一种并联式混合动力汽车及其驱动系统和驱动控制方法
【专利摘要】本发明涉及一种并联式混合动力汽车及其驱动系统和驱动控制方法。驱动系统为每个传动支路均配置了无级变速器（CVT）。传动支路包括内燃机传动支路和电机传动支路，两套CVT分别对内燃机与电动机的转速进行调节，使得内燃机转速与电动机转速之间可以互不影响，从而使得内燃机与电动机在任何情况下都能同时工作在高效率工作点，进而提高整车燃油经济性。
【专利说明】一种并联式混合动力汽车及其驱动系统和驱动控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种并联式混合动力汽车及其驱动系统和驱动控制方法。
【背景技术】
[0002]面对节能与环保的双重压力，汽车工业要想可持续发展就必须大力发展新能源汽车。新能源汽车中纯电动汽车是最理想的车型，但由于蓄电池存在能量密度小、功率密度低的技术瓶颈，所以目前还难以普及。混合动力汽车在传统内燃机汽车的基础上加装了电机，不仅具有纯电动汽车的经济性高与污染小，又具有内燃机汽车的动力性强。因此是目前阶段最适合发展的新能源车型。
[0003]混合动力汽车按驱动系结构划分有串联式、并联式、混联式三种。并联式结构相比于串联式结构具有能量传递效率高的优点，相比于混联式结构又具有结构简单，控制方便的优点，因此在混合动力汽车中应用最为广泛。
[0004]传统的并联式混合动力汽车的传动装置，如图1所示，内燃机传动支路和电机传动支路均连接到扭矩耦合器，扭矩耦合器输出连接一个变速器，变速器输出连接到总减速器、车桥。
[0005]变速器采用无级变速器CVT，但是内燃机的转速与电机的转速就会成固定比例关系，两者转速之间会有影响，内燃机工作在最优转速的同时，电机就不一定工作在最优转速，因此只能在两者之间取折中点。所以，现有并联式驱动系结构的内燃机与电机不能在任何情况下都同时工作在高效率点上，因此其燃油经济性往往不能达到最高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种并联式混合动力汽车及其驱动系统和驱动控制方法，用以解决现有并联混合动力汽车驱动系统燃油经济性低的问题。
[0007]为实现上述目的，本发明的方案包括:
[0008]一种并联式混合动力汽车的驱动系统，至少包括第一传动支路和第二传动支路，其特征在于，所述第一传动支路、第二传动支路与车桥之间均设有对应的第一变速单元与
第二变速单元。
[0009]根据权利要求1所述的一种并联式混合动力汽车的驱动系统，所述第一、第二变速单元的输入分别对应连接第一、第二传动支路，输出连接到一个扭矩耦合器，耦合器用于输出连接车桥。
[0010]根据权利要求2所述的一种并联式混合动力汽车的驱动系统，所述变速单元为CVT。
[0011]一种并联式混合动力汽车，其驱动系统包括第一传动支路和第二传动支路，其特征在于，所述第一传动支路、第二传动支路与车桥之间均设有对应的第一变速单元与第二变速单元。
[0012]根据权利要求4所述的一种并联式混合动力汽车，所述变速单元的输入分别连接第一、第二传动支路，输出连接到一个扭矩I禹合器，I禹合器用于输出连接车桥。
[0013]根据权利要求5所述的一种并联式混合动力汽车，所述变速单元为CVT。
[0014]如权利要求1所述并联式驱动系统的控制方法，
[0015]I)汽车驱动行驶时，当内燃机效率最高点的功率Pe,timal小于汽车行驶所需牵引功率Pt时，采用混合驱动模式，此时根据车速大小和内燃机最高效率点的转速调节第一变速单元传动比使内燃机工作在效率最高点发出功率IVtjptimal,电动机发出功率Pt — Pe-optimal,并调节第二变速单元传动比使电动机工作在发出功率Pt - Pe-optimal的最高效率点，此时内燃机功率与电动机功率通过转矩耦合器耦合传递至车轮，共同驱动汽车行驶；当内燃机效率最高点的功率P^jptimal大于所需牵引功率Pt时，就判断此时蓄电池荷电状态SOC的高低，如果SOC大于SOCttjp,由于蓄电池满电而不能对其充电，因此采用纯内燃机驱动模式，内燃机发出功率Pt，并调节第一变速单元传动比使其工作在发出功率Pt的最高效率点；如果SOC小于SOCttjp，则采用充电模式，调节第一变速单元传动比使内燃机工作在效率最高点发出功率电动机反转工作在发电机状态，发电功率为Puptimal - Pt，并调节第二变速单元传动比使其工作在发电功率为Puptimal - Pt的最高效率点，此时内燃机一部分功率驱动汽车行驶，一部分功率向蓄电池充电；
[0016]2)汽车制动时，当电动机所能提供的最大制动功率Pm_max大于汽车制动功率Pb时，电动机反转工作在发电机状态产生制动功率Pb，并调节第二变速单元传动比使其工作在制动功率为Pb的最高效率点向蓄电池充电，此时机械制动装置不工作；当电动机所能提供的最大制动功率Pm-max小于汽车制动功率Pb时，由于单电动机无法满足制动要求而采用混合制动模式，电动机发出制动功率Pm-max向蓄电池充电，并调节CVT2传动比使其工作在制动功率为Pm-_的最高效率点；机械制动装置产生制动功率Pb - Pm-max。
[0017]P_ptimal是内 燃机万有特性曲线中比油耗最低即效率最高的工作点所发出的功率，这样的工作点对于特定的内燃机而言只有一个，因此该工作点的转速与转矩是固定的。无论内燃机与电动机的功率为多大，都可以通过调节变速单元使其工作在能够产生该功率的最高效率点。
[0018]本发明提供了一种并联式混合动力汽车驱动系统，驱动系统为每个传动支路均配置了变速器。如传动支路包括内燃机传动支路和电机传动支路，两套变速器分别对内燃机与电动机的转速进行调节，使得内燃机转速与电动机转速之间可以互不影响，从而使得内燃机与电动机在任何情况下都能同时工作在高效率工作点，进而提高整车燃油经济性。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是现有驱动系统不意图；
[0020]图2是本发明的驱动系统构型框图；
[0021]图3是一种实施方式的驱动系统构型；
[0022]1-燃油箱、2-内燃机、3-离合器、4_CVT1、5-蓄电池、6-电机控制器、7-电机、8-0^2、9-扭矩耦合器、10-主减速器、11-车桥、12-车轮；1、2之间为液流连接，5、6、7之间双划线为电气连接，其他部件之间为机械连接；
[0023]图4是能量管理与模式选择流程图；
[0024]Pt为汽车所需牵引功率，Pb为汽车制动功率，P^ptimal为内燃机全转速范围内最高效率点的功率，Pm-max为电机所能提供的最大制动功率，SOC为蓄电池荷电状态，SOCttjp为设定的蓄电池高荷电状态。
【具体实施方式】
[0025]下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
[0026]传动系统构型实施例
[0027]如图2所示的并联式混合动力汽车传动系统，至少包括第一传动支路和第二传动支路，第一传动支路、第二传动支路与车桥之间均设有对应的变速单元。
[0028]具体的，上述动力构型可以构造为如图2的那样，两个变速单元的输入分别连接第一、第二传动支路，输出连接到一个扭矩耦合器，耦合器输出连接总减速器和车桥等。
[0029]作为其他实施方式，也可以将图2虚线框部分构造为一个行星齿轮耦合机构，该耦合机构具备两个输入端，一个输出端，两输入端具备无级或多档位(足够多的档位以模拟无级效果)变速，输出连接到总减速器和车桥等。
[0030]作为其他实施方式，甚至可以包括更多的传动支路，每路均设置变速单元。
[0031]作为一种优选实施方式，变速单元采用CVT (无级变速器)，驱动系统结构细节如图3所示，第一传动支路构造为内燃机传动支路，第二传动支路构造为电机传动支路。内燃机传动支路沿动力输出方向依次包括内燃机2，离合器3，CVT1，电机传动支路依次包括电机7和CVT2，CVT1与CVT2共同连接扭矩耦合器。驱动系结构中还包括燃油箱1、蓄电池5、电机控制器6。扭矩耦合器是一个机械耦合器，本实施例采用的扭矩耦合器是一个三端口固定传动比齿轮传动装置，三个端口的转速成固定比，转矩之间的比例连续可变，主要用来分配内燃机与电机的转矩。扭矩耦合器的另一端连接主减速器直至车轮。电机控制器控制电机的运行，蓄电池为电机提供电能。
[0032]CVTl通过离合器与内燃机连接，控制系统根据车速大小与所需牵引转矩的大小实时调节CVTl传动比和内燃机的转速；CVT2与电机连接，控制系统根据车速大小与所需牵引转矩的大小实时调节CVT2传动比和电机的转速。
[0033]混合动力汽车实施例
[0034]混合动力汽车采用上述实施例中的驱动系统，具体细节不再赘述。
[0035]控制方法实施例
[0036]如图4，首先车辆分为驱动工况与制动工况两种情况。在两者工况下，都存在一个传动支路单独运行和两个传动支路都运行的情况。本发明的方法，不论哪种工况、情况都能够实现各动力源运行在最高效率。
[0037](I)驱动工况
[0038]当内燃机效率最高点的功率Pe,tinial小于汽车行驶所需牵引功率Pt时，采用混合驱动模式，此时调节CVT1传动比使内燃机工作在效率最高点发出功率P_ptimal，电动机发出功率Pt - Pe-OPtimaIj并调节CVT2传动比使电动机工作在发出功率Pt - Pe_optimal的最高效率点，此时内燃机功率与电动机功率通过转矩耦合器耦合传递至车轮，共同驱动汽车行驶。当内燃机效率最高点的功率IVtjptimal大于所需牵引功率Pt时，就判断此时蓄电池荷电状态SOC的高低，如果SOC大于soc_，由于蓄电池满电而不能对其充电，因此采用纯内燃机驱动模式，内燃机发出功率Pt，并调节CVT1传动比使其工作在发出功率Pt的最高效率点；如果SOC小于SOCttjp，则采用充电模式，调节CVT1传动比使内燃机工作在效率最高点发出功率Pe-OPtimaIj电动机反转工作在发电机状态，发电功率为pe,timal - pt，并调节CVT2传动比使其工作在发电功率为pe,timal - Pt的最高效率点，此时内燃机一部分功率驱动汽车行驶，一部分功率向蓄电池充电。
[0039](2)制动工况
[0040]当电动机所能提供的最大制动功率P?ax大于汽车制动功率Pb时，为了最大化回收制动能量而采用纯电动机制动，电动机反转工作在发电机状态产生制动功率Pb，并调节CVT2传动比使其工作在制动功率为Pb的最高效率点向蓄电池充电，此时汽车上配备的传统机械制动装置不工作。当电动机所能提供的最大制动功率Pm-max小于汽车制动功率Pb时，由于单电动机无法满足制动要求而采用混合制动模式，电动机发出制动功率Pm-max向蓄电池充电，并调节CVT2传动比使其工作在制动功率为Pm_max的最高效率点。机械制动产生制动功率
P-P1 b 1 m-max°
[0041]以上给出一种具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.一种并联式混合动力汽车的驱动系统，至少包括第一传动支路和第二传动支路，其特征在于，所述第一传动支路、第二传动支路与车桥之间均设有对应的第一变速单元与第二变速单元。
2.根据权利要求1所述的一种并联式混合动力汽车的驱动系统，所述第一、第二变速单兀的输入分别对应连接第一、第二传动支路，输出连接到一个扭矩稱合器，稱合器用于输出连接车桥。
3.根据权利要求2所述的一种并联式混合动力汽车的驱动系统，所述变速单元为CVT。
4.一种并联式混合动力汽车，其驱动系统包括第一传动支路和第二传动支路，其特征在于，所述第一传动支路、第二传动支路与车桥之间均设有对应的第一变速单元与第二变速单元。
5.根据权利要求4所述的一种并联式混合动力汽车，所述变速单元的输入分别连接第一、第二传动支路，输出连接到一个扭矩I禹合器，I禹合器用于输出连接车桥。
6.根据权利要求5所述的一种并联式混合动力汽车，所述变速单元为CVT。
7.如权利要求1所述并联式驱动系统的控制方法，其特征在于， 1)汽车驱动行驶时，当内燃机效率最高点的功率P_ptimal小于汽车行驶所需牵引功率Pt时，采用混合驱动模式，此时根据车速大小和内燃机最高效率点的转速调节第一变速单元传动比使内燃机工作在效率最高点发出功率IVtjptimal,电动机发出功率Pt - Pe-optimal,并调节第二变速单元传动比使电动机工作在发出功率Pt - Pe-optimal的最高效率点，此时内燃机功率与电动机功率通过转矩耦合器耦合传递至车轮，共同驱动汽车行驶；当内燃机效率最高点的功率IVtjptimal大于所需牵引功率Pt时，就判断此时蓄电池荷电状态SOC的高低，如果SOC大于soc_，由于蓄电池满电而不能对其充电，因此采用纯内燃机驱动模式，内燃机发出功率Pt，并调节第一变速单元传动比使其工作在发出功率Pt的最高效率点；如果SOC小于SOCttjp，则采用充电模式，调节第一变速单元传动比使内燃机工作在效率最高点发出功率Pe-OPtimaIj电动机反转工作在发电机状态，发电功率为Pe,timal - Pt，并调节第二变速单元传动比使其工作在发电功率为pe,timal - Pt的最高效率点，此时内燃机一部分功率驱动汽车行驶，一部分功率向蓄电池充电； 2)汽车制动时，当电动机所能提供的最大制动功率Pm_max大于汽车制动功率Pb时，电动机反转工作在发电机状态产生制动功率Pb，并调节第二变速单元传动比使其工作在制动功率为Pb的最高效率点向蓄电池充电，此时机械制动装置不工作；当电动机所能提供的最大制动功率Pm-max小于汽车制动功率Pb时，由于单电动机无法满足制动要求而采用混合制动模式，电动机发出制动功率Pm-max向蓄电池充电，并调节CVT2传动比使其工作在制动功率为pm-max的最高效率点；机械制动装置产生制动功率Pb - Pm-max。
【文档编号】B60W10/06GK103863089SQ201410127200
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2014年3月31日 优先权日:2014年3月31日
【发明者】谢金法, 李洋洋, 刘阳, 张靖龙 申请人:河南科技大学