CN111252064B - 一种混动车辆控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

一种混动车辆控制方法及系统，其中，该方法包括：在离合器结合过程中，当离合器未结合完成时，控制辅助动力单元保持发电状态；当离合器结合完成后，控制辅助动力单元中的发动机卸载扭矩，其中，发动机卸载扭矩的过程与驱动电机减载扭矩的过程同步进行。本方法可以在发动机由于卸载负扭矩而导致辅助动力单元输出的扭矩增大的同时，通过减小驱动电机所输出的扭矩来保持整个混联动力系统所输出的扭矩的稳定。

Description

一种混动车辆控制方法及系统

技术领域

本发明涉及混动汽车技术领域，具体地说，涉及一种混动车辆控制方法及系统。

背景技术

纯电动汽车配备动力电池和驱动电机，驱动电机利用动力电池所提供的电能来驱动汽车行驶，纯电动汽车需要配备相应的充电装置来为动力电池充电。混合动力汽车在车上同时配置电力驱动系统和辅助动力单元，辅助动力单元可以是燃烧某种化石燃料的原动机或是由原动机驱动的发电机组，辅助动力单元可以为电力驱动系统中的动力电池提供能量，因此混合动力汽车也就可以不需要额外配备充电装置。

目前，现有技术对于混合动力汽车通常过于关注发动机的稳态特性，并且对各个工况模式常常进行孤立考虑，而对过渡工况、工况的连续衔接等关注较少(如离合器结合过程各个部件的协调切换等)。实际上，在稳态下发动机负荷率大于约30％后，发动机已处于较高效率区间，此时负荷率的变化对效率影响其实已不大。而在过渡工况下如果发动机负荷变化过快，因发动机扭矩有效功率输出的滞后特性，可能会造成能耗的成倍增加。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种混动车辆控制方法，在离合器结合过程中，

当离合器未结合完成时，控制辅助动力单元保持发电状态；

当离合器结合完成后，控制所述辅助动力单元中的发动机卸载扭矩，其中，所述发动机卸载扭矩的过程与驱动电机减载扭矩的过程同步进行。

根据本发明的一个实施例，在离合器开始结合时，提前预设时长启动所述发动机，以由所述发动机带动所述辅助动力单元中的发电机运行，从而使得所述发电机生成并输出电能。

根据本发明的一个实施例，在离合器结合前，结合驱动电机的需求电量和储能系统的需求电量调节所述发动机的输出功率。

根据本发明的一个实施例，在串联发电阶段，根据所述驱动电机的转速对所述辅助动力单元的转速进行调节，其中，所述辅助动力单元的转速与所述驱动电机的转速的差值在预设转速差值范围内。

根据本发明的一个实施例，在过渡阶段，

当发动机负荷率处于第一预设区间时，采用第一加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载；

当发动机负荷率处于第二预设区间时，采用第二加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载；

其中，所述第一预设区域间的最大值小于第二预设区间的最小值，所述第一加载/卸载速率大于所述第二加载/卸载速率。

根据本发明的一个实施例，在过渡阶段，

当发动机负荷率处于第三预设区间时，采用第三加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载；

其中，所述第二预设区域间的最大值小于第三预设区间的最小值，所述第二加载/卸载速率大于所述第三加载/卸载速率。

根据本发明的一个实施例，在直驱阶段，

根据指令扭矩确定所述发动机、发电机和驱动电机各自所需要输出的扭矩，其中，所述指令扭矩等于所述发动机、发电机和驱动电机各自所需要输出的扭矩之和。

根据本发明的一个实施例，在所述直驱阶段，当所述指令扭矩的变化幅值超过预设变化阈值时，根据指令扭矩的变化幅值生成所述发电机和/或驱动电机的输出扭矩变化值，并根据所述发电机和/或驱动电机的输出扭矩变化值对应调整所述发电机和/或驱动电机的实际输出扭矩。

根据本发明的一个实施例，在所述直驱阶段，当所述指令扭矩的变化幅值超过预设变化阈值时，根据当前指令扭矩确定所述发动机、发电机和驱动电机当前各自所需要输出的扭矩，其中，所述发动机当前所需要输出的扭矩与前一时刻所需要输出的扭矩的差值小于预设扭矩差值阈值。

本发明还提供了一种混动车辆控制系统，其特征在于，所述系统采用如上任一项所述的方法对混动车辆进行控制。

本发明还所提供的混动车辆控制方法基于全局的、将各个模式进行衔接考虑的发动机运行工况对控制方式进行优化，改善了发动机经济性。

本方法在执行发动机卸载扭矩的操作过程中，通过同步地执行驱动电机扭矩减载操作，可以在发动机由于卸载负扭矩而导致辅助动力单元输出的扭矩增大的同时，通过减小驱动电机所输出的扭矩来保持整个混联动力系统所输出的扭矩的稳定。

本方法还在直驱阶段通过驱动电机或发电机扭矩进行补偿调节(如电机并联助力、发电机直驱发电等)，来实现对发动机需输出扭矩的削峰填谷，从而避免发动机负荷发生急剧变化。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要的附图做简单的介绍：

图1是现有的用于混动车辆的双电机混联动力系统的结构示意图；

图2是现有控制方式下的某车型发动机负荷曲线的示意图；

图3是根据本发明一个实施例的混动车辆控制方法的实现流程示意图；

图4是根据本发明一个实施例的采用本方法所得到发动机负荷曲线示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

另外，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

图1示出了现有的用于混动车辆的双电机混联动力系统的结构示意图。

如图1所示，现有的双电机混联动力系统主要包括：发动机101、发电机102、驱动电机103、常闭离合器104以及电控离合器105。

现有技术方案通常是通过对辅助动力单元(Auxiliary Power Unit，简称为APU)进行匹配试验来获取APU的稳态工作特性试验数据，通常会将燃油消耗率最低的点作为其工作点。

在离合器(例如电控离合器105)的结合过程中，首先会将发电机102的扭矩卸载，在扭矩卸载完成后才会进行APU的转速同步，即将APU的转速与驱动电机103的转速进行同步。随后再进行离合器的结合，离合器结合后也就可以通过发动机油门响应整车扭矩需求。

同时，电控离合器105结合完成后，在发动机直驱阶段，对于现有技术来说，车辆所需要的驱动扭矩几乎都是由发动机提供，发电机102和驱动电机103所提供的辅助扭矩较少。

此外，对于现有技术来说，发动机101有熄火状态启动后，往往会立刻进入大负荷发电或者直驱模式。

对于如图1所示的双电机混联动力系统来说，因其系统结构特点，车辆可工作在纯电动、串联发电、并联助力、纯直驱、直驱发电、混联等多种模式，从而决定了发动机运行工况的多样性。并且，由于在车辆运行时随着车辆工况的变化，车辆模式也在实时切换，这样也就导致发动机工况需跟随变化。根据发动机特性可知，发动机长时间运行在稳态工况下(即负荷较为稳定)，效率较高，而运行工况的频繁、急剧变化不利于经济性。如图2即示出了现有控制方式下的某车型发动机负荷曲线的示意图。

针对现有技术中所存在的上述问题，本发明提供了一种新的混动车辆控制方法以及应用该方法进行车辆控制的混动车辆控制系统，该方法基于全局的、将各个模式进行衔接考虑的发动机运行工况对控制方式进行优化，改善了发动机经济性。

图3示出了本实施例所提供的混动车辆控制方法的实现流程示意图。

如图3所示，本实施例所提供的混动车辆控制方法在优选地会在步骤S301中判断是否需要进行离合器结合。其中，如果需要进行电控离合器的结合，该方法则会在步骤S301中控制电控离合器开始进行结合。

本实施例中，当混动车辆的动力系统的状态由串联状态向其他相应状态(例如并联助力状态、直驱状态等)转换时，该方法也就会判定此时需要进行离合器的结合，即需要将辅助动力单元与驱动电机103进行结合。

如果需要进行离合器结合，该方法在控制电控离合器进行结合的过程中，该方法会在步骤S302中控制辅助动力单元保持发电状态。也就是说，此时该方法并不会像现有方法那样在离合器结合开始时变进行发电机扭矩的卸载。

在电控离合器结合的过程中，该方法会在步骤S303中持续地判断离合器结合是否完成。其中，如果离合器结合尚未完成，那么该方法则会继续执行离合器的结合操作，在此过程中，该方法同样会控制辅助动力单元保持发电状态。

而如果离合器结合完成，那么该方法则会在步骤S304中控制辅助动力单元中的发动机卸载扭矩。需要指出的是，本实施例中，为了避免由于发动机卸载扭矩而造成混联动力系统最终输出的扭矩突然增大，该方法在执行发动机卸载扭矩的操作过程中，优选地会同步地执行驱动电机扭矩减载操作。这样也就可以在发动机由于卸载负扭矩而导致辅助动力单元输出的扭矩增大的同时，通过减小驱动电机所输出的扭矩来保持整个混联动力系统所输出的扭矩的稳定。

本实施例中，在离合器开始结合时，该方法优选地会提前预设时长启动发动机，以由发动机带动辅助动力单元中的发电机运行，从而使得发电机生成并输出电能。

例如，对于现有技术来说，其会在车速达到25km/h时启动发动机并将电控离合器结合。然而，本实施例所提供的方法则会在车速达到20km/h时便会启动发动机，此时发动机将会带动发电机发电。在车速达到25km/h时，该方法才会将电控离合器结合。

本实施例中，在离合器结合前(例如串联发电阶段)，该方法优选地会结合驱动电机的需求电量和储能系统的需求电量调节发动机的输出功率，从而使得发电机所产生的电量能够满足驱动电机和储能系统的需求。

通过对现有双电机混联动力系统的工作原理以及工作过程进行分析，发明人发现对于现有技术来说，在离合器结合的过程中，往往需要耗费大量的时间来将发动机的转速与驱动电机的转速进行同步，这样也就造成了整个离合器结合过程所耗费的时间过长。

针对该问题，本实施例所提供的混动车辆控制方法会在串联发电阶段，根据驱动电机的转速对辅助动力单元的转速进行调节。其中，辅助动力单元的转速与驱动电机的转速的差值在预设转速差值范围内。

也就是说，对于本实施例所提供的混动车辆控制方法来说，在串联发电阶段，该方法不再像现有技术那样控制辅助动力单元工作在某一恒定转速(即燃油消耗最低点所对应的转速)，而是会控制辅助动力单元的转速与驱动电机的转速保持在弱跟随状态。即，在串联发电阶段，当驱动电机的转速出现变化时，辅助动力单元同样地会随之发生变化。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，根据实际需要，在串联发电阶段，该方法既可以将辅助动力单元的转速与驱动电机的转速保持一致，也可以仅仅将辅助动力单元的转速与驱动电机的转速保持相对稳定(即辅助动力单元的转速与驱动电机的转速的差值保持在某一转速差值范围之内)。

需要指出的是，在本发明的其他实施例中，该方法还可以通过适当降低辅助动力单元的工作点，并提高离合器结合点来减少整个离合器结合过程所耗费的时长。

例如，对于现有技术来说，燃油消耗率最低的工作点所对应的转速为1200转/分钟，然而，对于本方法来说，辅助动力单元的工作点则会较常规工作点所对应的转速更低(例如1050转/分钟)。同时，现有技术中的离合器结合点为800转/分钟，而本方法中的离合器结合点则可以为900转/分钟。这样正离合器结合过程所需要调整的转速区段(即转速差)显然也就更小，从而减少整个离合器结合过程所耗费的时长。

在直驱阶段，电控离合器处于结合状态，整车动力由驱动电机、发动机和发电机共同提供，传递至驱动轴的扭矩为三者之和。由于行驶工况的变化，司机驾驶意图往往会出现急加速、急减速等变化，如果整车需求扭矩像现有技术那样全由或几乎全由发动机提供，那么将会导致发动机负荷发生急剧变化。

针对该问题，本实施例中，该方法优选地会通过驱动电机或发电机扭矩进行补偿调节(如电机并联助力、发电机直驱发电等)，来实现对发动机需输出扭矩的削峰填谷，从而避免发动机负荷发生急剧变化。

具体地，本实施例中，在直驱阶段，该方法优选地会根据指令扭矩确定发动机、发电机和驱动电机各自所需要输出的扭矩。其中，正如上述分析所指出的，此时指令扭矩等于发动机、发电机和驱动电机各自所需要输出的扭矩之和。

当指令扭矩的变化幅值超过预设变化阈值时，该方法优选地会根据指令扭矩的变化幅值生成发电机和/或驱动电机的输出扭矩变化值，并根据上述发电机和/或驱动电机的输出扭矩变化值对应调整发电机和/或驱动电机的实际输出扭矩。在此过程中，发动机的输出扭矩保持相对稳定，混联动力系统所输出扭矩的急剧变化也就会由发电机和/或驱动电机所的输出扭矩的变化来补偿，从而实现对发动机输出扭矩的削峰填谷，从而避免发动机负荷的急剧变化。

当然，在本发明的其他实施例中，该方法还可以采用其他合理方式来实现直驱阶段对发动机输出扭矩的削峰填谷，本发明不限于此。

例如，在本发明的一个实施例中，在直驱阶段，当指令扭矩的变化幅值超过预设变化阈值时，该方法优选地会根据当前指令扭矩确定发动机、发电机和驱动电机当前各自所需要输出的扭矩。其中，发动机当前所需要输出的扭矩与前一时刻所需要输出的扭矩的差值小于预设扭矩差值阈值。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，上述预设变化阈值的具体取值可以根据实际需要配置为不同的合理值，本发明并不对上述预设变化阈值的具体取值进行限定。

为了进一步减少过度阶段所耗费的时长，本实施例中，该方法优选地会对发动机负荷控制实施分布式控制方式，在较低负荷阶段较快加载/减载，中高负荷阶段较慢加载/减载。

具体地，本实施例中，在过渡阶段，当发动机负荷率处于第一预设区间时，该方法优选地采用第一加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载；当发动机负荷率处于第二预设区间时，采用第二加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载；而当发动机负荷率处于第三预设区间时，采用第三加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载。其中，第一预设区域间的最大值小于第二预设区间的最小值，而第二预设区域间的最大值则小于第三预设区间的最小值。与之对应的，第一加载/卸载速率大于第二加载/卸载速率，而第二加载/卸载速率则大于第三加载/卸载速率。

例如，在过渡阶段，当发动机负荷率处于0-50％阶段时，该方法可以控制发动机以较快数量进行扭矩加载或卸载；当发动机负荷率处于50-80％阶段时，该方法可以控制发动机以较慢速率进行扭矩加载或卸载；而当发动机负荷率大于80％是，该方法则会控制发动机以更慢加载或卸载(考虑发动机有效功率输出的滞后特性及增压器进入正常工作需3-5s时间)。

需要指出的是，在本发明的不同实施例中，根据实际需要，对发动机负荷控制实施分布式控制时所采用的区段数量可以配置为不同的合理值，本发明并不对上述区段数量的具体取值以及各个区段的具体区间数值进行限定。

图4示出了采用本实施例所提供的混动车辆控制方法所得到发动机负荷曲线示意图。从图4可以看出，相较于现有技术，本方法所对应的发动机负荷率变化相对更为平缓，且较少有达到或接近100％的情况，这也就说明采用本方法时发动机工作负荷更加稳定，这样也就有利于经济性。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的特定结构或处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (7)

1.一种混动车辆控制方法，其特征在于，所述方法应用于混动车辆控制系统，所述混动车辆控制系统中辅助动力单元通过离合器与驱动电机直接连接，在离合器结合过程中，

当离合器未结合完成时，控制辅助动力单元保持发电状态；

当离合器结合完成后，控制所述辅助动力单元中的发动机卸载扭矩，其中，所述发动机卸载扭矩的过程与驱动电机减载扭矩的过程同步进行；

在直驱阶段，根据指令扭矩确定所述发动机、发电机和驱动电机各自所需要输出的扭矩，其中，所述指令扭矩等于所述发动机、发电机和驱动电机各自所需要输出的扭矩之和；

在所述直驱阶段，当所述指令扭矩的变化幅值超过预设变化阈值时，根据指令扭矩的变化幅值生成所述发电机和/或驱动电机的输出扭矩变化值，并根据所述发电机和/或驱动电机的输出扭矩变化值对应调整所述发电机和/或驱动电机的实际输出扭矩；

为了进一步减少过渡阶段所耗费的时长，对发动机负荷控制实施分布式控制方式，在较低负荷阶段较快加载/减载，中高负荷阶段较慢加载/减载；

在串联发电阶段，根据所述驱动电机的转速对所述辅助动力单元的转速进行调节，控制辅助动力单元的转速与驱动电机的转速保持在弱跟随状态，其中，所述辅助动力单元的转速与所述驱动电机的转速的差值在预设转速差值范围内，在串联发电阶段，当驱动电机的转速出现变化时，辅助动力单元同样地会随之发生变化。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在离合器开始结合时，提前预设时长启动所述发动机，以由所述发动机带动所述辅助动力单元中的发电机运行，从而使得所述发电机生成并输出电能。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，在离合器结合前，结合驱动电机的需求电量和储能系统的需求电量调节所述发动机的输出功率。

4.如权利要求1～3中任一项所述的方法，其特征在于，在过渡阶段，

当发动机负荷率处于第一预设区间时，采用第一加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载；

当发动机负荷率处于第二预设区间时，采用第二加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载；

其中，所述第一预设区域间的最大值小于第二预设区间的最小值，所述第一加载/卸载速率大于所述第二加载/卸载速率。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，在过渡阶段，

当发动机负荷率处于第三预设区间时，采用第三加载/卸载速率进行扭矩加载或卸载；

其中，所述第二预设区域间的最大值小于第三预设区间的最小值，所述第二加载/卸载速率大于所述第三加载/卸载速率。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述直驱阶段，当所述指令扭矩的变化幅值超过预设变化阈值时，根据当前指令扭矩确定所述发动机、发电机和驱动电机当前各自所需要输出的扭矩，其中，所述发动机当前所需要输出的扭矩与前一时刻所需要输出的扭矩的差值小于预设扭矩差值阈值。

7.一种混动车辆控制系统，其特征在于，所述系统采用如权利要求1～6中任一项所述的方法对混动车辆进行控制。

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