CN102358283B - 一种混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于四驱插电式混合动力汽车模式控制的驱动轴扭矩解析控制策略，包含驾驶员扭矩识别和整车驱动模式的控制。从整体效率和等效油耗最优的角度出发，充分考虑发动机与电机的效率分布，得到了发动机和电机的最佳扭矩分配，从而使整体燃油经济性得到优化，并保证了高压动力电池的充放电功率平衡。实现四驱插电式混合动力汽车的模式优化，驱动轴扭矩解析控制，以提高四驱混合动力汽车的经济性和动力性。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车控制领域，尤其涉及一种基于四驱插电式混合动力汽车模式控制的驱动轴扭矩解析控制策略。
背景技术
随着新能源汽车技术的发展，消费者的消费需求的提高，四驱插电式混合动力技术成为汽车行业研发的重点，四驱插电式混合动力汽车有两种能量源---电池及发动机，实现两种能量源的协调工作，需要良好的模式选择控制策略，对应模式下的驱动轴扭矩解析则直接影响驾驶的动力性和舒适性。
随着人类对能源需求提高与人类环保意识的增强，有车一族的节能减排成为了重中之重，为了给消费者提供优质的“绿色出行工具”，新能源汽车应运而生。四驱混合动力汽车为新能源汽车之一，所述四驱混合动力车，它的驱动系统与常规车不同，它包含两种车载能量源，一种为高能量密度的能量源---电池，一种高为功率密度的能量源---发动机。为了提高整车的系统性能，保证车辆具有良好的动力性及燃油经济性，提高驾驶的舒适性，实现两种能量源的协调工作，这就需要有良好的模式转换控制策略。驱动模式选择及驱动轴扭矩解析则是直接影响驾驶员对整车舒适性和驾驶性的根本所在。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于四驱插电式混合动力汽车模式控制的驱动轴扭矩解析控制策略，包含驾驶员扭矩识别和整车驱动模式的控制。从整体效率和等效油耗最优的角度出发，充分考虑发动机与电机的效率分布，得到了发动机和电机的最佳扭矩分配，从而使整体燃油经济性得到优化，并保证了高压动力电池的充放电功率平衡。实现四驱插电式混合动力汽车的模式优化，驱动轴扭矩解析控制，以提高四驱混合动力汽车的经济性和动力性。
所述电动四驱混合动力系统的主要构成包括前桥驱动系统——发动机、发动机控制单元、发动机与变速箱之间的ISG电机、ISG电机控制单元；后桥驱动系统——后驱动电机、后驱动电机控制单元；驱动电机提供动力源的动力电池、电池控制单元、动力电池通过逆变器分别为ISG电机和后桥驱动电机供电。发动机控制单元、ISG控制单元、后驱电机控制单元、电池控制单元通过整车控制单元协调控制。整车控制器接收发动机控制单元，电机控制单元，电池控制单元和驾驶员等各节点的信号，然后做出相应判断，对各节点发出控制命令。
四驱混合动力系统中发动机和电机相互独立，两者之间存在着能量的耦合与分离即不同驱动模式的相互转换，驱动模式的转换控制用以保证电机与发动机工作在高效区，提高驾驶舒适性，整车动力性，燃油经济性。同时确保动力电池的充放电平衡，延长电池的使用寿命。所述四驱混合动力系统的驱动模式包括：EV模式(纯电动模式)、串联模式、并联模式(包括ISG前驱、4WD——四驱模式)，除此之外还包含两种过渡模式：即发动机的启动和停机。
所述EV模式：电池电量大于EV模式需求电量最小值，且驾驶员需求扭矩小于后驱电机最大扭矩时，外界进入EV条件满足，则进入EV模式，前驱断开，整车控制器发送EV模式指令给后驱电机控制单元，后去控制单元控制后驱电机单独驱动整车。有再生制动时，回收制动能量。纯电动模式一般适合于低速平缓路面，这种工况下的纯电动模式，能够使燃油性和动力电池的有效性达到最优。
所述串联模式：电池电量大于EV模式需求电量最小值，且驾驶员需求扭矩小于后驱电机最大扭矩时，外界条件满足则可进入串联驱动模式，前驱ISG电机断开，后驱电机进行驱动，有再生制动时，进行能量回收，发动机带动ISG电机发电，给动力电池充电，同时为后驱电机提供动力源。串联驱动模式的效率较低，一般条件下尽量避免在这种模式的出现。
所述ISG前驱模式：电池电量大于电池电量限制最小值，后驱断开，由动力电池为ISG电机供电，ISG电机和发动机协调驱动整车。当驾驶员扭矩需求小于ISG电机最大驱动扭矩时，ISG电机单独驱动整车，发动机带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动功能时，ISG电机回收能量，当需求扭矩大于ISG电机最大扭矩时，发动机和ISG电机同时驱动整车。
所述四驱模式(4WD)：发动机驱动前轴，同时带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动时，回收制动能量。后驱电机驱动后轴，有再生制动时，回收制动能量。四驱模式通过性较好，一般适合于山区低速路况，或者急加速情况下。
具体技术方案如下：
一种混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其用于四驱插电式混合动力汽车，其电动四驱混合动力系统包括前桥驱动系统：发动机，发动机控制单元，发动机与变速箱之间的ISG电机，ISG电机控制单元；后桥驱动系统：后驱动电机，后驱动电机控制单元；驱动电机提供动力源的动力电池，电池控制单元，动力电池通过逆变器分别为ISG电机和后桥驱动电机供电；采用如下步骤：
(1)定义四驱插电式混合动力汽车的四驱混合动力系统的驱动模式：纯电动EV模式，串联模式，并联模式；
(2)当驾驶员请求驱动模式，进入条件允许则响应相应请求的驱动模式，进入条件不允许则自动进入自动调节模式；
(3)当步骤(2)判断并进入步骤(1)中所述的驱动模式后，不同驱动模式下驱动轴上扭矩由当前转速下发动机输出最大扭矩、当前转速下前桥ISG电机最大输出扭矩、当前转速下后驱电机最大输出扭矩，以及加速踏板的位置信号共同决定；
(4)发动机控制单元、ISG控制单元、后驱电机控制单元、电池控制单元通过整车控制单元协调控制；
(5)整车控制器接收发动机控制单元，电机控制单元，电池控制单元和驾驶员的信号，然后做出相应判断，对各控制单元发出控制命令；
(6)各控制单元控制执行器根据接收到的控制命令执行相应动作。
进一步地，步骤(1)中所述并联模式包括ISG前驱模式和四驱模式。
进一步地，步骤(1)中还包含两种过渡模式：发动机的启动和停机。
进一步地，当电池电量大于EV模式需求电量最小值，且驾驶员需求扭矩小于后驱电机最大扭矩时，外界进入EV条件满足，则进入EV模式；进入EV模式后，前驱断开，整车控制器发送EV模式指令给后驱电机控制单元，后驱控制单元控制后驱电机单独驱动整车。
进一步地，当电池电量大于EV模式需求电量最小值，且驾驶员需求扭矩小于后驱电机最大扭矩时，外界条件满足则可进入串联驱动模式，前驱ISG电机断开，后驱电机进行驱动，有再生制动时，进行能量回收，发动机带动ISG电机发电，给动力电池充电，同时为后驱电机提供动力源。
进一步地，当电池电量大于电池电量限制最小值，后驱断开，由动力电池为ISG电机供电，ISG电机和发动机协调驱动整车；当驾驶员扭矩需求小于ISG电机最大驱动扭矩时，ISG电机单独驱动整车，发动机带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动功能时，ISG电机回收能量，当需求扭矩大于ISG电机最大扭矩时，发动机和ISG电机同时驱动整车。
进一步地，在四驱模式下，发动机驱动前轴，同时带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动时，回收制动能量，后驱电机驱动后轴，有再生制动时，回收制动能量。
进一步地，首次启动由后驱电机和ISG电机同时驱动，发动机不工作，这种启动模式可以使整车快速启动，启动后ISG电机关闭，执行step1；
Step1：判定电池SOC值大于电池电量最小限制值，执行step2，否则执行step10；
Step2：判定整车车速大于EV模式限定值，执行step3，否则执行step12；
Step3：判定驾驶员需求扭矩小于后驱电机最大扭矩；
Step4：执行EV模式，否则执行step5，EV模式下，后驱电机单独驱动整车，有再生制动时，后驱电机回收制动能量，驱动轴输出扭矩等于当前转速下后驱电机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比；
Step5：扭矩大于后驱电机最大驱动扭矩EV模式无效，则进入自动调节模式，判定需求扭矩小于发动机最大扭矩，则执行step6，否则执行step7；
Step6：进入并联ISG前驱模式下的发动机单独驱动整车，ISG电机与后驱电机断开，同时发动机带动ISG电机发电，为动力电池充电，有制动能量回收时，回收制动能量，ISG前驱模式下发动机单独驱动整车，驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比，同时执行Step3；
Step7：判定需求扭矩小于ISG最大输出扭矩与发动机扭矩之和，执行step8，否则执行step9；
Step8：进入并联ISG前驱模式下的ISG电机和发动机共同驱动整车，驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩与ISG电机最大扭矩之和乘以加速踏板位置百分比；
Step9：控制系统自动进入到四驱模式，发动机驱动前轴，同时带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动时，回收制动能量，后驱电机驱动后轴，有再生制动时，回收制动能量，驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩与后驱电机最大扭矩之和乘以加速踏板位置百分比；
Step10：电量低预警时，判定驾驶员需求扭矩小于后驱电机最大扭矩，执step11，否则执行step12；
Step11：进入串联驱动模式，前驱ISG电机断开，后驱电机进行驱动，有再生制动时，进行能量回收，发动机带动ISG电机发电，给动力电池充电，同时为后驱电机提供能量，驱动轴输出扭矩等于当前转速下后驱电机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比；
Step12：ISG电机与后驱电机完全断开，发动机单独驱动整车，驱动轴输出扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比。
进一步地，执行step2步骤时，要判断车速信号。
进一步地，执行Step10步骤时，有电量低报警，进入串联模式，发动机带动ISG发电，保证后驱电机的能量供给。
不同工作模式下驱动轴上扭矩由当前转速下发动机输出最大扭矩、当前转速下前桥ISG电机最大输出扭矩、当前转速下后驱电机最大输出扭矩，以及加速踏板的位置信号共同决定。驾驶员请求驱动模式，进入条件允许则响应请求模式；进入条件不允许则自动进入自动调节模式。发动机和电机的协调工作控制策略影响着整车的驾驶性，燃油经济性，以及动力性的最优，因此好的模式转换控制策略及扭矩解析控制是提高整车性能的有效途径。
与目前现有技术相比，本发明的控制技术有整车控制器与电机控制器协调控制，实现四驱混合动力汽车不同工作模式下驱动轴扭矩的合理分配；控制系统根据驾驶员请求，做出相应模式判断，实现驱动轴扭矩的输出，以驱动整车。使整车达到更优的动力性和经济性。
附图说明
图1为四驱混合动力汽车整车结构示意图
图2为四驱插电式混合动力汽车驱动模式转换流程
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
图1为四驱插电式混合动力汽车整车结构示意图
根据附图说明所述电动四驱混合动力系统的主要构成包括前桥驱动系统——发动机1、发动机控制单元2、发动机与变速箱3之间的ISG电机4、ISG电机控制单元5、前减速器6；后桥驱动系统——后驱动电机7、后驱动电机控制单元8、后减速器9；以及为驱动电机提供动力源的动力电池10、电池控制单元11、动力电池通过逆变器12分别为ISG电机和后桥驱动电机供电。发动机控制单元、ISG控制单元、后驱电机控制单元、电池控制单元通过整车控制单元13协调控制。整车控制器接收发动机控制单元，电机控制单元，电池控制单元和驾驶员等各节点的信号，然后做出相应判断，对各节点发出控制命令。各执行器根据接收到的控制命令执行相应动作。
图2为四驱插电式混合动力汽车驱动模式转换流程
根据附图阐述四驱插电式混合动力汽车驱动模式转换及驱动轴扭矩解析流程；
首次启动由后驱电机和ISG电机同时驱动，发动机不工作，这种启动模式可以使整车快速启动，启动后ISG电机关闭，执行step1；
Step1：判定电池SOC值大于电池电量最小限制值，执行step2，否则执行step10；
Step2：判定整车车速大于EV模式限定值，执行step3，否则执行step12；
Step3：判定驾驶员需求扭矩小于后驱电机最大扭矩；
Step4：执行EV模式，否则执行step5，EV模式下，后驱电机单独驱动整车，有再生制动时，后驱电机回收制动能量，驱动轴输出扭矩等于当前转速下后驱电机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比；
Step5：扭矩大于后驱电机最大驱动扭矩EV模式无效，则进入自动调节模式，判定需求扭矩小于发动机最大扭矩，则执行step6，否则执行step7；
Step6：进入并联ISG前驱模式下的发动机单独驱动整车，ISG电机与后驱电机断开，同时发动机带动ISG电机发电，为动力电池充电，有制动能量回收时，回收制动能量。ISG前驱模式下发动机单独驱动整车，驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比，同时执行Step3
Step7：判定需求扭矩小于ISG最大输出扭矩与发动机扭矩之和，执行step8，否则执行step9；
Step8：进入并联ISG前驱模式下的ISG电机和发动机共同驱动整车，驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩与ISG电机最大扭矩之和乘以加速踏板位置百分比；
Step9：控制系统自动进入到四驱模式。发动机驱动前轴，同时带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动时，回收制动能量。后驱电机驱动后轴，有再生制动时，回收制动能量。驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩与后驱电机最大扭矩之和乘以加速踏板位置百分比。
Step10：电量低预警时，判定驾驶员需求扭矩小于后驱电机最大扭矩，执行step11，否则执行step12；
Step11：进入串联驱动模式，前驱ISG电机断开，后驱电机进行驱动，有再生制动时，进行能量回收，发动机带动ISG电机发电，给动力电池充电，同时为后驱电机提供能量。驱动轴输出扭矩等于当前转速下后驱电机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比；
Step12：ISG电机与后驱电机完全断开，发动机单独驱动整车，驱动轴输出扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比。
本发明在执行step2步骤时，要判断车速信号，一般在高速行驶时，避免进入纯电动模式，因为在高速行驶时，电量很快就会被消耗殆尽，采用发动机单独驱动整车，高速行驶时发动机的动力性和经济性都能达到最佳的状态。
本发明在执行Step10步骤时，有电量低报警，进入串联模式，发动机带动ISG发电，保证后驱电机的能量供给。需要发动机输出功率较大，既要满足平衡整车驱动，又要满足电池必要的充电功率，在这种模式下，整体效率很低，因此尽量避免这种模式的出现。
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改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其特征在于，其用于四驱插电式混合动力汽车，其电动四驱混合动力系统包括前桥驱动系统：发动机，发动机控制单元，发动机与变速箱之间的ISG电机，ISG电机控制单元；后桥驱动系统：后驱动电机，后驱动电机控制单元；驱动电机提供动力源的动力电池，电池控制单元，动力电池通过逆变器分别为ISG电机和后驱动电机供电；采用如下步骤：
(1)定义四驱插电式混合动力汽车的四驱混合动力系统的驱动模式：纯电动EV模式，串联模式，并联模式；
(2)当驾驶员请求驱动模式，进入条件允许则响应相应请求的驱动模式，进入条件不允许则自动进入自动调节模式；
(3)当步骤(2)判断并进入步骤(1)中所述的驱动模式后，不同驱动模式下驱动轴上扭矩由当前转速下发动机输出最大扭矩、当前转速下前桥ISG电机最大输出扭矩、当前转速下后驱动电机最大输出扭矩，以及加速踏板的位置信号共同决定；
(4)发动机控制单元、ISG电机控制单元、后驱动电机控制单元、电池控制单元通过整车控制单元协调控制；
(5)整车控制单元接收发动机控制单元，ISG电机控制单元，后驱动电机控制单元，电池控制单元和驾驶员的信号，然后做出相应判断，对各控制单元发出控制命令；
(6)各控制单元控制执行器根据接收到的控制命令执行相应动作；
步骤(1)中所述并联模式包括ISG前驱模式和四驱模式；
首次启动由后驱动电机和ISG电机同时驱动，发动机不工作，这种启动模式可以使整车快速启动，启动后ISG电机关闭，执行step1；
Step1：判定电池SOC值大于电池电量最小限制值，执行step2，否则执行step10；
Step2：判定整车车速大于EV模式限定值，执行step3，否则执行step12；
Step3：判定驾驶员需求扭矩小于后驱动电机最大扭矩；
Step4：执行EV模式，否则执行step5，EV模式下，后驱动电机单独驱动整车，有再生制动时，后驱动电机回收制动能量，驱动轴输出扭矩等于当前转速下后驱动电机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比；
Step5：扭矩大于后驱动电机最大驱动扭矩EV模式无效，则进入自动调节模式，判定需求扭矩小于发动机最大扭矩，则执行step6，否则执行step7；
Step6：进入并联ISG前驱模式下的发动机单独驱动整车，ISG电机与后驱动电机断开，同时发动机带动ISG电机发电，为动力电池充电，有制动能量回收时，回收制动能量，ISG前驱模式下发动机单独驱动整车，驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比，同时执行Step3；
Step7：判定需求扭矩小于ISG最大输出扭矩与发动机扭矩之和，执行step8，否则执行step9；
Step8：进入并联ISG前驱模式下的ISG电机和发动机共同驱动整车，驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩与ISG电机最大扭矩之和乘以加速踏板位置百分比；
Step9：控制系统自动进入到四驱模式，发动机驱动前轴，同时带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动时，回收制动能量，后驱动电机驱动后轴，有再生制动时，回收制动能量，驱动轴扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩与后驱动电机最大扭矩之和乘以加速踏板位置百分比；
Step10：电量低预警时，判定驾驶员需求扭矩小于后驱动电机最大扭矩，执行step11，否则执行step12；
Step11：进入串联驱动模式，前驱ISG电机断开，后驱动电机进行驱动，有再生制动时，进行能量回收，发动机带动ISG电机发电，给动力电池充电，同时为后驱动电机提供能量，驱动轴输出扭矩等于当前转速下后驱动电机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比；
Step12：ISG电机与后驱动电机完全断开，发动机单独驱动整车，驱动轴输出扭矩等于当前转速下发动机最大输出扭矩乘以加速踏板位置百分比。
2.如权利要求1所述的混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其特征在于，步骤(1)中还包含两种过渡模式：发动机的启动和停机。
3.如权利要求1或2所述的混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其特征在于，当电池电量大于EV模式需求电量最小值，且驾驶员需求扭矩小于后驱动电机最大扭矩时，外界进入EV条件满足，则进入EV模式；进入EV模式后，前驱断开，整车控制单元发送EV模式指令给后驱动电机控制单元，后驱动电机控制单元控制后驱动电机单独驱动整车。
4.如权利要求1或2所述的混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其特征在于，当电池电量大于EV模式需求电量最小值，且驾驶员需求扭矩小于后驱动电机最大扭矩时，外界条件满足则可进入串联驱动模式，前驱ISG电机断开，后驱动电机进行驱动，有再生制动时，进行能量回收，发动机带动ISG电机发电，给动力电池充电，同时为后驱动电机提供动力源。
5.如权利要求1或2的混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其特征在于，当电池电量大于电池电量限制最小值，后驱断开，由动力电池为ISG电机供电，ISG电机和发动机协调驱动整车；当驾驶员扭矩需求小于ISG电机最大驱动扭矩时，ISG电机单独驱动整车，发动机带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动功能时，ISG电机回收能量，当需求扭矩大于ISG电机最大扭矩时，发动机和ISG电机同时驱动整车。
6.如权利要求1或2所述的混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其特征在于，在四驱模式下，发动机驱动前轴，同时带动ISG电机发电，为动力电池充电，有再生制动时，回收制动能量，后驱动电机驱动后轴，有再生制动时，回收制动能量。
7.如权利要求1所述的混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其特征在于，执行step2步骤时，要判断车速信号。
8.如权利要求1或7所述的混合动力车驱动轴扭矩解析控制方法，其特征在于，执行Step10步骤时，有电量低报警，进入串联模式，发动机带动ISG发电，保证后驱动电机的能量供给。
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