CN105172571A - 一种混合动力汽车驱动***及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种混合动力汽车驱动***，包括发动机、整车控制器、电池管理***、电池包、驱动电机控制单元、驱动电机、起步离合器控制单元、起步离合器、起动机、电动油泵、自动变速箱控制单元、发动机管理***，整车控制器通过CAN总线分别与电池管理***、驱动电机控制单元、起步离合器控制单元、自动变速箱控制单元、发动机管理***连接，电池管理***与电池包连接，电池包与起动机连接，电池包通过逆变器分别与驱动电机、电动油泵连接，采用上述结构，本发明具有以下优点：提出一种传动效率高、成本低、驱动***轴向尺寸小的动力耦合装置，有效解决前置前驱型混合动力汽车动力的布置难题；本***使用单电机满足***需求，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力汽车技术领域，特别涉及一种混合动力汽车驱动***及其驱动方法。
背景技术
能源危机、环境严厉及温室效应是制约全球发展的重要因素，研究节能、环保的新能源汽车是解决上述问题的有效手段之一。混合动力汽车兼顾了内燃机和纯电动汽车的优点，具有低油耗、低排放及长行驶里程的优点，是当前切实可行的一种方案。
混合动力汽车驱动***结构主要有串联、混联。串联结构的特征是发动机在机械上与传动系解耦，发动机直接驱动发电机对储能装置或驱动电机供电，串联结构的缺点是***效率低，双电机***导致整车成本高；混联结构的特征是发动机的动力可以实现分流，一部分用于整车驱动，一部分用于驱动发电机发电，混联***的缺点是双电机***导致整车成本高，***控制复杂。
目前，混合动力汽车驱动***种类较多，基本都能实现混合动力汽车所具备的各种功能。比如公开号为：CN101417606A的中国专利“混合动力驱动***及其驱动方法”，介绍了一种混联式驱动***及车辆能够实现的功能，该***采用双电机，通过发动机的动力分流，实现车辆在所有工况下发电功能；公开号为：CN101456347A的中国专利“用于控制混合动力车辆中离合器结合的***和方法”，介绍一种并联式混合动力驱动***，该***采用双电机，与发动机并轴连接的发电机能够实现车辆在所有工况下发电功能。上述公开的两篇专利都是通过额外的发电机来实现发电功能，使用成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种混合动力汽车驱动***及其驱动方法，以达到以下目的：提出一种传动效率高、成本低、驱动***轴向尺寸小的动力耦合装置，有效解决前置前驱型混合动力汽车动力的布置难题；本***使用单电机满足***需求，降低成本。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种混合动力汽车驱动***，包括发动机、整车控制器HCU、电池管理***BMS、电池包、驱动电机控制单元MCU、驱动电机、起步离合器控制单元CCU、起步离合器、起动机、电动油泵、自动变速箱控制单元TCU、发动机管理***EMS，所述的整车控制器HCU通过CAN总线分别与电池管理***BMS、驱动电机控制单元MCU、起步离合器控制单元CCU、自动变速箱控制单元TCU、发动机管理***EMS连接，所述的电池管理***BMS与电池包连接，所述的电池包与起动机连接，电池包通过逆变器分别与驱动电机、电动油泵连接，所述的驱动电机控制单元MCU通过所述的逆变器与所述驱动电机连接，所述的起步离合器控制单元CCU与起步离合器连接。
所述的整车控制器HCU，用于根据加速踏板信号、制动踏板信号、档位信号，进行发动机扭矩和起停控制、CVT变速比控制、离合器容量控制、驱动电机驱动和发电扭矩控制、高压电池连接状态控制；
所述的整车控制器HCU，根据动力电池电量，控制整车纯电动模式行驶或混合动力模式行驶；
所述的电池包与带有外接充电插头的充电机连接。
所述的汽车驱动***还包括传统小起动机、扭矩减震器、前进倒档离合器、CVT换挡机构、CVT壳体、主减速器，所述的起步离合器与驱动电机集成构成动力耦合机构，扭矩减震器装在发动机与所述动力耦合机构之间。
所述的动力耦合机构设置在CVT前箱体内。
一种混合动力汽车驱动***的驱动方法，所述的方法包括以下步骤：
a)在动力电池电量充足的情况下，整车处于纯电动模式，整车控制器HCU控制起步离合器处于彻底断开状态，整车由驱动电机单独驱动；
b)在动力电池电量低的情况下，整车由纯电动模式进入混合动力模式，通过起步离合器，由驱动电机平稳的将发动机起动并进入发动机与驱动电机并联驱动整车的状态；
c)在动力电池严重馈电或异常情况下，整车控制器HCU控制发动机起步，发动机单独驱动整车。
在步骤c中，发动机起步过程中，起步离合器处于滑摩状态。
在步骤a中，整车进入纯电动模式的条件为：加速踏板开度及变化率小于设定值；电池SOC大于30％；发动机冷却液温度高于50℃；驱动电机转速小于设定值。
在步骤b中，整车进入混合动力模式的条件为：车速小于100km/h；加速踏板开度及变化率大于设定值；电池SOC小于30％；电机输出驱动功率小于设定值。
本发明采用上述结构和方法，具有以下优点：1、提出一种传动效率高、成本低、驱动***轴向尺寸小的动力耦合装置，有效解决前置前驱型混合动力汽车动力的布置难题；本***使用单电机满足***需求，降低成本；2、***采用单电机，实现混合动力汽车功能，整车成本低；3、动力耦合装置与变速箱集成，起步离合器可以与电机集成，动力总成结构紧凑，轴向尺寸小，便于布置；4、动总移植性好，便于向不同平台车型扩展。取消原有CVT液力变矩器，沿用原有***液压***，通过起步离合器实现整车起步，***传动效率高，经济性好；通过控制起步离合器，能够实现纯电动行驶功能、行驶中起动平稳起动发动机、再生制动能量回收功能等；驱动***结构相对简单，整车控制基于车辆信息，控制CVT变速比，发动机起停以及电机输出功率，实现动总最优控制，整车经济性和排放性较好。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明；
图1为本发明的***结构框图；
图2为本发明中动力耦合装置的结构示意图；
在图1～图2中，1、发动机；2、驱动电机；3、起步离合器；4、传统小起动机；5、扭矩减震器；6、前进倒档离合器；7、CVT换挡机构；8、CVT壳体；9、主减速器。
具体实施方式
如图1～图2所示一种混合动力汽车驱动***，包括发动机1、整车控制器HCU、电池管理***BMS、电池包、驱动电机控制单元MCU、驱动电机2、起步离合器控制单元CCU、起步离合器3、起动机、电动油泵、自动变速箱控制单元TCU、发动机管理***EMS，整车控制器HCU通过CAN总线分别与电池管理***BMS、驱动电机控制单元MCU、起步离合器控制单元CCU、自动变速箱控制单元TCU、发动机管理***EMS连接，电池管理***BMS与电池包连接，电池包与起动机连接，电池包通过逆变器分别与驱动电机2、电动油泵连接，驱动电机2控制单元MCU通过所述的逆变器与驱动电机2连接，起步离合器控制单元CCU与起步离合器3连接。整车控制器HCU，用于根据加速踏板信号、制动踏板信号、档位信号，进行发动机扭矩和起停控制、CVT变速比控制、离合器容量控制、驱动电机驱动和发电扭矩控制、高压电池连接状态控制；整车控制器HCU，根据动力电池电量，控制整车纯电动模式行驶或混合动力模式行驶。
电池包与带有外接充电插头的充电机连接。汽车驱动***还包括传统小起动机4、扭矩减震器5、前进倒档离合器6、CVT换挡机构7、CVT壳体8、主减速器9，起步离合器3与驱动电机2集成构成动力耦合机构，扭矩减震器5装在发动机1与动力耦合机构之间。
动力耦合机构设置在CVT前箱体内。动力耦合位于原有CVT液力变矩器位置。在不改变CVT壳体8尺寸的前提下，动力耦合集成了驱动电机2和起步离合器3。动力总成结构非常紧凑，集成度高，满足整车前舱布置空间需求。本发明驱动***采用单电机机构，正常情况下，纯电动驱动、行驶过程中起动发动机、辅助驱动及巡航发电都是通过该电机完成。发动机和动力耦合之间装有扭矩减震器5，保留了传统小起动机4，用于冷启动及其它特殊情况下启动发动机。驱动电机2定子固定在CVT壳体8上，转速采用旋转支撑的方式。起步离合器3采用湿式多片离合器，可以实现精确控制传动扭矩，完成发动机起步及行驶过程中启动发动机功能。液压***采用机械液压油泵和电动液压油泵结合的方式，在整车起步阶段，整车控制器控制电动油泵工作，建立CVT油压，实现车辆平稳起步功能。CVT保留原有前进倒档离合器结构，实现整车前进、倒档功能。
整车控制器HCU根据动力电池电量，决定整车不同行驶模式，通过CCU控制离合器吸合与断开，从而实现驱动电机2与发动机1并联驱动、驱动电机2单独驱动功能。在行驶过程中，如果整车控制器HCU检测到需要发动机1参与驱动，整车控制器HCU将控制起步离合器3结合容量，实现车辆过程中平稳起动发动机1，使发动机1在规定的时间内启动并满足驾驶员驱动功能请求。
一种混合动力汽车驱动***的驱动方法，方法包括以下步骤：
a)在动力电池电量充足的情况下，整车处于纯电动模式，整车控制器HCU控制起步离合器处于彻底断开状态，整车由驱动电机单独驱动；整车进入纯电动模式的条件为：加速踏板开度及变化率小于设定值；电池SOC大于30％；发动机冷却液温度高于50℃；驱动电机转速小于设定值。
b)在动力电池电量低的情况下，整车由纯电动模式进入混合动力模式，通过起步离合器，由驱动电机平稳的将发动机起动并进入发动机与驱动电机并联驱动整车的状态；整车进入混合动力模式的条件为：车速小于100km/h；加速踏板开度及变化率大于设定值；电池SOC小于30％；电机输出驱动功率小于设定值。
c)在动力电池严重馈电或异常情况下，整车控制器HCU控制发动机起步，发动机单独驱动整车。发动机起步过程中，起步离合器处于滑摩状态，具备一定时间的连续滑摩容量，从而确保整车的驾驶性和可靠性。
表1为混合动力驱动***不同功能对应离合器的状态，其中起步离合器3用C1表示，前进倒档离合器用C2表示，如下：
| 行驶功能 | C1状态 | C2状态 | 备注 |
| 停车发电 | 接合 | 断开 | |
| 怠速停机 | 断开 | 断开 | |
| 纯电动模式 | 断开 | 接合 | |
| 行驶过程中起动发动机 | 接合 | 接合 | C1有滑摩过程 |
| 发动机与电机并联驱动 | 接合 | 接合 | |
| 再生制动能量回收 | 断开 | 接合 | |
| 发动机起步 | 滑摩 | 接合 | |
| 发动机单独驱动 | 接合 | 接合 |
表1
在本***中，整车各种功能主要是通过整车控制器HCU控制各个零部件协同工作完成，比如，行驶过程中起动发动机，整车控制器HCU根据驾驶员加速踏板信号、电池电量信号等，控制起步离合器接合容量，使得驱动电机的扭矩能够精确的传递到发动机曲轴，发动机1点火成功。然后考虑整车的驾驶性，发动机1输出扭矩的波动等因素，整车控制器HCU将控制起步离合器3进入滑摩，以吸收发动机1起动过程中扭矩波动造成对整车驾驶性的影响。
并联结构的特征是发动机和驱动电机能够实现动力耦合，在发动机经济性和排放性差的工况下，可以实现纯电机动力驱动。并联结构可采用单电机，***具有传动效率高、节油效果好、开发成本低、***复杂度相对小等诸多优点。本发明提出了一种混合动力汽车驱动***。该***主要由发动机、驱动电机、动力耦合、自动变速箱(本文以无级变速箱为例，以下简称：CVT)及电动油泵等附件组成。基于本发明提出的混合动力驱动***结构的特点，本发明详细介绍了驱动***中的动力耦合装置，该装置集成度高，结构设计新颖。能够实现重度混合动力以及插电式混合动力所有整车功能。
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改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种混合动力汽车驱动***，其特征在于：包括发动机(1)、整车控制器(HCU)、电池管理***(BMS)、电池包、驱动电机控制单元(MCU)、驱动电机(2)、起步离合器控制单元(CCU)、起步离合器(3)、起动机、电动油泵、自动变速箱控制单元(TCU)、发动机管理***(EMS)，所述的整车控制器(HCU)通过CAN总线分别与电池管理***(BMS)、驱动电机控制单元(MCU)、起步离合器控制单元(CCU)、自动变速箱控制单元(TCU)、发动机管理***(EMS)连接，所述的电池管理***(BMS)与电池包连接，所述的电池包与起动机连接，电池包通过逆变器分别与驱动电机(2)、电动油泵连接，所述的驱动电机(2)控制单元(MCU)通过所述的逆变器与所述驱动电机(2)连接，所述的起步离合器控制单元(CCU)与起步离合器(3)连接。
2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动***，其特征在于：所述的整车控制器(HCU)，用于根据加速踏板信号、制动踏板信号、档位信号，进行发动机扭矩和起停控制、CVT变速比控制、离合器容量控制、驱动电机驱动和发电扭矩控制、高压电池连接状态控制；
所述的整车控制器(HCU)，根据动力电池电量，控制整车纯电动模式行驶或混合动力模式行驶。
3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动***，其特征在于：所述的电池包与带有外接充电插头的充电机连接。
4.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车驱动***，其特征在于：所述的汽车驱动***还包括传统小起动机(4)、扭矩减震器(5)、前进倒档离合器(6)、CVT换挡机构(7)、CVT壳体(8)、主减速器(9)，所述的起步离合器(3)与驱动电机(2)集成构成动力耦合机构，扭矩减震器(5)装在发动机(1)与所述动力耦合机构之间。
5.根据权利要求4所述的一种混合动力汽车驱动***，其特征在于：所述的动力耦合机构设置在CVT前箱体内。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的混合动力汽车驱动***的驱动方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：
a)在动力电池电量充足的情况下，整车处于纯电动模式，整车控制器(HCU)控制起步离合器处于彻底断开状态，整车由驱动电机单独驱动；
b)在动力电池电量低的情况下，整车由纯电动模式进入混合动力模式，通过起步离合器，由驱动电机平稳的将发动机起动并进入发动机与驱动电机并联驱动整车的状态；
c)在动力电池严重馈电或异常情况下，整车控制器(HCU)控制发动机起步，发动机单独驱动整车。
7.根据权利要求6所述的一种混合动力汽车驱动***的驱动方法，其特征在于：在步骤c中，发动机起步过程中，起步离合器处于滑摩状态。
8.根据权利要求6所述的一种混合动力汽车驱动***的驱动方法，其特征在于：在步骤a中，整车进入纯电动模式的条件为：加速踏板开度及变化率小于设定值；电池SOC大于30％；发动机冷却液温度高于50℃；驱动电机转速小于设定值。
9.根据权利要求6所述的一种混合动力汽车驱动***的驱动方法，其特征在于：在步骤b中，整车进入混合动力模式的条件为：车速小于100km/h；加速踏板开度及变化率大于设定值；电池SOC小于30％；电机输出驱动功率小于设定值。
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