專利名稱:裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制方法
裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制方法 技術領域：
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本發明涉及裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制
方法，特別是一種裝備汽油直噴(gasoline Qirect工njection， GDI) 發動機、變速器輸入端和輸出端分別集成了一個電機的雙電機混合動 力系統，屬于汽車動力傳動系統技術。背景技術：
節能和環保是當今汽車工業發展的兩大主題，圍繞這兩大主題進 行的汽車技術革新層出不窮，其中混合動力技術就是典型的代表。目 前混合動力技術已經成為國內外汽車技術研究的熱點領域。自日本豐 田公司、本田公司成功推出混合動力轎車并在市場上取得極大成功 后，國際上各大汽車公司紛紛投身于混合動力產品開發。我國也于"十 五"期間投入巨資進行混合動力汽車的研究與開發，并取得得了一定 的成果。
混合動力汽車集成了機械、電子、計算機、能源、控制等諸多領 域的高新技術。除了包含傳統的內燃機驅動系統，混合動力汽車還包 含電動驅動系統，這使其動力傳動系統的構型復雜多樣。典型的混合 動力汽車動力傳動系統的構型有串聯、并聯和混聯三種，基于這三種 基本的構型，根據總成類型、數量和布置位置的不同，可衍生出眾多 的構型。不同構型的混合動力汽車，整車控制策略、性能也會不同。
5本發明的目的在于提供裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力 系統的控制方法，可顯著改善整車的燃油經濟性能和排放性能，使汽 車可以在不配備傳統起動設備如傳統起動機的情況下，實現發動機的 啟動。
.本發明的技術方案是這樣實現的 一種裝備汽油直噴發動機的雙 電機混合動力系統，是裝備汽油直噴發動機、變速器輸入端和輸出端
分別集成了一個電機的雙電機混合動力系統，由GDI發動機，GDI發 動機控制單元ECU，離合器，變速器，變速器控制單元TCU，工軸電 機，II軸電機，電機控制單元MCU，高壓動力電池組，動力電池組管 理系統BMS，控制器局域網CAN，直流變換器，低壓電池，主減速器， 車輪等組成；其特征在于GDI發動機通過離合器與變速器輸入軸連 接，I軸電機集成于離合器與變速器之間，轉子通過鍵聯接與變速器 輸入軸連接；II軸電機集成于變速器輸出軸后端，通過鍵聯接與變 速器輸出軸連接。II軸電機還可以通過齒輪傳動的方式與主減速器 的錐齒輪連接。變速器輸出軸前端通過齒輪與主減速器錐齒輪連接， 發動機和/或電機輸出的動力經差速器、半軸傳遞到驅動車輪；變速 器的類型包括手動有級變速器、機械式自動變速器(AMT)、雙離合器 自動變速器(DCT)、無級變速器(CVT); GDI發動機控制單元ECU、 變速器控制單元TCU、電機控制單元MCU、電池管理系統BMS和整車 管理系統HCU，通過控制器局域網CAN總線連接；GDI發動機的啟動， 無需傳統發動機的起動裝置，只需對處于壓縮行程的氣缸實施噴油點火即可實現；GDI發動機氣缸狀態可通過檢測曲軸的相位和氣缸點火 時序確定，也可通過直接檢測氣缸壓力和氣缸點火時序確定，或者同 時檢測曲軸的相位和缸內壓力加上氣缸點火時序確定。
本發明的積極效果是具備了混合動力汽車所有的功能，大大改善
了整車的燃油經濟性能和排放性能，同時，由于GDI發動機系統具備
自啟動功能，省去了傳統汽車上的發動機啟動機和發電機，降低了整 車重量和成本，降低了總布置的難度。
圖1是裝備汽油直噴GDI發動機的雙電機混合動力系統整車構型 示意圖。
圖2是具有自啟動功能的GDI發動機結構示意圖。 圖3是停車充電模式和停車待機模式判定邏輯。 圖4是發動機單獨驅動模式判定邏輯。 '圖5是聯合驅動模式判定邏輯。 圖6是純電驅動模式判定邏輯。 圖7是串聯模式判定邏輯。 圖8是傳統制動模式和再生制動模式判定邏輯。 圖9是裝備汽油直噴GDI發動機的雙電機混合動力系統的衍生構型。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明做進一步的描述如圖1所示， 一種裝備 汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的構型，包括整車控制、GDI發動機、電機、高壓動力電池、變速器；其特征在于GDI發動機1 通過離合器16與變速器13輸入軸連接，I軸電機15集成于離合器 16與變速器13之間，I軸電機15的轉子通過鍵聯接與變速器13輸 入軸連接；II軸電機12集成于變速器13輸出軸后端，通過鍵聯接 與變速器13輸出軸連接；變速器13輸出軸前端通過齒輪與主減速器 3錐齒輪連接，發動機1和I軸電機15以及II軸電機12輸出的動 力經差速器3、半軸傳遞到驅動車輪2。
高壓動力電池組9通過動力電纜與電機控制單元14連接，此外還通 過動力電纜與直流變換器8連接，直流變換器8通過動力電纜與低壓 電池7連接。低壓電池7為車載低壓電氣附件和電子控制單元供電， 當電量不足時，高壓動力電池組9通過直流變換器8為其充電。 GDI發動機1的控制單元ECU4、變速器13的控制單元TCU5、電機12 和15的控制單元MCU14、電池管理系統麗SIO和整車管理系統HCU6 通過控制器局域網CAN總線11連接。HCU6作為上位機，采集駕駛員 輸入信息、各控制單元上傳的狀態信息，依據控制算法，輸出對ECU4、 MCU14、 TCU5等的控制指令。
ECU4、 MCU14和TCU5根據HCU6的指令，控制GDI發動機1、電機12 和15、變速器13等協調工作，使整車工作于特定的模式，從而達到 改善整車燃油經濟性能和排放性能的目的。
如圖2所示，當需要GDI發動機1啟動時，經過特殊的設計發動機控 制系統，控制GDI發動機實現自啟動。GDI發動機1實現自啟動可通 過如下三種方式實施。GDI發動機1實現自啟動的實施過程是，GDI發動機1啟動前，根據 位置傳感器18采集的齒圈20和曲軸17的相位信息，以及預設的氣 缸點火順序等信息，判定當前處于壓縮行程且適合點火的氣缸22， 并通過高壓油嘴24對氣缸22實施缸內噴射，然后通過火花塞21對 氣缸22實施點火，使缸內混合氣燃燒膨脹做功，從而帶動曲軸17旋 轉，使發動機自行啟動。
GDI發動機1實現自啟動的實施過程還可以是，GDI發動機1啟 動前，根據壓力傳感器19采集的氣缸壓力信息，以及預設的氣缸點 火順序等信息，判定當前處于壓縮行程且適合點火的氣缸22，并通 過高壓油嘴24對氣缸22實施缸內噴射，通過火花塞21對氣缸22實 施點火，使缸內混合氣燃燒膨脹做功，從而帶動曲軸17旋轉，使發 動機自行啟動。
GDI發動機1實現自啟動的實施過程還可以是，GDI發動機1啟 動前，根據位置傳感器18采集的齒圈20和曲軸17的相位信息、壓 力傳感器19采集的氣缸壓力信息，以及預設的氣缸點火順序等信息， 判定當前處于壓縮行程且適合點火的氣缸22，并通過高壓油嘴24對 氣缸22實施缸內噴射，通過火花塞21對氣缸22實施點火，使缸內 混合氣燃燒膨脹做功，從而帶動曲軸17旋轉，使發動機自行啟動。 如圖3所示，當鑰匙門閉合時，整車動力系統關閉。 如圖3所示，當鑰匙門開啟且停車時，若高壓動力電池組9的電量狀 態(§tate gf ^harge， S0C)嚴重不足，整車工作于停車充電模式。 該模式下GDI發動機1開啟，離合器16閉合，變速器13置空擋，I軸電機15工作于發電模式，對高壓動力電池組9進行充電。
如圖3所示，當鑰匙門開啟且停車時，若高壓動力電池組9的 SOC不小于設定的下限值，整車即轉入停車待機模式，在該模式下， GDI發動機1關閉，離合器16閉合，變速器13置空擋，I軸電機15、 II軸電機12以及各總成控制單元處于待機狀態。
如圖4所示，汽車行駛，當發動機需要暖機且駕駛員的轉矩需求 不大時，或者，發動機不需要暖機但轉矩需求適中時，整車工作于發 動機單獨驅動模式。該模式下GDI發動機1開啟，離合器16閉合， 變速器13在擋，I軸電機15和II軸電機12處于待機狀態。發動機 1輸出的動力經離合器16、變速器13、主減速器6、半軸和驅動輪2， 驅動整車行駛。
如圖5所示，當駕駛員轉矩需求很大且電池組SOC充足時，整車 工作于聯合驅動模式。在該模式下，GDI發動機1開啟，離合器16 閉合，變速器13在擋，I軸電機15和II軸電機12運行于電動模式。 GDI發動機1輸出的動力經離合器16與I軸電機15、 II軸電機12 輸出的動力在變速器13耦合，最后經主減速器6、半軸和驅動輪2， 驅動整車行駛。
如圖6所示，當駕駛員轉矩需求較小且電池組SOC充足時，整車 工作于純電驅動模式。在該模式下，GDI發動機1關閉，離合器16 分離，變速器13在擋，I軸電機15輸出的動力經變速器13、主減速 器6、半軸和驅動輪2，驅動整車行駛，而II軸電機12處于待機狀 態。在該模式下，還可以是，GDI發動機1關閉，離合器16分離或閉合，變速器13置空擋，n軸電機12輸出的動力經主減速器6、半 軸和驅動輪2，驅動整車行駛，而I軸電機15處于待機狀態。在該 模式下，還可以是，GDI發動機1關閉，離合器16分離，變速器13 在擋，I軸電機15輸出的動力經變速器13，與II軸電機12輸出的 動力在變速器13耦合，最后經主減速器6、半軸和驅動輪2，驅動整 車行駛。
如圖7所示，當變速器13發生故障時，如無法正常掛擋，或者，
存在其它串聯模式運行的條件時，整車工作于串聯模式。在該模式下， GDI發動機1開啟，離合器16閉合，變速器13置空擋，I軸電機15 運行于發電模式，n軸電機12運行于電動模式。GDI發動機1輸出 的動力，經離合器16帶動I軸電機發電。工I軸電機12輸出的動力， 經主減速器6、半軸和驅動輪2，驅動整車行駛。
如圖8所示，當需要制動時，若電池組SOC很充足，為了防止高 壓動力電池組9過充導致使用壽命縮短，整車工作于傳統制動模式； 若電池組SOC不很充足，整車運行于再生制動模式。 整車運行于傳統制動模式時，汽車的動能通過制動器的摩擦轉變為熱 能散發到空氣中。
整車運行于再生制動模式時，可以是，離合器16分離，變速器13置 空擋或在擋，I軸電機15處于待機狀態。汽車的動能，經驅動車輪2、 主減速器3傳到II軸電機12，通過II軸電機12轉化為電能，經電 機控制單元MCU14逆變后，存儲到高壓動力電池組9中。 整車運行于再生制動模式時，還可以是，離合器16分離，變速器13在擋，1I軸電機12處于待機狀態。汽車的動能，經驅動車輪2、主
減速器3、變速器13，傳到I軸電機15，通過I軸電機15轉化為電能，經電機控制單元MCU14逆變后，存儲到高壓動力電池組9中。整車運行于再生制動模式時，還可以是，離合器16分離，變速器13在擋。汽車的動能，經驅動車輪2、主減速器3傳到II軸電機12，再經變速器13，傳到I軸電機15，通過II軸電機12和I軸電機15轉化為電能，經電機控制單元MCU14逆變后，存儲到高壓動力電池組9中。
如圖9所示，裝備GDI發動機的雙電機混合動力系統，II軸電機l'2，也可通過齒輪傳動與主減速器3的錐齒輪直接連接。
權利要求
1、裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統，由GDI發動機(1)，GDI發動機控制單元ECU(4)，離合器(16)，變速器(13)，變速器控制單元TCU(5)，I軸電機(15)，II軸電機(12)，電機控制單元MCU(14)，高壓動力電池組(9)，動力電池組管理系統BSM(10)，控制器局域網CAN，直流變換器(8)，低壓電池(7)，主減速器(3)，車輪(2)等組成；其特征在于GDI發動機(1)、變速器輸入端和輸出端分別集成了一個電機的雙電機混合動力系統，GDI發動機(1)通過離合器(16)與變速器輸入軸連接，I軸電機(15)集成于離合器(16)與變速器(13)之間，轉子通過鍵聯接與變速器(13)輸入軸連接；II軸電機(12)集成于變速器(13)輸出軸后端，通過鍵聯接與變速器(13)輸出軸連接；變速器(13)輸出軸前端通過齒輪與主減速器(3)錐齒輪連接，發動機和/或電機輸出的動力經差速器、半軸傳遞到驅動車輪(2)；GDI發動機控制單元ECU(4)、變速器控制單元TCU(5)、電機控制單元MCU(14)、電池管理系統BMS(10)和整車管理系統HCU(6)，通過控制器局域網CAN(11)總線連接。
2、 根據權利要求
1所述的裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制方法，其特征在于所述的GDI發動機(1)的啟動，無需傳統發動機的起動裝置，只需對處于壓縮行程的氣缸實施噴油點火即可實現；GDI發動機(1)啟動前，根據位置傳感器(18)采集的齒圈(20)和曲軸(17)的相位信息，以及預設的氣缸點火順序等信息，判定當前處于壓縮行程且適合點火的氣缸(22)，并通過高壓油嘴(24)對氣缸(22)實施缸內噴射，然后通過火花塞(21)對氣缸(22)實施點火，使缸內混合氣燃燒膨脹做功，從而帶動曲軸(17)旋轉，使發動機自行啟動。
3、 根據權利要求
2所述的裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制方法，其特征在于所述的GDI發動機氣缸狀態可通過檢測曲軸的相位和氣缸點火時序確定，GDI發動機1啟動前，根據壓力傳感器19采集的氣缸壓力信息，以及預設的氣缸點火順序等信息，判定當前處于壓縮行程且適合點火的氣缸22，并通過高壓油嘴24對氣缸22實施缸內噴射，通過火花塞21對氣缸22實施點火，使缸內混合氣燃燒膨脹做功，從而帶動曲軸17旋轉，使發動機自行啟動。
4、 根據權利要求
2所述的裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制方法，其特征在于所述的GDI發動機氣缸狀態可通過檢測曲軸的相位和氣缸點火時序確定，GDI發動機(1)啟動前，根據壓力傳感器(19)采集的氣缸壓力信息，以及預設的氣缸點火順序等信息，判定當前處于壓縮行程且適合點火的氣缸(22)，并通過高壓油嘴(24)對氣缸(22)實施缸內噴射，通過火花塞(21)對氣缸(22)實施點火，使缸內混合氣燃燒膨脹做功，從而帶動曲軸(17)旋轉，使發動機自行啟動。
5、 根據權利要求
1所述的裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制方法，其特征在于所述的變速器的類型包括手動有級變速器、機械式自動變速器AMT、雙離合器自動變速器DCT、無級變速舉CVT。
6、根據權利要求
1所述的裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制方法，其特征在于所述的II軸電機(15)還可以通過齒輪傳動的方式與主減速器(3)的錐齒輪連接。
專利摘要
本發明涉及裝備汽油直噴發動機的雙電機混合動力系統的控制方法，屬于汽車動力傳動系統技術。該系統為裝備了GDI發動機、變速器輸入端和輸出端分別集成了一個電機的雙電機混合動力系統，GDI發動機通過離合器與變速器輸入軸連接，GDI發動機控制單元ECU、變速器控制單元TCU、電機控制單元MCU、電池管理系統BMS和整車管理系統HCU，通過控制器局域網CAN總線連接。具備了混合動力汽車所有的功能，大大改善了整車的燃油經濟性能和排放性能，同時，由于GDI發動機系統具備自啟動功能，省去了傳統汽車上的發動機啟動機和發電機，降低了整車重量和成本，降低了總布置的難度。
文檔編號GKCN101468645SQ200710300346
公開日2009年7月1日 申請日期2007年12月27日
發明者劉明輝, 駿 李, 趙子亮, 金啟前 申請人:中國第一汽車集團公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan