CN107054053A - 一种混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法 - Google Patents

一种混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法，属于机车技术领域。它解决如何提高动力传动效率问题。该装置包括发动机、控制模块、离合器一、离合器三、初级传动机构、末级传动机构、行星机构、电机一和电机二，电机一通过离合器三连接发动机，发动机通过离合器一连接初级传动机构，初级传动机构和电机二连接行星机构，电机二连接有离合器二，行星机构连接输出链条，控制模块电连接电机一、电机二、发动机、离合器一、离合器二和离合器三。方法如下:A、接收油门开度信号、输出转速信号；B、根据当前车辆行驶状态确定电机一、电机二及发动机的工作模式；C、根据转速扭矩关系计算并输出控制指令。本装置和方法提高了动力传动效率。

Description

一种混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法
技术领域
本发明属于机车技术领域，涉及一种混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法。
背景技术
现有技术中发动机参与了整个行驶状态，从而导致发动机工作在不同的行驶状态下特别是车辆在低速和怠速状态，发动机工作条件差，排放差，对环境污染严重。发动机不在良好的转述和负荷条件下工组就会导致发动机工作效率低，从而在随着油价的上升，用车成本就会提高。而现有的CVT无级变速器其原理是大小不一的几组齿轮在操控下有分有合，形成不同的速比。由于是不同大小的齿轮产生的推力大小不一从而导致现有CVT无极变速结构无法解决皮带打滑的现象，从而出现了现有结构中功率传递效率差的问题。
现有中国专利文献公开了申请号为CN201510134343.1的混合动力汽车及其驱动控制方法和装置，该方法包括获取混合动力汽车当前档位、动力电池的当前电量和当前所处道路的坡度；根据混合动力汽车的当前档位、动力电池的当前电量和当前所处道路的坡度判断混动动力汽车是否处于滑行启停区间；如果混合动力汽车处于滑行启停区间，则进一步获取混合动力汽车的当前车速；以及根据当前车速控制混合动力汽车进入小负荷停机功能或小负荷消火功能。该驱动控制方法和装置能够增加电量回收、增加整车的行驶里程、提高经济性能、降低油耗。但是该方法和装置电动机只能做电动机使用，发电机做发电机使用，发动机带动电动机给电池充电。可见该方案中电动机只是起到在合适的时间内替代部分发动机工作，而发电机只是单纯的起到发动机过量时用于发电的作用。由此可见本方案电动机、发电机不能协调发动机的扭矩和转速从而导致发动机不能一直工作在良好的转速和负荷状态下，由此可见本动力传动效率还有待加强。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述问题，提出了一种混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法。该装置及控制方法解决了如何有效提高动力传动效率问题。
本发明通过下列技术方案来实现：一种混合动力车辆三离合驱动装置，包括发动机、输出链条、用于接收车辆状态信号后做出控制判断且输出控制指令的控制模块，其特征在于，该装置还包括离合器一、离合器三、初级传动机构、末级传动机构、行星机构及能够根据控制模块调节切换发电机与电动机功能的电机一和电机二，电机一通过离合器三轴连接发动机，发动机通过离合器一轴连接初级传动机构，初级传动机构和电机二分别轴连接行星机构，电机二还轴连接有离合器二，行星机构连接输出链条，控制模块电连接电机一、电机二、发动机、离合器一、离合器二和离合器三。
控制模块根据接收的车辆状态信号做出判断，车辆通过电机二做电动机运行进行启动，并进行低速运行，此时离合器一接地使其工作，在低速运行过程中电机一和发动机不工作，时离合器三不做要求，离合器二不工作使其存松开状态，由电机二工作输出驱动扭矩和转速；加速过程中离合器一和离合器二都存松开状态，离合器三工作使其电机一与发动机联合。则电机一做电动机工作带动发动机启动，此时电机二也为电动机状态工作。发动机工作在稳定的经济转速区域则离合器一松开，离合器三工作使其电机一与发动机联合，电机一作为电动机和发电机转换进行调节发动机的扭矩和转速，离合器二接地，此时电机二不工作；同时在车辆的行驶过程中根据车速和负载负荷情况进行调节电机一的电机二可以作为电动机或发电机工作。此时离合器一和离合器二一直保持松开状态。在电机一和电机二作为发电机时由发动机带动电机一、电机二发动。电机一不管作为发电机还是电动机都对发动机起到协调扭矩的作用。因此电机一与发动机通过轴直接连接从而导致电机一和发动机的转速始终保持一致。电机二通过连接行星机构与连接发动机的输出端可以同时调节发动机的扭矩和转速。在电机一、电机二作为发电机和电动机不同工作形态下对发动机的扭矩和转速进行协调，而离合器一和离合器二在发动机或电机二不需要工作时脱离驱动，离合器三在电机一不工作时进行起到脱离发动机连接轴的作用。上述离合器一、离合器二级离合器三都是为了减少摩擦及内耗，增加传输效率。且行星机构的可以从正负两个方向协调扭矩与转速从而达到增强动力传动效率的目的。从而使得发动机一直工作在良好的转速和负荷状态下，减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
在上述的混合动力车辆三离合驱动装置中，所述行星机构包括太阳轮、行星轮与内齿圈，太阳轮与行星轮啮合，行星轮与内齿圈啮合，上述初级传动机构的输出端轴连接行星轮的行星架，电机二轴连接太阳轮，内齿圈通过末级传动机构连接输出链条。在离合器一松开时，发动机运行的扭矩和转速通过初级传动机构进行一级减速传输到行星轮，离合器二松开状态电机二工作的扭矩和转速通过轴传输给太阳轮，行星机构接收发动机及电机二的运行扭矩和转速从内齿圈传递给末级传动机构，由末级传动机构通过输出链条驱动后链轮从而使得发动机的扭矩和转速受电机二的扭矩和转速的影响。从而提高了发动机的传动效率，通过电机一和电机二同时协调发动机运行状态，使其尽可能的处于良好的转速和负荷状态，减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
在上述的混合动力车辆三离合驱动装置中，所述控制模块包括控制器、油门开度传感器、发动机转速扭矩传感器、设置于电机一上的MG1转速扭矩传感器、设置于电机二上的MG2转速扭矩传感器和设置于后轮输出轴上的后轮输出转速传感器，所述油门开度传感器、发动机转速扭矩传感器、MG1转速扭矩传感器、MG2转速扭矩传感器和后轮输出转速传感器分别电连接控制器输入端，控制器输出端分别连接电机一、电机二、发动机、离合器一、离合器二和离合器三。MG1转速扭矩传感器检测电机一的转速和扭矩，MG2转速扭矩传感器检测电机二的转速和扭矩，控制器根据油门开度传感器确定车辆的负荷情况，同时根据后轮输出转速传感器检测的输出转速确定当前车辆的行驶速度是在低速、中速还是高速状态。从而确定在此状态下发动机、电机一、电机二、离合器一、离合器二和离合器三的工作运行情况。同时控制器根据接收的信号计算电机一需要到达到的转速和扭矩与当前检测到的电机一的转速与扭矩进行比较并判断是否对电机一和离合器三输出相应控制指令。控制器根据接收的信号计算发动机需要到达到的转速和扭矩与当前检测到的发动机的转速与扭矩进行比较并判断是否对发动机和离合器一输出相应控制指令。同理控制器计算当前状态下电机二需要达到的转速和扭矩与当前检测反馈的电机二扭矩和转速进行比较并判断是否对电机二和离合器二输出相应控制指令。
在上述的混合动力车辆三离合驱动装置中，本装置还包括蓄电池，上述电机一、电机二电连接蓄电池。在电机一、电机二作为电动机工作时由蓄电池给提供电能使其正常运行，同时电机一、电机二作为发电机运行时给蓄电池充电。
在上述的混合动力车辆三离合驱动装置中，控制模块还包括设置于蓄电池上的电量传感器，所述电量传感器连接于控制器的输入端。同时控制器实时接收蓄电池电量信号，对蓄电池电量进行实时监控，在蓄电池电量过低出现警戒线以下时进行怠速停车对控制电机一做发电机工作，电机二进行空转，离合器一和离合器二不工作处于松开状态，离合器三工作使电机一有发动机连接轴联合。在运行过程中比如长时间高速大负荷运行状态下离合器一和离合器二不工作处于松开状态，离合器三工作使电机一有发动机连接轴联合。发动机工作、电机一和电机二都作为电动机工作则蓄电池用电量大容易消耗过快。此时对蓄电池电量的实时监测就可以使车辆降低速度使电机二进行发电或是最终进行怠速停车，以此保护蓄电池出现馈电情况，从而延长蓄电池的寿命。
一种混合动力车辆三离合驱动控制方法，其特征在于，本方法包括如下步骤:
A、实时接收油门开度传感器检测的油门开度信号、后轮输出转速传感器检测的输出转速信号；
B、通过油门开度比较分析确定车辆负何状况分为小负荷、大负荷，同时通过比较分析输出转速数据确定车辆的行驶车速分为停车、低速、高速，行驶车速与负荷状况匹配对应当前车辆行驶状态，根据当前的车辆行驶状态确定电机一、电机二、发动机、离合器一、离合器二和离合器三的工作模式；
C、在步骤B中确定的工作模式下根据转速与扭矩的关系计算出需要的电机一转速和扭矩，需要的电机二转速和扭矩，需要的发动机转速和扭矩，需要的电机一转速和扭矩与反馈的当前电机一转速和扭矩进行比较确定并输出电机一和离合器三的控制指令，需要的电机二转速和扭矩与反馈的电机二转速和扭矩进行比较确定并输出电机二和离合器二控制指令，需要的发动机转速和扭矩与反馈的发动机转速和扭矩进行比较确定输出发动机和离合器一控制指令。
控制模块根据接收的车辆状态信号做出判断并匹配工作模式，在对应模式下根据本驱动装置的连接结构确定转速与扭矩的关系公式，通过该公式计算得到需要的电机一转速和扭矩，需要的电机二转速和扭矩，需要的发动机转速和扭矩，把需要的电机一转速和扭矩与反馈的当前电机一转速和扭矩进行比较确定并输出电机一和离合器三的控制指令，把需要的电机二转速和扭矩与反馈的电机二转速和扭矩进行比较确定并输出电机二和离合器二控制指令，把需要的发动机转速和扭矩与反馈的发动机转速和扭矩进行比较确定输出发动机及离合器一控制指令。因此对于不同的工作模式下控制电机一和电机二分别做电动机或发电机运行，也同时控制发动机是否开始工作。在电机一和电机二作为发电机时由发动机带动电机一、电机二发动。电机一不管作为发电机还是电动机都对发动机起到协调扭矩的作用。因此电机一与发动机通过轴直接连接从而导致电机一和发动机的转速始终保持一致。在整个运行过程中，当发动机不需要工作时离合器一接地，当电机二不工作时离合器二接地，当电机一不工作时离合器三不工作，离合器三不工作使得电机一脱离发动机连接轴，其余发动机和电机二需要工作的状态离合器一和离合器二都为松开状态。电机一需要工作的状态离合器三进行工作用于闭合电机一和发动机的联接。在发动机、电机一和电机二不工作时使其通过离合器一、离合器三与离合器二进行脱离驱动操作，减少摩擦及内耗，增加动力传输效率。电机二通过连接行星机构与连接发动机的输出端可以同时调节发动机的扭矩和转速。在电机一、电机二作为发电机和电动机不同工作形态下对发动机的扭矩和转速进行协调，而行星机构的可以从正负两个方向协调扭矩与转速从而达到增强动力传动效率的目的。从而使得发动机一直工作在良好的转速和负荷状态下，减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
在上述的混合动力车辆三离合驱动控制方法中，电机一、电机二、发动机及后轮驱动之间具有如下公式关系：
转速公式：WMG1＝WENG，
扭矩公式：(MENG+MMG1)g1＝MMG2(k1+1)
MT＝MMG2k1g2
电机一的扭矩和转速分别为MMG1、WMG1，电机二的扭矩和转速分别为MMG2、WMG2，发动机的扭矩和转速分别为MENG、WENG,后轮的驱动力矩和角速度为MT、WT,行星齿轮的特性常数k1＝Z3/Z1，其中Z3为内齿圈的齿数，Z1为太阳轮的齿数，g1为初级传动机构的初级传动比，g2为末级传动机构的末级传动比。这里根据转速及扭矩对应电机一、电机二、发动机及后轮驱动的关系公式，在确定的工作模式下能够计算出需要的电机一转速WMG1和扭矩MMG1，需要的电机二转速WMG2和扭矩MMG2，需要的发动机转速WENG和扭矩MENG对输出控制指令提高具体的数据支持，到达根据车辆的运行状态使得发动机的扭矩和转速能够同时得到电机一和/或电机二的协调。从而提高了传动效率使得发动机在良好的工作状态下，从而减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
在上述的混合动力车辆三离合驱动控制方法中，当车辆处于低速状态时，控制电机二做电动机工作，电机一和发动机不工作，离合器一接地，离合器二松开，离合器三不做要求，驱动扭矩和转速由电机二输出；当车辆处于中速低负荷状态时，离合器一和离合器二处于松开状态，离合器三工作，控制发动机工作输出扭矩与转速，电机一和电机二分别做发电机工作分别用于调节发动机的扭矩；当车辆处于中速大负荷状态时，离合器一和离合器二处于松开状态，离合器三工作，控制发动机工作输出扭矩与转速，电机一做电动机工作用于调节发动机的扭矩，电机二做发电机机工作用于调节发动机的扭矩；当车辆处于高速低负荷状态时，离合器一和离合器二处于松开状态，离合器三工作，控制发动机工作输出扭矩与转速，电机一做发电机工作用于调节发动机的扭矩，电机二做电动机工作用于调节发动机的转速；当车辆处于高速大负荷状态时，离合器一和离合器二处于松开状态，离合器三工作，控制发动机工作输出扭矩与转速，电机一做电动机工作用于调节发动机的扭矩，电机二做电动机工作用于调节发动机的转速与扭矩。匹配当前车辆运行状态与车辆工作模式下电机一、电机二、发动机、离合器一、离合器二和离合器三工作情况，在根据公式计算出输出指令后方便执行控制，从而达到了智能控制协调不同工作模式下发动机的输出转速和扭矩根据需要能够及时有效的得到电机一或/和电机二的协调，从而提高了传动效率使得发动机在良好的工作状态下，从而减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
在上述的混合动力车辆三离合驱动控制方法中，在发动机启动状态时，离合器一和离合器二处于松开状态，离合器三工作，控制发动机工作，电机一做电动机工作用于协调扭矩，电机二做电动机工作用于协调扭矩和转速；在发动机的经济转速区域，离合器一处于松开状态，离合器三工作，控制发动机工作，电机一做电动机和发电机转换工作用于协调扭矩，离合器二接地，电机二不工作；在发动机的经济扭矩区域，离合器一和离合器二都处于松开状态，离合器三不工作，控制发动机工作，电机一不工作，电机二工作用于协调发动机输出扭矩；在发动机的经济转速和扭矩区域，离合器一处于松开状态，控制发动机工作在经济转速和扭矩区域，离合器三不工作，电机一不工作，离合器二接地，电机二不工作。
在车辆启动后即低速状态下都是电机二做电动机工作输出驱动，当速度超过一定值时对电动机一带动发动机启动，发动机启动后根据车速与负荷再调整电机一和电机二的工作模式。同时在发动机的经济转速区域不需要电机二做扭矩和转速的调整，发动机的输出转速正好是现有驱动所需要的。只有电机一对发动机做扭矩的调整。在发动机的经济扭矩区域，电机二工作用于协调发动机输出扭矩，发动机的输出扭矩正好是现有驱动所需要的；在发动机的经济转速和扭矩区域，独立控制发动机工作在经济转速和扭矩区域，不需要电机一或电机二做扭矩和转速的调整。在整个过程中电机一、电机二和发动机一直处于平衡状态，使得发动机一直工作在良好的转速和负荷状态下，从而减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
在上述的混合动力车辆三离合驱动控制方法中，控制器还接收电量传感器检测的蓄电池电量信号，当蓄电池电量少于第一阀值时且车辆处于高速大负荷状态时控制模式调整为中速大负荷，当蓄电池电量少于第二阀值时进入中速低负荷模式，如是停车状态则进入怠速停车状态，怠速停车状态时电机一工作，电机二空转，发动机工作，离合器一、离合器二松开，离合器三工作。蓄电池电量优先于模式既定的选择，比如在蓄电池电量过低出现警戒线以下时进行怠速停车离合器一、离合器二处于松开状态，离合器三工作。在电量过少时的模式切换过程中，怠速停车模式、中速高负荷模式和中速低负荷模式离合器一、离合器二都处于松开状态，离合器三工作闭合。对控制电机一做发电机工作，电机二进行空转，在运行过程中比如长时间高速大负荷运行状态下发动机工作、电机一和电机二都作为电动机工作则蓄电池用电量大容易消耗过快，使得蓄电池的电量少于第一阀值则进入中速大负荷模式，电机二进行充电，如果蓄电池电量还在逐渐减少则小于第二阀值则进入中速低负荷模式进行电机一和电机二同时充电的情况。但是当路面的负荷确实很大中速低负荷不能运行且蓄电池电量又小于第二阈值时可以进行怠速停车，即进行停车充电。即保证了蓄电池不会馈电也保证了车辆大负荷动力不足或车辆损坏等问题。
与现有技术相比，本混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法中。具有以下优点：
1、本发明通过行星机构分别连接发动机与电机二扭矩和转矩，通过电机二作为发电机和电动机的变换协调发动机的扭矩和转述使其工作在良好的转速和负荷状态，电机一与发动机的直接轴连接及通过两个传动机构由行星机构连接电机二最终输出驱动力，实现最佳的动力传输功率，从而减少了发动机的排放而提高了燃油经济性。
2、本发明通过在发动机与电机二不工作时，分别通过离合器一、离合器二和离合器三断开驱动，减少摩擦及内耗，从而增加动力传输效率。
3、本发明通过驱动装置的连接关系确定转速和扭矩关系公式，通过该公式计算出在当前车速和负荷状态下发动机、电机一及电机二的扭矩和转速从而实现了对发动机、电机一和电机二的精确控制即通过电机一、电机二协调发动机转速和扭矩使其工作在良好的转速和负荷状态。
4、本发明通过对蓄电池电量的监控，并把它作为判断依据之一，可以使车辆降低速度使电机二进行发电或是最终进行怠速停车，以此保护蓄电池出现馈电情况，从而延长蓄电池的寿命。
附图说明
图1是本发明驱动装置结构示意图。
图2是本发明控制电路框图。
图3是本发明控制流程图。
图4是离合器一接地，离合器二松开，离合器三任意，扭矩关系示意图。
图5是离合器一松开，离合器二接地，离合器三工作，扭矩关系示意图。
图6是离合器一松开，离合器二接地，离合器三不工作，扭矩关系示意图。
图7是离合器一和离合器二都松开，离合器三工作，扭矩关系示意图。
图8是离合器一和离合器二都松开，离合器三不工作，扭矩关系示意图。
图9是本发明电机一、电机二及发动机的转速关系示意图。
图中，ECU、控制器；MG1、电机一；MG2、电机二；ENG、发动机；G1、初级传动机构；G2、末级传动机构；B、行星机构；T、后轮；CL1、离合器一；CL2、离合器二；CL3、离合器三；2、蓄电池；4、控制模块；5、太阳轮；6、行星轮；61、行星架；7、内齿圈；11、发动机转速扭矩传感器；12、MG1转速扭矩传感器；13、MG2转速扭矩传感器；14、后轮输出转速传感器；21、电量传感器；31、油门开度传感器。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1-9所示，本实施例选用离合器一CL1和离合器二CL2为常闭式离合器，离合器三CL3为常开式离合器。以下控制过程也是基于该选择的基础上进行。本混合动力车辆三离合驱动装置包括发动机ENG、输出链条、用于接收车辆状态信号后做出控制判断且输出控制指令的控制模块4，还包括离合器一CL1、离合器三CL3、初级传动机构G1、末级传动机构G2、行星机构B及能够根据控制模块4调节切换发电机与电动机功能的电机一MG1和电机二MG2，电机一MG1通过离合器三CL3轴连接发动机ENG，发动机ENG通过离合器一CL1轴连接初级传动机构G1，初级传动机构G1和电机二MG2分别轴连接行星机构B，电机二MG2还轴连接有离合器二CL2，行星机构B连接输出链条，控制模块4电连接电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG、离合器一CL1、离合器二CL2和离合器三CL3。行星机构B包括太阳轮5、行星轮6与内齿圈7，太阳轮5与行星轮6啮合，行星轮6与内齿圈7啮合，初级传动机构G1的输出端轴连接行星轮6的行星架61，电机二MG2轴连接太阳轮5，内齿圈7通过末级传动机构G2连接输出链条。在离合器一CL1松开时，发动机ENG运行的扭矩和转速通过初级传动机构G1进行一级减速传输到行星轮6，离合器二CL2松开状态电机二MG2工作的扭矩和转速通过轴传输给太阳轮5，行星机构B接收发动机ENG及电机二MG2的运行扭矩和转速从内齿圈7传递给末级传动机构G2，由末级传动机构G2通过输出链条驱动后链轮从而使得发动机ENG的扭矩和转速受电机二MG2的扭矩和转速的影响。从而提高了发动机ENG的传动效率，通过电机一MG1和电机二MG2同时协调发动机ENG运行状态，使其尽可能的处于良好的转速和负荷状态，减少了发动机ENG的排放而提高了燃油经济性。
控制模块4包括控制器ECU、油门开度传感器31、发动机转速扭矩传感器11、设置于电机一MG1上的MG1转速扭矩传感器12、设置于电机二MG2上的MG2转速扭矩传感器13和设置于后轮T输出轴上的后轮输出转速传感器14，油门开度传感器31、发动机转速扭矩传感器11、MG1转速扭矩传感器12、MG2转速扭矩传感器13和后轮输出转速传感器14分别电连接控制器ECU输入端，控制器ECU输出端分别连接电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG、离合器一CL1、离合器二CL2和离合器三CL3。MG1转速扭矩传感器12检测电机一MG1的转速和扭矩，MG2转速扭矩传感器13检测电机二MG2的转速和扭矩，控制器ECU根据油门开度传感器31确定车辆的负荷情况，同时根据后轮输出转速传感器14检测的输出转速确定当前车辆的行驶速度是在低速、中速还是高速状态。从而确定在此状态下发动机ENG、电机一MG1、电机二MG2、离合器一CL1、离合器二CL2和离合器三CL3的工作运行情况。同时控制器ECU根据接收的信号计算电机一MG1需要到达到的转速和扭矩与当前检测到的电机一MG1的转速与扭矩进行比较并判断是否对电机一MG1和离合器三CL3输出相应控制指令。控制器ECU根据接收的信号计算发动机ENG需要到达到的转速和扭矩与当前检测到的发动机ENG的转速与扭矩进行比较并判断是否对发动机ENG和离合器一CL1输出相应控制指令。同理控制器ECU计算当前状态下电机二MG2需要达到的转速和扭矩与当前检测反馈的电机二MG2扭矩和转速进行比较并判断是否对电机二MG2和离合器二CL2输出相应控制指令。
本装置还包括蓄电池2，电机一MG1、电机二MG2电连接蓄电池2。在电机一MG1、电机二MG2作为电动机工作时由蓄电池2给提供电能使其正常运行，同时电机一MG1、电机二MG2作为发电机运行时给蓄电池2充电。控制模块4还包括设置于蓄电池2上的电量传感器21，电量传感器21连接于控制器ECU的输入端。同时控制器ECU实时接收蓄电池2电量信号，对蓄电池2电量进行实时监控，在蓄电池2电量过低出现警戒线以下时进行怠速停车对控制电机一MG1做发电机工作，电机二MG2进行空转，离合器一CL1和离合器二CL2不工作处于松开状态，离合器三CL3工作使电机一MG1有发动机ENG连接轴联合。在运行过程中比如长时间高速大负荷运行状态下离合器一CL1和离合器二CL2不工作处于松开状态，离合器三CL3工作使电机一MG1有发动机ENG连接轴联合。发动机ENG工作、电机一MG1和电机二MG2都作为电动机工作则蓄电池2用电量大容易消耗过快。此时对蓄电池2电量的实时监测就可以使车辆降低速度使电机二MG2进行发电或是最终进行怠速停车，以此保护蓄电池2出现馈电情况，从而延长蓄电池2的寿命。
一种混合动力车辆三离合驱动控制方法包括如下步骤:
A、实时接收油门开度传感器31检测的油门开度信号、后轮输出转速传感器14检测的输出转速信号；
B、通过油门开度比较分析确定车辆负何状况分为小负荷、大负荷，同时通过比较分析输出转速数据确定车辆的行驶车速分为停车、低速、高速，行驶车速与负荷状况匹配对应当前车辆行驶状态，根据当前的车辆行驶状态确定电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG、离合器一CL1、离合器二CL2和离合器三CL3的工作模式；
C、在步骤B中确定的工作模式下根据转速与扭矩的关系计算出需要的电机一MG1转速和扭矩，需要的电机二MG2转速和扭矩，需要的发动机ENG转速和扭矩，需要的电机一MG1转速和扭矩与反馈的当前电机一MG1转速和扭矩进行比较确定并输出电机一MG1和离合器三CL3的控制指令，需要的电机二MG2转速和扭矩与反馈的电机二MG2转速和扭矩进行比较确定并输出电机二MG2和离合器二CL2控制指令，需要的发动机ENG转速和扭矩与反馈的发动机ENG转速和扭矩进行比较确定输出发动机ENG和离合器一CL1控制指令。
电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG及后轮T驱动之间具有如下公式关系：
转速公式：WMG1＝WENG，
扭矩公式：(MENG+MMG1)g1＝MMG2(k1+1)
MT＝MMG2k1g2
电机一MG1的扭矩和转速分别为MMG1、WMG1，电机二MG2的扭矩和转速分别为MMG2、WMG2，发动机ENG的扭矩和转速分别为MENG、WENG,后轮T的驱动力矩和角速度为MT、WT,行星齿轮的特性常数k1＝Z3/Z1，其中Z3为内齿圈7的齿数，Z1为太阳轮5的齿数，g1为初级传动机构G1的初级传动比，g2为末级传动机构G2的末级传动比。这里根据转速及扭矩对应电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG及后轮T驱动的关系公式，在确定的工作模式下能够计算出需要的电机一MG1转速WMG1和扭矩MMG1，需要的电机二MG2转速WMG2和扭矩MMG2，需要的发动机ENG转速WENG和扭矩MENG对输出控制指令提高具体的数据支持，到达根据车辆的运行状态使得发动机ENG的扭矩和转速能够同时得到电机一MG1和/或电机二MG2的协调。从而提高了传动效率使得发动机ENG在良好的工作状态下，从而减少了发动机ENG的排放而提高了燃油经济性。
当车辆处于低速状态时，控制电机二MG2做电动机工作，电机一MG1和发动机ENG不工作，离合器一CL1接地，离合器二CL2松开，离合器三CL3不做要求，驱动扭矩和转速由电机二MG2输出；当车辆处于中速低负荷状态时，离合器一CL1和离合器二CL2处于松开状态，离合器三CL3工作，控制发动机ENG工作输出扭矩与转速，电机一MG1和电机二MG2分别做发电机工作分别用于调节发动机ENG的扭矩；当车辆处于中速大负荷状态时，离合器一CL1和离合器二CL2处于松开状态，离合器三CL3工作，控制发动机ENG工作输出扭矩与转速，电机一MG1做电动机工作用于调节发动机ENG的扭矩，电机二MG2做发电机机工作用于调节发动机ENG的扭矩；当车辆处于高速低负荷状态时，离合器一CL1和离合器二CL2处于松开状态，离合器三CL3工作，控制发动机ENG工作输出扭矩与转速，电机一MG1做发电机工作用于调节发动机ENG的扭矩，电机二MG2做电动机工作用于调节发动机ENG的转速；当车辆处于高速大负荷状态时，离合器一CL1和离合器二CL2处于松开状态，离合器三CL3工作，控制发动机ENG工作输出扭矩与转速，电机一MG1做电动机工作用于调节发动机ENG的扭矩，电机二MG2做电动机工作用于调节发动机ENG的转速与扭矩。匹配当前车辆运行状态与车辆工作模式下电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG、离合器一CL1、离合器二CL2和离合器三CL3工作情况，在根据公式计算出输出指令后方便执行控制，从而达到了智能控制协调不同工作模式下发动机ENG的输出转速和扭矩根据需要能够及时有效的得到电机一MG1或/和电机二MG2的协调，从而提高了传动效率使得发动机ENG在良好的工作状态下，从而减少了发动机ENG的排放而提高了燃油经济性。
在发动机ENG启动状态时，离合器一CL1和离合器二CL2处于松开状态，离合器三CL3工作，控制发动机ENG工作，电机一MG1做电动机工作用于协调扭矩，电机二MG2做电动机工作用于协调扭矩和转速；在发动机ENG的经济转速区域，离合器一CL1处于松开状态，离合器三CL3工作，控制发动机ENG工作，电机一MG1做电动机和发电机转换工作用于协调扭矩，离合器二CL2接地，电机二MG2不工作；在发动机ENG的经济扭矩区域，离合器一CL1和离合器二CL2都处于松开状态，离合器三CL3不工作，控制发动机ENG工作，电机一MG1不工作，电机二MG2工作用于协调发动机ENG输出扭矩；在发动机ENG的经济转速和扭矩区域，离合器一CL1处于松开状态，控制发动机ENG工作在经济转速和扭矩区域，离合器三CL3不工作，电机一MG1不工作，离合器二CL2接地，电机二MG2不工作。在车辆启动后即低速状态下都是电机二MG2做电动机工作输出驱动，当速度超过一定值时对电动机一带动发动机ENG启动，发动机ENG启动后根据车速与负荷再调整电机一MG1和电机二MG2的工作模式。同时在发动机ENG的经济转速区域不需要电机二MG2做扭矩和转速的调整，发动机ENG的输出转速正好是现有驱动所需要的。只有电机一MG1对发动机ENG做扭矩的调整。在发动机ENG的经济扭矩区域，电机二MG2工作用于协调发动机ENG输出扭矩，发动机ENG的输出扭矩正好是现有驱动所需要的；在发动机ENG的经济转速和扭矩区域，独立控制发动机ENG工作在经济转速和扭矩区域，不需要电机一MG1或电机二MG2做扭矩和转速的调整。在整个过程中电机一MG1、电机二MG2和发动机ENG一直处于平衡状态，使得发动机ENG一直工作在良好的转速和负荷状态下，从而减少了发动机ENG的排放而提高了燃油经济性。
控制器ECU还接收电量传感器21检测的蓄电池2电量信号，当蓄电池2电量少于第一阀值时且车辆处于高速大负荷状态时控制模式调整为中速大负荷，当蓄电池2电量少于第二阀值时进入中速低负荷模式，如是停车状态则进入怠速停车状态，怠速停车状态时电机一MG1工作，电机二MG2空转，发动机ENG工作，离合器一CL1、离合器二CL2松开，离合器三CL3工作。蓄电池2电量优先于模式既定的选择，比如在蓄电池2电量过低出现警戒线以下时进行怠速停车离合器一CL1、离合器二CL2处于松开状态，离合器三CL3工作。在电量过少时的模式切换过程中，怠速停车模式、中速高负荷模式和中速低负荷模式离合器一CL1、离合器二CL2都处于松开状态，离合器三CL3工作闭合。对控制电机一MG1做发电机工作，电机二MG2进行空转，在运行过程中比如长时间高速大负荷运行状态下发动机ENG工作、电机一MG1和电机二MG2都作为电动机工作则蓄电池2用电量大容易消耗过快，使得蓄电池2的电量少于第一阀值则进入中速大负荷模式，电机二MG2进行充电，如果蓄电池2电量还在逐渐减少则小于第二阀值则进入中速低负荷模式进行电机一MG1和电机二MG2同时充电的情况。但是当路面的负荷确实很大中速低负荷不能运行且蓄电池2电量又小于第二阈值时可以进行怠速停车，即进行停车充电。即保证了蓄电池2不会馈电也保证了车辆大负荷动力不足或车辆损坏等问题。
以下是本发明混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法的工作原理:
本混合动力车辆三离合驱动装置及控制方法特别适用于二轮摩托车、三轮摩托和小型车辆。结构上电机一MG1通过离合器三CL3直接轴连接发动机ENG，在启动时电机二MG2作为电动机启动，低速状态下电机二MG2也做电动机运行，电机一MG1和发动机ENG不工作，此时，离合器一CL1接地即工作，离合器三CL3任意不做要求，离合器二CL2不工作处于松开状态。车速上升过程中发动机ENG准备启动，则离合器一CL1和离合器二CL2皆出于松开状态，离合器三CL3工作，此时电机一MG1带动发动机ENG启动，发动机ENG进行启动过程及发动机ENG开始工作时，电机一MG1和电机二MG2分别做电动机工作用于调节发动机ENG的扭矩和转速。同时在车辆行驶过程中控制模块4根据接收的车辆状态信号做出判断并匹配工作模式，在对应模式下根据本混合动力驱动装置的连接结构确定转速与扭矩的关系公式，电机一MG1、电机二MG2和发动机ENG三者之间的扭矩和转速关系具有如图4-9所示。图中及公式中的标号统一表示为：电机一MG1的扭矩为MMG1，转速为WMG1；电机二MG2的扭矩为MMG2，转速为WMG2；发动机ENG的扭矩为MENG,转速为WENG；后轮T的驱动力矩为MT,后轮T的驱动转速为WT,行星齿轮的特性常数k1＝Z3/Z1，其中Z3为内齿圈7的齿数，Z1为太阳轮5的齿数，g1为初级传动机构G1的初级传动比，g2为末级传动机构G2的末级传动比。
根据图4扭矩关系图可知在离合器一CL1接地，离合器二CL2松开状态下，离合器三CL3为任意状态，电机一MG1和发动机ENG不工作，把发动机ENG输出作为虚拟基点即输出为零，则驱动输出扭矩由电机二MG2提供，由此得到以下扭矩关系：
扭矩公式：MT＝MMG2k1g2
对应的在图9中的L1表示了同一工作状态下的转速关系，此时发动机ENG转速为零，则WMG1＝WENG＝0，同时后轮T输出转速由电机二MG2提供则具有
转速公式：
第二种情况是离合器一CL1松开，离合器二CL2接地；离合器三CL3工作，在图5中体现了此时扭矩的关系，图9中L2体现了转速的关系。具体的此时电机二MG2不工作，后轮T扭矩和转速由发动机ENG协调电机一MG1输出。
后轮T扭矩公式表示为：
转速关系公式：WMG1＝WENG，
第三种情况是离合器一CL1松开，离合器二CL2接地；离合器三CL3不工作，在图6中体现了此时扭矩的关系，图9中L2体现了转速的关系。具体的此时电机二MG2和电机一MG1不工作，后轮TT扭矩和转速由发动机ENG独立输出。
后轮TT扭矩公式表示为：
转速关系公式：
第四种情况离合器一CL1松开，离合器二CL2松开状态，离合器三CL3工作，则电机二MG2的输出扭矩与电机一MG1加发动机ENG的扭矩和具有初级传动比关系，如图7扭矩关系图及图9中L3转速关系可以看出；同时用公式表示为
扭矩公式(MENG+MMG1)g1＝MMG2(k1+1)
MT＝MMG2k1g2
图9中L3用相关公式表示转速关系即为WMG1＝WENG，
第五种情况离合器一CL1松开，离合器二CL2松开状态，离合器不工作，电机一MG1不工作，则电机二MG2的输出扭矩与发动机ENG的扭矩具有初级传动比关系，如图8扭矩关系图及图9中L3转速关系可以看出；同时用公式表示为
扭矩公式
图9中L3用相关公式表示转速关系即为
同理在图9中可以直观的看出电机一MG1、电机二MG2与发动机ENG三者之间转速关系，及离合器一CL1和离合器二CL2接地与松开状态下使得对应发动机ENG和电机二MG2是否工作。离合器三CL3工作则电机一MG1与发动机ENG联合，离合器三CL3不工作时电机一MG1脱离发动机ENG的联接。在离合器一CL1和离合器二CL2都保持松开状态时，离合器三CL3工作，有一种特殊状态即怠速停车状态，此时发动机ENG与电机二MG2形成空转，输出MTg2为零，即为怠速停车情况。
从图4-9能够看出本驱动装置的传动变化为无极变速，且动力传动效率明显。通过该公式计算得到需要的电机一MG1转速和扭矩，需要的电机二MG2转速和扭矩，需要的发动机ENG转速和扭矩，把需要的电机一MG1转速和扭矩与反馈的当前电机一MG1转速和扭矩进行比较确定并输出电机一MG1和离合器三CL3的控制指令，把需要的电机二MG2转速和扭矩与反馈的电机二MG2转速和扭矩进行比较确定并输出电机二MG2和离合器二CL2控制指令，把需要的发动机ENG转速和扭矩与反馈的发动机ENG转速和扭矩进行比较确定输出发动机ENG和离合器一CL1控制指令。因此对于不同的工作模式下控制电机一MG1和电机二MG2分别做电动机或发动机ENG运行，在电机二MG2不工作时，离合器二CL2动作进行接地。也同时控制发动机ENG是否开始工作及对应的离合器一CL1的动作。在电机一MG1和电机二MG2作为发电机时由发动机ENG带动电机一MG1、电机二MG2发电。电机一MG1不管作为发电机还是电动机都对发动机ENG起到协调扭矩的作用。因此电机一MG1与发动机ENG通过轴直接连接从而导致电机一MG1和发动机ENG的转速始终保持一致。电机二MG2通过连接行星机构B与连接发动机ENG的输出端可以同时调节发动机ENG的扭矩和转速。在电机一MG1、电机二MG2作为发电机和电动机不同工作形态下对发动机ENG的扭矩和转速进行协调，而行星机构B的可以从正负两个方向协调扭矩与转速从而达到增强动力传动效率的目的。从而使得发动机ENG一直工作在良好的转速和负荷状态下，减少了发动机ENG的排放而提高了燃油经济性。
本发明中的离合器一CL1、离合器二CL2、离合器三CL3可以任意选用常闭式离合器或常开式离合器进行实现。如果现不是本实施例对应的选择，比如离合器一CL1和二选用的是常开式离合器，离合器三CL3选用常闭式离合器则控制离合器一CL1、离合器二CL2、离合器三CL3的动作与本实施例中的相反。因此尽有的变化在于离合器一CL1、离合器二CL2、离合器三CL3的其他任意选择方式都落入本发明的保护范围内。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了控制器ECU、电机一MG1、电机二MG2、发动机ENG、初级传动机构G1、末级传动机构G2、行星机构B、后轮T、离合器一CL1、离合器二CL2、离合器CL3、三蓄电池2、控制模块4、太阳轮5、行星轮6、行星架61、内齿圈7、发动机转速扭矩传感器11、MG1转速扭矩传感器12、MG2转速扭矩传感器13、后轮输出转速传感器14、电量传感器21、油门开度传感器31等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (10)

1.一种混合动力车辆三离合驱动装置，包括发动机(ENG)、输出链条、用于接收车辆状态信号后做出控制判断且输出控制指令的控制模块(4)，其特征在于，该装置还包括离合器一(CL1)、离合器三(CL3)、初级传动机构(G1)、末级传动机构(G2)、行星机构(B)及能够根据控制模块(4)调节切换发电机与电动机功能的电机一(MG1)和电机二(MG2)，电机一(MG1)通过离合器三(CL3)轴连接发动机(ENG)，发动机(ENG)通过离合器一(CL1)轴连接初级传动机构(G1)，初级传动机构(G1)和电机二(MG2)分别轴连接行星机构(B)，电机二(MG2)还轴连接有离合器二(CL2)，行星机构(B)连接输出链条，控制模块(4)电连接电机一(MG1)、电机二(MG2)、发动机(ENG)、离合器一(CL1)、离合器二(CL2)和离合器三(CL3)。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆三离合驱动装置，其特征在于，所述行星机构(B)包括太阳轮(5)、行星轮(6)与内齿圈(7)，太阳轮(5)与行星轮(6)啮合，行星轮(6)与内齿圈(7)啮合，上述初级传动机构(G1)的输出端轴连接行星轮(6)的行星架(61)，电机二(MG2)轴连接太阳轮(5)，内齿圈(7)通过末级传动机构(G2)连接输出链条。
3.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆三离合驱动装置，其特征在于，所述控制模块(4)包括控制器(ECU)、油门开度传感器(31)、发动机转速扭矩传感器(11)、设置于电机一(MG1)上的MG1转速扭矩传感器(12)、设置于电机二(MG2)上的MG2转速扭矩传感器(13)和设置于后轮(T)输出轴上的后轮输出转速传感器(14)，所述油门开度传感器(31)、发动机转速扭矩传感器(11)、MG1转速扭矩传感器(12)、MG2转速扭矩传感器(13)和后轮输出转速传感器(14)分别电连接控制器(ECU)输入端，控制器(ECU)输出端分别连接电机一(MG1)、电机二(MG2)、发动机(ENG)、离合器一(CL1)、离合器二(CL2)和离合器三(CL3)。
4.根据权利要求1或2所述的混合动力车辆三离合驱动装置，其特征在于，本装置还包括蓄电池(2)，上述电机一(MG1)、电机二(MG2)电连接蓄电池(2)。
5.根据权利要求4所述的混合动力车辆三离合驱动装置，其特征在于，控制模块(4)还包括设置于蓄电池(2)上的电量传感器(21)，所述电量传感器(21)连接于控制器(ECU)的输入端。
6.一种混合动力车辆三离合驱动控制方法，其特征在于，本方法包括如下步骤:
A、实时接收油门开度传感器(31)检测的油门开度信号、后轮输出转速传感器(14)检测的输出转速信号；
B、通过油门开度比较分析确定车辆负何状况分为小负荷、大负荷，同时通过比较分析输出转速数据确定车辆的行驶车速分为停车、低速、高速，行驶车速与负荷状况匹配对应当前车辆行驶状态，根据当前的车辆行驶状态确定电机一(MG1)、电机二(MG2)、发动机(ENG)、离合器一(CL1)、离合器二(CL2)和离合器三(CL3)的工作模式；
C、在步骤B中确定的工作模式下根据转速与扭矩的关系计算出需要的电机一(MG1)转速和扭矩，需要的电机二(MG2)转速和扭矩，需要的发动机(ENG)转速和扭矩，需要的电机一(MG1)转速和扭矩与反馈的当前电机一(MG1)转速和扭矩进行比较确定并输出电机一(MG1)和离合器三(CL3)的控制指令，需要的电机二(MG2)转速和扭矩与反馈的电机二(MG2)转速和扭矩进行比较确定并输出电机二(MG2)和离合器二(CL2)控制指令，需要的发动机(ENG)转速和扭矩与反馈的发动机(ENG)转速和扭矩进行比较确定输出发动机(ENG)和离合器一(CL1)控制指令。
7.根据权利要求6所述的混合动力车辆三离合驱动控制方法，其特征在于，电机一(MG1)、电机二(MG2)、发动机(ENG)及后轮(T)驱动之间具有如下公式关系：
转速公式：WMG1＝WENG，
扭矩公式：
电机一(MG1)的扭矩和转速分别为MMG1、WMG1，电机二(MG2)的扭矩和转速分别为MMG2、WMG2，发动机(ENG)的扭矩和转速分别为MENG、WENG,后轮(T)的驱动力矩和角速度为MT、WT,行星齿轮的特性常数k1＝Z3/Z1，其中Z3为内齿圈(7)的齿数，Z1为太阳轮(5)的齿数，g1为初级传动机构(G1)的初级传动比，g2为末级传动机构(G2)的末级传动比。
8.根据权利要求6或7所述的混合动力车辆三离合驱动控制方法，其特征在于，当车辆处于低速状态时，控制电机二(MG2)做电动机工作，电机一(MG1)和发动机(ENG)不工作，离合器一(CL1)接地，离合器二(CL2)松开，离合器三(CL3)不做要求，驱动扭矩和转速由电机二(MG2)输出；当车辆处于中速低负荷状态时，离合器一(CL1)和离合器二(CL2)处于松开状态，离合器三(CL3)工作，控制发动机(ENG)工作输出扭矩与转速，电机一(MG1)和电机二(MG2)分别做发电机工作分别用于调节发动机(ENG)的扭矩；当车辆处于中速大负荷状态时，离合器一(CL1)和离合器二(CL2)处于松开状态，离合器三(CL3)工作，控制发动机(ENG)工作输出扭矩与转速，电机一(MG1)做电动机工作用于调节发动机(ENG)的扭矩，电机二(MG2)做发电机机工作用于调节发动机(ENG)的扭矩；当车辆处于高速低负荷状态时，离合器一(CL1)和离合器二(CL2)处于松开状态，离合器三(CL3)工作，控制发动机(ENG)工作输出扭矩与转速，电机一(MG1)做发电机工作用于调节发动机(ENG)的扭矩，电机二(MG2)做电动机工作用于调节发动机(ENG)的转速；当车辆处于高速大负荷状态时，离合器一(CL1)和离合器二(CL2)处于松开状态，离合器三(CL3)工作，控制发动机(ENG)工作输出扭矩与转速，电机一(MG1)做电动机工作用于调节发动机(ENG)的扭矩，电机二(MG2)做电动机工作用于调节发动机(ENG)的转速与扭矩。
9.根据权利要求8所述的混合动力车辆三离合驱动控制方法，其特征在于，在发动机(ENG)启动状态时，离合器一(CL1)和离合器二(CL2)处于松开状态，离合器三(CL3)工作，控制发动机(ENG)工作，电机一(MG1)做电动机工作用于协调扭矩，电机二(MG2)做电动机工作用于协调扭矩和转速；在发动机(ENG)的经济转速区域，离合器一(CL1)处于松开状态，离合器三(CL3)工作，控制发动机(ENG)工作，电机一(MG1)做电动机和发电机转换工作用于协调扭矩，离合器二(CL2)接地，电机二(MG2)不工作；在发动机(ENG)的经济扭矩区域，离合器一(CL1)和离合器二(CL2)都处于松开状态，离合器三(CL3)不工作，控制发动机(ENG)工作，电机一(MG1)不工作，电机二(MG2)工作用于协调发动机(ENG)输出扭矩；在发动机(ENG)的经济转速和扭矩区域，离合器一(CL1)处于松开状态，控制发动机(ENG)工作在经济转速和扭矩区域，离合器三(CL3)不工作，电机一(MG1)不工作，离合器二(CL2)接地，电机二(MG2)不工作。
10.根据权利要求6所述的混合动力车辆三离合驱动控制方法，其特征在于，控制器(ECU)还接收电量传感器(21)检测的蓄电池(2)电量信号，当蓄电池(2)电量少于第一阀值时且车辆处于高速大负荷状态时控制模式调整为中速大负荷，当蓄电池(2)电量少于第二阀值时进入中速低负荷模式，如是停车状态则进入怠速停车状态，怠速停车状态时电机一(MG1)工作，电机二(MG2)空转，发动机(ENG)工作，离合器一(CL1)、离合器二(CL2)松开，离合器三(CL3)工作。
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