一种电动四驱混合动力系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种电动四驱混合动力系统，包括动力电池、前驱动单元和后驱动单元，前驱动单元包括发动机和ISG电机，前驱动单元还包括CVT变速器，ISG电机通过离合器C1与发动机连接，ISG电机并通过离合器C2与CVT变速器连接，离合器C1用于控制ISG电机与发动机的分离与结合，离合器C2用于控制ISG电机与CVT变速器的分离与结合。本混合动力系统，采用前驱双离合+CVT变速器构成的动力耦合，通过控制离合器实现ISG电机的单独工作，发动机与ISG电机并联工作等工作方式，控制后驱电机的工作，可以实现整车的纯电动模式，并联驱动，行车发电，串联发电，四驱等工作模式，具有较高燃油经济性和排放性能。
【专利说明】—种电动四驱混合动力系统
【技术领域】
[0001]本发明属于混合动力汽车【技术领域】，具体地说，本发明涉及一种电动四驱混合动力系统。
【背景技术】
[0002]随着社会进步，人们环保意识增强，“低碳，环保，绿色”的出行方式逐渐引起高度关注。高效、环保、节能混合动力汽车已经引起了世界各汽车厂商的高度关注。
[0003]随着能源危机和环境恶化的进一步加剧，节能和环保已经成为现代汽车发展的主题。传统四驱汽车虽然具有比常规两轮驱动汽车更好的动力性和越野性能，但是其油耗和排放也相对较多，已不能适应现代汽车节能减排的发展要求，因此各大汽车厂商开始争相研制燃油经济性和排放性好的四轮驱动混合动力汽车来取代传统四驱汽车。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是提供一种具有较高燃油经济性和排放性能的电动四驱混合动力系统。
[0005]为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是:一种电动四驱混合动力系统，包括动力电池、前驱动单元和后驱动单元，前驱动单元包括发动机和ISG电机,所述前驱动单元还包括CVT变速器，所述ISG电机通过离合器Cl与所述发动机连接，ISG电机并通过离合器C2与CVT变速器连接，离合器Cl用于控制ISG电机与发动机的分离与结合，离合器C2用于控制ISG电机与CVT变速器的分离与结合。
[0006]所述离合器Cl与混合动力控制器连接，所述离合器C2与自动变速器控制器连接，自动变速器控制器并与混合动力控制器连接。
[0007]所述ISG电机与所述CVT变速器上的机械油泵连接。
[0008]所述动力电池通过逆变器与所述ISG电机连接，动力电池受电池管理系统的控制。
[0009]所述后驱动单元包括后减速器和与后减速器连接的后驱电机，所述动力电池通过另一逆变器与后驱电机连接。
[0010]所述动力电池还连接有充电机，充电机可通过充电口与外部电源连接。
[0011]在整车工作于纯电动起步模式时，混合动力控制器控制所述离合器C2断开，控制所述CVT变速器档位为空挡，控制所述后驱电机工作，实现纯电动模式低速工况下整车起止/J/ O
[0012]在整车工作于纯电动起步模式时，混合动力控制器并检测整车车速，当整车车速大于Ikph时，混合动力控制器控制所述ISG电机工作于600rpm，ISG电机带动所述机械油泵运转，机械油泵为所述CVT变速器提供油压及润滑；当整车车速低于0.1kph时，混合动力控制器控制ISG电机停机。
[0013]在整车工作于发动机启动模式时，混合动力控制器控制所述后驱电机满足驾驶员需求扭矩，同时混合动力控制器控制控制所述ISG电机工作，并控制所述离合器Cl半结合，ISG电机拖动发动机使发动机转速达到目标转速后，发动机控制单元控制发动机启动；混合动力控制器检测到发动机启动后，控制ISG电机进入零扭矩模式，当发动机与ISG电机之间的转速差小于设定区域AN〈80rpm,控制离合器Cl锁止。
[0014]在发动机启动后，混合动力控制器检测CVT变速器的主动轮转速和发动机转速，当两者之间的差值小于设定误差区间ΛΝ1 < 10rpm，混合动力控制器控制CVT变速器档位维持在当前档位，自动变速器控制器控制离合器C2锁死，实现离合器C2的同步；当两者之间的差值大于设定误差区间ΛΝ1 > lOOrpm，混合动力控制器以当前的CVT变速器的主动轮转速为目标转速做闭环控制发动机的扭矩，发动机控制单元控制发动机增加节气门，提升发动机转速跟随CVT变速器的主动轮转速，直到发动机转速与CVT变速器的主动轮之间转速差小于lOOrpm。
[0015]本发明的汽车混合动力系统，采用前驱双离合+CVT变速器构成的动力耦合，通过控制离合器实现ISG电机的单独工作，发动机与ISG电机并联工作等工作方式，控制后驱电机的工作，可以实现整车的纯电动模式，并联驱动，行车发电，串联发电，四驱等工作模式，具有较高燃油经济性和排放性能；采用CVT变速器，提升整车驾驶平顺性；在纯电动模式下，控制ISG电机驱动机械油泵满足CVT变速器的润滑及油压，取消了电子高压油泵，节约了布置空间，减少了零部件成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明混合动力系统的原理图；
[0017]图2为前驱动单元的原理图；
[0018]图3为后驱动单元的原理图；
[0019]图4为离合器Cl控制与发动机转速关系曲线图；
[0020]图5为离合器Cl、C2控制与发动机和CVT变速器的主动轮转速关系曲线图；
[0021]图6为离合器C3控制与后驱电机转速和整车车速关系曲线图；
[0022]上述图中的标记均为:1、ISG电机；2、发动机；3、CVT变速器；4、离合器Cl ;5、离合器C2 ;6、第一逆变器；7、动力电池；8、第二逆变器；9、充电机；10、充电口 ；11、后驱电机；12、后减速器；13、后驱动轴；14、机械油栗；15、尚合器C3。
【具体实施方式】
[0023]图1示出了本发明电动四驱混合动力汽车的动力系统的原理图，图1中，BMS是电池管理系统，ECU是发动机控制单元，DC/DC是高低压转换器，MCU是电机控制器，TCU是自动变速器控制器，HCU是混合动力控制器，GKN是离合器C3。
[0024]如图1至图3所示,本发明一种电动四驱混合动力系统,包括动力电池、前驱动单元和后驱动单元。前驱动单元主要包括发动机、ISG(Integrated Started Generator)电机和CVT变速器，ISG电机通过离合器Cl与发动机连接，ISG电机并通过离合器C2与CVT变速器连接，离合器Cl用于控制ISG电机与发动机的分离与结合,离合器C2用于控制ISG电机与CVT变速器的分离与结合，CVT变速器可将动力传递至前驱动轴，驱动前驱动轴上的左前轮和右前轮转动。后驱动单元主要包括后减速器和后驱电机，后驱电机通过离合器C3与后减速器连接，后减速器可将动力传递至后驱动轴，驱动后驱动轴上的左后轮和右后轮转动。动力电池受电池管理系统(BMS)的控制，动力电池通过第一逆变器与ISG电机连接，通过第二逆变器与后驱电机连接，以用于在汽车不同工况下供电或充电。
[0025]本混合动力系统中，ISG电机、后驱电机、离合器Cl、离合器C3与和自动变速器控制器(TCU)与混合动力控制器(HCU)连接，受混合动力控制器(HCU)的控制。离合器C2和CVT变速器与自动变速器控制器(TCU)连接，受自动变速器控制器(TCU)控制。自动变速器控制器(TCU)控制CVT变速器液压系统压力，控制离合器C2的通断，执行混合动力控制器(HCU)的目标速比，同时反馈CVT变速器的档位信息、CVT变速器的主从动轮转速、CVT变速器的油压、CVT变速器的油温等信息。混合动力控制器(HCU)实现整车工作模式的控制，通过不同的工作模式，发送离合器Cl、离合器C2的控制指令，发送离合器C3的通断指令；混合动力控制器(HCU)结合当前的工作模式，对驾驶员的请求扭矩进行计算，同时分配至发动机、ISG电机、后驱电机满足驾驶员的扭矩请求及制动能量回收。
[0026]本混合动力系统中，发动机还连接有发动机控制单元(ECT)，发动机控制单元(ECT)与混合动力控制器(HCU)连接，发动机控制单元(ECT)用于对发动机进行例如点火、喷油等运行控制，同时反馈发动机转速、实际扭矩、拖滞扭矩、发动机水温的参数。
[0027]本混合动力系统中，动力电池还连接有充电机，充电机可通过充电口与外部电源连接。为了将动力电池的电能供应至车辆上的常规电器，因而，在动力电池上连接有高低压转换器(DC/DC)，高低压转换器用于对整车常规电器供电的小蓄电池供电。
[0028]本混合动力系统总成，如图2所示，CVT变速器是由机械油泵提供油压及润滑，ISG电机与机械油泵连接，以驱动机械油泵运转。在整车工作于纯电动模式下，传统混合动力系统采用高压油泵满足CVT系统的润滑，给CVT系统提供油压，本混合动力系统通过ISG电机驱动机械油泵，取代高压油泵，满足CVT变速器的润滑及油压，从而可以节约布置空间，减少零部件成本。
[0029]本混合动力系统可以使混合动力汽车可以实现低速纯电动的行驶功能，解决了拥堵交通工况下传统汽车油耗高，排放差的缺点；本混合动力系统采用双离合的动力耦合形式，通过控制离合器实现ISG电机的单独工作，发动机与ISG电机并联工作等工作方式，控制后驱电机的工作，可以实现整车的纯电动模式，并联驱动，行车发电，串联发电，四驱等工作模式。
[0030]本方案中后驱系统采用纯电动与固定速比总成形式，考虑整车最高车速与电机的设计最高转速之间的矛盾，采用离合器C3将后驱电机与后减速器分离，在控制上实现离合器C3的分离与接合。在接合电子离合器时，通过采集后驱动轴转速作为目标转速，控制后驱电机快速达到目标转速，控制离合器C3的接合的平顺性。
[0031]在整车工作于纯电动起步模式时，混合动力控制器(HCU)控制离合器C2断开，控制CVT变速器的档位为空挡，控制后驱电机工作，实现纯电动模式低速工况下整车起步。
[0032]在整车工作于纯电动起步模式时，混合动力控制器(HCU)并检测整车车速，当整车车速大于Ikph时，混合动力控制器(HCU)控制ISG电机工作于600rpm，ISG电机带动机械油泵运转，机械油泵为CVT变速器提供油压及润滑；当整车车速低于0.1kph时，混合动力控制器(HCU)控制ISG电机停机。
[0033]本混合动力系统可以实现ISG电机在工作情况下启动发动机，并使发动机与ISG电机同步。整车有发动机启动需求时，控制离合器Cl半结合，由ISG电机拖动发动机启动，同时混合动力控制器(HCU)发送发动机启动指令，发动机控制单元(ECU)控制喷油点火，当发动机转速与ISG电机的转速差处于设定范围时,控制离合器Cl锁止,实现Cl离合器的同止/J/ O
[0034]本混合动力系统可以实现发动机与CVT变速器的输入轴之间的同步，发动机启动成功后，检测发动机转速与CVT变速器输入轴之间的转速差，当转速差处于设定范围时，请求自动变速器控制器(TCU)同步离合器C2 ;当转速差处于设定范围外时，以CVT变速器的输入轴转速为目标转速，控制发动机转速快速上升至目标转速，同时请求自动变速器控制器CTCU)同步离合器C2，实现发动机与CVT变速器之间的同步。
[0035]对于混合动力系统，后驱电机在高速运转时，可能会带来自整流发电的工况，该工况发生时，高压母线电压会被抬升，导致高压系统过压，进而影响整车的正常运行。为了解决上述自整流带来的不利影响，当后驱电机转速超过设定转速时，控制断开离合器C3，当整车在高速情况下，如果有四驱的请求时，为了整车高压安全，不响应该请求。当整车车速低于设定车速时，如果驾驶员有四驱请求时，以后驱动轴的转速为目标转速，控制电机快速响应，当达到同步条件后，结合离合器C3，实现离合器C3的同步。
[0036]在整车工作于后驱纯电动模式起步时，混合动力控制器(HCU)控制CVT变速器的档位为空挡(N)，此时离合器C2断开。混合动力控制器(HCU)检测整车车速大于设定的目标值lkph，混合动力控制器(HCU)控制ISG电机工作于600rpm，此时可以给CVT变速器提供1.5MPA的油压及润滑。当整车车速低于0.1kph时，混合动力控制器(HCU)控制ISG电机停机，当整车工作于发动机启动模式时，控制后驱电机满足驾驶员需求扭矩，同时混合动力控制器(HCU)控制离合器Cl半结合，ISG电机拖动发动机至目标转速Ntm strepd，混合动力控制器(HCU)发送嗔油点火指令，发动机控制单兀(ECU)控制发动机启动，冋时反馈发动机启动状态；该目标转速Ntm stepd由发动机的水温决定，当发动机的水温过低时，提高目标转速喷油点火；发动机的水温高时，降低目标喷油点火转速，改善低温启动时的油耗。混合动力控制器(HCU)检测发动机启动成功，控制ISG电机进入零扭矩模式，当发动机的转速与ISG电机的转速差小于设定区域AN〈80rpm，控制离合器Cl锁止.当整车工作于发动机停机模式时，控制离合器Cl断开，同时控制CVT变速器为空挡(N)，控制离合器C2断开，此时控制ISG电机工作于600rpm，直到整车车速低于0.lkph，混合动力控制器(HCU)控制ISG电机停机。
[0037]发动机启动成功后，混合动力控制器(HCU)检测自动变速器控制器(TCU)反馈的CVT变速器的主动轮转速、发动机控制单元(ECU)反馈的发动机转速，当两者之间的差值小于设定误差区间ΛΝ1 < lOOrpm，混合动力控制器(HCU)控制CVT变速器的档位为当前档位操纵杆指示的档位，自动变速器控制器(TCU)控制离合器C2锁死，实现离合器C2的同步；当两者之间的差值大于设定误差区间ΛΝ1 > lOOrpm，混合动力控制器(HCU)以当前的CVT变速器的主动轮转速为目标转速做闭环控制发动机的扭矩，发动机控制单元(ECU)控制增加节气门，快速提升发动机转速跟随CVT变速器的主动轮转速，直到发动机与CVT变速器的主动轮之间转速差小于lOOrpm，由混合动力控制器(HCU)控制自动变速器控制器CTCU)锁死尚合器C2，头现尚合器C2的问步。
[0038]上述描述了本混合动力系统启动发动机及CVT变速器的同步过程，该方法的优点为:发动机的启动过程对整车的舒适性影响可以忽略不计，同时在CVT变速器、离合器C2的同步上采用了闭环控制，提升了整车模式切换的平顺性。
[0039]本混合动力系统中，驾驶员通过四驱输入开关，或者由混合动力控制器(HCU)判断四轮轮速差处于打滑状态时进入四驱模式。当四驱处于高速(车速大于IlOkph)模式时，由于后驱电机的转速可能会出现超速而引起后驱电机自整流发电导致高压系统的电压抬升，引起高压母线过压。为了避免上述工况的发生，在本混合动力系统中，当整车车速高于105kph后，整车模式主动由四驱模式切换至前驱模式，同时混合动力控制器(HCU)控制离合器C3断开。离合器C3为电子开关式离合器，混合动力控制器(HCU)控制该离合器C3的通断即可将后驱电机与后减速器结合与断开。当整车车速低于60kph后，如果当前驾驶员请求模式仍然为四驱模式或者混合动力控制器(HCU)判断整车存在打滑状态时，混合动力控制器(HCU)控制整车进入四驱模式。混合动力控制器(HCU)以当前车速为目标，控制后驱动电机进行速度闭环控制，快速响应速度指令达到目标转速，当后驱动轴与后驱电机转速差小于设定转速Δ N3 < 80rpm时,混合动力控制器(HCU)控制离合器C3结合,实现离合器C3的同步，同时整车模式由前驱模式切换至四驱模式，满足驾驶员需求，同时提升整车的通过性。
[0040]上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电动四驱混合动力系统，包括动力电池、前驱动单元和后驱动单元，前驱动单元包括发动机和ISG电机，其特征在于:所述前驱动单元还包括CVT变速器，所述ISG电机通过离合器Cl与所述发动机连接，ISG电机并通过离合器C2与CVT变速器连接，离合器Cl用于控制ISG电机与发动机的分离与结合,离合器C2用于控制ISG电机与CVT变速器的分离勺彡口口。
2.根据权利要求1所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:所述离合器Cl与混合动力控制器连接，所述离合器C2与自动变速器控制器连接，自动变速器控制器并与混合动力控制器连接。
3.根据权利要求1或2所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:所述ISG电机与所述CVT变速器上的机械油泵连接。
4.根据权利要求3所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:所述动力电池通过逆变器与所述ISG电机连接，动力电池受电池管理系统的控制。
5.根据权利要求4所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:所述后驱动单元包括后减速器和与后减速器连接的后驱电机，所述动力电池通过另一逆变器与后驱电机连接。
6.根据权利要求5所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:所述动力电池还连接有充电机，充电机可通过充电口与外部电源连接。
7.根据权利要求6所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:在整车工作于纯电动起步模式时，混合动力控制器控制所述离合器C2断开，控制所述CVT变速器档位为空挡，控制所述后驱电机工作，实现纯电动模式低速工况下整车起步。
8.根据权利要求7所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:在整车工作于纯电动起步模式时，混合动力控制器并检测整车车速，当整车车速大于Ikph时，混合动力控制器控制所述ISG电机工作于600rpm，ISG电机带动所述机械油泵运转，机械油泵为所述CVT变速器提供油压及润滑；当整车车速低于0.1kph时，混合动力控制器控制ISG电机停机。
9.根据权利要求6所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:在整车工作于发动机启动模式时，混合动力控制器控制所述后驱电机满足驾驶员需求扭矩，同时混合动力控制器控制控制所述ISG电机工作，并控制所述离合器Cl半结合，ISG电机拖动发动机使发动机转速达到目标转速后，发动机控制单元控制发动机启动；混合动力控制器检测到发动机启动后，控制ISG电机进入零扭矩模式，当发动机与ISG电机之间的转速差小于设定区域Δ N<80rpm,控制离合器Cl锁止。
10.根据权利要求9所述的电动四驱混合动力系统，其特征在于:在发动机启动后，混合动力控制器检测CVT变速器的主动轮转速和发动机转速，当两者之间的差值小于设定误差区间ΛΝ1 < lOOrpm，混合动力控制器控制CVT变速器档位维持在当前档位，自动变速器控制器控制离合器C2锁死，实现离合器C2的同步；当两者之间的差值大于设定误差区间ΔΝ1 > lOOrpm，混合动力控制器以当前的CVT变速器的主动轮转速为目标转速做闭环控制发动机的扭矩，发动机控制单元控制发动机增加节气门，提升发动机转速跟随CVT变速器的主动轮转速，直到发动机转速与CVT变速器的主动轮之间转速差小于lOOrpm。
【文档编号】B60K17/12GK104175858SQ201410384469
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月6日 优先权日:2014年8月6日
【发明者】肖小城, 王春丽, 肖岩 申请人:奇瑞汽车股份有限公司