CN103661355B - 一种混合动力汽车动力总成智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，属于混合动力汽车技术领域。动力总成部件智能体包括发动机智能体、电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体以及系统智能体，混合动力汽车动力总成主要部件智能体监测发动机、电动机、蓄电池、变速器的实时状态信息，并将此信息交互至系统智能体；系统智能体接收发动机、电动机、蓄电池、变速器状态信息，智能选择与当前车辆自身状态及当前行驶路况相吻合的工作模式，并在选择工作模式对应的控制策略指导下生成发动机动力任务、电动机动力任务、蓄电池电量任务，同时将任务交互至各部件智能体，经过各智能体的调整后并由动力总成各部件执行。本发明的智能化程度高，提高了控制效率。

Description

一种混合动力汽车动力总成智能控制系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车动力总成技术领域，更具体地说，涉及一种混合动力汽车动力总成智能控制系统。

背景技术

随着能源短缺和环境污染问题的日益加重，安全、节能、环保成为未来汽车技术的发展方向，混合动力汽车因其节能环保而成为研究的首选。与传统汽车相比，混合动力汽车能够节省燃油消耗，降低排放，兼顾内燃机汽车和电动汽车的优势，是当前极具开发意义的低油耗、少排放汽车，因此研究开发一种混合动力汽车动力总成智能控制方法将具有重大的社会经济效益。

常见的混合动力汽车动力总成控制方法普遍基于发动机万有特性曲线进行功率分配，导致发动机功率与电机功率不能合理分配，很难使动力总成所有部件同时工作在最佳工况，无法使整车燃油经济性达到最佳。发明申请专利200310124511.6涉及一种混合动力汽车控制系统，包括：发动机电子控制单元，其通过控制电子节气门的开度来调整内燃机的输出扭矩；混合动力控制单元，其确定内燃机与电机的输出扭矩并指示发动机电子控制单元对内燃机的输出扭矩作相应的调整；以及控制器区域(CAN)总线，所述发动机电子控制单元和混合动力控制单元通过接入CAN总线实现相互之间的通信。但该系统并没有考虑发动机、电机的实时状态，也没有考虑混合动力汽车动力总成其他部件的实时状态，如变速器的状态，更无法对控制结果记录以提高车辆再次行驶在相同工况时的系统工作效率，因此无法保证控制效果。发明申请专利02147784.1涉及一种混合动力电动汽车的整车集成控制系统，该系统主要由多能源动力总成控制系统和由传统整车控制中的弱电控制、强电管理、整车故障保护、整车协调和仪表信号管理集成的整车控制系统集合而成，所述多能源动力总成主要控制发动机和电机的功率分配。但该系统所有的数据处理都是由中央控制单元完成，势必会增大中央控制单元的负担，降低处理数据的速度，导致控制的结果无法与车辆行驶的实时工况同步，无法有效的提高能源利用效率并降低排放。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明所解决的技术问题在于提供一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，能根据车辆行驶工况，智能选择车辆的工作模式和与该模式相适应的控制策略，解决传统控制方法在面对混合动力汽车动力总成不同工作模式时，因控制策略单一无法使动力总成所有部件都工作于最佳状态，而造成发动机和蓄电池提供能源的不必要浪费问题，以及传统控制系统及控制方法集中处理数据，集中执行控制结果带来的处理数据效率低下的问题。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，所述的混合动力汽车动力总成包括发动机、电动机、蓄电池、变速器，构建的动力总成部件智能体包括发动机智能体、电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体以及系统智能体；该动力总成智能控制系统能够工作在发动机单独驱动模式、电动机单独驱动模式、发动机与电动机共同驱动模式以及行车充电模式四种不同的工作模式下；

所述发动机智能体主要工作如下：

（1）接收发动机传感器系统监测采集车辆行驶过程中发动机实时状态信息，包括发动机当前输出转矩、转速、节气门开度、制动信号、喷油量、进气量、气缸温度；

（2）将发动机实时状态信息处理后交互至系统智能体；

（3）接受系统智能体分配的发动机动力任务，并根据自身状态修整后控制系统期望转矩、系统期望转速、系统期望节气门开度、系统期望喷油量、系统期望进气量；

所述电动机智能体主要工作如下：

（1）接收电动机传感器系统监测采集车辆行驶过程中电动机实时状态信息，包括电动机当前输出转矩、转速；

（2）电动机实时状态信息处理后交互至系统智能体；

（3）接受系统智能体分配的电动机动力任务，输出其工作模式、系统期望输出转矩、系统期望输出转速，其中：工作模式是指电动机模式或发电机模式；

所述蓄电池智能体主要工作如下：

（1）接收蓄电池管理系统监测的车辆行驶过程中蓄电池实时状态信息，包括蓄电池剩余电量SOC值、蓄电池端电压、蓄电池充放电电流；

（2）将蓄电池实时状态信息处理后交互至系统智能体；

（3）接受系统智能体分配的蓄电池电力任务，输出其工作模式、系统期望电力功率，其中：工作模式是指充电模式或放电模式；

所述变速器智能体主要工作如下：

（1）接收变速器传感器系统监测采集车辆行驶过程中变速器实时状态信息，包括变速器档位、当前传动比；

（2）将变速器实时状态信息处理后交互至系统智能体；

（3）与发动机智能体、电动机智能体交互，接受系统智能体指令输出系统期望档位、系统期望传动比，将发动机、电动机提供的动力耦合变速后输出；

所述系统智能体主要工作如下：

（1）系统智能体根据各智能体传感器提供的车辆实时状态信息，与自身所带工况数据库比对，所述工况数据库的具体内容为，车辆处于某一运行工况时，数据库储存了该工况对应的车速、发动机功率、发动机转速、电动机功率、电动机转速、剩余电量SOC值、整车所需总功率的具体参数阈值，通过车辆实时状态信息与具体阈值比较确定动力总成智能控制系统当前工作模式，选择相应控制策略，协调各部件智能体运行状态，用优化算法制定发动机期望动力任务、电动机期望动力任务、蓄电池期望电力任务，并将任务分配给相应智能体；

（2）将各部件智能体状态信息及与之对应的控制任务记录保存至系统知识库，以备后期同工况下迅速查询调用；

通过各智能体的智能行为对车辆当前行驶工况实时反应，最终由系统智能体结合完备的数据库系统协调动力总成各部件智能体，使整车性能进一步提高。

更进一步地，所述智能控制系统具有学习功能，能将非常规工况下多智能体协调结果在数据库中记录，以备后期同工况下迅速查询调用。

更进一步地，所述发动机为燃油型发动机。

更进一步地，所述电动机为驱动发电一体式永磁同步电机。

更进一步地，所述变速器为动力耦合与变速一体式无级变速器。

更进一步地，所述发动机单独驱动模式是指使用燃油型发动机驱动车辆前置前驱。

更进一步地，所述电动机单独驱动模式是指使用发电一体式永磁同步电机工作在电动机模式驱动车辆前置前驱。

更进一步地，所述发动机与电动机共同驱动模式是指使用燃油型发动机和发电一体式永磁同步电机同时驱动车辆前置前驱。

更进一步地，所述行车充电模式是指行车状态下发动机驱动发电一体式永磁同步电机工作在发电机模式为蓄电池充电。

本发明的一种混合动力汽车动力总成智能控制方法，其步骤为：

步骤一、获取信息

混合动力汽车启动，动力总成智能控制系统中的各智能体电控单元上电初始化，发动机智能体、电动机智能体、蓄电池智能体和变速器智能体获取各自实时状态信息，系统智能体获取各智能体所有信息，其中：发动机智能体获取发动机当前转矩信息、转速信息、节气门开度信息、喷油量信息、进气量信息、气缸温度信息；

步骤二、交互信息并初步决策

各智能体交互信息，根据各自ECU预设值做出初步决策，其中：发动机智能体询问变速器智能体当前档位信息，然后根据节气门开度信息和档位信息，决定期望转矩、期望转速，并将期望转矩、期望转速信息交互给系统智能体；电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体亦进行同样的交互和初步决策过程；

步骤三、系统协调任务

系统智能体综合各部件智能体信息，通过多维查表或模糊推理的控制策略，对适应车辆当前工况的动力总成最佳运转模式进行任务分解，其中：系统智能体根据蓄电池智能体交互的信息，剩余电量SOC值＜0.3，发动机智能体交互信息，当前功率大于整车所需总功率，P_eng-cur＞P_veh，判断出车辆工作在行车充电模式，按行车充电模式分配部件智能体任务；

步骤四、执行任务

各部件智能体接受系统智能体的协调，对各自子任务细化分解，运行部件智能体控制策略对子任务进行修正，控制各自执行机构协作完成动力总成控制任务，使整车性能在当前工况下达到最优。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：

（1）充分利用各智能体的智能行为，综合协调车辆动力总成部件智能体的协作，根据车辆行驶工况，自主选择动力总成工作模式和与当前行驶工况相适应的控制策略，智能化程度提高，操控简单；

（2）将复杂的混合动力汽车动力总成控制任务分解为多个子任务，由相应的动力总成各部件智能体控制完成，使复杂的任务简单化，能进一步改善燃油经济性，延长续驶里程；

（3）有自学习功能，能将非常规工况下多智能体协调结果在数据库中记录，以备后期同工况下迅速查询调用，提高控制效率，保证动力总成运行状态与行驶路况相适应，可有效改善整车动力性，降低排放。

附图说明

图1为本发明构建的发动机智能体模型。

图2为本发明的混合动力汽车动力总成智能体控制系统及控制方法协同框架图。

图3为本发明的混合动力汽车动力总成智能体控制系统及控制方法工作流程简图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

本实施例中动力总成系统由发动机及其传感器系统、电动机及其传感器系统、蓄电池及其管理系统、变速器及其管理系统组成。图1所示为本发明构建的发动机智能体模型，电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体模型与此类似。如图2、图3所示，本实施例的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，所述的混合动力汽车动力总成包括发动机、电动机、蓄电池、变速器，构建的动力总成部件智能体包括发动机智能体、电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体以及系统智能体；该动力总成智能控制系统能够工作在发动机单独驱动模式、电动机单独驱动模式、发动机与电动机共同驱动模式以及行车充电模式四种不同的工作模式下。具体在本实施例中，所述发动机单独驱动模式是指使用燃油型发动机驱动车辆前置前驱；所述电动机单独驱动模式是指使用发电一体式永磁同步电机工作在电动机模式驱动车辆前置前驱；所述发动机与电动机共同驱动模式是指使用燃油型发动机和发电一体式永磁同步电机同时驱动车辆前置前驱；所述行车充电模式是指行车状态下发动机驱动发电一体式永磁同步电机工作在发电机模式为蓄电池充电。

所述发动机智能体主要工作如下：（1）接收发动机传感器系统监测采集车辆行驶过程中发动机实时状态信息，包括发动机当前输出转矩、转速、节气门开度、制动信号、喷油量、进气量、气缸温度；（2）将发动机实时状态信息处理后交互至系统智能体；（3）接受系统智能体分配的发动机动力任务，并根据自身状态修整后控制系统期望转矩、系统期望转速、系统期望节气门开度、系统期望喷油量、系统期望进气量。

所述电动机智能体主要工作如下：（1）接收电动机传感器系统监测采集车辆行驶过程中电动机实时状态信息，包括电动机当前输出转矩、转速；（2）电动机实时状态信息处理后交互至系统智能体；（3）接受系统智能体分配的电动机动力任务，输出其工作模式、系统期望输出转矩、系统期望输出转速，其中：工作模式是指电动机模式或发电机模式。

所述蓄电池智能体主要工作如下：（1）接收蓄电池管理系统监测的车辆行驶过程中蓄电池实时状态信息，包括蓄电池剩余电量SOC值、蓄电池端电压、蓄电池充放电电流；（2）将蓄电池实时状态信息处理后交互至系统智能体；（3）接受系统智能体分配的蓄电池电力任务，输出其工作模式、系统期望电力功率，其中：工作模式是指充电模式或放电模式。

所述变速器智能体主要工作如下：（1）接收变速器传感器系统监测采集车辆行驶过程中变速器实时状态信息，包括变速器档位、当前传动比；（2）将变速器实时状态信息处理后交互至系统智能体；（3）与发动机智能体、电动机智能体交互，接受系统智能体指令输出系统期望档位、系统期望传动比，将发动机、电动机提供的动力耦合变速后输出。

所述系统智能体主要工作如下：（1）系统智能体根据各智能体传感器提供的车辆实时状态信息，与自身所带工况数据库比对，所述工况数据库的具体内容为，车辆处于某一运行工况时，数据库储存了该工况对应的车速、发动机功率、发动机转速、电动机功率、电动机转速、剩余电量SOC值、整车所需总功率的具体参数阈值，通过车辆实时状态信息与具体阈值比较确定动力总成智能控制系统当前工作模式，选择相应控制策略，协调各部件智能体运行状态，用优化算法制定发动机期望动力任务、电动机期望动力任务、蓄电池期望电力任务，并将任务分配给相应智能体；（2）将各部件智能体状态信息及与之对应的控制任务记录保存至系统知识库，以备后期同工况下迅速查询调用。通过各智能体的智能行为对车辆当前行驶工况实时反应，最终由系统智能体结合完备的数据库系统协调动力总成各部件智能体，使整车性能进一步提高。值得说明的是，本实施例中的智能控制系统具有学习功能，能将非常规工况下多智能体协调结果在数据库中记录，以备后期同工况下迅速查询调用。此外，本实施例中的发动机为燃油型发动机，电动机为驱动发电一体式永磁同步电机，变速器为动力耦合与变速一体式无级变速器。

图3所示为本发明混合动力汽车动力总成控制系统及方法工作流程图，具体如下：

（1）构造出动力总成各单元智能体包括发动机智能体、电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体以及系统智能体，混合动力汽车启动，动力总成智能控制系统中的各智能体电控单元上电初始化，通过发动机、电动机、蓄电池、变速器传感器系统获取当前车辆行驶工况信息及动力总成各部件状态信息。其中：发动机传感器系统获取信息有：发动机转矩、转速、节气门开度、制动信号、喷油量、进气量、汽缸温度；电动机传感器系统获取信息有：电动机转矩、转速；蓄电池管理系统提供信息有：蓄电池剩余电量SOC值、端电压、放电电流；变速器传感器系统获取信息有：变速器档位、传动比。

（2）各动力总成部件状态信息传送至发动机智能体、电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体并处理，处理后的信息交互到系统智能体，系统智能体综合各部件智能体信息，通过多维查表或模糊推理策略，比对工况数据库记录，对车辆当前工况的动力总成模式进行判别，并分配系统功率子任务给发动机智能体、电动机智能体、蓄电池智能体和变速器智能体；各智能体交互信息后，根据各自ECU预设值做出初步决策，其中：发动机智能体询问变速器智能体当前档位信息，然后根据节气门开度信息和档位信息，决定期望转矩、期望转速，并将期望转矩、期望转速信息交互给系统智能体；电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体亦进行同样的交互和初步决策过程。

（3）发动机智能体接收来自系统智能体的任务指令后，结合发动机的实时状态对任务适当调整后，由发动机执行机构执行任务，输出功率至变速器，并同时将调整后的任务交互至变速器智能体；蓄电池智能体接收来自系统智能体的任务指令后，由蓄电池管理系统调整蓄电池的充放电状态；电动机智能体接收来自系统智能体的任务指令后，结合电机实时状态对任务适当调整后，由电机执行机构执行任务，输出功率至变速器，并同时将调整后的任务交互至变速器智能体；变速器智能体根据自身状态对发动机智能体和电动机智能体交互的任务信息进行修整，并将修整后的任务信息交互至变速器，变速器将发动机执行机构输出功率和电机执行机构输出功率耦合、变速后输出，驱动车辆更好的适应当前的路况。系统智能体综合各部件智能体信息，通过多维查表或模糊推理的控制策略，对适应车辆当前工况的动力总成最佳运转模式进行任务分解，其中：系统智能体根据蓄电池智能体交互的信息，剩余电量SOC值＜0.3，发动机智能体交互信息，当前功率大于整车所需总功率，P_eng-cur＞P_veh，判断出车辆工作在行车充电模式，按行车充电模式分配部件智能体任务。

（4）由混合动力汽车动力总成智能控制系统各智能体相互协作，协调各自执行机构共同完成动力总成控制要求，驱动车辆正常行驶，达到对不同工况的自适应智能控制，能够进一步提高混合动力汽车整车动力性、改善燃油经济性和降低排放。具体为：各部件智能体接受系统智能体的协调，对各自子任务细化分解，运行部件智能体控制策略对子任务进行修正，控制各自执行机构协作完成动力总成控制任务，使整车性能在当前工况下达到最优。

Claims (9)

1.一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于：所述的混合动力汽车动力总成包括发动机、电动机、蓄电池、变速器，构建的动力总成部件智能体包括发动机智能体、电动机智能体、蓄电池智能体、变速器智能体以及系统智能体；该动力总成智能控制系统能够工作在发动机单独驱动模式、电动机单独驱动模式、发动机与电动机共同驱动模式以及行车充电模式四种不同的工作模式下；

所述发动机智能体主要工作如下：

（1）接收发动机传感器系统监测采集车辆行驶过程中发动机实时状态信息，包括发动机当前输出转矩、转速、节气门开度、制动信号、喷油量、进气量、气缸温度；

（2）将发动机实时状态信息处理后交互至系统智能体；

（3）接受系统智能体分配的发动机动力任务，并根据自身状态修整后控制系统期望转矩、系统期望转速、系统期望节气门开度、系统期望喷油量、系统期望进气量；

所述电动机智能体主要工作如下：

（1）接收电动机传感器系统监测采集车辆行驶过程中电动机实时状态信息，包括电动机当前输出转矩、转速；

（2）电动机实时状态信息处理后交互至系统智能体；

（3）接受系统智能体分配的电动机动力任务，输出其工作模式、系统期望输出转矩、系统期望输出转速，其中：工作模式是指电动机模式或发电机模式；

所述蓄电池智能体主要工作如下：

（1）接收蓄电池管理系统监测的车辆行驶过程中蓄电池实时状态信息，包括蓄电池剩余电量SOC值、蓄电池端电压、蓄电池充放电电流；

（2）将蓄电池实时状态信息处理后交互至系统智能体；

（3）接受系统智能体分配的蓄电池电力任务，输出其工作模式、系统期望电力功率，其中：工作模式是指充电模式或放电模式；

所述变速器智能体主要工作如下：

（1）接收变速器传感器系统监测采集车辆行驶过程中变速器实时状态信息，包括变速器档位、当前传动比；

（2）将变速器实时状态信息处理后交互至系统智能体；

（3）与发动机智能体、电动机智能体交互，接受系统智能体指令输出系统期望档位、系统期望传动比，将发动机、电动机提供的动力耦合变速后输出；

所述系统智能体主要工作如下：

（1）系统智能体根据各智能体传感器提供的车辆实时状态信息，与自身所带工况数据库比对，所述工况数据库的具体内容为，车辆处于某一运行工况时，数据库储存了该工况对应的车速、发动机功率、发动机转速、电动机功率、电动机转速、剩余电量SOC值、整车所需总功率的具体参数阈值，通过车辆实时状态信息与具体阈值比较确定动力总成智能控制系统当前工作模式，选择相应控制策略，协调各部件智能体运行状态，用优化算法制定发动机期望动力任务、电动机期望动力任务、蓄电池期望电力任务，并将任务分配给相应智能体；

（2）将各部件智能体状态信息及与之对应的控制任务记录保存至系统知识库，以备后期同工况下迅速查询调用；

通过各智能体的智能行为对车辆当前行驶工况实时反应，最终由系统智能体结合完备的数据库系统协调动力总成各部件智能体，使整车性能进一步提高。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于，所述智能控制系统具有学习功能，能将非常规工况下多智能体协调结果在数据库中记录，以备后期同工况下迅速查询调用。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于，所述发动机为燃油型发动机。

4.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于，所述电动机为驱动发电一体式永磁同步电机。

5.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于，所述变速器为动力耦合与变速一体式无级变速器。

6.根据权利要求1或2所述的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于，所述发动机单独驱动模式是指使用燃油型发动机驱动车辆前置前驱。

7.根据权利要求1或2所述的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于，所述电动机单独驱动模式是指使用发电一体式永磁同步电机工作在电动机模式驱动车辆前置前驱。

8.根据权利要求1或2所述的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于，所述发动机与电动机共同驱动模式是指使用燃油型发动机和发电一体式永磁同步电机同时驱动车辆前置前驱。

9.根据权利要求1或2所述的一种混合动力汽车动力总成智能控制系统，其特征在于，所述行车充电模式是指行车状态下发动机驱动发电一体式永磁同步电机工作在发电机模式为蓄电池充电。