专利名称：装备汽油直喷发动机的双电机混合动力系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装备汽油直喷发动机的双电机混合动力系统，特
别是一种装备汽油直喷(gasoline Mrect injection, GDI)发动机、 变速器输入端和输出端分别集成了一个电机的双电机混合动力系统， 属于汽车动力传动系统技术。
背景技术：
节能和环保是当今汽车工业发展的两大主题，围绕这两大主题进 行的汽车技术革新层出不穷，其中混合动力技术就是典型的代表。目 前混合动力技术已经成为国内外汽车技术研究的热点领域。自日本丰 田公司、本田公司成功推出混合动力轿车并在市场上取得极大成功 后，国际上各大汽车公司纷纷投身于混合动力产品开发。我国也于"十 五"期间投入巨资进行混合动力汽车的研究与开发，并取得得了一定 的成果。
混合动力汽车集成了机械、电子、计算机、能源、控制等诸多领 域的高新技术。除了包含传统的内燃机驱动系统，混合动力汽车还包 含电动驱动系统，这使其动力传动系统的构型复杂多样。典型的混合 动力汽车动力传动系统的构型有串联、并联和混联三种，基于这三种 基本的构型，根据总成类型、数量和布置位置的不同，可衍生出众多 的构型。不同构型的混合动力汽车，整车控制策略、性能也会不同。
发明内容
'本发明的目的在于提供一种装备汽油直喷发动机的双电机混合 动力系统，可显著改善整车的燃油经济性能和排放性能，使汽车可以 在不配备传统起动设备如传统起动机的情况下，实现发动机的启动。 本发明的技术方案是这样实现的 一种装备汽油直喷发动机的双 电机混合动力系统，是装备汽油直喷发动机、变速器输入端和输出端
分别集成了一个电机的双电机混合动力系统，由GD工发动机，GDI发 动机控制单元ECU,离合器，变速器，变速器控制单元TCU， I轴电 机，II轴电机，电机控制单元MCU，高压动力电池组，动力电池组管 理系统BMS，控制器局域网CAN，直流变换器，低压电池，主减速器， 车轮等组成；其特征在于GDI发动机通过离合器与变速器输入轴连 接，I轴电机集成于离合器与变速器之间，转子通过键联接与变速 器输入轴连接；II轴电机集成于变速器输出轴后端，通过键联接与 变速器输出轴连接。变速器输出轴前端通过齿轮与主减速器锥齿轮连 接，发动机和/或电机输出的动力经差速器、半轴传递到驱动车轮； 变速器的类型包括手动有级变速器、机械式自动变速器(雄T)、双离 合器自动变速器(DCT)、无级变速器(CVT); GDI发动机控制单元ECU、 变速器控制单元TCU、电机控制单元MCU、电池管理系统BMS和整车 管理系统HCU，通过控制器局域网CAN总线连接；GDI发动机的启动， 无需传统发动机的起动装置，只需对处于压縮行程的气缸实施喷油点 火即可实现；GDI发动机气缸状态可通过检测曲轴的相位和气缸点火 时序确定，也可通过直接检测气缸压力和气缸点火时序确定，或者同时检测曲轴的相位和缸内压力加上气缸点火时序确定。
本发明的积极效果是具备了混合动力汽车所有的功能，大大改善
了整车的燃油经济性能和排放性能，同时，由于GDI发动机系统具备
自启动功能，省去了传统汽车上的发动机启动机和发电机，降低了整
车重量和成本，降低了总布置的难度。
图1是装备汽油直喷(GDI)发动机的双电机混合动力系统整车 构型示意图。
,图2是具有自启动功能的GDI发动机结构示意图。
图3是停车充电模式和停车待机模式判定逻辑。
图4是发动机单独驱动模式判定逻辑。
图5是联合驱动模式判定逻辑。
图6是纯电驱动模式判定逻辑。
图7是串联模式判定逻辑。
图8是传统制动模式和再生制动模式判定逻辑。 .具体实施方式
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下面结合附图对本发明做进一步的描述如图1所示， 一种装备
汽油直喷发动机的双电机混合动力系统，包括整车控制、GDI发动机、
电机、高压动力电池、变速器；其特征在于GDI发动机1通过离合
器16与变速器13输入轴连接，I轴电机15集成于离合器16与变速 器13之间，I轴电机15的转子通过键联接与变速器13输入轴连接； II轴电机12集成于变速器13输出轴后端，通过键联接与变速器13输出轴连接；变速器13输出轴前端通过齿轮与主减速器3锥齿轮连 接，发动机1和I轴电机15以及II轴电机12输出的动力经差速器 3、半轴传递到驱动车轮2。
高压动力电池组9通过动力电缆与电机控制单元14连接，此外还通 过动力电缆与直流变换器8连接，直流变换器8通过动力电缆与低压 电池7连接。低压电池7为车载低压电气附件和电子控制单元供电， 当电量不足时，高压动力电池组9通过直流变换器8为其充电。 GDI发动机1的控制单元ECU4、变速器13的控制单元TCU5、电机12 和15的控制单元MCU14、电池管理系统BMS10和整车管理系统HCU6 通过控制器局域网CAN总线11连接。HCU6作为上位机，采集驾驶员 输入信息、各控制单元上传的状态信息，依据控制算法，输出对ECU4、 MCU14、 TCU5等的控制指令。
ECU4、 MCU14和TCU5根据HCU6的指令，控制GDI发动机1、电机12 和15、变速器13等协调工作，使整车工作于特定的模式，从而达到 改善整车燃油经济性能和排放性能的目的。
如图2所示，当需要GDI发动机1启动时，经过特殊的设计发动 机控制系统，控制GDI发动机实现自启动。GDI发动机1实现自启动 可通过如下三种方式实施。
GDI发动机1实现自启动的实施过程是，GDI发动机1启动前，根据 位置传感器18采集的齿圈20和曲轴17的相位信息，以及预设的气 缸点火顺序等信息，判定当前处于压縮行程且适合点火的气缸22， 并通过高压油嘴24对气缸22实施缸内喷射，然后通过火花塞21对气缸22实施点火，使缸内混合气燃烧膨胀做功，从而带动曲轴17旋 转，使发动机自行启动。
GDI发动机1实现自启动的实施过程还可以是，GDI发动机1启动前， 根据压力传感器19采集的气缸压力信息，以及预设的气缸点火顺序 等信息，判定当前处于压縮行程且适合点火的气缸22，并通过高压 油嘴24对气缸22实施缸内喷射，通过火花塞21对气缸22实施点火， 使缸内混合气燃烧膨胀做功，从而带动曲轴17旋转，使发动机自行 启动。
GDI发动机1实现自启动的实施过程还可以是，GDI发动机1启动前， 根据位置传感器18采集的齿圈20和曲轴17的相位信息、压力传感 器19采集的气缸压力信息，以及预设的气缸点火顺序等信息，判定 当前处于压縮行程且适合点火的气缸22，并通过高压油嘴24对气缸 22实施缸内喷射，通过火花塞21对气缸22实施点火，使缸内混合 气燃烧膨胀做功，从而带动曲轴17旋转，使发动机自行启动。
如图3所示，当钥匙门闭合时，整车动力系统关闭。 如图3所示，当钥匙门开启且停车时，若高压动力电池组9的电量状 态(§tate 2f Charge, S0C)严重不足，整车工作于停车充电模式。 该模式下GDI发动机1开启，离合器16闭合，变速器13置空挡，I 轴电机15工作于发电模式，对高压动力电池组9进行充电。 如图3所示，当钥匙门开启且停车时，若高压动力电池组9的S0C不 小于设定的下限值，整车即转入停车待机模式，在该模式下，GDI发 动机1关闭，离合器16闭合，变速器13置空挡，I轴电机15、 II轴电机12以及各总成控制单元处于待机状态。
如图4所示，汽车行驶，当发动机需要暖机且驾驶员的转矩需求 不大时，或者，发动机不需要暖机但转矩需求适中时，整车工作于发
动机单独驱动模式。该模式下GDI发动机1开启，离合器16闭合， 变速器13在挡，I轴电机15和II轴电机12处于待机状态。发动机 l输出的动力经离合器16、变速器13、主减速器6、半轴和驱动轮2， 驱动整车行驶。
如图5所示，当驾驶员转矩需求很大且电池组SOC充足时，整车 工作于联合驱动模式。在该模式下，GDI发动机1开启，离合器16 闭合，变速器13在挡，I轴电机15和II轴电机12运行于电动模式。 GDI发动机1输出的动力经离合器16与I轴电机15、 II轴电机12 输出的动力在变速器13耦合，最后经主减速器6、半轴和驱动轮2， 驱动整车行驶。
如图6所示，当驾驶员转矩需求较小且电池组SOC充足时，整车 工作于纯电驱动模式。在该模式下，GDI发动机1关闭，离合器16 分离，变速器13在挡，I轴电机15输出的动力经变速器13、主减速 器6、半轴和驱动轮2，驱动整车行驶，而II轴电机12处于待机状 态。在该模式下，还可以是，GDI发动机1关闭，离合器16分离或 闭合，变速器13置空挡，n轴电机12输出的动力经主减速器6、半 轴和驱动轮2，驱动整车行驶，而I轴电机15处于待机状态。在该 模式下，还可以是，GDI发动机1关闭，离合器16分离，变速器13 在挡，I轴电机15输出的动力经变速器13，与II轴电机12输出的动力在变速器13耦合，最后经主减速器6、半轴和驱动轮2，驱动整 车行驶。
如图7所示，当变速器13发生故障时，如无法正常挂挡，或者，
存在其它串联模式运行的条件时，整车工作于串联模式。在该模式下，
GDI发动机1开启，离合器16闭合，变速器13置空挡，工轴电机15 运行于发电模式，n轴电机12运行于电动模式。GDI发动机1输出 的动力，经离合器16带动I轴电机发电。n轴电机12输出的动力， 经主减速器6、半轴和驱动轮2，驱动整车行驶。
如图8所示，当需要制动时，若电池组SOC很充足，为了防止高 压动力电池组9过充导致使用寿命縮短，整车工作于传统制动模式； 若电沲组SOC不很充足，整车运行于再生制动模式。 整车运行于传统制动模式时，汽车的动能通过制动器的摩擦转变为热 能散发到空气中。
整车运行于再生制动模式时，可以是，离合器16分离，变速器13置 空挡或在挡，I轴电机15处于待机状态。汽车的动能，经驱动车轮2、 主减速器3传到II轴电机12，通过II轴电机12转化为电能，经电 机控制单元MCU14逆变后，存储到高压动力电池组9中。 整车运行于再生制动模式时，还可以是，离合器16分离，变速器13 在挡，1I轴电机12处于待机状态。汽车的动能，经驱动车轮2、主 减速器3、变速器13，传到I轴电机15，通过I轴电机15转化为电 能，经电机控制单元MCU14逆变后，存储到高压动力电池组9中。 整车运行于再生制动模式时，还可以是，离合器16分离，变速器13在挡。汽车的动能，经驱动车轮2、主减速器3传到II轴电机12，
再经变速器13，传到I轴电机15，通过II轴电机12和I轴电机15 转化为电能，经电机控制单元MCU14逆变后，存储到高压动力电池组 9中。
权利要求
1、装备汽油直喷发动机的双电机混合动力系统，由GDI发动机(1)，GDI发动机控制单元ECU(4)，离合器(16)，变速器(13)，变速器控制单元TCU(5)，I轴电机(15)，II轴电机(12)，电机控制单元MCU(14)，高压动力电池组(9)，动力电池组管理系统BSM(10)，控制器局域网CAN，直流变换器(8)，低压电池(7)，主减速器(3)，车轮(2)等组成；其特征在于GDI发动机(1)、变速器输入端和输出端分别集成了一个电机的双电机混合动力系统，GDI发动机(1)通过离合器(16)与变速器输入轴连接，I轴电机(15)集成于离合器(16)与变速器(13)之间，转子通过键联接与变速器(13)输入轴连接；II轴电机(12)集成于变速器(13)输出轴后端，通过键联接与变速器(13)输出轴连接；变速器(13)输出轴前端通过齿轮与主减速器(3)锥齿轮连接，发动机和/或电机输出的动力经差速器、半轴传递到驱动车轮(2)；GDI发动机控制单元ECU(4)、变速器控制单元TCU(5)、电机控制单元MCU(14)、电池管理系统BMS(10)和整车管理系统HCU(6)，通过控制器局域网CAN(11)总线连接。
2、 根据权利要求1所述的装备汽油直喷发动机的双电机混合动 力系统，其特征在于所述的高压动力电池组(9)通过动力电缆与电 机控制单元(14)和直流变换器(8)连接，直流变换器(8)通过动 力电缆与低压电池(7)连接；低压电池(7)为车载低压电气附件和电子控制单元供电，当电量不足时，高压动力电池组(9)通过直流变换器(8)为其充电；整车管理系统HCU (6)作为上位机，采集驾驶员输入信息、各控制单元上传的状态信息，依据控制算法，输出对GDI发动机控制单元ECU (4)、电机控制单元MCU (14)、变速器控制 单元TCU (5)的控制指令。
3、 根据权利要求l、 2所述的装备汽油直喷发动机的双电机混合 动力系统，其特征在于所述的GDI发动机(1)的启动，无需传统发 动机的起动装置，只需对处于压縮行程的气缸实施喷油点火即可实 现；GDI发动机(1)启动前，根据位置传感器(18)采集的齿圈(20) 和曲轴(17)的相位信息，以及预设的气缸点火顺序等信息，判定当 前处于压縮行程且适合点火的气缸(22)，并通过高压油嘴(24)对 气缸(22)实施缸内喷射，然后通过火花塞(21)对气缸(22)实施 点火，使缸内混合气燃烧膨胀做功，从而带动曲轴(17)旋转，使发 动机自行启动。
4、 根据权利要求l、 2所述的装备汽油直喷发动机的双电机混合 动力系统，其特征在于所述的GDI发动机气缸状态可通过检测曲轴的 相位和气缸点火时序确定，GDI发动机(1)启动前，根据压力传感 器(19)采集的气缸压力信息，以及预设的气缸点火顺序等信息，判 定当前处于压縮行程且适合点火的气缸(22)，并通过高压油嘴(24) 对气缸(22)实施缸内喷射，通过火花塞(21)对气缸(22)实施点 火，使缸内混合气燃烧膨胀做功，从而带动曲轴(17)旋转，使发动 机自行启动。
5、根据权利要求l、 2所述的装备汽油直喷发动机的双电机混合动力系统，其特征在于所述的GDI发动机也可通过直接检测气缸压力和气缸点火时序确定或者同时检测曲轴的相位和缸内压力加上气缸点火时序确定；GDI发动机(1)启动前，根据位置传感器(18)采集的齿圈(20)和曲轴(17)的相位信息、压力传感器(19)采集的气缸压力信息，以及预设的气缸点火顺序等信息，判定当前处于压縮行程且适合点火的气缸(22)，并通过高压油嘴(24)对气缸(22)实施缸内喷射，通过火花塞(21)对气缸(22)实施点火，使缸内混合气燃烧膨胀做功，从而带动曲轴(17)旋转，使发动机自行启动。
全文摘要
本发明涉及装备汽油直喷发动机的双电机混合动力系统，属于汽车动力传动系统技术；其特征在于装备GDI发动机、变速器输入端和输出端分别集成了一个电机的双电机混合动力系统，GDI发动机通过离合器与变速器输入轴连接，II轴电机集成于变速器输出轴后端，通过键联接与变速器输出轴连接；GDI发动机控制单元ECU、变速器控制单元TCU、电机控制单元MCU、电池管理系统BMS和整车管理系统HCU，通过控制器局域网CAN总线连接。其大大改善了整车的燃油经济性能和排放性能，同时降低了整车重量和成本，降低了总布置的难度。
文档编号B60K6/46GK101468596SQ20071030034
公开日2009年7月1日 申请日期2007年12月27日 优先权日2007年12月27日
发明者刘明辉, 骏 李, 赵子亮, 金启前 申请人:中国第一汽车集团公司