CN101492046A - 并联式混合动力车辆整车能量管理与总成协调控制方法 - Google Patents

Abstract

并联式混合动力车辆整车能量管理与总成协调控制方法属混合动力车辆驱动***控制领域，本发明是根据混合动力车辆的运行状况，分别控制控制算法进入整车上电自检与故障诊断控制模块、与ABS协调控制模块、辅助AMT主动换挡协调控制模块、电机主动补偿控制模块、模式切换与能量管理控制模块、整车状态信息处理与显示模块和发动机怠速停机主动控制模块，以控制混合动力驱动***的能量分配和***各总成的协调运行。本发明能对混合动力驱动***进行能量管理和各总成的协调控制，实现混合动力驱动***各总成间最佳的能量分配，最大限度地提高整车的燃油经济性、降低发动机的废气排放，并使整个驱动***可靠而有效地工作，获得整车运行的最佳性能。

Description

并联式混合动力车辆整车能量管理与总成协调控制方法

技术领域

本发明属混合动力车辆驱动***控制领域，适用于采用并联混合动力驱动***的混合动力车辆，具体说是根据并联混合动力车辆的实际行驶状态，对驾驶员需求的驱动力和制动力在混合动力驱动***各总成之间的合理分配进行控制，并协调驱动***各总成的运行，以达到节能与环保目的的控制方法。

背景技术

21世纪的今天，能源与环境问题日益成为人类生存与持续发展所必须面对的严峻问题。作为21世纪清洁能源车辆技术之一的混合动力车辆以其低能耗、低排放和可行性强等诸多优点，已经成为未来车辆的发展方向和研究热点。

所谓混合动力车辆(HEV，Hybrid Electric Vehicle)，是将电力驱动***与辅助动力单元(APU，Auxiliary Power Unit)组合安装到一辆车上，通过整车能量管理控制方法将传统内燃发动机与电机和储能装置有机地整合成为混合动力车动***。混合动力车辆整车能量管理方法根据车辆的实际行驶状态，利用混合动力车辆消除怠速、发动机工作区域控制和再生制动能量回收的节能机理，对整个混合动力驱动***进行合理控制，实现驾驶员对驱动***的功率需求在各总成之间的合理分配，最大限度地提高车辆行驶的燃油经济性，并降低发动机的废气排放。

混合动力车辆将两套驱动***(电池-电机和内燃机)安装于原本只安装一套驱动***的车辆上，这大大增加了驱动***结构的复杂程度，以及进行整车控制与故障诊断的难度。为了使混合动力驱动***能够合理地根据车辆的实际行驶情况，在满足动力性能要求的前提下，尽可能地提高燃油经济性，并保证整车行驶的安全性及可靠性，整车能量管理控制方法的研究已经成为HEV研究的关键。

目前，已经有一些国内研究机构和高等院校开始对混合动力车辆整车能量管理控制方法的研究，并提出一些与混合动力车辆整车能量管理相关的专利申请，但是这其中大多是关于控制***硬件的设计，例如申请号为200310124511.6《混合动力汽车控制***及其控制方法》的发明专利申请和申请号为97102923.7《用于控制机动车、尤其是混合动力动车的电功率分配的方法及装置》的发明专利申请，其权力要求主要是基于控制***硬件的设计，控制方法部分只提出了能量的分配管理和驱动模式切换；申请号为200510023717.9《并联式混合动力驱动***及其驱动方法》的发明专利申请，对其提出的混合动力驱动***和改***的基本控制模式提出权利要求。

这些专利的申请内容对于结构复杂，性能优劣主要取决于整车能量管理方法控制效果的混合动力车辆是远远不够的，因为混合动力车辆整车控制方法作为整车控制方法不仅要能够进行能量管理，而且要能够协调整个混合动力驱动***各总成的工作，克服由于驱动***混合动力化所带来的一系列问题，保证整个驱动***可靠有效地工作，获得整车行驶的最佳燃油经济性和排放性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有混合动力车辆整车控制方法的不足，提供一种能保证整个驱动***可靠有效地工作，获得整车行驶最佳燃油经济性和排放性能的方法。

本发明是根据混合动力车辆的运行状况，分别控制控制算法进入整车上电自检与故障诊断控制模块c、与ABS协调控制模块d、辅助AMT主动换挡协调控制模块e、电机主动补偿控制模块f、模式切换与能量管理控制模块g、整车状态信息处理与显示模块h和发动机怠速停机主动控制模块i，以控制混合动力驱动***的能量分配和***各总成的协调运行。

整车上电自检与故障诊断控制模块c包括整车上电自检和行车故障诊断控制步骤。该控制模块是在驾驶员打开钥匙门8整车上电和混合动力车辆行驶过程中，根据驱动***各总成上传的状态和故障信息，对驱动***进行故障诊断，保证各总成和车辆成员的安全。

与ABS协调控制模块d是在混合动力车辆制动过程中，根据制动踏板13开度、电机所能提供的制动扭矩、电机状态信息和ABS状态信息，与ABS ECU6协调控制，在保证行车安全的前提下，最大限度地回收制动能量。如果电机提供的制动力能够满足车辆对制动力的要求，则完全由电机进行再生制动；当电机提供的制动力不足以满足车辆对制动力的要求时，由ABS***根据电机提供的制动力和制动踏板所要求的制动力调节制动***的制动压力，以提供不足的制动力。当电机由于故障等原因不能进行再生制动时，则完全由ABS***控制制动***对车辆进行制动；当车轮发生抱死，ABS***不允许进行再生制动时，不再根据能量管理策略控制电机进行制动能量的回收，完全由ABS***对车辆制动进行控制。

辅助AMT主动换挡协调控制模块e是在换挡过程中，利用电机响应迅速的性能特性，控制电机在AMT换挡过程中，对AMT输入轴端进行调速，使AMT的输入轴迅速达到与输出轴同步所要求的转速，进行辅助AMT主动换挡协调控制，缩短换挡时间，改善AMT的换挡品质。

电机主动补偿控制模块f是针对当前电机的性能特性不能满足整车性能要求的现实情况，对电机的输出特性进行主动补偿控制，根据对电机输出特性的要求和电机的反馈，设计PID控制器，确定比例、积分、微分参数对电机进行补偿控制，使电机能够满足整车对电机的控制精度要求。

确定PID控制器各参数的***特征方程为：

$\frac{{T_m}^{\′}\left(s\right)}{T_m\left(s\right)}=\frac{K_p{\mathrm{\λ}}_{m1}[T_d{s}^2+s+\frac{1}{T_1}]}{(1+K_p{\mathrm{\λ}}_{m1}{T}_d)s^2+({\mathrm{\λ}}_{m2}+K_p{\mathrm{\λ}}_{m1})s+K_p{\mathrm{\λ}}_{m1}\frac{1}{T_1}}$

式中：T_m——要求电机输出的转矩

T’_m——实际电机的工作转矩

K_p——比例系数

T_l——积分时间常数

T_d——微分时间常数

模式切换与能量管理控制模块g是采用逻辑门限值控制策略，利用混合动力车辆消除怠速、发动机工作区域控制和再生制动能量回收的节能机理，在混合动力车辆实际运行过程中，根据驾驶员的操作(加速踏板10和制动踏板11开度)和车辆的行驶状态控制混合动力驱动***的运行，分别控制驱动***进入发动机单独驱动、联合驱动、纯电动、对电池充电和再生制动等主要工作模式，以及跛行回家、电机启动发动机和停车充电等辅助工作模式，以适应车辆不断变化的运行状态，降低整车行驶的油耗和排放。

整车状态信息处理与显示模块h是根据HCU9通过CAN总线10采集的混合动力驱动***各总成的状态信息，实时分析处理整车运行的状态信息，并将发动机与电机的工作点、整车行驶实时油耗、电池状态(SOC、电流、电压和温度等)、AMT挡位和电机状态等信息发送到仪表板上的CAN仪表1上，使驾驶员能实时掌握整车的运行状态。

发动机怠速停机主动控制模块i是使驾驶员在停车等待时，可以根据需要等待的时间判断是否需要关闭发动机。如果需要等待的时间较长，驾驶员通过将换挡手柄12换到空挡位置，延时delta_t后，发动机自动关闭，可达到消除发动机怠速，节省燃油和降低排放的目的。这种可控的发动机怠速停机控制逻辑可在不改变驾驶员驾驶习惯的基础上，达到消除发动机怠速的效果。

控制算法模块IV中各模块的具体说明：

整车上电自检与故障诊断控制模块c包括整车上电自检和行车故障诊断控制步骤，对混合动力车辆进行整车上电自检和行车故障诊断控制：

整车上电自检控制步骤对车辆行驶前的上电过程进行故障诊断与控制。由于混合动力车辆上存在最高电压为420V的强电***，必须严格保证车上司乘人员和车辆的安全。混合动力车辆行驶前，驾驶员打开钥匙门8，HCU9上电运行，自检正常后，控制算法进入整车上电自检控制逻辑。HCU9采集电池控制单元4、发动机控制单元3和AMT控制单元5发送到CAN总线10上的状态信息，对存在的故障进行相应的处理。例如，如果电池控制单元4上传存在绝缘或漏电故障的信息，控制逻辑将控制电池高压继电器开关断开，不对电机进行供电。整车上电自检控制步骤将控制车辆进入跛行回家工作模式，油发动机提供单独提供驾驶员所需求的驱动功率；然后，整车上电自检控制逻辑控制电池高压继电器开关对电机控制单元2短时间供电，使电机控制单元2能够对电机及本身的状态进行自检并上传状态信息，以判断电机目前是否能够进行正常的工作，以决定是否应该由电池对电机供电。如果电机存在故障，整车上电自检控制步骤也将控制车辆进入跛行回家工作模式，由发动机单独提供驾驶员所需求的驱动功率。通过上电自检后，控制算法进入模式切换与能量管理控制模块g。

行车故障诊断控制步骤对车辆行驶过程中可能发生的故障进行诊断与控制。在混合动力车辆行驶过程中，行车故障诊断控制步骤根据各总成实时上传的状态和故障信息，进行行驶过程中的实时故障诊断，根据所发生故障的严重程度，对发生的故障进行实时处理，保证整车行驶安全。例如：1.当车辆的传统驱动部分或电动驱动部分发生严重故障时，行车故障诊断逻辑将控制车辆进入跛行回家工作模式，以仍然工作正常的传统驱动部分或电动驱动部分使车辆行驶到安全位置进行维修；2.当电动驱动部分的电机或电池由于温度或电压的原因而无法达到额定性能时，行车故障诊断逻辑将根据电池控制单元4和电机控制单元2上传的状态信息，对电机的电动或发电功率(mc_load)进行限制，以保证总成的安全和使用寿命；

模式切换与能量管理控制模块g是混合动力车辆整车控制的核心内容，本并联式混合动力车辆模式切换与能量管理控制模块g采用逻辑门限值控制策略，利用混合动力车辆消除怠速、发动机工作区域控制和再生制动能量回收的节能机理，根据混合动力驱动***各总成的功能与性能特性和整车性能要求，设定发动机、电机和电池的工作范围和工作模式。在混合动力车辆实际行驶过程中，根据驾驶员的操作(加速踏板11与制动踏板13开度的和换挡手柄12的位置)和车辆的行驶状态控制车辆的行驶，分别控制混合动力驱动***进入发动机单独驱动、联合驱动、纯电动、对电池充电和再生制动等主要工作模式，以及跛行回家工作模式、电机启动发动机和停车充电等辅助工作模式，以适应车辆不断变化的行驶工况，达到降低油耗的排放的效果。

●发动机单独驱动

前提条件：SOC≥low_soc，eng_spd≥idle_spd，gear_num≥1，(acc_pedal≥low_trq_frac&acc_pedal≤high_trq_frac)；

控制参数：eng_load＝(T_total×acc_pedal)/eng_trq，eng_on/off＝1，mc_on/off＝0；

●联合驱动

前提条件：SOC≥low_soc，eng_spd≥idle_spd，gear_num≥1，acc_pedal≥high_trq_frac；

控制参数：eng_load＝eng_max_trq_frac，mc_load＝(T_total×acc_pedal-eng_trq)/mc_trq，mc_on/off＝1，eng_on/off＝1，mc_mode＝2；

●纯电动

前提条件：SOC＞low_soc，eng_spd≥idle_spd，gear_num≥1，veh_spd≤electric_launch_spd；

控制参数：mc_load＝(T_total×acc_pedal)/mc_trq，mc_on/off＝1，eng_on/off＝0，mc_mode＝2；

●发动机驱动并充电

前提条件：SOC＜low_soc，eng_spd≥idle_spd，gear_num≥1，eng_load＜high_trq_frac；

控制参数：eng_load＝(T_total×acc_pedal+T_chg)/eng_trq，mc_load＝T_chg/mc_trq，mc_mode＝2，mc_on/off＝1，eng_on/off＝1；

●再生制动

前提条件：SOC＜high_soc，gear_num≥1，acc_pedal＝0，brk_pedal≥5％，veh_spd≥gen_brk_spd；

控制参数：mc_load＝(T_brake×brk_pedal)/mc_trq，mc_on/off＝1，eng_on/off＝0，mc_mode＝2；模式切换与能量管理的辅助工作模式：

●跛行回家：当发动机工作正常，由电机和电池组成的电驱动***由于故障无法继续运行时；或当电驱动***工作正常，而发动机发生故障时，控制算法控制驱动***进入跛行回家工作模式。在跛行回家工作模式下，控制算法将驾驶员对驱动***的驱动功率要求发送给还能够正常工作的发动机或电驱动***。同时，HCU9向CAN仪表1发送相应故障信息，以提醒驾驶员尽快驶往修理场所进行修理。

前提条件：mc_err＝1或bat_err＝1；或eng_err＝1；

控制参数：eng_load＝(T_total×acc_pedal)/eng_trq，eng_on/off＝1，mc_on/off＝0；或mc_load＝(T_total×acc_pedal)/mc_trq，mc_on/off＝1，eng_on/off＝0，mc_mode＝2；

●电机启动发动机：驾驶员打开钥匙门8后，踏下加速踏板11，当加速踏板11开度大于20％并且持续一定时间t1，控制算法进入起/停车控制逻辑，控制电机启动发动机。电机以大扭矩迅速将发动机的转速提高到启动转速，不仅可以改善发动机启动工况下的燃油经济性和排放性能，而且有利于提高发动机在冬季时的启动性能。

前提条件：eng_spd＝0，acc_pedal≥20％，time_elapse≥2s，gear_num＝0；

控制参数：eng_load＝0，mc_load＝60％，mc_on/off＝1，eng_on/off＝1，mc_mode＝2；ifeng_spd≥idle_spd，then mc_load＝0；

●停车充电：在极端行驶工况下，例如上长坡或长时间高速行驶，电池的电量可能会大量消耗，这将会限制混合动力车辆性能的发挥，因此允许驾驶员在停车状态下，利用发动机对电池进行充电。此时，控制算法进入停车充电控制逻辑，控制电机以适当的充电扭矩对电池充电，以满足车辆正常行驶时对电池荷电状态(SOC)的要求(Soc_low＜SOC＜Soc_high)；

前提条件：SOC＜low_soc，eng_spd≥idle_spd，veh_spd＝0，gear_num＝0，acc_pedal≥10％；

控制参数：eng_load＝still_chg_frac，mc_load＝(T_eng×still_chg_frac)/mc_trq，mc_on/off＝1，eng_on/off＝1，mc_mode＝2；

辅助AMT主动换挡协调控制模块e利用电机响应迅速的性能特性，控制电机在AMT换挡过程中，对AMT输入轴端进行调速，使输入轴迅速达到同步所要求的转速范围，缩短换挡同步时间，改善AMT的换挡品质，提高车辆行驶的平顺性。由于采用并联混合动力驱动***，原来用于传统车辆的AMT，由于在其输入轴端加装驱动电机和扭矩合成装置，造成AMT输入轴端的转动惯量增大，使换挡时同步器所提供的同步扭矩已无法满足输入轴和输出轴迅速同步的要求。因此，辅助AMT主动换挡协调控制模块e在AMT根据换挡策略进行换挡时，辅助AMT主动换挡协调控制，根据AMT控制单元(5)的换挡指令(if_shifting＝1)和输入轴目标转速(spd_req)，控制电机进入转速控制模式(mc_mode＝1)，使电机驱动AMT的输入轴迅速达到同步所要求的目标转速(spd_req)。

整车状态信息处理与显示控制模块h对HCU9通过CAN总线(10)采集的混合动力驱动***各总成的状态信息，实时分析处理，并将发动机与电机的工作点、整车行驶实时油耗、电池状态(SOC、电流、电压和温度等)、AMT挡位和电机状态等信息发送到仪表板上的CAN仪表(1)上，使驾驶员能够实时掌握整车驱动***的运行状态；

电机主动补偿控制模块f是针对当前电机的性能特性不能满足整车性能要求而提出的。目前国内混合动力车辆所使用电机的稳态特性和动态特性均存在一定的控制误差，而电机的控制特性将直接影响HCU9对整个驱动***的精确控制，进而影响整车行驶的动力和经济性能。为提高整车性能，整车能量管理控制算法要求电机具有良好的可控性，控制误差在允许的范围内。电机主动补偿控制模块f对电机的控制采用主动补偿法，根据对电机输出特性的要求和电机的反馈，设计PID控制***，确定比例、积分、微分参数对电机进行补偿控制，使电机能够满足整车对电机的控制精度要求；

与ABS协调控制模块d根据ABS控制信息协调传统机械制动与电机再生制动的运行。混合动力车辆的制动包括电机再生制动和机械制动两部分，最佳的控制效果是在保证制动强度和制动安全的前提下，最大限度地对制动能量进行回收，以提高整车的燃油经济性，减小机械制动不见的磨损。制动过程中，与ABS协调控制模块d将电机能够提供的制动扭矩大小发送给AMT控制单元5，由AMT控制单元5控制机械制动***提供剩余的制动扭矩。当电机由于故障不能进行再生制动时，AMT控制单元5则控制机械制动***提供全部制动扭矩，保证驾驶员对制动扭矩的要求。当车轮发生抱死，ABS***需要对制动扭矩进行调节时，要求切断驱动***的动力输出，与ABS协调控制模块d控制电机不再进行制动能量回收，以保证行车安全；

发动机怠速停机主动控制模块i使驾驶员在停车等待红灯时，可以根据需要等待的时间判断是否需要关闭发动机。如果需要等待的时间较长，驾驶员通过将换挡手柄12换到空挡位置，延时delta_t后，发动机自动关闭，可以达到消除发动机怠速，节省燃油和降低排放的目的。这种可控的发动机怠速停机控制逻辑可以在不改变驾驶员驾驶习惯的基础上，达到很好的消除发动机怠速的效果；如果需要等待的时间较短，驾驶员可以选择不将换挡手柄(12)换到空挡位置而关闭发动机，待交通信号灯变为绿灯后直接行驶。这可以避免由于采用车速为零时自动关闭发动机的控制方式，遇到红灯时驾驶员刚刚将车停下，就自动关闭发动机，但是此时交通信号灯马上就变为绿灯，驾驶员需要先行启动发动机。这就增加了驾驶员操作步骤，不利于提高城市交通的效率。；

前提条件：mc_on/off＝0，acc_pedal＝0，veh_spd＝0，gear_num＝1→0；

控制参数：eng_on/off＝1→0；

下面通过假设一个典型的城市公交车辆行驶工况，来举例说明本发明所设计的并联式混合动力车辆多能源动力总成控制***所具有的功能：

公交车辆从停车处启动发动机出发向下一个站点行驶并在该站点停车上下乘客，这其中包括启发动机、起车、加速、高速行驶、遇红灯减速停车、等待变灯、加速、高速行驶、减速、停车上下乘客。

在混合动力车辆的这一行驶过程中，本并联式混合动力车辆多能源动力总成控制***控制依次进入下述控制模式：驾驶员打开钥匙门8→整车上电自检(控制模块c)→驾驶员踏下加速踏板11→电机启动发动机(控制模块g)→驾驶员继续踏下加速踏板11→停车充电(控制模块g)→驾驶员将换挡手柄12换到D挡→AMT换挡(控制模块e)→加速踏板11开度较小→发动机驱动车辆行驶并对电池充电(控制模块g)→单独驱动(控制模块g)→加速踏板11开度较大→联合驱动(控制模块g)→加速踏板11开度减小→单独驱动(控制模块g)→驾驶员踏下制动踏板13→制动能量回收(控制模块g和控制模块d)→停车→等待红灯的时间较长，驾驶员将换挡手柄12换到N挡→关闭发动机(控制模块i)→交通信号等变为绿灯，驾驶员踏下加速踏板11→电机启动发动机(控制模块g)→驾驶员将换挡手柄12换到D挡→AMT换挡(控制模块e)→发动机驱动并对电池充电(控制模块g)→单独驱动(控制模g)→联合驱动(控制模块g)→单独驱动(控制模块g)→AMT换挡(控制模块e)→制动能量回收(控制模块g和控制模块d)→停车(控制模块g)。

本发明的积极效果在于能根据并联混合动力车辆的实际行驶状态，对混合动力驱动***进行能量管理和各总成的协调控制，实现整个混合动力驱动***各总成之间最佳的能量分配，同时解决由于车辆驱动***混合动力化所带来的驱动***复杂程度提高和结构变化等一系列问题，最大限度地提高整车的燃油经济性、降低发动机的废气排放，并使整个驱动***可靠而有效地工作，获得整车运行的最佳性能。

附图说明

图1为并联式混合动力车辆整车能量管理与总成协调控制***示意图

其中：I.驱动***各总成之间的通讯部分II.HCU硬件电路III.HCU软件结构IV.控制算法模块1.CAN仪表2.电机控制单元3.发动机控制单元4.电池控制单元、5.AMT控制单元6.AMT控制单元7.车载电源8.钥匙门9.HCU(混合动力整车控制***)10.CAN总线11.加速踏板12.换挡手柄13.制动踏板A.SRAM数据存储器B.Flash程序存储器C.复位电路D.时钟电路E.供电电路F.RS232串行通讯接口电路G..CAN总线接口电路H.模拟输入输出电路I.脉冲输入电路J.数字输入输出电路K.处理器a.硬件底层驱动b.OSEK turbo OS实时操作***c.整车上电自检与故障诊断控制模块d.与ABS协调控制模块e.辅助AMT主动换挡协调控制模块f.电机主动补偿控制模块g.模式切换与能量管理控制模块h.整车状态信息处理与显示控制模块i.发动机怠速停机主动控制模块

图2为整车上电自检控制流程图

图3为辅助AMT换挡控制流程图

图4为电机主动补偿控制***控制规律示意图

图5为与ABS的协调控制的原理示意图

具体实施方式

下面结合附图作进一步说明：

如图1所示：驱动***各总成之间的通讯部分I中，HCU9与驱动***各总成控制单元(包括：CAN仪表1、电机控制单元2、发动机控制单元3、电池控制单元4、AMT控制单元5和ABS控制单元6)通过CAN总线10构成混合动力车辆的车载网络***。整车上电后，HCU9通过车载网络***采集驱动***各总成控制单元的状态信息，以及驾驶员的控制信息(加速踏板11与制动踏板13的开度和换挡手柄12的位置)，为整车能量管理与总成协调控制方法根据车辆的实际运行状态进行最佳控制提供依据。

HCU软件结构III与HCU9硬件电路II(由SRAM数据存储器A、Flash程序存储器B、复位电路C、时钟电路D、供电电路E、RS232串行通讯接口电路F、CAN总线接口电路G、模拟输入/输出电路H、脉冲输入电路I、数字输入/输出电路J和处理器K组成)构成混合动力车辆整车控制***HCU9。

.HCU软件结构III包括硬件底层驱动a、OSEKturbo OS实时操作***b和控制算法模块IV。

硬件底层驱动a对HCU9硬件电路的硬件底层外设进行配置，例如：对CAN总线通讯端口的波特率、位定时、中断以及接受和发送报文的ID和数据位进行设置。此外，将HCU9硬件***采集的整车状态信息赋值给控制算法模块IV相应的变量，另一方面，将控制算法模块IV输出的控制指令转化为相应的控制信号，发送给驱动***各总成控制单元。

OSEK turbo OS实时操作***b提供控制算法模块IV与硬件底层驱动a之间的接口，进行任务管理、资源管理和中断处理等项操作。

控制算法模块IV根据采集的信息，控制算法进入不同的控制模块(即：整车上电自检与故障诊断控制模块c、与ABS协调控制模块d、辅助AMT主动换挡协调控制模块e、电机主动补偿控制模块f、模式切换与能量管理控制模块g、整车状态信息处理与显示控制模块h和发动机怠速停机主动控制模块i)，以适应车辆行驶状态的不断变换并协调驱动***各总成的运行，在保证车辆动力性和安全性的前提下，达到提高燃油经济性和降低排放的目标。

如图2所示，当驾驶员打开钥匙门8后，HCU9上电运行，完成自身的上电自检后，控制算法进入整车上电自检控制逻辑。HCU9通过CAN总线10采集并处理动力电池控制单元4上传的电池状态和故障信息(有无内CAN通讯与绝缘故障和电池温度、SOC、电压与电流)，如果电池状态正常，则通过报文HCU_ESS的ess_cmd指令控制高压继电器开关短时间闭合，以对电机控制单元2短时间供电，使电机控制单元2能够对电机及控制器状态进行自检，并上传状态与故障信息(逆变器和定子温度，以及有无过流、过压、过热、欠压、编码故障、缺相和逆变器故障)。控制算法模块IV根据电机上传的信息，判断电机当前是否能够正常工作，以决定电池是否应该对电机供电。如果电机状态正常，则控制电池的高压继电器闭合，允许电机进行功率分配和其它功能，否则向CAN仪表1发送相应的故障信息。

如图3所示，本发明针对传统车辆的AMT由于结构的改变已不适合混合动力车辆换挡要求的现实情况，利用电机可以快速调速的特性，进行AMT换挡主动同步控制以辅助AMT的调速，缩短换挡时间，提高换挡品质。辅助AMT主动换挡协调控制逻辑的具体实施方法：当AMT控制单元根据车辆行驶的要求，进行换挡时，控制***根据AMT控制单元的换挡指令(if_shifting＝1)和输入轴目标转速(spd_req)，控制电机进入转速控制模式(mc_mode＝1)，使电机驱动AMT的输入轴迅速达到同步所要求的目标转速(spd_req)，以缩短同步时间，改善AMT的换挡品质，提高车辆行驶的平顺性。

根据AMT控制单元的换挡指令(if_shifting＝1)和输入轴目标转速(spd_req)，控制电机进入转速控制模式(mc_mode＝1)。

如图4所示，本发明针对电机的性能特性不能满足整车要求的问题进行了研究，在控制算法的电机控制中采用了对电机的主动补偿控制，具体控制方法如图4所示。本多能源动力总成控制方法采用PID控制主动补偿控制方法对混合动力车辆所用动力电机采取主动补偿控制，根据对电机输出的特性要求和电机的实际反馈对电机进行主动补偿控制，以保证能够在现有电机性能的基础上达到混合动力车辆整车对动力电机控制性能的要求。

如图5所示，本发明在并联式混合动力车辆制动时，如果ABS自检正常允许电机进行再生制动，那么与ABS协调控制模块d根据制动踏板13开度(Brake_pedal)确定所需制动力扭矩brake_trq，再根据电机当前转速确定所对应的最大输出扭矩Tmax。如果brake_trq大于Tmax，电机以100％负荷率进行再生制动，然后向AMT控制单元5发送电机所提供的制动扭矩(Motore_brake_torque)＝Tmax。如果brake_trq小于Tmax，即电机的扭矩输出能够满足车辆制动的要求，则完全由电机进行制动，最大限度地对制动能量进行回收，以提高车辆的燃油经济性，同时向AMT控制单元5发送电机所提供的制动扭矩(Motore_brake_torque)＝brake_trq。当电机提供的制动力不足以满足车辆的制动要求时，由AMT控制单元5根据接电机提供的制动力和制动踏板13所要求的制动压力调节制动***的制动压力，以提供不足的制动力。当电机由于故障等原因不能进行再生制动时，则发送Motore_brake_torque＝0，完全由AMT控制单元5控制制动***对车辆进行制动。当由于车轮抱死等原因，ABS***不允许电机进行再生制动时，发送Motor_state＝0，与ABS协调控制模块d不再根据能量管理策略控制电机进行制动能量的回收，完全由AMT控制单元5对车辆制动进行控制。

Claims (9)

1.一种并联式混合动力车辆整车能量管理与总成协调控制方法，其特征在于根据混合动力车辆的运行状况，分别控制控制算法进入整车上电自检与故障诊断控制模块(c)、与ABS协调控制模块(d)、辅助AMT主动换挡协调控制模块(e)、电机主动补偿控制模块(f)、模式切换与能量管理控制模块(g)、整车状态信息处理与显示模块(h)和发动机怠速停机主动控制模块(i)，以控制混合动力驱动***的能量分配和***各总成的协调运行。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的整车上电自检与故障诊断控制模块(c)包括整车上电自检和行车故障诊断控制步骤。该控制模块是在驾驶员打开钥匙门(8)整车上电和混合动力车辆行驶过程中，根据驱动***各总成上传的状态和故障信息，对驱动***进行故障诊断，保证各总成和车辆成员的安全。

3.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的与ABS协调控制模块(d)是在混合动力车辆制动过程中，根据制动踏板(13)开度、电机所能提供的制动扭矩、电机状态信息和ABS状态信息，与ABS ECU(6)协调控制，在保证行车安全的前提下，最大限度地回收制动能量。如果电机提供的制动力能够满足车辆对制动力的要求，则完全由电机进行再生制动；当电机提供的制动力不足以满足车辆对制动力的要求时，由ABS***根据电机提供的制动力和制动踏板所要求的制动力调节制动***的制动压力，以提供不足的制动力。当电机由于故障等原因不能进行再生制动时，则完全由ABS***控制制动***对车辆进行制动；当车轮发生抱死，ABS***不允许进行再生制动时，不再根据能量管理策略控制电机进行制动能量的回收，完全由ABS***对车辆制动进行控制。

4.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的辅助AMT主动换挡协调控制模块(e)是在换挡过程中，利用电机响应迅速的性能特性，控制电机在AMT换挡过程中，对AMT输入轴端进行调速，使AMT的输入轴迅速达到与输出轴同步所要求的转速，进行辅助AMT主动换挡协调控制，缩短换挡时间，改善AMT的换挡品质。

5.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的电机主动补偿控制模块(f)是针对当前电机的性能特性不能满足整车性能要求的现实情况，对电机的输出特性进行主动补偿控制，根据对电机输出特性的要求和电机的反馈，设计PID控制器，确定比例、积分、微分参数对电机进行补偿控制，使电机能够满足整车对电机的控制精度要求。

6.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的模式切换与能量管理控制模块(g)是采用逻辑门限值控制策略，利用混合动力车辆消除怠速、发动机工作区域控制和再生制动能量回收的节能机理，在混合动力车辆实际运行过程中，根据驾驶员的操作(加速踏板(10)和制动踏板(11)开度)和车辆的行驶状态控制混合动力驱动***的运行，分别控制驱动***进入发动机单独驱动、联合驱动、纯电动、对电池充电和再生制动等主要工作模式，以及跛行回家、电机启动发动机和停车充电等辅助工作模式，以适应车辆不断变化的运行状态，降低整车行驶的油耗和排放。

7.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的整车状态信息处理与显示模块(h)是根据HCU(9)通过CAN总线(10)采集的混合动力驱动***各总成的状态信息，实时分析处理整车运行的状态信息，并将发动机与电机的工作点、整车行驶实时油耗、电池状态(SOC、电流、电压和温度等)、AMT挡位和电机状态等信息发送到仪表板上的CAN仪表(1)上，使驾驶员能实时掌握整车的运行状态。

8.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的发动机怠速停机主动控制模块(i)是使驾驶员在停车等待时，可以根据需要等待的时间判断是否需要关闭发动机。如果需要等待的时间较长，驾驶员通过将换挡手柄(12)换到空挡位置，延时delta_t后，发动机自动关闭，可以达到消除发动机怠速，节省燃油和降低排放的目的。这种可控的发动机怠速停机控制逻辑可以在不改变驾驶员驾驶习惯的基础上，达到消除发动机怠速的效果。

9.按权利要求5所述的方法，其特征在于确定PID控制器各参数的***特征方程为：

$\frac{{T_m}^{\′}\left(s\right)}{T_m\left(s\right)}=\frac{K_p{\mathrm{\λ}}_{m1}[T_d{s}^2+s+\frac{1}{T_1}]}{(1+K_p{\mathrm{\λ}}_{m1}{T}_d)s^2+({\mathrm{\λ}}_{m2}+K_p{\mathrm{\λ}}_{m1})s+K_p{\mathrm{\λ}}_{m1}\frac{1}{T_1}}$

式中，T_m——要求电机输出的转矩

T’_m——实际电机的工作转矩

K_p——比例系数

T₁——积分时间常数

T_d——微分时间常数。

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