一种四驱混合动力系统及其控制方法与流程

本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种四驱混合动力系统及其控制方法。

背景技术：

混合动力汽车领域具备各种结构的车型，按混合强度区分，可以分为：弱混、中混和强混。其中弱混主要指BSG结构的混合动力，即为发动机加一个启动电机，该启动电机具有协助启动发动机和自动停机及滑行回收等功能，节油率约为5%；中混主要包括加入ISG电机或者再加入一个小功率的后驱电机等，除了能实现弱混的功能以外，还能实现低速纯电功能。上述的混合动力一般都是属于两驱混合动力，当车辆前轮一侧涉水或者涉冰处于打滑时，车辆容易失控，而且两驱混合动力车辆在泞泥路面行驶时也容易因驱动轮陷入泥潭导致车辆受困。

基于一般混合动力汽车为两驱的现状，遇见附着不好的路面会出现打滑现象。FF车型会因为轮子的空转而转向不足，偏离了弯道，而FR车型则会甩尾。如果采用传统四驱车构造的混合动力系统，由于存在中央差速器等结构，会导致结构复杂、成本高等问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够改善车辆的动力加速性、燃油经济性、行驶稳定性，并且结构简单的四驱混合动力系统及其控制方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种四驱混合动力系统，包括：

前轴驱动总成和后轴驱动总成，前轴驱动总成包括同轴相连的发动机、ISG电机以及变速箱，后轴驱动总成包括同轴相连的后轴电机和差减速器，ISG电机与第一电机控制器电连接，后轴电机与第二电机控制器电连接，第一电机控制器和第二电机控制器均与动力电池电连接；

整车控制器，分别与第一电机控制器、第二电机控制器、电池管理系统以及发动机管理系统信号连接，用于根据车辆行驶工况和车辆传感器数值，对前轴驱动总成和后轴驱动总成进行扭矩分配。

其中，所述与后轴电机同轴相连的差减速器具有大减速比。

其中，所述整车控制器与第一电机控制器、第二电机控制器、电池管理系统以及发动机管理系统均通过CAN总线交互通讯。

其中，所述四驱混合动力系统为四驱插电式混合动力系统。

其中，所述整车控制器还用于根据车辆行驶工况和车辆传感器数值选择纯电动模式、增程模式或混动模式。

本发明还提供一种四驱混合动力系统的控制方法，包括：

整车控制器VCU向ISG电机发送扭矩请求指令，ISG电机输出扭矩启动发动机；

VCU根据动力电池当前SOC值，控制发动机停机，由后轴电机进行起步驱动；

VCU根据当前油门深度、SOC值和车速，计算当前整车驱动扭矩需求，在SOC值高于某一阈值并且在后轴电机能够满足的功率范围内，将扭矩全部分配给后轴电机，由后轴电机进行行驶驱动。

其中，如果当前SOC值大于或等于自动停机阈值时，发动机进入自动停机状态，VCU根据驾驶员的油门深度计算驾驶员扭矩请求，将驾驶员扭矩请求发送给第二电机控制器，由后轴电机进行起步驱动，车辆进入纯电动模式。

其中，如果当前SOC值低于自动停机阈值时，由ISG电机进行发电，后轴电机进行起步驱动，车辆进入增程模式。

其中，如果后轴电机的功率不能满足驾驶员的扭矩需求，VCU将启动发动机，车辆进入混动模式，发动机将多余的扭矩用于发电，如果扭矩仍不足，由后轴电机输出不足部分的扭矩进行辅助；如果发动机和后轴电机的扭矩都不能满足驾驶员扭矩需求时，由ISG电机输出扭矩进行辅助。

其中，VCU接收到强制纯电动信号时，判断当前SOC值是否大于强制纯电动阈值，如果是，VCU将扭矩只分配给后轴电机。

其中，所述强制纯电动阈值大于所述自动停机阈值，所述自动停机阈值为一迟滞环[第二自动停机阈值，第一自动停机阈值]。

其中，所述第一自动停机阈值设置为25%-30%，所述第二自动停机阈值设置为15%-25%。

其中，车辆在进行制动或者滑行时，VCU根据车速及制动踏板深度，给后轴电机发送负扭矩，进行制动及滑行能量回收。

本发明实施例的四驱混合动力系统及其控制方法，结构简单、成本相对低廉，车辆前后轴的动力分配是整车控制器VCU根据车辆的当前的工况智能分配的，前后轴能够独立进行驱动，车辆的循迹性能更好，能够改善车辆的动力加速性、燃油经济性、行驶稳定性和车辆对行驶环境适应性，车辆的通过性能更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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是本发明实施例一四驱混合动力系统的结构示意图。

图2是本发明实施例中车辆行驶模式选择示意图。

图3是本发明实施例二四驱混合动力系统的控制方法的流程示意图。

具体实施方式

以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

请参照图1所示，本发明实施例提供一种四驱混合动力系统，包括：

前轴驱动总成和后轴驱动总成，前轴驱动总成包括同轴相连的发动机、ISG电机以及变速箱，后轴驱动总成包括同轴相连的后轴电机和差减速器，ISG电机与第一电机控制器电连接，后轴电机与第二电机控制器电连接，第一电机控制器和第二电机控制器均与动力电池电连接；

整车控制器，分别与第一电机控制器、第二电机控制器、电池管理系统以及发动机管理系统信号连接，用于根据车辆行驶工况和车辆传感器数值，对前轴驱动总成和后轴驱动总成进行扭矩分配。

其中，与后轴电机同轴相连的差减速器具有大减速比。

上述混合动力系统的优点是结构简单、成本相对低廉、燃油经济性高的特点，而且前后轴能够独立进行驱动，能够根据车辆行驶工况进行智能化地分配扭矩，在整车控制和系统集成方面更适合产业化生产。

根据图1所示，本发明实施例在起动发电一体机ISG（Integrate starter/generator）四驱混合动力汽车（E4WD）的基础上，加入了一个后轴电机（Electric Rear Axle Drive Motor，或称ERAD电机），该后轴电机通过具有大减速比的差减速器与后轴相连。图中MCU为电机控制器（Motor Control Unit），其中，ISG电机由第一电机控制器MCU1控制，后轴电机由第二电机控制器MCU2控制，动力电池由电池管理系统BMS（Battery Management System）控制，MCU1、MCU2、BMS和发动机管理系统EMS都与整车控制器VCU（Vehicle Control System）通过CAN总线交互通讯，由整车控制器VCU进行车辆的监控、驾驶员扭矩请求计算和扭矩前后轴分配等。

本发明实施例应用于四驱混合动力汽车，可以采用插电式混合动力（PHEV）和非插电式混合动力（HEV）。如果采用插电式混合动力，其电池容量和后轴电机功率可以加大，后轴电机可以更多地参与驱动，此类混合动力系统可以归属为强混；如果采用非插电式混合动力，其电池容量和后轴电机功率将比较小，后轴电机的输出主要用于车辆起步、换挡辅助及全油门加速辅助等少数工况，归属为中混。本实施例优选应用于插电式混合动力，因归属于强混系列，能有效地保证车辆的后轴驱动的动力性。

本发明是通过整车控制器VCU根据车辆行驶工况和车辆传感器数值进行前后轴的扭矩分配。在各个工况下，例如：车辆启动、车辆起步、车辆正常行驶、制动滑行回收、驾驶员强制纯电动等，VCU都自动进行扭矩分配给前后轴。也即是说，VCU可以智能地选择车辆的行驶模式，在不牺牲动力性的情况下，达到最佳的经济性，其模式选择示意图如图2所示，具体包括如下几个方面：

1、车辆启动

与传统车12V启动马达启动发动机不同，本发明采用ISG电机启动发动机。VCU给ISG电机发送扭矩请求指令，ISG电机输出扭矩，将发动机拉升到较高转速便开始喷油，从而完成发动机的启动。通过ISG电机启动发动机，改善了传统车启动时油耗大和排放差的问题，能有效地提升燃油经济性和改善排放。

2、车辆起步

车辆启动完成后，发动机自学习和完成尾气催化剂加热等相关功能后，VCU根据当前SOC值，决定发动机是否进入自动停机状态。如果SOC值大于或等于某一阀值时，发动机进入自动停机状态，VCU根据驾驶员的油门深度计算驾驶员扭矩请求，将驾驶员扭矩请求发给第二电机控制器MCU2，让后轴电机进行起步驱动，车辆进入纯电动模式；如果SOC值低于某一阀值时，也是由后轴电机进行起步驱动，但此时车辆是增程模式，即由ISG电机进行发电，后轴电机进行驱动的串联式混动模式。起步模式下，只有后轴电机进行工作，如果电池SOC值比较低，由ISG电机给动力电池充电，动力电池给后轴电机进行供电。发动机停机纯电动起步，但车速上来后，发动机还是会启动进行发电的。

3、车辆的驱动

车辆完成起步，进入正常的驾驶时，VCU根据当前油门深度、SOC值和车速，计算当前的整车驱动扭矩需求，并实时监控后轴电机的扭矩输出能力。在SOC值高的时候，在后轴电机能够满足的功率范围内，VCU将扭矩全部分配给后轴电机，让后轴电机进行驱动，来满足整车的扭矩需要，发动机仍处于停机状态，车辆处于纯电动行驶；如果后轴电机的功率不能满足驾驶员的扭矩需求时，VCU将启动发动机，车辆进入混动模式，发动机将工作在高效率区间，将多余的扭矩用于发电，如果扭矩仍不足，由后轴电机输出不足部分的扭矩进行辅助。

4、强制纯电动

驾驶员可以根据自己的喜好通过EV-On按钮可以实现强制纯电动行驶，此时，只要在SOC大于一定值的情况下，VCU不限制驾驶员的油门深度和车速，VCU只将扭矩分配给后轴电机，车辆实现纯电动行驶。纯电动行驶具有起步动力性强、动力响应快和噪音低等优点，驾驶员可以充分享受纯电动车的乐趣。在本实施例中采用大功率后轴电机和高容量动力电池的情况下，车辆纯电续航里程可以达到50km，纯电动最高车速可以到130km/h。

与起步阶段不同，纯电行驶对SOC值的要求比较高，一般需要30%以上的SOC值才能满足纯电行驶的要求；而起步阶段，SOC值一般只需要大于20%就可以实现。

5、制动及滑行回收

车辆在进行制动或者滑行时，VCU将根据车速及制动踏板深度，给后轴电机发送负扭矩，进行制动及滑行能量回收，通过回收能量可以有效地改善燃油经济性。

请再结合图3所示，本发明实施例二提供一种如本发明实施例一所述的四驱混合动力系统的控制方法，包括：

整车控制器VCU向ISG电机发送扭矩请求指令，ISG电机输出扭矩启动发动机；

VCU根据动力电池当前SOC值，控制发动机停机，由后轴电机进行起步驱动；

VCU根据当前油门深度、SOC值和车速，计算当前整车驱动扭矩需求，在SOC值高于某一阈值并且在后轴电机能够满足的功率范围内，将扭矩全部分配给后轴电机，由后轴电机进行行驶驱动。

如前所述，由后轴电机进行起步驱动包含两种情况：如果SOC值大于或等于自动停机阈值时，发动机进入自动停机状态，VCU根据驾驶员的油门深度计算驾驶员扭矩请求，将驾驶员扭矩请求发给第二电机控制器MCU2，由后轴电机进行起步驱动，车辆进入纯电动模式；如果SOC值低于自动停机阈值时，也是由后轴电机进行起步驱动，但此时车辆是增程模式，即由ISG电机进行发电，后轴电机进行驱动的串联式混动模式。需要说明的是，本实施例中，自动停机阈值为一个迟滞环[第二自动停机阈值，第一自动停机阈值]，其中，第一自动停机阈值设置为25%-30%，所述第二自动停机阈值设置为15%-25%。将自动停机阈值设置为一个迟滞环的目的在于避免发动机一直启动和停止来回工作。为叙述简便，以第一自动停机阈值设置为25%，第二自动停机阈值设置为20%，即迟滞环为[20%，25%]为例，当SOC值在25%以上（大于第一自动停机阈值）时，发动机停机，SOC值进入迟滞环后，例如变为23%，发动机将仍保持停机状态；低于20%时（第二自动停机阈值）发动机启动，SOC值进入迟滞环后，例如SOC值回升到23%，发动机仍保持启动状态。如果没有迟滞环控制的话，例如直接将25%作为发动机自动停机阈值的话，那么SOC值在25%以上时，发动机停机，当SOC值下降到25%以下时发动机又会启动，进行发电；发电后SOC值又回升到25%以上，发动机又停机，这样就会造成发动机一直启动和停止来回工作。

车辆完成起步，进入正常的驾驶时，VCU将扭矩全部分配给后轴电机，让后轴电机进行驱动，来满足整车的扭矩需要，发动机仍处于停机状态，车辆处于纯电动行驶。如果后轴电机的功率不能满足驾驶员的扭矩需求时，VCU将启动发动机，车辆进入混动模式，发动机将工作在高效率区间，将多余的扭矩用于发电，如果扭矩仍不足，由后轴电机输出不足部分的扭矩进行辅助。如果发动机和后轴电机的扭矩都不能满足驾驶员扭矩需求时，由ISG电机输出扭矩进行辅助。

如果驾驶员希望强制纯电动行驶，则可以通过按下EV-On按钮实现。VCU接收到EV-On按钮的信号，并判断当前SOC值是否大于强制纯电动阈值，如果是，VCU将不限制驾驶员的油门深度和车速，将扭矩只分配给后轴电机，车辆实现纯电动行驶。如前所述，由于纯电行驶对SOC值的要求比较高，本实施例中强制纯电动阈值大于起步阶段自动停机阈值。此外，车辆在进行制动或者滑行时，VCU将根据车速及制动踏板深度，给后轴电机发送负扭矩，进行制动及滑行能量回收，通过回收能量可以有效地改善燃油经济性。

本发明实施例的四驱混合动力系统及其控制方法，结构简单、成本相对低廉，车辆前后轴的动力分配是整车控制器VCU根据车辆的当前的工况智能分配的，前后轴能够独立进行驱动，车辆的循迹性能更好，能够改善车辆的动力加速性、燃油经济性、行驶稳定性和车辆对行驶环境适应性，车辆的通过性能更好。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。