一种四驱结构的地面耦合混合动力装置及其控制方法与流程

本发明涉及混合动力系统，具体涉及一种四驱结构的地面耦合混合动力装置及其控制方法。

背景技术：

目前，国外美军、俄罗斯、欧洲各国等普遍把混合动力电驱动平台作为下一代军用多轴驱动重型车辆驱动系统平台发展方向，这与民用车辆领域，各国政府、企业、研究机构大力发展以电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为主的新能源汽车的世界车辆发展趋势相符，但以此目的研究开发的重型车辆对驾驶员驾驶意图进行识别简单的处理，表现在，体现驾驶意图的加速踏板和制动踏板开度简单的进行线性化处理，甚至有些混合动力汽车制动踏板开度采用开关处理(0，表示没有减速，1，表示减速)，无法准确识别驾驶意图，无法准确确定当前驾驶员对混合动力系统的功率和转矩需求，导致能量管理策略的模式选择和各动力总成驱动转矩分配不合理，驾驶员需要重新修正踏板以到达其驾驶目的，能量管理策略根据驾驶员意图的变化重新调整驱动模式和转矩分配，如此循环，反映在整车上就是驾驶性不好，驱动模式的频繁切换和能量分配的不合理，混合动力系统的效率下降和整车油耗的增加。

技术实现要素：

本发明提供一种四驱结构的地面耦合混合动力装置，目的是解决现有混合动力装置不能根据驾驶意图控制分配驱动力，发动机能源消耗过大等问题。

本发明提供一种四驱结构的地面耦合混合动力装置的控制方法，目的提供一种能够根据驾驶意图控制电机开关，在不同驾驶意图下根据整车实际需求合理分配驱动力，整车机动能力更强的混合动力的特点。

本发明是这样实现的：

一种四驱结构的地面耦合混合动力装置，包括：

发动机电机，其具有贯穿式的输出轴，所述输出轴的一端连接变速箱，另一端连接离合器；

驱动电机，其输出轴连接后桥，输出动力驱动车辆后桥；

其中，所述发动机电机与所述驱动电机能够单独或组合一起与发动机同时为车辆提供动力；

发动机，其输出轴连接离合器；

变速箱，其输出轴连接前桥，输出动力驱动车辆前桥；

监测装置，其用于采集车速，车轮转速以及油门踏板角度的数据；

主控机，其与所述监测装置连接，用于对所述数据进行分析处理后确定驾驶员加速驾驶意图，对车辆进行控制。

优选的是，所述主控机与所述监测装置通过can总线进行数据传输。

优选的是，所述变速箱为五档以上的变速箱。

优选的是，所述前桥和所述后桥，都分别具有减速装置。

优选的是，在动力输出到后桥的动力路径上，还设置有中央差速器，其用于消除驱动轮的滑动现象。

优选的是，还包括：蓄电池，其与所述发动机电机及所述驱动电机电联。

一种四驱结构的地面耦合混合动力装置的控制方法，

采集监测数据，包括：车速、车轮转速以及油门踏板角度；

将所述数据通过can总线通信电路传输至主控机；

所述主控机对所述监测数据进行实时分析处理，确定驾驶员的加速驾驶意图，其采用模糊控制模型，包括如下步骤：

步骤一、分别将车速、车轮转速以及车轮滑移率转换为模糊论域中的量化等级；将所述车速以及所述车轮转速输入模糊控制模型，均分为5个等级，模糊控制模型输出为车轮滑移率，分为5个等级；

步骤二、分别将车轮滑移率、油门踏板角度百分比以及加速驾驶意图转换为模糊论域中的量化等级；将所述车轮滑移率以及所述油门踏板角度百分比输入模糊控制模型，均分为5个等级，模糊控制模型输出为加速驾驶意图，分为5个等级；

步骤三、根据所述加速驾驶意图控制发动机、发动机电机以及驱动电机的开启和关闭；

其中，所述车速的论域为[0，100]，所述车轮转速的论域为[0，1000]，所述车轮滑移率为[1，0]，所述油门踏板角度百分比为[0，1]，所述加速驾驶意图[0，1]，设量化因子均为1，设定所述加速驾驶概率的阈值为0.53～0.56中的一个值。

优选的是，所述车速的模糊集为{zo，ps，pm，pb，pvb}，所述车轮转速的模糊集为{zo，ps，pm，pb，pvb}，所述车轮滑移率的模糊集为{b，mb，m，sm，s}，所述油门踏板角度百分比的模糊集为{s，sm，m，mb，b}，所述加速驾驶意图的模糊集为{n，nm，m，ml，l}；隶属函数均选用三角函数。

优选的是，所述模糊控制模型的控制规则为：

如果车轮滑移率为s，油门踏板角度百分比为mn或b，则加速驾驶意图为l，此时所述主控机控制所述发动机电机开启，所述驱动电机关闭，对整车进行驱动；

如果车轮滑移率为mn或b，油门踏板角度百分比为s，则加速驾驶意图为n，此时所述主控机控制所述驱动电机开启，所述发动机电机关闭，对整车进行驱动；

如果加速驾驶意图为n或nm，则所述主控机开启所述驱动电机，关闭所述发动机电机；如果加速驾驶意图为ml或l，则所述主控机关闭所述驱动电机，开启所述发动机电机；如果加速驾驶意图为m，则该加速驾驶意图为阈值。

优选的是，采用如下公式解模糊判决，计算其中，f(v)为偏移函数，式中，v为车速，ω为车轮转速，r为车轮半径，s为车轮滑移率，β为油门踏板角度，β′为油门踏板未踩踏时完全开合角度。

本发明的有益效果是：通过监测装置和主控机，使车辆能够根据驾驶意图控制电机开关，具有在不同驾驶意图下合理分配驱动力，整车机动能力更强的混合动力的特点。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述四驱结构的地面耦合混合动力装置的结构示意图。

图2为本发明所述车速的隶属函数。

图3为本发明所述车轮转速的隶属函数。

图4为本发明所述车轮滑移率的隶属函数。

图5为本发明所述油门踏板角度百分比的隶属函数。

图6为本发明所述加速驾驶意图的隶属函数。

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，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

如图1所示，本发明提供了一种四驱结构的地面耦合混合动力装置，其主体结构包括：发动机电机121、驱动电机122、发动机110、变速箱130、监测装置以及主控机300；其中，发动机电机121具有贯穿式的输出轴，输出轴的一端连接变速箱130，另一端连接离合器140，驱动电机122输出轴连接后桥220，输出动力驱动车辆后桥220，并且发动机电机121与驱动电机122能够单独或组合一起与发动机同时为车辆提供动力，发动机110输出轴连接离合器140，变速箱130输出轴连接前桥210，输出动力驱动车辆前桥210，监测装置包括车速传感器410、车轮转速传感器420以及油门踏板角度传感器430，车速传感器410用于采集车速，车轮转速传感器420用于采集车轮转速以及油门踏板角度传感器430用于采集油门踏板角度的数据，主控机300与分别与车速传感器410、车轮转速传感器420以及油门踏板角度传感器430连接，用于对数据进行分析处理后确定驾驶员加速驾驶意图，对发动机电机121以及驱动电机122进行控制。

在另一种实施例中，还包括：蓄电池组123，其与发动机电机121以及驱动电机122电联，用于对发动机电机121以及驱动电机122供电，同时也可以通过发电机自身输出功率的同时储存能量，达到充放电一体的效果。

在另一种实施例中，发动机110与发动机电子控制单元310电联，发动机电机121与发动机电机电子控制单元320电联，变速箱130与变速箱电子控制单元330电联，蓄电池组123与蓄电池组电子控制单元340电联，驱动电机122与驱动电机电子控制单元350电联，主控机300与与车速传感器410、车轮转速传感器420以及油门踏板角度传感器430均通过can总线进行数据传输，主控机300同时与发动机电子控制单元310、发动机电机电子控制单元320、变速箱电子控制单元330、蓄电池组电子控制单元340以及驱动电机电子控制单元350通过can总线进行数据传输，通过对数据进行分析处理后确定驾驶员加速驾驶意图进而对车辆进行控制。

在另一种实施例中，变速箱130为五档以上的变速箱。

在另一种实施例中，前桥210及后桥220都分别具有减速装置。

在另一种实施例中，在动力输出到后桥220的动力路径上，设置有中央差速器，在具有不同的输入角速度时，其用于消除驱动轮的滑动现象。

在另一种实施例中，在特定情况下，能够用于反侦查战术要求，关闭发动机，整车由驱动电机122驱动，静默低速行驶，最高纯电动行驶里程大于25km，可以有效避开敌方目前主要通过红外雷达探测热源的侦查系统，使整车反侦察能力更强。

在另一种实施例中，在用于整车动力性需求较大时，特别是高原地区，空气稀薄，发动机功率下降时，可以通过主控机300控制发动机110、发动机电机121以及驱动电机122协同输出动力，整车动力性不会因为高原环境下降，整车动力性更好。

本发明提供了一种四驱结构的地面耦合混合动力装置的控制方法，包括如下步骤：

步骤一、通过车速传感器410、车轮转速传感器420以及油门踏板角度传感器430分别采集监测数据，包括：车速、车轮转速以及油门踏板角度；

步骤二、将车速、车轮转速以及油门踏板角度数据通过can总线通信电路传输至主控机300；

步骤三、主控机300对车速、车轮转速以及油门踏板角度监测数据进行实时分析处理，采用模糊控制模型确定驾驶员的加速驾驶意图，具体包括如下：

分别将车速v、车轮转速ω以及车轮滑移率s转换为模糊论域中的量化等级；将车速v以及车轮转速ω输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为车轮滑移率s；分别将车轮滑移率s、油门踏板角度百分比以及加速驾驶意图转换为模糊论域中的量化等级；将车轮滑移率s以及油门踏板角度百分比输入模糊控制模型，模糊控制模型输出为加速驾驶意图，进而确定加速驾驶意图，主控机300根据加速驾驶意图对发动机电机121以及驱动电机122进行控制，加速驾驶意图的阈值为0.53～0.56中的一个值，如果加速驾驶意图达到设定阈值，主控机300判断为高速加速驾驶意图，发动机电机121启动，驱动电机122关闭，此时由发动机电机121与发动机110协同进行整车驱动；如果加速驾驶意图未达到设定阈值，主控机300判断为低速加速驾驶意图，发动机电机121关闭，驱动电机122启动，此时由驱动电机122与发动机对协同进行整车控制；在本实施例中，为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复实验，将阈值确定为0.54。

车速v的变化范围为[0，100]，车轮转速ω的变化范围为[0，1000]，设定量化因子都为1，因此车速v以及车轮转速ω的论域分别为[0，100]和[0，1000]，车轮滑移率s的变化范围为[1，0]，设定比例因子也为1，因此车轮滑移率s的论域为[1，0]，油门踏板角度百分比的变化范围为[0，1]，设定量化因子为1，因此油门踏板角度百分比的论域为[0，1]，加速驾驶意图的论域为[0，1]；为了保证控制的精度，使其在不同的环境下都能够很好地进行控制，根据反复试验，最终将车速v的变化范围分为5个等级，模糊集为{zo，ps，pm，pb，pvb}，zo表示零，ps表示低速，pm表示中速，pb表示高速，pvb表示极高速；将车轮转速ω的变化范围分为5个等级，模糊集为{zo，ps，pm，pb，pvb}，zo表示零，ps表示低速，pm表示中速，pb表示高速，pvb表示极高速；车轮滑移率s的变化范围分为5个等级，模糊集为{b，mb，m，sm，s}，b表示大，mb表示较大，m表示中等，sm表示较小，s表示小；油门踏板角度百分比的变化范围分为5个等级，模糊集为{s，sm，m，mb，b}，s表示小，sm表示较小，m表示中等，mb表示较大，b表示大；加速驾驶意图的变化范围分为5个等级，模糊集为{n，nm，m，ml，l}，n表示低速加速，nm表示较低加速，m表示中等加速，ml表示较高加速，l表示高速加速；隶属函数均选用三角形隶属函数，如图2～6所示。

模糊控制模型的控制规则选取经验为：

如果车轮滑移率s为小，油门踏板角度百分比为较大或大，则加速驾驶意图为高速加速，此时主控机300控制发动机电机121开启，驱动电机122关闭，此时由发动机电机121与发动机110协同进行整车驱动；

如果车轮滑移率s为大或较大，油门踏板角度百分比为小，则加速驾驶意图为低速加速，此时主控机300控制驱动电机122开启，发动机电机121关闭，此时由驱动电机122与发动机对协同进行整车控制；

也就是说，如果加速驾驶意图为“较低加速或低速加速”，则主控机300开启驱动电机122，关闭发动机电机121；如果加速驾驶意图为“较高加速或高速加速”，则主控机300关闭驱动电机122，开启发动机电机121；如果加速驾驶意图为“中等加速”，则该加速驾驶意图为阈值，此种情况，如果车速、车轮转速以及油门踏板角度稍有变化，则必然会有不同电机开启关闭的切换。

具体的模糊控制规则如表1、表2所示。

表1模糊控制规则

表2模糊控制规则

在另一种实施例中对于离散论域的情况,在模糊控制模型中采用如下公式进行解模糊，进而得到加速驾驶意图的模糊调整控制表；系统通过模糊控制调整表的在线查询，进而实现控制，它以控制作用论域上的点u∈u，对控制作模糊集的隶属度u(u)为权系数进行加权平均后进行偏移函数的调整，而求得模糊结果；其中，f(v)为偏移函数，其通过实验数据整理得出，式中，v为车速，单位为km/h，ω为车轮转速，单位为rad/min，r为车轮半径，单位为m，s为车轮滑移率，β为油门踏板角度，β′为油门踏板未踩踏时完全开合角度，在线运行过程中，通过危机测控系统不断的检测系统的输出响应值，实时车速、车轮转速、车轮滑移率以及油门踏板角度百分比，通过查询模糊调整查询表以及偏移函数的设置完成对参数的调整，从而保证了系统输出加速驾驶意图的稳定性，参数是通过系统检测输出响应值，再及时车速、车轮转速、车轮滑移率以及油门踏板角度百分比，最后查询fuzzy调整查询表完成调整。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明中混合动力装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。