一种双电机混合动力驱动系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双电机混合动力驱动系统及其控制方法，该系统包括电子控制单元、动力驱动单元和齿轮传动单元，其中电子控制单元主要包括HCU、BMS、电机控制器、转速转角传感器，动力驱动单元包括发动机、电机和电池等，齿轮传动单元包括一组行星齿轮机构和四组齿轮实现复杂动力耦合与多档切换，电子控制单元控制动力驱动单元输出动力再通过齿轮传动单元传递动力进而驱动车辆，具体通过控制离合器开闭、档位切换与电机转速调整同时配合行星齿轮机构能量耦合，使双电机混合动力驱动系统可以完成转矩耦合、转速耦合、先转速再转矩耦合的复合耦合形式以及无差速器电机差速驱动，实现双电机混合动力驱动系统模式选择多样，高效地适应复杂工况。

【技术实现步骤摘要】
一种双电机混合动力驱动系统及其控制方法
本专利技术涉及混合动力领域，尤其涉及一种双电机混合动力驱动系统及其控制方法。
技术介绍
随着社会和车辆工程技术的不断发展，车辆的保有量愈来愈大，车辆使用过程中对能源的消耗、以及尾气的排放对环境的污染受到社会各界的高度重视。越来越多的国家和地区对新能源汽车的发展出台了激励政策。目前市场上采用的技术路线主要为混合动力技术和纯电动技术。不管是混合动力技术还是纯电动技术，都需要对系统的动力系统、传动系统、能量管理进行优化配置。传统变速箱作为协调发动机转速和车轮实际行驶速度的变速装置，用于发挥发动机的最佳性能。具体来说，由于发动机的合理转速区间较窄(一般在1000-4000rpm左右)，转速过低则无法输出转矩，而一旦发动机转速过高则会处于一种低效的工作状态，所以在行驶时，燃油车需要通过换挡来调整减速比，从而使转速保持在合理的工作区间。于燃油车而言，没有变速箱，车辆便无法正常行驶。电动汽车则有所不同，由于电机的工作范围较广。在低转速甚至零转速下也可以输出很大的转矩。也就是说，没有变速箱，电动汽车也可以照常运行。然而有了变速箱的纯电动车，在工作时会处于更加高效的状态。前面提到，电机的工作范围较广，但相对来说，在中低转速的情况下，电机的扭矩非常足，工作效率也相对较高。但在高转速的情况下，电机的效率和扭矩则会急速的下降。而二级变速器的作用就是使电机尽量工作在高效率的转速区间，从而达到降低损耗、提高续航里程等效果。目前新能源车辆驱动技术中的电机动力系统应用比较单一、有限。高性能电动车如果只有单级减速(无变速箱)，则车辆对电机的扭矩和转速能力要求太高，也会造成电机成本过高。如果采用两档变速或多档变速箱，就可以大大降低车辆对电机的要求，但一般的变速箱又难以满足全部车辆工作要求。随着电动车的普及和发展，电动车向着大型化，高速化方向发展，而电机的峰值扭矩和最高转速越来越不能适应这种发展趋势。为此，双电机动力系统被采用，通过两个电机的组合控制，可以实现动力性和经济性的优化组合。然而，在目前的双电机动力系统中，两个电机分别通过各自的传动齿轮组将动力输出到一根公共的输出轴，这样的传动机构无法满足车辆复杂工况需求，造成了混合动力系统动力传递效率低，能量的管理匹配不合理，整车性能低等技术问题。因此需要设计一种传动方式可变、动力耦合形式多样的双电机混合动力驱动系统，及其控制方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双电机混合动力驱动系统及其控制方法，实现适应车辆复杂的行驶工况，提高电机的效率，进而使电机长时间工作在高效区。通过档位切换与电机转速调整同时配合行星齿轮机构能量耦合，使双电机混合动力驱动系统的完成转矩耦合、转速耦合与先转速再转矩耦合的复合耦合形式，此外，采用单向离合器是发动机进去动力系统更加平顺减少人为操作；同时，通过半轴离合器及双电机系统实现车辆无差速器差速，使差速灵活可控。实现双电机混合动力驱动系统模式选择多样，高效地适应复杂工况，减少能源消耗；本专利技术系统的技术方案是：一种双电机混合动力驱动系统，包括电子控制单元、动力驱动单元和齿轮传动单元，电子控制单元包括HCU，HCU均与BMS、第一电机控制器、第二电机控制器、第一转速转角传感器和第二转速转角传感器电气连接；动力驱动单元包括发动机、电池、第一电机、第二电机、单向离合器、左半轴、右半轴、半轴离合器、左驱动轮和右驱动轮，发动机与HCU电气连接，发动机的一端与单向离合器的一端机械连接，单向离合器的另一端与第一电机的一端机械连接，第一电机与第一电机控制器电气连接，第一电机控制器与电池、电池与BMS和第二电机控制器、第二电机控制器与第二电机均为电气连接，左半轴一端安装第一转速转角传感器、左驱动轮，右半轴一端安装第二转速转角传感器、右驱动轮，左半轴和右半轴的另一端通过半轴离合器连接；齿轮传动单元由行星齿轮机构、第一传动轴、第二传动轴、G1一级齿轮、G2一级齿轮、G3一级齿轮、G4一级齿轮、G1二级齿轮、G2二级齿轮、G3二级齿轮、G4二级齿轮、G1G2电动换挡同步器与G3G4电动换挡同步器，第一传动轴的一端与第一电机的另一端机械连接，第一传动轴的另一端与行星齿轮机构机械连接，行星齿轮机构通过第二传动轴机械连接第二电机的另一端，G1一级齿轮、G2一级齿轮固定在第一传动轴上，G3一级齿轮空套在第一传动轴上，且G3一级齿轮还与行星齿轮机构机械连接，G4一级齿轮固定在第二传动轴上，G1二级齿轮、G2二级齿轮空套在左半轴上，G3二级齿轮、G4二级齿轮空套在右半轴上，一级齿轮与二级齿轮啮合，G1G2电动换挡同步器与左半轴相连并布置在G1二级齿轮、G2二级齿轮之间，G3G4电动换挡同步器与右半轴相连并布置在G3二级齿轮、G4二级齿轮之间。一种双电机混合动力驱动系统控制方法，该控制方法包括纯发动机驱动模式、串联混动驱动模式、并联混动驱动模式、单电机纯电模式、双电机转矩耦合驱动模式、双电机转速耦合驱动模式、双电机转速/转矩耦合驱动模式以及电动差速驱动模式；所述纯发动机驱动模式为：HCU检测电池的SOC值，若SOC≤预设电池剩余电量预警值SOC0，HCU控制发动机点火、半轴离合器结合、G1G2电动换挡同步器处于结合、G3G4电动换挡同步器处于空档，发动机的动力通过G1或G2齿轮副由第一传动轴传递到左右半轴，驱动车辆运动；所述串联混动驱动模式为：若SOC≤SOC0，HCU控制发动机点火、半轴离合器结合、G1G2电动换挡同步器处于空档、G3G4电动换挡同步器处于右结合挡位、第一电机处于发电模式，发动机的动力拖动第一电机发电，电能通过电池供给第二电机，第二电机的动力通过G4齿轮副由第二传动轴传递到右半轴，动力又通过半轴离合器传递到左半轴，驱动车辆运动；所述并联混动驱动模式为：若SOC>SOC0，HCU控制发动机点火、半轴离合器结合、G1G2电动换挡同步器处于左结合档位、G3G4电动换挡同步器处于右结合档位，发动机的动力通过G1齿轮由第一传动轴传递到左半轴，同时电池给第二电机供电，第二电机的动力通过G4齿轮副由第二传动轴传递到右半轴，调节第二电机的转速，使G1二级齿轮的转速n1与G4二级齿轮转速n4相等，发动机与第二电机转矩耦合，同轴驱动车辆；所述单电机纯电模式为：若SOC>SOC0，1)第一电机驱动：HCU控制半轴离合器结合、G1G2电动换挡同步器处于结合状态、G3G4电动换挡同步器处于空档，电池给第一电机供电，第一电机的动力通过G1或G2齿轮副由第一传动轴传递到左半轴，动力又通过半轴离合器传递到右半轴，驱动车辆运动；2)第二电机驱动：HCU控制半轴离合结合、G1G2电动换挡同步器处于空档、G3G4电动换挡同步器处于右结合挡位，电池给第二电机供电，第二电机的动力通过G4齿轮副由第二传动轴传递到右半轴，动力又通过半轴离合器传递到左半轴，驱动车辆运动；所述双电机转矩耦合驱动模式为：若SOC>SOC0，HCU控制半轴离合器结合、G1G2电动换挡同步器处于左结合档位、G3G4电动换挡同步器处于右结合，电池给两电机供电，第一电机、第二电机的动力分别通过G1、G4齿轮副由第一传动轴、第二传动轴传递到左半轴和右半轴，调节电机转速，使G1二级齿轮的转速n1与G4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双电机混合动力驱动系统，其特征在于，包括电子控制单元、动力驱动单元和齿轮传动单元，电子控制单元包括HCU(1)，HCU(1)均与BMS(2)、第一电机控制器(3)、第二电机控制器(4)、第一转速转角传感器(5)和第二转速转角传感器(6)电气连接；动力驱动单元包括发动机(7)、电池(8)、第一电机(9)、第二电机(10)、单向离合器(11)、左半轴(12)、右半轴(13)、半轴离合器(14)、左驱动轮(15)和右驱动轮(16)，发动机(7)与HCU(1)电气连接，发动机(7)的一端与单向离合器(11)的一端机械连接，单向离合器(11)的另一端与第一电机(9)的一端机械连接，第一电机(9)与第一电机控制器(3)电气连接，第一电机控制器(3)与电池(8)、电池(8)与BMS(2)和第二电机控制器(4)、第二电机控制器(4)与第二电机(10)均为电气连接，左半轴(12)一端安装第一转速转角传感器(5)、左驱动轮(15)，右半轴(13)一端安装第二转速转角传感器(6)、右驱动轮(16)，左半轴(12)和右半轴(13)的另一端通过半轴离合器(14)连接；齿轮传动单元由行星齿轮机构(17)、第一传动轴(18)、第二传动轴(19)、G1一级齿轮(20)、G2一级齿轮(21)、G3一级齿轮(22)、G4一级齿轮(23)、G1二级齿轮(24)、G2二级齿轮(25)、G3二级齿轮(26)、G4二级齿轮(27)、G1G2电动换挡同步器(28)与G3G4电动换挡同步器(29)，第一传动轴(18)的一端与第一电机(9)的另一端机械连接，第一传动轴(18)的另一端与行星齿轮机构(17)机械连接，行星齿轮机构(17)通过第二传动轴(19)机械连接第二电机(10)的另一端，G1一级齿轮(20)、G2一级齿轮(21)固定在第一传动轴(18)上，G3一级齿轮(22)空套在第一传动轴(18)上，且G3一级齿轮(22)还与行星齿轮机构(17)机械连接，G4一级齿轮(23)固定在第二传动轴(19)上，G1二级齿轮(24)、G2二级齿轮(25)空套在左半轴(12)上，G3二级齿轮(26)、G4二级齿轮(27)空套在右半轴(13)上，一级齿轮与二级齿轮啮合，G1G2电动换挡同步器(28)与左半轴(12)相连并布置在G1二级齿轮(24)、G2二级齿轮(25)之间，G3G4电动换挡同步器(29)与右半轴(13)相连并布置在G3二级齿轮(26)、G4二级齿轮(27)之间。...

【技术特征摘要】
1.一种双电机混合动力驱动系统，其特征在于，包括电子控制单元、动力驱动单元和齿轮传动单元，电子控制单元包括HCU(1)，HCU(1)均与BMS(2)、第一电机控制器(3)、第二电机控制器(4)、第一转速转角传感器(5)和第二转速转角传感器(6)电气连接；动力驱动单元包括发动机(7)、电池(8)、第一电机(9)、第二电机(10)、单向离合器(11)、左半轴(12)、右半轴(13)、半轴离合器(14)、左驱动轮(15)和右驱动轮(16)，发动机(7)与HCU(1)电气连接，发动机(7)的一端与单向离合器(11)的一端机械连接，单向离合器(11)的另一端与第一电机(9)的一端机械连接，第一电机(9)与第一电机控制器(3)电气连接，第一电机控制器(3)与电池(8)、电池(8)与BMS(2)和第二电机控制器(4)、第二电机控制器(4)与第二电机(10)均为电气连接，左半轴(12)一端安装第一转速转角传感器(5)、左驱动轮(15)，右半轴(13)一端安装第二转速转角传感器(6)、右驱动轮(16)，左半轴(12)和右半轴(13)的另一端通过半轴离合器(14)连接；齿轮传动单元由行星齿轮机构(17)、第一传动轴(18)、第二传动轴(19)、G1一级齿轮(20)、G2一级齿轮(21)、G3一级齿轮(22)、G4一级齿轮(23)、G1二级齿轮(24)、G2二级齿轮(25)、G3二级齿轮(26)、G4二级齿轮(27)、G1G2电动换挡同步器(28)与G3G4电动换挡同步器(29)，第一传动轴(18)的一端与第一电机(9)的另一端机械连接，第一传动轴(18)的另一端与行星齿轮机构(17)机械连接，行星齿轮机构(17)通过第二传动轴(19)机械连接第二电机(10)的另一端，G1一级齿轮(20)、G2一级齿轮(21)固定在第一传动轴(18)上，G3一级齿轮(22)空套在第一传动轴(18)上，且G3一级齿轮(22)还与行星齿轮机构(17)机械连接，G4一级齿轮(23)固定在第二传动轴(19)上，G1二级齿轮(24)、G2二级齿轮(25)空套在左半轴(12)上，G3二级齿轮(26)、G4二级齿轮(27)空套在右半轴(13)上，一级齿轮与二级齿轮啮合，G1G2电动换挡同步器(28)与左半轴(12)相连并布置在G1二级齿轮(24)、G2二级齿轮(25)之间，G3G4电动换挡同步器(29)与右半轴(13)相连并布置在G3二级齿轮(26)、G4二级齿轮(27)之间。2.一种根据权利要求1所述的双电机混合动力驱动系统控制方法，其特征在于，该控制方法包括纯发动机驱动模式、串联混动驱动模式、并联混动驱动模式、单电机纯电模式、双电机转矩耦合驱动模式、双电机转速耦合驱动模式、双电机转速/转矩耦合驱动模式以及电动差速驱动模式。3.一种根据权利要求2所述的双电机混合动力驱动系统控制方法，其特征在于，所述纯发动机驱动模式为：HCU(1)检测电池(8)的SOC值，若SOC≤预设电池剩余电量预警值SOC0，HCU(1)控制发动机(7)点火、半轴离合器(14)结合、G1G2电动换挡同步器(28)处于结合、G3G4电动换挡同步器(29)处于空档，发动机(7)的动力通过G1或G2齿轮副由第一传动轴(18)传递到左右半轴，驱动车辆运动。4.一种根据权利要求2或3所述的双电机混合动力驱动系统控制方法，其特征在于，所述串联混动驱动模式为：若SOC≤SOC0，HCU(1)控制发动机(7)点火、半轴离合器(14)结合、G1G2电动换挡同步器(28)处于空档、G3G4电动换挡同步器(29)处于右结合挡位、第一电机(9)处于发电模式，发动机(7)的动力拖动第一电机(9)发电，电能通过电池(8)供给第二电机(10)，第二电机(10)的动力通过G4齿轮副由第二传动轴(19)传递到右半轴(13)，动力又通过半轴离合器(14)传递到左半轴(12)，驱动车辆运动。5.一种根据权利要求4所述的双电机混合动力驱动系统控制方法，其特征在于，所述并联混动驱动模式为：若SOC>SOC0，HCU(1)控制发动机(7)点火、半轴离合器(14)结合、G1G2电动换挡同步器(28)处于左结合档位、G3G4电动换挡同步器(29)处于右结合档位，发动机(7)的动力通过G...

【专利技术属性】
技术研发人员：王峰，张健，徐兴，陈龙，蔡英凤，周之光，杨志春，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32