CN113306384A - 基于纯电动amt变速器的混合动力系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统及控制方法，包括发动机、分动齿轮箱、6挡纯电动AMT变速器、发电机、驱动电机、动力电池包、控制器；发动机可以选择性的同车速解耦，在发动机和AMT变速器之间增加一套分动齿轮箱，发动机动力通过齿轮箱可直接输出给6挡纯电动AMT变速器，发动机功率分流部分也可通过分动齿轮箱驱动发电机发电，驱动电机通过分动齿轮箱也可单独或与发动机一起将动力输出给6挡变速器，由于不需要控制离合器的结合分离，可大幅降低混联系统的控制难度，有效解决了混联结构开发难度高，控制策略复杂的缺点，可快速应用市场。

Description

基于纯电动AMT变速器的混合动力系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电动车的动力系统设计领域，具体为一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统及控制方法。
背景技术
目前汽车纯电动化已经是全球汽车产业的一种主流发展方向，但受制于动力电池技术的发展，纯电动车辆续航里程焦虑的问题一直未得到有效改善，所以现阶段发展混合动力系统成为了一种节油的最佳方案。
混合动力汽车分为：串联、并联及混联三种结构；串联式(及增程式)的特点是电机直接提供驱动力，车辆性能由驱动电机决定，发动机只作为发电使用；但是对于长途高速工况车辆，由于发动机发电能量转换效率的影响，节油效果并不突出；并联结构(及P2结构)，驱动电机在离合器和变速器之间，这种结构的优势在于发动机和电机的功率输出可以根据实车工况进行多种组合，发动机没有同车速解耦，可兼顾车辆动力性和燃油经济性；对驱动电机和动力电池的容量要求不高，相比传统燃油车可节油约20％左右；混联模式发动机和电机各有一套机械变速机构，两套机构通过行星轮结构结合在一起，从而综合调节发动机与电机之间的转速关系可构建多种工作模式，与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节发动机的功率输出和电机的运转，但此方式系统复杂，两套电机系统，成本较高。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统及控制方法，有效解决了混联结构开发难度高，控制策略复杂的问题。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统，包括发动机、驱动电机、分动齿轮箱和AMT变速器；
所述分动齿轮箱包括电磁离合器、第一齿轮、第二齿轮、直驱齿轮和发电齿轮，第一齿轮设置在发动机的输出轴，发动机的输出轴与电磁离合器的输入端连接，第二齿轮设置在AMT变速器的输入轴上，AMT变速器的输入轴与电磁离合器的输出端连接，AMT变速器的输出轴与车辆的动力传力装置连接，直驱齿轮与驱动电机的输出轴连接并与第二齿轮啮合，发电齿轮与第一齿轮啮合并与发电机连接，发电机通过控制器与驱动电机连接。
优选的，所述驱动电机和发电机与电池模块连接，电池模块包括高压盒、动力电池包和AC-DC；
所述动力电池包与高压盒电连接，高压盒上设置两个支路，其中一支路与AC-DC连接，AC-DC与发电机连接，另一支路与控制器连接，控制器通过第二高压线与驱动电机连接。
优选的，所述车辆的动力传力装置包括传动轴、后桥差速器和驱动半轴；
所述后桥差速器与驱动半轴连接，传动轴的输入端与AMT变速器的输出轴连接，传动轴的输出端与后桥差速器连接。
一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统的控制方法，包括电力驱动模式、发动机直驱模式和混合动力驱动模式；
电力驱动方法下，动力电池包的电流输出至驱动电机，驱动电机的输出轴通过第二齿轮将动力传动至AMT变速器，AMT变速器的输出轴将动力传递至车辆的传动轴，实现车辆的行驶；
发动机直驱模式下，变速器处于最高档，电磁离合器吸合，发动机动力通过电磁离合器输出至纯电动AMT变速器，AMT变速器的输出轴将动力传递至车辆的传动轴，实现车辆的行驶；
混合驱动模式下，电磁离合器吸合，发动机和驱动电机同时启动，发动机的输出动力通过电磁离合器输出至变速器，同时驱动电机驱动电机的输出轴通过第二齿轮将动力传动至AMT变速器；
同时发动机剩余功率经由分动齿轮箱输出至发电机，发电机给动力电池包充电。
优选的，当AMT变速器处于最高档，且动力电池包电量高于预设峰值时，自动进入电力驱动模式；
当AMT变速器处于最高档，且动力电池包的电量高于预设低值时，能够手动进入电力驱动模式；
车辆在最低档至AMT变速器挂入最高档之前，自动进入电力驱动模式并保持，且无法手动退出。
优选的，电力驱动模式下，当在动力电池的剩余电量低于阈值时，启动发动机并通过分动齿轮箱驱动发电机给动力电池包充电。
优选的，当变速器处于最高档，动力电池包的电量低于预设峰值时自动进入发动机直驱模式；
当变速器处于最高档，动力电池包的电量高于预设低值时，同时能够手动退出电力驱动模式；动力电池包的电量低于预设低值时，强制退出电力驱动模式。
优选的，发动机直驱模式下，发动机的输出轴通过第一齿轮带动发电齿轮转动，将发动机部分剩余功率经输出至发电机，发电机给动力电池包充电。
优选的，当整车处于发动机直驱模式，加速踏板深度大于预设峰值时，自动进入混合驱动模式，当再次检测到加速踏板深度小于预设低值时，自动退出混合驱动模式，并进入发动机直驱模式；
当整车处于电力驱动模式下，且变速器处于最高档，加速踏板深度大于预设峰值时，自动进入混合驱动模式，当再次检测到加速踏板深度小于预设低值时，自动退出混合驱动模式，并进入电力驱动模式。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明提供的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统，包括发动机、分动齿轮箱、AMT变速器、发电机、驱动电机和控制器；在发动机和AMT变速器之间增加一套分动齿轮箱，实现发动机选择性的同车速解耦，在电力驱动模式下，驱动电机通过分动齿轮箱直接输出动力给挡纯电动AMT变速器，在发动驱动模式下，发动机的大部分功率用于输出至AMT变速器，同时还可以给通过分动齿轮箱驱动发电机发电，另外，在混和动力模式下，驱动电机通过分动齿轮箱也可单独或与发动机一起将动力输出给变速器驱动车辆，对比现有行星排混联结构系统，本发明取消了离合器系统，增加一套分动齿轮箱即可实现，车辆高速巡航时直接输出动力至6挡纯电动AMT变速器，由于不需要控制离合器的结合分离，可大幅降低混联系统的控制难度，有效解决了混联结构开发难度高、控制策略复杂的缺点，可快速应用市场。
附图说明
图1为本发明混合动力系统的原理图。
图中：1-发动机；2-第一高压线；3-控制器；4-第二高压线；5-驱动电机；6-分动齿轮箱；7-AMT变速器；8-车轮；9-传动轴；10-后桥差速器；11-驱动半轴；12-发电机；13-第三高压线；14-AC-DC；15-第四高压线；16-电磁离合器；17-动力电池包；18-第五高压线；19-高压盒。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
参阅图1，一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统，包括发动机1、驱动电机5、分动齿轮箱6和AMT变速器7。
所述分动齿轮箱6包括电磁离合器16、第一齿轮、第二齿轮、直驱齿轮和发电齿轮，第一齿轮设置在发动机的输出轴，发动机的输出轴与电磁离合器16的输入端连接，第二齿轮设置在AMT变速器的输入轴上，AMT变速器的输入轴与电磁离合器16的输出端连接，AMT变速器的输出轴与车辆的动力传力装置连接，直驱齿轮与驱动电机5的输出轴连接并与第二齿轮啮合，发电齿轮与第一齿轮啮合并与发电机12连接，发电机通过控制器3与驱动电机连接。
所述驱动电机5和发电机12与电池模块连接，电池模块包括高压盒19、动力电池包17和AC-DC14。
动力电池包17通过第五高压线与高压盒19电连接，高压盒19的输出分为两路，其中一路通过第四高压线15与AC-DC14连接，AC-DC14通过第三高压线13与发电机12连接，另一路通过第一高压线2与控制器3连接，控制器3通过第二高压线4与驱动电机5连接。
所述车辆的动力传力装置包括传动轴9、后桥差速器10和驱动半轴11。
其中，后桥差速器10与驱动半轴连接，传动轴9的输入端与AMT变速器的输出轴连接，传动轴9的输出端与后桥差速器10连接，驱动半轴的两端设置有车轮8。
AMT变速器7为6挡纯电动AMT变速器。
下面对本发明提供的一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统的控制方法进行详细的说明。
该控制方法包括发动机直驱模式、电力驱动模式、混合驱动模式三种。
一、电力驱动模式
车辆在最低档至AMT变速器7挂入最高档之前，自动进入电力驱动模式并保持，且无法手动退出；
当变速器7处于最高档，且动力电池包的电量高于预设低值时，手动进入电力驱动模式；
当变速器7处于最高档，动力电池包电量高于预设峰值时，自动进入电力驱动模式，同时能够手动退出电力驱动模式。
当变速器7处于最高档，动力电池包的电量高于预设低值时，同时能够手动退出电力驱动模式；动力电池包的电量低于预设低值时，强制退出电力驱动模式。
电力驱动模式下的动力流向：电流经由动力电池包17、高压盒19、控制器3输出至驱动电机5，驱动电机5的输出轴通过第二齿轮将动力传动至AMT变速器7，AMT变速器7的输出轴将动力传递至车辆的传动轴9，实现车辆的行驶。
电力驱动模式下，发动机仅在动力电池的剩余电量低于阈值时启动，通过分动齿轮箱6驱动发电机12，发电机12发出的电通过高压线13、AC-DC14、高压线15、高压盒19、高压线18给动力电池包17充电。
电力驱动模式下，电磁离合器16处于断开状态，AMT变速器7换挡控制策略与纯电变速器完全相同。
二、发动机直驱模式
当变速器7处于最高档，动力电池包的电量低于预设峰值时自动进入发动机直驱模式；
当变速器7处于最高档，动力电池包电量高于预设峰值时自动退出发动机直驱模式并进入电力驱动模式，同时能够手动选择再次进入发动机直驱模式；
发动机直驱模式下的动力流向如下：
发动机直驱模式下驱动电机5停止工作。
电磁离合器16吸合，发动机动力通过电磁离合器16输出至纯电动AMT变速器7，此时变速器处于最高档，AMT变速器7的输出轴将动力传递至车辆的传动轴9，实现车辆的行驶。
同时，发动机的输出轴通过第一齿轮带动发电齿轮转动，将发动机部分剩余功率经输出至发电机12，发电机12发出的电通过高压线13、AC-DC14、高压线15、高压盒19、高压线18给动力电池包17充电。
当车辆减速需要降档时，发动机1停止工作，电磁离合器16断开，驱动电机5开始工作并输出动力至AMT变速器7，此时变速器7开始降档。
三、混合驱动模式：
当整车处于发动机直驱模式，加速踏板深度大于预设峰值时，自动进入混合驱动模式，当再次检测到加速踏板深度小于预设低值时，自动退出混合驱动模式，并进入发动机直驱模式。
当整车处于电力驱动模式下，且变速器7处于最高档，加速踏板深度大于预设峰值时，自动进入混合驱动模式，当再次检测到加速踏板深度小于预设低值时，自动退出混合驱动模式，并进入电力驱动模式。
混合驱动模式下的动力流向如下：
电磁离合器16吸合，发动机1和驱动电机5同时启动，发动机1的输出动力通过电磁离合器16输出至变速器7，发动机剩余功率经由分动齿轮箱6输出至发电机12，发电机12发出的电通过高压线13、AC-DC14、高压线15、高压盒19、高压线18给动力电池包17充电。
同时驱动电机5的输出轴通过第二齿轮将动力传动至AMT变速器7。
本发明提供的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统，基于现有商用车6挡纯电动AMT变速器开发的混联结构动力总成。包括发动机、分动齿轮箱、6挡纯电动AMT变速器、发电机、驱动电机、动力电池包、控制器；发动机可以选择性的同车速解耦，在发动机和AMT变速器之间增加一套分动齿轮箱，发动机动力通过齿轮箱可直接输出给6挡纯电动AMT变速器，发动机功率分流部分也可通过分动齿轮箱驱动发电机发电，驱动电机通过分动齿轮箱也可单独或与发动机一起将动力输出给6挡变速器。
对比现有行星排混联结构系统，本发明取消了离合器系统，在现有6挡纯电动AMT变速器的基础上，增阿基一套分动齿轮箱即可实现，发动机只有在变速器处于直接挡工况，即车辆高速巡航时才直接输出动力至6挡纯电动AMT变速器，由于不需要控制离合器的结合分离，可大幅降低混联系统的控制难度，有效解决了混联结构开发难度高、控制策略复杂的缺点，可快速应用市场。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统，其特征在于，包括发动机(1)、驱动电机(5)、分动齿轮箱(6)和AMT变速器(7)；
所述分动齿轮箱(6)包括电磁离合器(16)、第一齿轮、第二齿轮、直驱齿轮和发电齿轮，第一齿轮设置在发动机的输出轴，发动机的输出轴与电磁离合器(16)的输入端连接，第二齿轮设置在AMT变速器的输入轴上，AMT变速器的输入轴与电磁离合器(16)的输出端连接，AMT变速器的输出轴与车辆的动力传力装置连接，直驱齿轮与驱动电机(5)的输出轴连接并与第二齿轮啮合，发电齿轮与第一齿轮啮合并与发电机(12)连接，发电机通过控制器(3)与驱动电机连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统，其特征在于，所述驱动电机(5)和发电机(12)与电池模块连接，电池模块包括高压盒(19)、动力电池包(17)和AC-DC(14)；
所述动力电池包(17)与高压盒(19)电连接，高压盒(19)上设置两个支路，其中一支路与AC-DC(14)连接，AC-DC(14)与发电机(12)连接，另一支路与控制器(3)连接，控制器(3)通过第二高压线(4)与驱动电机(5)连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于纯电动AMT变速器的混合动力系统，其特征在于，所述车辆的动力传力装置包括传动轴(9)、后桥差速器(10)和驱动半轴(11)；
所述后桥差速器(10)与驱动半轴连接，传动轴(9)的输入端与AMT变速器的输出轴连接，传动轴(9)的输出端与后桥差速器(10)连接。
4.一种权利要求1-3任一项所述的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统的控制方法，其特征在于，包括电力驱动模式、发动机直驱模式和混合动力驱动模式；
电力驱动方法下，动力电池包的电流输出至驱动电机(5)，驱动电机(5)的输出轴通过第二齿轮将动力传动至AMT变速器(7)，AMT变速器(7)的输出轴将动力传递至车辆的传动轴(9)，实现车辆的行驶；
发动机直驱模式下，变速器处于最高档，电磁离合器(16)吸合，发动机动力通过电磁离合器(16)输出至纯电动AMT变速器(7)，AMT变速器(7)的输出轴将动力传递至车辆的传动轴(9)，实现车辆的行驶；
混合驱动模式下，电磁离合器(16)吸合，发动机(1)和驱动电机(5)同时启动，发动机(1)的输出动力通过电磁离合器(16)输出至变速器(7)，同时驱动电机(5)驱动电机(5)的输出轴通过第二齿轮将动力传动至AMT变速器(7)；
同时发动机剩余功率经由分动齿轮箱(6)输出至发电机(12)，发电机(12)给动力电池包(17)充电。
5.根据权利要求4所述的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统的控制方法，其特征在于，当AMT变速器(7)处于最高档，且动力电池包电量高于预设峰值时，自动进入电力驱动模式；
当AMT变速器(7)处于最高档，且动力电池包的电量高于预设低值时，能够手动进入电力驱动模式；
车辆在最低档至AMT变速器(7)挂入最高档之前，自动进入电力驱动模式并保持，且无法手动退出。
6.根据权利要求4所述的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统的控制方法，其特征在于，电力驱动模式下，当在动力电池的剩余电量低于阈值时，启动发动机并通过分动齿轮箱(6)驱动发电机(12)给动力电池包(17)充电。
7.根据权利要求4所述的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统的控制方法，其特征在于，当变速器(7)处于最高档，动力电池包的电量低于预设峰值时自动进入发动机直驱模式；
当变速器(7)处于最高档，动力电池包的电量高于预设低值时，同时能够手动退出电力驱动模式；动力电池包的电量低于预设低值时，强制退出电力驱动模式。
8.根据权利要求4所述的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统的控制方法，其特征在于，发动机直驱模式下，发动机的输出轴通过第一齿轮带动发电齿轮转动，将发动机部分剩余功率经输出至发电机(12)，发电机(12)给动力电池包(17)充电。
9.根据权利要求4所述的基于纯电动AMT变速器的混合动力系统的控制方法，其特征在于，当整车处于发动机直驱模式，加速踏板深度大于预设峰值时，自动进入混合驱动模式，当再次检测到加速踏板深度小于预设低值时，自动退出混合驱动模式，并进入发动机直驱模式；
当整车处于电力驱动模式下，且变速器(7)处于最高档，加速踏板深度大于预设峰值时，自动进入混合驱动模式，当再次检测到加速踏板深度小于预设低值时，自动退出混合驱动模式，并进入电力驱动模式。
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