阅读说明：本技术 增程式驱动系统的控制方法 (Control method of extended-range driving system ) 是由 柴旭 郑闽皖 钟辰宇 钱骏 叶佳全 于 2019-04-29 设计创作，主要内容包括：一种增程式驱动系统的控制方法,预先计算控制器所需转矩并确定整车控制器的输出参数,整车控制器通过车况传感器采集到的实时车况信息及车辆属性确定车辆最合适的工作模式,并输出行驶模式指令和驱动转矩指令至驱动装置和发电装置,使增程式驱动系统的工作状况达到最佳；所述的工作模式包括：纯电动驱动工作模式、行车充电工作模式和驻车充电工作模式。本发明符合增程式电动车的最新定义,采用驱动装置和发电装置一体式和分开式两种布置方式,有效解决整车布置空间不足的问题,还降低了整车成本。在发动机和发电机之间增加了增速机构,通过控制器提高了整车的充电效率和续航里程。(A control method of a range-extended driving system comprises the steps that torque required by a controller is calculated in advance, output parameters of a vehicle controller are determined, the vehicle controller determines the most appropriate working mode of a vehicle through real-time vehicle condition information and vehicle attributes acquired by a vehicle condition sensor, and outputs a driving mode instruction and a driving torque instruction to a driving device and a power generation device, so that the working condition of the range-extended driving system is optimal; the working modes comprise: the system comprises a pure electric drive working mode, a driving charging working mode and a parking charging working mode. The invention conforms to the latest definition of the extended range electric vehicle, adopts two arrangement modes of integrating and separating the driving device and the generating device, effectively solves the problem of insufficient arrangement space of the whole vehicle and also reduces the cost of the whole vehicle. An acceleration mechanism is added between the engine and the generator, and the charging efficiency and the endurance mileage of the whole vehicle are improved through a controller.)

增程式驱动系统的控制方法

技术领域

本发明涉及的是一种电动汽车领域的技术，具体是一种增程式驱动系统的控制方法。

背景技术

新能源汽车作为符合环境和能源要求的一种重要交通工具，愈发受到世界各国的重视。目前国内新能源增程式电动汽车驱动系统多数在传统自动变速器上进行更改，驱动电机和发电电机均配有对应的减速箱，存在成本高、布置尺寸大，以及机械结构复杂引起的效率和NVH性能降低等问题。此外，多数增程式电动机的发动机动力源与车轮相连，能够直接参与整车驱动，不符合关于增程式电动汽车的最新定义。现阶段常用的增程式电动汽车驱动系统及其控制策略虽然能综合考虑影响模式切换的多种因素，但多数策略是针对发动机参与驱动的结构制定的，很少考虑发动机对电机充电的效率，故其控制策略并不完备，需要进一步研究和改进。

发明内容

本发明针对现有技术布置尺寸大以及机械结构复杂引起的效率和NVH性能降低的缺陷，提出一种增程式驱动系统的控制方法，提高整车的充电效率，加大整车续航里程。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明预先计算控制器所需转矩并确定整车控制器的输出参数，整车控制器通过车况传感器采集到的实时车况信息及车辆属性确定车辆最合适的工作模式，并输出行驶模式指令和驱动转矩指令至驱动装置和发电装置，使增程式驱动系统的工作状况达到最佳。

所述的增程式驱动系统包括：控制器、车况传感器、驱动装置和发电装置，其中：控制器分别与车况传感器、驱动装置和发电装置相连。

所述的发电装置包括：发动机、增速机构和发电机，其中：发动机与增速机构通过离合器连接，增速机构的输出轴与发电机连接。

所述的驱动装置包括：减速机构和驱动电机，其中：减速机构的输入轴与驱动电机相连。

所述的转矩包括：整车驱动所需的目标转矩、驱动模式下的驱动电机输出转矩、行车充电模式下的驱动电机输出转矩和发动机输出转矩，以及驻车充电模式下的发动机输出转矩，其中：整车驱动所需目标转矩T_n＝f(α，v)，α为汽车油门开度(0-100％)，v为汽车车速，f为关于油门开度α和汽车车速v的二维差值函数；驱动模式下的驱动电机的输出转矩η₁为驱动电机的效率，i₁为减速机构输入轴到差速器的传动比；行车充电模式下的驱动电机输出转矩

发动机输出转矩T_e＝g(α，n_e，SOC)，发电机充电转矩T₂＝T_eη_ei₂，n_e为发动机转速，SOC为电池剩余电量(0-1)，当SOC＝0时表示电池电量已全部放完，当SOC＝1时代表电池已充满电，i₂为从增速机构输入端到输出端的传动比，η_e为发动机效率，g为油门开度α，n_e为发动机转速，SOC为电池剩余电量的拟合函数；驻车充电工作模式下的发动机输出转矩T_e＝g(α，n_e，SOC)，发电机充电转矩T₂＝T_eη_ei₂，n_e为发动机转速，SOC为电池剩余电量(0-1)，当SOC＝0时表示电池电量已全部放完，当SOC＝1时代表电池已充满电，i₂为从增速机构输入端到输出端的传动比，η_e为发动机效率，g为油门开度α，n_e为发动机转速，SOC为电池剩余电量的拟合函数。

所述的车辆属性包括：驱动电机峰值转矩、发动机外特性转矩、电池SOC目标值和电池SOC最小值。

所述的实时车况信息包括：油门开度、整车车速、整车需求转矩、电池SOC值、驱动电机转速和发动机转速。

所述的控制器输出参数包括：驱动电机开关信号、发动机开关信号、电离合器状态信号、驱动电机目标转矩和发动机目标转矩。

所述的最合适工作模式是指：基于整车驱动需求转矩、电池电量、油门开度和整车车速的实时信号，确定在发动机外特性曲线以及发电机峰值特性曲线中的工作区间，从而确定最合适的工作模式，其中：工作模式包括：纯电动驱动工作模式、行车充电工作模式和驻车充电工作模式。

技术效果

与现有技术相比，本发明符合增程式电动车的最新定义，采用驱动装置和发电装置一体式和分开式两种布置方式，采用分开式结构可以有效解决整车布置空间不足的问题，采用一体式可以降低整车成本。此外，在发动机和发电机之间增加了增速机构，可以通过控制器使发动机和发电机处在高效率工作区间工作，进而提高了整车的充电效率和续航里程。

附图说明

图1为发电装置的结构简图；

图2为驱动装置的结构简图；

图3为发电装置和驱动装置一体式设计的结构简图；

图4为整车驱动目标转矩的Map图；

图5为发动机和双电机转矩的特性图；

图中：发动机1、离合器2、第一主动齿轮3、第一输入轴4、第一输出轴5、第一从动齿轮6、发电机7、驱动电机8、第二输入轴9、第二主动齿轮10、第三主动齿轮11、第二从动齿轮12、中间轴13、半轴14、差速器15、增速机构16、减速机构17。

具体实施方式

本实施例的增程式驱动系统包括：控制器、车况传感器、驱动装置和发电装置，其中：控制器分别与车况传感器、驱动装置和发电装置相连。

如图1所示，所述的发电装置包括：发动机1、增速机构16和发电机7，其中：发动机1与增速机构通过离合器2连接，增速机构16的第一输出轴5与发电机7连接。

所述的增速机构16包括：带有第一主动齿轮3的第一输入轴4和带有第一从动齿轮6的第一输出轴5，其中：第一主动齿轮3与第一从动齿轮6相互啮合。

如图2所示，所述的驱动装置包括：减速机构17和驱动电机8，其中：减速机构17的第二输入轴9与驱动电机8相连。

所述的减速机构17包括：带有第二主动齿轮10的第二输入轴9、带有第三主动齿轮11和第二从动齿轮12的中间轴13、半轴14和差速器15，其中：第二输入轴9上的第二主动齿轮10与中间轴13上的第二从动齿轮12相啮合，差速器15设置于半轴14上，中间轴13上的第三主动齿轮11与差速器15啮合，半轴14与整车车轮端相连。

上述装置通过以下方式工作：驱动电机8将动力传递至减速机构17的第二输入轴9，减速机构17通过啮合的齿轮将动力传递至中间轴13，中间轴13通过差速器15将动力传递至整车。发动机1与增速机构16的第一输入轴4相连，增速机构16通过啮合的齿轮将动力传递至发电机7，由发电机7对整车充电。

当整车处于纯电动驱动工作模式时，离合器2处于断开状态，只有驱动电机8作为动力源，驱动整车工作。此时，发电机7和发动机1均不工作。

当整车处于行车充电工作模式时，离合器2处于结合状态。发动机1通过离合器2将动力传递至增速机构16的第一输入轴4，再通过齿轮啮合，将动力传递至发电机7，发电机7将动力转换为电能给整车充电。此时，驱动电机8作为动力源，发动机1和发电机7作为充电装置。

当整车处于驻车充电工作模式时，离合器2处于接合状态，发动机1通过离合器2将动力传递至增速机构16的第一输入轴4，再通过齿轮啮合，将动力传递至发电机7，发电机7将动力转换为电能给整车充电。此时，驱动电机8不工作，整车处于驻车状态，发动机1和发电机7作为充电装置。

本实施例涉及一种控制上述系统的方法，具体步骤如下：

1、计算控制器所需转矩，该转矩包括：整车驱动所需的目标转矩、驱动模式下的驱动电机输出转矩、行车充电模式下的驱动电机输出转矩和发动机输出转矩，以及驻车充电模式下的发动机输出转矩。

1.1、计算整车驱动所需目标转矩T_n＝f(α，v)，α为汽车油门开度(0-100％)，v为汽车车速，f为关于油门开度α和汽车车速v的二维差值函数，如图4所示。利用Matlab中SignalBuilder模块来构造驾驶员的两个输入信号：油门开度α和汽车车速v，利用Matlab中2-DLookup Table模块得到整车目标转矩数值的输出。首先采用差值的方法得到每一车速下油门开度从0到100％对应的整车目标转矩，并将数值做成Map图，便于驾驶员通过Map图得到目标转矩的数值。

1.2、计算纯电动驱动模式：驱动电机8的输出转矩

η₁为驱动电机8的效率，i₁为减速机构17的第二输入轴9到差速器15的传动比。

1.3、计算行车充电模式：驱动电机的输出转矩

发动机1输出转矩T_e＝g(α，n_e，SOC)，发电机1充电转矩T₂＝T_eη_ei₂，n_e为发动机1转速，SOC为电池剩余电量(0-1)，当SOC＝0时表示电池电量已全部放完，当SOC＝1时代表电池已充满电，i₂为从增速机构16输入端到输出端的传动比，η_e为发动机效率，g为关于油门开度α，发动机1转速n_e、电池剩余电量SOC的拟合函数。

1.4、计算驻车充电工作模式：驱动电机8不工作，发动机1输出转矩T_e＝g(α，n_e，SOC)，发电机7充电转矩T₂＝T_eη_ei₂，n_e为发动机转速，SOC为电池剩余电量(0-1)，当SOC＝0时表示电池电量已全部放完，当SOC＝1时代表电池已充满电，i₂为从增速机构16输入端到输出端的传动比，η_e为发动机1效率，g为关于油门开度α，发动机1转速n_e、电池剩余电量SOC的拟合函数。

2、确定整车控制器输出参数：驱动电机8开关信号S₁、发动机1开关信号S_e、电离合器2状态信号E₁、驱动电机8目标转矩

发电机7目标转矩发动机1目标转矩

3、整车控制器基于车辆属性和实时车况信息确定最合适的工作模式。

所述的车辆属性是预先在整车控制器VCU中设定好的固定值，包括：驱动电机8峰值转矩T_1max、发电机7峰值转矩T_2max、发动机1外特性转矩T_emax、电池SOC目标值SOC_obj、电池SOC最小值SOC_min。

所述的实时车况信息是车辆运行过程中通过车况传感器实时采集得到的信号，包括：油门开度α、整车车速v、整车需求转矩T_n、电池SOC值、驱动电机8转速n₁、发电机7转速n₂、发动机1转速n_e。

所述的整车控制器VCU根据车况传感器发来的实时车况信号计算出合适的行驶模式以及驱动转矩，通过CAN总线向驱动电机控制器发送电机工作状态及目标指令，电机控制器进行相应操作，通过CAN总线向发动机控制器发送发动机1工作状态及目标指令，发动机控制器进行相应操作，通过CAN总线向发电机控制器发送发电机7工作状态及目标指令，发电机控制器进行相应操作，同时通过CAN总线向电离合器控制器发送是否需要模式切换的指令，若需要模式切换，对离合器执行机构的状态进行判断，然后整车控制器对驱动电机控制器、发动机控制器、发电机控制器以及BMS系统发送新的工作指令。

所述的确定最合适的工作模式是基于整车驱动需求转矩T_n、电池电量SOC、油门开度α和整车车速v的实时信号，确定在发动机外特性曲线以及发电机峰值特性曲线中的工作区间，如图5所示，从而确定最合适的工作模式。

所述的工作模式包括：纯电动驱动工作模式、行车充电工作模式和驻车充电工作模式，如下表所示：

工作模式	离合器	发动机	驱动电机	发电机
					纯电动驱动工作模式	<u>分离</u>	<u>停止工作</u>	<u>动力输出工作</u>	<u>停止工作</u>
<u>行车充电工作模式</u>	<u>结合</u>	<u>带动发电机转动</u>	<u>动力输出工作</u>	<u>发电机工作</u>
					<u>驻车充电工作模式</u>	<u>结合</u>	<u>带动发电机转动</u>	<u>停止工作</u>	<u>发电机工作</u>

所述的纯电动驱动工作模式的切入条件为：当驾驶员踩下油门踏板时，整车控制器采集到油门大小开度α，并计算出此时整车所需的目标转矩为T_n，并向驱动电机控制器下达工作指令，驱动电机控制器在接到整车指令后，启动驱动电机，并输出整车所需的转矩。此时，整车控制器会通过CAN总线采集此时整车电池的SOC值，当电池实时SOC值大于第一下限阈值SOC₁，则整车控制器预判此时整车电池电量充足不需充电，并采集此时电离合器位置状态，当电离合器处于接合状态，则向电离合控制器下达分离的指令，当电离合处于分离状态，则下达维持此状态的指令。

所述的行车充电工作模式切入条件为：当驾驶员踩下油门踏板时，整车控制器采集到油门大小开度α，并计算出此时整车所需的目标转矩为T_n，并向驱动电机控制器下达工作指令，驱动电机控制器在接到整车指令后，启动驱动电机，并输出整车所需的转矩。此时，整车控制器会通过CAN总线采集此时整车电池的SOC值，当电池实时SOC值小于第一下限阈值SOC₁，则整车控制器预判此时整车电池电量不足需充电，并采集此时电离合器位置状态，当电离合器处于接合状态，则下达维持此状态的指令，当电离合处于分离状态，则下达离合器接合的指令。

所述的驻车充电工作模式切入条件为：当驾驶员松开油门踏板时，整车控制器采集到油门开度α大小为0，判定此时整车所需目标转矩为0，向驱动电机控制器下达电机停止工作的指令，驱动电机控制器在接到整车指令后，停止驱动电机运行，不再输出转矩。此时，整车控制器会通过CAN总线采集此时整车电池的SOC值，当电池实时SOC值小于第一下限阈值SOC₁，则整车控制器预判此时整车电池电量不足需充电，并采集此时电离合器位置状态，当电离合器处于接合状态，则下达维持此状态的指令，当电离合处于分离状态，则下达离合器接合的指令。

本实例通过将发电装置与驱动装置分开，可以分别置于整车的前后桥，为整车预留了足够的布置空间，此外，本实施例在发电装置中增加了增速机构这一模块，使得发电装置工作时均处于高效率工作区间，对比无增速机构的整车模型，续航里程提高了17.5％。

如图3所示，与实施例1相比，所述的发电装置也可以与驱动装置集成为一体以进一步降低成本。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。