本發(fā)明屬于發(fā)動機應用，具體涉及一種動力分流混合動力裝置及其控制方法。

背景技術：

1、混合動力技術近年來成為汽車節(jié)能減排的重要解決方案，主要分為串聯(lián)式、并聯(lián)式和混聯(lián)式三種形式。

2、在串聯(lián)混合動力系統(tǒng)中，燃油發(fā)動機僅負責驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，由電動機單獨驅(qū)動車輛行駛。這種方式能保證發(fā)動機在一定程度上運行于效率較高的區(qū)間，但由于動力需要多次能量轉(zhuǎn)換(發(fā)動機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，再經(jīng)電機驅(qū)動車輛)，能量損失較大。并聯(lián)混合動力系統(tǒng)通過發(fā)動機和電機共同提供驅(qū)動力，根據(jù)駕駛需求動態(tài)分配動力來源；這種方式在高速工況下，發(fā)動機可以直接驅(qū)動車輛，但由于電機與發(fā)動機協(xié)同工作，發(fā)動機通常無法保持在最高效率點。混聯(lián)系統(tǒng)結(jié)合了串聯(lián)和并聯(lián)的特點，通過復雜的傳動機構(gòu)實現(xiàn)動力的分流和合流，使發(fā)動機能夠在更寬的范圍內(nèi)接近高效區(qū)；然而，這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，機械損耗大，制造和維護成本高。

3、綜上可知，現(xiàn)有混合動力系統(tǒng)的主要缺陷及原因包括：

4、1)發(fā)動機運行效率不足：現(xiàn)有方案大多只能保證發(fā)動機運行在高效區(qū)，而無法精確控制發(fā)動機始終保持在最高效率點。

5、2)能量轉(zhuǎn)換損耗較大：串聯(lián)式方案存在多次能量轉(zhuǎn)換問題，導致整體能量利用率下降。

6、3)機械結(jié)構(gòu)復雜性高：大多依賴于復雜的行星齒輪結(jié)構(gòu)和多離合器設計，增加了制造成本和維護難度。

7、4)駕駛模式響應不夠靈活：現(xiàn)有系統(tǒng)在不同駕駛模式下的切換滯后，未能實時根據(jù)工況調(diào)節(jié)動力分配，影響駕駛體驗和系統(tǒng)效率。

技術實現(xiàn)思路

1、為了彌補現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明目的在于提供一種動力分流混合動力裝置及其控制方法，通過行星齒輪結(jié)構(gòu)和電機協(xié)同控制，以實現(xiàn)發(fā)動機始終運行在最高效率點的動力分流系統(tǒng)，具備高效、簡化和智能化的特點。

2、本發(fā)明所解決的技術問題可通過以下技術方案實現(xiàn)：

3、一方面，提供了一種動力分流混合動力裝置，包括

4、發(fā)動機，安裝在車輛的動力總成中，通過輸出軸與第一行星齒輪裝置連接，用以提供車輛的主要動力；

5、第一行星齒輪裝置，用以把動力分流為驅(qū)動和發(fā)電，其行星架與所述發(fā)動機連接以作為動力的輸入端，其齒圈作為輸出端通過一級減速器、二級減速器和差速器與車輪驅(qū)動軸連接，其中心輪與第一電機相連，用于發(fā)電和發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制；

6、第一電機，安裝在所述發(fā)動機旁，通過第一行星齒輪裝置控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速并進行發(fā)電，其輸出連接逆變器，將發(fā)電能量存儲至電池，同時也可在停車工況下進行發(fā)電；

7、第二行星齒輪裝置，其行星架固定不動，其齒圈通過一級減速器、二級減速器和差速器與車輪驅(qū)動軸相連，負責為車輛提供輔助驅(qū)動力或動能回收；

8、第二電機，與所述第二行星齒輪裝置的中心輪連接，根據(jù)油門踏板和車速信號，動態(tài)調(diào)節(jié)扭矩輸出，用于輔助驅(qū)動或剎車動能回收；

9、一級減速器，同步連接第一行星齒輪裝置和第二行星齒輪裝置的齒圈；

10、二級減速器和差速器是用于驅(qū)動車輛的傳動機構(gòu)。

11、進一步地，還包括控制系統(tǒng)，用以根據(jù)車輛行駛工況，智能切換駕駛模式，實時控制第一電機的發(fā)電頻率和電壓，實現(xiàn)調(diào)節(jié)發(fā)動機的轉(zhuǎn)速和第二電機的動力輸出；控制系統(tǒng)包括電機控制單元、電池管理單元、逆變器控制單元、模擬量調(diào)理單元、數(shù)字開關量調(diào)理單元。

12、另一方面，提供了一種基于上述的動力分流混合動力裝置的控制方法，包括以下內(nèi)容：

13、電池電量高于設定的最低值，第二電機提供純電驅(qū)動力，發(fā)動機不啟動工作，第二電機根據(jù)油門踏板開度信號和車速信號控制車輛驅(qū)動；

14、當電池電量低于設定的最低值，發(fā)動機啟動，通過第一行星齒輪裝置的行星架輸出主要驅(qū)動力，第一電機通過控制發(fā)電頻率和電壓調(diào)節(jié)發(fā)動機轉(zhuǎn)速，保持其運行在最高效率點，第二電機根據(jù)油門踏板開度信號和車速信號控制發(fā)電或驅(qū)動。直至電池電量高于設定的混動最高電量后轉(zhuǎn)入純電運行模式；

15、放松油門或制動時，第二電機進入發(fā)電模式，通過第二行星齒輪裝置將車輛的動能轉(zhuǎn)化為電能，存儲至電池；

16、電池電量持續(xù)降低到設定的最低電量以下5％時，第一電機通過控制發(fā)電頻率和電壓提高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，保持其輸出更大的功率，第二電機根據(jù)油門踏板開度信號和車速信號控制發(fā)電或驅(qū)動，但其最大功率受制于第一發(fā)電機所發(fā)出的電量，保證電池電量不再持續(xù)下降。

17、進一步地，當車輛電池電量達到設定高值時(由駕駛?cè)藛T設定，一般為最低值加5％-20％)，控制系統(tǒng)關閉發(fā)動機，全速域切換為純電驅(qū)動模式。

18、進一步地，若電池電量低到設定的最低值，控制系統(tǒng)啟動發(fā)動機，動力分流至第一行星齒輪裝置的齒圈驅(qū)動車輛，同時通過其中心輪驅(qū)動第一電機發(fā)電，由第一電機的轉(zhuǎn)速控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速在最佳效率點，第二電機則根據(jù)油門踏板開度信號和車速信號確定是發(fā)電還是驅(qū)動。

19、進一步地，所述第一電機的控制策略為：所述第一電機根據(jù)車速通過調(diào)節(jié)發(fā)電頻率和電壓，控制發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，確保其始終運行在最高效率轉(zhuǎn)速點；在電池電量持續(xù)下降時，通過提高發(fā)動機的轉(zhuǎn)速，來提高發(fā)動機的動力輸出；發(fā)動機按運行轉(zhuǎn)速下的最佳效率點的輸出扭矩控制噴油量，控制動力輸出，滿足最佳效率的要求。

20、進一步地，所述發(fā)動機通過第一行星齒輪裝置的行星架輸出動力，同時驅(qū)動車輛和第一電機發(fā)電，第一電機通過調(diào)節(jié)發(fā)電頻率和電壓控制發(fā)動機轉(zhuǎn)速，確保其始終運行在最高效率點；具體的動力分配關系公式如下：

21、第一電機的轉(zhuǎn)速n1與發(fā)動機的轉(zhuǎn)速nf、第一行星齒輪裝置的齒圈與車速相關的轉(zhuǎn)速nq、第一行星齒輪裝置的減速比i1的關系為：

22、n1＝nf+i1·(nf-nq)，

23、第一行星齒輪裝置的齒圈輸出扭矩mq與發(fā)動機扭矩mf的關系為：

24、

25、第一電機的扭矩m1與發(fā)動機扭矩mf的關系為：

26、

27、進一步地，所述控制系統(tǒng)按駕駛模式的不同，根據(jù)油門開度信號和能量回收系數(shù)，優(yōu)化第二電機的輸出扭矩或能量回收強度，所述第二電機根據(jù)實時工況動態(tài)調(diào)整輸出模式，包括：

28、驅(qū)動模式：提供輔助驅(qū)動力，與發(fā)動機協(xié)同驅(qū)動車輛；

29、發(fā)電模式：制動時回收動能，轉(zhuǎn)化為電能儲存于電池。

30、進一步地，所述控制系統(tǒng)根據(jù)電池電量，智能切換純電模式和混合動力模式：

31、當電池電量高于設定值時，優(yōu)先純電模式，第二電機獨立驅(qū)動車輛；

32、當電池電量低于設定值時，切換至混合模式，發(fā)動機與第二電機協(xié)同工作；

33、在電池電量低于設定的最低電量5％以下，控制系統(tǒng)通過調(diào)高發(fā)動機轉(zhuǎn)速，進而提高發(fā)動機輸出功率，同時限制第二電機的輸出功率，保持電池電量不再持續(xù)下降，避免“失速”情況發(fā)生。

34、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明有以下優(yōu)點：

35、(1)燃油經(jīng)濟性提升：本發(fā)明發(fā)動機始終運行在最高效率點，估計燃油利用效率顯著提高10％以上。

36、(2)機械結(jié)構(gòu)簡化：本發(fā)明取消傳統(tǒng)混動系統(tǒng)中的多個離合器和多個制動器，采用行星齒輪裝置實現(xiàn)動力分配和能量回收，降低了系統(tǒng)復雜性和制造成本。

37、(3)駕駛模式智能化：本發(fā)明實現(xiàn)了純電與混動模式的無縫切換，滿足城市低速行駛和高速巡航等多種工況需求。

38、(4)適應性增強：本發(fā)明能夠動態(tài)調(diào)整發(fā)動機與電機的協(xié)同工作，在極端駕駛條件下保證動力連續(xù)性和駕駛穩(wěn)定性。