CN115075962A - 车辆排放控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种车辆排放控制方法。该车辆排放控制方法包括：根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况；在进入排放控制工况后，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率；根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩；根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值。本发明的车辆排放控制方法，能够基于混合动力多影响因素综合提升整车排放、动力性、经济性。

Description

车辆排放控制方法
技术领域
本发明涉及车辆控制技术领域，具体而言，涉及一种车辆排放控制方法。
背景技术
混合动力车辆由于其具有能耗低的特点，一直以来都是各个汽车厂商研究的热点，尤其是近年来的发展速度很快。而随着环境问题的日益突出，汽车排放法规逐步加严，因此混合动力车辆排放性能开发成为重要研究方向。在混动排放性能开发过程中，由于其影响因素较多，控制自由度较大，与车辆其它性能关联度高，因此开发难度大。
现有公开的技术中，一些方法是通过判断排气催化器温度，在温度达到阈值前，通过电加热或者是发动机纯怠速的方式减少排放物，也有一些方法是通过发动机断油后保持发动机继续转动来扫气的方式减少排放物，或者是通过推迟发动机点火角来加快催化器温度提升过程。这些方法的缺点在于仅从催化器温度的角度出发，制定仅有利于车辆排放性能的控制方法，没有从混合动力控制的多维度出发，也没有在满足车辆排放性能的基础上综合考虑车辆其它性能的提升，方法较片面。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种车辆排放控制方法，能够基于混合动力多影响因素综合提升整车排放、动力性、经济性。
为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种车辆排放控制方法，包括：
根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况；
在进入排放控制工况后，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率；
根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩；
根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值。
进一步地，在根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况的步骤中，以发动机水温表征发动机状态，以排气催化器入口温度和中部温度表征排气催化器状态。
进一步地，根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况的步骤包括：
判断是否同时满足条件a和b；
a、发动机水温大于设定的水温阈值；
b、排气催化器中部温度大于设定的温度阈值或排气催化器中部温度大于排气催化器入口温度；
若条件a和b同时满足，退出排放控制工况；
若条件a和b任一条不满足，则进入排放控制工况。
进一步地，发动机水温阈值通过发动机台架试验根据发动机原始排放的生成量与发动机水温的关系确定；排气催化器中部温度阈值通过排气催化器小样试验台根据催化器转化效率与催化器中部温度的关系确定。
进一步地，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率的步骤包括：
根据发动机水温和排气催化器中部温度2个维度，通过预先设定的第一信息关联表进行查表，确定发动机使用功率。
进一步地，第一信息关联表中的发动机使用功率通过在整车转毂试验上测试获得；发动机使用功率的选择是从发动机效率最高的功率点逐步减小，直至车辆排放物的输出满足设定的阈值，车辆排放物的阈值是指法规要求的排放物限值乘以设定的目标系数。
进一步地，根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩的步骤包括：
根据发动机的万有特性、发动机和发电机之间的机械效率特性和发电机的效率特性选择确定的发动机使用功率所需燃油量最少的发动机转速和扭矩组合工况，发动机使用功率所需燃油量最少的发动机转速和扭矩组合工况是指从燃油的化学能到发电机产生电能之间能量传递效率最高的发动机转速和扭矩组合。
进一步地，能量传递效率最高的发动机转速和扭矩组合通过如下步骤获得：
获取满足确定的发动机使用功率的不同发动机转速和扭矩组合的能量传递效率特性图谱；
从能量传递效率特性图谱中选取传递效率最高的唯一组合；
将不同发动机功率确定的能量传递效率高的转速和扭矩点形成一条发动机最优运行工况线。
进一步地，根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值的步骤包括：
根据发动机水温和排气催化器中部温度2个维度，通过预先设定的第二信息关联表进行查表，确定动力电池SOC阈值；
当动力电池SOC小于设定的SOC阈值时，起动发动机。
进一步地，动力电池SOC阈值通过如下公式确定：
SOCset＝SOCmin+SOCdelat
式中：SOCset为设定的SOC阈值；SOCmin为动力电池允许使用的最小SOC，一般为设计参数；SOCdelat为在排放控制工况为保证整车动力性能动力电池提供的能量的SOC变化，其计算公式为：
SOCdelat＝(PowerInstdrive-PowerInstEM)*Timeemission/η/Energybat
式中：PowerInstdrive为排放控制工况中驾驶员的需求功率；PowerInstEM为排放控制工况中发电机的发电功率；Timeemission为排放控制工况持续时间；η为能量转化效率；Energybat为动力电池包的总容量。
应用本发明的技术方案，车辆排放控制方法包括：根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况；在进入排放控制工况后，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率；根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩；根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值。该车辆排放控制方法在进行车辆排放控制时，从发动机起机时刻、发动机负荷、发动机运行工况选择等维度，制定了在满足排放性能的基础上，同步提升整车的动力性和经济性的方法，能够基于混合动力多影响因素综合提升整车排放、动力性、经济性，从而有效提高整车产品的综合性能。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了本发明的实施例的混合动力车辆的动力总成构型图；
图2示出了本发明的实施例的混合动力车辆的车辆排放控制方法流程图；
图3示出了本发明的实施例的混合动力车辆的发动机万有特性图；
图4示出了本发明的实施例的混合动力车辆的发动机和发电机之间的机械传递效率图；
图5示出了本发明的实施例的混合动力车辆的发动机的效率特性图；
图6示出了本发明的实施例的混合动力车辆的能量传递效率特性计算结果图；以及
图7示出了本发明的实施例的混合动力车辆的发动机使用功率的能量传递效率特性图谱。
附图标记说明：1、传动轴；2、耦合器；3、发动机；4、发电机；5、电动机；6、动力电池；7、差速器；8、逆变器；9、离合器。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
结合参见图1所示，本发明提供了一种混合动力车辆的动力总成构型图，具有串联模式，还可以具有并联模式和纯电动模式。该混合动力车辆的动力总成包括传动轴1、耦合器2、发动机3、发电机4、电动机5、动力电池6、差速器7、逆变器8、离合器9，其中传动轴1连接在差速器7以及耦合器2之间，电动机5连接在耦合器2的一端，发动机5连接在耦合器2的另一端，发动机5与耦合器2之间通过离合器9连接，发电机4与电动机5同轴设置，并共同连接至耦合器2，发电机4和电动机5共同连接至动力电池6，发电机4能够在发动机5的作用下进行发电，并将电量输送至动力电池6，对动力电池6进行充电，动力电池6能够对电动机5进行供电。动力电池6与发电机4之间设置有逆变器8，动力电池6与电动机5之间设置有逆变器8。
结合参见图2所示，根据本发明的实施例，车辆排放控制方法包括：根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况；在进入排放控制工况后，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率；根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩；根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值。
其中根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况为排放控制判断步骤，在进入排放控制工况后，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率为发动机功率选择步骤，根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩为发动机工况选择步骤，根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值为发动机起机时机确定步骤。
在本实施例中，并非是仅根据排气催化器状态来进行混合动力车辆的排放控制，而是通过发动机状态和排气催化器状态共同进行混合动力车辆的排放控制，因此并非是对仅对车辆的排放性能进行优化，而是从混合动力控制的多维度出发，在满足车辆排放性能的基础上综合考虑车辆其它性能的提升，综合考虑了发动机的状态，可以实现对整车排放、整车动力等的综合优化，提高车辆的综合工作性能。
该车辆排放控制方法在进行车辆排放控制时，从发动机起机时刻、发动机负荷、发动机运行工况选择等维度，制定了在满足排放性能的基础上，同步提升整车的动力性和经济性的方法，能够基于混合动力多影响因素综合提升整车排放、动力性、经济性，从而有效提高整车产品的综合性能。
在一个实施例中，在根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况的步骤中，以发动机水温表征发动机状态，以排气催化器入口温度和中部温度表征排气催化器状态。
根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况的步骤包括：判断是否同时满足条件a和b；条件a、发动机水温大于设定的水温阈值；条件b、排气催化器中部温度大于设定的温度阈值或排气催化器中部温度大于排气催化器入口温度；若条件a和b同时满足，退出排放控制工况；若条件a和b任一条不满足，则进入排放控制工况。
发动机状态用发动机水温表征，可代表发动机燃烧环境的好坏，进而表征原始排放物产生的数量；排气催化器状态用排气催化器入口温度和中部温度来表征，可代表催化器转化效率的高低，进而表征排放物后处理***能消除排放物的数量。排放控制工况判断是指当a和b两个条件都满足时，退出排放控制工况，任意一条不满足，则进入排放控制工况。
在一个实施例中，发动机水温阈值通过发动机台架试验根据发动机原始排放的生成量与发动机水温的关系确定；排气催化器中部温度阈值通过排气催化器小样试验台根据催化器转化效率与催化器中部温度的关系确定。如果缺少试验资源，可利用排气催化器中部温度大于催化器入口温度来代替，可表征排气中的排放物已经在排气催化器中进行大量氧化还原反应，产生的热量使中部温度大于入口温度，其转化效率已经达到设定阈值。
排放控制判断是从原始排放物数量和排气催化器可消除数量两个维度进行排放控制工况判断，目的在于保证所有可能导致排放物超标的工况都采用专门的控制方法，从而提升排放性能。
在一个实施例中，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率的步骤包括：根据发动机水温和排气催化器中部温度2个维度，通过预先设定的第一信息关联表进行查表，确定发动机使用功率。
在本实施例中，发动机使用功率的选择，具体是指，根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况的过程中，条件a、发动机水温大于设定的水温阈值；以及条件b、排气催化器中部温度大于设定的温度阈值或排气催化器中部温度大于排气催化器入口温度不能够同时满足，***控制混合动力车辆进入排放控制工况后，根据发动机水温和排气催化器中部温度2个维度查预先设定的第一信息关联表确定发动机使用功率，如表1所示；
表1发动机功率选择
Figure BDA0003692065140000051
表1中A1a1～An+1an+1代表不同的发动机使用功率；随着尾标的增大，发动机的使用功率增大。
在一个实施例中，第一信息关联表中的发动机使用功率通过在整车转毂试验上测试获得；发动机使用功率的选择是从发动机效率最高的功率点逐步减小，直至车辆排放物的输出满足设定的阈值。
车辆排放物的阈值是指法规要求的排放物限值乘以设定的目标系数，其中目标系数小于1。
发动机使用功率选择是从原始排放物数量和排气催化器可消除数量两个维度进行发动机功率控制，目的在于控制在排放控制工况中排放物的产生数量，从而提升排放性能。
在一个实施例中，根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩的步骤包括：
根据发动机的万有特性、发动机和发电机之间的机械效率特性和发电机的效率特性，选择之前步骤确定的发动机使用功率所需燃油量最少的发动机转速和扭矩组合工况。
发动机万有特性如图3所示，发动机和发电机之间的机械传递效率如图4所示；发电机的效率特性如图5所示。
发动机使用功率所需燃油量最少的发动机转速和扭矩组合工况是指从燃油的化学能到发电机产生电能之间能量传递效率最高的发动机转速和扭矩组合。
其中所述的能量传递计算公式为：
ηall＝ηeng×ηmec×ηEM
式中：ηall和ηeng为发动机万有特性，ηmec为发动机与发电机之间的机械效率，ηEM为发电机的效率特性。
能量传递效率特性计算结果如图6所示。
在一个实施例中，能量传递效率最高的发动机转速和扭矩组合通过如下步骤获得：
获取满足确定的发动机使用功率的不同发动机转速和扭矩组合的能量传递效率特性图谱；
从能量传递效率特性图谱中选取传递效率最高的唯一组合；
将不同发动机功率确定的能量传递效率高的转速和扭矩点形成一条发动机最优运行工况线。
所述的选择能量传递效率最高的发动机转速和扭矩组合，具体是指在可产生所述的发动机功率的不同发动机转速和扭矩组合中在能量传递效率特性图谱中寻找传递效率最高的唯一组合。如图7所示。
图中，虚线表示一个发动机功率对应的不同转速和扭矩组合，
Figure BDA0003692065140000061
表示选定的能量传递效率最高的点。黑色加粗线表示根据之前步骤确定不同发动机使用功率后，由不同发动机使用功率所确定的相应的能量传递效率高的转速和扭矩，即为确定的发动机运行最优工况线。
发动机工况选择是在满足排放性能的基础上，选择能耗最优的发动机工况组合，从而提升整车经济性能。
在一个实施例中，根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值的步骤包括：
根据发动机水温和排气催化器中部温度2个维度，通过预先设定的第二信息关联表进行查表，确定动力电池SOC阈值；
当动力电池SOC小于设定的SOC阈值时，起动发动机。
根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC限值，具体是指，当排放控制判断步骤判断进入排放控制工况后，根据发动机水温和排气催化器中部温度2个维度查预先设定的第二信息关联表确定动力电池SOC阈值，如表2所示。
表2发动机起机SOC阈值
Figure BDA0003692065140000071
表2中B1b1～Bn+1bn+1代表不同的动力电池SOC阈值。
第二信息关联表中的动力电池SOC阈值通过如下公式确定：
SOCset＝SOCmin+SOCdelat
式中：SOCset为设定的SOC阈值；SOCmin为动力电池允许使用的最小SOC，一般为设计参数；SOCdelat为在排放控制工况为保证整车动力性能动力电池提供的能量的SOC变化，其计算公式为：
SOCdelat＝(PowerInstdrive-PowerInstEM)*Timeemission/η/Energybat
式中：PowerInstdrive为排放控制工况中驾驶员的需求功率；PowerInstEM为排放控制工况中发电机的发电功率；Timeemission为排放控制工况持续时间；η为能量转化效率；Energybat为动力电池包的总容量。
排放工况持续时间Timeemission和排放控制工况中发电机的发电功率PowerInstEM是通过整车试验测试获得，其测试时间起点为当前的发动机水温和排气催化器中部温度，其测试时间终点为发动机水温和排气催化器中部温度都超过排放控制判断步骤中设定的阈值，或者是发动机水温超过排放控制判断模块中设定的阈值且排气催化器中部温度超过催化器入口温度。计算测试时间起点和终点之间的发电机的平均功率作为放控制工况中发电机的发电功率PowerInstEM，其试验持续时间作为排放工况持续时间Timeemission。
排放控制工况中驾驶员的需求功率PowerInstdrive是利用大数据手段进行分析，统计不同驾驶员在发动机水温小于排放控制判断步骤中设定的阈值情况下的驾驶员平均需求功率，选取需求功率较大的激烈驾驶员群体的平均需求功率作为排放控制工况中驾驶员的需求功率PowerInstdrive。
发动机起机时机的确定是在满足排放性能的基础上，通过对发动机起机时动力电池SOC阈值的设定，保证在排放控制工况中动力电池能提供足够的能量，从而保证整车的动力性能不受排放控制而受到影响。
本发明提出的混合动力车辆的排放控制方法，综合考虑了动力电池SOC、发动机水温、催化器温度、发动机特性、机械效率、电机特性等因素，从发动机起机时刻、发动机负荷、发动机运行工况选择等维度，制定了在满足排放性能的基础上，同步提升整车的动力性和经济性的方法，该方法有利于提高整车产品的综合性能，有利于提升产品的市场竞争力，从而推动企业的进一步发展壮大。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆排放控制方法，其特征在于，包括：
根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况；
在进入排放控制工况后，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率；
根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩；
根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值。
2.根据权利要求1所述的车辆排放控制方法，其特征在于，在根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况的步骤中，以发动机水温表征发动机状态，以排气催化器入口温度和中部温度表征排气催化器状态。
3.根据权利要求2所述的车辆排放控制方法，其特征在于，根据发动机状态和排气催化器状态判断是否进入排放控制工况的步骤包括：
判断是否同时满足条件a和b；
a、发动机水温大于设定的水温阈值；
b、排气催化器中部温度大于设定的温度阈值或排气催化器中部温度大于排气催化器入口温度；
若条件a和b同时满足，退出排放控制工况；
若条件a和b任一条不满足，则进入排放控制工况。
4.根据权利要求2所述的车辆排放控制方法，其特征在于，发动机水温阈值通过发动机台架试验根据发动机原始排放的生成量与发动机水温的关系确定；排气催化器中部温度阈值通过排气催化器小样试验台根据催化器转化效率与催化器中部温度的关系确定。
5.根据权利要求1所述的车辆排放控制方法，其特征在于，根据发动机状态和排气催化器状态选择发动机使用功率的步骤包括：
根据发动机水温和排气催化器中部温度2个维度，通过预先设定的第一信息关联表进行查表，确定发动机使用功率。
6.根据权利要求5所述的车辆排放控制方法，其特征在于，第一信息关联表中的发动机使用功率通过在整车转毂试验上测试获得；发动机使用功率的选择是从发动机效率最高的功率点逐步减小，直至车辆排放物的输出满足设定的阈值，车辆排放物的阈值是指法规要求的排放物限值乘以设定的目标系数。
7.根据权利要求1所述的车辆排放控制方法，其特征在于，根据确定的发动机使用功率选择发动机的转速和扭矩的步骤包括：
根据发动机的万有特性、发动机和发电机之间的机械效率特性和发电机的效率特性选择确定的发动机使用功率所需燃油量最少的发动机转速和扭矩组合工况，发动机使用功率所需燃油量最少的发动机转速和扭矩组合工况是指从燃油的化学能到发电机产生电能之间能量传递效率最高的发动机转速和扭矩组合。
8.根据权利要求7所述的车辆排放控制方法，其特征在于，能量传递效率最高的发动机转速和扭矩组合通过如下步骤获得：
获取满足确定的发动机使用功率的不同发动机转速和扭矩组合的能量传递效率特性图谱；从能量传递效率特性图谱中选取传递效率最高的唯一组合；
将不同发动机功率确定的能量传递效率高的转速和扭矩点形成一条发动机最优运行工况线。
9.根据权利要求1所述的车辆排放控制方法，其特征在于，根据发动机状态和排气催化器状态确定发动机起机的动力电池SOC阈值的步骤包括：
根据发动机水温和排气催化器中部温度2个维度，通过预先设定的第二信息关联表进行查表，确定动力电池SOC阈值；
当动力电池SOC小于设定的SOC阈值时，起动发动机。
10.根据权利要求9所述的车辆排放控制方法，其特征在于，动力电池SOC阈值通过如下公式确定：
SOCset＝SOCmin+SOCdelat
式中：SOCset为设定的SOC阈值；SOCmin为动力电池允许使用的最小SOC，一般为设计参数；SOCdelat为在排放控制工况为保证整车动力性能动力电池提供的能量的SOC变化，其计算公式为：
SOCdelat＝(PowerInstdrive-PowerInstEM)*Timeemission/η/Energybat
式中：PowerInstdrive为排放控制工况中驾驶员的需求功率；PowerInstEM为排放控制工况中发电机的发电功率；Timeemission为排放控制工况持续时间；η为能量转化效率；Energybat为动力电池包的总容量。
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