技術領域

本發明屬于新能源汽車控制領域，更具體地說是一種六驅混合動力系統及其控制方法。

背景技術：

當前六驅汽車一般為傳統的內燃機驅動的全輪驅動汽車，傳動系統采用實時全驅設計。為滿足越野汽車的特殊需求，一般選用功率較大的發動機。而在正常使用的情況下，汽車的需求功率較小，發動機常工作在低負荷區，導致功率浪費、燃油消耗率高、排放高等問題。同時，采用發動機驅動的越野車難以實現低噪音行駛，因此不能滿足有低噪音要求的特殊場合使用。另外，六驅混合動力系統包括前橋動力系統、中橋動力系統、后橋動力系統以及電力供給系統，一般情況下只要有一處受損，整輛汽車即處于癱瘓狀態，難以滿足全工況的使用要求。在混合動力汽車的處于過渡模式的轉矩協調控制方法中，一般采用發動機動態轉矩估計加上電機轉矩補償的方法。但動態轉矩估計存在計算復雜、難以實現實時控制且估計誤差依賴計算精度的選取的問題。另外，采用試驗得到的數據反映發動機的動態轉矩特性以及離合器的接合特性，對試驗的要求很高，且試驗過程勞動強度大，費時費力。

一般的混合動力汽車控制策略內置于汽車芯片，用戶無法修改且不能根據駕駛員的主觀判斷實現手動選擇；目前學術領域采用的具有自適應、自學習的控制策略往往存在只能用于離線仿真、不能實現實時控制的問題。

技術實現要素：

本發明是為避免上述現有技術所存在的不足之處，提供一種六驅混合動力系統的控制方法，以提高汽車的燃油經濟性、在需要的時候實現低噪音行駛；提高汽車全工況使用性能；提高控制精度高并實現實時控制；以及能夠按照駕駛人員的主觀判斷選擇適合的驅動方式。

本發明為解決技術問題采用如下技術方案：

本發明六驅混合動力系統的特點是：所述混合動力系統包括前橋動力系統、中橋動力系統、后橋動力系統以及電力供給系統；

所述前橋動力系統包括發動機及發動機控制器、用于起動發動機的起動機、ISG電機及ISG電機控制器、變速箱及變速箱控制器，以及前橋；所述發動機與所述ISG電機為同軸連接，所述發動機和所述ISG電機獨立或者共同驅動前橋，在所述發動機的輸出軸與ISG電機的輸入軸之間設置離合器一，用于接合或者中斷發動機的輸出動力；在所述ISG電機的輸出軸與變速箱的輸入軸之間設置離合器二，用于接合或者中斷前橋動力；

所述中橋動力系統包括中軸電機、中軸電機控制器，以及由中軸電機提供驅動力的中橋；

所述后橋動力系統包括后軸電機、后軸電機控制器，以及由后軸電機提供驅動力的后橋；

所述電力供給系統包括動力電池、動力電池控制器、低壓電池、充電機、逆變器一、逆變器二以及逆變器三；所述動力電池通過第一逆變器為ISG電機提供電力，通過第二逆變器為中軸電機提供電力，通過第三逆變器為后軸電機提供電力；所述動力電池還可以為外接設備供電，以及通過DC/DC為所述低壓電池供電，所述充電機通過外接電源為動力電池充電。

本發明六驅混合動力系統的特點也在于：設置所述系統的工作模式包括：

四驅純電動模式：由所述中軸電機和后軸電機共同驅動；離合器一斷開，離合器二斷開，中橋動力系統接合、后橋動力系統接合，由中軸電機與后軸電機提供駕駛員請求轉矩，中軸電機與后軸電機的輸出轉矩之比等于中軸、后軸的軸荷比；

六驅純電動模式：由所述ISG電機、中軸電機以及后軸電機共同驅動；離合器一斷開，離合器二接合，由ISG電機與中軸電機、后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩，所述ISG電機、中軸電機和后軸電機的輸出轉矩之比等于前軸、中軸、后軸的軸荷比；

六驅混合動力模式一：由所述發動機、ISG電機、中軸電機以及后軸電機共同驅動；離合器一與離合器二均為接合，由發動機、ISG電機、中軸電機和后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩；其中，中軸電機和后軸電機均提供當前轉速下的最大轉矩，額外的需求轉矩由前橋動力系統補充；ISG電機用于調節發動機的負荷率，優先保障發動機工作在最佳燃油消耗區下限；若ISG電機輸出轉矩達到當前轉速下的最大輸出轉矩仍然無法滿足駕駛員請求轉矩，則提高發動機的輸出轉矩以滿足駕駛員請求轉矩，直至發動機輸出轉矩達到其當前轉速下最佳燃油經濟區的上限。

六驅混合動力模式二：由所述發動機、ISG電機、中軸電機以及后軸電機共同驅動；離合器一和離合器二均為接合，由發動機、ISG電機、中軸電機、后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩；優先保證發動機工作在最佳燃油經濟區的上限，ISG電機用于調整發動機的負荷率，額外的轉矩由中軸電機和后軸電機共同補充，中軸電機、后軸電機的輸出轉矩之比等于中軸與后軸的軸荷比；當ISG電機輸出轉矩達到當前轉速下的最大輸出轉矩但仍然無法滿足駕駛員請求轉矩時，提高發動機的輸出轉矩以滿足駕駛員請求轉矩，直至發動機輸出轉矩達到其當前轉速下的最大輸出轉矩；

串聯驅動模式一：由所述發動機帶動所述ISG電機發電，由所述中軸電機和后軸電機共同驅動；離合器一接合，離合器二斷開，由中軸電機、后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩，電機輸出轉矩之比等于中軸、后軸的軸荷比；發動機輸出轉矩為其最佳燃油經濟區的下限轉矩與當前轉速下ISG電機所能發出的最大充電轉矩之間的較小值，由發動機帶動ISG電機發電，發出的電能用于給中軸電機和后軸電機提供電能，富余的部分用于給動力電池充電；

串聯驅動模式二：離合器一接合，離合器二斷開，由中軸電機、后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩，電機輸出轉矩之比等于中軸和后軸的軸荷比；發動機輸出轉矩為其最佳燃油經濟區的上限轉矩與當前轉速下ISG電機所能發出的最大充電轉矩之間的較小值，由發動機帶動ISG電機發電，發出的電能用于給中軸電機和后軸電機提供電能，富余的部分用于給動力電池充電；

發動機驅動模式：由所述發動機單獨驅動；離合器一和離合器二均為接合，發動機輸出當前轉速下的最大轉矩，富余轉矩用于帶動ISG電機為動力電池充電；

失效模式：若前橋動力系統失效，則執行四驅純電動模式；若中橋動力系統失效，則由前橋動力系統和后橋動力系統聯合驅動，發動機工作在最佳燃油消耗區，ISG電機用于調整發動機負荷率，額外的轉矩由后軸電機提供；若后橋動力系統失效，則由前橋動力系統和中橋動力系統聯合驅動，發動機工作在最佳燃油消耗區，ISG電機用于調整發動機負荷率，額外的轉矩由中軸電機提供；若電力供給系統失效，則執行發動機驅動模式；若動力系統中有兩個失效，則由剩下的一個進行驅動；針對失效模式的其它情況，系統發出警告并停車。

本發明六驅混合動力系統的控制方法的特點是：首先判段混合動力系統的前橋動力系統、中橋動力系統、后橋動力系統以及電力供給系統中是否有一個或者多個不能正常工作，若是，執行失效模式，若否，按如下規則自動執行所述混合動力系統的其他工作模式：

若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為小，執行四驅純電動模式；

若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為中，執行六驅純電動模式；

若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為大，執行六驅混合動力模式一；

若動力電池SOC為中，且駕駛員請求轉矩為小，執行串聯驅動模式一；

若動力電池SOC為中，且駕駛員請求轉矩為中或者大，執行六驅混合動力模式二；

若動力電池SOC為低，且駕駛員請求轉矩為小，執行串聯驅動模式二；

若動力電池SOC為低，且駕駛員請求轉矩為中或者大，執行發動機單獨驅動模式；

本發明六驅混合動力系統的控制方法的特點也在于：設置手動切換模塊，所述手動切換模塊用于直接切換所述混合動力系統為純電動模式或為混合動力模式；

在所述純電動模式中，按如下規則自動選擇為四驅純電動模式或六驅純電動模式：若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為小，執行四驅純電動模式；若動力電池SOC為高，駕駛員請求轉矩為中，執行六驅純電動模式；若駕駛員請求轉矩為大，系統發出警告并自動執行六驅純電動模式；其他情況下，駕駛員手動切換為混合動力模式無效，系統保持原來的運行狀態。

在所述混合動力模式中，按如下規則自動選擇六驅混合動力模式一或六驅混合動力模式二：若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為大，執行六驅混合動力模式一；若動力電池SOC為中，且駕駛員請求轉矩為中或者大，執行六驅混合動力模式二；其他情況下，駕駛員手動切換為混合動力模式無效，系統保持原來的運行狀態。

本發明六驅混合動力系統的控制方法的特點也在于：當所述混合動力系統在涉及發動機啟停與不涉及發動機啟停的工作模式之間切換時，為避免動力系統輸出轉矩產生較大波動或者中斷，設置中軸與后軸的輸出轉矩之和為駕駛員請求轉矩減去前軸實際輸出轉矩的差值，并且中軸電機與后軸電機的輸出轉矩之比等于中軸和后軸的軸荷比。

本發明六驅混合動力系統的控制方法的特點也在于：

所述動力電池SOC為高是指動力電池SOC大于其目標值SOC_obj；

所述動力電池SOC為中是指動力電池SOC介于其目標值SOC_obj與設定的低值SOC_low之間；

所述動力電池SOC為低是指動力電池SOC值小于設定的低值SOC_low時；

所述駕駛員請求轉矩為小是指駕駛員請求轉矩小于中軸電機與后軸電機所能提供的最大轉矩之和；

所述駕駛員請求轉矩為中是指駕駛員請求轉矩不小于中軸電機與后軸電機所能提供的最大轉矩之和，并且小于或等于ISG電機、中軸電機、后軸電機所能提供的最大轉矩之和；

所述駕駛員請求轉矩為大是指駕駛員請求轉矩大于ISG電機、中軸電機以及后軸電機所能提供的最大轉矩之和。

與現有技術相比，本發明有益效果體現在：

1、本發明采用六驅混合動力系統，省去了傳動軸，采用較小功率的發動機，在保障汽車的動力性、通過性的基礎上，提高汽車的燃油經濟性以及乘員的乘坐舒適性。在前橋動力系統、中橋動力系統、后橋動力系統、電力供給系統有一個或者多個不能正常工作的情況下，汽車可以由剩下的動力系統驅動。在通過一些特殊地區時，利用其純電動的驅動模式可以極大地降低噪音。

2、本發明中設置過渡模式，其轉矩協調控制方法控制精度高，可以很容易的實現實時控制，且能節省初期的試驗成本。

3、本發明控制方法可以根據不同的需要，按照駕駛員的主觀判斷選擇適合的驅動方式。

4、本發明的具體實施也體現在必要的時候，其混合動力系統可以作為移動發電站，根據實際需要向外接用電設備提供電能。

附圖說明

圖1為本發明系統結構示意圖；

圖2為本發明系統的自動模式控制框圖；

圖3為本發明系統的手動模式控制框圖；

具體實施方式

本實施例中六驅混合動力系統的結構形式是：混合動力系統包括前橋動力系統、中橋動力系統、后橋動力系統以及電力供給系統。

前橋動力系統包括發動機及發動機控制器、用于起動發動機的起動機、ISG電機及ISG電機控制器、變速箱及變速箱控制器，以及前橋；發動機與ISG電機為同軸連接，發動機和ISG電機獨立或者共同驅動前橋，在發動機的輸出軸與ISG電機的輸入軸之間設置離合器一，用于接合或者中斷發動機的輸出動力；在ISG電機的輸出軸與變速箱的輸入軸之間設置離合器二，用于接合或者中斷前橋動力。

中橋動力系統包括中軸電機、中軸電機控制器，以及由中軸電機提供驅動力的中橋。

后橋動力系統包括后軸電機、后軸電機控制器，以及由后軸電機提供驅動力的后橋。

電力供給系統包括動力電池、動力電池控制器、低壓電池以及充電機；由動力電池通過第一逆變器為ISG電機提供電力，通過第二逆變器為中軸電機提供電力，通過第三逆變器為后軸電機提供電力；動力電池還可以外接設備供電，以及通過DC/DC為低壓電池供電，充電機通過外接電源為動力電池充電。

設置系統的工作模式包括：

四驅純電動模式：由中軸電機和后軸電機共同驅動；離合器一斷開，離合器二斷開，中橋動力系統接合、后橋動力系統接合，由中軸電機與后軸電機提供駕駛員請求轉矩，中軸電機與后軸電機的輸出轉矩之比等于中軸、后軸的軸荷比。

六驅純電動模式：由ISG電機、中軸電機以及后軸電機共同驅動；離合器一斷開，離合器二接合，由ISG電機與中軸電機、后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩，ISG電機、中軸電機和后軸電機的輸出轉矩之比等于前軸、中軸、后軸的軸荷比。

六驅混合動力模式一：由發動機、ISG電機、中軸電機以及后軸電機共同驅動；離合器一與離合器二均為接合，由發動機、ISG電機、中軸電機和后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩；其中，中軸電機和后軸電機均提供當前轉速下的最大轉矩，額外的需求轉矩由前橋動力系統補充；ISG電機用于調節發動機的負荷率，優先保障發動機工作在最佳燃油消耗區下限；若ISG電機輸出轉矩達到當前轉速下的最大輸出轉矩仍然無法滿足駕駛員請求轉矩，則提高發動機的輸出轉矩以滿足駕駛員請求轉矩，直至發動機輸出轉矩達到其當前轉速下最佳燃油經濟區的上限。六驅混合動力模式一用于駕駛員請求轉矩比較低時，保障混合動力系統燃油經濟性。

六驅混合動力模式二：由發動機、ISG電機、中軸電機以及后軸電機共同驅動；離合器一和離合器二均為接合，由發動機、ISG電機、中軸電機、后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩；優先保證發動機工作在最佳燃油經濟區的上限，ISG電機用于調整發動機的負荷率，額外的轉矩由中軸電機和后軸電機共同補充，中軸電機、后軸電機的輸出轉矩之比等于中軸與后軸的軸荷比；當ISG電機輸出轉矩達到當前轉速下的最大輸出轉矩但仍然無法滿足駕駛員請求轉矩時，提高發動機的輸出轉矩以滿足駕駛員請求轉矩，直至發動機輸出轉矩達到其當前轉速下的最大輸出轉矩。六驅混合動力模式二用于駕駛員請求轉矩比較高時，保障混合動力系統的動力性。

本實施例中六驅混合動力系統不論是處在模式一或模式二下，發動機都可以在優先使用電能的基礎上，按照實際的駕駛員請求轉矩，逐步提高發動機的輸出轉矩，在保障混合動力系統經濟性的基礎上保障其動力性。

串聯驅動模式一：由發動機帶動ISG電機發電，由中軸電機和后軸電機共同驅動；離合器一接合，離合器二斷開，由中軸電機、后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩，電機輸出轉矩之比等于中軸、后軸的軸荷比；發動機輸出轉矩為其最佳燃油經濟區的下限轉矩與當前轉速下ISG電機所能發出的最大充電轉矩之間的較小值，由發動機帶動ISG電機發電，發出的電能用于給中軸電機和后軸電機提供電能，富余的部分用于給動力電池充電。

串聯驅動模式二：離合器一接合，離合器二斷開，由中軸電機、后軸電機共同提供駕駛員請求轉矩，電機輸出轉矩之比等于中軸和后軸的軸荷比；發動機輸出轉矩為其最佳燃油經濟區的上限轉矩與當前轉速下ISG電機所能發出的最大充電轉矩之間的較小值，由發動機帶動ISG電機發電，發出的電能用于給中軸電機和后軸電機提供電能，富余的部分用于給動力電池充電。

已有技術中混合動力系統的串聯模式通常只用一種，是采用功率跟隨型控制方法或者發動機在不同需求時工作在幾個不同的離散點上的控制方法，但這種已有的控制方法均不能有效保障發動機的工作點為最優。本實施例中采用功率跟隨和離散點工作相結合的方式，讓發動機在不同的需求時工作在兩條不同的較優的工作曲線上，即最佳燃油經濟區的下限以及最佳燃油經濟區的上限，此種工作方法有效兼顧了不同功率需求時的發動機的工作點，且每種需求時的發動機的工作點都可以連續變化，有效保障了發動機帶動ISG電機發電時的燃油經濟性。

發動機驅動模式：由發動機單獨驅動；離合器一和離合器二均為接合，發動機輸出當前轉速下的最大轉矩，富余轉矩用于帶動ISG電機為動力電池充電。

失效模式：若前橋動力系統失效，則執行四驅純電動模式；若中橋動力系統失效，則由前橋動力系統和后橋動力系統聯合驅動，發動機工作在最佳燃油消耗區，ISG電機用于調整發動機負荷率，額外的轉矩由后軸電機提供；若后橋動力系統失效，則由前橋動力系統和中橋動力系統聯合驅動，發動機工作在最佳燃油消耗區，ISG電機用于調整發動機負荷率，額外的轉矩由中軸電機提供；若電力供給系統失效，則執行發動機驅動模式；若動力系統中有兩個失效，則由剩下的一個進行驅動；針對失效模式的其它情況，系統發出警告并停車。

此外，在四驅純電動模式、六驅純電動模式、串聯驅動模式一以及串聯驅動模式二中，設定中軸電機與后軸電機的輸出轉矩之比等于中軸和后軸的軸荷比可以有效的保障驅動時的附著系數利用率，保障混合動力系統的通過性，避免混合動力系統在低附著路面時打滑和驅動轉矩的浪費。

本實施例中六驅混合動力系統在執行自動模式時，首先判段混合動力系統的前橋動力系統、中橋動力系統、后橋動力系統以及電力供給系統中是否有一個或者多個不能正常工作，若是，執行失效模式，若否，按如下規則自動執行所述混合動力系統的其他工作模式：

若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為小，執行四驅純電動模式。

若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為中，執行六驅純電動模式。

若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為大，執行六驅混合動力模式一。

若動力電池SOC為中，且駕駛員請求轉矩為小，執行串聯驅動模式一。

若動力電池SOC為中，且駕駛員請求轉矩為中或者大，執行六驅混合動力模式二。

若動力電池SOC為低，且駕駛員請求轉矩為小，執行串聯驅動模式二。

若動力電池SOC為低，且駕駛員請求轉矩為中或者大，執行發動機單獨驅動模式；

本實施例中設置手動切換模塊用于直接切換混合動力系統工作模式為純電動模式或為混合動力模式。

在純電動模式中，按如下規則自動選擇為四驅純電動模式或六驅純電動模式：若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為小，執行四驅純電動模式；若動力電池SOC為高，駕駛員請求轉矩為中，執行六驅純電動模式；若駕駛員請求轉矩為大，系統發出警告并自動執行六驅純電動模式。

其他情況下，駕駛員手動切換為純電動模式無效，系統保持原來的運行狀態。

在混合動力模式中，按如下規則自動選擇六驅混合動力模式一或六驅混合動力模式二：若動力電池SOC為高，且駕駛員請求轉矩為大，執行六驅混合動力模式一；若動力電池SOC為中，且駕駛員請求轉矩為中或者大，執行六驅混合動力模式二。

其他情況下，駕駛員手動切換為混合動力模式無效，系統保持原來的運行狀態。

當混合動力系統在涉及發動機啟停與不涉及發動機啟停的工作模式之間切換時，為避免動力系統輸出轉矩產生較大波動或者中斷，設置中軸與后軸的輸出轉矩之和為駕駛員請求轉矩減去前軸實際輸出轉矩的差值，并且中軸電機與后軸電機的輸出轉矩之比等于中軸和后軸的軸荷比。

本實施例中定義：

動力電池SOC為高是指動力電池SOC大于其目標值SOC_obj；動力電池SOC為中是指動力電池SOC介于其目標值SOC_obj與設定的低值SOC_low之間；動力電池SOC為低是指動力電池SOC值小于設定的低值SOC_low時。

駕駛員請求轉矩為小是指駕駛員請求轉矩小于中軸電機與后軸電機所能提供的最大轉矩之和；駕駛員請求轉矩為中是指駕駛員請求轉矩不小于中軸電機與后軸電機所能提供的最大轉矩之和，并且小于或等于ISG電機、中軸電機、后軸電機所能提供的最大轉矩之和；駕駛員請求轉矩為大是指駕駛員請求轉矩大于ISG電機、中軸電機以及后軸電機所能提供的最大轉矩之和。

圖1所示為本實施例中六驅六驅混合動力系統示意圖，其保留了傳統發動機自帶的起動機，起動機裝配于發動機之上，用于電荷低時啟動發動機；由于行星齒輪耦合裝置系統過于復雜，系統設計難度比較大，并且為使得系統布置更加緊湊，本實施例中選擇發動機與ISG電機同軸相連的耦合方式。

自動模式下，為保障混合動力系統的動力性和通過性，中橋與后橋同時處于被驅動狀態或同時處于無驅動狀態。動力電池通過逆變器一、逆變器二和逆變器三分別與ISG電機、中軸電機、后軸電機相連，用于為三個電機提供電力；動力電池通過DC-DC為低壓電池供電；本實施例中動力電池可通過充電機連接外接電源充電或者將存儲在動力電池的電力輸送給外接設備；本實施例中通過設置外接取電單元，在停車時，若需要為外接設備供電，可利用發動機帶動ISG電機發電，外接用電設備通過取電單元獲取電能。設置發動機功率調節模塊，在發動機帶動ISG電機發電時，可以根據實際需求，手動調節所需的發電功率。為降低傳統的發動機動態轉矩估計所造成的誤差，避免發動機動態轉矩估計存在計算復雜、難以實現實時控制且估計誤差依賴計算精度的選取的問題，在前橋輸出軸設置轉矩傳感器，用于實時測量前軸的輸出轉矩，以達到降低模式切換時的動力系統沖擊度的目的。

圖2所示為本實施例中六驅混合動力系統的自動模式控制框圖，執行自動模式時，首先需要判斷系統是否失效，然后再判斷動力電池SOC的范圍以及駕駛員請求轉矩的范圍。

駕駛員請求轉矩計算為常規方式，通過駕駛員踩加速踏板的動作來體現，即按照加速踏板的開度乘以當前轉速下各個動力系統所能提供的最大轉矩之和，或者在此基礎上引入一個轉矩修正系數，此修正系數可以通過一個模糊控制器得到，此模糊控制器的輸入為加速踏板的開度及其變化率。駕駛員實際請求轉矩為此修正系數乘以上述通過加速踏板開度計算得到的請求轉矩，用于體現駕駛員加速的緊急程度。

圖3所示為本實施列中系統手動模式控制框圖。為方便駕駛員根據自己的主觀判斷選擇合適的工作模式，設置手動切換模塊，可以根據駕駛員的選擇，混合動力系統的工作模式可以直接切換至純電動模式和混合動力模式。另外，駕駛員手動切換時，當前的工作條件不滿足需要切換到的模式對應的要求，系統判斷手動切換無效，繼續維持原來的工作模式運行。