混合动力汽车驱动系统及其发动机启动控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种插电式混合动力汽车驱动系统，采用一种全新的行星轮动力耦合装置，以发动机启动时间作为目标，控制驱动电机扭矩、耦合机构离合器与制动器的扭矩容量、发动机点火时刻实现发动机快速启动并平稳介入整车驱动，解决了发动机启动过程对驱动系统造成冲击的难题。系统采用单电机，实现混合动力汽车功能，整车成本低；行星轮动力耦合装置与变速箱集成，离合器与制动器与电机集成，结构紧凑，轴向尺寸小，便于布置；发动机启动过程中，充分利用驱动电机的惯量扭矩补偿发动机启动所需扭矩，减少了驱动电机用于启动发动机的储备扭矩，提高了整车的动力性和驾驶性。

【技术实现步骤摘要】
混合动力汽车驱动系统及其发动机启动控制方法
本专利技术属于混合动力汽车的
更具体地，本专利技术涉及一种混合动力汽车驱动系统。另外，本专利技术还涉及所述的混合动力汽车驱动系统的发动机启动控制方法。
技术介绍
能源危机、温室效应及环境形势的日益严峻，是制约全球经济发展的重要因素。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。插电式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。插电式混合动力汽车驱动系统结构主要有串联、并联、混联等形式。1、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：系统效率低，双电机系统导致整车成本高；2、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；混联系统的缺点是：双电机系统导致整车成本高，系统控制复杂；3、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。其中，动力耦合是实现整车功能和性能目标的关键因素之一。动力耦合装置需要满足插电式混合动力汽车的功能要求，主要包括：纯电动运行、发动机启动、驱动电机辅助、怠速发电机及再生制动等功能。此外，还要考虑平台化、集成化、低成本等诸多因素。整个系统控制中，发动机启动控制尤其重要，发动机启动既不能对整车传动系统造成冲击，又不能出现动力中断，发动机启动时间也是整车性能关键指标，直接影响整车动力性和驾驶性。根据目前国内外的专利和文献，发动机启动控制仍然是并联式混合动力汽车控制系统中最为复杂的关键技术之一。插电式混合动力汽车中发动机启动控制方式较多，根据驱动系统或动力耦合机构的结构不同而有差别。比如公开号为：CN101456347A的中国专利“用于控制混合动力车辆中离合器结合的系统和方法”，公开了一种并联式混合动力驱动系统的技术方案，该系统采用双电机，与发动机并轴连接的驱动电机能够实现车辆在不同工况下发动机启动需求。但该系统通过额外的驱动电机实现发动机启动，发动机启动成功后，需要对发动机进行速度控制，实现发动机曲轴转速与变速箱输入轴转速同步，然后实现发动机与驱动电机并联驱动。该专利技术发动机启动到介入整车需求所需的时间较长，另外整车因为配置双电机，成本高。
技术实现思路
本专利技术提供一种插电式混合动力汽车驱动系统，其目的是实现其结构的集成化并提高发动机的启动性能。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：本专利技术的混合动力汽车驱动系统，包括发动机、驱动电机、无级变速器，所述驱动电机包括驱动电机定子和驱动电机转子，所述的驱动电机设置在所述的发动机的输出轴与无级变速器的输入轴之间，所述的驱动电机转子通过行星轮耦合机构与发动机的输出轴连接；所述的驱动电机转子与无级变速器的输入轴固定连接。所述的行星轮耦合机构与发动机的输出轴之间，设有耦合机构制动器。所述的驱动电机转子与行星轮耦合机构之间，设有耦合机构离合器。为了实现与上述技术方案相同的专利技术目的，本专利技术还提供以上所述的混合动力汽车驱动系统的发动机的启动控制方法，其技术方案是：在车辆静止情况下，整车控制器通过控制驱动电机转速和行星轮耦合机构离合器扭矩容量，实现发动机快速、平稳启动；发动机启动过程中，电动油泵一直未工作；充分利用无级变速器变速箱机械油泵工作所产生的压力，满足行星轮耦合机构离合器的扭矩容量控制需求，提高整车的经济性；车辆纯电动行驶过程中，以发动机启动时间作为目标，控制驱动电机扭矩、耦合机构离合器与耦合机构制动器的扭矩容量及发动机点火时刻，实现发动机快速启动并平稳介入整车驱动；在发动机启动过程中，驱动电机一方面给整车提供驱动扭矩，满足乘员对整车动力需求，同时，充分利用驱动电机的惯量力矩，为发动机启动提供一部分力矩；最后，通过驱动电机补偿发动机启动过程中所需的目标扭矩，从而实现发动机快速、平稳启动，同时，整车驱动力未出现中断，保障了整车良好的驾驶性和动力性。具体地：为实现发动机在车辆静止和行驶中快速、平稳启动，整车控制器还将控制耦合机构离合器与耦合机构制动器扭矩容量。整车控制器HCU根据动力电池电量及驾驶人员扭矩请求，自动控制发动机启停，实现整车不同的工作模式；在车辆静止状态下，如果高压储能装置电量很低，整车控制器HCU将控制发动机启动，进入怠速发电状态，给高压储能装置充电，以维持电量平衡；如果在车辆行驶过程中，驾驶人员需求扭矩大于一定阀值，整车控制器HCU将快速控制发动机启动，实现发动机与驱动电机并联驱动，满足驾驶人员对整车动力需求。以上所述的混合动力汽车驱动系统的发动机启动控制方法，其技术方案是：在车辆静止状态下，发动机启动过程控制逻辑：开始；步骤301：当车辆钥匙上电后，整车高压系统启动，整车进入可驾驶的READY状态，即纯电动模式；步骤302：如果当前高压储能装置电量很低，整车控制器HCU将激活发动机启动请求，进入步骤303，否则返回步骤302；步骤303：如果当前驾驶人员换挡杆位于P档或者N档，则进入步骤305，否则进入步骤304；步骤304：强制请求CVT控制器(TCM)控制无级变速器位于空档，然后进入步骤305；步骤305：控制驱动电机输出扭矩，使得驱动电机达到预设的目标转速；步骤306：控制耦合机构制动器扭矩容量为零，即打开耦合机构制动器；步骤307：控制耦合机构离合器扭矩容量按照预设的梯度增加到最大值；步骤308：控制发动机管理系统(EMS)，允许发动机启动；步骤309：检测发动机与驱动电机转速已同步；步骤310：判断发动机是否启动成功，如果启动成功，则进入步骤311，否则返回步骤309，保持驱动电机拖动发动机的状态；步骤311：发动机启动成功，耦合机构离合器锁止，发动机进入怠速状态。以上所述的混合动力汽车驱动系统的发动机启动控制方法，其技术方案是：在车辆行驶中，发动机启动过程控制逻辑：开始；步骤401：该状态下，高压系统正常上电，车辆处于纯电动模式的行驶状态；步骤402：当驾驶人员有较大扭矩需求或其它因素需要启动发动机时，则进入步骤403；否则返回步骤401；步骤403：控制耦合机构制动器扭矩容量为零；步骤404：根据驱动电机扭矩和惯量扭矩，发动机阻力矩和发动机启动目标所需的惯量扭矩，计算耦合机构离合器需要传递的扭矩容量，公式如下：Tcl＝Tm+[(Tej-Tmj/k)+Tdrag]·(1+k)其中：Tcl：耦合机构离合器需求扭矩容量；Tm：驾驶人员对驱动电机的需求扭矩；Tej：发动机启动目标惯量扭矩；Tmj：驱动电机当前的惯量扭矩；Tdrag：发动机阻力矩；k：行星轮耦合机构的速比，k＝(Zr+Zs)/Zs；Zr：行星轮系的齿圈齿数；Zs：行星轮系的太阳轮齿数；如果耦合机构离合器最大扭矩容量小于预设值，则控制耦合机构离合器扭矩容量按照预设的梯度增加，直到达到该阶段预设的最大值；步骤405：计算驾驶人员对驱动电机所需的扭矩，公式如下：Tm＝TactCl+(Tdr－TactCl)·(1+k)/k其中：Tm、k同前；TactCl：发动机启动过程中，耦合机构离合器实际传递的扭矩；Tdr：驾驶人员需求扭矩。步骤406：判断发动机与驱动电机的转速差，如果小于预本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力汽车驱动系统，包括发动机(1)、驱动电机、无级变速器(6)，所述驱动电机包括驱动电机定子(4)和驱动电机转子(5)，其特征在于：所述的驱动电机设置在所述的发动机(1)的输出轴与无级变速器(6)的输入轴之间，所述的驱动电机转子(5)通过行星轮耦合机构与发动机(1)的输出轴连接；所述的驱动电机转子(5)与无级变速器(6)的输入轴固定连接。

【技术特征摘要】
1.一种混合动力汽车驱动系统的发动机启动控制方法，所述的混合动力汽车驱动系统包括发动机(1)、驱动电机、无级变速器(6)，所述驱动电机包括驱动电机定子(4)和驱动电机转子(5)；所述的驱动电机设置在所述的发动机(1)的输出轴与无级变速器(6)的输入轴之间，所述的驱动电机转子(5)通过行星轮耦合机构与发动机(1)的输出轴连接；所述的驱动电机转子(5)与无级变速器(6)的输入轴固定连接；所述的行星轮耦合机构与发动机(1)的输出轴之间，设有耦合机构制动器(10)；所述的驱动电机转子(5)与行星轮耦合机构之间，设有耦合机构离合器(3)；其特征在于所述的发动机启动控制方法是：在车辆静止情况下，整车控制器通过控制驱动电机转速和行星轮耦合机构离合器扭矩容量，实现发动机快速、平稳启动；发动机启动过程中，电动油泵(7)一直未工作；充分利用无级变速器(6)变速箱机械油泵工作所产生的压力，满足行星轮耦合机构离合器(3)的扭矩容量控制需求，提高整车的经济性；车辆纯电动行驶过程中，以发动机启动时间作为目标，控制驱动电机扭矩、耦合机构离合器(3)与耦合机构制动器(10)的扭矩容量及发动机(1)点火时刻，实现发动机快速启动并平稳介入整车驱动；在发动机(1)启动过程中，驱动电机一方面给整车提供驱动扭矩，满足乘员对整车动力需求，同时，充分利用驱动电机的惯量力矩，为发动机(1)启动提供一部分力矩；最后，通过驱动电机补偿发动机(1)启动过程中所需的目标扭矩，从而实现发动机(1)快速、平稳启动，同时，整车驱动力未出现中断，保障了整车良好的驾驶性和动力性。2.按照权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统的发动机启动控制方法，其特征在于：为实现发动机(1)在车辆静止和行驶中快速、平稳启动，整车控制器还将控制耦合机构离合器(3)与耦合机构制动器(10)扭矩容量；整车控制器根据动力电池电量及驾驶人员扭矩请求，自动控制发动机(1)启停，实现整车不同的工作模式；在车辆静止状态下，如果高压储能装置(9)电量很低，整车控制器将控制发动机(1)启动，进入怠速发电状态，给高压储能装置(9)充电，以维持电量平衡；如果在车辆行驶过程中，驾驶人员需求扭矩大于一定阀值，整车控制器将快速控制发动机(1)启动，实现发动机(1)与驱动电机并联驱动，满足驾驶人员对整车动力需求。3.按照权利要求1所述的混合动力汽车驱动系统的发动机启动控制方法，其特征在于：在车辆静止状态下，发动机(1)启动过程控制逻辑：开始；步骤301：当车辆钥匙上电后，整车高压系统启动，整车进入可驾驶的READY状态，即纯电动模式；步骤302：如果当前高压储能装置(9)电量很低，整车控制器(HCU)将激活发动机(1)启动请求，进入步骤303，否则返回步骤302；步骤303：如果当前驾驶人员换挡杆位于P档或者N档，则进入步骤305，否则进入步骤304；步骤304：强制请求CVT控制器...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘小飞，
申请(专利权)人：奇瑞汽车股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34