用于车辆的汽油压燃发动机的混合动力系统及控制方法

本发明的至少一种实施例涉及汽车动力系统，尤其涉及一种用于车辆的汽油压燃发动机的混合动力系统及控制方法。

背景技术：

1、内燃机每年消费大量的石油，随着能源问题日益严峻，已有许多国家在近年提出了碳达峰、碳中和的减排目标，由此亟需发展相关技术来提高汽车产业的能源效率。目前除了提高内燃机本身的热效率以外，发展内燃动力与电驱动耦合的混合动力系统也成为了提高能源效率的有效途径。

2、现有的混合动力构型均存在一定的局限性，串联构型涉及多次能量转换，高速工况下系统效率低，并联构型发动机与输出轴机械耦合，难以保证发动机在高效工况下运行。汽油压燃(gci)发动机是目前内燃机领域研究的一个热点。其优点为原始排放控制(nox、碳烟)较柴油机更加容易，并且在部分工况下能够实现和柴油机相当的热效率。但是现有的汽油压燃发动机存在小负荷及启动工况燃烧稳定性差，大负荷工况燃烧粗暴，并且由于汽油粘度低，大负荷工况在相同nox排放下，汽油压燃喷射压力较低，其热效率也低于柴油压燃的问题。

3、由于功率分流式混合动力系统具有发动机转速、转矩双解耦的特点，将汽油压燃发动机与功率分流式混合动力系统相结合，能够充分发挥二者的优势，使汽油压燃发动机运行时有效避开不稳定运行、工作粗暴的运行工况，在提高系统能源效率的同时降低原始排放。

4、但是，由于功率分流式混合动力系统工作模式复杂，其中涉及多次转速转矩耦合，这给控制方法的搭建带来了很大困难。并且目前汽油压燃发动机大多使用柴油机更换燃料改装制成，或使用汽油机去掉火花塞改装制成，因此现有技术中缺少一种使用汽油压燃发动机的功率分流式混合动力系统。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的实施例提供了一种用于车辆的汽油压燃发动机的混合动力系统，通过设置第一行星齿轮以分别连接汽油压燃发动机与发电机，设置第二行星齿轮以连接电动机，且将第一行星齿轮以及第二行星齿轮分别与输出轴连接，以实现汽油压燃发动机、发电机以及电动机与输出轴之间的多种传动关系，并通过输出轴向车轮输出转矩。

2、根据本发明的实施例，提供了一种用于车辆的汽油压燃发动机的混合动力系统，包括：汽油压燃发动机；发电机；电动机；第一行星齿轮，分别与所述汽油压燃发动机以及所述发电机连接；第二行星齿轮，安装在所述车辆的车架上，与所述电动机连接；输出轴，与所述第一行星齿轮以及所述第二行星齿轮连接，并从所述第二行星齿轮伸出以通过减速器与所述车辆的车轮连接；发动机离合器，分别与所述汽油压燃发动机以及所述第一行星齿轮连接；电动机离合器，分别与所述电动机以及所述第二行星齿轮连接；发动机锁止离合器，分别与所述汽油压燃发动机以及所述车辆的车架连接；以及发电机锁止离合器，分别与所述发电机以及所述车辆的车架连接；其中，通过分别控制所述发动机离合器、所述电动机离合器、所述发动机锁止离合器以及所述发电机锁止离合器闭合或者脱开，改变所述汽油压燃发动机、所述发电机以及所述电动机与所述输出轴之间的传动关系，以转换所述车辆的驱动模式。

3、根据本发明的实施例，所述第一行星齿轮，包括：第一行星架，连接在所述汽油压燃发动机上；第一太阳轮，与安装在所述第一行星架上的第一行星轮啮合，并连接至所述发电机；以及第一齿圈，与安装在所述第一行星架上的第一行星轮啮合，并与所述输出轴的第一端连接；其中，所述发动机离合器设置在所述汽油压燃发动机与所述第一行星架之间，以控制所述汽油压燃发动机与所述第一行星架连接或者断开，以在所述汽油压燃发动机与所述第一行星架连接时，所述汽油压燃发动机驱动所述第一行星架、所述第一齿圈、所述第一太阳轮以及所述输出轴转动，所述第一太阳轮带动所述发电机发电。

4、根据本发明的实施例，所述第二行星齿轮，包括：第二太阳轮，连接在所述电动机上；第二行星架，连接在所述输出轴上，使得安装在所述第二行星架上的第二行星轮与所述第二太阳轮啮合，且所述输出轴的第二端从所述第二行星架伸出；以及第二齿圈，安装在所述车辆的车架上，并与安装在所述第二行星架上的第二行星轮啮合；其中，所述电动机离合器设置在所述电动机与所述第二太阳轮之间，以控制所述电动机与所述第二太阳轮连接或者断开，以在所述电动机与所述第二太阳轮连接时，所述电动机驱动所述第二太阳轮、所述第二行星架、以及所述输出轴转动。

5、根据本发明的实施例，还提供了一种上述用于车辆的汽油压燃发动机的混合动力系统的控制方法，包括：获取车辆的制动踏板行程cb；若所述制动踏板行程cb>0，则控制车辆执行制动模式；若所述制动踏板行程cb＝0，则获取油门踏板行程cf，并确定车辆当前的目标转矩treq；以及根据所述目标转矩treq与车辆以功率分流模式运行时输出轴处的转矩区间的大小关系，确定车辆当前需要执行的驱动模式类型；其中，所述目标转矩treq为所述油门踏板行程cf与所述车辆在当前车速下的最大需求转矩的乘积。

6、根据本发明的实施例，若所述目标转矩treq小于车辆以功率分流模式运行时输出轴处的转矩的最小值treqd，则获取当前动力电池电量socact；若所述当前动力电池电量socact大于动力电池低电量阈值soclow，则控制车辆执行纯电驱动模式；若所述当前动力电池电量socact小于动力电池低电量阈值soclow，则控制车辆执行发动机驱动模式；若所述目标转矩treq大于车辆以功率分流模式运行时输出轴处的转矩的最大值trequ，则控制车辆执行混合驱动模式；以及若所述目标转矩treq处于车辆以功率分流模式运行时输出轴处的转矩的最小值treqd与最大值trequ之间，则控制车辆执行功率分流模式。

7、根据本发明的实施例，所述控制车辆执行功率分流模式包括：闭合所述发动机离合器，闭合所述电动机离合器，脱开所述发动机锁止离合器，脱开所述发电机锁止离合器，使得所述汽油压燃发动机经所述第一行星齿轮驱动所述输出轴转动，所述发电机输出负转矩以平衡所述汽油压燃发动机经所述第一行星齿轮传递至所述发电机上的转矩并发电，所述电动机经所述第二行星齿轮驱动所述输出轴转动。

8、根据本发明的实施例，所述控制车辆执行功率分流模式还包括：根据车辆行驶路况，获取车辆行驶过程中30s内的平均车速vavg、平均加速度aavg以及怠速时间比ri；将所述平均车速vavg、所述平均加速度aavg以及所述怠速时间比ri输入模糊控制器，输出车辆当前工况类别；获取车辆当前的车速vi(t)、绝对加速度ai(t)以及动力电池电量soci(t)；将所述工况类别、所述车速vi(t)、所述绝对加速度ai(t)、所述动力电池电量soci(t)以及所述目标转矩treq输入与所述工况类别相对应的最优等效因子神经网络模型，输出最优等效因子λ；以及根据所述最优等效因子λ、所述油门踏板行程cf以及汽油压燃发动机的工况边界条件经耗能最小化控制策略目标函数，计算所述汽油压燃发动机、所述发电机以及所述电动机的最优转矩分配比。

9、根据本发明的实施例，所述控制车辆执行功率分流模式还包括：在闭合所述发动机离合器前，控制所述车辆执行发动机启动模式，包括：闭合所述发动机锁止离合器，脱开所述发电机锁止离合器，脱开所述发动机离合器，脱开所述电动机离合器，使得所述发电机输出用于所述汽油压燃发动机启动的转矩tgs，经所述第一行星齿轮驱动所述汽油压燃发动机转动至汽油压燃发动机稳定燃烧、低原始排放的转速的最小值ned；以及脱开所述发动机锁止离合器，闭合所述发动机离合器，使得所述汽油压燃发动机通过所述输出轴输出转矩。

10、根据本发明的实施例，所述控制车辆执行纯电驱动模式包括：脱开所述发动机离合器，闭合所述电动机离合器，闭合所述发动机锁止离合器，脱开所述发电机锁止离合器，使得所述汽油压燃发动机停机，所述电动机经所述第二行星齿轮驱动所述输出轴转动，从而驱动车轮转动；并且/或者，所述控制车辆执行发动机驱动模式包括：闭合所述发动机离合器，脱开所述电动机离合器，脱开所述发动机锁止离合器，脱开所述发电机锁止离合器，使得所述电动机停机，所述汽油压燃发动机经所述第一行星齿轮驱动所述输出轴转动，以驱动车轮转动，所述发电机输出负转矩以平衡所述汽油压燃发动机经所述第一行星齿轮传递至所述发电机的转矩并发电；并且/或者，所述控制车辆执行混合驱动模式包括：闭合所述发动机离合器，闭合所述电动机离合器，闭合所述发电机锁止离合器，脱开所述发动机锁止离合器，使得所述发电机停机，所述汽油压燃发动机经所述第一行星齿轮而且所述电动机经所述第二行星齿轮共同驱动所述输出轴转动，以驱动车轮转动。

11、根据本发明的实施例，在执行所述制动模式的过程中，闭合所述电动机离合器，脱开所述发动机离合器，脱开所述发动机锁止离合器，脱开所述发电机锁止离合器，使得所述汽油压燃发动机停机、所述发电机停机，所述电动机输出负转矩配合所述车辆的刹车片制动，并回收制动过程中的部分能量。

12、根据本发明的上述实施例的用于车辆的汽油压燃发动机的混合动力系统，通过设置第一行星齿轮以分别连接汽油压燃发动机与发电机，设置第二行星齿轮以连接电动机，且将第一行星齿轮以及第二行星齿轮分别与输出轴连接，并通过分别设置发动机离合器、电动机离合器、发动机锁止离合器以及发电机锁止离合器，以改变汽油压燃发动机、发电机以及电动机与输出轴之间的传动关系，并通过输出轴向车轮输出转矩，以转换车辆的驱动模式。