CN102381178B - 插电式混合动力汽车动力***及其再生制动控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种插电式混合动力汽车动力***，前驱动电机为起动发电一体机(12)；所述的动力***还设有后驱动电机(11)，所述的后驱动电机(11)与高压电池(8)连接。本发明还提供了该动力***采用的再生制动控制方法。采用上述技术方案，对四驱插电式混合动力车采用基于优先级的方式，在再生制动过程中进行前后驱电机制动力矩的分配，在保证安全性的同时，提高了整车的经济性；成本低、易于实现、可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于混合动力汽车的技术领域，涉及其动力***的技术，更具体地说，本发明涉及一种插电式混合动力汽车动力***。另外，本发明还涉及该动力***采用的再生制动控制方法。
背景技术
能源危机和环境恶化已成为制约全球发展重要因素。研究节能、环保的汽车是缓解能源压力、降低环境污染的有效手段之一。由于插电式混合动力车是当前最具可行性的新能源汽车方案之一，国内外大部分汽车厂商都进行了插电式混合动力汽车的开发。插电式混合动力车(PHEV)，具有的典型特征为：
1、外接充电功能，可以从电网获取电能；
2、纯电动行驶功能；
3、发动机与电机进行能量混合的功能，优化***效率；
4、再生制动功能，可以获取整车制动过程中的能量；
与纯电动汽车(EV)比较，PHEV能有效解决续驶里程的问题；与不具外接充电特征的混合动力汽车比较(HEV)，PHEV具有更强的电动行驶能力，能有效的提高整车经济性、降低整车排放。由此可见PHEV兼顾了纯电动汽车和混合动力车的优点，是目前最具产业化前景的新能源汽车方案之一。
PHEV再生制动功能将制动过程中的能量进行回收，在驱动过程中激将回收的能量释放出来，是影响整车经济性的重要因素之一。
发明内容
本发明提供一种插电式混合动力汽车动力***，其目的是提高PHEV的整车经济性能。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
本发明所提供的插电式混合动力汽车动力***，所述的插电式混合动力汽车设有整车控制器、CAN总线、制动踏板、加速踏板，所述的动力***设有前驱动的发动机及自动变速箱、前驱动电机，所述的前驱动电机与高压电池连接，所述的前驱动电机为起动发电一体机；所述的动力***还设有后驱动电机，所述的后驱动电机与所述的高压电池连接。
所述的动力***设有踏板开关，所述的踏板开关与所述的整车控制器连接。
所述的动力***设有档位检测器，所述的档位检测器与所述的整车控制器连接。
所述的高压电池通过电池管理***与所述的CAN总线连接。
所述的动力***设有制动控制器，所述的制动控制器与所述的CAN总线连接。
所述的起动发电一体机的电力电路通过前驱动电机控制器与所述的高压电池连接。
所述的前驱动电机控制器的控制电路与所述的CAN总线连接。
所述的后驱动电机的电力电路通过后驱动电机控制器与所述的高压电池连接。
所述的后驱动电机控制器的控制电路与所述的CAN总线连接。
所述的自动变速箱通过自动变速器控制单元与所述的CAN总线连接。
所述的发动机通过发动机控制器与所述的CAN总线连接。
本发明还提供了以上所述的插电式混合动力汽车动力***采用的再生制动控制方法，其技术方案是：
整车控制器首先检测驾驶员的档位请求，若当前为空档请求，则不进行再生制动；
若当前不是空档请求，则判断当前车辆是否处于滑移状态，若当前车辆处于滑移状态，则不进行再生制动；
若当前车辆未处于滑移状态，则判断高压电池是否联接，若高压电池未处于联接状态，则不进行再生制动；
若当前高压电池处于联接状态，则判断***是否有相关故障，若***没有相关故障，则不进行再生制动；
若***没有相关故障，则判断驾驶员是否松开了加速踏板，若驾驶员未松开加速踏板，则不进行再生制动；
若驾驶员松开加速踏板，则判断制动踏板状态，若驾驶员踩下制动踏板，则进入强制制动状态；若驾驶员未踩制动踏板，则进入自然制动状态；
在进入强制制动状态或者进入自然制动状态后，计算完再生制动扭矩请求，进一步对再生制动扭矩进行分配。
在所述的自然制动状态中，整车控制器判断车速是否小于或等于V1，如果车速小于或等于V1，则将再生制动请求扭矩置位零；如果车速大于V1，则进行再生制动请求扭矩计算，计算方法为根据车速查表，该请求扭矩为车轮驱动轴扭矩；所述的V1为***设定的退出再生制动的车速值。
在所述的再生制动扭矩进行分配中，整车控制器将自然制动状态中得到的再生制动请求扭矩与当前驱动轴转速相乘，得到再生制动请求功率A，对再生制动请求功率A进行限制，防止过大的充电功率对电池造成损坏，其方法为把再生制动请求功率A与电池允许充电功率进行比较，取较小者作为限制后的再生制动请求功率，从而得到再生制动请求功率B；以再生制动请求功率B除以驱动轴转速，得到经过限制的再生制动扭矩请求值T。
在所述的强制制动状态中，整车控制器判断车速是否小于或等于V1，如果车速小于或等于V1，则将再生制动请求扭矩置位零；如果车速大于V1，则判断是否接收到来自制动控制器的再生制动扭矩请求，如果是，则将自制动控制器的请求扭矩置为再生制动请求扭矩；若未接受到自制动控制器的再生制动扭矩请求，则通过车速查表求得再生制动请求扭矩，该请求扭矩为车轮驱动轴扭矩；所述的V1为***设定的退出再生制动的车速值。
在所述的再生制动扭矩进行分配中，整车控制器将强制制动状态中得到的再生制动请求扭矩与当前驱动轴转速相乘，得到再生制动请求功率A，对再生制动请求功率A进行限制，防止过大的充电功率对电池造成损坏，其方法为把再生制动请求功率A与电池允许充电功率进行比较，取较小者作为限制后的再生制动请求功率，从而得到再生制动请求功率B；以再生制动请求功率B除以驱动轴转速，得到经过限制的再生制动扭矩请求值TA。
本发明采用上述技术方案，对四驱插电式混合动力车采用基于优先级的方式，在再生制动过程中进行前后驱电机制动力矩的分配，在保证安全性的同时，提高了整车的经济性；成本低、易于实现、可靠性高。
附图说明
下面对本说明书各幅附图所表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为四驱***式电动汽车***结构图；
图2为再生制动控制流程图；
图3为自然制动控制过程图；
图4为强制制动控制过程图；
图5为再生制动扭矩分配示意图。
图中标记为：
1、整车控制器(VMS)，2、后轮，3、电池管理***(BMS)，4、后驱动差速器，5、发动机控制器(EMS)，6、自动变速器控制单元(TCU)，7、制动控制器(BCU)，8、高压电池，9、后驱动电机控制器(MCU2)，10、前驱动电机控制器(MCU1)，11、后驱动电机，12、起动发电一体机(ISG)，13、发动机，14、踏板开关，15、自动变速箱(AMT)，16、前轮，17、前驱动差速器，18、制动踏板，19、加速踏板，20、档位检测器(PRND)，21、CAN总线；
32、驾驶员的档位请求，33、车辆是否处于滑移状态，34、高压电池是否联接，35、***是否有相关故障，36、驾驶员是否松开了加速踏板，37、制动踏板状态，38、强制制动状态，39、自然制动状态，40、再生制动扭矩进行分配；41、车速是否小于或等于V1，42、请求扭矩置位零，43、再生制动请求扭矩计算；44、车速是否小于或等于V1，45、是否接收到BCU的再生制动扭矩请求，46、通过车速查表求得再生制动请求扭矩，47、将BCU的请求扭矩置为再生制动请求扭矩，48、再生制动请求扭矩置位零；49、再生制动请求功率，50、限制后的再生制动请求功率，51、再生制动扭矩请求值，52、判断，53、判断，54、赋值，55、赋值，56、赋值。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
如图1所表达的本发明的结构，为一种插电式混合动力汽车动力***，所述的插电式混合动力汽车设有整车控制器1、CAN总线21、制动踏板18、加速踏板19，所述的动力***设有前驱动的发动机13及自动变速箱15(AMT)、前驱动电机，所述的前驱动电机与高压电池8连接。
本发明还提出一种四驱插电式混合动力车再生制动控制方法。
该四驱PHEV能实现多种行驶模式，包括纯电动模式(EV)、串联模式、并联模式、再生制动模式。由于车辆有发动机13、ISG电机(即起动发电一体机12)及后驱动电机11三个动力源，这三者不仅具备驱动的能力，还具备制动的能力，因此在进行再生制动时，如何合理的分配制动力是四驱混合动力的核心控制技术之一。
为了解决在本说明书背景技术部分所述的目前公知技术存在的问题并克服其缺陷，实现提高PHEV的整车经济性能的发明目的，本发明采取的技术方案为：
如图1所示，本发明所提供的插电式混合动力汽车动力***，所述的前驱动电机为起动发电一体机12(即图中的ISG)；所述的动力***还设有后驱动电机11，所述的后驱动电机11与所述的高压电池8连接。
本发明提出了一种再生制动控制方法，该方法能有效提高PHEV的整车经济性能。其技术方案的构思是：整车控制器检测驾驶员的制动踏板请求、加速踏板请求以及档位请求，来判断是否进行再生制动，在进行再生制动扭矩计算时根据BCU及车速计算再生制动请求扭矩，然后进行前后驱动电机的制动力矩分配。
ISG是汽车起动发电一体机，直接集成在发动机主轴上，就是直接以某种瞬态功率较大的电机替代传统的启动电机，在起步阶段短时替代发动机驱动汽车，并同时起到启动发动机的作用，减少发动机的怠速损耗和污染，正常行使时，发动机驱动车辆，该电机断开或者起到发电机的作用，刹车时，该电机还可以起到再生发电，回收制动能量的节能效果。总之这是一种介于混合动力和传统汽车之间的一种成本低廉的节能和环保方案。
一般而言，四驱PHEV的再生制动有两个阶段组成，即自然制动和强制制动两部分：
1、自然制动功能：也称滑行制动，是指驾驶员在驾驶过程中，松开加速踏板，发动机13或电机对整车施加一定的制动力，使整车具有一定的制动减速度；
2、强制制动：是指驾驶员在行驶过程中有较强的制动意图，通过踩制动踏板请求制动力，此时电机会施加更大的制动力矩，以回收更多的能量。
在进行再生制动控制时，需要考虑到电机、电池以及发动机的状态，然后进行再生制动力的分配。
在进行分配时，后驱动具有最高的优先级；当后驱动电机11不能满足再生制动需求时，需要将多余的制动力矩需求分配给前驱动的起动发电一体机12(ISG电机)及发动机13。
进行再生制动时，需要考虑整车舒适性的需求，避免制动减速度过大或过小引起的不舒适感。同时，还需要考虑安全性的需求，所施加的再生制动扭矩不应该引起车辆的不稳定，前后轮所施加的制动扭矩应该在制动控制器7所允许的范围之内。
制动控制器7(BCU)负责与整车控制器1(VMS)进行通信，并实时发送再生制动力矩请求，同时需要对车辆滑移率进行检测，保证车辆的最佳制动性能以及制动安全；当其处于激活状态时会向整车控制器1发送其状态信息，从而使整车控制器1停止再生制动。
制动控制器7一般指ABS或ESP，统称为BCU。当车轮出现抱死时，应该退出再生制动模式。
图1为四驱***式电动汽车***结构图。还包括以下部分：
所述的动力***设有踏板开关14，所述的踏板开关14与所述的整车控制器1连接。
整车控制器1(VMS)检测驾驶员的加速踏板19及制动踏板18的需求，解释出驾驶员的驱动请求和制动请求，其中驾驶员是否施加制动踏板18是通过踏板开关14检测的。
所述的动力***设有档位检测器20(PRND)，所述的档位检测器20(PRND)与所述的整车控制器1连接。驾驶员的档位请求是通过档位检测器20(PRND)检测的。
所述的高压电池8通过电池管理***3(BMS)与所述的CAN总线21连接。
所述的动力***设有制动控制器7，所述的制动控制器7与所述的CAN总线21连接。
所述的起动发电一体机12的电力电路通过前驱动电机控制器10(MCU1)与所述的高压电池8连接。
所述的前驱动电机控制器10的控制电路与所述的CAN总线21连接。
所述的后驱动电机11的电力电路通过后驱动电机控制器9(MCU2)与所述的高压电池8连接。
整车控制器1(VMS)向前驱动电机控制器10(MCU1)发送驱动或发电指令，前驱动电机控制器10(MCU1)控制起动发电一体机12(ISG)实现整车控制器1(VMS)扭矩请求。
整车控制器1(VMS)向后驱动电机控制器9(MCU2)发送驱动或发电指令，MCU2控制后驱动电机实现扭矩指令。整车控制器1(VMS)通过与发动机控制器5(EMS)通信，可以实现发动机13的起停及扭矩控制。
所述的后驱动电机控制器9的控制电路与所述的CAN总线21连接。
所述的自动变速箱15(AMT)通过自动变速器控制单元6(TCU)与所述的CAN总线21连接。
自动变速器控制单元6(TCU)为自动变速箱15(AMT)的控制单元，实现自动换档功能。自动变速器控制单元6(TCU)检测高压电池8的状态并向整车控制器1(VMS)实时反映，自动变速器控制单元6(TCU)需要计算当前高压电池8能接受的最大功率或电流，并将此信号发送给整车控制器1。
所述的发动机13通过发动机控制器5(EMS)与所述的CAN总线21连接。
本发明提供的四驱插电式混合动力车的前驱动部分采用发动机13与集成式ISG电机(即起动发电一体机12)同轴并联，并通过自动变速器15(AMT)将动力传递至前驱动差速器17，再传递至前轮16；后驱部分由后驱动电机11与固定速比变速器构成，将动力传递至后驱动差速器4，再传递至后轮2。
VMS、BMS、MCU1、MCU2、EMS、TCU及BCU之间才有CAN总线进行相互通信。
本发明还提供了以上所述的插电式混合动力汽车动力***采用的再生制动控制方法，其技术方案如图2：再生制动控制流程图所示。
其控制过程如下：
整车控制器1首先检测驾驶员的档位请求32，若当前为空档请求，则不进行再生制动；
若当前不是空档请求，则判断当前车辆是否处于滑移状态33，若当前车辆处于滑移状态，则不进行再生制动；
若当前车辆未处于滑移状态，则判断高压电池8是否联接34，若高压电池8未处于联接状态，则不进行再生制动；
若当前高压电池8处于联接状态，则判断***是否有相关故障35，若***没有相关故障，则不进行再生制动；
若***没有相关故障，则判断驾驶员是否松开了加速踏板36，若驾驶员未松开加速踏板19，则不进行再生制动；
若驾驶员松开加速踏板19，则判断制动踏板状态37，若驾驶员踩下制动踏板19，则进入强制制动状态38；若驾驶员未踩制动踏板19，则进入自然制动状态39；
在进入所述的强制制动状态38或者所述的进入自然制动状态39后，计算完再生制动扭矩请求，进一步对再生制动扭矩进行分配40。
计算完再生制动扭矩请求后，在步骤40中会进一步对再生制动扭矩进行分配，其分配过程参见图5。若在过程32、33、34、35、36中判断为否则停止再生制动控制。
自然制动控制过程见图3所示。
在所述的自然制动状态39中，整车控制器1判断车速是否小于或等于V1(即图中步骤41)，如果车速小于或等于V1，则将再生制动请求扭矩置位零42(请求零扭矩)；如果车速大于V1，则进行再生制动请求扭矩计算43，计算方法为根据车速查表，该请求扭矩为车轮驱动轴扭矩；所述的V1为***设定的退出再生制动的车速值。
图5为再生制动扭矩分配示意图。
在所述的再生制动扭矩进行分配40中，整车控制器1将自然制动状态39中得到的再生制动请求扭矩与当前驱动轴转速相乘，得到再生制动请求功率A，即图中再生制动请求功率49，对再生制动请求功率A进行限制，防止过大的充电功率对电池造成损坏，其方法为把再生制动请求功率A与电池允许充电功率进行比较，取较小者作为限制后的再生制动请求功率50，从而得到再生制动请求功率B；以再生制动请求功率B除以驱动轴转速，得到经过限制的再生制动扭矩请求值TA，即再生制动扭矩请求值51。
在判断52中，判断再生制动扭矩请求值A是否超过了后驱动电机最大允许扭矩T_tm_max；如果没有，则进入图中的赋值56，将再生制动请求扭矩值A赋值给后驱动电机轴端请求扭矩T_tm，此时前驱动电机及发动机不参与制动。如果判断52中的判断成立，则进入判断53，在判断53中判断再生制动请求扭矩值A与T_tm_max的差值是否大于发动机制动扭矩T_eng_brk与ISG电机最大允许扭矩T_isg_max之和，如果判断不成立，则进行赋值55，后驱动电机轴端请求扭矩T_tm置为T_tm_max，同时将前驱动ISG电机的轴端请求扭矩设为：再生制动扭矩请求值A-T_tm_max-T_eng_brk，若在判断53中的判断成立，则进入赋值54，将后驱动电机和前驱ISG的请求扭矩都置为其最大允许扭矩，也就是T_tm＝T_tm_max，T_isg＝T_isg_max。
强制制动控制过程见图4所示。
在所述的强制制动状态38中，整车控制器1判断车速是否小于或等于V1(图中步骤44)，如果车速小于或等于V1，则将再生制动请求扭矩置位零48；如果车速大于V1，则判断是否接收到BCU的再生制动扭矩请求45(即来自制动控制器7的再生制动扭矩请求)，如果是，则将BCU的请求扭矩置为再生制动请求扭矩47(将自制动控制器7的请求扭矩置为再生制动请求扭矩)；若未接受到自制动控制器7的再生制动扭矩请求，则通过车速查表求得再生制动请求扭矩46，该请求扭矩为车轮驱动轴扭矩；所述的V1为***设定的退出再生制动的车速值。
仍然如图5所示：
在所述的再生制动扭矩进行分配40中，整车控制器1将强制制动状态38中得到的再生制动请求扭矩与当前驱动轴转速相乘，得到再生制动请求功率A，即图中再生制动请求功率49，对再生制动请求功率A进行限制，防止过大的充电功率对电池造成损坏，其方法为把再生制动请求功率A与电池允许充电功率进行比较，取较小者作为限制后的再生制动请求功率50，从而得到再生制动请求功率B；以再生制动请求功率B除以驱动轴转速，得到经过限制的再生制动扭矩请求值TA，即再生制动扭矩请求值51。
然后如上所述，进入判断52后的步骤。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (1)
1.一种插电式混合动力汽车动力***的再生制动控制方法，所述的插电式混合动力汽车设有整车控制器（1）、CAN总线（21）、制动踏板（18）、加速踏板（19），所述的动力***设有前驱动的发动机（13）及自动变速箱（15）、前驱动电机，所述的前驱动电机与高压电池（8）连接；
所述的前驱动电机为起动发电一体机（12）；所述的动力***还设有后驱动电机（11），所述的后驱动电机（11）与所述的高压电池（8）连接；
所述的动力***设有踏板开关（14），所述的踏板开关（14）与所述的整车控制器（1）连接；
所述的动力***设有档位检测器（20），所述的档位检测器（20）与所述的整车控制器（1）连接；
所述的高压电池（8）通过电池管理***（3）与所述的CAN总线（21）连接；
所述的动力***设有制动控制器（7），所述的制动控制器（7）与所述的CAN总线（21）连接；
其特征在于所述的再生制动控制方法为：
整车控制器（1）首先检测驾驶员的档位请求（32），若当前为空档请求，则不进行再生制动；
若当前不是空档请求，则判断当前车辆是否处于滑移状态（33），若当前车辆处于滑移状态，则不进行再生制动；
若当前车辆未处于滑移状态，则判断高压电池（8）是否联接（34），若高压电池（8）未处于联接状态，则不进行再生制动；
若当前高压电池（8）处于联接状态，则判断***是否有相关故障（35），若***没有相关故障，则不进行再生制动；
若***没有相关故障，则判断驾驶员是否松开了加速踏板（36），若驾驶员未松开加速踏板（19），则不进行再生制动；
若驾驶员松开加速踏板（19），则判断制动踏板状态（37），若驾驶员踩下制动踏板（19），则进入强制制动状态（38）；若驾驶员未踩制动踏板（19），则进入自然制动状态（39）；
在进入强制制动状态（38）或者进入自然制动状态（39）后，计算完再生制动扭矩请求，进一步对再生制动扭矩进行分配（40）；
在所述的自然制动状态（39）中，整车控制器（1）判断车速是否小于或等于V1，如果车速小于或等于V1，则将再生制动请求扭矩置位零；如果车速大于V1，则进行再生制动请求扭矩计算，计算方法为根据车速查表，该请求扭矩为车轮驱动轴扭矩；所述的V1为***设定的退出再生制动的车速值；
在所述的再生制动扭矩进行分配（40）中，整车控制器（1）将自然制动状态（39）中得到的再生制动请求扭矩与当前驱动轴转速相乘，得到再生制动请求功率A，对再生制动请求功率A进行限制，防止过大的充电功率对电池造成损坏，其方法为把再生制动请求功率A与电池允许充电功率进行比较，取较小者作为限制后的再生制动请求功率，从而得到再生制动请求功率B；以再生制动请求功率B除以驱动轴转速，得到经过限制的再生制动扭矩请求值T；
在所述的强制制动状态（38）中，整车控制器（1）判断车速是否小于或等于V1（44），如果车速小于或等于V1，则将再生制动请求扭矩置位零；如果车速大于V1，则判断是否接收到来自制动控制器（7）的再生制动扭矩请求（45），如果是，则将自制动控制器（7）的请求扭矩置为再生制动请求扭矩（47）；若未接受到自制动控制器（7）的再生制动扭矩请求，则通过车速查表求得再生制动请求扭矩（46），该请求扭矩为车轮驱动轴扭矩；所述的V1为***设定的退出再生制动的车速值；
在所述的再生制动扭矩进行分配（40）中，整车控制器（1）将强制制动状态（38）中得到的再生制动请求扭矩与当前驱动轴转速相乘，得到再生制动请求功率A，对再生制动请求功率A进行限制，防止过大的充电功率对电池造成损坏，其方法为把再生制动请求功率A与电池允许充电功率进行比较，取较小者作为限制后的再生制动请求功率，从而得到再生制动请求功率B；以再生制动请求功率B除以驱动轴转速，得到经过限制的再生制动扭矩请求值TA。
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