CN102381177A - 一种电动四驱混合动力系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动四驱混合动力系统及其控制方法，包括：发动机，第一电动/发电机(MG1)，第二电动/发电机(MG2)和行星齿轮机构，所述发动机用于提供整车所需部分动力；所述第一电动/发电机(MG1)通过行星齿轮机构连接至发动机，用于将发动机的多余能量进行发电，和/或驱动汽车前轮；所述第二电动/发电机(MG2)用于驱动汽车后轮。

Description

一种电动四驱混合动力系统及其控制方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车驱动系统及控制方法领域，具体涉及一种电动四驱混合动力系统及其控制方法。

背景技术

目前，随着国家新能源战略的确立，研发的不断投入，电动汽车的发展前景日益明朗，投入的企业也越来越多。但由于新能源汽车的成本和整车性能距离消费者的实际要求还有一段差距，所以新能源汽车的发展还存在诸多挑战。现有的新能源汽车技术主要集中在混合动力汽车和纯电动汽车领域，在已知技术中，与本发明或实用新型技术效果相似的技术材料有：CN101407173A；它主要的结构是：发动机、第一电动机、第二电动机以及两个行星齿轮机构。但是它的缺点是：结构较复杂，节油和环保效果有限，不能自动调节驱动模式。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型电动四驱混合动力系统及其控制方法，主要结构包括：发动机，第一电动/发电机(MG1)，第二电动/发电机(MG2)，动力电池，行星齿轮机构，前后减速器等；主要驱动源为发动机，通过控制系统使其始终工作在最佳燃料消耗区间，提供所需动力的同时，多余能量经MG1发电，给动力电池补充电量。低速行驶或者需要后轮辅助驱动的时候，系统自动控制(MG2)启动；当剩余电池电量SOC低于设定值SOCL时，发动机被启动。前驱动力系统主要结构为：第一驱动电机与行星齿轮太阳轮连接，发动机与行星架连接，外齿圈作为动力输出端与前驱减速器连接。通过此行星齿轮机构，可实现速比可调节。

纯电动模式下低速行驶采取后轮主电机驱动；纯电动模式下高速行驶采取双电机驱动；高速模式下发动机独立驱动，并给电池充电；四驱模式下发动机与后轮电机共同驱动；四驱模式下发动机与双电机共同驱动；制动时可通过前后轮电机给电池充电，实现能量回收。

具体技术方案如下：

一种电动四驱混合动力系统，包括：发动机，第一电动/发电机(MG1)，第二电动/发电机(MG2)和行星齿轮机构，所述发动机用于提供整车所需部分动力；所述第一电动/发电机(MG1)通过行星齿轮机构连接至发动机，用于将发动机的多余能量进行发电，和/或驱动汽车前轮；所述第二电动/发电机(MG2)用于驱动汽车后轮。

进一步地，还包括前减速器和后减速器，所述第一电动/发电机(MG1)通过前减速器连接至前轮，所述第二电动/发电机(MG2)通过后减速器连接至后轮。

进一步地，还包括控制系统和电池系统，所述控制系统分别控制连接第一电动/发电机(MG1)，第二电动/发电机(MG2)，电池系统和发动机，并控制发动机工作在最佳燃料消耗区间。

进一步地，还包括动力电池，第一电动/发电机(MG1)连接至该动力电池并可向其补充电量。

进一步地，第一电动/发电机(MG1)连接至行星齿轮机构的行星齿轮太阳轮，发动机通过第一离合器(C1)连接至行星齿轮机构的行星架，行星齿轮机构的外齿圈作为动力输出端与第二离合器(C2)连接至前减速器连接。

上述电动四驱混合动力系统的控制方法，采用如下步骤：

(1)定义电动四驱混合动力系统的运行模式：纯电动模式，高速模式，四驱模式和制动模式；

(2)当纯电动模式下且低速行驶时，采取第二电动/发电机(MG2)驱动；

(3)当纯电动模式下且高速行驶时，采取第一电动/发电机(MG1)和第二电动/发电机(MG2)同时驱动；

(4)当高速模式时，发动机独立驱动，并给动力电池充电；

(5)当四驱模式时，发动机与第二电动/发电机(MG2)共同驱动，或者发动机与第一电动/发电机(MG1)和第二电动/发电机(MG2)同时驱动共同驱动；

(6)当制动模式时，通过第一电动/发电机(MG1)和第二电动/发电机(MG2)同时驱动给动力电池充电，实现能量回收。

进一步地，当动力电池的剩余电池电量SOC低于设定值SOCL时，发动机被启动。

进一步地，所述低速和高速行驶判断采用如下步骤：1)车速传感器检测获得车辆实际行驶速度V；2)与整车设置的速度参考值V₀，V_max进行比较得出其速度为低速或高速。

进一步地，制动模式下，在车辆制动过程中，制动踏板位置传感器检测获得制动要求，当满足制动需求的前提下，通过第一电动/发电机(MG1)和第二电动/发电机(MG2)的反转，实现发电功能，给动力电池充电。

进一步地，对动力电池的充电过程中，将电池剩余电量与预设的电池荷电高限阀值SOCH比较，只有当电池电量高于SOCH才通过整车控制器控制发动机及第一电动/发电机(MG1)停止发电。

与目前现有技术相比，本发明采用双电机，纯电动模式采取后轮驱动，前轮驱动通过行星齿轮机构将电机与发动机的能量进行耦合，根据需要，可实现发动机和两个电机的联合驱动，提高了整车总体性能。

附图说明

图1四驱系统整体结构示意图

图2四驱系统能量传递示意图

图3四驱系统控制系统示意图

具体实施方式

下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。

本发明设计的电动四驱系统，整车基本结构可见图1：低速时采取后轮主驱动模式，驱动电机(MG2)与后轮减速器连接，实现整车驱动；前驱结构包含：一台发动机，辅助发电机/电动机(MG1)，行星齿轮机构以及前减速器，此处的关键在于行星齿轮机构的应用，通过行星齿轮机构的耦合作用将发动机和MG1在不同模式下的能量传递给减速器，获得最终的速比，通过传动轴驱动车辆行驶。

行星齿轮机构连接结构图可见图2：MG1与太阳轮连接，发动机通过离合器C1与行星架连接，齿圈作为动力输出端与离合器C2连接，最终通过减速器驱动车辆行驶。

整车系统控制示意图见图3，车速传感器获得车辆实际行驶速度V，与整车设置的速度参考值V₀，V_max进行比较。油门踏板位置传感器，感知用户的启步和加速扭矩需求。制动踏板位置传感器，在车辆制动过程中，当满足制动需求的前提下，通过MG1和MG2的反转，实现发电功能，给动力电池充电。前后轮转速传感器获得前后论的速度差，在四驱模式下就可以通过整车控制器调节前后电机的转速，使前后轮转速相同，减少无为的能量损耗。动力电池有自己的管理系统，可测量剩余SOC电量，并与电池荷电底限阀值SOCL进行比较，当小于SOCL时，发动机启动，通过MG1发电，给电池充电，此外，充电过程中，将电池剩余电量与预设的电池荷电高限阀值SOCH比较，只有当电池电量高于SOCH才通过整车控制器控制发动机及MG1停止发电，这样就避免了电池的频繁充放电，保护了电池，延长了电池的使用寿命。

整车根据设定的条件控制和选择驱动模式，主要工作模式分为：

1、纯电动低速行驶模式

当车速低于系统设定值V₀，电池剩余能量大于设定的SOCL值，车辆驱动所需实际扭矩低于MG2最大扭矩值T_MG2时，动力电池系统通过控制单元供能给MG2，执行电机后驱纯电动模式；此时C1，C2均断开，发动机不工作；

2、纯电动高速双电机工作模式

当车速低于系统设定值V₀，电池剩余能量大于设定的SOCL值，同时实际所需扭矩T小于MG1与MG2的最大扭矩之和时，有三种双电机工作模式：

a，停车起步阶段，此时电池同时给MG1，MG2供电，C2接合，双电机同时提供低速大扭矩的能量给前后轮，使整车快速起步，之后采取MG2单独驱动；

b，当实际所需扭矩T大于MG2的最大输出扭矩T_MG2，，MG1启动，C2接合，双电机驱动；

c，当后轮出现超过设定时间t打滑时，MG1启动，C2接合，MG1和MG2共同驱动；使后轮脱离打滑后，恢复MG2单独驱动；

3、混合动力模式

发动机参与能量供给存在以下情况：

a，当车速高于系统设定值V₀，小于整车设定最大限制车速V_max，实际扭矩T小于发动机最大扭矩T_engine时，电池给MG1供能，C1接合，通过MG1快速启动发动机，C2接合，发动机单独驱动，此时控制发动机在最佳燃料消耗区间进行工作，满足驱动需求的前提下，多余能量通过MG1发电给电池补充电量；

b，当车速高于系统设定值V₀，小于整车设定最大限制车速V_max，电池剩余电量SOC大于SOCL，实际扭矩T大于发动机最大扭矩T_engine并小于发动机最大扭矩T_engine和MG1最大扭矩T_MG1之和时，电池给MG1供能，C1接合，通过MG1快速启动发动机，C2接合，发动机与MG1共同参与驱动；

c，当车速高于系统设定值V₀，小于整车设定最大限制车速V_max，电池剩余电量SOC大于SOCL，实际扭矩T大于发动机最大扭矩T_engine和MG1最大扭矩T_MG1之和但小于发动机最大扭矩T_engine加MG1最大扭矩T_MG1以及MG2最大扭矩T_MG2之和时，电池给MG1供能，C1接合，通过MG1快速启动发动机，C2接合，电池同时给MG2供能，根据前后轮转速传感器，控制MG1，MG2转速，使前后轮转速相同，此模式下发动机与MG1，MG2共同参与驱动；

d，当车速低于系统设定值V₀，电池剩余电量SOC大于SOCL，实际扭矩T大于MG1与MG2的最大扭矩之和并小于发动机最大扭矩加MG1最大扭矩以及MG2最大扭矩之和时，C1接合，通过MG1快速启动发动机，C2接合，发动机与MG1和MG2共同参与驱动；

e，当车速低于系统设定值V₀，电池剩余电量SOC小于SOCL，实际扭矩T小于发动机最大扭矩时，C1接合，通过MG1快速启动发动机，C2接合，发动机单独驱动车辆行驶，同时通过MG1发电，给动力电池补充电量；

f，当车速低于系统设定值V₀，电池剩余电量SOC小于SOCL，实际扭矩T大于发动机最大扭矩但小于发动机最大扭矩和MG2最大扭矩之和时，C1接合，通过MG1快速启动发动机，C2接合，发动机通过MG1发电供给MG2能量，此时发动机与MG2共同参与驱动；

g，当车辆开启空调时：制冷模式并且电池SOC低于SOCL时，C1接合，发动机经MG1快速启动，带动空调压缩机实现制冷，车辆无需驱动时，C2断开；制热模式下C1接合，发动机经MG1快速启动，由发动机供能，实现制热，车辆无需驱动时，C2断开。

h，当车速超过最大限制车速V_max时，或者实际所需扭矩T无法满足时，或者以上控制模式都不满足时，车辆仪表警示灯闪烁并发出声音提醒驾驶员减速。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电动四驱混合动力系统，其特征在于，包括：发动机，第一电动/发电机(MG1)，第二电动/发电机(MG2)和行星齿轮机构，所述发动机用于提供整车所需部分动力；所述第一电动/发电机(MG1)通过行星齿轮机构连接至发动机，用于将发动机的多余能量进行发电，和/或驱动汽车前轮；所述第二电动/发电机(MG2)用于驱动汽车后轮。

2.如权利要求1所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于，还包括前减速器和后减速器，所述第一电动/发电机(MG1)通过前减速器连接至前轮，所述第二电动/发电机(MG2)通过后减速器连接至后轮。

3.如权利要求1或2所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于，还包括控制系统和电池系统，所述控制系统分别控制连接第一电动/发电机(MG1)，第二电动/发电机(MG2)，电池系统和发动机，并控制发动机工作在最佳燃料消耗区间。

4.如权利要求1-3中任一项所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于，还包括动力电池，第一电动/发电机(MG1)连接至该动力电池并可向其补充电量。

5.如权利要求1-4中任一项所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于，第一电动/发电机(MG1)连接至行星齿轮机构的行星齿轮太阳轮，发动机通过第一离合器(C1)连接至行星齿轮机构的行星架，行星齿轮机构的外齿圈作为动力输出端与第二离合器(C2)连接至前减速器连接。

6.如权利要求1-5所述电动四驱混合动力系统的控制方法，其特征在于，采用如下步骤：

(1)定义电动四驱混合动力系统的运行模式：纯电动模式，高速模式，四驱模式和制动模式；

(2)当纯电动模式下且低速行驶时，采取第二电动/发电机(MG2)驱动；

(3)当纯电动模式下且高速行驶时，采取第一电动/发电机(MG1)和第二电动/发电机(MG2)同时驱动；

(4)当高速模式时，发动机独立驱动，并给动力电池充电；

(5)当四驱模式时，发动机与第二电动/发电机(MG2)共同驱动，或者发动机与第一电动/发电机(MG1)和第二电动/发电机(MG2)同时驱动共同驱动；

(6)当制动模式时，通过第一电动/发电机(MG1)和第二电动/发电机(MG2)同时驱动给动力电池充电，实现能量回收。

7.如权利要求6所述电动四驱混合动力系统的控制方法，其特征在于，当动力电池的剩余电池电量SOC低于设定值SOCL时，发动机被启动。

8.如权利要求6或7所述电动四驱混合动力系统的控制方法，其特征在于，所述低速和高速行驶判断采用如下步骤：1)车速传感器检测获得车辆实际行驶速度V；2)与整车设置的速度参考值V₀，V_max进行比较得出其速度为低速或高速。

9.如权利要求6-8中任一项所述电动四驱混合动力系统的控制方法，其特征在于，制动模式下，在车辆制动过程中，制动踏板位置传感器检测获得制动要求，当满足制动需求的前提下，通过第一电动/发电机(MG1)和第二电动/发电机(MG2)的反转，实现发电功能，给动力电池充电。

10.如权利要求7所述电动四驱混合动力系统的控制方法，其特征在于，对动力电池的充电过程中，将电池剩余电量与预设的电池荷电高限阀值SOCH比较，只有当电池电量高于SOCH才通过整车控制器控制发动机及第一电动/发电机(MG1)停止发电。

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