一种用于混合动力汽车的混合动力驱动装置及其控制方法

技术特征：
1.一种用于混合动力汽车的混合动力驱动装置，其特征在于：包括发动机（1）、辅助电机总成（2）、主驱动电机总成（3）、输出轴（4）、差速器总成（5），所述辅助电机总成（2）与发动机（1）连接，所述发动机（1）和主驱动电机总成（3）通过输出轴（4）与差速器总成（5）连接；其特征在于：所述辅助电机总成（2）包括辅助电机（21）、辅助电机齿轮（22）、制动器a（23）、辅助电机联动装置（24），所述的辅助电机联动装置（24）套装在发动机（1）的发动机输出轴（11）上，所述制动器a（23）可以锁定辅助电机联动装置（24），所述辅助电机联动装置（24）通过辅助电机齿轮（22）与辅助电机（21）的输出轴连接，所述发动机输出轴（11）与输出轴（4）之间设有换挡执行装置（6）。2.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的混合动力驱动装置，其特征在于：所述主驱动电机总成（3）包括主驱动电机（31）、连接齿轮（32）、制动器b（33），所述主驱动电机（31）的输出轴通过连接齿轮（32）与输出轴（4）连接，所述制动器b（33）可以锁定主驱动电机（31）的输出轴。3.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的混合动力驱动装置，其特征在于：所述的换挡执行装置（6）包括第一挡位控制装置（61）和第二挡位控制装置（62）；所述第一挡位控制装置（61）包括第一离合器（611）、第一挡位齿轮（612），所述发动机输出轴（11）通过第一离合器（611）与第一挡位齿轮（612）连接，所述第一挡位齿轮（612）与输出轴（4）连接；所述第二挡位控制装置（62）包括第二离合器（621）、第二挡位齿轮（622），所述发动机输出轴（11）与第二挡位齿轮（622）连接，所述第二挡位齿轮（622）通过第二离合器（621）与输出轴（4）连接。4.根据权利要求1所述的用于混合动力汽车的混合动力驱动装置，其特征在于：所述的差速器总成（5）包括差速器（51）、主减速器齿轮（52），所述差速器（51）通过主减速器齿轮（52）与输出轴（4）连接。5.一种用于混合动力汽车的混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一，信息采集，数据交互管理层采集当前混合动力驱动装置各总成的工作状态信息、驾驶员意图信息、汽车运行工况信息，所述驾驶员意图信息包括驾驶员请求驱动扭矩t
reqe
和驾驶员请求制动扭矩t
br
，所述汽车运行工况信息包括动力电源荷电状态soc、汽车行驶速度v
currrnt
；步骤二，信息数据分析，数据交互解析层对混合动力驱动装置各总成的工作状态信息、驾驶员意图信息、汽车运行工况信息进行识别并确定汽车状态信息，数据交互解析层把解析后的汽车状态信息发送至汽车控制策略层；步骤三，执行动力输出工作模式，汽车控制策略层根据汽车状态信息进行分析计算，确定混合动力驱动装置动力输出工作模式，并发布工作模式执行命令给执行机构控制层，所述执行机构控制层根据工作模式执行命令控制混合动力驱动装置各总成完成相应动作命令，并将所述动作命令完成与否的信息反馈给执行机构控制层，进而混合动力驱动装置实现相应工作模式的动力输出，所述动作命令包括发动机（1）控制命令、辅助电机总成（2）控制命令、主驱动电机总成（3）控制命令、动力电源控制命令、第一离合器（611）控制命令、第二离合器（621）控制命令；
步骤四，动作命令执行验证，所述执行机构控制层根据动作命令完成与否的信息判定混合动力驱动装置各总成是否继续执行动作命令，若判定为未完成，则混合动力驱动装置相应总成继续执行相应动作命令直到完成动作命令为止。6.根据权利要求5所述的用于混合动力汽车的混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤三中所述混合动力驱动装置动力输出工作模式包括：纯电动工作模式、增程工作模式、发动机直驱工作模式、混合动力驱动工作模式、能量制动回收工作模式；所述混合动力驱动模式包括联合驱动工作模式和行车发电工作模式。7.根据权利要求6所述的用于混合动力汽车的混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于，所述混合动力驱动装置动力输出工作模式的控制方法为：纯电动工作模式，制动器b（33）、第一离合器（611）和第二离合器（621）断开，制动器a（23）接合，发动机（1）、辅助电机总成（2）处于不工作状态，动力电源给主驱动电机总成（3）供电，所述主驱动电机总成（3）输出动力经主驱动电机（31）的输出轴、连接齿轮（32）、输出轴（4）、主减速器齿轮（52）传递至差速器（51）输出；增程工作模式，制动器a（23）、制动器b（33）、第一离合器（611）和第二离合器（621）断开，动力电源给辅助电机总成（2）和主驱动电机总成（3）供电，所述辅助电机总成（2）驱动发动机（1）转入工作模式，所述发动机（1）输出动力经过辅助电机联动装置（24）、辅助电机齿轮（22）驱动辅助电机总成（2）发电，所述辅助电机总成（2）产生的电功率给动力电源充电或直接驱动主驱动电机总成（3），所述主驱动电机总成（3）输出动力经主驱动电机（31）的输出轴、连接齿轮（32）、输出轴（4）、主减速器齿轮（52）传递至差速器（51）输出；发动机直驱工作模式，所述发动机直驱工作模式分为发动机直驱一挡工作模式和发动机直驱二挡工作模式；发动机直驱一挡工作模式，制动器a（23）、第二离合器（621）断开，制动器b（33）、第一离合器（611）接合，主驱动电机总成（3）处于不工作状态，动力电源给辅助电机总成（2）供电，所述辅助电机总成（2）驱动发动机（1）转入工作模式，所述发动机（1）输出的动力经过发动机输出轴（11）、第一离合器（611）、第一挡位齿轮（612）、输出轴（4）、主减速器齿轮（52）传递至差速器（51）输出；发动机直驱二挡工作模式，制动器a（23）、第一离合器（611）断开，制动器b（33）、第二离合器（621）接合，主驱动电机总成（3）处于不工作状态，动力电源给辅助电机总成（2）供电，所述辅助电机总成（2）驱动发动机（1）转入工作模式，发动机（1）输出的动力经过发动机输出轴（11）、第二离合器（621）、第二挡位齿轮（622）、输出轴（4）、主减速器齿轮（52）传递至差速器（51）输出；混合动力驱动工作模式，所述混合动力驱动工作模式分为联合驱动工作模式和行车发电工作模式；联合驱动工作模式，所述联合驱动工作模式分为联合驱动一挡工作模式和联合驱动二挡工作模式；联合驱动一挡工作模式，
制动器a（23）、制动器b（33）和第二离合器（621）断开，第一离合器（611）接合，动力电源给辅助电机总成（2）和主驱动电机总成（3）供电，所述辅助电机总成（2）驱动发动机（1）转入工作模式，发动机（1）输出的动力经过发动机输出轴（11）、第一离合器（611）、第一挡位齿轮（612）传递至输出轴（4）；所述主驱动电机总成（3）输出动力经主驱动电机（31）的输出轴、连接齿轮（32）传递至输出轴（4）；两处动力在输出轴（11）汇合后经过主减速器齿轮（52）传递至差速器（51）输出；联合驱动二挡工作模式，制动器a（23）、制动器b（33）和第一离合器（611）断开，第二离合器（621）接合，动力电源给辅助电机总成（2）和主驱动电机总成（3）供电，所述辅助电机总成（2）驱动发动机（1）转入工作模式，发动机（1）输出的动力经过发动机输出轴（11）、第二离合器（621）、第二挡位齿轮（622）传递至输出轴（4）；所述主驱动电机总成（3）输出动力经主驱动电机（31）的输出轴、连接齿轮（32）传递至输出轴（4）；两处动力在输出轴（11）汇合后经过主减速器齿轮（52）传递至差速器（51）输出；行车发电工作模式，所述行车发电工作模式分为行车发电一挡工作模式和行车发电二挡工作模式；行车发电一挡工作模式，制动器a（23）、制动器b（33）和第二离合器（621）断开，第一离合器（611）接合，动力电源给辅助电机总成（2）供电，所述辅助电机总成（2）驱动发动机（1）转入工作模式，发动机（1）输出的动力经过发动机输出轴（11）、第一离合器（611）、第一挡位齿轮（612）传递至输出轴（4）处分流：一路动力经过主减速器齿轮（52）传递至差速器（51）输出；另一路动力经过连接齿轮（32）、主驱动电机（31）的输出轴驱动主驱动电机总成（3）发电，所述主驱动电机总成（3）产生的电功率给动力电源充电；行车发电二挡工作模式，制动器a（23）、制动器b（33）和第一离合器（611）断开，第二离合器（621）接合，动力电源给辅助电机总成（2）供电，所述辅助电机总成（2）驱动发动机（1）转入工作模式，发动机（1）输出的动力经过发动机输出轴（11）、第二离合器（621）、第二挡位齿轮（622）传递至输出轴（4）处分流：一路动力经过主减速器齿轮（52）传递至差速器（51）输出；另一路动力经过连接齿轮（32）、主驱动电机（31）的输出轴驱动主驱动电机总成（3）发电，所述主驱动电机总成（3）产生的电功率给动力电源充电；能量制动回收工作模式，制动器b（33）、第一离合器（611）、第二离合器（621）断开，制动器a（23）接合，发动机（1）、辅助电机总成（2）处于不工作状态，在制动过程中，所述差速器（51）回收的制动过程动力经过主减速器齿轮（52）、输出轴（4）、连接齿轮（32）、主驱动电机（31）的输出轴驱动主驱动电机总成（3）发电，所述主驱动电机总成（3）产生的电功率给动力电源充电。8.根据权利要求5所述的用于混合动力汽车的混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤三中确定混合动力驱动装置动力输出工作模式的判定步骤如下：s1：汽车启动阶段，根据数据交互解析层传递的汽车状态信息，判定动力电源荷电状态soc，若动力电源荷电状态soc＞增程工作模式启动阈值荷电状态soc
switch
，所述混合动力驱
动装置动力输出工作模式为纯电动工作模式；若动力电源荷电状态soc＜增程工作模式启动阈值荷电状态soc
switch
且满足动力电源荷电状态soc＜动力电源启动阈值荷电状态soc
l
，所述混合动力驱动装置动力输出工作模式为发动机直驱工作模式，依据工作需求，判定使用发动机直驱一挡工作模式或发动机直驱二挡工作模式；s2：汽车行驶阶段，在汽车行驶阶段时，判定驾驶员请求驱动扭矩t
reqe
和驾驶员请求制动扭矩t
br
，若驾驶员请求驱动扭矩t
reqe
＜0，驾驶员请求制动扭矩t
br
＞0时，所述混合动力驱动装置动力输出工作模式为增程工作模式；若驾驶员请求驱动扭矩t
reqe
＞0，判定汽车行驶速度v
currrnt
，驾驶员请求驱动扭矩t
reqe
要优先于汽车行驶速度v
currrnt
进行判定，当汽车行驶速度v
currrnt
＜发动机驱动车速v
switch
时，所述混合动力驱动装置动力输出工作模式为增程工作模式；当汽车行驶速度v
currrnt
＞发动机驱动车速v
switch
时，继续判定驾驶员请求驱动扭矩t
reqe
，若t
reqe
＞发动机高效运转最大扭矩阈值t
max
，所述混合动力驱动装置动力输出工作模式为联合驱动工作模式，依据工作需求，判定使用联合驱动一挡工作模式或联合驱动二挡工作模式；若发动机高效运转最小扭矩阈值t
min
＜t
reqe
＜发动机高效运转最大扭矩阈值t
max
，所述混合动力驱动装置动力输出工作模式为发动机直驱工作模式，依据工作需求，判定使用发动机直驱一挡工作模式或发动机直驱二挡工作模式；若t
reqe
＜发动机高效运转最小扭矩阈值t
min
，所述混合动力驱动装置动力输出工作模式为行车发电模式，依据工作需求，判定使用行车发电一挡工作模式或行车发电二挡工作模式；s3：汽车制动阶段，根据数据交互解析层传递的汽车状态信息，判定驾驶员请求制动扭矩t
br
，若驾驶员请求制动扭矩t
br
＞0，所述混合动力驱动装置动力输出工作模式为能量制动回收工作模式。9.根据权利要求5所述的用于混合动力汽车的混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤s1、s2中混合动力驱动装置动力输出工作模式一挡模式与二挡模式之间切换的控制方法为：步骤a，信息数据解析，数据解析系统根据数据交互管理层传递的汽车状态信息，解析驾驶员请求驱动扭矩信号、汽车行驶速度信号并传递至工作挡位判断策略层，所述工作挡位判断策略层解析得到目标挡位信号；步骤b，目标需求计算，换挡工作控制策略层根据目标挡位信号和混合动力驱动装置各总成的工作状态信息解析得到发动机（1）目标需求、主驱动电机（31）目标需求、离合器目标需求并将目标需求信息传递至执行机构控制层；
步骤c，动作命令执行，执行机构控制层根据目标需求信息向发动机（1）、主驱动电机（31）、第一离合器（611）、第二离合器（621）发出相应的动作执行命令，新挡位离合器开始运动至接合点，原挡位离合器开始分离，主驱动电机（31）为汽车运动提供动力，若原挡位离合器未完全分离，则继续分离，直至原挡位离合器完全分离，原挡位离合器完全分离后，新挡位离合器开始进入滑摩阶段，调整发动机（1）输出转速，当满足发动机（1）输出转速与新挡位离合器从动组件的转速差在设定阈值内时，调整发动机（1）输出扭矩，新挡位离合器完成接合，主驱动电机（31）为汽车提供的补偿扭矩逐渐减少至消失，新挡位开始工作。10.根据权利要求9所述的用于混合动力汽车的混合动力驱动装置的控制方法，其特征在于：所述的步骤c中混合动力驱动装置动力输出工作模式一挡模式与二挡模式之间切换时发动机（1）的工作过程如下：步骤c1，根据发动机（1）目标需求以及发动机（1）当前转速，通过发动机查表模型，确定发动机（1）目标节气门开度；步骤c2，由发动机控制器调节发动机（1）当前节气门开度，从而调整发动机（1）输出扭矩；步骤c3，判定离合器输出扭矩与驾驶员请求驱动扭矩的大小，若离合器输出扭矩小于驾驶员请求驱动扭矩，则由主驱动电机（31）提供动力补偿汽车驱动所需的剩余扭矩，直到离合器输出扭矩达到驾驶员请求驱动扭矩，主驱动电机（31）停止提供动力补偿，新挡位开始工作。

技术总结
本发明公开了一种用于混合动力汽车的混合动力驱动装置及其控制方法，包括发动机、辅助电机总成、主驱动电机总成、输出轴、差速器总成，所述辅助电机总成与发动机连接，所述发动机和主驱动电机总成通过输出轴与差速器总成连接；有益效果：本发明通过发动机、辅助电机总成、主驱动电机总成之间的配合实现多种输出工作模式之间的切换，同时根据混合动力驱动装置各总成的工作状态信息、驾驶员意图信息、汽车运行工况信息通过换挡执行装置使得输出工作模式具有两种挡位的变化，增加了整个动力驱动装置应对不同工况的适应能力，降低整车燃油消耗，提升驾驶流畅度和行驶舒适感，避免了动力驱动装置在挡位变换过程动力中断的隐患。驱动装置在挡位变换过程动力中断的隐患。驱动装置在挡位变换过程动力中断的隐患。


技术研发人员：王建 朱孝凯 尹必峰 陈金柯
受保护的技术使用者：江苏大学
技术研发日：2022.05.26
技术公布日：2022/7/22