CN105150825A - 一种多轴驱动重型车辆混合动力装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多轴驱动重型车辆混合动力装置及其控制方法，包括：发动机电机、第一电机及第二电机组成的电机装置，其与电池相连，第一电机及第二电机的输出轴分别与行星齿轮系相连，发动机电机的电机轴与发动机输出轴通过行星齿轮系相连，离合器设置在发动机输出轴侧，发动机电机与变速箱相连，通过变速箱与行星齿轮系相连，发动机及电池分别与控制装置相连，控制装置同时连有监测装置；由于控制装置的设置，使本发明具有能够根据路面附着条件，合理分配驱动力，最大限度发挥路面附着特性，整车机动能力更强的混合动力的特点。

Description

一种多轴驱动重型车辆混合动力装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力***，具体涉及一种多轴驱动重型车辆混合动力装置及其控制方法。

背景技术

目前，国外美军、俄罗斯、欧洲各国等普遍把混合动力电驱动平台作为下一代军用多轴驱动重型车辆驱动***平台发展方向，这与民用车辆领域，各国政府、企业、研究机构大力发展以电动汽车、混合动力汽车、燃料电池汽车为主的新能源汽车的世界车辆发展趋势相符，但以此目的研究开发的重型车辆由于运行环境恶劣，路况信息复杂存在着驱动力分配不合理，不能根据路面附着条件最大限度的发挥附着特性，机动性能不强的问题，如中国发明专利申请201410103711.1中介绍了一种混合动力***，其特点是变速箱无论在纯电驱动模式还是发动机驱动模式下，都能提供适当的变比，使***纯电行驶里程提高，***能量利用效率更高。但是也没能通过改变电机的输出功率去克服动力分配合理性及提供更强的动力基础，节约能耗的问题。

发明内容

本发明提供一种多轴驱动重型车辆混合动力装置及其控制方法，目的是解决重型车辆动力不足、驱动力分配不合理、能源消耗大等问题，提供一种能够根据路面附着条件，合理分配驱动力，最大限度发挥路面附着特性，整车机动能力更强的混合动力装置。

本发明是这样实现的：

一种多轴驱动重型车辆混合动力装置，包括：

电机装置，其包括发动机电机、第一电机及第二电机，分别与电池相连，能够单独或组合一起与发动机同时为车辆提供动力；

所述发动机电机，其具有贯穿式的输出轴，所述输出轴的一端连接第一行星齿轮系的齿圈，所述输出轴的另一端连接变速箱；变速箱的输出轴连接第二行星齿轮的太阳轮；

发动机，其输出旋转动力驱动第一行星齿轮系的太阳轮；所述第一行星齿轮系的行星轮具有行星架，其将动力输出第三行星齿轮的太阳轮；

第一电机，其输出轴连接第二行星齿轮的齿圈；第二行星齿轮的行星轮具有行星架，其将动力输出到车辆后部的多个驱动桥；

第二电机，其输出轴连接到第三行星齿轮的齿圈；第三行星齿轮的行星轮具有行星架，其输出动力驱动车辆的前桥；

监测装置，其包括速度监测仪与坡度监测仪，所述速度监测仪用于监测车辆行驶车速；所述坡度监测仪用于监测车辆行驶路况坡度角；

控制装置，其根据所述坡度监测仪监测行驶路况坡度角信息，控制发动机开关；根据所述坡度角监测仪监测行驶路况坡度角及速度监测仪监测车辆速度信息，分别控制发动机开关及所述电机装置的开关，调节所述电机装置的输出功率。

优选的是，所述发动机电机固定在所述发动机一侧。

优选的是，所述变速箱为五档以上的变速箱。

优选的是，所述前桥和驱动桥，都分别具有减速装置。

优选的是，在动力输出到后部驱动桥的动力路径上还设置有中央差速器，其用于消除驱动轮的滑动现象。

优选的是，其特征在于，还包括多个蓄能电池。

一种多轴驱动重型车辆混合动力装置的控制方法，其特征在于，其根据速度与坡度反馈信号进行调节第二电机电功率P₂、第一电机电功率P₁及发动机电机电功率P₀，其中，P₀,P₁,P₂单位为W；设定上坡路段反馈信号为正，下坡路段反馈信号为负，平面路段反馈信号为0，其中，当坡度反馈信号为负时，发动机不启动，所述控制装置控制由电机装置来驱动车辆行驶，同时控制车速在0＜V₁≤V₀以保证行车安全；电机装置根据速度反馈信号及坡度反馈信号调节功率输出，当速度反馈信号0＜V₁≤5时，控制装置控制发动机电机单独输出功率，发动机电机的电功率通过 $P_0=\frac{V_1}{A\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294V_1}$ 方式调节，其中，V₁是重型车辆行驶速度，单位为km/h，η是动力传动效率系数，m是重型车质量，单位为kg，g是重力加速度，单位为m/s²，f₁是滚动阻力系数，s是迎风面积，单位为m²，ρ是外界环境气流密度，单位为kg/m³，f₂是风阻系数，A是常数,e为自然对数的底数；当速度反馈信号5＜V₁≤10时，控制装置控制发动机电机和第一电机同时输出功率，发动机电机电功率调节方式不变，第一电机通过 $P_1=\frac{V_1}{B\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1\×cos\mathrm{\α}+m\×g\×sin\mathrm{\α}+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294\mathrm{\α}}$ 方式调节，其中α为坡度角，B为常数,e为自然对数的底数；当速度反馈信号10＜V₁≤V₀时，其中V₀是达到发动机启动的设定速度，单位为km/h，控制装置控制发动机电机、第一电机及第二电机同时输出功率，其中，发动机电机及第一电机电功率调节方式不变，第二电机电功率调节方式按照第一电机电功率调节方式进行。

优选的是，当坡度反馈信号为正或者为0时，车辆起步后车辆速度未达到设定速度V₀时，发动机不启动，离合器断开，由电机装置来驱动车辆行驶，当车辆起步后车辆速度达到设定速度V₀时，发动机启动，电机装置关闭，通过发动机来驱动车辆行驶。

优选的是，所述车辆需要处于低速行驶时，控制装置控制发动机关闭，通过所述电机装置进行驱动，使车辆处于低速行驶模式。

优选的是，所述车辆处于加速时，所述发动机和所述电机装置共同驱动车辆行驶；所述车辆处于减速时，所述发动机关闭，由电机装置驱动车辆行驶。

本发明的有益效果是：通过监测装置和控制装置，控制发动机和电机开关，同时调节电机输出功率，使重型车辆能够根据路面附着条件，合理分配驱动力，最大限度发挥路面附着特性，整车机动能力更强。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明所述多轴驱动重型车辆混合动力的结构示意图。

图2为本发明所述多轴驱动重型车辆混合动力控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1示出了根据本发明的一种实现形式，其中包括：发动机110、发动机电机120、第一电机121、第二电机122、离合器111、变速箱112、电池113、第一行星齿轮系152、第二行星齿轮系153、第三行星齿轮系151，其中，所述离合器111设置在发动机110输出轴一侧，发动机110输出旋转力驱动第一行星齿轮系152的太阳轮，所述第一行星齿轮系152的行星轮具有行星架，其将动力输出至第三行星齿轮系151的太阳轮，所述发动机电机120具有贯穿式的输出轴，其一端连接第一行星齿轮系152的齿圈，另一端连接变速箱112，所述变速箱112的输出轴连接第二行星齿轮系153的太阳轮，第一电机121输出轴连接第二行星齿轮系153的齿圈，第二行星齿轮系153的行星轮具有行星架，其将动力输出到车轮后部的驱动桥142、143，第二电机122输出轴连接第三行星齿轮系151的齿圈，第三行星齿轮系151的行星轮具有行星架，其将动力输出到车辆前桥141；监测装置，其包括速度监测仪131与坡度监测仪132，所述速度监测仪131用于监测重型车车速，传输反馈信号；所述坡度监测仪132用于监测重型车路况坡度角信息，传输反馈信号，其中，当处于上坡路段时，反馈信号为正，当处于下坡路段时，反馈信号为负，当处于平面路段时，反馈信号为0；控制装置130，其与所述电池113、发动机110及监测装置相连，根据速度监测仪131及坡度监测仪132反馈信号通过电池113控制所述发动机电机120、第一电机121及第二电机122的开关及输出功率，控制所述发动机110的启动与关闭；其中所述发动机电机120、第一电机121、第二电机122组成了电机装置，分别与电池113相连；其中，电池113是由电池单体串联而成的铅酸电池组。

图2示出了根据本发明控制方法的一种实现形式，其具体操作流程如下：

S210：通过速度监测仪131及坡度监测仪132监测车辆在行驶过程中的行车速度V₁及路况坡度角α，设定上坡路段反馈信号为正，下坡路段反馈信号为负，平面路段反馈信号为0。

S220、S221：发动机电机120电功率P₀、第一电机121电功率P₁及第二电机122电功率P₂通过以下的方式进行调节：坡度监测仪132监测到的路况信息，当坡度反馈信号为负时，发动机110不启动，控制装置130控制由电池113带动电机装置来驱动车辆行驶，同时控制车速在0＜V₁≤V₀以保证行车安全；通过速度监测仪131监测到的行车速度，电机装置根据速度反馈信号及坡度反馈信号调节功率输出，当速度反馈信号0＜V₁≤5时，控制装置130控制发动机电机120单独输出功率，发动机电机120的电功率通过以下方式调节 $P_0=\frac{V_1}{A\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294V_1},$ 其中，P₀,P₁,P₂单位为W，V₁是重型车辆行驶速度，单位为km/h，η是动力传动效率系数，m是重型车质量，单位为kg，g是重力加速度，单位为m/s²，f₁是滚动阻力系数，s是迎风面积，单位为m²，ρ是外界环境气流密度，单位为kg/m³，f₂是风阻系数，A是常数,e为自然对数的底数；当速度反馈信号5＜V₁≤10时，控制装置130控制发动机电机120和第一电机121同时输出功率，发动机电机120的电功率通过以下方式调节 $P_0=\frac{V_1}{A\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294V_1},$ 第一电机121的电功率通过以下方式调节 $P_1=\frac{V_1}{B\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1\×\cos \mathrm{\α}+m\×g\×\sin \mathrm{\α}+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294\mathrm{\α}}$ ，其中α为坡度角，B为常数,e为自然对数的底数；当速度反馈信号10＜V₁≤V₀时，其中V₀是达到发动机启动的设定速度，单位为km/h，控制装置130控制发动机电机120、第一电机121及第二电机122同时输出功率，其中，发动机电机120的电功率通过以下方式调节 $P_0=\frac{V_1}{A\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294V_1},$ 第一电机121的电功率通过以下方式调节 $P_1=\frac{V_1}{B\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1\×\cos \mathrm{\α}+m\×g\×\sin \mathrm{\α}+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294\mathrm{\α}}$ ，第二电机122的电功率通过以下方式调节 $P_2=\frac{V_1}{B\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1\×\cos \mathrm{\α}+m\×g\×\sin \mathrm{\α}+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294\mathrm{\α}}$ ；在本实施例中，A＝574.89，B＝95.68，V₀＝40。

S230：当速度监测仪131监测到车辆正处于加速时，发动机和电机装置共同启动驱动车辆行驶；当速度监测仪131监测到车辆处于减速时，发动机110关闭，由电机装置驱动车辆行驶。

S240：当车辆根据需要长时间处于低速行驶时，控制装置可以控制发动机110关闭，通过电机装置进行驱动，使车辆处于低速行驶模式；在本实施例中，低速行驶车速为25km/h。

S250：通过速度监测仪131及坡度监测仪132监测信息，电机装置根据速度反馈信号及坡度反馈信号调节功率输出，当坡度反馈信号为正或者为0时，当速度反馈信号0＜V₁≤5时，控制装置130控制发动机电机120单独输出功率，发动机电机120的电功率通过 $P_0=\frac{V_1}{A\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294V_1}$ 方式调节，其中，V₁是重型车辆行驶速度，单位为km/h，η是动力传动效率系数，m是重型车质量，单位为kg，g是重力加速度，单位为m/s²，f₁是滚动阻力系数，s是迎风面积，单位为m²，ρ是外界环境气流密度，单位为kg/m³，f₂是风阻系数，A是常数,e为自然对数的底数；当速度反馈信号5＜V₁≤10时，控制装置130控制发动机电机120和第一电机121同时输出功率，发动机电机120的电功率通过以下方式调节 $P_0=\frac{V_1}{A\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294V_1},$ 第一电机121的电功率通过以下方式调节 $P_1=\frac{V_1}{B\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1\×\cos \mathrm{\α}+m\×g\×\sin \mathrm{\α}+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294\mathrm{\α}}$ ，其中α为坡度角，B为常数,e为自然对数的底数；当速度反馈信号10＜V₁≤V₀时，其中V₀是达到发动机启动的设定速度，单位为km/h，控制装置130控制发动机电机120、第一电机121及第二电机122同时输出功率，其中，发动机电机120的电功率通过以下方式调节 $P_0=\frac{V_1}{A\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294V_1},$ 第一电机121的电功率通过以下方式调节 $P_1=\frac{V_1}{B\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1\×\cos \mathrm{\α}+m\×g\×\sin \mathrm{\α}+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294\mathrm{\α}}$ ，第二电机122的电功率通过以下方式调节 $P_2=\frac{V_1}{B\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1\×\cos \mathrm{\α}+m\×g\×\sin \mathrm{\α}+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×V_1^2}{2})\×e^{0.0294\mathrm{\α}}$ ；在本实施例中，A＝574.89，B＝95.68，V₀＝40。

S260、S261、S262：当车辆起步后速度监测仪131监测到车辆速度未达到设定速度V₀时，发动机110不启动，离合器断开，由电机装置来驱动车辆行驶；当车辆起步后速度监测仪131监测到车辆速度达到设定速度V₀时，发动机110启动，电机装置关闭，通过发动机110来驱动车辆行驶，在本实施例中，V₀＝40，单位为km/h。

在另一种实施例中，所述发动机电机120固定在所述发动机110一侧。

在另一种实施例中，所述变速箱112为五档以上的变速箱。

在另一种实施例中，所述前桥141和驱动桥142、143都分别具有减速装置。

在另一种实施例中，在动力输出到后部驱动桥142的动力路径上还设置有中央差速器157，当具有不同的输入角速度时，其用于消除驱动轮的滑动现象。

在另一种实施例中，还包括多个蓄能电池，能够通过外接电源为电池131蓄电，同时也可以通过发电机自身输出功率的同时储存能量，达到充放电一体的效果。

在另一种实施例中，在特定情况下，能够用于反侦查战术要求，关闭发动机，整车由电机驱动，静默低速行驶，最高纯电动行驶里程大于25km，可以有效避开敌方目前主要通过红外雷达探测热源的侦查***，使整车反侦察能力更强。

在另一种实施例中，在用于整车动力性需求较大时，特别是高原地区，空气稀薄，发动机功率下降时，可以通过控制装置130控制四个动力源同时开启输出动力，整车动力性不会因为高原环境下降，整车动力性更好。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明中混合动力装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

如上所述，根据本发明，由于混合动力装置的控制装置的设置，使重型车辆能够解决车辆动力不足、驱动力分配不合理、能源消耗大等问题，提供一种能够根据路面附着条件，合理分配驱动力，最大限度发挥路面附着特性，整车机动能力更强的混合动力装置。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种多轴驱动重型车辆混合动力装置，其特征在于，包括：

电机装置，其包括发动机电机、第一电机及第二电机，能够单独或组合一起与发动机同时为车辆提供动力；

所述发动机电机，其具有贯穿式的输出轴，所述输出轴的一端连接第一行星齿轮系的齿圈，所述输出轴的另一端连接变速箱；变速箱的输出轴连接第二行星齿轮的太阳轮；

发动机，其输出旋转动力驱动第一行星齿轮系的太阳轮；所述第一行星齿轮系的行星轮具有行星架，其将动力输出第三行星齿轮系的太阳轮；

第一电机，其输出轴连接第二行星齿轮系的齿圈；第二行星齿轮系的行星轮具有行星架，其将动力输出到车辆后部的多个驱动桥；

第二电机，其输出轴连接到第三行星齿轮系的齿圈；第三行星齿轮系的行星轮具有行星架，其输出动力驱动车辆的前桥；

监测装置，其包括速度监测仪与坡度监测仪，所述速度监测仪用于监测车辆行驶车速；所述坡度监测仪用于监测车辆行驶路况坡度角；

控制装置，其根据所述坡度监测仪监测行驶路况坡度角信息，控制发动机开关；根据所述坡度角监测仪监测行驶路况坡度角及速度监测仪监测车辆速度信息，分别控制发动机开关及所述电机装置的开关，调节所述电机装置的输出功率。

2.如权利要求1所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置，其特征在于，所述发动机电机固定在所述发动机一侧。

3.如权利要求1或2所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置，其特征在于，所述变速箱为五档以上的变速箱。

4.如权利要求1所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置，其特征在于，所述前桥和驱动桥，都分别具有减速装置。

5.如权利要求4所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置，其特征在于，在动力输出到后部驱动桥的动力路径上还设置有中央差速器，其用于消除驱动轮的滑动现象。

6.如权利要求1、2、4或5中任一项所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置，其特征在于，还包括多个蓄能电池。

7.一种多轴驱动重型车辆混合动力装置的控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-6中任一项所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置；其根据速度与坡度反馈信号进行调节第二电机电功率P₂、第一电机电功率P₁及发动机电机电功率P₀，其中，P₀,P₁,P₂单位为W；设定上坡路段反馈信号为正，下坡路段反馈信号为负，平面路段反馈信号为0，其中，当坡度反馈信号为负时，发动机不启动，所述控制装置控制由电机装置来驱动车辆行驶，同时控制车速在0＜V₁≤V₀以保证行车安全；电机装置根据速度反馈信号及坡度反馈信号调节功率输出，当速度反馈信号0＜V₁≤5时，控制装置控制发动机电机单独输出功率，发动机电机的电功率通过

$P_0=\frac{V_1}{A\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×{V_1}^2}{2})\×e^{0.0294V_1}$ 方式调节，其中，V₁是重型车辆行驶速度，单位为km/h，η是动力传动效率系数，m是重型车质量，单位为kg，g是重力加速度，单位为m/s²，f₁是滚动阻力系数，s是迎风面积，单位为m²，ρ是外界环境气流密度，单位为kg/m³，f₂是风阻系数，A是常数,e为自然对数的底数；当速度反馈信号5＜V₁≤10时，控制装置控制发动机电机和第一电机同时输出功率，发动机电机电功率调节方式不变，第一电机通过

$P_1=\frac{V_1}{B\×\mathrm{\η}}(m\×g\×f_1\×cos\mathrm{\α}+m\×g\×sin\mathrm{\α}+\frac{s\×\mathrm{\ρ}\×f_2\×{V_1}^2}{2})\×e^{0.0294\mathrm{\α}}$ 方式调节，其中α为坡度角，B为常数,e为自然对数的底数；当速度反馈信号10＜V₁≤V₀时，其中V₀是达到发动机启动的设定速度，单位为km/h，控制装置控制发动机电机、第一电机及第二电机同时输出功率，其中，发动机电机及第一电机电功率调节方式不变，第二电机电功率调节方式按照第一电机电功率调节方式进行。

8.如权利要求7所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置的控制方法，其特征在于，当坡度反馈信号为正或者为0时，车辆起步后车辆速度未达到设定速度V₀时，发动机不启动，离合器断开，由电机装置来驱动车辆行驶，当车辆起步后车辆速度达到设定速度V₀时，发动机启动，电机装置关闭，通过发动机来驱动车辆行驶。

9.如权利要求7所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置的控制方法，其特征在于，所述车辆需要处于低速行驶时，控制装置控制发动机关闭，通过所述电机装置进行驱动，使车辆处于低速行驶模式。

10.如权利要求7所述的多轴驱动重型车辆混合动力装置的控制方法，其特征在于，所述车辆处于加速时，所述发动机和所述电机装置共同驱动车辆行驶；所述车辆处于减速时，所述发动机关闭，由电机装置驱动车辆行驶。