本发明涉及一种重型运输车分布式混合动力系统及动力切换方法，属于车辆动力技术领域。
背景技术：
现有的重型运输车的驱动方式比较单一，驱动功率主要是依靠牵引车中单一的动力燃油发动机，而受限于燃油品质和发动机结构原理，通过改善燃油特性来进一步提升发动机驱动功率的空间很小，而作为对比的是现代的运输日趋大型化、重型化的发展趋势，运输车辆对大功率、高可靠驱动系统的技术需求越发的凸显。例如在军用运输车和矿山运输车领域，需要的运输能力达到几百吨，所以单纯的提高燃油品质或者改变发动机结构几乎无法实现。
重型运输车的功率约为普通车辆的百倍，其能源消耗量和废气排放量也非常惊人，由此造成的污染加剧问题不可忽视。如果可以在增加动力的同时改善车辆热效率和废气排放，那么产生的综合效益将非常可观。
技术实现要素：
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种重型运输车分布式混合动力系统及动力切换方法，保证较大动力的同时提高了车辆的燃油经济性、降低了油耗、减少了污染。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种重型运输车分布式混合动力系统，包括牵引车驱动系统，还包括挂车驱动系统；
牵引车驱动系统包括牵引车驱动器、牵引车电动机、耦合装置、变速箱、牵引车发动机、驱动桥、驱动轮、电池组系统和整车控制器ecu，驱动桥、牵引车电动机、变速箱均与耦合装置连接，牵引车驱动器与牵引车电动机连接，牵引车发动机与变速箱连接，驱动桥两端与驱动轮连接，牵引车驱动器、牵引车发动机均与整车控制器ecu电连接；
挂车驱动系统包括电池组系统、发电机、挂车发动机、挂车控制器和轮毂电机，挂车发动机与发电机电连接，发电机、挂车控制器均与电池组系统电连接，挂车控制器与轮毂电机电连接；电池组系统、发电机、挂车发动机、挂车控制器均与整车控制器ecu电连接。
进一步的，所述的轮毂电机数量为不小于二的偶数个，挂车控制器数量与轮毂电机数量相等，每一个挂车控制器分别与一个轮毂电机电连接。
进一步的，所述的轮毂电机分布在挂车的左右两侧，两侧数量相等，每一侧的与轮毂电机连接的挂车控制器依次串联。
进一步的，所述的挂车驱动系统采用轮毂电机并采用无刷直流轮毂电机控制器作为挂车控制器用以调控轮毂电机。
一种重型运输车动力切换方法，所述的重型运输车动力分为四种驱动模式，分别为启动阶段驱动模式，空载阶段驱动模式，轻、中载阶段驱动模式，重载阶段驱动模式；
首先整车控制器ecu的加速踏板位置传感器将采集驾驶员踏板开度信号并将其转换为0-100％的加速踏板开度信号并根据加速踏板开度信号和车速信号查表得到驾驶员需求转矩t1，之后整车控制器ecu再根据油门踏板开度、油门踏板开度变化率以及动力电池soc值计算得到增加助力需求转矩t2，驾驶员需求转矩t1与增加助力需求转矩t2之和即为驾驶员总需求转矩t；牵引车驱动系统中，牵引车电动机最大驱动转矩为t3，以牵引车发动机最高效工作点下限的18％这个范围为牵引车发动机高效工作区域，即可确定牵引车发动机高效工作区域下限转速值n1和上限转速值n2，由于牵引车发动机的额定功率一定，其转速与转矩成反比，由公式p＝kτn，p为牵引车发动机的额定功率，n为牵引车发动机的转速,τ为牵引车发动机的转矩，k是一个常数，可得牵引车发动机高效工作区域对应的下限转矩t4和上限转矩t5，因为此时对应工作模式只有牵引车发动机单独驱动，所以此时牵引车发动机的转矩即为驾驶员总需求转矩t；
当驾驶员总需求转矩t满足t<t4时，整车控制器ecu切换到启动阶段驱动模式；当驾驶员总需求转矩t满足t4≤t≤t5时，整车控制器ecu切换到空载阶段驱动模式；当驾驶员总需求转矩t满足t5<t≤(t3+t5)时，整车控制器ecu切换到轻、中载阶段驱动模式；当驾驶员总需求转矩t满足t>(t3+t5)时，整车控制器ecu切换到重载阶段驱动模式。
与现有技术相比本发明不仅在牵引车上布置动力驱动装置，还在挂车上布置动力驱动装置，而且牵引车和挂车上布置的驱动装置都是混合动力的驱动装置，整车驱动系统具有多点布置、多源混合动力特点，可产生比单一的牵引车驱动系统更大且更可靠的动力，并由此克服了重型运输车动力系统单一造成的动力不足问题，大幅提高了重型运输车的运载能力；采用分布式混合动力驱动，既发挥了发动机持续工作时间长，动力性好的优点，又可以发挥电动机无污染、低噪声的好处，二者取长补短，汽车的热效率可提高10％以上，废气排放可改善30％以上。因此该系统在达到增大车辆功率的动力要求的同时还可以达到提高燃油经济性、降低油耗、减少污染的环保要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1、牵引车驱动器,2、牵引车电动机，3、耦合装置，4、变速箱，5、牵引车发动机，6、驱动桥，7、驱动轮，8、电池组系统，9、整车控制器ecu，10、发电机，11、挂车发动机，12、挂车控制器，13、轮毂电机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
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，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明包括牵引车驱动系统和挂车驱动系统；
牵引车驱动系统包括牵引车驱动器1、牵引车电动机2、耦合装置3、变速箱4、牵引车发动机5、驱动桥6、驱动轮7、电池组系统8和整车控制器ecu9，电池组系统8由多个电池组组成；
驱动桥6、牵引车电动机2、变速箱4均与耦合装置3连接，牵引车驱动器1与牵引车电动机2连接，牵引车发动机5与变速箱4连接，驱动桥6两端与驱动轮7连接，牵引车驱动器1、牵引车发动机5均与整车控制器ecu9电连接；牵引车驱动系统是车辆动力的主要来源，动力应足够强劲，因此，牵引车驱动系统为并联式混合动力驱动。
挂车驱动系统包括电池组系统8、发电机10、挂车发动机11、挂车控制器12和轮毂电机13，挂车发动机11与发电机10电连接，发电机10、挂车控制器12均与电池组系统8电连接，挂车控制器12与轮毂电机13电连接；
电池组系统8、发电机10、挂车发动机11、挂车控制器12均与整车控制器ecu9电连接；轮毂电机13数量为不小于二的偶数个，挂车控制器12数量与轮毂电机13数量相等，每一个挂车控制器12分别与一个轮毂电机13电连接，轮毂电机13分布在挂车的左右两侧，两侧数量相等，每一侧的与轮毂电机13连接的挂车控制器12依次串联；挂车驱动系统作为车辆辅助驱动系统，目的在于提供辅助动力的同时应尽量使其结构简单、成本降低，而串联式混合动力结构和控制比较简单，这种形式的混合动力取消了变速箱，布置相对灵活，也能使发动机保持在高效转区，因此挂车驱动系统采用串联式混合动力的形式。
本发明动力分为四种驱动模式且可以实现不同的情况自动切换：
第一种驱动模式是仅靠牵引车电动机2驱动，即电池组系统8通过牵引车驱动器1来带动牵引车电动机2，再通过耦合装置3、驱动桥6带动驱动轮7实现驱动，而牵引车发动机5和挂车驱动系统处于不工作状态；
第二种驱动模式是仅靠牵引车发动机5驱动，即牵引车发动机5把动力通过变速箱4和耦合装置3传给牵引车，而牵引车电动机2和挂车驱动系统处于不工作状态；
第三种驱动模式是牵引车发动机5和牵引车电动机2共同驱动，即电池组系统8通过牵引车驱动器1驱动牵引车电动机2，再通过耦合装置3，与发动机5一起为牵引车提供动力，而挂车驱动系统处于不工作状态；
第四种驱动模式是牵引车发动机5、牵引车电动机2共同驱动的同时，挂车驱动系统中的挂车发动机11与发电机10串联驱动，即在第三种驱动模式上，挂车发动机11直接带动发电机10发电，电能传递给电池组系统8，由电池组系统8通过控制器12把电力依次传递给各个轮毂电机14实现挂车驱动，此时牵引车驱动系统和挂车驱动系统均处于工作状态。
第一种模式适用于重型运输车启动阶段；第二种模式适用于重型运输车空载阶段；第三种模式适用于重型运输车轻、中载阶段；第四种模式适用于重型运输车重载阶段。
当重型运输车在制动、减速时，牵引车电动机2可作为发电机，把损耗的动能转化为电能储存在电池组系统中；本发明在实际运行时，首先整车控制器ecu9的加速踏板位置传感器将采集驾驶员踏板开度信号并将其转换为0-100％的加速踏板开度信号并根据加速踏板开度信号和车速信号查表得到驾驶员需求转矩t1，之后整车控制器ecu9再根据油门踏板开度、油门踏板开度变化率以及动力电池soc值计算得到增加助力需求转矩t2，驾驶员需求转矩t1与增加助力需求转矩t2之和即为驾驶员总需求转矩t。牵引车驱动系统中，牵引车电动机2最大驱动转矩为t3，选择一段无坡度的平坦水泥路面或沥清路面，重型车分别以最高档位的不同车速(可每隔10km/h的车速取一个点)等速行驶完这段路程，往返一次取平均值(消除风和坡度影响)，记下油耗量，可获得不同车速下重型车百公里油耗，即所谓等速百公里油耗，通过等速百公里油耗对比可确定牵引车发动机5最高效工作点的转速，以牵引车发动机5最高效工作点下限的18％这个范围为牵引车发动机5高效工作区域，即可确定牵引车发动机5高效工作区域下限转速值n1和上限转速值n2，由于牵引车发动机5的额定功率一定，其转速与转矩成反比，由公式p＝kτn，p为牵引车发动机5的额定功率，n为牵引车发动机5的转速,τ为牵引车发动机5的转矩，k是一个常数，对于每一款发动机来说，这个常数的数值是固定的，可得牵引车发动机5高效工作区域对应的下限转矩t4和上限转矩t5，因为此时对应工作模式只有牵引车发动机5单独驱动，所以此时牵引车发动机5的转矩即为驾驶员总需求转矩t；
当驾驶员总需求转矩t满足t<t4时，整车控制器ecu9切换到第一种驱动模式；当驾驶员总需求转矩t满足t4≤t≤t5时，整车控制器ecu9切换到第二种驱动模式；当驾驶员总需求转矩t满足t5<t≤(t3+t5)时，整车控制器ecu9切换到第三种驱动模式；当驾驶员总需求转矩t满足t>(t3+t5)时，整车控制器ecu9切换到第四种驱动模式。在模式切换过程中整车控制器ecu9对加速踏板的信号进行滤波，滤波后的信号可去除不必要的信号尖峰，以达到抑制模式频繁切换的效果，同时各个模式下的动力源控制仍采用未经滤波的加速踏板信号以保证车辆良好的动力响应特性，使重型运输车获得兼具环保、经济、动力需求的极佳驱动性能。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同替换和改进，均应包含在本发明技术方案的保护范围之内。