CN103847729B - 新能源汽车混合动力***中控制干涉扭矩的方法和装置 - Google Patents

新能源汽车混合动力***中控制干涉扭矩的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请提供了一种新能源汽车混合动力***进行干涉扭矩控制的方法，包括：干涉扭矩传递方式；干涉扭矩需求的响应急迫性识别；以及根据干涉扭矩需求控制电机和/或发动机协调实现干涉扭矩需求。本申请还提供了一种新能源汽车混合动力***控制电机和发动机合理响应干涉扭矩的方法，从而提高***工作效率，也通过减少点火提前角的变动进而降低排放。

Description

新能源汽车混合动力***中控制干涉扭矩的方法和装置
技术领域
本申请涉及新能源汽车混合动力***控制领域，具体来说，涉及新能源汽车混合动力***中控制干涉扭矩的方法和装置。
背景技术
混合动力汽车（HybridElectricVehicle,HEV）根据传动***不同可分为串联式、并联式和混联式。插电式混合动力汽车（Plug-inHEV，PHEV）属于混合动力汽车的一种，它与传统的混合动力汽车相比最大的特点是自身安装车载充电器，可以直接用电网充电，减少了对发动机的依赖。PHEV可以在纯电动模式下长距离行驶，根据设计的不同可以达到30至80公里。这样，在城市里上下班时，可以用纯电动模式驱动，有助于节省燃料，降低排放。在需要超长距离行驶的时候，又可以以传统的全混合驱动模式进行驱动，实现了长的续驶里程。
插电式混合动力汽车可采用发动机与双电机耦合动力传动的工作方式，其中包括HCU（HybridControlUnit，混合动力***控制单元）、PEB（PowerElectricBox，电机控制单元）、BMS（BatteryManagementSystem,电池管理***）和EMS（EngineManagementSystem，发动机管理***）。插电混合动力汽车也可像传统汽车一样响应ESP（ElectronicStabilityProgram，电子稳定控制程序）发出的扭矩干涉请求。
在传统燃烧汽油/柴油的汽车中，为了保证整车安全（例如在汽车加速时防止侧滑），ESP会发送一个扭矩干涉需求给EMS，EMS则会根据工作状态来响应该干涉扭矩需求。为了能尽快响应扭矩需求，EMS会指示通过调整发动机的点火提前角来实现该扭矩需求。在ESP没有扭矩干涉需求时，点火提前角一般位于最优状态。一旦点火提前角改变，排放往往会增加，并且可能引起失火现象，还存在爆震的风险，燃油燃烧效率也不是最优的。
因而，希望提供一种充分考虑干涉扭矩需求的响应急迫性，减少不必要的点火提前角的变动几率并进而优化排放效果和***效率的控制扭矩的方法和装置。
发明内容
本申请的目的之一在于提供一种改进的控制干涉扭矩的方法和装置。
在一个具体的应用中，本申请可应用于汽车前驱***中。
根据本申请的一个方面，提供了一种新能源汽车混合动力***中控制干涉扭矩的方法，包括：接收干涉扭矩需求；确定干涉扭矩需求的响应急迫性；
根据干涉扭矩响应急迫性，同时兼顾混合动力***的效率来分配电机和/或发动机的实现扭矩，从而实现干涉扭矩需求。
在上述控制干涉扭矩的方法中，所述干涉扭矩需求主要是指来源于ESP的干涉扭矩需求。
在上述控制干涉扭矩的方法中，所涉及的PHEV新能源混合动力汽车子***包括ESP、HCU、PEB、BMS和EMS等。
在上述控制扭矩的方法中，根据干涉扭矩响应急迫性、混合动力***效率来分配电机和/或发动机执行扭矩从而实现干涉扭矩需求的步骤包括：
当确定干涉扭矩需求的响应急迫性为高时，优先控制电机来完成所述干涉扭矩需求；如果电机能力不足以实现干涉扭矩需求，则控制发动机调节点火提前角来实现所述干涉扭矩需求；
当确定扭矩需求的响应急迫性为低并且电机能力足够时，优先控制电机来完成所述干涉扭矩需求；如果电机能力不足，则控制发动机调节节气门开度以及点火提前角度来实现所述干涉扭矩需求。
在上述控制干涉扭矩的方法中，除了所确定的干涉扭矩需求的响应急迫性之外，还根据混动***的工作模式来控制电机和/或发动机协调完成所述干涉扭矩需求。
在上述控制干涉扭矩的方法中，混合动力***工作模式包括EV模式、Parallel模式、Series模式，并且在EV、Series模式下，控制电机来响应干涉扭矩需求；在Parallel模式下，控制电机和/或发动机来响应干涉扭矩需求。
在上述控制干涉扭矩的方法中，除了所确定的干涉扭矩需求的响应急迫性之外，还根据零部件的状态来控制电机和/或发动机协调完成所述干涉扭矩需求。
在上述控制干涉扭矩的方法中，在电机能力与部件状态允许的情况下，控制电机完成干涉扭矩需求；而在电机能力不足时，则：当确定干涉扭矩需求的响应急迫性为高时，控制发动机调整点火角来协助电机完成所述干涉扭矩需求；以及当确定干涉扭矩需求的响应急迫性为低时，控制发动机的节气门以及点火提前角度来完成所述干涉扭矩需求。
本申请的另一个方面，还提供了一种汽车混合动力***中控制扭矩的装置，包括：接收部件，用于接收干涉扭矩需求；确定部件，用于确定所述干涉扭矩需求的响应急迫性；仲裁部件，用于根据所确定的干涉扭矩需求的响应急迫性来决定所述干涉扭矩需求的执行机构；分配部件，用于根据仲裁部件的决定将干涉扭矩需求分配给所述新能源汽车混合动力***中的电机和/或发动机来完成。
在上述控制扭矩的装置中，所述仲裁部件根据所确定的干涉扭矩需求的响应急迫性、新能源汽车混合动力***的工作模式、以及零部件的状态来决定所述干涉扭矩需求的执行机构。
在实施例中，本申请以插电式混合动力***为背景，以干涉扭矩的分配方法为研究对象，来说明混合动力***如何响应ESP的干涉扭矩需求，HCU如何协调控制电机和/或发动机协调完成该扭矩需求。其中，HCU会确定扭矩需求的响应急迫性并根据扭矩需求的响应急迫性来决定如何去响应。这种方式提高了***的工作效率，同时也减少了不必要的点火提前角的变动几率，进而降低了排放。另外，由于电机的响应速度比传统发动机快，在用电机响应ESP的干涉扭矩时，能更快的响应ESP的干涉扭矩请求，提高车辆的安全裕量。
附图说明
图1是根据本申请的一个实施例的控制干涉扭矩的方法示意图；
图2是EV、Series模式下干涉扭矩的作用效果图；
图3是发动机响应慢速扭矩、快速扭矩的作用效果图；
图4和图5是根据本申请的一个实施例的控制干涉扭矩的装置示意图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其它实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。
在本文中为了描述方便，将要求快速响应的干涉扭矩需求称为“快速干涉扭矩”或“快速干涉扭矩需求”，而将不需要快速响应的干涉扭矩需求称为“慢速干涉扭矩”或“慢速干涉扭矩需求”。本领域技术人员应理解，可根据混合动力***的实际情况和/或需要而将干涉扭矩需求分为快速干涉扭矩和慢速干涉扭矩。
本申请的一个实施例以插电式混合动力***为背景。插电式混合动力***属于电能混合度比较高的强混***，具有较强的纯电运行模式和完全再生制动能力。与传统的汽车电控***相比，HCU取代了EMS成为整车动力控制单元，对动力***的动力进行仲裁、分配以及操控等。HCU会根据工况、电池电量、驾驶员需求、零部件状态等分为EV（纯电动）、Parallel（并联）、Series（串联）模式。在干涉扭矩处理方面，HCU替代EMS响应ESP的干涉扭矩需求，根据***当前工作模式、电池状态、电机状态等进行扭矩分配，控制电机和发动机实现干涉扭矩输出。
图1示出了根据本申请的一个实施例、在新能源汽车混合动力***中控制干涉扭矩的方法示意图。
在图1中，步骤S110，接收干涉扭矩需求。干涉扭矩需求的来源主要是指ESP为了保证整车稳定性所发送的干涉扭矩需求。例如，在低附着系数路面上行驶时突然加大油门，由于地面附着能力有限可能导致车辆不稳定。这时，为了保证整车的稳定性，ESP会向汽车混合动力***中的HCU发送干涉扭矩需求。
在步骤S120，确定所述干涉扭矩需求的响应急迫性。确定步骤可由HCU来执行，或者可由ESP单元对快速扭矩和慢速扭矩进行区分后再将扭矩需求发送给HCU。
在步骤S130，根据所确定的干涉扭矩需求的响应急迫性来控制电机和/或发动机协调实现所述干涉扭矩需求。例如，当确定为快速干涉扭矩需求时，控制电机来完成所述快速干涉扭矩。如果电机不足以实现所述快速干涉扭矩需求，则控制发动机调节点火角度来协助电机完成所述快速干涉扭矩需求。而当确定为慢速干涉扭矩需求时，如果电量充足时，控制电机完成所述慢速干涉扭矩，若电机能力不足，则控制发动机调节节气门开度以及点火角度来完成所述慢速干涉扭矩需求。
在另一个实施例中，由于插电式混合动力***有很强的纯电运行能力，所以在大部分状态下，HCU控制牵引电机完成车辆的主要动力输出需求。仅在电机动力不足且驾驶员扭矩需求很高或者电池电量低的情况下，会启动发动机输出动力或带动ISG（IntegratedStarterandGenerator，汽车起动发电一体机）进行充电。所以，在大部分工况下，HCU会控制牵引电机完成干涉扭矩需求。由于电机的响应时间很快，所以无论是快速干涉扭矩需求或慢速干涉扭矩需求都能很快地由电机响应完成。
对于动力来源复杂的插电式混合动力***，扭矩信号的计算与分配影响着车辆的动力性能与驾驶性能。由HCU统一协调各个部件的扭矩需求以及输出，可以很好地解决***动力需求的复杂来源，并且可以有效地协调电机与发动机的动力输出。
图3示出了根据本申请的另一个实施例，当电机没有足够能力时的ESP干涉扭矩分配原则。此时在特定工况下，HCU优先控制电机来完成快速干涉扭矩需求，同时控制发动机来协助电机完成其余部分扭矩需求，此时发动机会通过点火角的调整来完成。HCU控制发动机来完成慢速干涉扭矩需求，发动机计算出需要调整节气门开度与提前点火角度来输出动力去响应该部分扭矩需求。
混合动力***具有多种工作模式，而在不同的工作模式下干涉扭矩的实现方式也会有所不同。
在EV、Series模式下，主要动力源为电机。由于电机响应时间很短，所以无论是快速干涉扭矩需求还是慢速干涉扭矩需求都可由电机来实现。EV模式为纯电动模式，所有扭矩需求包括干涉扭矩都由电机响应，发动机不工作。而在Series模式下，电机作为动力源输出而发动机通过ISG给电源进行充电，所以也是通过电机来响应干涉扭矩需求。参见图4，由于电机响应速度很快，所以信号变化过程几乎没有明显的延时现象。
在P模式下，车辆动力来源于电机和发动机，此时发动机提供动力的同时还通过ISG给电池进行充电。在接收到干涉扭矩需求后，HCU可控制电机或发动机来完成干涉扭矩需求。当控制发动机来完成干涉扭矩需求时，可通过调整节气门和点火提前角来实现。如图5所示，由于EMS对干涉扭矩信号的滤波作用以及点火提前角的调整过程，实际所传递的干涉扭矩信号会出现一定程度的延迟。但是有必要指出的是，在大部分情况下，HCU会调节电机来响应干涉扭矩需求，而只有在极少数情况下才会调节发动机来响应。
图4和图5示出了根据本申请的一个实施例的控制扭矩的装置示意图。如图4所示，HCU520接收来自ESP510等的干涉扭矩需求，通过扭矩仲裁机制确定混合动力***的需求扭矩分配问题，然后根据运行模式和零部件的状态控制电机540与发动机（或EMS530，发动机管理***）协调响应干涉扭矩需求。
在一个具体的实施例中，扭矩仲裁机制的原理可以是：当ESP510发出干涉扭矩需求时，首先HCU520会根据***模式来进行扭矩分配。如果电机能力与部件状态允许，干涉扭矩均会通过电机来响应，而与该干涉扭矩需求的响应急迫性无关。如果电机能力不足，则通过发动机来协助响应。这时，一般ESP510的快速干涉扭矩需求会由电机来响应，一部分慢速干涉扭矩需求会由发动机通过调整点火角与节气门开度来完成。
图5给出了根据本申请的一个实施例、HCU520的可能组成。其中，可包括；接收部件610，用于接收干涉扭矩需求；确定部件620，用于确定所述干涉扭矩需求的响应急迫性；仲裁部件630，用于至少根据所确定的干涉扭矩需求的响应急迫性来决定所述干涉扭矩需求的执行机构；以及分配部件640，用于根据仲裁部件的决定将干涉扭矩需求分配给所述混合动力***中的发动机和/或电机来完成。
并且，在一个优选的实施例中，仲裁部件630根据所确定的干涉扭矩需求的响应急迫性、汽车混合动力***的工作模式、零部件的状态以及扭矩需求的来源来决定所述干涉扭矩需求的执行机构。
根据本申请的一个实施例，关于干涉扭矩需求的响应急迫性来源于汽车底盘***中的车身稳定控制单元，而非驾驶员的扭矩需求。本领域技术人员也可以理解，HCU可不包括确定干涉扭矩需求的响应急迫性的部件。例如，可由底盘稳定控制器（ESP）自己判断，然后由其将相应的状态位告知HCU。
以上例子主要说明了本申请的汽车混合动力***中干涉扭矩的响应方法和装置的实现。尽管只对其中一些具体实施例进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离权利要求所定义的精神及范围的情况下，本申请可能涵盖各种的修改与替换。
综上所述，本申请汽车混合动力***中的HCU会根据干涉扭矩需求的响应急迫性来决定如何去响应。这种控制干涉扭矩的方式提高了***的工作效率，同时也减少了不必要的点火提前角的变动几率，进而优化了排放效果。另外，通过由HCU统一协调各个部件来响应干涉扭矩需求，可以很好地解决***动力需求的复杂来源，并且可以有效地协调电机与发动机的动力输出。

Claims (2)

1.一种新能源汽车混合动力***中控制干涉扭矩的方法，包括：
接收干涉扭矩需求；
确定干涉扭矩需求的响应急迫性；以及
根据干涉扭矩需求的响应急迫性、混合动力***效率及优化排放的要求来分配电机和/或发动机执行扭矩，从而实现协调完成所述干涉扭矩需求，
其中，根据干涉扭矩需求的响应急迫性、混合动力***效率及优化排放的要求来分配电机和/或发动机执行扭矩从而实现干涉扭矩需求的步骤包括：
当确定干涉扭矩需求的响应急迫性为高时，同时兼顾减少***排放要求，优先控制电机来完成所述干涉扭矩需求；如果电机不足以实现所述干涉扭矩需求，则控制发动机调节点火提前角来实现所述干涉扭矩需求；
当确定干涉扭矩需求的响应急迫性为低并且电机能力足够时，优先控制电机来完成所述干涉扭矩需求；如果电机能力不足，则控制发动机调节节气门开度以及提前点火角度来实现所述干涉扭矩需求。
2.一种新能源汽车混合动力***中控制干涉扭矩的装置，包括：
接收部件，用于接收干涉扭矩需求；
确定部件，用于确定所述干涉扭矩需求的响应急迫性；
仲裁部件，用于根据所确定的干涉扭矩需求的响应急迫性、混合动力***效率及优化排放的要求来决定所述干涉扭矩需求的执行机构；
分配部件，用于根据仲裁部件的决定将干涉扭矩需求分配给所述新能源汽车混合动力***中的电机和/或发动机来完成。
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