一种具有扭矩分配的混合动力商用车及其系统及方法

技术领域

本发明属于混合动力商用车系统，尤其涉及一种具有扭矩分配的混合动力商用车及其系统及方法。

背景技术

商用车是“碳排”大户，商用车的动力源普遍为柴油机，从柴油机油耗万有特性曲线上可以看出，柴油机万有MAP整体梯度较小，即小负荷油耗的热效率相比于最低油耗点的热效率差距远小于汽油机，这一属性决定了柴油机不适合纯串联的混合动力技术路线。但是柴油机大部分均采用涡轮增压器的技术路线，涡轮增压器发动机均存在涡轮响应迟滞的问题，这就导致柴油机的瞬态油耗较差，综上，柴油机工作特性为瞬态油耗高，稳态油耗好，为了实现商用车“降碳减排”，需要将发动机更多工作在稳态，或者是准稳态。

随着电动车的发展，为了能够实现既有电动车的燃油经济性，还能保持动力及续航需求。目前一些车辆使用了混合动力，混合动力是同时装备两种动力来源——由传统的汽油机或者柴油机产生与电池和的汽车。

通过在混合动力商用车上使用电机，使得动力系统可以按照商用车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。

如何能够实现对混合动力商用车中的电机和发动机进行综合控制，在能够实现节油的状态下，还可以满足动力输出的需求是当前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种具有扭矩分配的混合动力商用车，混合动力商用车能够最大程度提升该系统节油潜力的扭矩分配策略，降低发动机瞬态油耗。

具有扭矩分配的混合动力商用车包括：右前轮、前桥、左前轮、发动机、离合器、变速箱、中桥右侧车轮、中桥左侧车轮、后桥右侧车轮、电机减速器、电机以及后桥左侧车轮；

前桥分别与右前轮和左前轮连接；

中桥分别与中桥右侧车轮和中桥左侧车轮连接，发动机通过离合器、变速箱和中桥主减速器与中桥连接；

发动机依次通过离合器、变速箱和中桥主减速器分别驱动中桥右侧车轮和中桥左侧车轮运行；

后桥分别与后桥右侧车轮和后桥左侧车轮连接；

电机通过电机减速器连接至后桥；

电机通过减速器和后桥分别驱动后桥右侧车轮和后桥左侧车轮运行。

进一步需要说明的是，还包括：高压电池与高压配电模块；

高压电池通过高压配电模块及第一供电线路连接电机，给电机供电，用于驱动或制动车辆；

高压电池通过高压配电模块及第二供电线路连接电动空调压缩机，给电动空调压缩机供电。

进一步需要说明的是，还包括：整车控制器；整车控制器通过设置在驾驶室内的温度传感器以及设置在高压电池上的温度传感器实时获取驾驶室和高压电池的温度信息，且整车控制器通过与电动空调压缩机通信连接，控制电动空调压缩机为高压电池以及驾驶室制冷。

进一步需要说明的是，还包括：EBS模块；EBS模块分别与右前轮、左前轮、中桥右侧车轮、中桥左侧车轮、后桥右侧车轮以及后桥左侧车轮连接，驱动并控制各个车轮的扭矩。

进一步需要说明的是，还包括：车辆模式切换开关；

整车控制器与车辆模式切换开关连接，获取用户选择的纯电模式、发动机直驱模式以及混合动力模式，并基于纯电模式、发动机直驱模式以及混合动力模式控制车辆运行。

本发明还提供一种混合动力商用车的扭矩分配方法，方法包括：

系统上电；

获取当前选定的运行模式；

基于当前选定的运行模式，控制混合动力商用车运行；

当混合动力商用车的需求功率在第一预设功率阈值内时，自动匹配到纯电模式；

当混合动力商用车的需求功率大于第一预设功率阈值小于第二预设功率阈值时，自动匹配到发动机直驱模式。

进一步需要说明的是，方法中，当混合动力商用车的需求功率大于第二预设功率阈值时，自动匹配到混合动力模式。

进一步需要说明的是，发动机直驱模式的方式包括：驾驶员发出需求扭矩，控制电机响应轮端扭矩需求，且发动机以准稳态的状态，逐渐增加扭矩输出；

当达到稳态输出时，电机退出扭矩输出，轮端需求扭矩全部由发动机来承担。

进一步需要说明的是，混合动力模式的方式包括：稳态时轮端扭矩需求全部由发动机承担；

或，稳态时轮端扭矩需求由发动机和电机同时承担，且基于发动机与电机的分配比例算法，分别控制发动机和电机输出。

进一步需要说明的是，驾驶员选择系统上电后，判定高压上电是否完成；

如未完成高压上电，则发出报警提示；

如完成高压上电，则进行运行模式判定，控制混合动力商用车基于设定的运行模式运行。

从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

本发明提供的具有扭矩分配的混合动力商用车及其系统及方法配置了三个工作模式。满足了混合动力商用车在多种场景下行驶的需求，而且为最大化实现制动能量回收，扭矩分配也制定了相应的策略，瞬态模式下，辅助制动扭矩请求通过特定开关触发，触发后采用恒速控制模式，电机率先响应制动需求，发动机缸内制动由于建扭时间长，逐渐增加制动扭矩，进入稳态后，电机按照额定扭矩提供制动扭矩，剩余扭矩由发动机缸内制动提供，这样，既能实现制动能量回收的同时也能降低发动机瞬态油耗，能够提升整车的节油率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为具有扭矩分配的混合动力商用车示意图；

图2为具有扭矩分配的混合动力商用车供电示意图；

图3为混合动力商用车的扭矩分配方法流程图；

图4为混合动力商用车的扭矩分配方法的工作模式划分图；

图5为发动机直驱模式扭矩分配策略示意图；

图6为混合动力模式扭矩分配策略示意图；

图7为辅助制动模式扭矩分配策略示意图。

具体实施方式

在本发明提供的具有扭矩分配的混合动力商用车中，下述将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在系统中，包括了包括：右前轮1、前桥2、左前轮3、发动机4、离合器5、变速箱6、中桥右侧车轮7、中桥左侧车轮9、后桥右侧车轮10、电机减速器11、电机12以及后桥左侧车轮13。但本发明在使用术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

对于本发明具有扭矩分配的混合动力商用车中表述“或”或“A或/和B中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“A或B”或“A或/和B中的至少一个”可包括A、可包括B或可包括A和B二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

对于本发明涉及的混合动力商用车的扭矩分配方法中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

为了充分说明本发明涉及的具有扭矩分配的混合动力商用车及其系统及方法，本发明涉及了相关的附图，附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的设备、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。

下面将结合附图来详细阐述本发明的具有扭矩分配的混合动力商用车及其系统及方法，对于方法来讲主要是应用于混合动力商用车，实现基于分布式驱动的并联混合动力分配方式，其中，本发明的分布式驱动指的是两根驱动桥输出扭矩可以按照任意比例进行分配，两根驱动桥分别对应两条驱动扭矩路线，均可以单独驱动车辆，这样对于扭矩的合理分配有积极作用。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

结合附图1和图2，具有扭矩分配的混合动力商用车包括：右前轮1、前桥2、左前轮3、发动机4、离合器5、变速箱6、中桥右侧车轮7、中桥左侧车轮9、后桥右侧车轮10、电机减速器11、电机12以及后桥左侧车轮13。

前桥2分别与右前轮1和左前轮3连接，当然根据车辆的实际需要还配置其他相关部件，来实现右前轮1和左前轮3的旋转。

中桥分别与中桥右侧车轮7和中桥左侧车轮9连接，发动机4通过离合器5、变速箱6和中桥主减速器8与中桥连接；发动机4依次通过离合器5、变速箱6和中桥主减速器8分别驱动中桥右侧车轮7和中桥左侧车轮9运行。发动机4作为车辆的其中一个驱动机构，可以根据动力需求输出功率，满足车辆行驶需要。

后桥分别与后桥右侧车轮10和后桥左侧车轮13连接；电机12通过电机减速器11连接至后桥；电机12通过减速器11和后桥13分别驱动后桥右侧车轮10和后桥左侧车轮13运行。电机12作为车辆的其中另一个驱动机构，可以根据动力需求输出功率，满足车辆行驶需要。

本实施例中，由于涉及的是混合动力商用车，可以根据需要设置三种运行模式。具体可以包括纯电模式，发动机直驱模式以及混合动力模式。三种模式之间的切换可以通过手动方式切换，也可以自动切换，手动切换可以在车辆的驾驶室内设置车辆模式切换开关；整车控制器与车辆模式切换开关连接，获取用户选择的纯电模式、发动机直驱模式以及混合动力模式，并基于纯电模式、发动机直驱模式以及混合动力模式控制车辆运行。

根据本申请的实施例，为了满足车辆运行的扭矩要求，车辆可以配置EBS模块；EBS模块分别与右前轮1、左前轮3、中桥右侧车轮7、中桥左侧车轮9、后桥右侧车轮10以及后桥左侧车轮13连接，驱动并控制各个车轮的扭矩。

作为一个示例，混合动力商用车还包括：高压电池、高压配电模块和整车控制器；也就是说，本实施例的混合动力商用车配备了整车集成式热管理系统，即将依靠传统发动机驱动的空调压缩机改为电驱动压缩机，电动空调压缩机同时为驾驶室以及电池提供冷却介质。

具体来讲，高压电池通过高压配电模块及第一供电线路连接电机12，给电机12供电，用于驱动或制动车辆；高压电池通过高压配电模块及第二供电线路连接电动空调压缩机，给电动空调压缩机供电。

整车控制器通过设置在驾驶室内的温度传感器以及设置在高压电池上的温度传感器实时获取驾驶室和高压电池的温度信息，且整车控制器通过与电动空调压缩机通信连接，控制电动空调压缩机为高压电池以及驾驶室制冷。这样，可以实现对高压电池的降温，保证车辆稳定运行。

作为本发明的一种实施例，混合动力商用车具有两种驱动方式，其中一种扭矩路线为发动机-离合器-变速箱-中桥，另一种扭矩路线为电机-减速器-后桥。

本实施例中，在行驶前，先判定高压是否上电成功，随后进入模式判定窗口，依据当前车速以及轮端需求功率进行最优工作模式的判定。

基于上述方式，混合动力商用车具有三种工作模式，分别是纯电模式、发动机直驱模式、混合动力模式。当然，为最大化实现制动能量回收，针对商用车常用的辅助制动模式的扭矩分配也制定了相应的策略。

作为纯电模式来讲，不涉及发动机扭矩输出，因此没有扭矩分配策略，轮端扭矩全部由电机响应。

具体来讲，本实施例的发动机直驱模式的执行扭矩分配策略为，瞬态模式下，发出需求扭矩时，电机率先以高扭矩来响应加速扭矩需求，发动机缓慢增加输出扭矩，进入稳态模式，所有的扭矩需求均由发动机提供，电机退出扭矩输出。

本实施例的混合动力模式的执行扭矩分配策略为，瞬态模式下，发出需求扭矩时，电机率先以高扭矩来响应加速扭矩需求，随后发动机缓慢增加输出扭矩，进入稳态控制模式，发动机与电机扭矩依据等效最小燃油消耗算法计算出分配比例，具体比例需要依据车速以及需求扭矩的变化而变化。

本实施例为最大化实现制动能量回收，针对辅助制动模式的扭矩分配也制定了相应的策略，瞬态模式下，辅助制动扭矩请求通过特定开关触发，触发后采用恒速控制模式，电机率先响应制动需求，发动机缸内制动由于建扭时间长，逐渐增加制动扭矩，进入稳态后，电机按照额定扭矩提供制动扭矩，剩余扭矩由发动机缸内制动提供。

以下是本公开实施例提供的混合动力商用车的扭矩分配方法的实施例，该方法与上述各实施例的具有扭矩分配的混合动力商用车属于同一个发明构思，在混合动力商用车的扭矩分配方法的实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述具有扭矩分配的混合动力商用车的实施例。

方法包括：系统上电；

需要说明的是，系统上电由驾驶员操作，驾驶员选择系统上电后，判定高压上电是否完成；如未完成高压上电，则发出报警提示；如完成高压上电，则进行运行模式判定，控制混合动力商用车基于设定的运行模式运行。

对于上电之后的运行，本方法可以基于当前选定的运行模式，控制混合动力商用车运行。

当混合动力商用车的需求功率在第一预设功率阈值内时，自动匹配到纯电模式。

当混合动力商用车的需求功率大于第一预设功率阈值小于第二预设功率阈值时，自动匹配到发动机直驱模式。

当混合动力商用车的需求功率大于第二预设功率阈值时，自动匹配到混合动力模式。

其中，第二预设功率阈值大于第一预设功率阈值，如图4所示，图4中区域1可以为第一预设功率阈值内，这个区域的大小可以基于实际车辆车速参数和实际车辆功率参数来进行设置。具体数值不做限定。

图4中区域2为大于第一预设功率阈值小于第二预设功率阈值的范围。图4中区域3为大于第二预设功率阈值的范围。

进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例中的具体实施过程，混合动力商用车的扭矩分配方法中，具有两条扭矩路线第一条为发动机4→离合器5→变速箱6→中桥主减速器8→两侧车轮。

第二条为电机12→减速器11→两侧车轮。

本实施例中，这两条扭矩路线由两根驱动桥来承担，两根驱动桥可以同时输出正扭矩，这种情况为驱动工况。两根桥也可以同时输出负扭矩，这种情况为辅助制动工况，由发动机缸内制动以及电机来提供辅助制动的扭矩。两根桥也可以一根输出正扭矩，一根输出负扭矩，这种情况为电池馈电发电工况，当动力电池的电量比较少必须要充电时，第一条扭矩路线输出正扭矩，第二条扭矩路线输出负扭矩。

可以看出本实施例涉及的具有扭矩分配的混合动力商用车涉及到两个动力源，两者动力分配以及扭矩分配需要依据车辆的行驶状态进行动态调整，为实现系统在各个工况下效率最优，本方法采用等效燃油最小消耗算法对两者的功率分配进行离线计算，生成对应的MAP，用于具体策略开发。系统上电后，先进行高压上电状态的判定，如果没有上电完成，则需要执行上电操作，如果上电完成，则进行工作模式的判定。依据当前车速以及需求功率，找到当前状态下最优的运行模式。

具体而言，采用离线优化算法，对不同车速、功率下三种模式的总系统效率进行计算，采用等效燃油消耗最小策略，电量消耗等效为燃油消耗，对应工况点下，何种等效燃油效率最小即采用该模式，实际应用中还需要考虑工况切换等影响，完成离线优化后生成运行MAP，如图 4所示，区域1还可以理解为纯电模式，区域2还可以理解为发动机直驱模式，区域3还可以理解为混合动力模式。示例性的讲，图4中，最高车速为120km/h，最大功率为510kW。

进入对应的模式，采用单独的扭矩分配策略，其中纯电模式只有一个驱动源，因此不涉及复杂扭矩分配策略，轮端扭矩全部由电机来响应。发动机直驱模式，执行扭矩分配策略一，扭矩响应过程从时间维度分为瞬态以及稳态，具体时间长短需要依靠发动机响应性来决定，当驾驶员发出需求扭矩时，率先由电机来响应轮端扭矩需求，随后发动机以准稳态的状态，逐渐增加扭矩输出，当达到稳态时，电机退出扭矩输出，轮端需求扭矩全部由发动机来承担，瞬态过程扭矩响应由电机来完成，能够最大限度降低发动机瞬态油耗。

对于本实施例的混合动力模式来讲，执行扭矩分配策略二，瞬态扭矩响应过程与扭矩分配策略一类似，不同之处在于稳态扭矩分配，扭矩分配策略一，稳态时轮端扭矩需求全部由发动机承担，而扭矩分配策略二稳态时轮端扭矩需求由发动机和电机同时承担，具体发动机与电机的分配比例由等效燃油消耗最小算法确定。

结合图5和图6来讲，图5为扭矩分配策略一（发动机直驱模式），图中涉及了电机输出扭矩曲线、发动机输出扭矩曲线以及需求扭矩线，竖向虚线为瞬态和稳态分割线，瞬态控制模式下，当驾驶员发出需求扭矩时，电机率先以高扭矩来响应加速扭矩需求，随后发动机缓慢增加输出扭矩，到分割线时，进入稳态控制模式，驾驶员所有的扭矩需求均有发动机提供，电机退出扭矩输出。

图6为扭矩分配策略二（HEV模式），图6中设置了电机输出扭矩曲线，发动机输出扭矩曲线，需求扭矩线，竖向虚线为瞬态和稳态分割线，瞬态控制模式下，驾驶员发出需求扭矩时，电机率先以高扭矩来响应加速扭矩需求，随后发动机缓慢增加输出扭矩，到分割线时，进入稳态控制模式，发动机与电机扭矩依据等效最小燃油消耗算法计算出分配比例，具体比例需要依据车速以及需求扭矩的变化而变化。

为最大化实现制动能量回收，对商用车常用的辅助制动制定了扭矩分配策略，具体见图7，图7为扭矩分配策略三（辅助制动模式），图7设置了电机制动扭矩曲线，发动机缸内制动扭矩曲线，需求扭矩曲线，竖向虚线为瞬态和稳态分割线，瞬态控制模式下，辅助制动扭矩请求通过特定开关触发，触发后采用恒速控制模式，电机率先响应制动需求，发动机缸内制动由于建扭时间长，因此逐渐增加制动扭矩，进入稳态后，电机按照额定扭矩提供制动扭矩，剩余扭矩由发动机缸内制动提供，确保能够实现制动能量回收最大化。

可以看出，扭矩响应过程从时间维度分为瞬态以及稳态，具体时间长短需要依靠发动机制动扭矩建立时间来决定，瞬态过程中，电机建扭时间明显高于发动机缸内制动，因此电机率先以较高的扭矩输出来响应轮边需求扭矩，随后发动机逐渐增大制动扭矩，到达稳态时，电机以额定最大扭矩输出制动扭矩，不足的扭矩由发动机提供，当需求制动扭矩小于电机制动扭矩时，制动扭矩全部由电机来提供，辅助制动开关打开后，以车速为控制目标，保持车速不变，从而计算出所需求的制动力。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。