混合动力汽车及其能量回馈控制方法和动力传动系统的制作方法_5

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,其中,混合动力汽车的工作模式可以包括纯电动模式和混合动力模式。进而可以根据滑行回馈扭矩曲线获得混合动力汽车滑行能量回馈控制时的最小目标值。最后可以根据最小回馈限制值和最小目标值获得混合动力汽车的第一最小回馈值。
[0271]需要说明的是,纯电动模式(EV)为只有电动发电机运行并参与驱动的形式,混合动力模式(HEV)为发动机和电动发电机两者同时参与运行的形式。
[0272]进一步地,在本发明的一些实施例中,当混合动力汽车进入制动能量回馈控制模式时,可以根据混合动力汽车的平顺性和制动性能获得混合动力汽车的制动踏板深度-制动扭矩曲线,并根据制动踏板深度-制动扭矩曲线、动力传动系统的经济区域和预设的制动踏板深度-基础制动扭矩曲线获得混合动力汽车的制动踏板深度-制动回馈扭矩曲线。进而可以根据混合动力汽车的制动踏板深度-制动回馈扭矩曲线获得混合动力汽车的当前制动回馈目标值。最后根据最小回馈限制值和当前制动回馈目标值获得混合动力汽车的第二最小回馈值。进一步地,在本发明的一些实施例中,能量回馈需求扭矩可以根据第一最小回馈值或第二最小回馈值获取。进一步地,在本发明的一些实施例中,在第一电动发电机进行能量回馈时,可以将发动机的目标扭矩发送至发动机控制器,进而发动机控制器根据目标扭矩对发动机进行控制。
[0273]需要说明的是,混合动力汽车的能量回馈是指混合动力汽车能够将汽车制动或者松油门时的动能通过动力传动系统和电动发电机来转化为动力电池的电能存储起来,然后将该电能利用到牵引驱动中,同时产生的电机制动扭矩通过动力传动系统对驱动轮进行制动,从而避免了能量变为摩擦热能消耗,有效提高了车辆的能量使用效率。
[0274]下面在另一个具体实施例中对能量回馈控制模式中进行能量回馈控制的具体工作过程进行说明。如图15所示,具体可以包括:
[0275]S101,通过输入信号判断是否符合进入能量回馈控制模式的条件。
[0276]其中,符合进入能量回馈控制模式的条件可以如下:当前车速>V_且制动踏板的深度>0且ABS处于未工作状态,或者油门踏板的深度< 10%且制动踏板的深度为0且当前车速>V_且当前挡位为D挡且未处于巡航控制模式且ABS处于未工作状态。
[0277]S102,监测第一电动发电机的当前运行状态(如温度、电流和电压等),计算出第一电动发电机的回馈限制值。
[0278]S103,监测电机控制器(ECN)的当前运行状态(如温度、电流和电压等),计算出ECN的回馈限制值。
[0279]S104,电池管理系统(BMS)通过监视混合动力汽车的动力电池组中各个单体动力电池的工作状态,计算出动力电池的当前允许充电功率和当前动力电池的回馈限制值。
[0280]S105,比较第一电动发电机的回馈限制值、ECN的回馈限制值和当前动力电池的回馈限制值获取最小回馈限制值。
[0281]S106,根据混合动力汽车的平顺性和制动性能,综合考虑动力传动系统的经济区域(包括动力电池、电机控制器和第一电动发电机)、制动踏板深度-基础制动扭矩曲线等情况拟定整车的制动踏板深度-制动回馈扭矩曲线,进而根据制动踏板深度-制动回馈扭矩曲线获得混合动力汽车的当前制动回馈目标值,以及通过分析混合动力汽车的工作模式(HEV模式或EV模式)、当前车速、道路坡度、动力传动系统的经济区域(包括动力电池、电机控制器和第一电动发电机)、车辆的平顺性和操纵稳定性拟定出滑行回馈扭矩曲线,进而根据滑行回馈扭矩曲线获得混合动力汽车滑行能量回馈控制时的最小目标值。
[0282]S107,根据当前能量回馈控制模式(制动能量回馈控制模式或滑行能量回馈控制模式),比较最小回馈限制值和最小目标值获取第一最小回馈值、或比较最小回馈限制值和当前制动回馈目标值获取第二最小回馈值。
[0283]S108,根据第一最小回馈值或第二最小回馈值,驱动第一电动发电机进行能量回馈,并将电能充至动力电池中,同时给驱动轮提供阻力,达到降低车速的目的。
[0284]S109,ECN在执行能量回馈控制模式的同时,发送发动机的目标扭矩至发动机控制器(ECM),进而ECM根据目标扭矩对发动机进行控制。
[0285]S110,通过输入信号判断是否符合退出能量回馈控制模式的条件,其中,符合退出能量回馈控制模式的条件与进入能量回馈控制模式的条件相反。
[0286]具体地,在本发明的一些实施例中,根据能量回馈需求扭矩选择第一电动发电机的挡位,具体可以包括:
[0287]S21,当能量回馈需求扭矩大于或等于第一挡位当前提供的最大回馈扭矩时,控制第一电动发电机选择第一挡位,以控制第一电动发电机在第一挡位进行能量回馈。
[0288]具体地,如图16中的虚线e所示,当第一电动发电机在第一挡位即EV1挡进行能量回馈时,电机动力轴同步器和二四同步器往如图16中左方向拨,此时,能量经第一输出轴输出齿轮、第一输出轴、二挡从动齿轮、二四挡同步器、二挡主动齿轮、中间惰轮、电机动力轴第一齿轮、电机动力轴同步器、电机动力轴回馈至第一电动发电机,进而给动力电池充电。
[0289]S22,当能量回馈需求扭矩小于第一挡位当前提供的最大回馈扭矩时,控制第一电动发电机选择第二挡位,以控制第一电动发电机在第二挡位进行能量回馈。
[0290]具体地,如图16中的虚线f所示,当第一电动发电机在第二挡位即直接挡进行能量回馈时,电机动力轴同步器往如图16中右方向拨,此时,能量经第二输出轴输出齿轮、第二输出轴、传动齿轮、电机动力轴第二齿轮、电机动力轴同步器、电机动力轴回馈至第一电动发电机,进而给动力电池充电。
[0291]下面在再一个具体实施例中对根据能量回馈需求扭矩选择第一电动发电机的挡位的具体工作过程进行说明。如图17所示,具体可以包括:
[0292]S201,根据相应的输入信号(如制动踏板深度、起始车速、路面状况等),获取滑行回馈扭矩曲线或制动踏板深度-制动回馈扭矩曲线,并根据滑行回馈扭矩曲线获得混合动力汽车滑行能量回馈控制时的最小目标值,或根据制动踏板深度-制动回馈扭矩曲线获得混合动力汽车的当前制动回馈目标值。
[0293]S202,获取第一电动发电机的回馈限制值、电机控制器的回馈限制值以及当前动力电池的回馈限制值,获得第一电动发电机的回馈限制值、电机控制器的回馈限制值以及当前动力电池的回馈限制值之中的最小回馈限制值。
[0294]S203,对最小目标值和最小回馈限制值的大小进行比较,或对当前制动回馈目标值和最小回馈限制值的大小进行比较。
[0295]S204,根据比较结果确定能量回馈需求扭矩Tmax。
[0296]需要说明的是,混合动力汽车在进行能量回馈时,以一定的起始车速开始,根据整车制定的回馈策略,在每个当前车速和制动踏板的深度下对应有一个回馈扭矩值T,这个回馈扭矩值τ就是整车在回馈时第一电动发电机需提供的能量回馈需求扭矩Tmax。
[0297]S205,根据第一电动发电机的第一挡位速比以及当前车速等信息,确定第一挡位当前提供的最大回馈扭矩Ta。
[0298]S206,根据第一电动发电机的第二挡位速比以及当前车速等信息,确定第二挡位当前提供的最大回馈扭矩Tb。
[0299]具体地,当第一档位为EV1挡,第二挡位为直接挡时,由变速箱的制造工艺可知,第一挡位速比大于第二挡位速比,从如图1-12所示的动力传动系统的结构中可以看出,第一档位的传递层级为6级,第二挡位的传递层级为4级,每级的传动效率大概可认为是
0.97,则η级的传动效率为0.97的η次方。因此,第一档位的传动效率小于第二挡位的传动效率。根据第一电动发电机端的功率Ρ1传到轮端(即变速箱输出轴端)时的功率Ρ2 =Ρ1/&,其中,&为传动效率,以及第一电动发电机的自身特性可知,当第一电动发电机工作于恒功率状态时,车速一定,传动效率&越小,则传到轮端的功率Ρ2越大,因此第一档位的扭矩大于第二挡位的扭矩,从而Ta > Tb。另外,当第一电动发电机工作于恒扭矩状态时,由于轮端的扭矩为电机端扭矩乘以速比,因此,速比越大,传递到轮端的扭矩越大,从而Ta>Tb。综合来看,第一挡位当前提供的最大回馈扭矩Ta大于第二挡位当前提供的最大回馈扭矩Tb。
[0300]S207,比较能量回馈需求扭矩Tmax、第一挡位当前提供的最大回馈扭矩Ta、第二挡位当前提供的最大回馈扭矩Tb的大小。
[0301]S208,根据比较结果确定挡位的选择情况。
[0302]S209,如果Tmax > Ta,控制第一电动发电机选择第一挡位。
[0303]S210,如果Tb < Tmax < Ta,控制第一电动发电机选择第二挡位。
[0304]S211,如果Tmax < Tb,控制第一电动发电机选择第二挡位。
[0305]S212,根据选择的相应挡位,整车进行能量回馈控制。
[0306]本发明实施例的混合动力汽车的能量回馈控制方法能够通过对各输入信息进行充分地、准确地分析和考虑后在双挡(第一挡位和第二挡位)中选择不同的挡位进行能量回馈,从而直接提高整车回馈时的稳定性以及能量的可回收效率,其中,采用双挡进行能量回馈的优势具体表现在以下三个方面:
[0307](1)、由于第一挡位(例如EV1挡)比第二挡位(例如直接挡)所能达到的最低车速更小,而第二档位(例如直接挡)比第一挡位(例如EV1挡)所能达到的最高车速更大,因此,当采用双挡进行能量回馈时,覆盖的能够进行能量回馈的车速范围比单独采用第二挡位更广。
[0308](2)、由于整车在进行能量回馈时,低转速段的回馈扭矩不易进行控制,容易出现波动。而采用双挡进行能量回馈时,由于第一档位(例如EV1挡)速比比第二挡位(例如直接挡)速比大,因此可以将能量回馈时的车速降低,并且相对提高低车速时第一电动发电机端的转速,使得更加容易控制回馈扭矩,并且整车的操纵感更好,没有较强的顿挫感。
[0309](3)、如果仅以第二档位(例如直接挡)进行能量回馈,根据HEV模式的定义(在HEV模式下,第一电动发电机以双挡进行驱动)及如图1-12所示的动力传动系统的结构可知,当不再发电并且需要进行驱动时,需切换到第一挡位(例如EV1挡)进行驱动,这样会造成挡位间的频繁切换,动力性能有所滞后。而采用双挡进行能量回馈,则不会出现这种挡位间的来回频繁切换,从而有效的改善了整车的动力性。
[0310]图18为根据本发明一个具体实施例的混合动力汽车的能量回馈控制方法的能量回馈控制信息交互示意图。其中,第一电动发电机通过传感器采集第一电动发电机的旋变信号和温度信号等并传至ECN,BMS发送当前允许充电功率信号至ECN,电子稳定控制模块(ESC)采集当前车速信号和ABS的工作状态信号(工作状态或未工作状态)并传至ECN,ECN根据输入信号(油门踏板的深度、制动踏板的深度、道路坡度等信号)判定是否进入或退出能量回馈控制模式、进行能量回馈控制(其中,制动能量回馈控制模式和滑行能量回馈控制模式的输入信号不同),同时发送发动机的目标扭矩信号至ECM、发送电机驱动信号至第一电动发电机、发送整车能量状态信号至组合仪表,发送第一电动发电机的目标档位、换挡请求等信号至自动变速箱控制单元(TCU),同时TCU返回第一电动发电机的当前档位信号给ECN等。
[0311]本发明实施例提出的混合动力汽车的能量回馈控制方法,在检测到混合动力汽车的当前车速和混合动力汽车的制动踏板的深度以及油门踏板的深度后,当混合动力汽车的当前车速大于预设车速、制动踏板的深度为0、油门踏板的深度小于预设深度、混合动力汽车的当前挡位为D挡、混合动力汽车未处于巡航控制模式且混合动力汽车的防抱死制动系统处于未工作状态时,或者当混合动力汽车的当前车速大于预设车速、制动踏板的深度大于0且防抱死制动系统处于未工作状态时,控制混合动力汽车进入能量回馈控制模式,并获取能量回馈需求扭矩,以及根据能量回馈需求扭矩选择第一电动发电机的挡位。该混合动力汽车的能量回馈控制方法在混合动力汽车的档位不止一档时,能够根据能量回馈需求扭矩选择不同的挡位进行能量回馈,并对能量回馈过程进行优化控制,从而大大提高了整车的续驶里程、燃油经济性和操作平顺性,同时有效减少了污染物的排放和机械制动所带来的磨损,对于降低汽车能耗,缓解能源危机和环境压力均具有重要意义。
[0312]下面参照附图描述根据本发明的另一方面实施例的混合动力汽车的动力传动系统。
[0313]如图1-12和图16所示,本发明实施例的混合动力汽车的动力传动系统100包括:发动机、多个输入轴(例如,第一输入轴、第二输入轴)、多个输出轴(例如,第一输出轴、第二输出轴)、电机动力轴、第一电动发电机、检测模块(图中未标$)和控制模块(图中未标示)Ο
[0314]其中,发动机设置成可选择性地接合多个输入轴中的至少一个,每个输入轴上设置有挡位主动齿轮。每个输出轴上设置有挡位从动齿轮,挡位从动齿轮与挡位主动齿轮对应地啮合。电机动力轴设置成可与输入轴中的一个联动。第一电动发电机设置成能够与电机动力轴联动,其中在电机动力轴与输入轴中的一个进行联动时,第一电动发电机能够利用来自发动机输出的至少部分动力在混合动力汽车行驶以及驻车时进行发电,第一电动发电机具有第一挡位和第二挡位。检测模块用于检测混合动力汽车的当前车速和混合动力汽车的制动踏板的深度以及油门踏板的深度。在混合动力汽车的当前车速大于预设车速、制动踏板的深度为0、油门踏板的深度小于预设深度、混合动力汽车的当前挡位为D挡、混合动力汽车未处于巡航控制模式且混合动力汽车的防抱死制动系统处于未工作状态时,或者在混合动力汽车的当前车速大于预设车速、制动踏板的深度大于0且防抱死制动系统处于未工作状态时,控制模块控制混合动力汽车进入能量回馈控制模式,其中,在混合动力汽车处于能量回馈控制模式时,控制模块获取能量回馈需求扭矩,并根据能量回馈需求扭矩选择第一电动发电机的挡位。
[0315]在本发明的一些实施例中,第一电动发电机可以具有三个档位:第一挡位、第二挡位和第三挡位,例如称为EV1挡、直接挡和EV2挡,第一挡位例如EV1挡的速比较大、动力性较好,第二挡位例如直接挡的速比较小、动力性偏弱,由于第三挡位例如EV2挡和第二挡位例如直接挡的速比很接近,而且第三挡位例如EV2挡传动效率低,故在能量回馈时只需第一挡位例如EV1挡和第二挡位例如直接挡参与。
[0316]进一步地,能量回馈控制模式可以包括制动能量回馈控制模式和滑行能量回馈控制模式。进一步地,在本发明的一些实施例中,在混合动力汽车的当前车速大于预设车速、制动踏板的深度为0、油门踏板的深度小于预设深度例如10%、混合动力汽车的当前挡位为D挡、混合动力汽车未处于巡航控制模式且混合动力汽车的防抱死制动系统处于未工作状态时,控制模块可以控制混合动力汽车进入滑行能量回馈控制模式。在本发明的另一些实施例中,在混合动力汽车的当前车速大于预设车速、制动踏板的深度大于0且防抱死制动系统处于未工作状态时,控制模块可以控制混合动力汽车进入制动能量回馈控制模式。
[0317]进一步地,在本发明的一些实施例中,在混合动力汽车处于能量回馈控制模式时,控制模块可以根据第一电动发电机的当前运行状态(如温度、电流和电压等)获得第一电动发电机的回馈限制值,并可以根据动力传动系统中的电机控制器的当前运行状态(如温度、电流和电压等)获得电机控制器的回馈限制值,以及可以根据混合动力汽车的动力电池的工作状态计算动力电池的当前允许充电功率,并根据动力电池的当前允许充电功率获得当前动力电池的回馈限制值。进而控制模块可以获得第一电动发电机的回馈限制值、电机控制器的回馈限制值以及当前动力电池的回馈限制值之中的最小回馈限制值。
[0318]进一步地,在本发明的一些实施例中,在混合动力汽车进入滑行能量回馈控制模式时,控制模块可以根据混合动力汽车的工作模式、当前车速、道路坡度、动力传动系统的经济区域(可以包括动力电池、电机控制器和第一电动发电机)、混合动力汽车的平顺性和操纵稳定性获得滑行回馈扭矩曲线,其中,混合动力汽车的工作模式包括纯电动模式和混合动力模式。进而控制模块可以根据滑行回馈扭矩曲线获得混合动力汽车滑行能量回馈控制时的最小目标值。最后控制模块可以根据最小回馈限制值和最小目标值获得混合动力汽车的第一最小回馈值。
[0319]需要说明的是,纯电动模式(EV)为只有电动发电机运行并参与驱动的形式,混合动力模式(HEV)为发动机和电动发电机两者同时参与运行的形式。
[0320]进一步地,在本发明的一些实施例中,在混合动力汽车进入制动能量回馈控制模式时,控制模块可以根据混合动力汽车的平顺性和制动性能获得混合动力汽车的制动踏板深度-制动扭矩曲线,并根据制动踏板深度-制动扭矩曲线、动力传动系统的经济区域和预设的制动踏板深度-基础制动扭矩曲线获得混合动力汽车的制动踏板深度-制动回馈扭矩曲线。进而控制模块可以根据混合动力汽车的制动踏板深度-制动回馈扭矩曲线获得混合动力汽车的当前制动回馈目标值。最后控制模块可以根据最小回馈限制值和当前制动回馈目标值获得混合动力汽车的第二最小回馈值。进一步地,在本发明的一些实施例中,控制模块可以根据第一最小回馈值或第二最小回馈值获取能量回馈需求扭矩。进一步地,在本发明的一些实施例中,混合动力汽车的动力传动系统100还可以包括发动机控制器,其中,在第一电动发电机进行能量回馈时,控制模块可以将发动机的目标扭矩发送至发动机控制器,发动机控制器根据目标扭矩对发动机进行控制。
[0321]需要说明的是,混合动力汽车的能量回馈是指混合动力汽车能够将汽车制动或者松油门时的动能通过混合动力汽车的动力传动系统100和电动发电机来转化为动力电池的电能存储起来,然后将该电能利用到牵引驱动中,同时产生的电机制动扭矩通过混合动力汽车的动力传动系统100对驱动轮进行制动,从而避免了能量变为摩擦热能消耗,有效提高了车辆的能量使用效率。
[0322]具体地,在本发明的一些实施例中,在控制模块根据能量回馈需求扭矩选择第一电动发电机的挡位时,其中,当能量回馈需求扭矩大于或等于第一挡位当前提供的最大回馈扭矩时,控制模块控制第一电动发电机选择第一挡位,以控制第一电动发电机在第一挡位进行能量回馈。当能量回馈需求扭矩小于第一挡位当前提供的最大回馈扭矩时,控制模块控制第一电动发电机选择第二挡位,以控制第一电动发电机在第二挡位进行能量回馈。
[0323]下面对第一电动发电机在第一挡位进行能量回馈和在第二挡位进行能量回馈的原理进行说明。
[0324]具体地,在本发明的一些实施例中,电机动力轴还可以设置成可与输出轴中的一个联动,在电机动力轴与输出轴中的一个进行联动时、第一电动发电机能够将产生的动力通过输出轴的一个输出。混合动力汽车的动力传动系统100还可以包括:电机动力轴同步器,电机动力轴同步器设置在电机动力轴上,电机动力轴设置成可通过电机动力轴同步器的同步而选择性地与输入轴的一个联动或者与输出轴的一个联动。
[0325]在本发明的一些实施例中,混合动力汽车的动力传动系统100还可以包括:电机动力轴第一齿轮和电机动力轴第二齿轮,电机动力轴第一齿轮和电机动力轴第二齿轮均空套设置在电机动力轴上,电机动力轴第一齿轮设置成与输入轴的一个进行联动,电机动力轴第二齿轮设置成与输出轴的一个进行联动。电机动力轴同步器设置在电机动力轴第一齿轮和电机动力轴第二齿轮之间。
[0326]具体地,在本发明的一些实施例中,电机动力轴同步器在与电机动力轴第一齿轮和电机动力轴第二齿轮中的一个接合切换为与另一个接合期间,第一电动发电机设置成以电机动力轴第一齿轮和电机动力轴第二齿轮中的另一个的转速为目标对电机动力轴进行调速,以使第一电动发电机的挡位在第一挡位和第二挡位之间进行切换。
[0327]具体地,如图16中的虚线e所示,当第一电动发电机在第一挡位即EV1挡进行能量回馈时,电机动力轴同步器和二四同步器往如图16中左方向拨,此时,能量经第一输出轴输出齿轮、第一输出轴、二挡从动齿轮、二四挡同步器、二挡主动齿轮、中间惰轮、电机动力轴第一齿轮、电机动力轴同步器、电机动力轴回馈至第一电动发电机,进而给动力电池充电。具体地,如图16中的虚线f所示,当第一电动发电机在第二挡位即直接挡进行能量回馈时,电机动力轴同步器往如
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