CN116945886B - 两挡混动变速箱及其功率分流控制方法 - Google Patents

两挡混动变速箱及其功率分流控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN116945886B
CN116945886B CN202311203205.5A CN202311203205A CN116945886B CN 116945886 B CN116945886 B CN 116945886B CN 202311203205 A CN202311203205 A CN 202311203205A CN 116945886 B CN116945886 B CN 116945886B
Authority
CN
China
Prior art keywords
gear
mode
power
motor
efficiency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202311203205.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN116945886A (zh
Inventor
殷良艳
罗素·莱蒙
张宁一
李修蓬
朱新潮
郑勇
孙震
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jifu Automotive Technology Suzhou Co ltd
Original Assignee
Jifu Automotive Technology Suzhou Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jifu Automotive Technology Suzhou Co ltd filed Critical Jifu Automotive Technology Suzhou Co ltd
Priority to CN202311203205.5A priority Critical patent/CN116945886B/zh
Publication of CN116945886A publication Critical patent/CN116945886A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN116945886B publication Critical patent/CN116945886B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/36—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the transmission gearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/22—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs
    • B60K6/26—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by apparatus, components or means specially adapted for HEVs characterised by the motors or the generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/42—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs characterised by the architecture of the hybrid electric vehicle
    • B60K6/44—Series-parallel type
    • B60K6/442—Series-parallel switching type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K6/00—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00
    • B60K6/20—Arrangement or mounting of plural diverse prime-movers for mutual or common propulsion, e.g. hybrid propulsion systems comprising electric motors and internal combustion engines ; Control systems therefor, i.e. systems controlling two or more prime movers, or controlling one of these prime movers and any of the transmission, drive or drive units Informative references: mechanical gearings with secondary electric drive F16H3/72; arrangements for handling mechanical energy structurally associated with the dynamo-electric machine H02K7/00; machines comprising structurally interrelated motor and generator parts H02K51/00; dynamo-electric machines not otherwise provided for in H02K see H02K99/00 the prime-movers consisting of electric motors and internal combustion engines, e.g. HEVs
    • B60K6/50—Architecture of the driveline characterised by arrangement or kind of transmission units
    • B60K6/54—Transmission for changing ratio
    • B60K6/547—Transmission for changing ratio the transmission being a stepped gearing
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/08—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of electric propulsion units, e.g. motors or generators
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/10—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of change-speed gearings
    • B60W10/11—Stepped gearings
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/20—Control strategies involving selection of hybrid configuration, e.g. selection between series or parallel configuration

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Abstract

本发明公开了一种两挡混动变速箱，包括输入轴、输出轴、中间轴、第一电机、与输入轴连接的发动机和第二电机、用于将来自所述输入轴的动力传递至所述中间轴连接的第一传动机构和第二传动机构、设置于输入轴上且选择性地与第一传动机构结合或与第二传动机构结合的动力换挡机构、与所述第一电机和输入轴连接的第三传动机构、与所述第二电机和中间轴连接的第四传动机构以及与中间轴和所述输出轴连接的第五传动机构。本发明的两挡混动变速箱，通过发动机联合两个电机为车辆提供动力，改善了驱动***的高效区，解决了换挡动力中断问题，提高了车辆的动力性和经济性。本发明还公开了一种两挡混动变速箱功率分流控制方法。

Description

两挡混动变速箱及其功率分流控制方法
技术领域
本发明属于变速器技术领域，具体地说，本发明涉及一种两挡混动变速箱及其功率分流控制方法。
背景技术
新能源汽车市场占有率越来越高，尽管电动汽车已经成为大势所趋，但目前还受限于基础充电设施和电池技术，因此混合动力汽车引起了越来越多的车企和用户的关注，特别是以混动专用变速箱技术，简称DHT(Dedicated Hybrid Transmission)为代表的混合动力技术在近两三年得到了快速发展。
混动专用变速箱高度集成化，减少了传动装置数量，结构更加紧凑，提高了效率；同时在电驱***的支持下，可以使发动机工作在更高效的区间，降低能耗；此外在车辆高速高需求功率时，电驱辅助驱动提高车辆的动力性，增强驾驶乐趣。
目前市场上主流的混合动力变速箱(以下简称DHT)有单挡位的，多挡位(2～3挡)的。单挡位DHT可以实现纯电模式(EV模式)，串联模式，直驱模式和并联模式，其优势就是结构相对简单，成本低、可靠性高，不存在换挡问题；但是因为通常混动发动机转速保持在1200～3000rpm，这样发动机介入会受限制，不能保证工作在高效区，进而就有了两挡或三挡位DHT，与传统燃油车类似，变速箱挡位增多可以更好地利用发动机的高效区间，理论上更经济动力上更优秀。
DHT每增加一个挡位，***的复杂程度就成倍上升，相应的驱动控制也会更复杂，如何才能使多个动力源协同合作发挥出***最优效率，同时还要不影响车辆混动控制器的运算效率变得尤其重要。常用的控制方法是根据发动机万有特性及发动机效率目标设定最佳经济区，车辆行驶时根据发动机转速查表获得经济区的最大和最小扭矩，经速比换算得到相应的最佳轮边扭矩，当最佳轮边需求扭矩小于发动机工况点落在经济区的最小扭矩或大于发动机工况点落在经济区的最大扭矩，分配给发动机的扭矩即根据最佳轮边需求扭矩来换算，否则分配给发动机的扭矩在所述最小扭矩和最大扭矩之间进行插值，不同的SOC区间设定不同的发动机效率目标，也即对应不同的经济区限值。此方法虽然确保了发动机工作在相对高效区，但是并没有从***角度综合考虑电机发电、电池充放电的效率；且当存在多个挡位时，换挡边界再叠加模式切换边界完全靠实车标定来确定，工作量巨大，实车在运行中整车控制器的运算量也较大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种两挡混动变速箱，目的是避免出现换挡动力中断的问题，提高整车的动力性和经济性。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：两挡混动变速箱，包括输入轴、输出轴、中间轴、第一电机以及与输入轴连接的发动机和第二电机，其特征在于，还包括用于将来自所述输入轴的动力传递至所述中间轴连接的第一传动机构和第二传动机构、设置于输入轴上且选择性地与第一传动机构结合或与第二传动机构结合的动力换挡机构、与所述第一电机和输入轴连接的第三传动机构、与所述第二电机和中间轴连接的第四传动机构以及与中间轴和所述输出轴连接的第五传动机构；
所述第一传动机构包括空套在所述输入轴上的一挡驱动齿轮和设置于所述中间轴上且与一挡驱动齿轮相啮合的中间轴一挡齿轮，所述第二传动机构包括空套在所述输入轴上的二挡驱动齿轮和设置于所述中间轴上且与二挡驱动齿轮相啮合的中间轴二挡齿轮，所述动力换挡机构位于一挡驱动齿轮和二挡驱动齿轮之间；所述动力换挡机构为滑套式换挡机构，动力换挡机构具有三个工作状态，三个工作状态分别为中间状态、第一接合状态和第二接合状态；动力换挡机构处于第一接合状态时，动力换挡机构与所述一挡驱动齿轮接合；动力换挡机构处于第二接合状态时，动力换挡机构与所述二挡驱动齿轮接合；
所述第三传动机构包括与所述第一电机连接的第一电机齿轮、与第一电机齿轮相啮合的惰轮和与惰轮相啮合的输入轴齿轮，输入轴齿轮设置于所述输入轴上，所述第四传动机构包括与所述第二电机连接的第二电机齿轮和设置于所述中间轴上且与第二电机齿轮相啮合的中间轴电机齿轮，第二电机齿轮空套在所述输入轴上，所述第五传动机构包括设置于所述中间轴上的中间轴输出齿轮和设置于所述输出轴上且与中间轴输出齿轮相啮合的输出轴齿轮；
具有所述两挡混动变速箱的混动汽车的工作模式包括EV模式、串联模式和交替串联模式、并联模式、直驱模式和交替直驱模式；
混动汽车工作于串联模式时，发动机启动，发动机带动第一电机进行发电，第一电机输出电功率全部提供给第二电机，第二电机产生的动力经第四传动机构传递至中间轴，再经第五传动机构传递至输出轴，带动输出轴转动；
混动汽车工作于交替串联模式时，发动机启动，发动机带动第一电机进行发电，第一电机输出电功率一部分提供给第二电机，另一部分提供至混动汽车的电池进行充电，第二电机产生的动力经第四传动机构传递至中间轴，再经第五传动机构传递至输出轴，带动输出轴转动；
混动汽车工作于直驱模式时，发动机启动，动力换挡机构处于第一接合状态或第二接合状态，发动机产生的全部动力经过第一传动机构或第二传动机构传递至中间轴，再经第五传动机构传递至输出轴，带动输出轴转动；
混动汽车工作于交替直驱模式时，发动机启动，动力换挡机构处于第一接合状态或第二接合状态，发动机产生的一部分动力经过第一传动机构或第二传动机构传递至中间轴，再经第五传动机构传递至输出轴，带动输出轴转动，发动机产生的一部分动力传递至第一电机，带动第一电机进行发电，为电池进行充电。
本发明还提供了一种两挡混动变速箱功率分流控制方法，包括步骤：
S1、数据准备；
S2、计算EV模式下的挡位分布及扭矩分配，同时计算发电效率Map和电池充放电效率；
S3、计算汽车的各个工作模式的效率Map及功率分流Map；
S4、获得汽车混动模式切换规则；
S5、确定汽车发动机以及第一电机和第二电机的工作状态。
所述步骤S1中，需要收集第一电机和第二电机的效率Map和额定外特性曲线、发动机万有特性曲线和外特性曲线、车轮滚动半径、电池电阻、额定电压以及两挡混动变速箱各挡位的速比。
所述步骤S3中，计算串联模式的效率Mapη_Series时，当汽车在某工况点(T，V)运行，设定轮边功率PL＝V×T/(3.6×r×1000)，r为汽车车轮滚动半径，那么发电功率Pg＝PL/η_EV01；根据Pg查询发电最佳操作线G_OOL，插值得到发动机在此发电功率下的最高效的转速；利用发动机转速和发电功率Pg插值查询发电效率MapηG就得到了当前工况点的发电效率；V为车速，T为轮边需求扭矩，遍历所有V和T，得到了串联模式下所有工况点的发电效率Mapη_g，最终就得到了串联模式的效率Mapη_Series＝η_g×η_EV01，这里两个矩阵对应元素分别相乘，η_g为串联模式下发电效率二维表，η_EV01是EV01模式效率。
所述步骤S4中，基于得到的串联模式、交替串联模式、直驱模式和交替直驱模式的效率Map，并给予它们不同的编号，利用Matlab软件遍历各工况点比较效率值，记录下各个工况点最优效率值所对应的模式；若串联模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝1；若交替串联模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝2；若直驱一挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝3；若交替直驱一挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝4；若直驱二挡模式时效率最大；则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝5；若交替直驱二挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝6。
本发明的两挡混动变速箱，通过发动机联合两个电机为车辆提供动力，改善了驱动***的高效区，解决了换挡动力中断问题，提高了车辆的动力性和经济性；同时通过提前计算驱动***效率最优的模式Map和功率/扭矩分配Map，将这些信息存储到整车控制器中，车辆在运行中通过实时查询插值就能得到当前车速和扭矩需求下***效率最优时发动机需求功率、发电功率以及发动机和两个电机的扭矩需求等信息，控制精准，保证车辆一直运行在***最高效率，而且不需要经过复杂的运算，提高***的运行效率。
附图说明
本说明书包括以下附图，所示内容分别是：
图1是本发明两挡混动变速箱的结构示意图；
图2是本发明基于最优效率的混动控制方法计算流程图；
图3是发动机效率Map示意图；
图4是发动机最佳操作线；
图5是发电最佳操作线；
图6是交替串联模式的交替原理图；
图7是交替串联模式的功率流路径图；
图8是交替直驱模式的交替原理图；
图9是交替直驱模式的功率流路径图；
图10是交替串联模式的功率分流Map示意图；
图11是交替直驱模式的功率分流Map示意图；
图12是基于最优效率的混动模式Map示意图；
图中标记为：1、发动机；2、离合器；3、第一电机；4、第二电机；5、输入轴；6、输入轴齿轮；7、惰轮；8、第一电机齿轮；9、第二电机齿轮；10、动力换挡装置；11、中间轴；12、中间轴一挡齿轮；13、中间轴二挡齿轮；14、中间轴电机齿轮；15、中间轴输出齿轮；16、输出轴；17、输出轴齿轮；18、动力换挡机构；19、一挡驱动齿轮；20、二挡驱动齿轮。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
需要说明的是，在下述的实施方式中，所述的“第一”、“第二”和“第三”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。
如图1所示，本发明提供了一种两挡混动变速箱，包括输入轴5、输出轴16、中间轴11、第一电机3、与输入轴5连接的发动机1和第二电机4、用于将来自输入轴5的动力传递至中间轴11连接的第一传动机构和第二传动机构、设置于输入轴5上且选择性地与第一传动机构结合或与第二传动机构结合的动力换挡机构18、与第一电机3和输入轴5连接的第三传动机构、与第二电机4和中间轴11连接的第四传动机构以及与中间轴11和输出轴16连接的第五传动机构。
具体地说，如图1所示，输入轴5、输出轴16和中间轴11的轴线相平行，第一传动机构包括空套在输入轴5上的一挡驱动齿轮19和设置于中间轴11上且与一挡驱动齿轮19相啮合的中间轴一挡齿轮12，第二传动机构包括空套在输入轴5上的二挡驱动齿轮20和设置于中间轴11上且与二挡驱动齿轮20相啮合的中间轴二挡齿轮13，动力换挡机构18位于一挡驱动齿轮19和二挡驱动齿轮20之间。第三传动机构包括与第一电机3连接的第一电机齿轮8、与第一电机齿轮8相啮合的惰轮7和与惰轮7相啮合的输入轴齿轮6，输入轴齿轮6设置于输入轴5上。第四传动机构包括与第二电机4连接的第二电机齿轮9和设置于中间轴11上且与第二电机齿轮9相啮合的中间轴电机齿轮14，第二电机齿轮9空套在输入轴5上。第五传动机构包括设置于中间轴11上的中间轴输出齿轮15和设置于输出轴16上且与中间轴输出齿轮15相啮合的输出轴齿轮17。
如图1所示，第一电机3的输出端与第一电机齿轮8固定连接，第二电机4的输出端与第二电机齿轮9固定连接，第二电机齿轮9空套在输入轴5上。发动机1的输出端与离合器2的输入端固连，离合器2的输出端与输入轴5固定连接，输入轴齿轮6与输入轴5固定连接，输入轴齿轮6同时与惰轮7啮合，第一电机齿轮8与惰轮7啮合，惰轮7为可旋转的设置。
如图1所示，中间轴一挡齿轮12、中间轴二挡齿轮13、中间轴电机齿轮14、中间轴输出齿轮15均与中间轴11固定连接，中间轴二挡齿轮13、中间轴输出齿轮15、中间轴一挡齿轮12和中间轴电机齿轮14为沿中间轴11的轴线依次布置。输出轴齿轮17和输出轴16固定连接，输出轴16将扭矩输出到混动汽车的驱动车轮。
如图1所示，动力换挡机构18与输入轴5固定连接，中间轴11通过叠加来自输入轴5的齿轮扭矩，在经过减速増扭后通过输出轴16输出。第一电机3为发电机，同时也可以辅助驱动，第一电机3有三个挡位，三个挡位分别为一挡、二挡和空挡。第二电机4为主驱动电机，只有一个挡位，通过第二电机齿轮9与中间轴电机齿轮14常啮合状态。
如图1所示，动力换挡机构18为滑套式换挡机构，动力换挡机构18具有三个工作状态，三个工作状态分别为中间状态、第一接合状态和第二接合状态；动力换挡机构18处于第一接合状态时，动力换挡机构18与一挡驱动齿轮19接合，输入轴5能够带动一挡驱动齿轮19进行转动；动力换挡机构18处于第二接合状态时，动力换挡机构18与二挡驱动齿轮20接合，输入轴5能够带动二挡驱动齿轮20进行转动；动力换挡机构18处于中间状态时，动力换挡机构18与一挡驱动齿轮19和二挡驱动齿轮20均不接合，输入轴5不能带动一挡驱动齿轮19和二挡驱动齿轮20转动。
具有上述结构的两挡混动变速箱的混动汽车的工作模式包括EV模式、串联模式和交替串联模式、并联模式、直驱模式和交替直驱模式。
混动汽车工作于EV模式时，混动汽车的驱动挡位包括EV11、EV21和EV01三个挡位。处于EV11挡位时，第一电机3与第二电机4并联驱动，第一电机3的挡位处于一挡，第一电机3产生的动力经第三传动机构传递至中间轴11，第二电机4产生的动力经第四传动机构传递至中间轴11，再经第五传动机构传递至输出轴16，带动输出轴16转动；处于EV21挡位时，第一电机3与第二电机4并联驱动，第一电机3的挡位处于二挡，第一电机3产生的动力经第二传动机构传递至中间轴11，第二电机4产生的动力经第四传动机构传递至中间轴11，再经第五传动机构传递至输出轴16，带动输出轴16转动；处于EV01挡位时，第二电机4单独驱动，动力换挡机构18处于中间状态，第二电机4产生的动力经第四传动机构传递至中间轴11，再经第五传动机构传递至输出轴16，带动输出轴16转动，驱动车辆行驶。
混动汽车工作于串联模式或交替串联模式时，发动机1启动，离合器2处于结合状态，发动机1带动第一电机3进行发电，第一电机3输出电功率的全部或一部分给第二电机4，驱动第二电机4运转，第二电机4产生的动力经第四传动机构传递至中间轴11，再经第五传动机构传递至输出轴16，带动输出轴16转动，驱动车辆行驶，另一部分给混动汽车的电池充电。
混动汽车工作于直驱模式或交替直驱模式时，发动机1启动，离合器2处于结合状态，动力换挡机构18处于第一接合状态或第二接合状态，发动机1产生的动力全部或一部分经过第一传动机构或第二传动机构传递至中间轴11，再经第五传动机构传递至输出轴16，带动输出轴16转动，第一电机3不发电或发电，中间轴11通过第四传动机构带动第二电机4运转，第二电机4跟转但不输出扭矩。
混动汽车工作于并联模式时，发动机1启动，离合器2处于结合状态，第一电机3和第二电机4运转产生动力，动力换挡机构18处于第一接合状态或第二接合状态，发动机1和两个电机数据的扭矩全部传递至中间轴11，中间轴11再经第五传动机构传递至输出轴16，带动输出轴16转动，驱动车辆行驶。
第一电机3和第二电机4由控制器进行控制，发动机1由控制单元进行控制。车辆在行驶中需要换挡时，其换挡过程步骤如下：
当第一电机3从一挡换到二挡时，在确保输出到轮边的总扭矩不变的情况下，第一电机3的控制器和/或发动机1控制单元会发出指令逐步减小第一电机3扭矩和/或发动机1扭矩，同步地，第二电机4的控制器会发出指令逐步增大第二电机4扭矩，代替第一电机3和/或发动机1驱动轮端，当第一电机3和/或发动机1扭矩退出完成，动力换挡机构18从第一接合状态切换至中间状态；然后第一电机3的控制器发出指令调节第一电机3和发动机1转速到目标转速，目标转速根据车速以及第一电机3和发动机1各自的二挡总速比确定；待第一电机3和发动机1的转速与各自目标转速同步，动力换挡机构18从中间状态切换至第二接合状态，然后第一电机3的控制器控制第一电机3的扭矩从零逐步增大到目标扭矩，发动机1控制单元控制发动机1的扭矩从零逐步增大到目标扭矩，同步地，第二电机4的控制器控制第二电机4扭矩逐步减小到第二电机4目标扭矩；这样就完成了挡位切换过程，且动力输出不受影响。
上述结构的两挡混动变速箱，有发动机1和两个驱动电机，发动机1和第一电机3有两个挡位，第二电机4有一个挡位；通过离合器2的开合和同步器的位移，车辆可以实现单/双电机驱动模式、串联驱动模式、直接驱动模式(可同时发电)、并联驱动模式和制动能量回收模式；当根据工况需求需要换挡时，第二电机4可以临时承担轮边负载，基本消除了换挡过程动力中断的问题。
上述结构的两挡混动变速箱，通过协同发动机和双电机运行，大幅提高了整车的动力性和经济性，车辆低速起步时处于EV模式，响应快动力足，避开了发动机低效率；车辆处于中低速时由发动机直接驱动，必要的时候还可以将多余能量暂时储存起来，充分利用发动机高效区；高速双电机与发动机并联驱动，高速超车动力足；其中一个电机与轮边直连，克服了换挡动力中断的问题。
基于上述结构的两挡混动变速箱，本发明提出了一种基于最优效率的功率分流控制方法，以发动机万有特性和外特性、电机的效率、额定特性曲线、电池电阻、额定电压、各挡位传动比、车轮滚动半径以及其他相关参数计算得到当动力传动***效率最优时三个动力源在任意整车工况的功率分配情况。本发明所述方法主要研究三个动力源的***综合能效，如果有混动变速驱动装置的机械效率试验数据，所述方法也可以考虑所述装置的机械效率。本发明是基于只要燃油充足的情况下车辆能稳定持续运行，因此计算中使用的是电机的额定扭矩，且电池电阻采用35℃左右内阻。
车辆在混动模式下发动机在运行消耗燃料，电池可能在充电，也可能是在放电，而燃油和电能因为各自的能量转化效率不同，它们之间不能建立起简单的数学关系，因此本发明中特别提出一种交替模式的概念，即在某一工况下混动模式运行为了使发动机工作在高效区，会给电池充电，引入EV模式在相同工况下消耗掉电池充的电，使电池电量保持平衡，那么消耗的燃料平均到交替的两个模式后就得到了所述工况下的油耗，也即效率。当所述混动模式运行如果电池处于放电状态，燃油和电能同时消耗，EV模式不能用于平衡电池消耗电量，因此并联模式不适用交替模式分析方法，不在本发明的研究范围内。
本发明中，车辆混动模式分为充电阶段和放电阶段，放电阶段也即EV模式，充电阶段主要指发动机启动工作，可能充电或不充电的状态，在本发明的两挡混动变速箱结构下即指串联模式、交替串联模式、直驱模式、交替直驱模式。串联模式为发动机与第一电机3串联发电，电能给第二电机4驱动轮边，电池不充电不放电；交替串联模式即在串联模式时发动机在高效区以较大功率发电，驱动轮边后剩余电能给电池充电，充进去的电能再用于EV模式在相同工况驱动消耗；直驱模式即发动机直接驱动轮边，电池、电机不参与工作；交替直驱模式即使发动机工作在高效区，驱动轮边后多余机械能带动第一电机3发电，并给电池充电，同样地，充进去的电能再用于EV模式在相同工况驱动消耗。
如图2所示，本发明还提供了一种两挡混动变速箱功率分流控制方法，包括如下的步骤：
S1、数据准备；
S2、计算EV模式下的挡位分布及扭矩分配，同时计算发电效率Map和电池充放电效率；
S3、计算汽车的各个工作模式的效率Map及功率分流Map；
S4、获得汽车混动模式切换规则；
S5、确定汽车发动机以及第一电机3和第二电机4的工作状态。
如图2所示，本发明提供的两挡混动变速箱功率分流控制方法，先收集整车及动力传动***各相关参数，主要有发动机万有特性和外特性、电机的效率、额定特性曲线、电池电阻、额定电压、各挡位传动比、车轮滚动半径以及其他相关参数；再计算EV模式下的挡位分布及扭矩分配，EV模式本身是混动模式的一部分，作为放电阶段，其计算结果也用于混动模式效率计算；同时计算发动机效率Map，发动机OOL线，及发电效率Map和发电OOL；并对充放电效率进行公式计算；然后再分别计算串联、交替串联、直驱和交替直驱等模式的效率及功率分流；最后对不同模式效率进行对比寻优得到最终的模式Map，用于汽车整车控制器控制策略中。基于以上所述交替模式思想及混动各模式，以下是本发明的两挡混动变速箱功率分流控制方法的具体的计算步骤：
在上述步骤S1中，需要收集第一电机和第二电机的效率Map和额定外特性曲线、发动机万有特性曲线和外特性曲线、汽车车轮滚动半径r、汽车电池的电阻、额定电压以及两挡混动变速箱各挡位的速比。
在上述步骤S2中，EV模式(即放电阶段)的换挡Map和扭矩分割Map计算效率最优控制计算过程如下：
η＝(V×T×60/(3.6×2×π×r))/(t11×11/η1+t2×n2/η2) (1)
t11＝T×λ/i11 (2)
t2＝T×(1-λ)/i2 (3)
t11≤T1max (4)
t2≤T2max (5)
n11＝V×60×i11/(3.6×2×π×r) (6)
n2＝V×60×i2/(3.6×2×π×r) (7)
n11≤N1max (8)
n2≤N2max (9)
式(1)～(9)中，V代表车速，单位为km/h；T代表轮边需求扭矩，单位为Nm；r代表车轮滚动半径，单位为m；t11是第一电机在一挡时的目标输出扭矩，t12是第一电机在二挡时的目标输出扭矩，t2是第二电机目标输出扭矩，单位均为Nm；n11是第一电机在一挡时的转速，n12是第一电机在二挡时的转速，n2是第二电机的转速，单位均为rpm；η1、η2分别是第一电机、第二电机在对应转速和扭矩时的效率；i11是第一电机在一挡时两挡混动变速箱的总速比，i12是第一电机在二挡时两挡混动变速箱的总速比，i2是在第二电机驱动时两挡混动变速箱的总速比；λ定义为第一电机相对总扭矩的占比，也即扭矩分割比；N1max、N2max分别是第一电机、第二电机的最高转速；T1max、T2max分别是第一电机、第二电机的额定扭矩。
汽车各个工况点确定方法：根据汽车最大可输出的扭矩范围划分轮边需求扭矩特征点，按照某一固定步长以单调递增方式分配有效范围扭矩特征点m个，如T1,T2,T3，T4……Tm；根据汽车的最大行驶车速范围划分车速特征点，按照某一固定步长以单调递增方式分配有效范围车速特征点n个,如V1,V2,V3，V4……Vn；所述扭矩分割比基础数据集数据值范围为从0～1，按照某一固定步长以单调递增方式划分分割比特征点k个，如λ1，λ2，λ3，λ4……λk。
以两个电机的效率Map、额定特性曲线为基础，结合式(1)～(9)以特征点遍历方式计算得到汽车在不同挡位下，不同工况点(T，V)以及不同扭矩分割比的***运行效率η_ev01(m,n)、η_ev11(m,n,k)和η_ev21(m,n,k)；
进一步地，对汽车在EV11、EV21驱动挡位时不同扭矩分割比进行寻优，取最大效率值分别写入矩阵η_EV11(m,n)和η_EV21(m,n)，同时对应的扭矩系数分别写入矩阵λ_EV11(m,n)和λ_EV21(m,n)；因在驱动挡位为EV01挡位时的扭矩分割比为0，不需寻优，故在EV01挡位时效率直接记为η_EV01(m,n)。
最后再对比所述三个挡位的效率Map，遍历各个车速和轮边扭矩工况点，将最优效率值写入矩阵λ_EV(m,n)，同时最优效率对应的扭矩系数写入矩阵λ_EV(m,n)；另外设定矩阵Gear(m,n)作为挡位Map，若η_EV11(m,n)最大，则Gear(m,n)＝1；若η_EV21(m,n)最大，则Gear(m,n)＝2；否则Gear(m,n)＝3；
所述三个挡位的效率Map、EV模式最优效率Map和各分割比Map均以车速为X坐标，轮边扭矩为Y坐标，当遍历计算中若第一电机或第二电机的转速n11(n12)、n2，或者扭矩t11(t12)、t2在某工况点超出式(4)、(5)、(8)、(9)约束范围，所对应效率值及分割比值均为无效值。
以上就完成了EV模式效率最优时两个电机的扭矩分配。
在上述步骤S2中，进一步地，基于发动机万有特性、外特性和电机效率计算发电效率MapηG和发电最佳操作线G_OOL。
根据燃油热值将发动机万有特性所有试验工况点(转速和扭矩)下的比油耗值转化为效率值η_be；利用Matlab软件将试验转速和试验扭矩分别按照一定步长单调递增划分特征点，如n1,n2,n3…nj,…和t1,t2,t3…ti,…，并形成正交网格，插值，得到每个网格点的效率值，所得二维效率表即为发动机效率Mapη_eng，如图3所示，其X、Y坐标分别为发动机转速和发动机扭矩，同时也能得到同坐标系下的功率Map P_eng。
利用上一步得到的η_eng和P_eng，进一步地将发动机效率η_eng转化为X、Y坐标分别为发动机转速和发动机功率的效率Map，记为ηI；对比每一个功率点下不同转速对应的发动机效率，取最高效率的转速作为此发动机功率点下最优转速，连接所有最优转速就得到了发动机的最佳操作线eng_OOL；发动机效率及最佳操作线示意图如图4所示。
根据发动机与第一电机之间的速比i_idle关系，用Matlab将电机效率进行插值转化到以发动机转速和发动机扭矩作为X、Y坐标的效率Map，记为η_EMlateng；
因此发电效率η_Generation＝η_eng×η_EMlaterng；发电功率P_atEMlout＝P_eng×η_EMlaterng，需要注意的是，这里两个矩阵必须为同一坐标系下的数据才能相乘，且相乘为对应数据的乘积。进一步地，取同一发动机转速nj下发电效率η_Geneeration第j列向量和发电功率P_atEMlout第j列向量进行拟合，功率特征点按照定步长单调递增的方式划分，如pg1，pg2，pg3，Pg4……，插值得到当前发动机转速下对应的一系列发电效率ηg1i，ηg2i，ηg3i，ηg4i……；遍历所有发动机转速，就得到了以发动机转速为X轴，发电功率为Y轴的二维发电效率表ηG；通过比较同一功率特征点下的效率最大值，得到发电功率特征点下发电效率最优时的发动机转速，遍历所有功率特征点，即得到发电最佳操作线G_OOL(图5点连线)。
在上述步骤S2中，汽车电池的充电效率ηC和放电效率ηD的计算过程如下：
电池由于有内阻，充放电的过程会产生能量损耗，即电池有充放电效率。电池的内阻主要受温度、SOC、充放电速率影响较大，内阻越大，充放电效率越低。因本发明主要研究汽车不同模式的***效率计算方法，充放电效率仅是其中一个影响因素，对于温度等因素对电池内阻乃至汽车模式的效率影响不做展开分析，简化为以固定内阻作为计算参数。以下是理论推导过程：
设定PC充电功率，PD为放电功率，PNet为净功率，PGross为毛功率，单位均为kW；VBI电池额定，VBT为电池开路电压，单位为V；I为电流，单位为A；RB为电池内阻，单位为Ω。
所述充电过程时，PC为毛功率PGross，净功率为转化为电池的化学能，充电效率ηC的计算步骤如下：
充电电流：I＝PC/VBT (10)
开路电压：VBT＝VBI+I×RB (11)
联立以上两式，结合PC＝0时，VBT＝VBI和条件可得，
进而得到充电效率
所述放电过程时，PD为净功率PNet，毛功率为电池释放的化学能，放电效率ηD的计算步骤如下：
放电电流：I＝PD/VBT (14)
开路电压：VBT＝VBI-I×RB (15)
联立以上两式，结合PD＝0时，VBT＝VBI的条件可得，
进而得到放电效率
因此，在假设电池内阻不变的情况下，充/放电效率ηC/ηD是关于充/放电功率PC/PD的函数。
在上述步骤S3中，汽车的工作模式包括串联模式，串联模式的效率η_Series计算过程如下：
所述串联模式，发动机与第一电机发电，供第二电机驱动轮端，电池不参与充放电，暂不考虑机械效率，故串联模式的效率为发电效率与第二电机驱动效率的叠加，相关计算式如下：
轮边功率：PL＝V×T/(3.6×r×1000) (18)
发电功率：Pg＝PL/η_EV01 (19)
发电功率限值：Pg≤PEM1max (20)
式(18)、(19)中，PL和Pg均为关于车速V和轮边需求扭矩T的二维Map，PEM1max为第一电机额定功率。需要注意的是，这里两个矩阵相除为点除，即两个矩阵相对应元素相除。
当汽车在某工况点(T，V)运行，根据Pg查询发电G_OOL，插值得到发动机在此功率下的最高效的转速；利用发动机转速和发电功率Pg插值查询发电效率MapηG就得到了当前工况点的发电效率；遍历所有V和T，得到了串联模式下发电效率二维表η_g(以整车V和T作为X、Y坐标)，那么串联模式的总效率为：
η_Series＝η_g×η_EV01 (21)
在上述步骤S3中，汽车的工作模式包括交替串联模式，交替串联模式的效率η_AlterS及功率分流PC_AlterS计算过程如下：
所述交替串联模式与串联模式的不同在于，为了使发动机工作在高效区，会提高发电功率，这样就会有部分多余电能去给电池充电，通过引入EV模式与之交替的思想平衡电池电量，求得综合效率。交替原理图和功率流路径见图6和图7，图中601为交替串联模式发电功率方波线，602为交替串联模式轮边需求功率线，603为交替串联模式电池SOC波动线；701表示交替串联模式充电阶段和放电阶段的轮边需求功率一致，702表示交替串联模式充电阶段和放电阶段的电池的电能变化量相等，A阶段(图6方波601高电平部分)，也即充电阶段，发动机和第一电机发电，一部分电能提供到第二电机驱动轮边，一部分电能充进电池，电池SOC曲线603升，B阶段(图6方波601低电平部分)，也即放电阶段，是EV模式，第一电机和/或第二电机工作，电池SOC曲线603下降，上升沿和下降沿值大小可以标定(图6中数据仅为示意)，轮边需求功率在A和B阶段保持一致(虚线框701)，电池充放电的化学能守恒(虚线框702)。
假定混动充电阶段持续时间为tc，EV放电阶段持续时间为td，相关的计算式则有：
充放电阶段轮边负载功率不变：PL＝PL-C＝pL-D＝V×T/(3.6×r×1000) (22)
发电功率中用于驱动车轮的功率：PM_C＝PL-C/η_EV01 (23)
发电功率：Pg＝PM-C+PC (24)
燃油提供的等效功率：PF＝Pg/ηG (25)
***效率：η_AlterS＝PL(tc+td)/(PF×tc) (26)
联立式(22)～(26)，可以得到
η_AlterS＝ηG×η_EV01×PL×(tc+td)/[(PL+PC×η_EV01)×tc] (27)
因电池SOC必须保持平衡，即混动阶段充进电池的电能等于EV阶段放出来的电能，则有：
电池SOC平衡：ΔEB-C＝ΔEB-D (28)
电池增加的电能：ΔEB-C＝PC×ηCtc (29)
电池减少的电能：ΔEB-D＝PM_D×td/ηD (30)
电池放电功率：PM_D＝PL-D/η_EV (31)
联立式(28)～(31)，可以得到
td＝ηC×ηD×η_EV×PC×tc/PL (32)
将式(32)带入式(27)即得到交替串联模式***效率
η_AlterS＝ηG×η_EV01×(PL+ηC×ηD×η_EV×PC)/(PL+η_EV01×PC) (33)
上式中，ηG是发电效率，η_EV01是EVO1模式效率，η_EV是EV模式最优效率，ηC充电效率，ηD是放电效率，前面已经推导，PL是汽车轮边需求功率，Pg是发电功率，PC是充电功率。
发动机的工作过程是把燃油的化学能转化为机械能，定义PF为单位时间内提供给发动机的燃油所能等效的化学能。
当汽车在某一工况点(T，V)处于充电阶段时，不同的发电(或充电)功率会使发动机的工作点发生偏移，从而会得到不同的***效率，发电功率与充电功率是一一对应的。为了确定最佳的Pg值，因此需要将发电功率Pg按照某一固定步长单调递增方式划分有效范围发电功率特征点k个，如Pg1、Pg2，Pg3，Pg4……Pgk。
结合前面得到的发电效率MapηG和发电最佳操作线G_OOL，当发电功率为Pgk时，查询G_OOL，插值得到发动机的最佳转速，然后通过发动机转速和发电功率MapηG查询得到发电效率ηGk；Pc(i，j，k)根据式(24)可以求得，进而充电效率ηC(i，j，k)根据式(13)可以求得，放电效率ηD(i，j)根据式(17)可以求得；需要注意的是，此时放电阶段参数只与轮边负载相关；因此，就得到了当前工况点的交替串联效率η_AlterS_effi(i，j，k)。
同EV模式方法，遍历所有发电功率特征点，得到对应的一系列效率值η_AlterS_effi(i，j，1)、η_AlterS_effi(i，j，2)、η_AlterS_effi(i，j，3)、η_AlterS_effi(i，j，4)……对比不同发电功率的***效率，就得到当前工况点的最优***效率η_AlterS(i，j)，且对应的充电功率值即为效率最优时的功率分流PC_AlterS(i，j)。
同理，遍历所有V和T，就得到了交替串联模式的最优效率Mapη_AlterS及对应的功率分流Map PC_AlterS(如图10所示)。
这样汽车在行驶中，当处于交替串联模式的充电阶段时，整车控制单元通过查询不同工况点的充电功率，计算得到当前的发电功率，从而得到当前发电功率下最高效时发动机的转速，进而查询Map P_atEMlout就可得到发动机扭矩；而第一电机的转速由发动机转速换算，扭矩由发动机功率和其转速确定；在放电阶段第二电机驱动轮边，扭矩和转速由轮边负荷确定；这样就确定了在串联发电时***效率最优时发动机及两个电机的工作状态。
在上述步骤S3中，汽车的工作模式包括直驱模式，交直驱模式的效率η_Directl/η_Direct2计算过程如下：
所述直驱模式，工作原理同普通燃油车，如果不考虑传动装置的机械效率，发动机效率特征点按照与轮边的速比关系换算为V和T，即得到了直驱一挡模式效率η_Direct1和直驱二挡模式效率η_Direct2。因为电池不参与充放电，故发动机工作点取决于汽车工况点，无功率分流。
在上述步骤S3中，汽车的工作模式包括交替直驱模式，交替直驱模式的效率η_AlterD1/η_AlterD2及功率分流PC_AlterD1/PC_AlterD2计算过程如下：
所述交替直驱模式，即直驱发电模式与EV模式交替，通过调整发动机的工况点到高效区，除了给轮边驱动，多余的机械能用于发电储存在电池中，同样引入EV模式释放电能保证电池SOC的平衡。其交替原理图及功率流路径图见图8和图9，图中801为交替直驱模式发动机功率线，802为交替直驱模式电机功率线，803为交替直驱模式电池SOC波动线；901表示交替直驱模式充电阶段和放电阶段的轮边需求功率一致，902表示交替直驱模式充电阶段和放电阶段的电池的电能变化量相等。A阶段(图8方波高电平部分801)，即发电阶段，发动机单独工作，一部分机械能驱动轮边，一部分能量带动第一电机发电，电能充进电池，电池SOC曲线803上升，B阶段(图8方波低电平部分801)即放电阶段，是EV模式，第一电机和/或第二电机工作，电池SOC曲线803下降，上升沿和下降沿值大小可以标定(图8中数据仅为示意)，轮边需求功率在A和B阶段保持一致(虚线框901)，电池充放电的化学能守恒(虚线框902)。
假定混动充电阶段持续时间为tc，EV放电阶段持续时间为td，相关的计算式则有：
燃油提供的等效功率：PF＝PI/ηI (34)
发协机功率：PI＝pLC+PC (35)
充放电阶段轮边需求功率为变：PL＝PL-C＝PL-D＝V×T/(3.6×r×1000) (36)
***效率：η_AkterD1＝PL(tc+td)/(PF×tc) (37)
联立式(34)～(37)，可以得
η_AlterD1＝ηI×PL×(tc+td)/[(PL+PC)×tc] (30)
同交替串联模式，电池SOC必须保持平衡，即混动阶段充进电池的电能等于EV阶段放出来的电能，则有：
电池增加的电能：ΔEB-C＝PB-C×ηC×tc (39)
电池充电功率：PB-C＝PC×ηEM1 (40)
电池减少的电能：ΔEB-D＝PM_D×td/ηD (41)
电池放电功率：PM_D＝PL-D/η_EV (42)
电池SOC平衡：ΔEB-C＝ΔEB-D (43)
联立式(39)～(43)，可以得到
rd＝ηC×ηD×η_EV×EM1×PC×tc/PL (44)
将式(44)带入式(38)即得到交替直驱一挡(二挡同)模式***效率
η_AlterD1＝ηI×(PL+ηC×D×η_EV×ηEM1×PC)/(PL+PC) (45)
上式中，ηI、ηEM1、η_EV分别是发动机效率、第一电机发电效率和EV模式最优效率，ηC、ηD分别是充、放电效率，前面已经推导。不同于直驱模式的是，当汽车在某一工况点(V，T)时，不同的充电功率会使发动机的工作点发生偏移，工作在不同的效率区，从而会得到不同的***效率，发电功率与充电功率是一一对应的。因此可以将充电功率PC按照某一固定步长单调递增方式划分有效范围充电功率特征点，如PC1，PC2，PC3，PC4……；
根据前面得到的发动机效率MapηI，当发动机功率为PI时，结合发动机转速查询ηI，插值得到发动机的效率；Pc(i，j，k)根据式(35)可以求得，进而充电效率ηC(i，j，k)根据式(13)可以求得，放电功率根据式(42)可以求得，进而放电效率ηD(i，j)根据式(17)可以求得；需要注意的是，此时放电阶段参数仅与轮边负载相关；因此，就得到了当前工况点的交替直驱效率η_AlterD1_effi(i，j，k)；
同上述交替串联模式，遍历所有发动机功率特征点，得到对应的一系列效率值η_AlterD1_effi(i，j，1)、η_AlterD1_effi(i，j，2)、η_AlterD1_effi(i，j，3)、η_AlterD1_effi(i，j，4)……对比不同发动机功率下的***效率，取最优值就得到当前工况点的最优***效率η_AlterD1(i，j)，且对应的充电功率值即为效率最优时的功率分流PC_AlterD1(i，j)；
同理，遍历所有V和T，就得到了交替直驱模式的最优效率Mapη_AlterD1/η_AlterD2及对应的功率分流Map PC_AlterD1/PC_AlterD2(如图11所示)。
这样汽车在行驶中，当处于交替直驱模式的充电阶段时，整车控制单元通过查询不同工况点的发电功率，计算得到当前的发动机功率，查询发动机最佳操作线eng_OOL得到当前发动机功率下最高效时发动机的转速，进而计算得到发动机扭矩；而第一电机的转速由发动机转速换算，扭矩由充电功率和其转速确定；在放电阶段第二电机驱动轮边，扭矩和转速由轮边负荷确定；这样就确定了在直驱发电时***效率最优时发动机及两个电机的工作状态。
在上述步骤S4中，寻优得到混动模式Map。
基于前面得到的串联模式、交替串联模式、直驱模式和交替直驱模式的效率Map，并给予它们不同的编号，利用Matlab软件遍历各工况点(V和T)比较效率值，记录下各个工况点最优效率值所对应的模式：若串联效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝1，若交替串联效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝2；若直驱一挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝3，直驱一挡模式时，动力换挡机构处于第一接合状态；若交替直驱一挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝4，交替直驱一挡模式时，动力换挡机构处于第一接合状态；若直驱二挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝5，直驱二挡模式时，动力换挡机构处于第二接合状态；若交替直驱二挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝6，交替直驱二挡模式时，动力换挡机构处于第二接合状态。这样就得到了混动模式切换规则HEV_mode，如图12所示，图中，1201表示交替串联模式,1202表示交替直驱一挡模式，1203表示交替直驱二挡模式，1204表示直驱一挡模式，1205表示直驱二挡模式。因串联模式效率始终小于等于交替串联模式，因此串联模式将被交替串联模式所覆盖。
在上述步骤S5中，将混动模式Map预先存储于整车控制模块，根据当前电池SOC、车速和轮边需求扭矩查询得到目标模式及对应的功率分流，从而确定发动机以及第一电机和第二电机的工作状态。
当汽车由于驾驶员要求或低SOC等原因工作在混动模式时，汽车控制单元根据当前工况点基于所述混动模式切换规则HEV_mode查询得到目标模式；当处于交替串联或交替直驱模式区间内时，汽车可能会工作在放电阶段，即EV模式，也可能工作在充电阶段，即串联发电或直驱发电模式，根据标定的SOC上下限值来确定；若是后者，将进一步查询功率分流Map，从而确定发动机和电机的目标扭矩；当处于直驱模式时，发动机目标扭矩直接根据轮边需求扭矩计算得到；基于最优效率的模式(挡位)切换规则，能确保汽车动力传动***工作在最高效状态。
本发明所述的应用于两挡混动变速箱的控制方法，在混动发电模式通过引入EV模式在相同工况下消耗掉充进电池的电能，使电池电量保持平衡来综合计算效率，解决了由于燃油和电不能直接等效从而不能准确比较各模式之间的效率的问题，得到的汽车混动模式切换规则，为整车标定做参考。
上述控制方法借助Matlab软件用遍历方式计算并寻优得到了各工况点最优***效率，确保了动力***工作在最高效区，结合驾驶循环仿真，在整车开发阶段即可预测和优化油耗，减少后期样车标定工作量；另外，所述方法可以预先计算汽车在各个工况下的发动机和电机的功率和扭矩需求，存储于汽车控制器中，这样在汽车运行中根据车速和轮边需求扭矩实时查询插值就能快速、精准地确定发动机和电机的工作状态，减小控制器运算量，以确保驱动***一直工作在效率最高点。
以上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。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.两挡混动变速箱，包括输入轴、输出轴、中间轴、第一电机以及与输入轴连接的发动机和第二电机，其特征在于，还包括用于将来自所述输入轴的动力传递至所述中间轴连接的第一传动机构和第二传动机构、设置于输入轴上且选择性地与第一传动机构结合或与第二传动机构结合的动力换挡机构、与所述第一电机和输入轴连接的第三传动机构、与所述第二电机和中间轴连接的第四传动机构以及与中间轴和所述输出轴连接的第五传动机构；
所述第一传动机构包括空套在所述输入轴上的一挡驱动齿轮和设置于所述中间轴上且与一挡驱动齿轮相啮合的中间轴一挡齿轮，所述第二传动机构包括空套在所述输入轴上的二挡驱动齿轮和设置于所述中间轴上且与二挡驱动齿轮相啮合的中间轴二挡齿轮，所述动力换挡机构位于一挡驱动齿轮和二挡驱动齿轮之间；
所述动力换挡机构为滑套式换挡机构，动力换挡机构具有三个工作状态，三个工作状态分别为中间状态、第一接合状态和第二接合状态；动力换挡机构处于第一接合状态时，动力换挡机构与所述一挡驱动齿轮接合；动力换挡机构处于第二接合状态时，动力换挡机构与所述二挡驱动齿轮接合；
所述第三传动机构包括与所述第一电机连接的第一电机齿轮、与第一电机齿轮相啮合的惰轮和与惰轮相啮合的输入轴齿轮，输入轴齿轮设置于所述输入轴上，所述第四传动机构包括与所述第二电机连接的第二电机齿轮和设置于所述中间轴上且与第二电机齿轮相啮合的中间轴电机齿轮，第二电机齿轮空套在所述输入轴上，所述第五传动机构包括设置于所述中间轴上的中间轴输出齿轮和设置于所述输出轴上且与中间轴输出齿轮相啮合的输出轴齿轮；
具有所述两挡混动变速箱的混动汽车的工作模式包括EV模式、串联模式和交替串联模式、并联模式、直驱模式和交替直驱模式；
混动汽车工作于串联模式时，发动机启动，发动机带动第一电机进行发电，第一电机输出电功率全部提供给第二电机，第二电机产生的动力经第四传动机构传递至中间轴，再经第五传动机构传递至输出轴，带动输出轴转动；
混动汽车工作于交替串联模式时，发动机启动，发动机带动第一电机进行发电，第一电机输出电功率一部分提供给第二电机，另一部分提供至混动汽车的电池进行充电，第二电机产生的动力经第四传动机构传递至中间轴，再经第五传动机构传递至输出轴，带动输出轴转动；混动汽车工作于直驱模式时，发动机启动，动力换挡机构处于第一接合状态或第二接合状态，发动机产生的全部动力经过第一传动机构或第二传动机构传递至中间轴，再经第五传动机构传递至输出轴，带动输出轴转动；
混动汽车工作于交替直驱模式时，发动机启动，动力换挡机构处于第一接合状态或第二接合状态，发动机产生的一部分动力经过第一传动机构或第二传动机构传递至中间轴，再经第五传动机构传递至输出轴，带动输出轴转动，发动机产生的一部分动力传递至第一电机，带动第一电机进行发电，为电池进行充电。
2.权利要求1所述的两挡混动变速箱功率分流控制方法，其特征在于，包括步骤：
S1、数据准备；
S2、计算EV模式下的挡位分布及扭矩分配，同时计算发电效率Map和电池充放电效率；
S3、计算汽车的各个工作模式的效率Map及功率分流Map；
S4、获得汽车混动模式切换规则；
S5、确定汽车发动机以及第一电机和第二电机的工作状态。
3.根据权利要求2所述的两挡混动变速箱功率分流控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，需要收集第一电机和第二电机的效率Map和额定外特性曲线、发动机万有特性曲线和外特性曲线、车轮滚动半径、电池电阻、额定电压以及两挡混动变速箱各挡位的速比。
4.根据权利要求2所述的两挡混动变速箱功率分流控制方法，其特征在于，所述步骤S3中，计算串联模式的效率Mapη_Series时，当汽车在某工况点(T，V)运行，设定轮边功率PL＝V×T/(3.6×r×1000)，r为汽车车轮滚动半径，那么发电功率Pg＝PL/η_EV01；根据Pg查询发电最佳操作线G_OOL，插值得到发动机在此发电功率下的最高效的转速；利用发动机转速和发电功率Pg插值查询发电效率MapηG就得到了当前工况点的发电效率；V为车速，T为轮边需求扭矩，遍历所有V和T，得到了串联模式下所有工况点的发电效率Mapη_g，最终就得到了串联模式的效率Mapη_Series＝η_g×η_EV01，这里两个矩阵对应元素分别相乘，η_g为串联模式下发电效率二维表，η_EV01是EV01模式效率。
5.根据权利要求2至4任一所述的两挡混动变速箱功率分流控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，基于得到的串联模式、交替串联模式、直驱模式和交替直驱模式的效率Map，并给予它们不同的编号，利用Matlab软件遍历各工况点比较效率值，记录下各个工况点最优效率值所对应的模式；若串联模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝1；若交替串联模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝2；若直驱一挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝3；若交替直驱一挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝4；若直驱二挡模式时效率最大；则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝5；若交替直驱二挡模式时效率最大，则令混动模式切换规则HEV_mode(m,n)＝6。
CN202311203205.5A 2023-09-19 2023-09-19 两挡混动变速箱及其功率分流控制方法 Active CN116945886B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311203205.5A CN116945886B (zh) 2023-09-19 2023-09-19 两挡混动变速箱及其功率分流控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311203205.5A CN116945886B (zh) 2023-09-19 2023-09-19 两挡混动变速箱及其功率分流控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN116945886A CN116945886A (zh) 2023-10-27
CN116945886B true CN116945886B (zh) 2024-01-26

Family

ID=88462309

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311203205.5A Active CN116945886B (zh) 2023-09-19 2023-09-19 两挡混动变速箱及其功率分流控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN116945886B (zh)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108382187A (zh) * 2018-03-27 2018-08-10 中国第汽车股份有限公司 双电机混合动力***及其控制方法
CN110525195A (zh) * 2019-09-26 2019-12-03 吉孚汽车技术(浙江)有限公司 混合动力汽车用动力驱动***及其控制方法
CN111469651A (zh) * 2020-05-28 2020-07-31 格特拉克（江西）传动***有限公司 一种混合动力驱动***、控制方法及车辆
CN111497587A (zh) * 2020-05-28 2020-08-07 格特拉克（江西）传动***有限公司 一种混合动力驱动***、控制方法及车辆
CN214874199U (zh) * 2021-04-16 2021-11-26 广州汽车集团股份有限公司 混合动力驱动***及汽车
CN113815399A (zh) * 2021-10-18 2021-12-21 江苏新能源汽车研究院有限公司 一种双两档位双电机混动***
CN113942383A (zh) * 2021-11-22 2022-01-18 岚图汽车科技有限公司 一种多档化双电机混合动力汽车及其传动***
CN115214340A (zh) * 2021-04-16 2022-10-21 广州汽车集团股份有限公司 混合动力驱动***及汽车

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108382187A (zh) * 2018-03-27 2018-08-10 中国第汽车股份有限公司 双电机混合动力***及其控制方法
CN110525195A (zh) * 2019-09-26 2019-12-03 吉孚汽车技术(浙江)有限公司 混合动力汽车用动力驱动***及其控制方法
CN111469651A (zh) * 2020-05-28 2020-07-31 格特拉克（江西）传动***有限公司 一种混合动力驱动***、控制方法及车辆
CN111497587A (zh) * 2020-05-28 2020-08-07 格特拉克（江西）传动***有限公司 一种混合动力驱动***、控制方法及车辆
CN214874199U (zh) * 2021-04-16 2021-11-26 广州汽车集团股份有限公司 混合动力驱动***及汽车
CN115214340A (zh) * 2021-04-16 2022-10-21 广州汽车集团股份有限公司 混合动力驱动***及汽车
CN113815399A (zh) * 2021-10-18 2021-12-21 江苏新能源汽车研究院有限公司 一种双两档位双电机混动***
CN113942383A (zh) * 2021-11-22 2022-01-18 岚图汽车科技有限公司 一种多档化双电机混合动力汽车及其传动***

Also Published As

Publication number Publication date
CN116945886A (zh) 2023-10-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8277350B2 (en) Two mode electro-mechanical transmission and control
CN110525191B (zh) 用于车辆的混合动力***及其控制方法
US6957137B2 (en) Real-time operating parameter selection in a vehicular transmission
US7110871B2 (en) Method for determining preferred input operating points for a vehicle transmission
JP3641244B2 (ja) ハイブリッド変速機の変速制御装置
CN105000015B (zh) Isg电机介入双离合器式自动变速器换挡的控制方法
CN109229091B (zh) 基于能量效率最大化的多模混合动力汽车能量管理策略
CN106274464A (zh) 纯电动车辆的双电机动力***和控制方法
CN112590530A (zh) 一种双电机混合动力驱动装置及具有其的车辆
CN110723133B (zh) 一种带有amt变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法
CN106800018A (zh) 车辆动力总成控制方法及***
CN101362461A (zh) 混合动力电动车辆的起跑控制器
CN101804810A (zh) 插电式混合动力汽车的最优集成控制方法
CN114312282B (zh) 一种混合动力驱动***及控制方法
JP4114643B2 (ja) 車両用駆動装置の制御装置
CN107499303A (zh) 一种基于双动力源协同的并联phev三参数换挡控制方法
Arata et al. Backward-looking simulation of the Toyota Prius and General Motors two-mode power-split HEV powertrains
CN116945886B (zh) 两挡混动变速箱及其功率分流控制方法
WO2024051371A1 (zh) 一种多挡位混合动力汽车变速传动***
Meisel An analytic foundation for the two-mode hybrid-electric powertrain with a comparison to the single-mode Toyota Prius THS-II powertrain
JP2005351459A (ja) 車両用駆動装置の制御装置
CN116588114A (zh) 一种多档机电复合传动***换挡点优化方法
Siddharth et al. Performance Analysis of Hybrid Electric Vehicle Architectures under Dynamic Operating Conditions
CN217415460U (zh) 一种混合动力汽车的变速传动***
CN108626323A (zh) 纵置混合动力变速箱及其动力输出控制方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant