CN101244721A - 混合动力汽车的多能源控制方法及*** - Google Patents

混合动力汽车的多能源控制方法及*** Download PDF

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孙文凯
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Abstract

本发明提出一种混合动力汽车的多能源控制方法及***,含有:驾驶员驾驶行为解释模块;模式判定及能力估计模块;目标确定模块;控制指令生成模块。驾驶员驾驶行为解释模块确定当前状态下驾驶员反映到车轮上的对整车的需求驱动/制动转矩。模式判定及能力估算模块同时完成混合动力***当前运行模式确定和动力电池组收/放电能的能力计算,以及确定电机当前的驱动/发电的能力。目标确定模块完成混合动力***两大动力源当前状态下的目标转矩的确定计算。控制指令生成模埠确定相应执行器的执行指令。本发明降低了目前混合动力汽车多能源动力总成控制***的复杂度,将原本复杂的混合动力汽车整车多能源动力总成控制***的模块结构清晰化和通用化。

Description

混合动力汽车的多能源控制方法及***
技术领域
本发明涉及一种汽车能源控制方法及***,具体的说是混合动力汽车的多能源控制方法及***。
背景技术
为满足人们对汽车日益严格的环保和节能两方面的技术要求,在蓄电池储能技术和燃料电池技术没有取得突飞猛进之前,混合动力汽车必然在较长一段时间逐渐取代传统燃油汽车而成为现代汽车的主流车型。相对于采用内燃机作为动力源的传统汽车来说,混合动力汽车在能量源方面多出了电源。因此,如何协调发动机与电机,以及动力电池组的能量分配和收放,以使混合动力***输出效率最优,同时保证内燃机低排放,并且保持动力电池组使用前后电量较均衡,这些是与传统内燃机汽车最大的不同。为了实现这种协调控制的意图,在混合动力汽车上必须加装整车多能源动力总成控制***以对发动机、电机、动力电池组,以及其它有关部件总成进行有效的控制管理。
目前可查阅到的相关技术文献中,对混合动力汽车多能源动力总成控制***的研究较多,但至多仅涉及到控制***分模块控制思想,且控制***模块次结构复杂,没有对混合动力汽车多能源动力总成控制***进行详细说明。
发明内容
本发明的目的在于提出一种模块次结构清晰化和通用化的混合动力汽车的多能源控制方法及***。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
混合动力汽车的多能源控制方法,包括以下步骤
(1)接收反映驾驶员驾驶意图的对加速踏板或者制动踏板的操作行为,并结合当前状态下的车速情况,确定当前状况下驾驶员希望在车轮上得到的驱动或制动转矩。具体实现方法是:将发动机、电机在不同转速、不同油门开度(对于电机为不同负荷)下的转矩换算为发动机、电机转矩对应于不同车速、不同档位下的叠加转矩,从而得到驾驶员希望在车轮上得到的驱动转矩。驾驶员希望在车轮上得到的制动转矩与驾驶员制动踏板的踩下行程成正比关系。
(2)根据传感器采集得到的当前车速信号、踏板开度信号、点火开关信号、动力电池组荷电状态信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号,以及电机转速信号,判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式。混合动力***的运行模式为:①停机模式、②启动模式、③怠速模式、④怠速发电模式、⑤驱动模式和⑥制动模式。
(3)根据传感器采集得到的电池组端电压信号、电池组电流信号、电池组温度信号,以及电池组管理***反馈的SOC(电池组荷电状态),估计当前状态下动力电池组可以支持电机电动或发电的转矩。具体估算方法是:根据当前电池组端电压计算得到电池组的充放电功率,并按照电池组SOC(电池组荷电状态)上下限对该功率进行限制,按照电机当前转速,将该功率值转化为电机当前可能的电动或发电转矩。
(4)根据传感器采集得到的电机转速信号,估计当前状态下电机转矩。具体估算方法是:根据电机当前转速,在电机外特性转矩曲线数据上查找出当前转速下对应的电机最大电动或发电转矩。
(5)根据步骤(1)~(4)所得到的驾驶员需求转矩、混合动力***模式、动力电池组转矩和电机转矩,确定混合动力***在各模式下两个动力源发动机和电机目标输出转矩。具体确定方法是:将驾驶员需求转矩换算为当前状态下混合动力***的目标转矩,查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机运行效率较优时的转矩范围,并与混合动力***的目标转矩值对比,确定发动机当前状态下的目标转矩值,混合动力***的目标转矩值与发动机目标转矩值的差值即为电机的目标转矩值。
(6)根据步骤(5)得到的发动机目标输出转矩,得到汽油机目标节气门开度目标值指令或柴油机每循环供油量指令,根据步骤(5)得到的电机目标输出转矩,电机当前负荷指令。具体方法是:发动机万有特性数据中发动机输出转矩随节气门开度(或每循环供油量)、转速变化的数据可整理成发动机节气门开度(或每循环供油量)随输出转矩、转速变化的数据表。根据当前状态下发动机的目标转矩和转速查发动机节气门开度(或每循环供油量)随输出转矩、转速变化数据表,得到发动机目标节气门开度目标值(或柴油机每循环供油量),电机当前负荷为电机目标转矩与当前状态下的外特性转矩的比值,所得到的开度值(或供油量值)即为对应指令。
混合动力汽车的多能源控制***,包括以下模块:
驾驶员驾驶行为解释模块,用于采集驾驶员对加速踏板或者制动踏板的操信号,确定当前状态下驾驶员反映到车轮上的对整车的需求驱动或制动转矩;
模式判定及能力估计模块,用于同时完成混合动力***当前运行模式确定和动力电池组收或放电能的能力计算,以及计算确定电机当前的驱动或发电的能力;
目标确定模块,用于完成混合动力***两大动力源当前状态下的目标转矩的确定计算;
控制指令生成模块,用于确定相应执行器的执行指令。
本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现:
前述的混合动力汽车的多能源控制***,其中所述模式判定及能力估计模块包括以下子模块:
混合动力***模式判定子模块,用于判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式;
动力电池组转矩估计子模块,用于估计当前状态下动力电池组转矩;
电机转矩估计子模块,用于估计当前状态下电机转矩;
混合动力***各模式下目标值计算子模块,用于确定混合动力***在各模式下两个动力源发动机和电机目标输出转矩。
前述的混合动力汽车的多能源控制***,其中所述混合动力***模式判定子模块的输入端接当前车速信号、踏板开度信号、点火开关信号、动力电池组荷电状态信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号,以及电机转速信号的输出端;动力电池组转矩估计子模块的输入端接电池组端电压信号、电池组电流信号,以及电池组温度信号的输出端;电机转矩估计子模块的输入端接电机转速信号的输出端;混合动力***各模式下目标值计算子模块的输入端接混合动力***模式判定子模块、动力电池组转矩估计子模块和电机转矩估计子模块的输出端。
前述的混合动力汽车的多能源控制***,其中所述控制指令生成模块包括以下子模块:
发动机执行指令计算子模块,用于输出汽油机目标节气门开度目标值指令或柴油机每循环供油量指令;
电机负荷计算子模块,用于输出电机当前负荷指令。
本发明的优点是:本发明降低了目前混合动力汽车多能源动力总成控制***的复杂度,将原本复杂的混合动力汽车整车多能源动力总成控制***的模块结构清晰化和通用化。本发明的控制方法和***结构具有较高可靠性,并易于实现,适用于以汽油机或柴油机和电机组成的油电混合动力***的整车多能源动力总成控制***。
附图说明
图1是本发明的基本结构图。
图2是本发明的计算流程图。
图3是本发明的详细结构图。
具体实施方式
本发明的混合动力汽车的多能源控制方法,包括以下步骤:
(1)接收反映驾驶员驾驶意图的对加速踏板或者制动踏板的操作行为,并结合当前状态下的车速情况,确定当前状况下驾驶员希望在车轮上得到的驱动或制动转矩。具体实现方法是:将发动机、电机在不同转速、不同油门开度(对于电机为不同负荷)下的转矩换算为发动机、电机转矩对应于不同车速、不同档位下的叠加转矩,从而得到驾驶员希望在车轮上得到的驱动转矩。驾驶员希望在车轮上得到的制动转矩与驾驶员制动踏板的踩下行程成正比关系。
(2)根据传感器采集得到的当前车速信号、踏板开度信号、点火开关信号、动力电池组荷电状态信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号,以及电机转速信号,判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式。混合动力***的运行模式为:①停机模式、②启动模式、③怠速模式、④怠速发电模式、⑤驱动模式和⑥制动模式。
(3)根据传感器采集得到的电池组端电压信号、电池组电流信号、电池组温度信号,以及电池组管理***反馈的SOC(电池组荷电状态),估计当前状态下动力电池组可以支持电机电动或发电的转矩。具体估算方法是:根据当前电池组端电压计算得到电池组的充放电功率,并按照电池组SOC(电池组荷电状态)上下限对该功率进行限制,按照电机当前转速,将该功率值转化为电机当前可能的电动或发电转矩。
(4)根据传感器采集得到的电机转速信号,估计当前状态下电机转矩。具体估算方法是:根据电机当前转速,在电机外特性转矩曲线数据上查找出当前转速下对应的电机最大电动或发电转矩。
(5)根据步骤(1)~(4)所得到的驾驶员需求转矩、混合动力***模式、动力电池组转矩和电机转矩,确定混合动力***在各模式下两个动力源发动机和电机目标输出转矩。具体确定方法是:将驾驶员需求转矩换算为当前状态下混合动力***的目标转矩,查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机运行效率较优时的转矩范围,并与混合动力***的目标转矩值对比,确定发动机当前状态下的目标转矩值,混合动力***的目标转矩值与发动机目标转矩值的差值即为电机的目标转矩值。
(6)根据步骤(5)得到的发动机目标输出转矩,得到汽油机目标节气门开度目标值指令或柴油机每循环供油量指令,根据步骤(5)得到的电机目标输出转矩,电机当前负荷指令。具体方法是:发动机万有特性数据中发动机输出转矩随节气门开度(或每循环供油量)、转速变化的数据可整理成发动机节气门开度(或每循环供油量)随输出转矩、转速变化的数据表。根据当前状态下发动机的目标转矩和转速查发动机节气门开度(或每循环供油量)随输出转矩、转速变化数据表,得到发动机目标节气门开度目标值(或柴油机每循环供油量),电机当前负荷为电机目标转矩与当前状态下的外特性转矩的比值,所得到的开度值(或供油量值)即为对应指令。
本发明提出的混合动力汽车的多能源控制***基本结构如图1所示,图2为其计算流程图,图3是详细结构图。在本发明***模块中,驾驶员驾驶行为解释模块是整个控制***的基础,该模块通过接收反映驾驶员驾驶意图的对加速踏板或者制动踏板的操作行为,并结合当前状态下的车速情况,进行计算确定当前状况下驾驶员希望在车轮上得到的驱动或制动转矩。该转矩是整个控制***分配管理的依据和目标。
控制***第二模块是模式判定及能力估计模块,主要完成混合动力***运行模式判定和有关部件总成能力的估计。由混合动力***模式判定子模块、动力电池组转矩估计子模块、电机转矩估计子模块和混合动力***各模式下目标值计算子模块组成。模式判定及能力估计模块确定了混合动力***的运行模式,同时估计了动力电池组和电机在当前状态下的最大能力。该模块约束了混合动力***所处的模式,同时也估计了在驱动状态下电机受动力电池组供电能力限制而可能的最大输出功率,以及在再生制动状态下的电机受动力电池组吸收电能能力限制而可能的最大回收功率。这些功率限制条件是电机在当前状态下驱动和发电能力的上限。
混合动力***模式判定子模块根据相应传感器采集得到的当前车速信号、踏板开度信号、点火开关信号、动力电池组荷电状态(SOC)信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号,以及电机转速等信号,混合动力***运行模式判定子模块判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式。混合动力***运行模式分为6种模式:①停机模式;②启动模式;③怠速模式;④怠速发电模式;⑤驱动模式;⑥制动模式。停机模式特指发动机和电机均不工作。启动模式分为正常情况下的电机启动模式和特殊情况下的常规起动机启动模式。该模式下发动机在短时间内被迅速带到较高的某指定转速,以达到减少排放和提高燃油经济性的目的。模式③和模式④的区别在于:模式3仅为发动机怠速状态;模式4指在离合器完全分离,或者离合器结合但变速器空挡两种情况下,发动机驱动电机运转,电机工作于发电状态为动力电池组充电的情况。模式4可发生在有车速和无车速两种情况下。模式⑤的驱动状态包括电机单独驱动、发动机单独驱动、发动机和电机联合驱动,以及发动机在行车过程中驱动车辆的同时还提供转矩驱动电机为动力电池组发电等4种状况。划分依据是以整车动力性为前提,充分优化发动机当前状态下的运行效率以及排放情况,并充分考虑动力电池组当前荷电状态。模式⑥可分为电机再生制动、电机和机械制动器联合制动,以及仅机械制动器制动3种状况。动力电池组的当前的荷电状态是这3种状态划分的主要依据。
动力电池组转矩估计子模块接收电池组端电压信号、电池组电流信号,以及电池组温度信号,估计当前状态下动力电池组转矩。电机转矩估计子模块根据传感器采集得到的电机转速信号,估计当前状态下电机转矩。混合动力***各模式下目标值计算子模块根据所得到的驾驶员需求转矩、混合动力***模式、动力电池组转矩和电机转矩,确定混合动力***在各模式下两个动力源发动机和电机目标输出转矩。
控制***第三模块是混合动力***在各模式下两个动力源发动机和电机目标输出转矩的计算确定模块。与上所述,按照混合动力***可能运行的6种模式,该模块中包括6个子模块:1.停机模块;2.启动模块;3.怠速模块;4.怠速发电模块;5.驱动模块;6.制动模块。在每个模块中,根据不同的不同控制策略分配确定各运行模式下发动机和电机的目标转矩。该模块为混合动力汽车多能源动力总成控制***的核心部分,决定了整车性能。
控制***最后一模块是整个控制***的输出模块,输出相应执行器的控制指令。该模块中主要输出汽油机目标节气门开度指令(对于柴油机则输出每循环供油量指令),点火开关控制指令;电机当前负荷指令或者当前目标转矩指令,以及电机运行模式等指令。该模块输出的控制指令可以根据实际控制的需要,输出相应的控制指令以控制相应执行器。
本发明以车轮的需求转矩作为驾驶员的需求转矩,对于以变速器输入轴需求转矩来反映驾驶员需求转矩的属于本发明的范畴。此外,对于以功率为***分配计算的对象,属于本发明的衍生发明范畴。

Claims (10)

1.混合动力汽车的多能源控制方法,其特征在于:包括以下步骤:
(1)接收反映驾驶员驾驶意图的对加速踏板或者制动踏板的操作行为,并结合当前状态下的车速情况,确定当前状况下驾驶员希望在车轮上得到的驱动或制动转矩;
(2)根据传感器采集得到的当前车速信号、踏板开度信号、点火开关信号、动力电池组荷电状态信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号,以及电机转速信号,判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式;
(3)根据传感器采集得到的电池组端电压信号、电池组电流信号、电池组温度信号,以及电池组管理***反馈的电池组荷电状态,估计当前状态下动力电池组可以支持电机电动或发电的转矩;
(4)根据传感器采集得到的电机转速信号,估计当前状态下电机转矩;
(5)根据步骤(1)~(4)所得到的驾驶员需求转矩、混合动力***模式、动力电池组转矩和电机转矩,确定混合动力***在各模式下两个动力源发动机和电机目标输出转矩;
(6)根据步骤(5)得到的发动机目标输出转矩,得到汽油机目标节气门开度目标值指令或柴油机每循环供油量指令,根据步骤(5)得到的电机目标输出转矩,电机当前负荷指令。
2.如权利要求1所述的混合动力汽车的多能源控制方法,其特征在于:所述步骤(1)中,当前状况下驾驶员希望在车轮上得到的驱动或制动转矩的实现方法是:将发动机、电机在不同转速、不同油门开度下的转矩换算为发动机、电机转矩对应于不同车速、不同档位下的叠加转矩,从而得到驾驶员希望在车轮上得到的驱动转矩。
3.如权利要求1所述的混合动力汽车的多能源控制方法,其特征在于:所述步骤(3)中,根据当前电池组端电压计算得到电池组的充放电功率,并按照电池组荷电状态上下限对该功率进行限制,按照电机当前转速,将该功率值转化为电机当前可能的电动或发电转矩。
4.如权利要求1所述的混合动力汽车的多能源控制方法,其特征在于:所述步骤(4)中,当前状态下电机转矩的估算方法是:根据电机当前转速,在电机外特性转矩曲线数据上查找出当前转速下对应的电机最大电动或发电转矩。
5.如权利要求1所述的混合动力汽车的多能源控制方法,其特征在于:所述步骤(5)中,发动机和电机目标输出转矩的确定方法是:将驾驶员需求转矩换算为当前状态下混合动力***的目标转矩,查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机运行效率较优时的转矩范围,并与混合动力***的目标转矩值对比,确定发动机当前状态下的目标转矩值,混合动力***的目标转矩值与发动机目标转矩值的差值即为电机的目标转矩值。
6.如权利要求1所述的混合动力汽车的多能源控制方法,其特征在于:所述步骤(6)中,具体方法是:根据当前状态下发动机的目标转矩和转速查发动机节气门开度随输出转矩、转速变化数据表,得到发动机目标节气门开度目标值,电机当前负荷为电机目标转矩与当前状态下的外特性转矩的比值,所得到的开度值即为对应指令。
7.混合动力汽车的多能源控制***,其特征在于:包括以下模块:
驾驶员驾驶行为解释模块,用于采集驾驶员对加速踏板或者制动踏板的操信号,确定当前状态下驾驶员反映到车轮上的对整车的需求驱动或制动转矩;
模式判定及能力估计模块,用于同时完成混合动力***当前运行模式确定和动力电池组收或放电能的能力计算,以及计算确定电机当前的驱动或发电的能力;
目标确定模块,用于完成混合动力***两大动力源当前状态下的目标转矩的确定计算;
控制指令生成模块,用于确定相应执行器的执行指令。
8.如权利要求7所述的混合动力汽车的多能源控制***,其特征在于:所述模式判定及能力估计模块包括以下子模块:
混合动力***模式判定子模块,用于判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式;
动力电池组转矩估计子模块,用于估计当前状态下动力电池组转矩;
电机转矩估计子模块,用于估计当前状态下电机转矩;
混合动力***各模式下目标值计算子模块,用于确定混合动力***在各模式下两个动力源发动机和电机目标输出转矩。
9.如权利要求7所述的混合动力汽车的多能源控制***,其特征在于:所述混合动力***模式判定子模块的输入端接当前车速信号、踏板开度信号、点火开关信号、动力电池组荷电状态信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号,以及电机转速信号的输出端;所述动力电池组转矩估计子模块的输入端接电池组端电压信号、电池组电流信号,以及电池组温度信号的输出端;所述电机转矩估计子模块的输入端接电机转速信号的输出端;所述混合动力***各模式下目标值计算子模块的输入端接混合动力***模式判定子模块、动力电池组转矩估计子模块和电机转矩估计子模块的输出端。
10.如权利要求7所述的混合动力汽车的多能源控制***,其特征在于:所述控制指令生成模块包括以下子模块:
发动机执行指令计算子模块,用于输出汽油机目标节气门开度目标值指令或柴油机每循环供油量指令;
电机负荷计算子模块,用于输出电机当前负荷指令。
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