專利名稱：一種電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混合動力汽車驅(qū)動系統(tǒng)及控制方法領(lǐng)域，具體涉及一種電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)及其控制方法。
背景技術(shù)：
目前，隨著國家新能源戰(zhàn)略的確立，研發(fā)的不斷投入，電動汽車的發(fā)展前景日益明朗，投入的企業(yè)也越來越多。但由于新能源汽車的成本和整車性能距離消費者的實際要求還有一段差距，所以新能源汽車的發(fā)展還存在諸多挑戰(zhàn)。現(xiàn)有的新能源汽車技術(shù)主要集中在混合動力汽車和純電動汽車領(lǐng)域，在已知技術(shù)中，與本發(fā)明或?qū)嵱眯滦图夹g(shù)效果相似的技術(shù)材料有CN101407173A ；它主要的結(jié)構(gòu)是發(fā)動機、第一電動機、第二電動機以及兩個行星齒輪機構(gòu)。但是它的缺點是結(jié)構(gòu)較復雜，節(jié)油和環(huán)保效果有限，不能自動調(diào)節(jié)驅(qū)動模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)及其控制方法，主要結(jié)構(gòu)包括發(fā)動機，第一電動/發(fā)電機(MGl)，第二電動/發(fā)電機(MG2)，動力電池，行星齒輪機構(gòu)，前后減速器等；主要驅(qū)動源為發(fā)動機，通過控制系統(tǒng)使其始終工作在最佳燃料消耗區(qū)間，提供所需動力的同時，多余能量經(jīng)MGl發(fā)電，給動力電池補充電量。低速行駛或者需要后輪輔助驅(qū)動的時候，系統(tǒng)自動控制(MG2)啟動；當剩余電池電量SOC低于設定值SOCL時， 發(fā)動機被啟動。前驅(qū)動力系統(tǒng)主要結(jié)構(gòu)為第一驅(qū)動電機與行星齒輪太陽輪連接，發(fā)動機與行星架連接，外齒圈作為動力輸出端與前驅(qū)減速器連接。通過此行星齒輪機構(gòu)，可實現(xiàn)速比可調(diào)節(jié)。純電動模式下低速行駛采取后輪主電機驅(qū)動；純電動模式下高速行駛采取雙電機驅(qū)動；高速模式下發(fā)動機獨立驅(qū)動，并給電池充電；四驅(qū)模式下發(fā)動機與后輪電機共同驅(qū)動；四驅(qū)模式下發(fā)動機與雙電機共同驅(qū)動；制動時可通過前后輪電機給電池充電，實現(xiàn)能量回收。具體技術(shù)方案如下一種電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機，第一電動/發(fā)電機(MGl)，第二電動/ 發(fā)電機(MG》和行星齒輪機構(gòu)，所述發(fā)動機用于提供整車所需部分動力；所述第一電動/發(fā)電機(MGl)通過行星齒輪機構(gòu)連接至發(fā)動機，用于將發(fā)動機的多余能量進行發(fā)電，和/或驅(qū)動汽車前輪；所述第二電動/發(fā)電機(MG》用于驅(qū)動汽車后輪。進一步地，還包括前減速器和后減速器，所述第一電動/發(fā)電機(MGl)通過前減速器連接至前輪，所述第二電動/發(fā)電機(MG》通過后減速器連接至后輪。進一步地，還包括控制系統(tǒng)和電池系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)分別控制連接第一電動/ 發(fā)電機(MGl)，第二電動/發(fā)電機(MG2)，電池系統(tǒng)和發(fā)動機，并控制發(fā)動機工作在最佳燃料消耗區(qū)間。
進一步地，還包括動力電池，第一電動/發(fā)電機(MGl)連接至該動力電池并可向其補充電量。進一步地，第一電動/發(fā)電機(MGl)連接至行星齒輪機構(gòu)的行星齒輪太陽輪，發(fā)動機通過第一離合器(Cl)連接至行星齒輪機構(gòu)的行星架，行星齒輪機構(gòu)的外齒圈作為動力輸出端與第二離合器(以)連接至前減速器連接。上述電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的控制方法，采用如下步驟(1)定義電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的運行模式純電動模式，高速模式，四驅(qū)模式和制動模式；(2)當純電動模式下且低速行駛時，采取第二電動/發(fā)電機(MG》驅(qū)動；(3)當純電動模式下且高速行駛時，采取第一電動/發(fā)電機(MGl)和第二電動/發(fā)電機(MG2)同時驅(qū)動；(4)當高速模式時，發(fā)動機獨立驅(qū)動，并給動力電池充電；(5)當四驅(qū)模式時，發(fā)動機與第二電動/發(fā)電機(MG2)共同驅(qū)動，或者發(fā)動機與第一電動/發(fā)電機(MGl)和第二電動/發(fā)電機(MG2)同時驅(qū)動共同驅(qū)動；(6)當制動模式時，通過第一電動/發(fā)電機(MGl)和第二電動/發(fā)電機(MG2)同時驅(qū)動給動力電池充電，實現(xiàn)能量回收。進一步地，當動力電池的剩余電池電量SOC低于設定值SOCL時，發(fā)動機被啟動。進一步地，所述低速和高速行駛判斷采用如下步驟1)車速傳感器檢測獲得車輛實際行駛速度V ；2)與整車設置的速度參考值Vtl，Vfflax進行比較得出其速度為低速或高速。進一步地，制動模式下，在車輛制動過程中，制動踏板位置傳感器檢測獲得制動要求，當滿足制動需求的前提下，通過第一電動/發(fā)電機(MGl)和第二電動/發(fā)電機(MG2)的反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)電功能，給動力電池充電。進一步地，對動力電池的充電過程中，將電池剩余電量與預設的電池荷電高限閥值SOCH比較，只有當電池電量高于SOCH才通過整車控制器控制發(fā)動機及第一電動/發(fā)電機(MGl)停止發(fā)電。與目前現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用雙電機，純電動模式采取后輪驅(qū)動，前輪驅(qū)動通過行星齒輪機構(gòu)將電機與發(fā)動機的能量進行耦合，根據(jù)需要，可實現(xiàn)發(fā)動機和兩個電機的聯(lián)合驅(qū)動，提高了整車總體性能。


圖1四驅(qū)系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意2四驅(qū)系統(tǒng)能量傳遞示意3四驅(qū)系統(tǒng)控制系統(tǒng)示意圖
具體實施例方式下面根據(jù)附圖對本發(fā)明進行詳細描述，其為本發(fā)明多種實施方式中的一種優(yōu)選實施例。本發(fā)明設計的電動四驅(qū)系統(tǒng)，整車基本結(jié)構(gòu)可見圖1 低速時采取后輪主驅(qū)動模式，驅(qū)動電機(MG2)與后輪減速器連接，實現(xiàn)整車驅(qū)動；前驅(qū)結(jié)構(gòu)包含一臺發(fā)動機，輔助發(fā)電機/電動機(MGl)，行星齒輪機構(gòu)以及前減速器，此處的關(guān)鍵在于行星齒輪機構(gòu)的應用， 通過行星齒輪機構(gòu)的耦合作用將發(fā)動機和MGl在不同模式下的能量傳遞給減速器，獲得最終的速比，通過傳動軸驅(qū)動車輛行駛。行星齒輪機構(gòu)連接結(jié)構(gòu)圖可見圖2 =MGl與太陽輪連接，發(fā)動機通過離合器Cl與行星架連接，齒圈作為動力輸出端與離合器C2連接，最終通過減速器驅(qū)動車輛行駛。整車系統(tǒng)控制示意圖見圖3，車速傳感器獲得車輛實際行駛速度V，與整車設置的速度參考值Vtl，Vmax進行比較。油門踏板位置傳感器，感知用戶的啟步和加速扭矩需求。制動踏板位置傳感器，在車輛制動過程中，當滿足制動需求的前提下，通過MGl和MG2的反轉(zhuǎn)， 實現(xiàn)發(fā)電功能，給動力電池充電。前后輪轉(zhuǎn)速傳感器獲得前后論的速度差，在四驅(qū)模式下就可以通過整車控制器調(diào)節(jié)前后電機的轉(zhuǎn)速，使前后輪轉(zhuǎn)速相同，減少無為的能量損耗。動力電池有自己的管理系統(tǒng)，可測量剩余SOC電量，并與電池荷電底限閥值SOCL進行比較，當小于SOCL時，發(fā)動機啟動，通過MGl發(fā)電，給電池充電，此外，充電過程中，將電池剩余電量與預設的電池荷電高限閥值SOCH比較，只有當電池電量高于SOCH才通過整車控制器控制發(fā)動機及MGl停止發(fā)電，這樣就避免了電池的頻繁充放電，保護了電池，延長了電池的使用壽命。整車根據(jù)設定的條件控制和選擇驅(qū)動模式，主要工作模式分為1、純電動低速行駛模式當車速低于系統(tǒng)設定值Vtl，電池剩余能量大于設定的SOCL值，車輛驅(qū)動所需實際扭矩低于MG2最大扭矩值Tsk2時，動力電池系統(tǒng)通過控制單元供能給MG2，執(zhí)行電機后驅(qū)純電動模式；此時Cl，C2均斷開，發(fā)動機不工作；2、純電動高速雙電機工作模式當車速低于系統(tǒng)設定值Vtl，電池剩余能量大于設定的SOCL值，同時實際所需扭矩 T小于MGl與MG2的最大扭矩之和時，有三種雙電機工作模式a，停車起步階段，此時電池同時給MG1，MG2供電，C2接合，雙電機同時提供低速大扭矩的能量給前后輪，使整車快速起步，之后采取MG2單獨驅(qū)動；b，當實際所需扭矩T大于MG2的最大輸出扭矩Tsk2，，MGl啟動，C2接合，雙電機驅(qū)動；c，當后輪出現(xiàn)超過設定時間t打滑時，MGl啟動，C2接合，MGl和MG2共同驅(qū)動；使后輪脫離打滑后，恢復MG2單獨驅(qū)動；3、混合動力模式發(fā)動機參與能量供給存在以下情況a,當車速高于系統(tǒng)設定值Vtl，小于整車設定最大限制車速Vmax，實際扭矩T小于發(fā)動機最大扭矩Tengine時，電池給MGl供能，Cl接合，通過MGl快速啟動發(fā)動機，C2接合，發(fā)動機單獨驅(qū)動，此時控制發(fā)動機在最佳燃料消耗區(qū)間進行工作，滿足驅(qū)動需求的前提下，多余能量通過MGl發(fā)電給電池補充電量；b，當車速高于系統(tǒng)設定值Vtl，小于整車設定最大限制車速Vmax，電池剩余電量SOC 大于S0CL，實際扭矩T大于發(fā)動機最大扭矩Tengine并小于發(fā)動機最大扭矩Tengine和MGl最大扭矩Tski之和時，電池給MGl供能，Cl接合，通過MGl快速啟動發(fā)動機，C2接合，發(fā)動機與 MGl共同參與驅(qū)動；
C,當車速高于系統(tǒng)設定值Vtl，小于整車設定最大限制車速Vmax，電池剩余電量SOC 大于S0CL，實際扭矩T大于發(fā)動機最大扭矩Tengine和MGl最大扭矩Tski之和但小于發(fā)動機最大扭矩Tengine加MGl最大扭矩Tski以及MG2最大扭矩TMe2之和時，電池給MGl供能，Cl接合，通過MGl快速啟動發(fā)動機，C2接合，電池同時給MG2供能，根據(jù)前后輪轉(zhuǎn)速傳感器，控制 MGl, MG2轉(zhuǎn)速，使前后輪轉(zhuǎn)速相同，此模式下發(fā)動機與MG1，MG2共同參與驅(qū)動；d，當車速低于系統(tǒng)設定值Vtl，電池剩余電量SOC大于S0CL，實際扭矩T大于MGl與 MG2的最大扭矩之和并小于發(fā)動機最大扭矩加MGl最大扭矩以及MG2最大扭矩之和時，Cl 接合，通過MGl快速啟動發(fā)動機，C2接合，發(fā)動機與MGl和MG2共同參與驅(qū)動；e,當車速低于系統(tǒng)設定值Vtl，電池剩余電量SOC小于S0CL，實際扭矩T小于發(fā)動機最大扭矩時，Cl接合，通過MGl快速啟動發(fā)動機，C2接合，發(fā)動機單獨驅(qū)動車輛行駛，同時通過MGl發(fā)電，給動力電池補充電量；f，當車速低于系統(tǒng)設定值Vtl，電池剩余電量SOC小于S0CL，實際扭矩T大于發(fā)動機最大扭矩但小于發(fā)動機最大扭矩和MG2最大扭矩之和時，Cl接合，通過MGl快速啟動發(fā)動機，C2接合，發(fā)動機通過MGl發(fā)電供給MG2能量，此時發(fā)動機與MG2共同參與驅(qū)動；g，當車輛開啟空調(diào)時制冷模式并且電池SOC低于SOCL時，Cl接合，發(fā)動機經(jīng)MGl 快速啟動，帶動空調(diào)壓縮機實現(xiàn)制冷，車輛無需驅(qū)動時，C2斷開；制熱模式下Cl接合，發(fā)動機經(jīng)MGl快速啟動，由發(fā)動機供能，實現(xiàn)制熱，車輛無需驅(qū)動時，C2斷開。h，當車速超過最大限制車速Vmax時，或者實際所需扭矩T無法滿足時，或者以上控制模式都不滿足時，車輛儀表警示燈閃爍并發(fā)出聲音提醒駕駛員減速。上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進行的各種改進，或未經(jīng)改進直接應用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)，其特征在于，包括發(fā)動機，第一電動/發(fā)電機(MGl)， 第二電動/發(fā)電機(MG》和行星齒輪機構(gòu)，所述發(fā)動機用于提供整車所需部分動力；所述第一電動/發(fā)電機(MGl)通過行星齒輪機構(gòu)連接至發(fā)動機，用于將發(fā)動機的多余能量進行發(fā)電，和/或驅(qū)動汽車前輪；所述第二電動/發(fā)電機(MG》用于驅(qū)動汽車后輪。
2.如權(quán)利要求1所述的電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)，其特征在于，還包括前減速器和后減速器，所述第一電動/發(fā)電機(MGl)通過前減速器連接至前輪，所述第二電動/發(fā)電機 (MG2)通過后減速器連接至后輪。
3.如權(quán)利要求1或2所述的電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)，其特征在于，還包括控制系統(tǒng)和電池系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)分別控制連接第一電動/發(fā)電機(MGl)，第二電動/發(fā)電機(MG2)，電池系統(tǒng)和發(fā)動機，并控制發(fā)動機工作在最佳燃料消耗區(qū)間。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項所述的電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)，其特征在于，還包括動力電池，第一電動/發(fā)電機(MGl)連接至該動力電池并可向其補充電量。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)，其特征在于，第一電動/發(fā)電機(MGl)連接至行星齒輪機構(gòu)的行星齒輪太陽輪，發(fā)動機通過第一離合器(Cl)連接至行星齒輪機構(gòu)的行星架，行星齒輪機構(gòu)的外齒圈作為動力輸出端與第二離合器(C2)連接至前減速器連接。
6.如權(quán)利要求1-5所述電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，采用如下步驟(1)定義電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的運行模式純電動模式，高速模式，四驅(qū)模式和制動模式；(2)當純電動模式下且低速行駛時，采取第二電動/發(fā)電機(MG》驅(qū)動；(3)當純電動模式下且高速行駛時，采取第一電動/發(fā)電機(MGl)和第二電動/發(fā)電機 (MG2)同時驅(qū)動；(4)當高速模式時，發(fā)動機獨立驅(qū)動，并給動力電池充電；(5)當四驅(qū)模式時，發(fā)動機與第二電動/發(fā)電機(MG》共同驅(qū)動，或者發(fā)動機與第一電動/發(fā)電機(MGl)和第二電動/發(fā)電機(MG2)同時驅(qū)動共同驅(qū)動；(6)當制動模式時，通過第一電動/發(fā)電機(MGl)和第二電動/發(fā)電機(MG2)同時驅(qū)動給動力電池充電，實現(xiàn)能量回收。
7.如權(quán)利要求6所述電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，當動力電池的剩余電池電量SOC低于設定值SOCL時，發(fā)動機被啟動。
8.如權(quán)利要求6或7所述電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，所述低速和高速行駛判斷采用如下步驟1)車速傳感器檢測獲得車輛實際行駛速度Vd)與整車設置的速度參考值Vtl，Vfflax進行比較得出其速度為低速或高速。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項所述電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，制動模式下，在車輛制動過程中，制動踏板位置傳感器檢測獲得制動要求，當滿足制動需求的前提下，通過第一電動/發(fā)電機(MGl)和第二電動/發(fā)電機(MG》的反轉(zhuǎn)，實現(xiàn)發(fā)電功能， 給動力電池充電。
10.如權(quán)利要求7所述電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的控制方法，其特征在于，對動力電池的充電過程中，將電池剩余電量與預設的電池荷電高限閥值SOCH比較，只有當電池電量高于SOCH才通過整車控制器控制發(fā)動機及第一電動/發(fā)電機(MGl)停止發(fā)電。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電動四驅(qū)混合動力系統(tǒng)及其控制方法，包括發(fā)動機，第一電動/發(fā)電機(MG1)，第二電動/發(fā)電機(MG2)和行星齒輪機構(gòu)，所述發(fā)動機用于提供整車所需部分動力；所述第一電動/發(fā)電機(MG1)通過行星齒輪機構(gòu)連接至發(fā)動機，用于將發(fā)動機的多余能量進行發(fā)電，和/或驅(qū)動汽車前輪；所述第二電動/發(fā)電機(MG2)用于驅(qū)動汽車后輪。
文檔編號B60K6/20GK102381177SQ20111023681
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者趙君, 陳松先 申請人:奇瑞汽車股份有限公司