CN116605029B - 一种混合动力系统、方法及车辆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力系统、方法及车辆,该系统包括:发动机、第一离合组件、第一电机、第二离合组件、传动轴、电机控制器、动力电池、第二电机、换挡组件和整车控制器;第一电机通过第一离合组件连接发动机,还通过第二离合组件连接传动轴,还通过电机控制器连接动力电池;第二电机通过换挡组件连接传动轴,还通过电机控制器连接动力电池;整车控制器分别连接第一离合组件、第二离合组件和换挡组件,用于根据外部输入信号,进入驱动阶段并控制第二离合组件断开且换挡组件保持挡位,或者,进入换挡阶段并控制第二离合组件导通且换挡组件换挡。本发明中,车辆在任何一种工况下实时有动力驱动而处于受控状态,避免了车辆失控风险。
Description
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域,尤其涉及一种混合动力系统、方法及车辆。
背景技术
非公路矿用车多工作在路况复杂的矿山环境中,有大坡道上坡工况、下坡工况、平路工况等。
目前,非公路矿用车采用混合动力系统架构方案。发动机带动FSG电机发电,给动力电池充电;驱动电机使用动力电池提供的能量驱动车辆前进。
然而,现有混合动力系统架构方案无法满足车辆的所有工况的运营需求,车辆在换挡阶段容易处于非受控状态,有失控风险。
发明内容
本发明提供了一种混合动力系统、方法及车辆,以解决现有车辆换挡阶段易失控的问题。
根据本发明的一方面,提供了一种混合动力系统,包括:发动机、第一离合组件、第一电机、第二离合组件、传动轴、电机控制器、动力电池、第二电机、换挡组件和整车控制器;
所述第一电机通过所述第一离合组件连接所述发动机,还通过所述第二离合组件连接所述传动轴,还通过所述电机控制器连接所述动力电池;
所述第二电机通过所述换挡组件连接所述传动轴,还通过所述电机控制器连接所述动力电池;
所述混合动力系统包括驱动阶段和换挡阶段;
所述整车控制器分别连接所述第一离合组件、所述第二离合组件和所述换挡组件,用于根据外部输入信号,进入所述驱动阶段并控制所述第二离合组件断开且所述换挡组件保持挡位,或者,进入所述换挡阶段并控制所述第二离合组件导通且所述换挡组件换挡。
进一步地,所述整车控制器连接所述动力电池,所述整车控制器用于采集所述动力电池的荷电状态;
所述整车控制器还用于在所述驱动阶段,若检测到动力电池荷电状态小于第一发电下限,控制所述第一离合组件导通。
进一步地,所述整车控制器连接所述电机控制器,所述整车控制器用于通过所述电机控制器采集所述第二电机的转速;
所述整车控制器还用于若第二电机转速大于等于第一转速阈值,进入所述换挡阶段时控制所述第一离合组件导通;或者,若所述第二电机转速小于所述第一转速阈值,进入所述换挡阶段时控制所述第一离合组件断开。
进一步地,所述换挡组件包括换挡机构和第一齿轮组;所述第一离合组件包括第一离合器;所述第二离合组件包括第二离合器和第二齿轮组;
所述整车控制器分别连接所述换挡机构、所述第一离合器和所述第二离合器,用于在所述换挡阶段控制所述换挡机构换挡,或者,在所述驱动阶段控制所述换挡机构保持挡位,还分别控制所述第一离合器和所述第二离合器的通断状态。
进一步地,还包括:油门踏板和制动踏板;
所述整车控制器分别连接所述油门踏板和所述制动踏板,用于根据所述油门踏板的输入信号进行驱动控制,或者,根据所述制动踏板的输入信号进行制动控制。
根据本发明的另一方面,提供了一种混合动力方法,应用于如上所述的混合动力系统,所述混合动力方法包括:
根据外部输入信号,判断所述混合动力系统的目标工作阶段;
若所述目标工作阶段为所述驱动阶段,控制所述第二离合组件断开且所述换挡组件保持挡位;
或者,若所述目标工作阶段为所述换挡阶段,控制所述第二离合组件导通且所述换挡组件换挡。
进一步地,还包括:
检测所述动力电池的荷电状态;
若动力电池荷电状态小于第一发电下限,控制所述第一离合组件导通;
或者,若所述动力电池荷电状态大于第一发电上限,控制所述第一离合组件断开。
进一步地,控制所述第一离合组件导通之后,还包括:
若所述动力电池荷电状态SOCs小于第一使用下限SOCL2,按照公式(1)调节所述第一发电下限;
SOCL1(i)=SOCL1(i-1)+(SOCL2-SOCs) (1);
其中,SOCL1(i)为调节后第一发电下限,SOCL1(i-1)为调节前第一发电下限。
进一步地,控制所述第一离合组件断开之后,还包括:
若所述动力电池荷电状态SOCs大于第一使用上限SOCH2,按照公式(2)调节所述第一发电上限;
SOCH1(i)=SOCH1(i-1)-(SOCs-SOCH2) (2);
其中,SOCH1(i)为调节后第一发电上限,SOCH1(i-1)为调节前第一发电上限。
根据本发明的另一方面,提供了一种车辆,包括:如上所述的混合动力系统。
本发明中,车辆在任何一种工况下,比如矿用车运营在大坡道上坡工况、下坡工况、平路工况等,车辆实时有动力驱动而处于受控状态,无论在上坡、下坡还是车速实时变换,非换挡时由第二电机驱动车辆行驶,换挡时由第一电机驱动车辆行驶且第二电机控制换档,实现了换挡时的动力不中断,避免了车辆失控风险,增加了车辆安全性,使车辆能够根据工况环境、能量变换规律、驾驶员驾驶需求等进行动态调整,满足所有工况的运营需求,具有普遍性和自适应性。
应当理解,本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征,也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例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是本发明实施例提供的一种混合动力系统的示意图;
图2是本发明实施例提供的另一种混合动力系统的示意图;
图3是本发明实施例提供的一种混合动力方法的示意图;
图4是本发明实施例提供的另一种混合动力方法的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是,本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象,而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换,以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外,术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含,例如,包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元,而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
图1是本发明实施例提供的一种混合动力系统的示意图,本实施例可适用于混合动力车辆,该混合动力系统可以采用硬件和/或软件的形式实现,该混合动力系统可配置于混合动力车辆中。如图1所示,该混合动力系统包括:发动机10、第一离合组件11、第一电机12、第二离合组件13、传动轴14、电机控制器15、动力电池16、第二电机17、换挡组件18和整车控制器19;第一电机12通过第一离合组件11连接发动机10,还通过第二离合组件13连接传动轴14,还通过电机控制器15连接动力电池16;第二电机17通过换挡组件18连接传动轴14,还通过电机控制器15连接动力电池16;混合动力系统包括驱动阶段和换挡阶段;整车控制器19分别连接第一离合组件11、第二离合组件13和换挡组件18,用于根据外部输入信号,进入驱动阶段并控制第二离合组件13断开且换挡组件18保持挡位,或者,进入换挡阶段并控制第二离合组件13导通且换挡组件18换挡。
本实施例中,混合动力系统包括两个电机,分别为第一电机12和第二电机17。
第一电机12通过第一离合组件11连接发动机10,整车控制器19连接第一离合组件11以控制第一离合组件11的工作状态,第一离合组件11的工作状态包括导通状态和断开状态。在第一离合组件11导通时,发动机10和第一电机12的传输路径导通,发动机10作为动力发生装置给第一电机12提供动力,驱动第一电机12工作。在第一离合组件11断开时,发动机10和第一电机12的传输路径断开。可选第一电机12为FSG电机。
第一电机12还通过第二离合组件13连接传动轴14,整车控制器19连接第二离合组件13以控制第二离合组件13的工作状态,第二离合组件13的工作状态包括导通状态和断开状态。在第二离合组件13导通时,第一电机12和传动轴14的传输路径导通,第一电机12作为驱动电机驱动传动轴14工作。在第二离合组件13断开时,第一电机12和传动轴14的传输路径断开。
第一电机12还通过电机控制器15连接动力电池16。在第一离合组件11导通且第二离合组件13断开时,发动机10、第一电机12、电机控制器15和动力电池16的传输路径导通,发动机10作为动力发生装置给第一电机12提供动力,驱动第一电机12作为发电电机给动力电池16供电。在第一离合组件11断开且第二离合组件13导通时,动力电池16、电机控制器15、第一电机12和传动轴14的传输路径导通,动力电池16作为动力供给装置通过电机控制器15给第一电机12提供动力,第一电机12作为驱动电机驱动传动轴14工作。
第二电机17通过换挡组件18连接传动轴14,整车控制器19连接换挡组件18以控制换挡组件18的工作状态,换挡组件18的工作状态包括保持挡位状态和换挡状态。在换挡组件18保持挡位时,第二电机17和传动轴14的传输路径导通,第二电机17作为驱动电机驱动传动轴14工作。在换挡组件18换挡时,第二电机17和传动轴14的传输路径断开。
需要说明的是,换挡组件18包括多挡位换挡机构。换挡组件18的换挡是把多挡位换挡机构的挡位先变为空挡,再通过第二电机17的调速使多档位换挡机构切换到司机请求的目标挡位,在该换挡阶段第二电机17向传动轴14的动力传输中断。换挡组件18的保持挡位是多挡位换挡机构的挡位保持不变,在该阶段第二电机17向传动轴14进行动力传输。
第二电机17还通过电机控制器15连接动力电池16。在换挡组件18换挡时,动力电池16、电机控制器15、第二电机17和换挡组件18的传输路径导通,动力电池16作为动力供给装置通过电机控制器15给第二电机17提供动力,驱动第二电机17进行调速并使换挡组件18进行换挡。在换挡组件18保持挡位时,动力电池16、电机控制器15、第二电机17、换挡组件18和传动轴14的传输路径导通,动力电池16作为动力供给装置通过电机控制器15给第二电机17提供动力,第二电机17作为驱动电机驱动传动轴14工作,在此换挡组件18的档位保持不变。
本实施例中,混合动力系统包括驱动阶段和换挡阶段。在此驱动阶段为同一挡位进行持续驱动的时段,换挡阶段为调节车辆行驶挡位的时段,换挡阶段的时长较短,通常以秒计。示例性的,车辆由A挡位切换为B挡位,那么切换前车辆保持A挡位的阶段为A挡位驱动阶段,切换后车辆保持B挡位的阶段为B挡位驱动阶段,A挡位驱动阶段和B挡位驱动阶段之间为换挡阶段,该换挡阶段内车辆的挡位由A挡位切换为B挡位。
整车控制器19用于接收外部输入信号,根据外部输入信号控制混合动力系统进入驱动阶段,或者,根据外部输入信号控制混合动力系统进入换挡阶段。可选混合动力系统还包括:油门踏板20和制动踏板21;整车控制器19分别连接油门踏板20和制动踏板21,用于根据油门踏板20的输入信号进行驱动控制,或者,根据制动踏板21的输入信号进行制动控制。外部输入信号来源于油门踏板20,或者,外部输入信号来源于制动踏板21。司机踩油门踏板20或制动踏板21以输入驾驶请求,整车控制器19分析油门踏板20或制动踏板21的输入信号以确定混合动力系统的目标工作阶段,若目标工作阶段为驱动阶段则控制混合动力系统进入驱动阶段,若目标工作阶段为换挡阶段则控制混合动力系统进入换挡阶段。在此不具体赘述整车控制器19对油门踏板20的输入信号的分析过程,也不赘述整车控制器19对制动踏板21的输入信号的分析过程。
在驱动阶段,整车控制器19控制第二离合组件13断开且换挡组件18保持挡位,那么第一电机12与传动轴14的传输路径断开,第二电机17与传动轴14的传输路径导通,此时第二电机17参与车辆行驶驱动。动力电池16作为动力供给装置通过电机控制器15给第二电机17提供动力,第二电机17作为驱动电机驱动传动轴14工作,使车辆行驶。
在换挡阶段,整车控制器19控制第二离合组件13导通且换挡组件18换挡,那么第一电机12与传动轴14的传输路径导通,第二电机17与传动轴14的传输路径断开,此时第一电机12参与车辆行驶驱动。动力电池16作为动力供给装置通过电机控制器15给第一电机12提供动力,第一电机12作为驱动电机驱动传动轴14工作,使车辆行驶。另外,动力电池16作为动力供给装置通过电机控制器15给第二电机17提供动力,驱动第二电机17进行调速并使换挡组件18执行换挡操作。
显然,无论是在驱动阶段还是在换挡阶段,均有动力供车辆行驶。
本发明中,在换挡阶段,第二电机与传动轴的动力驱动中断,但第二离合组件导通使第一电机与传动轴的传输路径导通,此时动力电池作为动力供给装置通过电机控制器给第一电机和第二电机提供动力,第一电机作为驱动电机驱动传动轴工作使车辆行驶,而第二电机进行调速使换挡组件进行换挡。在驱动阶段,第二电机与传动轴的传输路径导通,此时动力电池作为动力供给装置通过电机控制器给第二电机提供动力,第二电机作为驱动电机驱动传动轴工作,使车辆行驶。由此可知,车辆在任何一种工况下,比如矿用车运营在大坡道上坡工况、下坡工况、平路工况等,车辆实时有动力驱动而处于受控状态,无论在上坡、下坡还是车速实时变换,非换挡时由第二电机驱动车辆行驶,换挡时由第一电机驱动车辆行驶且第二电机控制换档,实现了换挡时的动力不中断,避免了车辆失控风险,增加了车辆安全性,使车辆能够根据工况环境、能量变换规律、驾驶员驾驶需求等进行动态调整,满足所有工况的运营需求,具有普遍性和自适应性。
如图1所示,可选整车控制器19连接动力电池16,整车控制器19用于采集动力电池16的荷电状态;整车控制器19还用于在驱动阶段,若检测到动力电池荷电状态小于第一发电下限,控制第一离合组件11导通。
本实施例中,整车控制器19中存储有第一发电下限和第一发电上限。第一发电下限和第一发电上限是预先测量的数据并存储在整车控制器19中,以此作为是否发电的判断依据。可以理解,第一发电下限小于第一发电上限,根据产品所需可以合理设计第一发电下限和第一发电上限的具体数值,不具体限制。整车控制器19可以实时或定时采集动力电池16的荷电状态。
若整车控制器19检测到动力电池16的荷电状态低于第一发电下限,表征动力电池16的荷电量过低可能无法满足混合动力系统的正常运行,此时需要给动力电池16充电,则第一电机12应作为发电电机给动力电池16充电。基于此,整车控制器19在检测到动力电池16的荷电状态小于第一发电下限时,控制第一离合组件11导通,则发动机10、第一电机12、电机控制器15和动力电池16的传输路径导通,发动机10驱动第一电机12作为发电电机给动力电池16充电,以提高动力电池16的荷电量。
若整车控制器19检测到动力电池16的荷电状态高于第一发电上限,表征动力电池16的荷电量较高可以满足混合动力系统的正常运行,此时不给动力电池16充电可以降低功耗。基于此,整车控制器19在检测到动力电池16的荷电状态大于第一发电上限时,控制第一离合组件11断开,则发动机10和第一电机12的传输路径断开。
需要说明的是,换挡阶段,第一电机12需作为驱动电机给传动轴14传输动力,为保证换挡阶段的动力不中断,可选在换挡阶段,第一离合组件11断开,第一电机12作为驱动电机给传动轴14传输动力。驱动阶段,第二电机17作为驱动电机给传动轴14传输动力,此时第一电机12不作为驱动电机,那么可选在驱动阶段第一电机12复用为发电电机。
在驱动阶段,若整车控制器19检测到动力电池16的荷电状态小于第一发电下限,控制第一离合组件11导通使发动机10驱动第一电机12作为发电电机给动力电池16充电。在驱动阶段,若整车控制器19检测到动力电池16的荷电状态大于第一发电上限,控制第一离合组件11断开以降低系统功耗。
如图1所示,可选整车控制器19连接电机控制器15,整车控制器19用于通过电机控制器15采集第二电机17的转速;整车控制器19还用于若第二电机转速大于等于第一转速阈值,进入换挡阶段时控制第一离合组件11导通;或者,若第二电机转速小于第一转速阈值,进入换挡阶段时控制第一离合组件11断开。
本实施例中,整车控制器19中存储有第一转速阈值。第一转速阈值是预先设定的数据并存储在整车控制器19中,以此作为车速控制的判断依据。可以理解,根据产品所需可以合理设计第一转速阈值的具体数值,不具体限制。整车控制器19可以实时或定时通过电机控制器15采集第二电机17的转速,整车控制器19检测到第二电机17的转速低于第一转速阈值,表征第二电机17的转速不高;整车控制器19检测到第二电机17的转速高于第一转速阈值,表征第二电机17的转速过高。
驱动阶段,动力电池16作为动力供给装置给第二电机17提供动力,使第二电机17驱动传动轴14,车辆行驶;换挡阶段,动力电池16作为动力供给装置给第一电机12提供动力,使第一电机12驱动传动轴14,车辆行驶。在驱动阶段,若第二电机17的转速过高,那么从驱动阶段切换为换挡阶段后,传动轴14的动力来源从第二电机17切换为第一电机12,此时换挡阶段第一电机12的初始转速可能较低而达不到第二电机17的转速,导致车辆行驶不稳定。
为了保证安全行驶,整车控制器19在检测到第二电机转速大于等于第一转速阈值时,进入换挡阶段时控制第一离合组件11导通,那么发动机10作为动力发生装置与第一电机12的传输路径导通,同时,动力电池16作为动力供给装置与第一电机12的传输路径导通。在换挡阶段,发动机10和动力电池16同时进行动力供给,可以快速提高第一电机12的转速,使第一电机12的转速接近驱动阶段的第二电机17的高转速,那么从驱动阶段切换为换挡阶段后,车辆的动力不中断且车速差距较小,车辆可以稳定运行,提高了车辆安全性。
整车控制器19在检测到第二电机转速小于第一转速阈值时,进入换挡阶段时控制第一离合组件11断开,动力电池16作为动力供给装置与第一电机12的传输路径导通。驱动阶段的车速较低,则从驱动阶段切换为换挡阶段后,动力电池16持续给车辆进行动力供给,无需发动机10参与动力驱动,可以保证车辆动力不中断且稳定运行,降低系统功耗。
图2是本发明实施例提供的另一种混合动力系统的示意图,如图2所示,可选该混合动力系统中换挡组件18包括换挡机构22和第一齿轮组23;第一离合组件11包括第一离合器;第二离合组件13包括第二离合器24和第二齿轮组25;整车控制器19分别连接换挡机构22、第一离合器11和第二离合器24,用于在换挡阶段控制换挡机构22换挡,或者,在驱动阶段控制换挡机构22保持挡位,还分别控制第一离合器11和第二离合器24的通断状态。
本实施例中,换挡机构22为多档位换挡机构,第一齿轮组23为多个齿轮连接的齿轮组。在换挡阶段,第二电机17调速使多档位换挡机构22的档位切换;在档位切换完成后即驱动阶段,多档位换挡机构22的档位保持不变,第二电机17带动第一齿轮组23工作以驱动传动轴14工作,使车辆行驶。
第一离合组件11包括第一离合器,第二离合组件13包括第二离合器24和第二齿轮组25,第二齿轮组25为多个齿轮连接的齿轮组。在换挡阶段,第二离合器24导通且第一离合器11导通,则发动机10参与动力供给,发动机10和动力电池16同时给第一电机12提供动力,第一电机12带动第二齿轮组25工作以驱动传动轴14工作,使车辆行驶;或者,在换挡阶段,第二离合器24导通且第一离合器11断开,则发动机10不参与动力供给,仅动力电池16给第一电机12提供动力,第一电机12带动第二齿轮组25工作以驱动传动轴14工作,使车辆行驶。
在驱动阶段,第二离合器24断开且第一离合器11导通,则发动机10参与动力供给,驱动第一电机12给动力电池16充电;或者,在驱动阶段,第二离合器24断开且第一离合器11断开,则发动机10不参与动力供给,第一电机12可休眠。
基于同一发明构思,本发明实施例提供一种混合动力方法,该混合动力方法应用于如上任意实施例所述的混合动力系统中。图3是本发明实施例提供的一种混合动力方法的示意图,如图3所示混合动力方法包括:
步骤S110、根据外部输入信号,判断混合动力系统的目标工作阶段;
步骤S120、若目标工作阶段为驱动阶段,控制第二离合组件断开且换挡组件保持挡位;或者,步骤S130、若目标工作阶段为换挡阶段,控制第二离合组件导通且换挡组件换挡。
本实施例中,整车控制器根据外部输入信号,可以判断混合动力系统的目标工作阶段。
若目标工作阶段为驱动阶段,控制第二离合组件断开且换挡组件保持挡位,第二电机与传动轴的传输路径导通,此时动力电池作为动力供给装置通过电机控制器给第二电机提供动力,第二电机作为驱动电机驱动传动轴工作,使车辆行驶。
若目标工作阶段为换挡阶段,第二电机与传动轴的动力驱动中断,但第二离合组件导通使第一电机与传动轴的传输路径导通,此时动力电池作为动力供给装置通过电机控制器给第一电机和第二电机提供动力,第一电机作为驱动电机驱动传动轴工作使车辆行驶,而第二电机进行调速使换挡组件进行换挡。
需要说明的是,第一电机在换挡阶段作为驱动电机连接传动轴,第一电机还可以作为发电电机。具体的,当司机踩油门踏板时,整车控制器解析油门踏板的模拟量信号,分析驾驶员需求,给电机控制器发送驱动命令,第二电机经过变速箱即换挡组件驱动车辆前进,实现车辆的驱动控制。当司机踩制动踏板时,整车控制器解析制动踏板的模拟量信号,分析驾驶员需求,给电机控制器发送电回馈命令,整车控制器执行电回馈回收操作,控制第一离合组件导通,则第一电机向动力电池回收电能,为车辆提供制动力,实现车辆的制动控制。
另外,整车控制器根据动力电池的荷电状态SOC区间,启动发动机进行发电给动力电池充电;当动力电池的荷电状态SOC过低时,整车控制器控制第一离合组件导通,发动机带动第一电机发电,为动力电池充电。
本实施例中,非换挡时由第二电机驱动车辆行驶,换挡时由第一电机驱动车辆行驶且第二电机控制换档,实现了换挡时的动力不中断,那么车辆在任何一种工况下不会出现动力驱动中断的情况,车辆始终处于受控状态,避免了失控风险,增加了车辆安全性,满足所有工况的运营需求,具有普遍性和自适应性。
图4是本发明实施例提供的另一种混合动力方法的示意图,如图4所示可选混合动力方法还包括:
步骤S210、检测动力电池的荷电状态;
步骤S220、若动力电池荷电状态小于第一发电下限,控制第一离合组件导通;或者,步骤S230、若动力电池荷电状态大于第一发电上限,控制第一离合组件断开。
如上所述,图3为混合动力系统的驱动换挡操作,图4为混合动力系统的充电控制操作。图4所示充电控制操作可以在驱动阶段执行,也可以在换挡阶段执行,还可以贯穿车辆的整个运行过程,因此图4所示的混合动力方法与图3所示的混合动力方法可以并行。在此对图4所示混合动力方法进行独立说明。
整车控制器中存储有第一发电下限和第一发电上限。整车控制器可以实时或定时采集动力电池的荷电状态。
若整车控制器检测到动力电池的荷电状态低于第一发电下限,表征动力电池的荷电量过低,可能无法满足混合动力系统的正常运行,此时控制第一离合组件导通,则发动机驱动第一电机作为发电电机给动力电池充电,以提高动力电池的荷电量。
若整车控制器检测到动力电池的荷电状态高于第一发电上限,表征动力电池的荷电量较高,可以满足混合动力系统的正常运行,此时控制第一离合组件断开,则发动机和第一电机的传输路径断开,可以降低系统功耗。
本实施例中,第一电机作为发电电机,在发动机的驱动下给动力电池充电。非换挡时第二电机驱动车辆行驶,换挡时第一电机复用为驱动电机以驱动车辆行驶,实现了换挡时的动力不中断。
如图4所示,可选步骤S220的控制第一离合组件导通的操作之后,还包括:步骤S221、若动力电池荷电状态SOCs小于第一使用下限SOCL2,按照公式(1)调节第一发电下限;
SOCL1(i)=SOCL1(i-1)+(SOCL2-SOCs) (1);
其中,SOCL1(i)为调节后第一发电下限,SOCL1(i-1)为调节前第一发电下限。
如图4所示,可选步骤S230的控制第一离合组件断开的操作之后,还包括:步骤S231、若动力电池荷电状态SOCs大于第一使用上限SOCH2,按照公式(2)调节第一发电上限;
SOCH1(i)=SOCH1(i-1)-(SOCs-SOCH2) (2);
其中,SOCH1(i)为调节后第一发电上限,SOCH1(i-1)为调节前第一发电上限。
本实施例中,整车控制器中存储有第一发电上限SOCH1和第一发电下限SOCL1,还存储有第一使用上限SOCH2和第一使用下限SOCL2。可选第一使用上限SOCH2和第一使用下限SOCL2均为固定不变的参数,第一使用上限SOCH2大于第一使用下限SOCL2。可选第一发电上限SOCH1和第一发电下限SOCL1为动态更新变化的参数,第一发电上限SOCH1大于第一发电下限SOCL1。第一使用上限SOCH2大于第一发电上限SOCH1,第一使用下限SOCL2小于第一发电下限SOCL1,所以第一使用上限SOCH2和第一使用下限SOCL2构成的SOC使用区间包含第一发电上限SOCH1和第一发电下限SOCL1构成的SOC发电区间,动力电池的实际荷电状态SOCs在SOC使用区间时,混合动力系统正常运行。
整车控制器采集动力电池的实际荷电状态SOCs。
假设整车控制器中当前存储的第一发电下限为SOCL1(i-1),则第一发电下限的调节过程如下:
1)若SOCs小于SOCL1(i-1),则整车控制器控制第一离合组件导通,此时发动机启动并通过第一电机给动力电池充电;
2)发电机进行发电,如果发电机的发电功率小于车辆的使用功率,则SOCs在该发电期间仍然下降;
3)若SOCs继续降低并小于SOCL2,按照公式SOCL1(i)=SOCL1(i-1)+(SOCL2-SOCs)上调第一发电下限,其中,SOCL1(i-1)为整车控制器中当前已知的第一发电下限,SOCL2为整车控制器中的预存参数,SOCs为整车控制器实时采集的参数,则可以计算得到调节后的第一发电下限SOCL1(i),将整车控制器中的第一发电下限的数值更新为SOCL1(i),SOCL1(i)大于SOCL1(i-1)。
如上所述,整车控制器中第一发电下限上调后,在下一次动力电池需要充电时,发电机可以提前发电,避免动力电池的SOCs越用越低的情况出现。
假设整车控制器中当前存储的第一发电上限为SOCH1(i-1),则第一发电上限的调节过程如下:
1)若SOCs大于SOCH1(i-1),则整车控制器控制第一离合组件断开,此时发动机关闭,停止给动力电池充电;
2)发电机停止发电,如果车辆处于电回馈状态,则SOCs在该停止发电期间仍然增大;
3)若SOCs继续增大并大于SOCH2,按照公式SOCH1(i)=SOCH1(i-1)-(SOCs-SOCH2)下调第一发电上限,其中,SOCH1(i-1)为整车控制器中当前已知的第一发电上限,SOCH2为整车控制器中的预存参数,SOCs为整车控制器实时采集的参数,则可以计算得到调节后的第一发电上限SOCH1(i),将整车控制器中的第一发电上限的数值更新为SOCH1(i),SOCH1(i)小于SOCH1(i-1)。
如上所述,整车控制器中第一发电上限下调后,在下一次发动机发电期间,发电机可以提前结束发电,避免动力电池的SOCs越用越高的情况出现。
通过以上步骤,可以动态调整第一发电上限和第一发电下限,使车辆的动力电池的荷电量始终平衡在第一使用上限和第一使用下限之间,达到能量最优,且能够满足所有工况的运营情况,具有普遍性和自适应性。
基于同一发明构思,本发明实施例提供一种车辆,该车辆包括如上任意实施例所述的混合动力系统。该混合动力系统可以应用于各种车辆中,尤其是非公路矿用车,该混合动力系统主要工作在串联增程模式,可提供非动力中断的换档工作模式,适用于各种路况。
本实施例中,车辆包括换挡控制逻辑,其步骤如下:
1.1)司机通过油门踏板、制动踏板、换挡手柄或操作面板输入换挡请求;
1.2)整车控制器控制第一离合器断开,第二离合器导通,换挡机构的档位切换回空档,第一电机驱动传动轴,使车辆行驶;
1.3)对第二电机进行调速;
1.4)若第二电机的转速达到换档条件,使换挡机构换挡为司机的需求档位;若第二电机的转速未达到换档条件,返回步骤1.3)继续进行第二电机的调速;
1.5)检测换挡机构是否换挡完成;
1.6)若换挡机构换挡完成,整车控制器控制第一离合器导通,第二离合器断开,第二电机驱动传动轴,采用扭矩控制车辆行驶;若换挡机构换挡未完成,返回步骤1.4)继续进行换挡。
如上所述,车辆在换挡过程中不存在动力中断。
车辆还包括制动控制逻辑,其步骤如下:
2.1)司机踩制动踏板,输入制动指令;
2.2)整车控制器连接制动踏板,获得制动踏板模拟量,并解析得到司机需求的制动踏板开度;
2.3)整车控制器通过电动控制器获得驱动电机转速和档位,该驱动电机在驱动阶段为第二电机且在换挡阶段为第一电机;
2.4)整车控制器中存储有制动map模型,从制动map模型中查找出与以上参数对应的需求制动扭矩值;
2.5)判断需求制动扭矩值是否大于制动扭矩限值;
2.6)若司机的需求制动扭矩值大于制动扭矩限值,将该制动扭矩限值确定为目标制动扭矩值;若司机的需求制动扭矩值小于等于制动扭矩限值,将该需求制动扭矩值确定为目标制动扭矩值;
2.7)整车控制器将目标制动扭矩值和电回馈命令发送给电机控制器,电机控制器控制第二电机按照目标制动扭矩值进行制动。
如上所述,车辆通过电回馈进行车辆制动。
车辆还包括驱动控制逻辑,其步骤如下:
3.1)司机踩油门踏板;
3.2)整车控制器连接油门踏板,获得油门踏板模拟量,并解析得到司机需求的油门踏板开度;
3.3)整车控制器通过电动控制器获得驱动电机转速和档位,该驱动电机在驱动阶段为第二电机且在换挡阶段为第一电机;
3.4)整车控制器中存储有驱动map模型,从驱动map模型中查找出与以上参数对应的需求驱动扭矩值;
3.5)判断需求驱动扭矩值是否大于驱动扭矩限值;
3.6)若司机的需求驱动扭矩值大于驱动扭矩限值,将该驱动扭矩限值确定为目标驱动扭矩值;若司机的需求驱动扭矩值小于等于驱动扭矩限值,将该需求驱动扭矩值确定为目标驱动扭矩值;
3.7)整车控制器将目标驱动扭矩值和驱动命令发送给电机控制器,电机控制器控制第二电机按照目标驱动扭矩值进行驱动。
如上所述,车辆中第二电机通过换挡机构驱动车辆前进。
应该理解,可以使用上面所示的各种形式的流程,重新排序、增加或删除步骤。例如,本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行,只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果,本文在此不进行限制。
上述具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是,根据设计要求和其他因素,可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (8)
1.一种混合动力系统,其特征在于,包括:发动机、第一离合组件、第一电机、第二离合组件、传动轴、电机控制器、动力电池、第二电机、换挡组件和整车控制器;
所述第一电机通过所述第一离合组件连接所述发动机,还通过所述第二离合组件连接所述传动轴,还通过所述电机控制器连接所述动力电池;
所述第二电机通过所述换挡组件连接所述传动轴,还通过所述电机控制器连接所述动力电池;
所述混合动力系统包括驱动阶段和换挡阶段;
所述整车控制器分别连接所述第一离合组件、所述第二离合组件、所述动力电池和所述换挡组件,用于根据外部输入信号进入所述驱动阶段或者进入所述换挡阶段;在所述驱动阶段,所述整车控制器用于控制所述第二离合组件断开且所述换挡组件保持挡位,所述第一电机与所述传动轴的传输路径断开,所述第二电机与所述传动轴的传输路径导通,所述第二电机参与车辆行驶驱动;在所述换挡阶段,所述整车控制器用于控制所述第二离合组件导通且所述换挡组件换挡,所述第一电机与所述传动轴的传输路径导通,所述第二电机与所述传动轴的传输路径断开,所述第一电机参与车辆行驶驱动;
所述整车控制器还用于采集所述动力电池的荷电状态;在所述驱动阶段,若检测到动力电池荷电状态小于第一发电下限,控制所述第一离合组件导通;若所述动力电池荷电状态SOCs小于第一使用下限SOCL2,按照公式(1)调节所述第一发电下限;
SOCL1(i)=SOCL1(i-1)+(SOCL2-SOCs) (1);
其中,SOCL1(i)为调节后第一发电下限,SOCL1(i-1)为调节前第一发电下限。
2.根据权利要求1所述的混合动力系统,其特征在于,所述整车控制器连接所述电机控制器,所述整车控制器用于通过所述电机控制器采集所述第二电机的转速;
所述整车控制器还用于若第二电机转速大于等于第一转速阈值,进入所述换挡阶段时控制所述第一离合组件导通;或者,若所述第二电机转速小于所述第一转速阈值,进入所述换挡阶段时控制所述第一离合组件断开。
3.根据权利要求1所述的混合动力系统,其特征在于,所述换挡组件包括换挡机构和第一齿轮组;所述第一离合组件包括第一离合器;所述第二离合组件包括第二离合器和第二齿轮组;
所述整车控制器分别连接所述换挡机构、所述第一离合器和所述第二离合器,用于在所述换挡阶段控制所述换挡机构换挡,或者,在所述驱动阶段控制所述换挡机构保持挡位,还分别控制所述第一离合器和所述第二离合器的通断状态。
4.根据权利要求1所述的混合动力系统,其特征在于,还包括:油门踏板和制动踏板;
所述整车控制器分别连接所述油门踏板和所述制动踏板,用于根据所述油门踏板的输入信号进行驱动控制,或者,根据所述制动踏板的输入信号进行制动控制。
5.一种混合动力方法,其特征在于,应用于如权利要求1-4任一项所述的混合动力系统,所述混合动力方法包括:
根据外部输入信号,判断所述混合动力系统的目标工作阶段;
若所述目标工作阶段为所述驱动阶段,控制所述第二离合组件断开且所述换挡组件保持挡位,所述第一电机与所述传动轴的传输路径断开,所述第二电机与所述传动轴的传输路径导通,所述第二电机参与车辆行驶驱动;
或者,若所述目标工作阶段为所述换挡阶段,控制所述第二离合组件导通且所述换挡组件换挡,所述第一电机与所述传动轴的传输路径导通,所述第二电机与所述传动轴的传输路径断开,所述第一电机参与车辆行驶驱动;
还包括:检测所述动力电池的荷电状态;若动力电池荷电状态小于第一发电下限,控制所述第一离合组件导通;若所述动力电池荷电状态SOCs小于第一使用下限SOCL2,按照公式(1)调节所述第一发电下限;
SOCL1(i)=SOCL1(i-1)+(SOCL2-SOCs) (1);
其中,SOCL1(i)为调节后第一发电下限,SOCL1(i-1)为调节前第一发电下限。
6.根据权利要求5所述的混合动力方法,其特征在于,还包括:
若所述动力电池荷电状态大于第一发电上限,控制所述第一离合组件断开。
7.根据权利要求6所述的混合动力方法,其特征在于,控制所述第一离合组件断开之后,还包括:
若所述动力电池荷电状态SOCs大于第一使用上限SOCH2,按照公式(2)调节所述第一发电上限;
SOCH1(i)=SOCH1(i-1)-(SOCs-SOCH2) (2);
其中,SOCH1(i)为调节后第一发电上限,SOCH1(i-1)为调节前第一发电上限。
8.一种车辆,其特征在于,包括:如权利要求1-4任一项所述的混合动力系统。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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