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CN107878178A - 混合动力装置及相应控制的方法 - Google Patents

混合动力装置及相应控制的方法 Download PDF

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CN107878178A
CN107878178A CN201711105320.3A CN201711105320A CN107878178A CN 107878178 A CN107878178 A CN 107878178A CN 201711105320 A CN201711105320 A CN 201711105320A CN 107878178 A CN107878178 A CN 107878178A
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殷建坤
夏承钢
韩永智
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Shanghai Zhongke Shenjiang Electric Vehicle Co Ltd
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Shanghai Zhongke Shenjiang Electric Vehicle Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种混合动力装置及相应控制的方法，其中，所述装置包括：发动机，其包括皮带传动轮系；变速箱，其包括主减速器大齿轮；电动/发电机；电机传动齿轮，与所述主减速器大齿轮啮合传动；第一离合器，用于连接所述电动/发电机与所述皮带传动轮系；第二离合器，用于连接所述电动/发电机与所述电机传动齿轮，根据车辆当前状态，调节所述装置的工作状态，在不同状态下分别实现换挡动力补偿、车辆电蠕动以及直接再生制动状态的调节。采用该种混合动力装置及相应控制的方法，电动/发电机分别通过第一离合器、第二离合器与发动机、主减速器连接进行动力传递，因此可以实现换挡动力补偿，或者实现车辆电蠕动，或者实现直接再生制动。

Description

混合动力装置及相应控制的方法
技术领域
本发明涉及车辆驱动技术领域，特别涉及车辆驱动及传动技术领域，具体是指一种混合动力装置及相应控制的方法。
背景技术
现有的基于皮带传动一体化电动发电机(BSG，Belt Starter Generator，7-15kW)的48V微混系统主要通过怠速启停和比常规发电机更高的发电效率来实现15％左右的节油率，由于节油效果较明显，且增加的成本不高，因此正逐渐成为装备了手动变速器或AMT变速器的经济型车辆的标配。然而，市场更期望提供一种扩展功能的48V微混系统，能够在换挡时进行动力补偿，或者能够实现车辆电蠕动，或者能够提供直接再生制动。
发明内容
本发明的目的是为了克服上述现有技术中的缺点，提供一种可靠、综合性能较高的混合动力装置及相应控制的方法。
为了实现上述的目的，本发明的混合动力装置及相应控制的方法如下：
该混合动力装置，其主要特点是，所述装置包括：
发动机，该发动机包括皮带传动轮系；
变速箱，该变速箱包括主减速器大齿轮，具有至少5个前进挡；
电动/发电机；
电机传动齿轮，与所述主减速器大齿轮啮合传动；
第一离合器，用于连接所述电动/发电机与所述皮带传动轮系；
第二离合器，用于连接所述电动/发电机与所述电机传动齿轮。
较佳地，所述电机传动齿轮的传动比iM根据以下条件设置：
iM＝in×if/ib，
其中，n＝1，2，3，4，5，n为所述前进挡的挡位in为所述变速箱的前进挡传动比，if为主减速器传动比，ib为所述发动机与所述电动/发电机之间的皮带传动比。
更佳地，所述电机传动齿轮与主减速器大齿轮啮合传动后的的总传动比iM根据被设置成：
iM＝i5×if/ib，
其中，i5为所述变速箱的5档传动比。
较佳地，所述第一离合器为第一湿式多片离合器，所述的第二离合器为第二湿式多片离合器。
该基于上述装置实现混合动力装置控制的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：
(1)判断车辆当前状态，并根据所述车辆当前状态将所述装置调整为对应状态。
较佳地，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)若所述车辆处于电蠕动状态时，则通过调整所述第一离合器、第二离合器以及电动/发电机调整的工作状态，将所述装置调整为车辆电蠕动状态工作模式；
(12)若所述车辆处于再生制动状态时，则通过调整所述第一离合器、第二离合器以及电动/发电机调整的工作状态，将所述装置调整为车辆再生制动状态工作模式；
(13)若所述车辆处于换挡状态时，则通过调整所述第一离合器、第二离合器以及电动/发电机调整的工作状态，将所述装置调整为车辆换挡动力补偿工作模式。
更佳地，所述的步骤(11)具体包括以下步骤：
(111)确定所述车辆处于电蠕动状态；
(112)将所述第一离合器分离；
(113)将所述第二离合器接合；
(114)所述的电动/发电机驱动所述车辆蠕动，所述装置为车辆电蠕动状态工作模式。
更佳地，所述的步骤(12)具体包括以下步骤：
(121)确定所述车辆处于再生制动状态；
(122)将所述第一离合器分离；
(123)将所述第二离合器结合；
(124)所述电动/发电机进行能量回收，所述装置为车辆再生制动状态工作模式。
更佳地，所述的步骤(12)具体包括以下步骤：
(131)确定所述车辆处于换挡状态；
(132)判断所述电动/发电机是否能够提供足够的补偿功率；
(133)若所述电动/发电机能够提供足够的所述的补偿功率，则继续后续步骤(134)，否则继续后续步骤(137)；
(134)将所述的第一离合器分离；
(135)将所述的第二离合器接合；
(136)所述电动/发电机提供所述的补偿功率，所述装置为车辆换挡动力补偿工作模式；
(137)控制所述第一离合器的结合程度；
(138)所述电动/发电机和发动机一起提供所述的补偿功率，所述装置为车辆换挡动力补偿工作模式。
较佳地，所述的步骤(1)前还包括以下步骤：
(0.1)判断所述发动机是否处于停机或者带动所述电动/发电机进行发电这两种状态中的任一状态；
(0.2)若所述发动机处于停机或者带动所述电动/发电机进行发电这两种状态中的任一状态则继续后续步骤(0.3)，否则直接继续后续步骤(1)；
(0.3)将所述第一离合器分离；
(0.4)将所述的电动/发电机的转速调整为与所述车辆当前状态相匹配的预置转速；
(0.5)将所述的第二离合器接合，并继续后续步骤(1)。
采用本发明的混合动力装置及相应控制的方法，所述的混合动力装置中所述电动/发电机分别通过所述第一离合器、第二离合器与发动机、主减速器连接进行动力传递，因此可以实现换挡动力补偿，或者实现车辆电蠕动，或者实现直接再生制动，通过所述实现混合动力装置控制的方法，可控制所述的装置在不同的状态下调节工作模式。
附图说明
图1是本发明的混合动力装置及相应控制的方法的一具体实施例所涉及的混合动力装置的结构示意图。
附图标记：
100 发动机
101 皮带传动轮系
200 变速箱
201 主减速器大齿轮
300 电动/发电机
400 电机传动齿轮
501 第一离合器
502 第二离合器
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。应理解，实施例仅是用于说明本发明，而不是对本发明的限制。
图1是本发明的混合动力装置及相应控制的方法的一具体实施例所涉及的混合动力装置的结构示意图。参照图1，所述的混合动力装置包括：发动机100，其包括皮带传动轮系101；变速箱200，其包括主减速器大齿轮201，具有至少5个前进挡；电动/发电机300；电机传动齿轮400，与主减速器大齿轮201啮合传动；第一离合器501，用于连接所述电动/发电机300与皮带传动轮系101；第二离合器502，用于连接所述电动/发电机300与电机传动齿轮400。
下面分析电机传动齿轮400的传动比iM设置。应该指出，iM为电机传动齿轮400与主减速器大齿轮201啮合传动后实现的总传动比。容易理解，换挡动力补偿、车辆电蠕动和直接再生制动对于iM的要求是不同的，因此首先分析这些功能对iM的要求，然后综合得出一个合适的iM。
首先给出经济型A级轿车的数据，以便进行计算分析，具体如下：车辆总质量1500kg，轮胎半径0.3m，变速箱5个前进挡位的传动比分别为3.583/1.947/1.343/0.976/0.804，主减速传动比为4.052；电动/发电机300的最大功率为15kW，最大转矩为50Nm，最高工作转速18000rpm；发动机与电动/发电机之间的传动比为1/3。
电机传动齿轮400的传动比iM根据以下条件设置：
iM＝inif/ib n＝1，2，3，4，5 (1)
其中，in为变速箱的前进档传动比，if为主减速器传动比，ib为发动机与电动/发电机之间的皮带传动比。
车辆电蠕动时，电动/发电机300单独驱动车辆蠕动，其转矩要求可以采用在5％坡度路面不倒滑来确定，从而确定iM。车轮上的倒滑转矩为225Nm，按电动/发电机300的最大转矩50Nm，根据式(1)可以算出iM＝4.5，计算in＝0.37，因此in〉0.37，则iM〉4.5，则电动/发电机300足以驱动车辆电蠕动，即取变速箱前4个挡位的传动比代入得到的iM都可以满足要求。
车辆再生制动时，电动/发电机300直接进行能量回收。NEDC循环工况的最高车速为120km/h，因此只要在这一车速范围内进行大于10kW的能量回收，则可以将超过80％的制动能量回收到电池内。根据电动/发电机300的最高工作转速18000rpm和车速120km/h，根据式(1)可以计算出iM＝17.0，计算in＝12.6，因此in〈12.6，则iM〈17.0，则电动/发电机300足以在120km/h车速范围内进行能量回收，即取变速箱前4个挡位的传动比代入得到的iM都可以满足要求。
车辆换挡时，电动/发电机300进行动力补偿，以避免动力中断。车辆的行驶阻力功率随着车速增加而增大，不同车速下的动力补偿功率需求是不同的。一种换挡车速为：20km/h换2档，40km/h换三档，60km/h换4档，80km/h换5档，而在80km/h时的阻力功率约12kw，电动/发电机300足以对换挡进行动力补偿。如果在120km/h换5档，则阻力功率达到35kW，电动/发电机300的功率有限，因此还需要发动机100提供部分功率。此时也可以利用车辆将发动机100的转速降低，因此第一离合器501或第二离合器502的主动边转速应高于被动边的转速，或者说，发动机100通过皮带传动轮系101和电机传动齿轮400提前换入5档，则可以保证第二离合器502接合过程中将发动机100的转速压下来，从而变速箱200进行换挡以及主离合器平稳接合。把变速箱5挡传动比代入(1)，可计算得到iM＝9.78，因此也可以满足电蠕动和直接能量回收的要求。更高车速的换挡需要更高的功率需求，在皮带传动轮系101等可以支持的情况下，还可以控制第二离合器502的接合程度，从而进行动力补偿。
根据以上分析，也可以提出如下的混合动力装置的控制方法：车辆电蠕动时，第一离合器501分离，第二离合器502接合，电动/发电机300驱动车辆蠕动；车辆再生制动时，第一离合器501分离，第二离合器502接合，电动/发电机300直接进行能量回收；车辆换挡时，当电动/发电机300能够提供足够的补偿功率时，第一离合器501分离，第二离合器502接合，电动/发电机300进行换挡动力补偿，当电动/发电机300提供的补偿功率不足时，则控制第二离合器502的接合程度，电动/发电机300和发动机100一起提供补偿功率。
应该指出，在进入以上工况前，可能是发动机100停机，或者带动电动/发电机300进行发电，则第一离合器501先分离，然后电动/发电机300进行调速，第二离合器502接合，电动/发电机300的动力就可以驱动车辆蠕动，或者直接再生制动，或者换挡动力补偿。
此外，由于电动/发电机300布置在发动机100的背面，空间比较紧张，而且需要控制接合程度，因此第一离合器501和第二离合器502优选地采用湿式多片离合器来实现。
本发明具体实施例的混合动力装置，包括：发动机，其包括皮带传动轮系；变速箱，其包括主减速器大齿轮；电动/发电机；电机传动齿轮，与所述主减速器大齿轮啮合传动，具有至少5个前进挡；第一离合器，用于连接所述电动/发电机与所述皮带传动轮系；第二离合器，用于连接所述电动/发电机与所述电机传动齿轮，由于电动/发电机分别通过第一离合器、第二离合器与发动机、主减速器连接进行动力传递，因此可以实现换挡动力补偿，或者车辆电蠕动，实现直接再生制动。
采用本发明的混合动力装置及相应控制的方法，所述的混合动力装置中所述电动/发电机分别通过所述第一离合器、第二离合器与发动机、主减速器连接进行动力传递，因此可以实现换挡动力补偿，或者实现车辆电蠕动，或者实现直接再生制动，通过所述实现混合动力装置控制的方法，可控制所述的装置在不同的状态下调节工作模式。
本发明并不局限于上述实施例，而是覆盖在不脱离本发明的精神和范围的情况下所进行的所有改变和修改。这些改变和修改不应被认为是脱离了本发明的精神和范围，并且所有诸如对于本领域技术人员来说显而易见的修改均应被包括在所附权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种混合动力装置，其特征在于，所述装置包括：
发动机，该发动机包括皮带传动轮系；
变速箱，该变速箱包括主减速器大齿轮，具有至少5个前进挡；
电动/发电机；
电机传动齿轮，与所述主减速器大齿轮啮合传动；
第一离合器，用于连接所述电动/发电机与所述皮带传动轮系；
第二离合器，用于连接所述电动/发电机与所述电机传动齿轮。
2.根据权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述电机传动齿轮的传动比iM根据以下条件设置：
iM＝in×if/ib，
其中，n＝1，2，3，4，5，n为所述前进挡的挡位，in为所述变速箱的前进挡传动比，if为主减速器传动比，ib为所述发动机与所述电动/发电机之间的皮带传动比。
3.根据权利要求2所述的混合动力装置，其特征在于，所述电机传动齿轮的传动比iM根据被设置成：
iM＝i5×if/ib，
其中，i5为所述变速箱的5档传动比。
4.根据权利要求1所述的混合动力装置，其特征在于，所述第一离合器为第一湿式多片离合器，所述的第二离合器为第二湿式多片离合器。
5.一种基于权利要求1～4中任一项所述的装置的实现混合动力装置控制的方法，其特征在于，所述的方法包括以下步骤：
(1)判断车辆当前状态，并根据所述车辆当前状态将所述装置调整为对应状态。
6.根据权利要求5所述的实现混合动力装置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(11)若所述车辆处于电蠕动状态时，则通过调整所述第一离合器、第二离合器以及电动/发电机调整的工作状态，将所述装置调整为车辆电蠕动状态工作模式；
(12)若所述车辆处于再生制动状态时，则通过调整所述第一离合器、第二离合器以及电动/发电机调整的工作状态，将所述装置调整为车辆再生制动状态工作模式；
(13)若所述车辆处于换挡状态时，则通过调整所述第一离合器、第二离合器以及电动/发电机调整的工作状态，将所述装置调整为车辆换挡动力补偿工作模式。
7.根据权利要求6所述的实现混合动力装置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(11)具体包括以下步骤：
(111)确定所述车辆处于电蠕动状态；
(112)将所述第一离合器分离；
(113)将所述第二离合器接合；
(114)所述的电动/发电机驱动所述车辆蠕动，所述装置为车辆电蠕动状态工作模式。
8.根据权利要求6所述的实现混合动力装置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(12)具体包括以下步骤：
(121)确定所述车辆处于再生制动状态；
(122)将所述第一离合器分离；
(123)将所述第二离合器结合；
(124)所述电动/发电机进行能量回收，所述装置为车辆再生制动状态工作模式。
9.根据权利要求6所述的实现混合动力装置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(12)具体包括以下步骤：
(131)确定所述车辆处于换挡状态；
(132)判断所述电动/发电机是否能够提供足够的补偿功率；
(133)若所述电动/发电机能够提供足够的所述的补偿功率，则继续后续步骤(134)，否则继续后续步骤(137)；
(134)将所述的第一离合器分离；
(135)将所述的第二离合器接合；
(136)所述电动/发电机提供所述的补偿功率，所述装置为车辆换挡动力补偿工作模式；
(137)控制所述第二离合器的结合程度；
(138)所述电动/发电机和发动机一起提供所述的补偿功率，所述装置为车辆换挡动力补偿工作模式。
10.根据权利要求5所述的实现混合动力装置控制的方法，其特征在于，所述的步骤(1)前还包括以下步骤：
(0.1)判断所述发动机是否处于停机或者带动所述电动/发电机进行发电这两种状态中的任一状态；
(0.2)若所述发动机处于停机或者带动所述电动/发电机进行发电这两种状态中的任一状态则继续后续步骤(0.3)，否则直接继续后续步骤(1)；
(0.3)将所述第一离合器分离；
(0.4)将所述的电动/发电机的转速调整为与所述车辆当前状态相匹配的预置转速；
(0.5)将所述的第二离合器接合，并继续后续步骤(1)。
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