CN103660913A - 一种单轴并联混合动力客车能量分配方法 - Google Patents

一种单轴并联混合动力客车能量分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明揭示了一种单轴并联混合动力客车能量分配方法，根据城市公交客车的车速-时间历史统计信息制定一组道路工况，并针对每一种道路工况制定相对应的一套优化控制参数；在车辆行驶过程中自动采集行驶参数判断对应的道路工况，并由整车控制器采取相应的优化控制参数及能量分配模式，优化调整车辆电机和发动机的扭矩输出及能量回收。本发明能对运行在城市公交单轴混合动力客车能源进行合理的分配，在搭载AMT变速箱的情况下，不仅满足了整车的动力性，更重要的是有效地减少了燃油的消耗和污染物的排放，提高了燃油经济性。

Description

一种单轴并联混合动力客车能量分配方法
技术领域
本发明涉及一种汽车的能量分配方法，尤其涉及一种单轴并联混合动力客车能量分配方法，属于混合动力汽车的技术领域。
背景技术
随着能源紧缺的预警逐渐增强，以及越来越庞大的城市交通燃油消耗带来的巨大压力。包括混合动力在内的新能源汽车已经成为各个国家研究的重点对象。混合动力客车由于良好的燃油经济性和排放性，在未来的一个时期内具有很大的应用空间和发展潜力。混合动力汽车，是指车辆驱动系由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系单独或共同提供。混合动力车辆的节能、低排放等特点引起了汽车界的极大关注并成为汽车研究与开发的一个重点。
混合动力的整车能量管理控制策略是决定混合动力客车是否具有良好的燃油经济性和排放性的一个关键因素。针对大中城市复杂的交通工况怎么通过控制策略合理分配电机和发动机的扭矩输出，成为设计单轴混合动力客车整车能量分配方法设计的目标。 
发明内容
鉴于上述现有技术及应用现状存在的缺陷，本发明的目的是提出一种在车辆行驶工程中，能够根据对车辆行驶参数的采集，自动选择对应的道路工况，从而采取相应的能量管理策略的单轴混合动力客车能量分配方法，以解决目前单轴并联混合动力客车整车能量分配策略工况适应性差的问题。
本发明的上述一个目的在于提供一种单轴并联混合动力客车能量分配方法，包括以下步骤：
Ⅰ、根据城市公交客车的车速-时间历史统计信息制定一组道路工况，并针对每一种道路工况制定相对应的一套优化控制参数；
Ⅱ、在车辆行驶过程中自动采集行驶参数判断对应的道路工况，并由整车控制器采取相应的优化控制参数及能量分配模式，优化调整车辆电机和发动机的扭矩输出及能量回收。
进一步的，前述的单轴并联混合动力客车能量分配方法，所述能量分配模式包括：
停机模式，混合动力客车在停车时，发动机停机以取消怠速工况，在车辆启动前进行上电自检初始化，检测车辆的初始状态，正常则启动汽车进入驱动模式；
驱动模式，包括，低负荷区：动力电池电量SOC大于电池标定电量下限值SOClow，且车辆驱动扭矩小于电机能提供的最大扭矩，车辆采用纯电动驱动，通过整车控制器HCU控制，分离离合器，发动机关闭，动力电池给电机供电；动力电池电量SOC小于电池标定电量下限值SOClow，车辆实行纯发动机驱动，结合离合器，并进行行车充电；
优化区：当车辆驱动扭矩大于发动机高效率区最低扭矩曲线值，且小于等于高效率区最优经济扭矩曲线值时，通过整车控制器HCU控制，结合离合器，启动发动机，进行发动机单独驱动；动力电池的当前电量低于标定电量的下限值，则发动机带动电机，进行行车充电模式；当车辆驱动扭矩大于高效率区最优经济扭矩曲线，且小于等于发动机高效率区最高扭矩曲线值时，将发动机扭矩控制在最优经济曲线处，其余扭矩由电机提供，车辆实行联合驱动；
高负荷区：当车辆驱动扭矩大于发动机高效率区最高扭矩曲线值时，通过整车控制器HCU结合离合器，在动力电池满足标定变量的前提下，电机提供最大扭矩，其余由发动机提供，车辆实行纯发动机驱动；
制动模式，车辆驱动扭矩归零，并采用制动措施降低混合动力客车动能；
以及跛行回家模式，控制***故障，整车控制器HCU控制发动机进入故障运行模式，车辆继续安全运行直至到达终点进行故障处理。。
进一步的，前述的单轴并联混合动力客车能量分配方法，所述所述制动模式为纯机械制动：车辆动力电池的当前电量等于标定电量的上限值时，车辆进行纯机械制动，动能全部转换为热能消耗。
进一步的，前述的单轴并联混合动力客车能量分配方法，所述制动模式为能量回收制动：车辆动力电池的当前电量小于标定电量的上限值，车辆根据制动强度，合理分配电机再生制动力矩与机械制动力矩，此时电机成为发动机，动力电池处于充电状态。
进一步的，前述的单轴并联混合动力客车能量分配方法，所述整车的实时能量分配的设定方法包括以下步骤： 
Ⅰ、车辆接电进行初始化检测，判断整车状况；仪表上提示故障码，则进行停车故障处理，仪表显示正常，则车辆进入驱动模式或制动模式；
Ⅱ、车辆进入启动模式，***自动判断动力电池电量SOC；动力电池电量SOC小于电池标定电量下限值SOClow，则进行发动机驱动，同时，整车控制器向电机控制器发送请求电机负扭矩信号，向电池控制器发送充电信号，即进入行车充电模式；***判断动力电池电量SOC大于电池标定电量下限值SOClow，则进行纯电动驱动；
Ⅲ、车辆在行驶工程中，通过整车控制器，进行车速、转速信号的采集，分析信号数据，进行道路工况选择，进入整车能量分配管理状态，在车辆遇长时间红灯或停车时，则进入停机模式，此时发动机关闭，再次起动时，车辆直接进入驱动模式，车辆在减速时，则进入制动模式。
本发明其较之于现有技术所具有的突出有益效果为：
本发明提供的单轴并联混合动力客车的能量分配方法，通过对城市公交客车的车速-时间历史统计信息的分析，对行驶参数的采集，智能选择道路工况，确定相应的控制参数，从而进行整车的能量分配。该种能量分配方法，在保证实现单轴并联混合动力客车各种工作模式切换运行的同时，对行驶时的整车控制策略更好的适应了当时的交通工况，进一步提高了整车的燃油经济性和排放性。本发明对于城市混合动力客车的工况适应性、整车燃油经济性及排放性均有明显的改善，具有显著的技术效果。
附图说明
图1是本发明的流程框图。
图2是本发明的驱动模式的流程图。
图3是本发明的制动模式的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种单轴并联混合动力客车能量分配方法，如图1、图2及图3所示：针对目前单轴并联混合动力客车整车能量分配策略工况适应性差的特点，根据城市公交客车的车速-时间历史统计信息，制定了道路工况***。车辆在行驶工程中，根据对车辆行驶参数的采集，自动选择对应的道路工况，从而采取相应的能量管理策略。
对不同的道路工况和整车状况，设定整车的实时能量分配方法：
车辆上电进行初始化检测，判断整车的状况是否正常。若在仪表上提示故障码，则进行停车故障处理。若正常，则车辆进入驱动模式或制动模式。
进一步的，车辆进入启动模式，***自动判断动力电池的电量，若动力电池电量SOC小于电池标定电量下限值SOClow，则进行发动机驱动，整车控制器HCU对离合器控制进行控制，结合离合器，进行发动机驱动。同时，整车控制器HCU向电机控制器发送请求电机负扭矩信号，向电池控制器发送充电信号，进入行车充电模式，此时，车辆起步成功。
进一步的，车辆在行驶工程中，通过整车控制器HCU，进行车速、转速等信号的采集，分析这些信号，进行道路工况选择，同时，由于每一工况对应一组整车控制参数，之后进入整车能量分配管理状态。在车辆遇到长时间的红灯或者停车时，车辆进入停机模式，此时发动机关闭。等到再次起动时，车辆就直接进入驱动模式。
进一步的，车辆进入驱动模式低负荷区，***判断动力电池电量SOC大于电池标定电量下限值SOClow，则进行电动驱动。此时整车控制器向发动机控制器发送关闭发动机信号，分离离合器，向电机控制器发送电机正扭矩信号，进行纯电动模式。
进一步的，随着车速的提高，车辆进入驱动模式优化区。当驱动当车辆驱动扭矩TD大于发动机高效率区最低扭矩曲线值T1且小于等于高效率区最优经济扭矩曲线值Topt时，整车控制器向发动机控制器发送起动发动机信号，结合离合器，向电机控制器发送关闭电机进行发动机单独驱动。若动力电池的当前电量低于标定电量的下限值，则起动电机，给予负扭矩，进行行车充电模式。当车辆驱动扭矩TD大于高效率区最优经济扭矩曲线值Topt且小于等于发动机高效率区最高扭矩曲线值T2时，此时整车控制器通过给发动机控制发送信号，将发动机扭矩控制在最优经济曲线值Topt处，其余扭矩均由电机提供，此时车辆实行联合驱动。
进一步的，车辆行驶进入驱动模式高负荷区。车辆驱动扭矩TD大于发动机高效率区最高扭矩曲线值T2，整车控制器向电机控制器发送请求电机提供最大扭矩信号，而其余扭矩全部由发动机提供。此时，车辆实行联合驱动。
车辆在减速时，要进入制动模式，如图3所示。首先整车控制器根据接收的制动踏板信号，判断是否为紧急制动。若为紧急制动，则进行纯机械制动模式。若不为紧急制动，则判断动力电池电量是否达到电池标定电量上限值SOChigh，若未达到，则进行制动能量回收模式。整车控制器控制分离离合器，向电机控制器发动请求电机负扭矩信号，此时车辆进行制动能量回收，动力电池开始充电。
当车辆在驱动、制动的过程中，若出现故障，车辆进入跛行回家模式。此时，整车控制器控制发动机进入故障运行模式，能保证车辆继续安全运行一段时间，到达终点进行故障处理。
使用本发明的能量分配方法，首先要调查建立道路工况***，制定出不同道路工况***的控制参数。在车辆行驶过程中，实时采集行驶参数，对道路工况自动选择，利用控制参数的改变实行相应的能量管理控制策略，将电机和发动机的扭矩输出控制到最佳状态，最终优化了混合动力整车的燃油经济性和排放性。车辆采用单轴并联构型，动力链上依次为发动机、离合器、电机和机械式自动变速箱，电机与动力电池通过电机控制器相连，电池控制器控制动力电池，各个部件控制单元通过CAN总线与整车控制器HCU实现相互通信。该结构的单轴并联混合动力客车可以实现纯电机驱动、纯发动机驱动、混合驱动、行车充电及制动能量回收五种工作模式。
本发明提供的单轴并联混合动力客车的能量分配方法，通过对城市公交客车的车速-时间历史统计信息的分析，对行驶参数的采集，智能选择道路工况，确定相应的控制参数，从而进行整车的能量分配。该种能量分配方法，在保证实现单轴并联混合动力客车各种工作模式切换运行的同时，对行驶时的整车控制策略更好的适应了当时的交通工况，进一步提高了整车的燃油经济性和排放性。本发明对于城市混合动力客车的工况适应性、整车燃油经济性及排放性均有明显的改善，具有显著的技术效果。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种单轴并联混合动力客车能量分配方法，其特征在于包括以下步骤：
Ⅰ、根据城市公交客车的车速-时间历史统计信息制定一组道路工况，并针对每一种道路工况制定相对应的一套优化控制参数；
Ⅱ、在车辆行驶过程中自动采集行驶参数判断对应的道路工况，并由整车控制器采取相应的优化控制参数及能量分配模式，优化调整车辆电机和发动机的扭矩输出及能量回收。
2.根据权利要求1所述的单轴并联混合动力客车能量分配方法，其特征在于：所述能量分配模式包括：
停机模式，混合动力客车在停车时，发动机停机以取消怠速工况，在车辆启动前进行上电自检初始化，检测车辆的初始状态，正常则启动汽车进入驱动模式；
驱动模式，包括，低负荷区：动力电池电量SOC大于电池标定电量下限值SOClow，且车辆驱动扭矩小于电机能提供的最大扭矩，车辆采用纯电动驱动，通过整车控制器HCU控制，分离离合器，发动机关闭，动力电池给电机供电；动力电池电量SOC小于电池标定电量下限值SOClow，车辆实行纯发动机驱动，结合离合器，并进行行车充电；
优化区：当车辆驱动扭矩大于发动机高效率区最低扭矩曲线值，且小于等于高效率区最优经济扭矩曲线值时，通过整车控制器HCU控制，结合离合器，启动发动机，进行发动机单独驱动；动力电池的当前电量低于标定电量的下限值，则发动机带动电机，进行行车充电模式；当车辆驱动扭矩大于高效率区最优经济扭矩曲线，且小于等于发动机高效率区最高扭矩曲线值时，将发动机扭矩控制在最优经济曲线处，其余扭矩由电机提供，车辆实行联合驱动；
高负荷区：当车辆驱动扭矩大于发动机高效率区最高扭矩曲线值时，通过整车控制器HCU结合离合器，在动力电池满足标定变量的前提下，电机提供最大扭矩，其余由发动机提供，车辆实行纯发动机驱动；
制动模式，车辆驱动扭矩归零，并采用制动措施降低混合动力客车动能；
以及跛行回家模式，控制***故障，整车控制器HCU控制发动机进入故障运行模式，车辆继续安全运行直至到达终点进行故障处理。
3. 根据权利要求1所述的单轴并联混合动力客车能量分配方法，其特征在于：所述制动模式为纯机械制动：车辆动力电池的当前电量等于标定电量的上限值时，车辆进行纯机械制动，动能全部转换为热能消耗。
4. 根据权利要求1所述的单轴并联混合动力客车能量分配方法，其特征在于：所述制动模式为能量回收制动：车辆动力电池的当前电量小于标定电量的上限值，车辆根据制动强度，合理分配电机再生制动力矩与机械制动力矩，此时电机成为发动机，动力电池处于充电状态。
5.根据权利要求1所述的单轴并联混合动力客车能量分配方法，其特征在于：所述整车的实时能量分配的设定方法包括以下步骤： 
Ⅰ、车辆接电进行初始化检测，判断整车状况；仪表上提示故障码，则进行停车故障处理，仪表显示正常，则车辆进入驱动模式或制动模式；
Ⅱ、车辆进入启动模式，***自动判断动力电池电量SOC；动力电池电量SOC小于电池标定电量下限值SOClow，则进行发动机驱动，同时，整车控制器向电机控制器发送请求电机负扭矩信号，向电池控制器发送充电信号，即进入行车充电模式；***判断动力电池电量SOC大于电池标定电量下限值SOClow，则进行纯电动驱动；
Ⅲ、车辆在行驶工程中，通过整车控制器，进行车速、转速信号的采集，分析信号数据，进行道路工况选择，进入整车能量分配管理状态，在车辆遇长时间红灯或停车时，则进入停机模式，此时发动机关闭，再次起动时，车辆直接进入驱动模式，车辆在减速时，则进入制动模式。
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