CN101274626A - 一种装载双机械端口电机混合动力汽车的控制方法 - Google Patents

Abstract

装载双机械端口电机混合动力汽车的控制方法，由整车控制单元控制汽车工作模式的切换，并根据档位和油门踏板信息，车上辅助设备需求的功率P_a，双机械端口电机内外电机的额定转矩和实际转速值，内燃机节气门开度和所能提供的额定功率，电池控制单元发送的电池荷电状态对整车动力进行分配：倒车和行驶过程中，整车控制单元将计算得到的双机械端口电机外电机的转矩T_m和内电机的转速ω_mi传送到双机械端口电机控制器，控制双机械端口电机，将内燃机提供的功率P_ice传送到内燃机控制单元，控制内燃机的节气门开度控制；制动时，整车控制单元向双机械端口电机外电机传送能量回收的转矩T_back；停车发电时，将制动控制值传送给双机械端口电机控制器。

Description

一种装载双机械端口电机混合动力汽车的控制方法

技术领域

本发明涉及一种装载双机械端口电机混合动力汽车的控制方法。

背景技术

混合动力电动汽车既能发挥电动汽车超低排放的优势，又能保持传统的内燃机汽车高比能量的特点，因此在电池技术瓶颈未能突破的情况下，已成为21世纪初世界各国汽车界的重要研究课题。专利CN1945939《双机械端口电机及其驱动控制系统》给出了一种用于混合动力汽车技术中的新型电机，即双机械端口电机(DMPM)，其由一个定子和两个转子组成，通过控制可以实现电力无级变速的目的。当双机械电机端口电机应用于混合动力汽车技术中时，双机械端口电机的第二机械端口(内转子)直接和内燃机曲轴连接，第二机械端口(外转子)通过变速齿轮和车辆驱动轴连接，同时在内外电机之间设计一离合器，实现在混联和高速并联之间切换，内燃机的输出轴设计一锁止器，防止内燃机反转。此设计可以实现：当车辆没有运行在内燃机的最佳工作区域时，离合器处于分离状态，内外转子之间的动力通过电机传递；当车辆运行在内燃机的最佳工作区域时，离合器处于结合状态，内外转子绑定在一起即直接机械连接，实现动力在内燃机曲轴和驱动桥之间直接传递，故不会存在电力转换引起的损失。

专利CN1945939提出了双机械端口电机的驱动控制系统的组成，及其在实际控制中的实现原理，但未涉及以下内容：1、双机械端口电机应用于深度混合动力汽车时在纯电动、混联、高速并联等状态之间的切换如何控制；2、在各个状态下对双机械端口电机如何控制。

在混合动力驱动中双机械端口电机工作模式非常多，在相同输出的工况下，可以有多种工作模式的组合，因此最佳工作点和工作模式的选择直接关系到系统的经济性。同时装载双机械端口电机的混合动力车，要发挥其优越性，必须根据负载很好地协调内燃机与变速器，包括启动、发电、电动、变速等不同模式的下双机械端口电机的控制及不同模式间的切换方法、不同负载下内燃机与双机械端口电机、电池间的协调控制等。对于装载双机械端口电机的混合动力汽车来说，系统机械动力源为内燃机、双机械端口电机，因此如何合理分配内燃机和双机械端口电机之间的动力，使得系统既要满足整车驱动力的需求，同时又能优化内燃机、双机械端口电机、蓄电池充放电以及整车的效率就显得十分重要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提出一种装载双机械端口电机混合动力汽车的控制方法，根据装载双机械端口电机的深度混合动力汽车整车的动力性要求、内燃机的OOL曲线、以及双机械端口电机的工作点，控制混合动力汽车在各个工作模式之间进行切换，从而实现整个混合动力系统的效率最优。

装载双机械端口电机的深度混合动力汽车的工作模式主要包括停车发电、倒车、纯电动、混联、高速并联以及制动。

1.停车发电是指在野外需要使用车上的电力，而电池提供的电力不足时，就需要启动内燃机进行发电，发电时通过双机械端口电机的内电机对电池充电。在停车发电的工作状况下，控制离合器和锁止器松开。

2.倒车状态定义为司机给出相应的倒车指令和相应油门踏板开度信号，油门开度和指令信号传送到整车控制单元，整车控制单元将其意图翻译成相应的转矩和速度指令给双机械端口电机控制器，然后双机械端口电机控制器根据整车需求的转矩和转速指令对双机械端口电机进行控制，倒车状态存在纯电动倒车和混联倒车两种状态。两种工作状态的选择根据双机械端口电机设计的额定值进行，当双机械端口电机的外电机足够提供混合动力车辆在倒车时需要的动力，而且电池的电量足够时，混合动力车辆工作在纯电动倒车的工作模式下；当双机械端口电机的外电机提供的动力不能满足倒车的需求动力时，或者是电池电量不足时，必须启动内燃机，使内燃机和双机械端口电机一起提供动力，驱动车辆倒车，混合动力车辆工作在混联倒车的工作模式下。在纯电动倒车状态下，控制离合器分开，控制内燃机上的锁止器闭合，防止内燃机反转；在混联倒车的状态下，控制离合器分开，内燃机上的锁止器松开，使内燃机输出转矩，辅助倒车。

3.纯电动工作状态是指内燃机没能运行在最佳工作区，比如在低速情况下或者是城市工况中的低速频繁启动阶段，而且电池的电量足够时，根据司机踩油门的意图，整车控制单元将其翻译成转矩和转速信号传送到双机械端口电机控制器实现对双机械端口电机的控制，完全由外电机提供动力驱动车辆前进；此工作模式下需对特殊的情况进行考虑，当车辆虽然可以工作在纯电动的情况下，但是电池的电量已经不足，此时需要启动内燃机将工作模式切换到混联工作状态。在纯电动工作状态下，控制离合器分开，控制锁止器闭合，防止内燃机反转。

4.混联工作状态是指混合动力车辆的速度已经达到一定的速度，这时候内燃机已经可以运行在最佳工作区，内燃机启动，驱动车辆前进的动力除了由外电机提供以外，另外一部分动力通过内燃机经过电磁场传递到车辆驱动轴上。混联工作状态下控制离合器、锁止器松开，使内燃机能够输出动力。在混联工作状态下，如果出现电池电量不足，还必须对电池充电，此时，内燃机既通过电机对驱动轴提供动力外，还提供能量向电池充电。

5.高速并联工作状态是指混合动力车辆的速度继续升高，此时，内燃机运行在最佳工作区，为减少电力转换带来的损失，离合器闭合，双机械端口电机的内外转子绑定，同时锁止器松开，混合动力车辆所需要的动力由内燃机的曲轴经过绑定的内外转子直接传递给驱动轴，驱动车辆前进。在高速并联工作下，出现内燃机提供的动力不能满足车辆前进的需求功率外，通过控制双机械端口电机的外电机使其输出动力，此时内燃机和双机械端口电机的外电机一起提供动力；在高速并联工作下，出现电池的电量不足，可以控制双机械端口电机的外电机对电池进行充电，此时内燃机除了输出动力给驱动轴外，还提供能量向电池充电。

6.制动工作状态在倒车、纯电动、混联和高速并联的情况下都可能发生。为对制动时的能量进行回收以及对整车系统安全性的保证，必须对制动进行控制。在倒车和纯电动时制动，离合器分开、锁止器闭合，通过双机械端口电机的外电机实现能量回收。在混联时制动，离合器、锁止器分开，通过双机械端口电机的外电机实现能量回收，同时根据电池荷电状态SOC(State ofCharge)对内燃机的输出进行控制，如果电池的电量较低，控制内燃机从向混合动力车辆驱动轴上提供动力切换为通过内电机向电池充电，如果电池的电量已经达到某一定值，关闭内燃机，使其停止对外输出功率。在高速并联时制动，首先控制离合器松开，通过双机械端口电机对电池进行充电，而且根据电池荷电状态SOC对内燃机进行控制，如果电池的电量已经达到某一定值，则内燃机直接停止，同时锁止器闭合，防止内燃机反转；如果电池的电量未达到某一定值，则锁止器保持闭合状态，内燃机输出并同过双机械端口电机的内电机对电池进行充电。

本发明为实现控制混合动力汽车在上述各个工作模式之间进行切换，并实现整个混合动力系统的效率最优，所采取的技术方案由两部分组成：第一部分整车控制单元控制停车、倒车、纯电动、混联、高速并联、制动等工作模式之间的切换；第二部分为在上述各个工作模式下，整车控制单元对整车动力进行分配，从而实现对内燃机、双机械端口电机、制动装置的控制。

第一部分：本发明的整车控制单元实现在停车、倒车、纯电动、混联、高速并联、制动各个模式之间进行切换所采取的方法如下：

首先，在本发明中，停车发电的指令直接来自司机的意图，整车控制单元接收到司机发出的停车发电的指令意图后，直接通过CAN总线输出相应的指令对双机械端口电机、内燃机进行控制，实现停车发电。

其次，在本发明中，纯电动倒车和混联倒车两种工作模式之间的切换根据车辆倒车时所需的功率P_d、车上辅助设备所需的功虑P_a和以及双机械端口电机外电机所能提供的额定功率P_em决定，当P_em≥P_d+P_a，车辆工作在纯电动倒车工作模式，当P_em＜P_d+P_a，车辆工作在混联倒车工作模式。

再次，在本发明中，纯电动、混联和高速并联工作模式之间的切换根据车辆速度V_vehicle进行，当V_vehicle＜V₁时，车辆运行在纯电动工作模式；当V₁＜V_vehicle＜V₂，车辆由纯电动工作模式进入混联工作模式，在混联工作模式下，当V_vehicle＜V₃，车辆返回纯电动工作模式；当V_vehicle＞V₂，车辆由混联工作模式进入高速并联工作模式，在高速并联模式下，当V_vehicle＜V₄，车辆返回混联工作状态；这里的V₁、V₂、V₃、V₄为设定的速度切换点，作为一个实施例，取V₁＝15km/h，V₂＝45km/h，V₃＝10km/h，V₄＝40km/h。整车控制单元根据各工作模式进行整车的动力分配。

最后，在本发明中，当在倒车的工作模式下出现制动信号时，直接进行制动并进行能量回收；在混联和高速并联的工作模式下出现制动信号时，首先切换到纯电动工作模式，切换过程中对产生的制动能量进行回收，然后在纯电动的工作模式下进行完全制动并实现能量的回收。同时在本发明中，为实现混合动力系统的效率最优，需要内燃机工作在最佳工作区时，由双机械端口电机的内电机将内燃机带到一定的速度V_iceon再启动内燃机，这样内燃机不存在怠速的情况。

第二部分：本发明中混合动力汽车在上述各个工作模式下，整车控制单元对整车动力进行分配，所采取的控制方案具体如下：

首先介绍本发明硬件系统：本发明中的硬件系统包括双机械端口控制单元、内外电机的逆变器、内燃机控制单元、电池控制单元、制动控制单元、整车控制单元以及输入到整车控制单元的档位信息、油门踏板信息和制动信息，同时在各个控制单元之间通过进行通信。整个混合动力系统由整车控制单元进行协调控制。

本发明中的整车控制单元实施车辆动力分配：整车驱动需求的功率P_d和转矩T_d可以根据车辆动力学模型计算得到，设定为已知；车辆辅助设备需求功率为P_a根据辅助设备的额定功率直接得到，设定为已知；电池控制单元将电池荷电状态SOC信号对应的控制字通过CAN总线传给整车控制单元，设定的控制字0、1分别表示电池的SOC＜SOC_Bot和SOC_Bot＜SOC＜SOC_Top，SOC_Bot表示电池荷电状态的下限，SOC_Top表示电池荷电状态的上限。双机械端口电机控制器将双机械端口电机内外电机的转矩和转速值通过CAN总线传递给整车控制单元；内燃机控制单元将实际的内燃机节气门开度和实际所能提供的功率通过CAN总线传给整车控制单元，为实现内燃机工作在最佳工作区(即工作在OOL曲线上)，设定内燃机在OOL曲线上输出的转矩T_ice为已知。整车控制单元根据接收到电池控制单元传送过来的控制字和双机械端口电机控制器传送过来的双机械端口电机内外电机的转矩和转速进行控制，从而实现对各种工作模式下的动力分配，具体的实现方式如下：

1、当电池控制单元的控制字代表SOC_Bot＜SOC＜SOC_Top和司机意图为倒车时，整车控制单元根据双机械端口电机额定功率P_em和前面提及的P_d、P_a进行判断：当P_em≥P_d+P_a，工作在纯电动倒车工作模式，双机械端口电机外电机的转矩为T_m＝T_d、转速为ω_m＝K·V_vehicle(其中V_vehicle为车速，K为考虑减速齿轮后的转换系数)，而双机械端口电机的内电机的转矩T_mi＝0、内电机转速ω_mi＝0；当P_em＜P_d+P_a，工作在混联倒车工作模式，此时整车驱动需求的功率P_d、车辆辅助设备需求功率P_a、外电机转速ω_m、内燃机的输出转矩T_ice已知，T_m＝T_d-T_ice，ω_m＝K·V_vehicle，外电机提供的P_m＝ω_m·T_m，内燃机的功率为P_ice＝P_d+P_a-P_m，内电机的转矩T_mi＝T_ice，转速为 ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}};$ 如果电池控制单元的控制字代表SOC＜SOC_Bot，车辆需要运行在混联倒车工作模式，此时的T_m、ω_m、T_mi和ω_mi和前面提及的混联倒车工作模式的计算方法一致。

2、当电池控制单元的控制字代表SOC_Bot＜SOC＜SOC_Top，整车工作在纯电动工作模式时，整车控制单元根据接收到的控制字输出相应的控制值对双机械端口电机进行控制，此时T_m＝T_d，ω_m＝K·V_vehicle，T_mi＝0，ω_mi＝0；如果电池控制单元的控制字代表SOC＜SOC_Bot，车辆进入混联工作模式，此时的T_m、ω_m、T_mi和ω_mi和后面提及的混联模式的计算方法一致。

3、当电池控制单元的控制字代表SOC_Bot＜SOC＜SOC_Top，整车工作在混联工作模式时，整车控制单元根据接收到的控制字输出相应的控制值对双机械端口电机进行控制，此时T_m＝T_d-T_ice，ω_m＝K·V_vehicle，P_m＝ω_m·T_m，P_ice＝P_d+P_a-P_m，T_mi＝T_ice， ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}};$ 如果此时出现电池控制单元的控制字代表SOC＜SOC_Bot，则双机械端口电机的内电机还必须发电，发电的功率为P_g，此时T_m＝T_d-T_ice，ω_m＝K·V_vehicle，P_m＝ω_m·T_m，P_ice＝P_d+P_a+P_g-P_m，T_mi＝T_ice， ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}}.$

4.整车工作在高速并联工作模式时，先判断两种工作模式，当内燃机的额定功率P_icee≥P_d+P_a，由内燃机驱动车辆行驶，此时P_ice＝P_d+P_a，T_m＝0，ω_m＝K·V_vehicle，T_mi＝0， ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}};$ 当P_icee＜P_d+P_a，双机械端口电机的外电机助力，此时P_ice＝P_icee， ${\mathrm{\ω}}_m={\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}},$ P_m＝P_d+P_a-P_icee， $T_m=\frac{P_m}{{\mathrm{\ω}}_m}.$

整车控制单元根据上述各种工作模式下计算得到的T_m、ω_m、T_mi和ω_mi通过CAN总线传送到双机械端口电机控制器完成对双机械端口电机的控制，同时将P_ice通过CAN总线传送到内燃机控制单元，控制内燃机的节气门开度控制使内燃机输出转矩。

本发明中的制动和停车发电两种工作模式为司机意图。整车控制单元接收到司机制动意图时，直接将该制动意图翻译成相应的控制信号，通过CAN总线传输到制动控制单元实现制动，同时通过CAN总线向双机械端口电机外电机传送一个能量回收的转矩T_back(T_back为一固定值)。停车发电时，T_m＝0，ω_m＝0，T_mi＝-T_ice，整车控制单元将相应的值及控制字通过CAN总线传送到双机械端口电机控制器实现停车发电。

本发明中的双机械端口电机控制器通过CAN总线接收来自整车控制单元的双机械端口电机的内外电机的转矩和转速给定值、以及停车发电、制动、倒车、纯电动、混联和高速并联对应的控制字，以及来自双机械端口电机电流传感器上的电流信号、旋转变压器上的位置信号实现对双机械端口电机内外电机的控制。本发明中的双机械端口电机控制器还实现对双机械端口电机的温度进行检测，根据温度信号实现对双机械端口电机的冷却控制；而且也对内外电机逆变器的温度进行检测，根据检测到的控制器温度，对控制器进行冷却控制。双机械端口电机控制单元实现控制的具体方式为：

1、双机械端口电机的外电机采用转矩控制，给定转矩为T_m，内电机采用转速控制，转速给定值为ω_m，转矩T_m和转速ω_m的给定值大小由整车控制单元根据混合动力系统的工作模式计算得到后通过CAN总线传递给双机械端口电机控制器；

2、双机械端口电机控制器根据各种工作模式对离合器和锁止器进行控制，当控制器接收到的控制字为停车发电时，控制离合器和锁止器的继电器使其分开；当收到的控制字为纯电动倒车时，控制离合器的继电器分开，锁止器的继电器闭合，当收到控制字为混联倒车时，控制离合器和锁止器的继电器都分开；当收到的控制字为纯电动时，控制离合器的继电器分开、锁止器的继电器闭合，为混联时，控制离合器和锁止器的继电器分开，为高速并联时，控制离合器和锁止器的继电器闭合；

3、双机械端口电机控制器对双机械端口电机的内外电机进行冷却控制，当检测到内外电机有一电机温度超过T_m1，启动相应的继电器使泵对电机冷却，当内外电机有一个电机的温度超过T_m2，电机停止工作，并发送错误信号给整车控制单元，这里的T_m1、T_m2代表温度值，作为一个实施例，T_m1＝42℃，T_m2＝70℃。

4、双机械端口电机控制器对控制器进行冷却控制，当检测到控制器有一点的温度超过T_c1，启动相应的继电器使泵对控制器进行冷却，当检测到控制器有一点的温度超过T_c2，IGBT和电机停止工作，并发送错误信号给整车控制单元，这里的T_c1、T_c2代表温度值，作为一个实施例，T_c1＝42℃，T_c2＝70℃。

本发明中的电池控制单元完成对电池荷电状态SOC进行实时检测，并通过CAN总线发送关于电池荷电状态SOC的控制字给整车控制单元，整车控制单元根据相应的控制字进行整车动力分配。

本发明中的制动控制单元通过CAN总线接收到整车控制单元发出的制动控制字后完成对车辆的制动。

本发明中的内燃机控制单元通过CAN总线接收到内燃机的启动信号控制字、内燃机的输出功率P_ice、转矩T_ice和速度ω_ice，值的大小根据前面提及的整车控制单元完成动力分配时计算得到，从而控制内燃机的启动时刻和节气门开度。

附图说明

图1是本发明提出的双机械端口电机在混合动力汽车中的应用拓扑图，图中：1内燃机，2离合器，3双机械端口电机的内转子，4双机械端口电机的定子，5双机械端口电机的外转子；

图2是本发明中离合器分开工作状态下双机械端口电机的机械本体拓扑示意图；

图3是本发明中离合器闭合工作状态下双机械端口电机的机械本体拓扑示意图；

图4是本发明中的内燃机MAP图；

图5是本发明中的整个车辆输出平面图；

具体实施方式

图1是本发明的双机械端口电机在混合动力汽车中的应用拓扑图。如图1所示，装载有双机械端口电机的混合动力汽车主要由机械本体和电气控制两部分组成。双机械端口电机是同心布置的三层结构，最外层是定子4，中间是外转子5，最内层是内转子3。其中，定子4和内转子3上安装有电枢绕组。内转子电流可以通过电刷和集电环从外部电源通入内转子3的电枢绕组之中。内转子和内燃机1的曲轴和双机械端口电机的内转子3直接连接，同时在双机械端口电机内转子3和外转子5之间装有离合器2，图1中的离合器安装形式仅为示意图，可以根据实际需要对离合器的实际型号及安装位置进行改变。双机械端口电机的内转子3和定子4上电枢绕组的电流来自逆变器1和逆变器2，逆变器的直流电源来自电池。电池荷电状态SOC管理由电池控制控制单元实现。双机械端口电机控制器实现对双机械端口电机控制时，外电机采用转矩控制、内电机采用速度控制，因此必须给定转矩和转速信号，整车控制单元根据在车辆在各工作模式下计算得到的转矩和转速，通过CAN总线传送到双机械端口电机控制器。内燃机1的节气门开度信号由内燃机控制器控制，整车控制单元将计算得到的内燃机需要提供的转矩和转速通过CAN总线传输给内燃机控制器，内燃机将其换算成开度大小的信号，从而实现对内燃机1及其门开度大小的控制。车辆制动时整车控制单元通过CAN总线将制动信号传递给制动控制单元，由制动控制单元对车辆进行制动。

图2是本发明中离合器分开工作状态下双机械端口电机的机械本体拓扑示意图。离合器分开和锁止控制分以下几种工况：1、停车发电2、纯电动倒车和混联倒车3、纯电动工作状态4、混联工作状态。具体的实现方式为双机械端口电机控制器根据CAN总线传输过来的停车发电、纯电动倒车、混联倒车、纯电动、混联和高速并联工作状态的控制字对离合器和锁止器进行控制。当双机械端口电机控制器接收到的控制字为停车发电时，控制相应的继电器使离合器分开、锁止器分开；控制字为纯电动倒车时，控制相应的继电器使离合器分开、锁止器闭合；控制字为混联倒车时，控制相应的继电器使离合器分开、锁止器闭合；当控制字为纯电动时，控制相应的继电器使离合器分开、锁止器闭合；当控制字为混联时，控制相应的继电器使离合器分开、锁止器分开。

图3是本发明中离合器闭合工作状态下双机械端口电机的机械本体拓扑示意。当双机械端口电机控制器接收到的控制字为高速并联的工作模式时，控制相应的继电器使离合器闭合、锁止器闭合。

图4是本发明中的内燃机MAP图。如图4所示，当内燃机1以恒功率曲线I和阻力矩T2工作时，内燃机1将在这两条曲线的交点a以一定的转矩和转速稳定工作。如果遇到汽车爬坡时，阻力矩从T2变为T3，在驾驶员不加干预或者是不对内燃机1进行控制的条件下，内燃机1自动调整，工作点将从a点过渡到b点，此时转速降了Δn，而转矩升了ΔT，以适应外界阻力的变化。同样地，如果遇到汽车下坡时，阻力矩从T2变为T1，在驾驶员不加干预或者是不对内燃机1进行控制的条件下，内燃机1自动调整，工作点将从a点过渡到c点，此时转速升了Δn，而转矩降了ΔT，以适应外界阻力的变化。同时内燃机1稳定工作范围也必须进行限制，其工作范围从n_min到n_max，当内燃机1的工作转速低于n_min时，由于飞轮等运动件储存能量较小，导致内燃机1转速的波动过大，不能稳定运转也不能高效运转；当内燃机1的工作速度大于n_max，受转速过高引起的惯性力增大、机械损失大、充量系数下降、工作过程恶化内燃机1也不能高效运转。根据前面所述的内燃机1自动调整性能，以及内燃机1稳定的工作范围一定，所以必须对内燃机1的工作点进行控制，所以在本发明中，内燃机1的输出转矩T_ice设定为OOL曲线上的一固定值，而转速ω_ice由内燃机控制单元根据整车控制单元传递过来的P_ice共同决定， ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ice}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}}.$

图5是作为本发明中一实例的整车输出平面图，如图5所示，图中包括车辆驱动轴工作点、发动机工作点、发动机OOL、阻力矩曲线、发动机外特性曲线、外电机最大输出、外电机输出范围、内电机输出范围和内电机最大输出。此时的控制为当需要启动内燃机时，通过控制内电机使其将内燃机带到一定的速度，然后启动内燃机，使其输出内燃机的输出转矩T_ice始终保持在T_given，T_given代表给定转矩值；转速ω_ice可以从n₁到n₂之间变化，这里n₁、n₂代表速度值，速度ω_ice由内燃机控制单元根据整车控制单元传递过来的P_ice一起决定， ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{ice}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}}.$ 这样确保内燃机在整个工作过程中运行在最佳工作状态下。

Claims (5)

1、一种装载双机械端口电机混合动力汽车的控制方法，其特征在于整车控制单元控制混合动力汽车在停车、倒车、纯电动、混联、高速并联、制动工作模式之间进行切换，并在各个工作模式下，对整车动力进行分配，实现对内燃机、双机械端口电机、制动装置的控制。

2、根据权利要求1所述的双机械端口电机混合动力汽车的控制方法，其特征在于整车控制单元控制混合动力汽车在停车、倒车、纯电动、混联、高速并联、制动工作模式之间进行切换的方法如下：

整车控制单元接收到司机发出的停车发电的指令意图后，直接通过CAN总线输出相应的指令对双机械端口电机、内燃机进行控制，实现停车发电；根据车辆倒车时所需的功率P_d、车上辅助设备所需的功虑P_a和以及双机械端口电机外电机所能提供的额定功率P_em决定纯电动倒车和混联倒车两种工作模式之间的切换，当P_em≥P_d+P_a，车辆工作在纯电动倒车工作模式，当P_em＜P_d+P_a，车辆工作在混联倒车工作模式；根据车辆速度V_vehicle进行纯电动、混联和高速并联工作模式之间的切换：当V_vehicle＜V₁时，车辆运行在纯电动工作模式；当V₁＜V_vehicle＜V₂，车辆由纯电动工作模式进入混联工作模式，在混联工作模式下，当V_vehicle＜V₃，车辆返回纯电动工作模式；当V_vehicle＞V₂，车辆由混联工作模式进入高速并联工作模式，在高速并联模式下，当V_vehicle＜V₄，车辆返回混联工作状态，此处V₁、V₂、V₃、V₄为设定的速度切换点；当在倒车的工作模式下出现制动信号时，直接进行制动并进行能量回收；在混联和高速并联的工作模式下出现制动信号时，首先切换到纯电动工作模式，切换过程中对产生的制动能量进行回收，然后在纯电动的工作模式下进行完全制动并实现能量的回收。

3、根据权利要求1所述的双机械端口电机混合动力汽车的控制方法，其特征在于整车控制系统在停车、倒车、纯电动、混联、高速并联、制动工作模式下，根据双机械端口电机控制器通过CAN总线传递给整车控制单元的双机械端口电机内外电机的转矩和转速值，内燃机控制单元通过CAN总线发送的内燃机节气门开度和所能提供的功率，电池控制单元发送的电池荷电状态对整车动力进行分配：整车控制单元根据上述各种工作模式下计算得到的双机械端口电机外电机的转矩T_m和转速ω_m，内电机的转矩T_mi和转速ω_mi通过CAN总线传送到双机械端口电机控制器，双机械端口电机控制器完成对双机械端口电机的控制，将内燃机需要输出的功率P_ice通过CAN总线传送到内燃机控制单元完成对内燃机的控制，制动控制单元通过CAN总线接收到整车控制单元发出的制动控制字后完成对车辆的制动控制；内燃机控制单元接收到内燃机的启动信号控制字、内燃机需要输出的功率P_ice，内燃机控制单元计算出相应的内燃机输出转矩T_ice和转速ω_ice实现对内燃机节气门开度控制；整车控制单元接收到司机发出的制动意图信号时，通过CAN总线向双机械端口电机外电机传送一个能量回收的转矩T_back，同时将制动控制字传送给双机械端口电机控制器；停车发电时，双机械端口电机的转矩T_m＝0和转速ω_m＝0，内电机的转矩T_mi＝-T_ice，整车控制单元将相应的值及控制字通过CAN总线传送到双机械端口电机控制器实现停车发电。

4、根据权利要求1所述的双机械端口电机混合动力汽车的控制方法，其特征在于整车控制单元计算双机械端口电机外电机的转矩T_m和ω_m，内电机的转矩T_mi和和转速ω_mi的方法如下：

当电池控制单元的控制字代表SO_Bot＜SOC＜SOC_Top，SOC代表电池的荷电状态，SOC_Bot表示电池荷电状态的下限，SOC_Top表示电池荷电状态的上限，且司机意图为倒车时，整车控制单元根据双机械端口电机额定功率P_em、车辆的需求功率P_d和需求的转矩T_d、辅助设备需求功率P_a、外电机的转速ω_m进行判断：当P_em≥P_d+P_a，工作在纯电动倒车工作模式，双机械端口电机外电机的转矩为T_m＝T_d、转速为ω_m＝K·V_vehicle，其中V_vehicle为车速，K为考虑减速齿轮后的转换系数，而双机械端口电机的内电机的转矩T_mi＝0、转速ω_mi＝0；当P_em＜P_d+P_a，工作在混联倒车工作模式，此时P_d、P_a、ω_m、T_ice已知，T_m＝T_d-T_ice，ω_m＝K·V_vehicle，外电机提供的P_m＝ω_m·T_m，内燃机的功率为P_ice＝P_d+P_a-P_m，内电机的转矩T_mi＝T_ice，内电机的转速为 ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}};$ 如果电池控制单元的控制字代表SOC＜SOC_Bot，车辆需要运行在混联倒车工作模式，此时的双机械端口电机外电机的转矩T_m和转速ω_m、内电机的转矩T_mi和转速ω_mi和混联倒车工作模式的计算方法一致；

当电池控制单元的控制字代表SOC_Bot＜SOC＜SOC_Top，整车工作在纯电动工作模式时，双机械端口电机外电机的转矩T_m＝T_d，转速ω_m＝K·V_vehicle，内电机的转矩T_mi＝0，转速ω_mi＝0；如果电池控制单元的控制字代表SOC＜SOC_Bot，车辆进入混联工作模式，此时的双机械端口电机的转矩T_m和转速ω_m、内电机的转矩T_mi和转速ω_mi和混联模式的计算方法一致；

当电池控制单元的控制字代表SOC_Bot＜SOC＜SOC_Top，整车工作在混联工作模式时，双机械端口电机外电机的转矩T_m＝T_d-T_ice，转速ω_m＝K·V_vehicle，外电机提供的功率为P_m＝ω_m·T_m，内燃机提供的功率P_ice＝P_d+P_a-P_m，内燃机的转矩T_mi＝T_ice，内燃机的转速 ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}};$ 如果此时出现电池控制单元的控制字代表SOC＜SOC_Bot，则双机械端口电机的内电机还必须发电对电池进行充电，发电的功率为P_g，此时双机械端口电机外电机的转矩T_m＝T_d-T_ice，转速ω_m＝K·V_vehicle，外电机提供的功率为P_m＝ω_m·T_m，内燃机提供的功率P_ice＝P_d+P_a+P_g-P_m，转矩T_mi＝T_ice，转速为 ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}};$

整车工作在高速并联工作模式时，当内燃机的额定功率P_icee≥P_d+P_a，由内燃机驱动车辆行驶，此时内燃机提供的功率为P_ice＝P_d+P_a，双机械端口电机外电机的T_m＝0，转速ω_m＝K·V_vehicle，内电机的转矩T_mi＝0，转速 ${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{ice}}}{T_{\mathrm{ice}}};$ 当P_icee＜P_d+P_a，双机械端口电机的外电机助力，此时内燃机的功率为P_ice＝P_icee，转速为 ${\mathrm{\ω}}_m={\mathrm{\ω}}_{\mathrm{mi}}=\frac{P_{\mathrm{icee}}}{T_{\mathrm{ice}}},$ 双机械端口电机外电机需要提供的功率为P_m＝P_d+P_a-P_icee，转矩 $T_m=\frac{P_m}{{\mathrm{\ω}}_m}.$

5、根据权利要求3或4所述的双机械端口电机混合动力汽车的控制方法，其特征在于双机械端口电机控制器通过CAN总线接收来自整车控制单元的双机械端口电机的内外电机的转矩和转速给定值T_m和ω_m、以及停车发电、制动、倒车、纯电动、混联和高速并联对应的控制字，以及来自双机械端口电机电流传感器上的电流信号、旋转变压器上的位置信号实现对双机械端口电机内外电机的控制；双机械端口电机控制器检测双机械端口电机和内外电机逆变器控制器的温度，根据温度信号实现对双机械端口电机和控制器进行冷却控制；具体为：

当双机械端口电机控制器接收到的控制字为停车发电时，控制离合器和锁止器的继电器使其分开；当收到的控制字为纯电动倒车时，控制离合器的继电器分开，锁止器的继电器闭合，当收到控制字为混联倒车时，控制离合器和锁止器的继电器都分开；当收到的控制字为纯电动时，控制离合器的继电器分开、锁止器的继电器闭合，为混联时，控制离合器和锁止器的继电器分开，为高速并联时，控制离合器和锁止器的继电器闭合；

当双机械端口电机控制器检测到内外电机有一电机温度超过T_m1，启动相应的继电器使泵对电机冷却，当内外电机其中一个的温度超过T_m2，电机停止工作，并发送错误信号给整车控制单元，这里的T_m1、T_m2代表温度值；

当双机械端口电机控制器检测到本双机械端口电机内外电机逆变器上有一点的温度超过T_c1，启动相应的继电器使泵对控制器进行冷却，当检测到逆变器上有一点的温度超过T_c2，IGBT和电机停止工作，并发送错误信号给整车控制单元，这里的T_c1、T_c2代表温度值。

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