油电混合动力汽车、混合动力系统及换挡同步控制方法与流程

本发明涉及一种油电混合动力汽车的换挡同步控制方法、一种油电混合动力汽车的混合动力系统以及一种油电混合动力汽车。

背景技术：

随着国际对能源安全和环境保护的重视不断提升，各国对汽车排放污染物要求越来越严格。减少对能源的依赖，实现节能减排，已成为世界经济持续发展迫切需要解决的问题。油电混合动力汽车将电机和发动机结合在一起，具有降低油耗、增加续驶里程、技术成熟度比较高等优点，是目前各大汽车公司发展的首选趋势。

油电混合动力汽车具有多种混合动力系统，其中一种混合动力系统包括发动机、发电机和电机，发动机驱动发电机发电，电能传送到电池或电机，由电机通过变速机构驱动汽车。同时，该发电机也可作为发动机的起动电机和通过变速机构驱动汽车的驱动电机。这种混合动力系统可提高发动机的效率和减少废气排放。

为了使得汽车在行驶的过程中保持良好的状态，需要根据不同的情况更换档位。在上述混合动力系统中，同步器根据需要可以向一个方向或相反的另一个方向移动实现相应的啮合，以实现不同的档位切换。在由同步器实现档位切换的变速机构中，档位切换的现有流程通常如下：1)动力源扭矩降低；2)离合器打开；3)同步器脱开原来档位，并啮合到目标档位；4)同步动力源速度；5)在速度同步之后，控制离合器的滑磨和啮合；6)动力源扭矩升高。

在变换档位的过程中，需要对动力源的速度进行同步控制，而这种同步控制通常要结合离合器的滑磨控制以及动力源力矩的控制才能实现。在依靠滑磨控制和力矩控制实现速度同步的情况下，对离合器的力矩特性曲线要求较高，同时需要进行离合器力矩特性曲线及离合器结合点的自学习， 这不仅增加了系统的开发成本，而且也难以实现良好的换档同步控制性能。

为此，迫切需要改进这种混合动力系统的换档同步控制，以提高换档性能和降低系统的开发成本。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种油电混合动力汽车的换挡同步控制方法、一种油电混合动力汽车的混合动力系统以及一种油电混合动力汽车，以克服上述不足。

为此，根据本发明的第一方面，提供了一种油电混合动力汽车的换挡同步控制方法，所述方法至少包括以下步骤：

降低动力源电机扭矩，其中，动力源电机包括集成起动电机和驱动电机；

第一和第二离合器打开；

同步器脱开原来档位并啮合到目标档位，通过控制动力源电机运行实现与相应的离合器的速度同步；

控制相应离合器的闭合；以及

升高相应动力源电机的扭矩；

其中，电池与所述集成起动电机和驱动电机连接，且换挡同步控制至少基于电池所能吸收的功率或电池所能释放的功率进行。

根据本发明的一个可选实施方案，通过采用pid控制算法控制动力源电机运行，以实现与相应的离合器的速度同步。

根据本发明的一个可选实施方案，在升档时，执行以下步骤：

完成动力源电机扭矩的降低，控制第一离合器和第二离合器打开，同时进行退档控制，判断电池所能吸收的功率是否小于计算出的在预定的转速同步时间内进行换档转速同步所释放的功率；

如果为是：

控制集成起动电机以拖动发动机至相应的转速，此时发动机不喷油而提供摩擦力矩，以消耗电池未吸收的驱动电机同步调速所释放的功率；

在驱动电机同步调速完成后，并且啮合到目标档位后，控制与驱 动电机相联接的第二离合器闭合；

控制集成起动电机、发动机进行换档同步调速，在此调速过程中集成起动电机产生的能量同时用于给电池充电，从而可供给驱动电机通过闭合的第二离合器驱动整车；

集成起动电机和发动机调速完成后，闭合相应的第一离合器；以及

在第一离合器闭合之后，集成起动电机和发动机同时工作，提供驱动力矩；

如果为否：

控制集成起动电机和发动机进行换档同步调速，同时控制驱动电机也进行换档同步调速；

在集成起动电机和发动机同步调速完成且啮合到目标档位后，控制第一离合器闭合；在驱动电机同步调速完成后，控制第二离合器闭合；以及

在第一离合器闭合后，集成起动电机和发动机先进行扭矩输出控制，提供驱动力矩；且第二离合器闭合后就控制驱动电机的扭矩输出，提供驱动力矩。

根据本发明的一个可选实施方案，在降档时，执行以下步骤：

完成动力源扭矩的降低，控制第一离合器和第二离合器打开，同时进行退档控制，判断电池所能释放的功率是否小于计算出的在预定的转速同步时间内进行换档转速同步所需要的消耗功率；

如果为是：

控制发动机工作，提供正的输出功率，集成起动电机进行转速同步控制的同时进行发电，此时集成起动电机的发电功率能够同时用于驱动电机的换挡同步调速；

完成发动机和集成起动电机的同步调速，且在啮合到目标档位之后，控制第一离合器闭合；

在第一离合器闭合之后，控制发动机和集成起动电机进行扭矩输出，此时，集成起动电机一直提供负力矩，直到驱动电机转速同步调速完成；以及

驱动电机转速同步调速完成后，集成起动电机输出正的驱动力矩，同时控制发动机输出驱动力矩；如果为否：

控制驱动电机转速同步调速完成，然后控制第二离合器闭合，同时控制驱动电机提供驱动力。根据本发明的一个可选实施方案，如果为是：

控制发动机工作，提供正的输出功率，集成起动电机进行转速同步控制的同时进行发电，此时集成起动电机的发电功率能够同时用于驱动电机的换挡同步调速；以及

控制驱动电机转速同步调速完成，然后控制第二离合器闭合，同时控制驱动电机提供驱动力。

根据本发明的第二方面，提供了一种油电混合动力汽车的混合动力系统，包括：发动机、与发动机连接的集成起动电机、与集成起动电机连接的第一离合器、同步器换档机构、第二离合器、与第二离合器连接的驱动电机以及与集成起动电机和驱动电机连接的电池，其中，同步器换档机构连接在第一离合器和第二离合器之间且包括同步器，其中，

通过至少以下步骤执行换挡同步控制：

降低集成起动电机和驱动电机的扭矩；

第一和第二离合器打开；

同步器脱开原来档位并啮合到目标档位，通过控制集成起动电机和/或驱动电机运行实现与相应的离合器的速度同步；

控制相应离合器的闭合；以及

相应地升高集成起动电机和/或驱动电机的扭矩；

其中，换挡同步控制至少基于电池所能吸收的功率或电池所能释放的功率进行。

根据本发明的一个可选实施方案，通过采用pid控制算法控制集成起动电机和/或驱动电机运行，以实现与相应的离合器的速度同步。

根据本发明的一个可选实施方案，在升档时，执行以下步骤：

完成集成起动电机和驱动电机扭矩的降低，控制第一离合器和第二离合器打开，同时进行退档控制，判断电池所能吸收的功率是否小于计算出 的在预定的转速同步时间内进行换档转速同步所释放的功率；

如果为是：

控制集成起动电机以拖动发动机至相应的转速，此时发动机不喷油而提供摩擦力矩，以消耗电池未吸收的驱动电机同步调速所释放的功率；

在驱动电机同步调速完成后，并且啮合到目标档位后，控制与驱动电机相联接的第二离合器闭合；

控制集成起动电机、发动机进行换档同步调速，在此调速过程中集成起动电机产生的能量同时用于给电池充电，从而可供给驱动电机通过闭合的第二离合器驱动整车；

集成起动电机和发动机调速完成后，闭合相应的第一离合器；以及

在第一离合器闭合之后，集成起动电机和发动机同时工作，提供驱动力矩；

如果为否：

控制集成起动电机和发动机进行换档同步调速，同时控制驱动电机也进行换档同步调速；

在集成起动电机和发动机同步调速完成且啮合到目标档位后，控制第一离合器闭合；在驱动电机同步调速完成后，控制第二离合器闭合；以及

在第一离合器闭合后，集成起动电机和发动机先进行扭矩输出控制，提供驱动力矩；且第二离合器闭合后就控制驱动电机的扭矩输出，提供驱动力矩。

根据本发明的一个可选实施方案，在降档时，执行以下步骤：

完成集成起动电机和驱动电机扭矩的降低，控制第一离合器和第二离合器打开，同时进行退档控制，判断电池所能释放的功率是否小于计算出的在预定的转速同步时间内进行换档转速同步所需要的消耗功率；

如果为是：

控制发动机工作，提供正的输出功率，集成起动电机进行转速同步控制的同时进行发电，此时集成起动电机的发电功率能够同时用于 驱动电机的换挡同步调速；

完成发动机和集成起动电机的同步调速，且在啮合到目标档位之后，控制第一离合器闭合；

在第一离合器闭合之后，控制发动机和集成起动电机进行扭矩输出，此时，集成起动电机一直提供负力矩，直到驱动电机转速同步调速完成；以及

驱动电机转速同步调速完成后，集成起动电机输出正的驱动力矩，同时控制发动机输出驱动力矩；如果为否：

控制驱动电机转速同步调速完成，然后控制第二离合器闭合，同时控制驱动电机提供驱动力。根据本发明的一个可选实施方案，如果为是：

控制发动机工作，提供正的输出功率，集成起动电机进行转速同步控制的同时进行发电，此时集成起动电机的发电功率能够同时用于驱动电机的换挡同步调速；以及

控制驱动电机转速同步调速完成，然后控制第二离合器闭合，同时控制驱动电机提供驱动力。

根据本发明的第三方面，提供了一种油电混合动力汽车，所述油电混合动力汽车包括所述混合动力系统。

根据本发明的思想，至少减少了离合器的滑磨控制操作，相应地也减少了开发成本。

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了根据一个示例性实施例的混合动力系统的简图。

图2示出了电池功率受限的条件下的升档时的换档控制方法的流程图。

图3示出了电池功率受限的条件下的降档时的换档控制方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图1示出了根据一个示例性实施例的混合动力系统的简图。如图1所示，该混合动力系统包括发动机1、集成起动电机2、第一离合器3、同步器换档机构4、第二离合器5、驱动电机6以及电池7，其中，同步器换档机构4包括同步器8和变速箱输出轴7。在该混合动力系统中，发动机1(更具体地是集成起动电机2)和驱动电机6是通过变速机构驱动汽车的动力源。

具体地讲，发动机1连接到集成起动电机2，该集成起动电机2既可以用作发电机，也可以用作电动机。当发动机1起动后驱动集成起动电机2时，集成起动电机2用作发电机发电，以向电池7输送电力而实现对电池7进行充电或向驱动电机6输送电力而使驱动电机6工作。在发动机1起动时，起动电机2在电池7的作用下充当发动机1的起动电机。在发动机1未工作时，集成起动电机2也可以在电池7的作用下充当电动机，以通过变速机构驱动汽车。

对于本领域的技术人员来说，图1示出的同步器换档机构4是两档同步器换档机构，但显然也可以是多档同步器换档机构。下面，为了简单起见，仍以两档同步器换档机构进行描述。

从图1中可以看出，在这种混合动力系统中，集成了驱动电机6和起动电机2，而这种电机具有力矩精度高，响应快等特点。为此，本发明利用这些特点提出了多动力源智能辅助调速换档控制方法。

根据本发明的一个示例性实施例，多动力源智能辅助调速换档控制方法至少包括如下步骤：

步骤1：动力源扭矩降低；

步骤2：第一离合器3和第二离合器5打开；

步骤3：同步器8脱开原来档位，啮合到目标档位；

步骤4：进行系统调速，以实现速度同步；

步骤5：速度同步完成后，控制第一离合器3和第二离合器5闭合；

步骤6：第一离合器3和第二离合器5闭合后，动力源扭矩升高。

需要指出的是，步骤4中的系统调速也可以在步骤2与步骤3之间执行，即不用等候同步器8开始工作就可进行。当然也可在同步器8的变换过程中进行系统调速。总之，只要在第一离合器3和第二离合器5打开与再次闭合之间完成了同步器的变换和系统调速操作即可。

为了实现上述控制步骤，混合动力系统设有用于控制作为动力源的集成起动电机2和驱动电机6的控制装置。根据一个示例性实施例，该控制装置可以采用pid控制算法来控制集成起动电机2和/或驱动电机6进行速度同步，以实现相应离合器的速度同步。

由此可以看出，通过上述控制方法，至少减少了离合器的滑磨控制操作，相应地也减少了开发成本。

然而，在极限工况下，例如在电池温度较低的条件下，电池的充电功率、放电功率受限时，集成起动电机2及驱动电机6调速能力也会受到限制，如果只用电机速度控制来进行转速同步调速，会导致转速同步的时间延长，影响系统的换档性能。为了解决此问题，本发明提出了，换挡同步控制要至少基于电池所能吸收的功率或电池所能释放的功率进行，下面将示例性地对此进行描述。

图2示出了电池功率受限的条件下的升档时的换档控制方法的流程图。在升档时，发动机1的转速需要下降，驱动电机6的转速也需要下降。此时需要考虑电池7所能吸收的功率(即可用电池充电功率)是否足以吸收集成起动电机2和驱动电机6在升档转速同步过程中由于转速的下降所释放的功率。

如图2所示，开始之后先判断是否升档，如果不是升档，则直接结束该控制过程。如果是，则完成动力源扭矩的降低，控制第一离合器3和第二离合器5打开，同时进行退档控制。

然后，要判断电池7所能吸收的功率是否小于计算出的在预定的转速同步时间内进行集成起动电机2和驱动电机6换档转速同步所释放的功率。如果电池7所能吸收的功率小于换档转速同步所释放的功率，说明电池7不能完全吸收所释放的功率，则需要控制集成起动电机2以拖动发动机1至相应的转速，此时发动机1不喷油而提供摩擦力矩，以消耗电池7未吸 收的驱动电机6同步调速所释放的功率。

随后，在驱动电机6同步调速完成后，并且啮合到目标档位后，控制与驱动电机6相联接的第二离合器5闭合。

然后，控制集成起动电机2、发动机1进行换档同步调速，在此调速过程中集成起动电机2产生的能量同时用于给电池7充电，从而可供给驱动电机6通过闭合的第二离合器5驱动整车。

再后，集成起动电机2和发动机1调速完成后，闭合第一离合器3。

最后，在第一离合器3闭合之后，集成起动电机2和发动机1同时工作，提供驱动力矩。

如果电池7所能吸收的功率不小于换档转速同步所释放的功率，则意味着电池7足以吸收所释放的全部功率，此时可以控制集成起动电机2和发动机1进行换档同步调速，同时也可控制驱动电机6也进行换档同步调速。

然后，在集成起动电机2和发动机1同步调速完成且啮合到目标档位后，控制第一离合器3闭合；在驱动电机6同步调速完成后，控制第二离合器5闭合。

最后，在第一离合器3闭合后，集成起动电机2和发动机1先进行扭矩输出控制，提供驱动力矩；第二离合器5闭合后就控制驱动电机6的扭矩输出，提供驱动力矩。

显然，图2中示出的“判断电池7所能吸收的功率是否小于计算出的在预定的转速同步时间内进行集成起动电机2和驱动电机6换档转速同步所释放的功率”的步骤也可在步骤“完成动力源扭矩的降低，控制第一离合器3和第二离合器5打开，同时进行退档控制”之前进行。

图3示出了电池功率受限的条件下的降档时的换档控制方法的流程图。在降档时，发动机1的转速需要提高，驱动电机6的转速也需要提高。此时需要考虑电池7所能释放的功率(即可用电池放电功率)是否足以满足集成起动电机2和驱动电机6在降档转速同步过程中由于转速的升高所需要的功率。

如图3所示，开始之后先判断是否降档，如果不是降档，则直接结束该控制过程。如果是，则完成动力源扭矩的降低，控制第一离合器3和第 二离合器5打开，同时进行退档控制。

然后，要判断电池7所能释放的功率是否小于计算出的在预定的转速同步时间内进行集成起动电机2和驱动电机6换档转速同步所需要的消耗功率。如果电池7所能释放的功率小于换档转速同步所需要的功率，说明电池7不能独自提供所需要的功率，则需要控制发动机1工作，提供正的输出功率，集成起动电机2进行转速同步控制的同时进行发电，此时集成起动电机2的发电功率可同时用于驱动电机6的换挡同步调速。

随后，完成发动机1和集成起动电机2的同步调速，且在啮合到目标档位之后，控制第一离合器3闭合。

再后，在第一离合器3闭合之后，控制发动机1和集成起动电机2进行扭矩输出，此时，集成起动电机2一直提供负力矩，直到驱动电机6转速同步调速完成。

最后，驱动电机6转速同步调速完成后，集成起动电机2可以输出正的驱动力矩，同时控制发动机1输出驱动力矩。

或者，如图3所示，在“控制发动机1工作，提供正的输出功率，集成起动电机2进行转速同步控制的同时进行发电，此时集成起动电机2的发电功率可同时用于驱动电机6的换挡同步调速”步骤之后，控制驱动电机6转速同步调速完成，然后控制第二离合器5闭合，同时控制驱动电机6提供驱动力。

如果电池7所能释放的功率不小于换档转速同步所需要的功率，则意味着电池7足以提供所需的全部功率，此时，可以控制驱动电机6转速同步调速完成，然后控制第二离合器5闭合，同时控制驱动电机6提供驱动力。

显然，图3中示出的“判断电池7所能释放的功率是否小于计算出的在预定的转速同步时间内进行集成起动电机2和驱动电机6换档转速同步所需要的消耗功率”的步骤也可在步骤“完成动力源扭矩的降低，控制第一离合器3和第二离合器5打开，同时进行退档控制”之前进行。

对于本领域的技术人员而言，本发明的其他优点和替代性实施方式是显而易见的。因此，本发明就其更宽泛的意义而言并不局限于所示和所述的具体细节、代表性结构和示例性实施例。相反，本领域的技术人员可以 在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下进行各种修改和替代。