CN102673372A - Isg并联式混合动力汽车动力总成***及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及ISG并联式混合动力汽车动力总成***及控制方法，***包括发动机、主电机、ISG电机，ISG电机辅助传动轴两端的小齿轮分别与发动机输出轴上齿轮和主电机输出轴上齿轮啮合，组成效率优化齿轮组，通过ISG电机优化发动机和主电机输入输出效率；发动机输出轴上的大齿轮安装在发动机飞轮上，发动机输出轴经离合器、中央齿轮组直接与最终传动轴联接，以减少主传动损失；本发明优化发动机和主电机的效率和辅助驱动的功能，结构简单、便于实现和维护；中央控制器通过判断电池荷电状态SOC值，调节发动机与电机驱动***、主电机与ISG电机间的输入或输出功率分配，使混合动力汽车运行在不同工作模式下，最终提高整车的燃油经济性和驱动***效率。

Description

ISG并联式混合动力汽车动力总成***及控制方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车技术领域，涉及一种ISG并联式混合动力汽车的动力总成***结构和总成***驱动模式的控制方法。

背景技术

混合动力汽车是近十年来国内外研究的热点。混合动力汽车的研究在国内属于起步或者是初步试验阶段，且大部分以结构单一、控制简单的轻度混合动力为主，电机外挂于发动机一侧用于发动机起动或者用于再生制动，电机驱动***效率相对低下。此外，要从根本上改善混合动力汽车的效率，应提高汽车的混合度，混合动力汽车混合度较高时，将会增加混合动力汽车配置的复杂度，对电机驱动***的要求也会相应增高，当出现2个电机或多个电机时，必须根据汽车需求功率的大小，结合发动机、电机驱动***、电池荷电状态（SOC）值判断各部件的工作模式，使整车的性能达到最佳。 

发明内容

本发明的目的是提供一种ISG并联式混合动力汽车动力总成***及控制方法，以解决混合动力汽车效率与汽车配置复杂度之间的矛盾。

为实现上述目的，本发明的ISG并联式混合动力汽车动力总成***，包括发动机和主电机，所述发动机的输出轴为主传动轴，主传动轴上的大齿轮安装在发动机飞轮上，主传动轴经离合器、中央齿轮组直接与最终传动轴联接，所述主电机输出轴为副传动轴，该副传动轴经离合器、齿轮与主电机转子输出轴集成，直接与中央齿轮组联接，所述主电机由主电机逆变器控制，该主电机逆变器由电机控制器输出控制连接；所述电机控制器还通过ISG电机逆变器控制连接ISG电机，该ISG电机转子两端输出轴作为辅助传动轴，两辅助传动轴末端分别安装有离合器，两离合器轴分别与小齿轮联接，小齿轮分别与主传动轴上的大齿轮和副传动轴上的齿轮啮合，组成效率优化齿轮组；所述发动机、电机控制器、各离合器分别与中央控制器控制连接。

进一步的，所述ISG电机与主电机均为永磁同步直流电机，主电机正转用于发电或驱动，ISG电机正转、反转均可用于发电或驱动。

进一步的，所述发动机最大输出功率等于主电机和ISG电机的最大输出功率之和。

本发明的ISG并联式混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：中央控制器判断电池荷电状态SOC值与自大到小设定的上限值                                               

、下限值

和目标值

的关系，来进入相应的工作模式，并根据工作模式分别控制相应的离合器分离、发动机运行或关闭，实现工作模式的转换和功率的分配；驱动时，当SOC值在

至

区间时，进入发动机单独驱动或混合驱动模式；SOC值为

至

时，进入纯电动或混合驱动模式，SOC小于等于

时，进入发动机单独驱动模式或再生制动模式，SOC值达到上限值

时，强制关闭发动机，进入纯电动模式。

进一步的，所述进入纯电动模式时，功率小于ISG电机最大功率，由ISG电机单独驱动，功率大于ISG电机最大功率小于主电机最大功率，主电机单独驱动，大于主电机最大功率，主电机最大功率输出，其余功率由ISG电机提供。

进一步的，发动机单独驱动模式包括发动机全优化功率输出模式和行车充电模式。

进一步的，所述进入发动机单独驱动时，发动机运行在发动机优化曲线上，发动机输出的功率为优化驱动功率，汽车可获得最大功率为发动机最大输出功率，发动机功率输出大于汽车需求功率时，进入行车充电模式。

进一步的，所述进入混合驱动模式时，汽车需求功率小于8KW-10KW，且SOC值大于目标值

时，切换为纯电动模式；汽车需求功率与发动机优化输出功率差小于ISG电机最大功率，ISG电机提供辅助功率，大于ISG电机最大功率小于主电机最大功率，由主电机提供，大于主电机最大功率，主电机最大功率输出，ISG电机提供辅助功率。

进一步的，所述的离合器控制根据混合动力汽车模式、功率的分配和电池的SOC状态判断，ISG电机转子输出轴上设有2个离合器，一个结合时，另一个分离。

进一步的，所述SOC值上限值为

=0.75，下限值为

=0.25，目标值为

=0.5。

本发明的ISG并联式混合动力汽车动力总成***，ISG电机取代了发动机的起动机，ISG电机辅助传动轴两端的小齿轮分别与发动机输出轴上齿轮和主电机输出轴上齿轮啮合，组成效率优化齿轮组，通过ISG电机优化发动机输出效率和主电机输入输出效率；发动机输出轴为主传动轴，主传动轴上的大齿轮安装在发动机飞轮上，主传动轴经离合器、中央齿轮组直接与最终传动轴联接，以减少主传动损失；本发明通过增加ISG电机辅助传动轴，使ISG电机具有起动发动机，优化发动机和主电机的效率和辅助驱动的功能，动力总成结构简单、便于实现和维护，功率分配控制策略简明精确，能很好的提高整车燃油经济性。

本发明的ISG并联式混合动力汽车动力总成控制方法，中央控制器通过判断电池荷电状态SOC值，控制每个离合器的分离或结合、发动机起停，调节发动机与电机驱动***的功率分配、主电机与ISG电机间的输入或输出功率分配，使混合动力汽车运行在不同工作模式下，最终提高整车的燃油经济性和驱动***效率。

附图说明

图1是本发明实施例的动力总成***结构图；

图2是本发明实施例的功率流输出或输入路径图；

图3是本发明实施例的发动机效率优化曲线图；

图4是本发明实施例的整车工作模式确定流程图；

图5是本发明实施例的各种模式下功率分配图。

具体实施方式

如图1所示，ISG并联式混合动力汽车动力总成***，包括发动机15飞轮与发动机效率优化齿轮1固结在主输出轴2上，主输出轴2靠近中央齿轮组主齿轮4侧安装有离合器3；ISG电机17输出轴为辅助传动轴7，两侧末端各安装有小齿轮5、9，分别与发动机效率优化齿轮1和主电机效率优化齿轮12啮合，辅助传动轴7靠近小齿轮侧分别安装有离合器6、8；发动机效率优化齿轮1与小齿轮5组成发动机效率优化齿轮组49；主电机效率优化齿轮12与小齿轮9组成电机效率优化齿轮组50；主电机16所在轴为副传动轴10，靠近主电机效率优化齿轮12侧安装有离合器11，主电机通过主电机效率优化齿轮11直接与中央齿轮组副齿轮13联接，中央齿轮组副齿轮13与中央齿轮组主齿轮4啮合后直接与最终输出轴14联接。ISG电机17与主电机16分别由各自逆变器19、18控制，逆变器18、19均由电机控制器20控制。

如图1、2所示，混合动力***结构功率输出方式均为并联式或单一方式，发动机15单独驱动时，功率输出路径为21，此时，离合器3、6结合，离合器8、11分离，发动机多余功率通过ISG电机17向电池组充电，ISG电机17正转发电。

发动机15和电机驱动***混合驱动时，发动机工作在最优曲线上，若汽车需求功率与发动机输出功率之差小于ISG电机当前转速下最大输出功率，此时功率输出路径为21、22，离合器3、6结合，离合器8、11分离，ISG电机正转驱动；若汽车需求功率与发动机输出功率之差大于ISG电机当前转速下最大输出功率并小于当前转速下主电机最大输出功率，发动机工作在最优曲线上，功率输出路径为21、23，离合器3、11结合，离合器6、8分离，主电机正转驱动；若汽车需求功率与发动机输出功率差大于当前转速下主电机最大输出功率时，发动机工作在最优曲线上，主电机以最大功率输出，功率输出路径为21、23、24，离合器6分离，其它离合器结合，此时ISG电机反转驱动。

纯电动时，若汽车需求功率小于当前转速下ISG电机最大输出功率，ISG电机单独工作，离合器8结合，其它离合器均分离，功率输出路径为24；若汽车需求功率大于当前转速下ISG电机最大输出功率且小于当前转速下主电机最大功率时，主电机单独工作，离合器11结合，其它离合器分离，功率输出路径为23；若汽车需求功率大于当前转速下主电机最大输出功率，主电机输出最大功率，ISG电机提供剩余功率，离合器8、11结合，离合器3、6分离，功率输出路径为23、24。纯电动时，ISG电机工作为反转驱动，主电机正转驱动。

再生制动时，离合器动作和纯电动一致，功率输入路径23、24，并注意到21、22功率路径是不能逆向的，此时，ISG电机工作为反转发电、主电机工作为正转发电。

如图3所示，发动机输出优化效率根据具体转速、转矩得出。根据汽车当前速度，可计算出发动机转速，根据转矩、转速优化曲线得到相应转矩，再由转矩、转速、功率三者关系得出发动机输出功率。

如图4所示，整车运行时，首先检测并显示电池SOC值（步骤25），再检测汽车需求功率是否大于或等于零（步骤26）：

若为否，即汽车需求功率小于零，当电池SOC值小于0.75时，汽车工作在再生制动模式（步骤27），电池SOC大于或等于0.75时，汽车工作在液压制动模式或其它制动模式。

若汽车需求功率大于或等于零：电池SOC值为小于或等于0.25时工作在发动机单独驱动模式（步骤28）；电池SOC值为大于0.25且小于0.5，应判断汽车绣球功率是否大于发动机优化输出功率（步骤29）：否则工作在发动机单独驱动模式（步骤30），是则工作在混合驱动模式（步骤31）；若电池SOC值为大于等于0.5且小于0.75；同样判断汽车需求功率是否大于发动机优化输出功率（步骤32），否则工作在纯电动模式（步骤33），是则工作在混合驱动模式（步骤34）。若电池SOC值大于或等于0.75，汽车工作在纯电动模式（步骤36）。

如图5所示，若汽车工作在混合驱动模式（步骤37）则发动机输出优化功率（步骤38），其余功率与电机驱动***提供。电机驱动***间的功率分配与汽车工作在纯电动模式或再生制动模式（步骤39）时一致：检测电机驱动***功率是否小于ISG电机最大输出功率（步骤40），若是则电机单独工作（步骤41），若否则继续检测电机驱动***功率是否小于主电机最大输出功率（步骤42），若是则电机单独工作（步骤43），若否则主电机最大功率输出，ISG电机提供其它功率（步骤44）。

若汽车工作在发动机单独驱动模式（步骤45），则检测汽车需求功率是否小于发动机输出优化功率（步骤46），若否则汽车获得功率为发动机输出优化功率（步骤47），若是则汽车工作在行车充电模式，发动机输出优化功率，多余功率提供给ISG电机充电（步骤48）。

Claims (10)

1.一种ISG并联式混合动力汽车动力总成***，包括发动机和主电机，其特征在于，所述发动机的输出轴为主传动轴，主传动轴上的大齿轮安装在发动机飞轮上，主传动轴经离合器、中央齿轮组直接与最终传动轴联接，所述主电机输出轴为副传动轴，该副传动轴经离合器、齿轮与主电机转子输出轴集成，直接与中央齿轮组联接，所述主电机由主电机逆变器控制，该主电机逆变器由电机控制器输出控制连接；所述电机控制器还通过ISG电机逆变器控制连接ISG电机，该ISG电机转子两端输出轴作为辅助传动轴，两辅助传动轴末端分别安装有离合器，两离合器轴分别与小齿轮联接，小齿轮分别与主传动轴上的大齿轮和副传动轴上的齿轮啮合，组成效率优化齿轮组；所述发动机、电机控制器、各离合器分别与中央控制器控制连接。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于：所述ISG电机与主电机均为永磁同步直流电机，主电机正转用于发电或驱动，ISG电机正转、反转均可用于发电或驱动。

3.根据权利要求1或2所述的***，其特征在于：所述发动机最大输出功率等于主电机和ISG电机的最大输出功率之和。

4.一种ISG并联式混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：中央控制器判断电池荷电状态SOC值与自大到小设定的上限值                                                

、下限值

和目标值

的关系，来进入相应的工作模式，并根据工作模式分别控制相应的离合器分离、发动机运行或关闭，实现工作模式的转换和功率的分配；驱动时，当SOC值在

至

区间时，进入发动机单独驱动或混合驱动模式；SOC值为

至时，进入纯电动或混合驱动模式，SOC小于等于

时，进入发动机单独驱动模式或再生制动模式，SOC值达到上限值

时，强制关闭发动机，进入纯电动模式。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述进入纯电动模式时，功率小于ISG电机最大功率，由ISG电机单独驱动，功率大于ISG电机最大功率小于主电机最大功率，主电机单独驱动，大于主电机最大功率，主电机最大功率输出，其余功率由ISG电机提供。

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：发动机单独驱动模式包括发动机全优化功率输出模式和行车充电模式。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述进入发动机单独驱动时，发动机运行在发动机优化曲线上，发动机输出的功率为优化驱动功率，汽车可获得最大功率为发动机最大输出功率，发动机功率输出大于汽车需求功率时，进入行车充电模式。

8.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述进入混合驱动模式时，汽车需求功率小于8KW-10KW，且SOC值大于目标值

时，切换为纯电动模式；汽车需求功率与发动机优化输出功率差小于ISG电机最大功率，ISG电机提供辅助功率，大于ISG电机最大功率小于主电机最大功率，由主电机提供，大于主电机最大功率，主电机最大功率输出，ISG电机提供辅助功率。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的离合器控制根据混合动力汽车模式、功率的分配和电池的SOC状态判断，ISG电机转子输出轴上设有2个离合器，一个结合时，另一个分离。

10.根据权利要求4-9中任一项所述的方法，其特征在于：所述SOC值上限值为

=0.75，下限值为

=0.25，目标值为

=0.5。

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