CN109263632A - 一种混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法 - Google Patents

Abstract

一种混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，默认纯电动模式下电机提供驾驶员请求的所有扭矩；在传统发动机模式下发动机提供驾驶员请求的所有扭矩；纯电动模式、助力模式和发电模式满足一定条件直接进入传统发动机模式：当车辆处于传统发动机模式时，时刻判断当前车速、请求扭矩和电池包电量SOC值，一旦车速小于临界车速X，或驾驶员请求扭矩小于电机最大扭矩值，或电池包电量SOC大于临界值SOC4时，进入纯电动模式；当驾驶员请求的扭矩超过发动机和变速箱在当前车速下所能传递的最高扭矩，且电池包电量SOC大于一定值SOC2时，进入助力模式；电池包电量SOC值低于一定值SOC2，同时驾驶员请求的扭矩低于当前车速下发动机所能提供的最优经济扭矩，切换为发电模式。

Description

一种混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力车辆的混动工作模式切换控制策略，尤其是涉及一种混动工作模式可根据车辆状态自适应切换的方法。

背景技术

新能源汽车作为一种新能源交通工具，可解决传统汽车发动机燃油燃烧导致的尾气排放，具有低环境污染，低噪声，高效率等优点，是今后交通运输行业发展的重要趋势。

在新能源汽车中，混合动力车既有传统的发动机又有电机，所以存在纯电动和混合动力两种动力模式。其中：纯电动只有电机提供动力，工作模式相对单一；而混动模式相对比较复杂，根据不同的发动机和电机组合，其工作模式可以分为：纯电、发电、纯发动机以及助力四种，所以其控制策略更为复杂。目前国内能完全掌握混动车工作模式切换核心技术的整车厂很少，而且都是以查表方法来实现。如图1所示，包括纯电模式、发电模式、纯发动机模式以及助力模式四种。具体查表方法为输入整车控制器计算输出的二轴需求扭矩以及计算得到的二轴转速，根据大量测试数据生成的表格查表得到当前的混动工作模式。这种方法其实是一种类似经验公式的判别方式，需要有大量的数据、以及后期标定做支撑，费时费力还不够准确。在整车实际开发过程中，不同车型不能相互借用，会造成大量人、时、物的浪费。

发明内容

本发明针对现有技术不足，提出一种混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，根据整车当前运行状态，通过状态机时时自动切换混动工作模式，可以保证车辆时刻工作在最佳状态，兼顾动力性与经济性。

本发明采用的技术方案：

一种混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，根据电机的实际工作情况，将混动工作模式分为纯电动模式、传统发动机模式、助力模式以及发电模式四种工作模式，设纯电动模式为默认模式；在传统发动机模式下，发动机提供驾驶员请求的所有扭矩；纯电动模式下电机提供驾驶员请求的所有扭矩，助力模式下电机提供驾驶员请求的部分扭矩，发电模式下电机被倒拖用来发电；

1）纯电动模式、助力模式和发电模式在满足一定条件的前提下，直接进入传统发动机模式：

纯电动模式进入传统发动机模式：当车速大于临界车速X，或驾驶员请求扭矩大于电机提供的扭矩最大值，或电池包电量SOC<临界值SOC4；

助力模式进入传统发动机模式：驾驶员请求扭矩小于发动机经济工况最大扭矩；

发电模式进入传统发动机模式：驾驶员请求扭矩大于或等于发动机经济工况最小扭矩；

2）当车辆处于传统发动机模式时，时刻判断当前车速、请求扭矩和电池包电量SOC值，一旦车速小于临界车速X，或驾驶员请求扭矩小于电机最大扭矩值，或电池包电量SOC大于临界值SOC4时，由传统发动机模式进入纯电动模式；

车辆处于传统发动机模式，当驾驶员请求的扭矩超过发动机和变速箱在当前车速下所能传递的最高扭矩，且电池包电量SOC大于一定值SOC2时，电机将介入工作，进入助力模式，使发动机工作在比传统模式更优的经济工况区域；

为了保持电池包电量SOC在一定可接受范围内，需要给电池包进行充电时，动力***的工作模式被设置为发电模式；要从传统发动机模式切换为发电模式，电池包电量SOC值必须低于一定值SOC2，同时驾驶员请求的扭矩低于当前车速下发动机所能提供的最优经济扭矩；此时，发动机将会工作于比传统模式更优的经济区域工况点，多于驾驶员请求的扭矩将用于倒拖电机，使电机发电给电池包进行充电。

所述的混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，几个状态量的确定方法如下：

1）纯电动模式与传统发动机模式切换的临界车速X，通过实车测试标定得到；

2）电机提供的扭矩最大值T_Limit_Mot：由电机固有的外特性扭矩限制值和考虑高压部件消耗功率后的电机扭矩限制值共同决定，二者取最小值；

3）纯电动模式与传统发动机模式切换过程中的电池包电量SOC临界值SOC4：该值为EV运行模式下的最小电池包电量SOC值，定义为20%；

4）传统发动机模式切换为发电模式过程中的电池包电量SOC临界值SOC2：该值为车辆正常运行允许的最小电池包电量SOC值，定义为11%，临界状态时只允许HEV启动；

5）传动发动机模式切换为助力模式时需要判断电池包电量SOC大于一定值SOC3：该值是允许电机驱动的临界值，定义为15%；

6）发动机最优经济特性区域扭矩范围，根据发动机转速和发动机最优经济特性曲线查表得到，发动机最优经济特性曲线是发动机固有的特性曲线。

所述的混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，采用状态切换算法利用状态机监控车辆实时工况，状态机的4个节点就是四种工作模式，函数的输入条件即当前车速、电池包电量SOC值、驾驶员请求扭矩、电机提供的扭矩最大值参数，四种工作模式根据状态机切换，通过状态机在Simulink/Stateflow中搭建算法模型，然后编译成机器语言，刷写到控制器中以实现算法控制。

发明有益效果：

1、本发明混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，采用基于状态机的混动工作模式判断策略，能有效解决查表判断工作模式判断的缺点。该发明可以适用多种车型的混动工作模式的快速开发，不需要大量的实车测试数据与标定，可节省项目的周期费用。

2、本发明混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，可适用不同动力结构的新能源车辆，通过一定仿真调试及标定测试，即可满足新能源车辆的混动工作模式切换。

3、本发明混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，通过监控车辆实时工况，含当前车速、电池包电量SOC值、驾驶员请求扭矩、电机提供的扭矩最大值等参数，分四种情况按状态机切换在Simulink中编写应用层模型，输出为混动工作模式。

附图说明

图1为混动工作模式查表法原理示意图；

图2为本发明混动工作模式状态机法原理示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明技术方案做进一步的详细描述。以下各实施例仅用于说明本发明，不应当构成对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在现有技术范围内，采用惯用技术手段的置换以及和现有技术进行简单组合，均不脱离本发明保护范围。

实施例1

参见图1、图2，本发明混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，根据电机的实际工作情况，将混动工作模式分为纯电动模式、传统发动机模式、助力模式以及发电模式四种工作模式，设纯电动模式为默认模式；在传统发动机模式下，发动机提供驾驶员请求的所有扭矩；其它三种模式下，电机会发挥不同的作用，纯电动模式下电机提供驾驶员请求的所有扭矩，助力模式下电机提供驾驶员请求的部分扭矩，发电模式下电机被倒拖用来发电；

1）纯电动模式、助力模式和发电模式在满足一定条件的前提下，直接进入传统发动机模式：

纯电动模式进入传统发动机模式：当车速大于临界车速X，或驾驶员请求扭矩大于电机提供的扭矩最大值，或电池包电量SOC<临界值SOC4；

助力模式进入传统发动机模式：驾驶员请求扭矩小于发动机经济工况最大扭矩；

发电模式进入传统发动机模式：驾驶员请求扭矩大于或等于发动机经济工况最小扭矩；

2）当车辆处于传统发动机模式时，时刻判断当前车速、请求扭矩和电池包电量SOC值，一旦车速小于临界车速X，或驾驶员请求扭矩小于电机最大扭矩值，或电池包电量SOC大于临界值SOC4时，由传统发动机模式进入纯电动模式；

车辆处于传统发动机模式，当驾驶员请求的扭矩超过发动机和变速箱在当前车速下所能传递的最高扭矩（经济工况最大扭矩）,且电池包电量SOC大于一定值SOC2时，电机将介入工作，进入助力模式，使发动机工作在比传统模式更优的经济工况区域；

为了保持电池包电量SOC在一定可接受范围内，需要给电池包进行充电时，动力***的工作模式被设置为发电模式；要从传统发动机模式切换为发电模式，电池包电量SOC必须低于一定值SOC2，同时驾驶员请求的扭矩低于当前车速下发动机所能提供的最优经济扭矩；此时，发动机将会工作于比传统模式更优的经济区域工况点，多于驾驶员请求的扭矩将用于倒拖电机，使电机发电给电池包进行充电。

实施例2

参见图1、图2，本实施例的混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，和实施例1的不同之处在于：进一步的，采用如下方式确定几个状态量：

1）纯电动模式与传统发动机模式切换的临界车速X，通过实车测试标定得到；

2）电机提供的扭矩最大值T_Limit_Mot：由电机固有的外特性扭矩限制值和考虑高压部件消耗功率后的电机扭矩限制值共同决定，二者取最小值；

3）纯电动模式与传统发动机模式切换过程中的电池包电量SOC临界值SOC4：该值为EV运行模式下的最小电池包电量SOC值，定义为20%；

4）传统发动机模式切换为发电模式过程中的电池包电量SOC临界值SOC2：该值为车辆正常运行允许的最小电池包电量SOC值，定义为11%，临界状态时只允许HEV启动；

5）传动发动机模式切换为助力模式时需要判断电池包电量SOC大于一定值SOC3：该值是允许电机驱动的临界值，定义为15%；

6）发动机最优经济特性区域扭矩范围，根据发动机转速和发动机最优经济特性曲线查表得到，发动机最优经济特性曲线是发动机固有的特性曲线。

实施例3

参见图1、图2，本实施例的混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，与实施例1和实施例2的不同之处在于：进一步的，采用状态切换算法利用状态机监控车辆实时工况，状态机的4个节点就是四种工作模式，切换函数的输入条件即当前车速、电池包电量SOC值、驾驶员请求扭矩、电机提供的扭矩最大值参数，四种工作模式根据状态机切换，通过状态机在Simulink/Stateflow中搭建算法模型，然后编译成机器语言，刷写到控制器中以实现算法控制。

所述状态机是一个有向图形，由一组节点和一组相应的切换函数组成，状态机通过响应一系列满足切换函数的条件而“运行”。当现状态切换到次状态的条件满足时，现状态就会自动切换到次状态，次状态变为新的现状态。结合到本专利：状态机的4个节点就是四种工作模式，转移函数就是实施例1和实施例2的相关内容，函数的输入条件就是当前车速、电池包电量SOC值、驾驶员请求扭矩、电机提供的扭矩最大值参数几个参数值。

图2为本发明混动工作模式状态机法原理示意图，即为状态机的示意图，也可以称为状态切换的算法，根据该状态机在Simulink/Stateflow（一种模块化编程工具）中搭建算法模型，然后编译成机器语言，刷写到控制器中就可以实现算法控制的功能。

文中出现的各参量释义如下：SOC：电池包电量剩余百分比，单位：%；SOC2：传统发动机模式切换到发电模式的SOC临界值；SOC3：传动发动机模式切换到助力模式的SOC临界值；SOC4：传统发动机模式与纯电动模式切换的SOC临界值；X：纯电动模式与传统发动机模式切换的临界车速，单位：Km/h；T_Limit_Mot：电机提供的扭矩最大值，单位：N·m；HEV：混合动力模式；EV：纯电动模式。

Claims (3)

1.一种混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，根据电机的实际工作情况，将混动工作模式分为纯电动模式、传统发动机模式、助力模式以及发电模式四种工作模式，设纯电动模式为默认模式；在传统发动机模式下，发动机提供驾驶员请求的所有扭矩；纯电动模式下电机提供驾驶员请求的所有扭矩，助力模式下电机提供驾驶员请求的部分扭矩，发电模式下电机被倒拖用来发电；其特征在于：

1）纯电动模式、助力模式和发电模式在满足一定条件的前提下，直接进入传统发动机模式：

纯电动模式进入传统发动机模式：当车速大于临界车速X，或驾驶员请求扭矩大于电机提供的扭矩最大值，或电池包电量SOC<临界值SOC4；

助力模式进入传统发动机模式：驾驶员请求扭矩小于发动机经济工况最大扭矩；

发电模式进入传统发动机模式：驾驶员请求扭矩大于或等于发动机经济工况最小扭矩；

2）当车辆处于传统发动机模式时，时刻判断当前车速、请求扭矩和电池包电量SOC值，一旦车速小于临界车速X，或驾驶员请求扭矩小于电机最大扭矩值，或电池包电量SOC大于临界值SOC4时，由传统发动机模式进入纯电动模式；

车辆处于传统发动机模式，当驾驶员请求的扭矩超过发动机和变速箱在当前车速下所能传递的最高扭矩，且电池包电量SOC大于一定值SOC2时，电机将介入工作，进入助力模式，使发动机工作在比传统模式更优的经济工况区域；

为了保持电池包电量SOC在一定可接受范围内，需要给电池包进行充电时，动力***的工作模式被设置为发电模式；要从传统发动机模式切换为发电模式，电池包电量SOC值必须低于一定值SOC2，同时驾驶员请求的扭矩低于当前车速下发动机所能提供的最优经济扭矩；此时，发动机将会工作于比传统模式更优的经济区域工况点，多于驾驶员请求的扭矩将用于倒拖电机，使电机发电给电池包进行充电。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，其特征在于：几个状态量的确定方法如下：

1）纯电动模式与传统发动机模式切换的临界车速X，通过实车测试标定得到；

2）电机提供的扭矩最大值T_Limit_Mot：由电机固有的外特性扭矩限制值和考虑高压部件消耗功率后的电机扭矩限制值共同决定，二者取最小值；

3）纯电动模式与传统发动机模式切换过程中的电池包电量SOC临界值SOC4：该值为EV运行模式下的最小电池包电量SOC值，定义为20%；

4）传统发动机模式切换为发电模式过程中的电池包电量SOC临界值SOC2：该值为车辆正常运行允许的最小电池包电量SOC值，定义为11%，临界状态时只允许HEV启动；

5）传动发动机模式切换为助力模式时需要判断电池包电量SOC大于一定值SOC3：该值是允许电机驱动的临界值，定义为15%；

6）发动机最优经济特性区域扭矩范围，根据发动机转速和发动机最优经济特性曲线查表得到，发动机最优经济特性曲线是发动机固有的特性曲线。

3.根据权利要求2所述的混合动力车辆的混动工作模式切换控制方法，其特征在于：采用状态切换算法利用状态机监控车辆实时工况，状态机的4个节点就是四种工作模式，函数的输入条件即当前车速、电池包电量SOC值、驾驶员请求扭矩、电机提供的扭矩最大值参数，四种工作模式根据状态机切换，通过状态机在Simulink/Stateflow中搭建算法模型，然后编译成机器语言，刷写到控制器中以实现算法控制。