CN103158695B - 混合动力汽车动力分配的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种混合动力汽车动力分配的控制方法，该控制方法包括：检测混合动力汽车的电池荷电状态和需求扭矩参数；和根据参数通过混合动力汽车的整车综合控制器在纯电动模式、混合动力模式和纯发动机模式之间切换混合动力汽车的动力分配方式，其中混合动力模式包括电机过渡到发动机模式和电机辅助模式，在电机辅助模式中混合动力汽车的发动机作为主动力源且混合动力汽车的电机作为辅助动力源。本发明的控制方法通过在电机辅助模式中，控制发动机作为主动力源且电机作为辅助动力源，因此能够有效减弱由于辅助动力源频繁介入动力输出而对车辆产生的冲击，优化了混合动力汽车的驾驶舒适性。
Description
技术领域
本发明属于混合动力汽车技术领域，特别是涉及混合动力汽车动力分配的控制方法。
背景技术
随着全球经济的高速发展，能源和环境问题日益突出，节约能源、保护环境已成为世界各国共同面临的重大挑战。世界范围内的低碳经济政策，促进了新能源汽车的发展，新能源汽车技术进步、产业化和应用，将带动其上下游行业发展，给人类的交通和出行带来根本的变革。作为一项可以有效降低汽车能源消耗的新能源汽车技术——混合动力汽车技术已经成为世界各国政府，企业和科研机构汇聚的焦点之一。油电混合动力汽车将电机和发动机结合在一起，针对各个工况实现了合理的节能减排功效，怠速停机、电机起动、智能充电、再生制动、电机助力、电动爬行等混动功能，具有油耗低、续驶里程长、技术成熟度比较高等优点，是目前各大汽车公司发展的首选趋势。
现有技术中的油电混合动力汽车包括电机控制器、电机、模式离合器、汽油发动机、发动机管理系统、混合动力整车控制器、动力电池组、充电器、电池管理系统、油箱、显示终端和自动变速箱。其中，发动机和电机是两个动力源；模式离合器用于两个动力源发动机和电机之间的接合；混合动力整车控制器(HCU)是整车控制的核心，用于控制协调发动机管理系统(EMS)和电机控制器(MCU)之间的协调，以及二者与自动变速箱(AMT)控制系统(TCU)的扭矩协调，以实现车辆良好的驾驶性能及能量最优化。
动力分配作为混合动力汽车领域的关键技术之一，其也在不断发展进步。传统混合动力汽车以动力电池组带电机作为主动力源，而发动机作为辅助动力源在电机动力不足时介入动力输出。在发动机作为辅助动力介入动力输出时，由于发动机的转动惯量远远大于电机的转动惯量，因此发动机频繁的介入会对车辆造成很大的冲击，极大地降低了混合动力汽车驾驶的舒适性。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的一个目的在于提出一种具有驾驶舒适性高的混合动力汽车动力分配的控制方法。
根据本发明实施例的一种混合动力汽车动力分配的控制方法，包括以下步骤：检测所述混合动力汽车的电池荷电状态和需求扭矩参数；和根据所述参数通过所述混合动力汽车的整车综合控制器在纯电动模式、混合动力模式和纯发动机模式之间切换所述混合动力汽车的动力分配方式，其中所述混合动力模式包括电机过渡到发动机模式和电机辅助模式，在所述电机辅助模式中所述混合动力汽车的发动机作为主动力源且所述混合动力汽车的电机作为辅助动力源。
由此，根据本发明的混合动力汽车动力分配的控制方法通过在电机辅助模式中，控制发动机作为主动力源且电机作为辅助动力源，因此能够有效减弱由于辅助动力源频繁介入动力输出而对车辆产生的冲击，优化了混合动力汽车的驾驶舒适性，同时采用发动机作为主动力源且电机作为辅助动力源的方式既能保持车辆的动力性又能达到节能减排的目的。另外，本发明的混合动力汽车动力分配的控制方法简单有效。
另外，根据本发明上述实施例的还可以具有如下附加技术特征：
根据本发明的一个实施例，当所述需求扭矩大于所述发动机的最大输出扭矩且所述电池荷电状态大于电池荷电状态最小值时，控制所述混合动力汽车切换到电机辅助模式，所述需求扭矩等于所述发动机的最大输出扭矩加上所述电机的输出扭矩。
根据本发明的一个实施例，当所述电池电荷状态小于预定电池荷电状态值且大于电池荷电状态最小值，或当所述电池荷电状态大于于预定电池荷电状态值而所述需求扭矩大于所述电机的最大输出扭矩时，控制所述混合动力汽车切换到电机过渡到发动机模式，在所述电机过渡到发动机模式中，所述发动机的输出扭矩上升直到所述发动机的输出扭矩等于所述需求扭矩，且所述电机的输出扭矩下降直至为零。
根据本发明的一个实施例，在所述电机过渡到发动机模式中，所述电机输出扭矩持续预定时间段后再开始下降。
根据本发明的一个实施例，在所述电机过渡到发动机模式完成后，当所述需求扭矩小于或等于所述电机的最大输出扭矩时，控制所述汽车切换到所述纯发动机模式。
根据本发明的一个实施例，当所述电池荷电状态大于预定电池荷电状态值且所述需求扭矩小于所述电机的最大输出扭矩时，控制所述混合动力汽车切换到纯电动模式。
根据本发明的一个实施例，当所述电池电荷状态等于电池荷电状态最小值时，控制所述混合动力汽车切换到保护电池模式以使电池不再放电。
根据本发明的一个实施例，当踩下所述混合动力汽车的制动踏板时通过回收制动能量以对电池充电。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的混合动力汽车动力分配的控制方法的流程图；和
图2是根据本发明实施例的混合动力汽车动力分配的控制方法的动力输出变化曲线图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
由于混合动力汽车的基本结构为本领域技术人员所悉知的，因此在此不再一一赘述。
下面参考图1和图2来描述根据本发明实施例的混合动力汽车动力分配的控制方法。
如图1和图2所示，具体而言，根据本发明实施例的混合动力汽车动力分配的控制方法包括以下步骤：
首先，检测混合动力汽车的电池荷电状态(SOC)和需求扭矩(Trqst)参数(图2中分别以曲线1和曲线2表示)。其中整车综合控制器可根据加速踏板信息，采用查表的方式进行扭矩解析测定需求扭矩参数值。
接着，根据测定的电池荷电状态和需求扭矩参数通过混合动力汽车的整车综合控制器(HCU)在纯电动模式(EV)、混合动力模式(HEV)和纯发动机模式之间切换混合动力汽车的动力分配方式。
混合动力模式包括电机过渡到发动机模式和电机辅助模式，在电机辅助模式中混合动力汽车的发动机作为主动力源且混合动力汽车的电机作为辅助动力源介入动力输出。由于电机的转动惯量远远小于发动机的转动惯量，因此电机频繁的介入动力输出也不会造成对车辆的冲击。
由此，根据本发明的混合动力汽车动力分配的控制方法通过在电机辅助模式中，控制发动机作为主动力源且电机作为辅助动力源，因此能够有效减弱由于辅助动力源频繁介入动力输出而对车辆产生的冲击，优化了混合动力汽车的驾驶舒适性，同时采用发动机作为主动力源且电机作为辅助动力源的方式既能保持车辆的动力性又能达到节能减排的目的。另外，本发明的混合动力汽车动力分配的控制方法简单有效。
在图2中，横轴代表时间轴，并分为六个阶段以分别表示混合动力汽车的六个不同动力分配模式。纵轴代表参数数值的大小。混合动力汽车的参数分别采用不同的曲线表示：曲线1表示电池电荷状态，曲线2表示需求扭矩，曲线3表示电机输出扭矩(TM)，曲线4表示发动机输出扭矩(TE)，曲线5表示制动踏板，以及曲线6表示加速踏板。
如图1所示，根据本发明的一些实施例，检测混合动力汽车的电池荷电状态和需求扭矩参数值，并分别与预定电池荷电状态值(SOCset)和电机的最大输出扭矩(TMmax)比较，当电池荷电状态大于预定电池荷电状态值且需求扭矩小于电机的最大输出扭矩值时，本发明的动力控制方法控制混合动力汽车切换到纯电动模式。预定电池荷电状态值是一个大于电池荷电状态最小值(SOCmin)的预设值，并可根据需要和混合动力汽车的具体参数做适当调整。
如图2所示，与上述纯电动模式对应，在t0时刻前，电池荷电状态比较高，并且需求扭矩不是很大，电机的输出扭矩(电机的扭矩响应速度很快)快速响应需求扭矩，因此本发明的控制方法控制混合动力汽车采用纯电动模式输出动力。在本发明的实施例的纯电动模式中，电机扭矩跟需求扭矩几乎重合。在纯电动模式中，发动机扭矩(TE)不参与动力输出，因此一直趋于零，即与时间轴重合。
如图1所示，检测混合动力汽车的电池荷电状态和需求扭矩参数值，并将电池荷电状态与预定电池荷电状态值和电池荷电状态最小值比较，将需求扭矩和电机的最大输出扭矩比较，当电池荷电状态小于预定电池荷电状态值且大于电池荷电状态最小值，或者当电池荷电状态大于预定电池荷电状态值而需求扭矩大于电机的最大输出扭矩时，本发明的动力控制方法控制控制混合动力汽车切换到电机过渡到发动机模式。在电机过渡到发动机模式中，发动机的输出扭矩上升直到发动机的输出扭矩等于需求扭矩，同时电机的输出扭矩下降直至为零，即发动机接替电机进行动力输出。其中当电池电荷状态达到电池荷电状态最小值时，强制电池停止放电以保护电池。
优选地，在电机过渡到发动机模式中，电机输出扭矩持续预定时间段后再开始下降，以保证发动机的输出扭矩处于低值时，混合动力汽车的动力输出不会中断。
如图2所示，与电机过渡到发动机模式对应的，在t0至t1时间段内，电机的输出扭矩预定时间段维持不变(如图中所示，在t0之后的一定时间段内曲线3维持不变，再突然下降)，以确保发动机和电机的合成输出扭矩达到需求扭矩。通过这种控制策略，车辆的动力输出扭矩没有中断，保持车辆的加速感觉。随后，电机的输出扭矩开始下降，发动机的输出扭矩上升，在t1时刻完成由纯电动模式向混合动力模式的切换。在该过程完成后，车辆的动力源由电机转变为发动机，混合动力汽车由发动机作为动力进行驱动。
如图1所示，在电机过渡到发动机模式完成后，当需求扭矩小于或等于电机的最大输出扭矩时(即发动机的输出扭矩单独能够满足需求扭矩)，控制汽车切换到纯发动机模式。
如图2所示，与纯发动机模式对应的，在t1至t2时间段内，需求扭矩维持不变，发动机作为惟一动力源，电机不提供动力输出(曲线3趋于零并与时间轴重合)。此时发动输出机扭矩等于需求扭矩，发动机工作在高效点。
如图1所示，检测混合动力汽车的电池荷电状态和需求扭矩参数值，并分别与电池荷电状态最小值和发动机的最大输出扭矩(TEmax)比较，当需求扭矩大于发动机的最大输出扭矩且电池荷电状态大于电池荷电状态最小值时，本发明的动力控制方法控制混合动力汽车切换到电机辅助模式，需求扭矩等于发动机的最大输出扭矩加上发电机的输出扭矩。
如图2所示，与电机辅助模式对应的，在t2至t3时间段内，需求扭矩继续增加并超过发动机的最大输出扭矩。从t2时刻开始，电机作为辅助动力源介入动力输出。由于电机转动惯量相对发动机的转动惯量要小很多，所以电机的介入对车辆的冲击会大大减弱，过渡会很平顺。
如图1所示，当电池电荷状态等于电池荷电状态最小值时，本发明的动力控制方法控制混合动力汽车切换到保护电池模式以使电池不再放电。
如图2所示，与保护电池模式对应的，在t3至t4时间段内，电池荷电状态已经达到电池荷电状态最小值，本发明的动力控制方法不允许电池组再放电，所以电机不提供扭矩(在t3至t4时间段内曲线3大体与时间轴重合)。从t3时刻起，电机开始脱离，由于电机转动惯量相对发动机的转动惯量要小很多，所以电机脱离对车辆的冲击会大大减弱，过渡也会很平顺。此时，即使发动机扭矩已经到达最大值，但仍不能达到需求扭矩，混合动力汽车的电池组也不再放电且处于等待充电状态。
如图1所示，当踩下混合动力汽车的制动踏板使车辆减速甚至停车，此时通过轴瓦等部件可回收制动所产生的能量以对电池组充电。
如图2所示，与混合动力汽车制动对应的，在t4至t5时间段内，制动踏板已经踩下(曲线5上升并保持水平)，车辆进行制动能量回收，此时，曲线1和曲线4趋于零，此时曲线3为负数值(位于时间轴下方)，即代表电机反转，曲线1上升(即对电池组充电)。
另外，曲线2全程与曲线6大体对应变化，即需求扭矩随加速踏板的变化而变化。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种混合动力汽车动力分配的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
检测所述混合动力汽车的电池荷电状态和需求扭矩参数；和
根据所述参数通过所述混合动力汽车的整车综合控制器在纯电动模式、混合动力模式和纯发动机模式之间切换所述混合动力汽车的动力分配方式，其中所述混合动力模式包括电机过渡到发动机模式和电机辅助模式，在所述电机辅助模式中所述混合动力汽车的发动机作为主动力源且所述混合动力汽车的电机作为辅助动力源；
当所述电池荷电状态小于预定电池荷电状态值且大于电池荷电状态最小值，或当所述电池荷电状态大于于预定电池荷电状态值而所述需求扭矩大于所述电机的最大输出扭矩时，控制所述混合动力汽车切换到电机过渡到发动机模式，在所述电机过渡到发动机模式中，所述发动机的输出扭矩上升直到所述发动机的输出扭矩等于所述需求扭矩，且所述电机的输出扭矩下降直至为零；
在所述电机过渡到发动机模式中，所述电机输出扭矩在预定时间段维持不变后再开始直线下降。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力分配的控制方法，其特征在于，当所述需求扭矩大于所述发动机的最大输出扭矩且所述电池荷电状态大于电池荷电状态最小值时，控制所述混合动力汽车切换到电机辅助模式，所述需求扭矩等于所述发动机的最大输出扭矩加上所述电机的输出扭矩。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力分配的控制方法，其特征在于，在所述电机过渡到发动机模式完成后，当所述需求扭矩小于或等于所述电机的最大输出扭矩时，控制所述混合动力汽车切换到所述纯发动机模式。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力分配的控制方法，其特征在于，当所述电池荷电状态大于预定电池荷电状态值且所述需求扭矩小于所述电机的最大输出扭矩时，控制所述混合动力汽车切换到纯电动模式。
5.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力分配的控制方法，其特征在于，当所述电池荷电状态等于电池荷电状态最小值时，控制所述混合动力汽车切换到保护电池模式以使电池不再放电。
6.根据权利要求1-5任一项所述的混合动力汽车动力分配的控制方法，其特征在于，当踩下所述混合动力汽车的制动踏板时通过回收制动能量以对电池充电。
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