CN112721608A - 一种商用车用双电机混合动力***及控制方法 - Google Patents

一种商用车用双电机混合动力***及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种商用车用双电机混合动力***及控制方法，该***包括发动机、发电电机、第一离合器、动力分配机构、自动变速箱、驱动电机、第二离合器、电机控制器、蓄电池；发动机和发电电机连接用于发电；发电电机通过第一离合器与动力分配机构连接；驱动电机通过第二离合器与动力分配机构连接；发电电机、蓄电池、驱动电机均与电机控制器连接；动力分配机构通过自动变速箱与传动机构连接；电机控制器通过控制正负转矩指令来控制发电电机、驱动电机，在负转矩指令的情况下，自动变速箱通过动力分配机构将转矩提供给驱动电机和发电电机，回收因为刹车等制动产生的惯性制动能量，并且将该能量存储到蓄电池中，保证电池循环利用。

Description

一种商用车用双电机混合动力***及控制方法
技术领域
本发明属于车辆控制技术领域，具体涉及一种商用车用双电机混合动力***及控制方法。
背景技术
随着愈加严苛的排放法规的实施，越来越多的汽车厂商推广和研发混合动力汽车，现阶段的商用车的电池续航里程短，无法满足纯电动商用车的长距离运输货物。此为现有技术的不足之处。
有鉴于此，本发明提供一种商用车用双电机混合动力***及控制方法；以解决现有技术中存在的上述缺陷，是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术存在的缺陷，提供设计一种商用车用双电机混合动力***及控制方法，以解决上述技术问题。
为实现上述目的，本发明给出以下技术方案：
一种商用车用双电机混合动力***，包括发动机、发电电机、第一离合器、动力分配机构、自动变速箱、驱动电机、第二离合器、电机控制器、蓄电池；
所述发动机和发电电机连接；
所述发电电机通过第一离合器与动力分配机构连接；
所述驱动电机通过第二离合器与动力分配机构连接；
所述发电电机、蓄电池、驱动电机均与电机控制器连接；
所述动力分配机构通过自动变速箱与传动机构连接；
所述电机控制器通过控制正负转矩指令来控制发电电机、驱动电机，在正转矩指令的情况下，所述驱动电机通过所述动力分配机构将转矩提供给所述自动变速箱，在负转矩指令的情况下，自动变速箱通过所述动力分配机构将转矩提供给所述驱动电机和所述发电电机。
作为优选，该混合动力***还包括HCU控制器，所述HCU控制器连接所述的第一离合器、第二离合器，用于控制第一离合器、第二离合器的断开或者闭合，便于进行能量管理和转矩协调。
本发明还提供一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，包括以下步骤：
电机控制器依据商用车的工作状态选择输出正转矩指令或者负转矩指令；
HCU控制器依据商用车的工作状态控制第一离合器、第二离合器的断开或者闭合；
蓄电池依据商用车的工作状态进行充电或者放电。
作为优选，所述商用车的工作状态包括商用车启动状态、串联模式下商用车的自动变速箱换挡状态、并联模式下商用车的自动变速箱换挡状态、串联模式下商用车减速或滑行状态、并联模式下商用车减速或滑行状态。
作为优选，在商用车启动状态，所述电机控制器输出正转矩指令控制所述驱动电机，所述HCU控制器控制所述第一离合器断开、第二离合器闭合，所述蓄电池向所述驱动电机供电，所述驱动电机通过所述动力分配机构将换挡所需转矩提供至所述自动变速箱，所述发动机根据蓄电池容量通过所述发电电机对所述蓄电池充电，在换挡所需转矩不足的情况下，所述发动机通过所述第一离合器、所述发电电机、所述动力分配机构进行转矩补充，此时所述发动机始终处于燃油经济区，满足排放法规，节能环保。
作为优选，在串联模式下商用车的自动变速箱换挡状态，所述电机控制器输出正转矩指令控制所述驱动电机，所述HCU控制器控制第一离合器断开、第二离合器闭合，所述蓄电池向所述驱动电机供电，所述驱动电机通过所述动力分配机构将换挡所需转矩提供至所述自动变速箱，所述发动机根据蓄电池容量通过所述发电电机对所述蓄电池充电，满足排放法规，节能环保。
作为优选，在并联模式下商用车的自动变速箱换挡状态，所述电机控制器输出正转矩指令控制所述驱动电机，所述HCU控制器控制第一离合器闭合、第二离合器闭合，所述发动机通过发电电机给所述蓄电池充电，所述蓄电池向驱动电机供电，同时所述发动机和所述驱动电机共同输出换挡所需转矩，所述驱动电机提供主要动力，在保证所述发动机工作在燃油经济区的前提下，换挡所需转矩不足部分由所述发动机和所述发电电机进行补充，满足排放法规，节能环保。
作为优选，在串联模式下商用车减速或滑行状态，所述HCU控制器控制所述发动机关闭，所述电机控制器输出负转矩指令控制所述驱动电机，所述HCU控制器控制第一离合器断开、第二离合器闭合，所述自动变速箱将转矩通过所述动力分配机构、所述第二离合器提供至所述驱动电机，所述驱动电机进行发电，并且将电能存储至所述蓄电池中，满足排放法规，节能环保。
作为优选，在并联模式下商用车减速或滑行状态，所述HCU控制器根据所需减少转矩控制所述发动机和所述发电电机的转矩输出。
本发明的有益效果在于，本发明通过设置离合器及动力分配机构，使得发动机工作在经济燃油区，节约燃料，减少污染，并且本发明能够在负转矩指令的情况下，使得自动变速箱通过所述动力分配机构将转矩提供给所述驱动电机和所述发电电机，回收因为刹车等制动产生的惯性制动能量，并且将该能量存储到蓄电池中，保证电池循环利用。
此外，本发明设计原理可靠，结构简单，具有非常广泛的应用前景。
由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著地进步，其实施的有益效果也是显而易见的。
附图说明
图1为双电机混合动力***的结构示意图。
图2为在纯电动模式下的工作示意图。
图3为在串联模式下商用车的自动变速箱换挡状态的工作示意图。
图4为在并联模式下商用车的自动变速箱换挡状态的工作示意图。
图5为动力分配机构动力传递示意图。
1为发动机，2为发电电机，3为蓄电池，4为电机控制器，5为第一离合器，6为动力分配机构，7为第二离合器，8为驱动电机，9为自动变速箱，10为传动机构，11为HCU控制器。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施例对本发明进行详细阐述，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施方式。
如图1所示，一种商用车用双电机混合动力***，包括发动机(1)、发电电机(2)、第一离合器(5)、动力分配机构(6)、自动变速箱(9)、驱动电机(8)、第二离合器(5)、电机控制器(4)、蓄电池(3)。
所述发动机(1)和发电电机(2)连接；适于发电，并将电能存储在所述蓄电池(3)中；所述蓄电池(3)为一种储能和放能装置，并且所述发电电机(2)为一种小功率电机，所述驱动电机(8)为一种大功率电机，满足不同工作模式下商用车的工作需求。
所述发电电机(2)通过第一离合器(5)与动力分配机构(6)连接；所述第一离合器(5)适于分离、接合发电电机(2)和动力分配机构(6)；
所述驱动电机(8)通过第二离合器(7)与动力分配机构(6)连接，适于驱动商用车行驶；所述第二离合器(7)适于分离、接合驱动电机(8)和动力分配机构(6)；所述动力分配机构(6)适于耦合发动机(1)的转矩和驱动电机(8)的转矩，并输出给自动变速箱(9)；
所述发电电机(2)、蓄电池(3)、驱动电机(8)均与电机控制器(4)连接；所述电机控制器(4)通过控制正负转矩指令来控制所述发电电机(2)和驱动电机(8)。
所述动力分配机构(6)通过自动变速箱(9)与传动机构(10)连接；自动变速箱(9)采用电控机械式自动变速箱(Automated Mechanical Transmission,AMT)。
所述电机控制器(4)通过控制正负转矩指令来控制发电电机(2)、驱动电机(8)，在正转矩指令的情况下，所述驱动电机(8)通过所述动力分配机构(6)将转矩提供给所述自动变速箱(9)，在负转矩指令的情况下，自动变速箱(9)通过所述动力分配机构(6)将转矩提供给所述驱动电机(8)和所述发电电机(2)，可以回收因为刹车等制动产生的惯性制动能量，并且将该能量存储到蓄电池(3)中。
该双电机混合动力***还包括HCU(Hybrid Control Unit,整车控制单元)控制器(11)，所述的HCU控制器(11)连接所述的第一离合器(5)、第二离合器(7)，用于控制第一离合器(5)、第二离合器(7)的断开或者闭合，便于进行能量管理和转矩协调。
本发明还提供一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，包括以下步骤：
电机控制器(4)依据商用车的工作状态选择输出正转矩指令或者负转矩指令；
HCU控制器(11)依据商用车的工作状态控制第一离合器(5)、第二离合器(7)的断开或者闭合；
蓄电池(3)依据商用车的工作状态进行充电或者放电。
所述商用车的工作状态包括商用车启动状态、串联模式下商用车的自动变速箱换挡状态、并联模式下商用车的自动变速箱换挡状态、串联模式下商用车减速或滑行状态、并联模式下商用车减速或滑行状态。
如图2所示，本发明可工作在纯电动模式下，当第二离合器(3)使得驱动电机(8)及动力分配机构(6)分离时，中断驱动电机(8)和动力分配机构(6)的转矩传递，当使得二者结合时，驱动电机(8)将转矩提供至动力分配机构(6)；自动变速箱(9)通过动力分配机构(6)的输出轴获取转矩，自动变速箱(9)与动力分配机构(6)可以通过齿轮啮合等方式进行连接，并且通过电机控制器(4)来控制驱动电机(8)，作为储能装置的蓄电池(3)为驱动电机(8)及电机控制器(4)提供电能，并且可以将驱动电机(8)产生的电能进行存储。
在商用车启动状态，所述电机控制器(4)输出正转矩指令控制所述驱动电机(8)，所述HCU控制器(11)控制所述第一离合器(5)断开、第二离合器(7)闭合，所述蓄电池(3)向所述驱动电机(8)供电，所述驱动电机(8)通过所述动力分配机构(6)将换挡所需转矩提供至所述自动变速箱(9)，所述发动机(1)根据蓄电池(3)容量通过所述发电电机(2)对所述蓄电池(3)充电，在换挡所需转矩不足的情况下，所述发动机(1)通过所述第一离合器(5)、所述发电电机(2)、所述动力分配机构(6)进行转矩补充，此时所述发动机(1)始终处于燃油经济区，满足排放法规，节能环保。
如图3所示，在串联模式下商用车的自动变速箱换挡状态，所述电机控制器(4)输出正转矩指令控制所述驱动电机(8)，所述HCU控制器(11)控制第一离合器(5)断开、第二离合器(7)闭合，所述蓄电池(3)向所述驱动电机(8)供电，所述驱动电机(8)通过所述动力分配机构(6)将换挡所需转矩提供至所述自动变速箱(9)，所述发动机(1)根据蓄电池(3)容量通过所述发电电机(2)对所述蓄电池(3)充电，满足排放法规，节能环保。
在串联模式下商用车减速或滑行状态，所述HCU控制器(11)控制所述发动机(1)关闭，所述电机控制器(4)输出负转矩指令控制所述驱动电机(8)，所述HCU控制器(11)控制第一离合器(5)断开、第二离合器(7)闭合，所述自动变速箱(9)将转矩通过所述动力分配机构(6)、所述第二离合器(7)提供至所述驱动电机(8)，所述驱动电机(8)进行发电，并且将电能存储至所述蓄电池(3)中，满足排放法规，节能环保。
如图4所示，在并联模式下商用车的自动变速箱换挡状态，所述电机控制器(4)输出正转矩指令控制所述驱动电机(8)，所述HCU控制器(11)控制第一离合器(5)闭合、第二离合器(7)闭合，所述发动机(1)通过发电电机(2)给所述蓄电池(3)充电，所述蓄电池(3)向驱动电机(8)供电，同时所述发动机(1)和所述驱动电机(8)共同输出换挡所需转矩，所述驱动电机(8)提供主要动力，在保证所述发动机(1)工作在燃油经济区的前提下，换挡所需转矩不足部分由所述发动机(1)和所述发电电机(2)进行补充，满足排放法规，节能环保。
在并联模式下商用车减速或滑行状态，所述HCU控制器(11)根据所需减少转矩控制所述发动机(1)和所述发电电机(2)的转矩输出。
如图5所示，动力分配机构(6)通过齿轮啮合的方式把经第一离合器(5)传输的发动机(1)的转矩和经第二离合器(7)传输的驱动电机(8)的转矩耦合在一起，同理动力分配机构(6)通过齿轮啮合的方式将耦合后的转矩传输给自动变速箱(9)，完成动力传递。
以上公开的仅为本发明的优选实施方式，但本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的没有创造性的变化，以及在不脱离本发明原理前提下所作的若干改进和润饰，都应落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种商用车用双电机混合动力***，其特征在于，包括发动机、发电电机、第一离合器、动力分配机构、自动变速箱、驱动电机、第二离合器、电机控制器、蓄电池；
所述发动机和发电电机连接；
所述发电电机通过第一离合器与动力分配机构连接；
所述驱动电机通过第二离合器与动力分配机构连接；
所述发电电机、蓄电池、驱动电机均与电机控制器连接；
所述动力分配机构通过自动变速箱与传动机构连接；
所述电机控制器通过控制正负转矩指令来控制发电电机、驱动电机，在正转矩指令的情况下，所述驱动电机通过所述动力分配机构将转矩提供给所述自动变速箱，在负转矩指令的情况下，自动变速箱通过所述动力分配机构将转矩提供给所述驱动电机和所述发电电机。
2.根据权利要求1所述的一种商用车用双电机混合动力***，其特征在于，该混合动力***还包括HCU控制器，所述HCU控制器连接所述的第一离合器、第二离合器，用于控制第一离合器、第二离合器的断开或者闭合。
3.一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
电机控制器依据商用车的工作状态选择输出正转矩指令或者负转矩指令；
HCU控制器依据商用车的工作状态控制第一离合器、第二离合器的断开或者闭合；
蓄电池依据商用车的工作状态进行充电或者放电。
4.根据权利要求4所述的一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，其特征在于，所述商用车的工作状态包括商用车启动状态、串联模式下商用车的自动变速箱换挡状态、并联模式下商用车的自动变速箱换挡状态、串联模式下商用车减速或滑行状态、并联模式下商用车减速或滑行状态。
5.根据权利要求5所述的一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，其特征在于，在商用车启动状态，所述电机控制器输出正转矩指令控制所述驱动电机，所述HCU控制器控制所述第一离合器断开、第二离合器闭合，所述蓄电池向所述驱动电机供电，所述驱动电机通过所述动力分配机构将换挡所需转矩提供至所述自动变速箱，所述发动机根据蓄电池容量通过所述发电电机对所述蓄电池充电，在换挡所需转矩不足的情况下，所述发动机通过所述第一离合器、所述发电电机、所述动力分配机构进行转矩补充，此时所述发动机始终处于燃油经济区。
6.根据权利要求5所述的一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，其特征在于，在串联模式下商用车的自动变速箱换挡状态，所述电机控制器输出正转矩指令控制所述驱动电机，所述HCU控制器控制第一离合器断开、第二离合器闭合，所述蓄电池向所述驱动电机供电，所述驱动电机通过所述动力分配机构将换挡所需转矩提供至所述自动变速箱，所述发动机根据蓄电池容量通过所述发电电机对所述蓄电池充电。
7.根据权利要求5所述的一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，其特征在于，在并联模式下商用车的自动变速箱换挡状态，所述电机控制器输出正转矩指令控制所述驱动电机，所述HCU控制器控制第一离合器闭合、第二离合器闭合，所述发动机通过发电电机给所述蓄电池充电，所述蓄电池向驱动电机供电，同时所述发动机和所述驱动电机共同输出换挡所需转矩，所述驱动电机提供主要动力，在保证所述发动机工作在燃油经济区的前提下，换挡所需转矩不足部分由所述发动机和所述发电电机进行补充。
8.根据权利要求5所述的一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，其特征在于，在串联模式下商用车减速或滑行状态，所述HCU控制器控制所述发动机关闭，所述电机控制器输出负转矩指令控制所述驱动电机，所述HCU控制器控制第一离合器断开、第二离合器闭合，所述自动变速箱将转矩通过所述动力分配机构、所述第二离合器提供至所述驱动电机，所述驱动电机进行发电，并且将电能存储至所述蓄电池中。
9.根据权利要求5所述的一种商用车用双电机混合动力***的控制方法，其特征在于，在并联模式下商用车减速或滑行状态，所述HCU控制器根据所需减少转矩控制所述发动机和所述发电电机的转矩输出。
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