中间排的第二太阳轮16输出到车轮2。第二电机11与后排的第一太阳轮12相连，通过第二制动器7或第二离合器5结合，第二电机11的动力可经由后排的第一行星架14输出到车轮2。

周转轮系(此实施例中采用行星排)为动力耦合机构，第一电机4和第二对系统进行调速和转矩补偿，从而实现发动机1和路载完全解耦，使发动机1能够工作在目标转速与目标扭矩处。在功率分流式混合动力系统中，发动机1的功率一部分通过机械路径传递到车轮2，没有经过能量的二次转换，效率较高；一部分通过电路径，即发动机1的功率通过电机转换成电能，再由另一个电机转换成机械能传递到车轮2。电路径的加入，使发动机1能够实现最优控制。功率分流式混合动力系统通过两个电机的调速与转矩补偿，能够实现工况与发动机1的完全解耦，因此，在节能和路况适应性方面都有显著的优势。对于功率分流混合动力系统中，混动模式下的最佳工作状态是电机产生的电能不存储到电池里而是直接供给另一个电机，可减少电池的频繁充放电会降低整车系统效率。

发动机1启动：踩刹车，第一制动器9结合，第一电机4反拖发动机1，当发动机1转速达到启动转速时，发动机1启动。

纯电起步：第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6断开设置，第二制动器7与第一齿圈8结合设置，此时处于第二工作状态，第二电机11直接驱动整车起步。

发动机1起步：第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6结合设置，第二制动器7与第一齿圈8断开设置，此时处于第一工作状态，发动机1提供起步动力，第一电机4发电，为动力电池充电。

混动起步：起步爬坡时，第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6结合设置，第二制动器7与第一齿圈8结合设置，此时处于第三工作状态，发动机1、第二电机11同时驱动整车起步行驶，第一电机4处于发电模式，一部分电量供给第二电机11，一部分电量为动力电池充电；此种工作模式变速箱可输出较大扭矩，车辆爬坡性能强。

低速行驶：第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6结合设置，第二制动器7与第一齿圈8结合设置，此时处于第三工作状态，分为三种工作模式：发动机1、第二电机11同时驱动；发动机1单独驱动；第二电机11单独驱动。根据SOC及整车需求扭矩对整车工作模式进行控制。SOC低于一定值时，发动机1单独驱动，第一电机4发电，为动力电池充电；SOC较高且第二电机11可满足整车需求时，第二电机11单独驱动；SOC较高且整车需求扭矩高于第二电机11能力时，发动机1、第二电机11同时驱动。

中速行驶：当车速增加，第一离合器10断开设置，第二离合器5结合设置，第一制动器9与第二齿圈6结合设置，第二制动器7与第一齿圈8断开设置，进入中速档位，此时处于第四工作状态；此时第二电机11输出扭矩1:1输出作用到输出轴，发动机1输出扭矩经行星排放大后作用到输出轴，同时根据SOC及整车需求扭矩对整车工作模式进行控制。

高速行驶：当车速继续增大，第一离合器10结合设置，第二离合器5结合设置，第一制动器9与第二齿圈6断开设置，第二制动器7与第一齿圈8断开设置，此时处于第五工作状态，高速工况下，发动机1、第二电机11输出动力1:1作用到输出轴，且第二电机11根据整车需求扭矩状态及SOC大小，判定第二电机11处于驱动状态还是发电状态，整车需求扭矩超出发动机1经济扭矩范围，则第二电机11处于驱动状态，与发动机1同时驱动整车行驶；整车需求扭矩低于发动机1经济扭矩范围，发动机1工作在经济扭矩点上，第二电机11处于发电状态。

减速制动时：第二电机11进行制动能量回收，为动力电池充电。

停车时：可根据当前SOC状态，发动机1通过驱动第一电机4进行发电。

倒车行驶时，分为两种工况：

1、电池电量充足，第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6断开设置，第二制动器7与第一齿圈8结合设置，此时处于第二工作状态，第二电机11单独驱动整车进行倒车行驶。

2、电池电量不足时，第一离合器10断开设置，第二离合器5断开设置，第一制动器9与第二齿圈6结合设置，第二制动器7与第一齿圈8结合设置，此时处于第三工作状态，发动机1通过驱动第一电机4进行发电，供第二电机11驱动整车进行倒车行驶。

整车控制模式包括多种：

发动机1启动模式：混合动力汽车中的发动机1在整车上电完成时，由第一电机4大扭矩快速启动，实时通过CAN线监控发动机1实际转速，当转速高于一定阈值时，认为发动机1启动完成。发动机1及启动后，实时由第一电机4转速控制，控制发动机1转速在怠速以上，降低发动机1怠速控制时的燃油消耗。

纯电动模式：在当前档位下，通过油门开度解析驾驶员扭矩需求，如第二电机11满足当前驾驶员扭矩需求且电池电量SOC高于一定值时，第二电机11单独驱动整车，向第二电机11发送扭矩需求指令，发动机1停止喷油，第二电机11转速控制，控制发动机1在目标转速。

混合驱动模式：由第一电机4调节发动机1工作转速，第二电机11、发动机1和第一电机4同时驱动整车行驶，发动机1输出扭矩一部分作用在输出轴，一部分通过第一电机4发电，为第二电机11提供电能或为蓄电池充电。

制动能量回收模式：驾驶员踩下刹车，检测到刹车开度且车速较高时，可通过第二电机11进行制动能量回收，为蓄电池进行充电。

缓行驱动模式：不踩加速踏板、刹车踏板，控制第二电机11输出扭矩，使整车以低于一定车速稳定行驶。

缓行制动模式：不踩加速踏板、刹车踏板，车速较高，可控制第二电机11进行制动能量回收。

换挡调速模式：见上述不同速度工况下的不同工作状态。

发动机1排气制动模式：整车下长坡时，控制第一电机4，使发动机1可以实现排气制动功能，减少机械摩擦片的损失。

故障诊断模式：整车具有故障诊断功能，在整车零部件发生故障时，进行对应故障处理，保证整车安全行驶。

优选的实施方式为：如图1所示，第一行星架14与第二行星架20一体式设置。将第一行星架14与第二行星架20合并做成同一个行星架，可以设置在第一周转轮系和第二周转轮系之间，节约生产材料，使得变速箱整体重量减小，降低了生产成本和运输成本，行星架合并后空间占用小，而且依旧满足不同工作状态的传动需求。

优选的实施方式为：如图1所示，第三行星架18与发动机1之间设置有联轴器。联轴器为柔性联轴器，一体成型，零回转间隙，可同步运转，具有补偿径向、角向和轴向偏差的作用，而且顺时针和逆时针回转特性完全相同。

一种功率分流式混合动力汽车驱动系统的控制方法：

根据驾驶员扭矩需求解析模块计算得到整车需求扭矩，在扭矩分配模块对发动机、第一电机、第二电机需求扭矩进行分配，分配原则分为两部分：SOC平衡控制、最优效率控制。

T_req＝T_r*k1+T_m2*k2

T_r＝T_eng+T_isg

其中：

T_req：扭矩解析模块输出驾驶员需求扭矩。

T_r：中间行星排齿圈输出扭矩。

T_eng：发动机需求扭矩。

T_m2：第二电机需求扭矩。

T_isg：第一电机需求扭矩。

k1、k2：为最右排、最左排行星排传动比，根据当前离合器状态决定。

1、SOC平衡控制：通过控制主驱动第二电机驱动功率大小，将电池荷电状态SOC控制在一定的范围内，电平衡SOC控制范围曲线如图2所示。

根据当前电池荷电状态SOC，确定主驱动第二电机与第一电机功率输出比例：

其中

P_MC：为第二电机需求功率。

P_ISG：为第一电机需求功率。

α：为维持SOC平衡，第二电机功率输出比例α为SOC的单一函数，SOC接近SOC控制上限SOC_hig时，α接近1，此时第二电机驱动扭矩输出优先；当SOC接近SOC下限SOC_low时，α接近于0，此时SOC较低，发动机驱动扭矩输出优先，第一电机进行发电。α控制曲线如图3所示。

2、效率平衡控制：

分配发动机、第一电机、第二电机扭矩，在满足驾驶员扭矩需求前提下，综合效率最优；

P_eff＝min(fuel_eng+fuel_isg+fuel_m2)

通过迭代计算比较N种扭矩分配组合下三个动力源综合效率，得到当前驾驶员需求扭矩下最优综合效率扭矩分配系数P_eff：

k1、k2：为最右排、最左排行星排传动比，根据当前离合器状态决定。

T_m2：为效率最优第二电机需求扭矩

T_r：为效率最优第一节行星排齿圈输出扭矩，与发动机输出扭矩关系为：

T_{eff_eng}＝(1+k0)/k0*T_r

P_eff：为三个动力源效率最优下扭矩分配系数，根据当前驾驶员需求扭矩实时计算。

3、扭矩仲裁：

上述T_soc__eng、T_{eff_eng}分别考虑电池荷电状态和综合效率得到发动机最优扭矩，在电量平衡下，应以综合效率最优为主，在电量偏离平衡状态时，应以电量平衡控制为主，对T_soc__eng、T_{eff_eng}进行加权处理，加权系数为a。

a为1，说明SOC处于完全平衡区内，扭矩分配以综合效率为主；

a为0，说明SOC以偏离平衡区，扭矩分配以SOC平衡为主；

a为SOC函数，通过标定优化确定。扭矩分配仲裁控制曲线如图4所示。

则最终发动机分配目标扭矩为：

T_eng＝a*T_{eff_eng}+(1-a)*T_{soc_eng}

ISG第一电机分配目标扭矩为：

T_isg＝(-1)*T_eng/(k0+1)

第二电机目标扭矩为：

T_m2＝(T_req–T_eng*k0/(1+k0))*k1)/k2

运行模式控制：整车模态控制流程图如图5所示。整车运行模式包括纯电动运行模式、混合驱动模式、缓行驱动模式、缓行制动模式、停车充电模式及故障模式：

1.当检测到严重故障信号置位，整车进入故障模式；故障模式下，整车待机处理。

2.整车系统正常，当油门、刹车开度信号为0且整车车速大于V_lim时，进入缓行制动模式；缓行制动模式下，由第二电机进行制动能量回收，制动目标扭矩根据当前车速查表获得。

3.整车系统正常，当油门、刹车开度信号为0且整车车速低于V_lim时，进入缓行驱动模式；缓行驱动模式下，由第二电机进行单独驱动，驱动目标扭矩由车速查表获得，缓行驱动最高车速限制在2～3km/h。

4.整车系统正常，当刹车开度大于0、整车车速为0且持续一段时间，进入停车发电式；停车发电模式下，第二电机不工作，由发动机驱动第一电机进行放电，为动力电池充电。

停车发电模式下，发动机扭矩控制，使发动机工作在较经济区间内，第一电机转速控制。

5.整车系统正常，当刹车开度大于0，整车车速大于0时，进入制动模式；制动模式下，由第二电机进行制动能量回收，制动能量回收目标扭矩由刹车开度、当前车速查表获得。

6.整车系统正常，油门开度大于0、驾驶员需求扭矩低于主驱动第二电机最大扭矩能力且SOC高于SOC_hig时，进入纯电动模式；纯电动模式下，由第二电机单独驱动整车行驶，驱动目标扭矩由当前车速、油门开度查表获得。

整车系统正常，油门开度大于0、驾驶员需求扭矩高于主驱动第二电机最大扭矩能力或SOC低于SOC_low时，进入混合驱动模式。混合驱动模式下，由发动机、第一电机及第二电机共同驱动整车行驶，目标扭矩由扭矩分配策略决定。

档位控制：

整车运行包括三个档位：第一制动器、第二制动器结合时为低速档，第一制动器、第二离合器结合时为中速档，第一离合器、第二离合器结合时为高速档，各档位之间根据驾驶员扭矩需求及当前各部件状态自动进行切换，实现自动换挡；档位预处理控制如图6所示。

获取当前第一电机和第二电机的转速，根据当前第一电机和第二电机的转速计算当前车速V，在控制系统中设置V1、V2作为车速设定值；离合器档位控制包括目标档位计算、调速控制和目标离合器状态判断；

所述目标档位计算可以根据车速及驾驶员需求扭矩等状态信息对当前目标档位进行逻辑判断：

整车的初始档位设置为低速档，发送目标计算档位为第一制动器结合、第二制动器结合、第一离合器断开、第二离合器断开；

当整车车速高于V1时，受主驱动电机峰值转速限制，第二制动器断开，第一离合器结合，此时整车档位为中速档，发送目标计算档位为第一制动器结合、第二离合器结合、第二制动器断开、第一离合器断开；在车速达到V1之前逐渐降低第二电机输出扭矩，由此判断此时由发动机、第一电机单独驱动整车是否可以满足整车需求，保证换挡动力完全不中断；

当整车车速高于V2时，受发动机、第一电机最高转速限制，第一制动器断开，第一离合器结合，此时整车档位为高速档，发送目标计算档位为第一制动器断开、第二制动器断开、第一离合器结合、第二离合器结合；在车速到达V2之前逐渐降低发动机输出扭矩，由此判断此时由第二电机单独驱动整车是否可以满足整车需求，保证换挡动力完全不中断；

调速控制及离合器状态判断：

离合器、制动器在结合之前，为防止结合过程中转差过大离合器产生大量热对离合器产生损伤，需要进行调速控制，并实时监测各个离合器状态及液压压力值；

由低速挡切换到中速档，发送第二制动器断开指令，第二电机卸载扭矩，检测到第二制动器压力低于一定值时，第二电机开始调速，当第二电机实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第二离合器结合指令；B1+B2至B1+C2换挡调速流程如图7所示。

由中速挡切换到高速档，发送第一制动器断开指令，发动机、第一电机卸载扭矩，检测到第一制动器压力低于一定值时，发动机、第一电机开始调速，当实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第一离合器结合指令；B1+C2至C1+C2换挡调速流程如图8所示。

由高速挡切换到中速档，发送第一离合器断开指令，发动机、第一电机卸载扭矩，检测到第一离合器压力低于一定值时，发动机、第一电机开始调速，当实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第一制动器结合指令；C1+C2至B1+C2换挡调速流程如图9所示。

由中速挡切换到低速档，发送第二离合器断开指令，第二电机卸载扭矩，检测到第二离合器压力低于一定值时，第二电机开始调速，当第二电机实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第二制动器结合指令。B1+C2至B1+B2换挡调速流程如图10所示。

本发明功率分流混合动力系统核心部件是功率分流装置，通过功率分流装置，发动机转速与整车车速耦合，实现无级变速功能，进而优化发动机工作点，提高动力总成工作效率，降低油耗。行星排齿轮机构是实现功率分流的核心装置，通过双行星排或三行星排齿轮机构布置形式，衍生出多种功率分流装置，发动机、电机以及功率分流装置之间不同的组合方式，可实现不同的动力总成拓扑结构。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.一种功率分流式混合动力汽车驱动系统，包括发动机和车轮，其特征在于：还包括第一电机、第二电机、第一离合器、第二离合器、第一周转轮系、第二周转轮系、第三周转轮系、第一制动器和第二制动器；所述第一周转轮系包括第一行星轮、第一太阳轮、第一齿圈和第一行星架，所述第一行星轮分别与所述第一太阳轮和所述第一齿圈连接，所述第一行星轮与所述第一行星架连接；所述第二周转轮系包括第二行星轮、第二太阳轮、第二齿圈和第二行星架，所述第二行星轮分别与所述第二太阳轮和所述第二齿圈连接，所述第二行星轮与所述第二行星架连接；所述第三周转轮系包括第三行星轮、第三太阳轮、第三齿圈和第三行星架，所述第三行星轮分别与所述第三太阳轮和所述第三齿圈连接，所述第三行星轮与所述第三行星架连接；

所述第一行星架与所述车轮连接，所述第一齿圈设置有所述第二制动器，所述第一太阳轮与所述第一行星架通过所述第二离合器传动连接，所述第一太阳轮与所述第二电机连接；所述第二行星架与所述车轮连接，所述第二齿圈设置有所述第一制动器，所述第二太阳轮与所述第二行星架通过所述第一离合器传动连接；所述第一行星架与所述第二行星架同步运动；所述第三太阳轮与所述第一电机连接，所述第三齿圈与所述第二太阳轮连接，所述第三行星架与所述发动机传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种功率分流式混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述第一行星架与所述第二行星架一体式设置。

3.根据权利要求2所述的一种功率分流式混合动力汽车驱动系统，其特征在于：所述第三行星架与所述发动机之间设置有联轴器。

4.根据权利要求3所述的一种功率分流式混合动力汽车驱动系统，其特征在于：

第一工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第二齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第一齿圈断开设置；

第二工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第二齿圈断开设置，所述第二制动器与所述第一齿圈结合设置；

第三工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器断开设置，所述第一制动器与所述第二齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第一齿圈结合设置；

第四工作状态时，所述第一离合器断开设置，所述第二离合器结合设置，所述第一制动器与所述第二齿圈结合设置，所述第二制动器与所述第一齿圈断开设置；

第五工作状态时，所述第一离合器结合设置，所述第二离合器结合设置，所述第一制动器与所述第二齿圈断开设置，所述第二制动器与所述第一齿圈断开设置。

5.根据权利要求1~4中任意一项所述的一种功率分流式混合动力汽车驱动系统的控制方法，其特征在于：

整车运行包括三个档位：第一制动器、第二制动器结合时为低速档，第一制动器、第二离合器结合时为中速档，第一离合器、第二离合器结合时为高速档，各档位之间根据驾驶员扭矩需求及当前各部件状态自动进行切换，实现自动换挡；

获取当前第一电机和第二电机的转速，根据当前第一电机和第二电机的转速计算当前车速V，在控制系统中设置V1、V2作为车速设定值；离合器档位控制包括目标档位计算、调速控制和目标离合器状态判断；

所述目标档位计算可以根据车速及驾驶员需求扭矩等状态信息对当前目标档位进行逻辑判断：

整车的初始档位设置为低速档，发送目标计算档位为第一制动器结合、第二制动器结合、第一离合器断开、第二离合器断开；

当整车车速高于V1时，受主驱动电机峰值转速限制，第二制动器断开，第一离合器结合，此时整车档位为中速档，发送目标计算档位为第一制动器结合、第二离合器结合、第二制动器断开、第一离合器断开；在车速达到V1之前逐渐降低第二电机输出扭矩，由此判断此时由发动机、第一电机单独驱动整车是否可以满足整车需求，保证换挡动力完全不中断；

当整车车速高于V2时，受发动机、第一电机最高转速限制，第一制动器断开，第一离合器结合，此时整车档位为高速档，发送目标计算档位为第一制动器断开、第二制动器断开、第一离合器结合、第二离合器结合；在车速到达V2之前逐渐降低发动机输出扭矩，由此判断此时由第二电机单独驱动整车是否可以满足整车需求，保证换挡动力完全不中断；

调速控制及离合器状态判断：

离合器、制动器在结合之前，为防止结合过程中转差过大离合器产生大量热对离合器产生损伤，需要进行调速控制，并实时监测各个离合器状态及液压压力值；

由低速挡切换到中速档，发送第二制动器断开指令，第二电机卸载扭矩，检测到第二制动器压力低于一定值时，第二电机开始调速，当第二电机实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第二离合器结合指令；

由中速挡切换到高速档，发送第一制动器断开指令，发动机、第一电机卸载扭矩，检测到第一制动器压力低于一定值时，发动机、第一电机开始调速，当实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第一离合器结合指令；

由高速挡切换到中速档，发送第一离合器断开指令，发动机、第一电机卸载扭矩，检测到第一离合器压力低于一定值时，发动机、第一电机开始调速，当实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第一制动器结合指令；

由中速挡切换到低速档，发送第二离合器断开指令，第二电机卸载扭矩，检测到第二离合器压力低于一定值时，第二电机开始调速，当第二电机实际转速与目标转速差值低于一定值时，发送第二制动器结合指令。

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