CN102126496A - 一种并联式混合动力管理控制系统及其管理控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种并联式混合动力管理控制系统，包括控制信号输出单元、混合动力总成控制单元、信号采集与处理单元、数据存储单元、直流电源输出单元、串口通信控制单元和CAN总线通信控制单元。本发明还公开了一种并联式混合动力管理控制方法，包括如下步骤：(1)采集车况信号、路况信息和当前电池荷电状态信号；(2)计算出当前功率需求参数；(3)估算出未来功率需求参数；(4)模式选择与功率分配；(5)驱动发/电动机工作与电池充电储能。本发明通过充分利用信息资源，估算出车辆当前和未来的功率需求，并结合当前电池荷电状态对车辆的驱动模式进行判断选择，对功率进行合理分配，进一步提高了混合动力汽车的燃油经济性和动力性。

Description

一种并联式混合动力管理控制系统及其管理控制方法

技术领域

本发明属于混合动力管理控制技术领域，具体涉及一种并联式混合动力管理控制系统及其管理控制方法。

背景技术

目前，能源利用和环境保护已日益成为与人类生存和持续发展息息相关的重要课题。作为新能源车辆技术之一的混合动力汽车(HEV)以其低能耗、低排放、可行性强等优点，已成为未来车辆的发展方向和研究热点，而作为城市主要公共交通工具的城市公交车，在这场新能源车辆的革命中，正处于优先发展的地位。

混合动力汽车通过将两套驱动系统安装于原本只安装一套驱动系统的车体内，不仅增加了驱动系统总体结构的复杂程度，而且车辆的工作模式也随之增加，各动力总成之间的能量流动也变得更加复杂，因此，整车的动力管理控制策略已成为HEV研究的重点。当前混合动力汽车上所应用的动力管理控制系统基本都是针对所有混合动力汽车所提出的，通用性强但针对性弱，把这样的动力管理系统应用于混合动力汽车中之后，节油效果和动力性都并不十分理想。之所以出现这样的问题，除混合动力车辆结构本身的原因之外，相当大部分原因还是由于目前所广泛采用的基于逻辑门限值的动力管理控制系统只考虑汽车当前的运行状况，而没有考虑汽车未来的运行状况，信息利用的不充分而导致管理控制的结果不能令人满意。

发明内容

本发明提供了一种并联式混合动力管理控制系统，通过计算当前车辆运行的功率需求和估算未来车辆运行的功率需求，并结合当前电池荷电状态对车辆的动力驱动模式进行选择并对功率进行分配，从而提高混合动力汽车的燃油经济性和动力性。

一种并联式混合动力管理控制系统包括用于向外部独立控制单元提供功率 需求信号的控制信号输出单元、用于产生并向控制信号输出单元提供功率需求信号的混合动力总成控制单元、用于采集并向混合动力总成控制单元提供车况信号、路况信息和当前电池荷电状态信号的信号采集与处理单元、用于存储并向混合动力总成控制单元提供典型路况功率需求信息的数据存储单元、用于为系统中各单元供电的直流电源输出单元、用于与混合动力总成控制单元进行数据信号通信的串口通信控制单元和CAN总线通信控制单元。

所述的混合动力总成控制单元由当前功率需求计算模块、未来功率需求估算模块和模式选择与功率分配模块组成。

所述的当前功率需求计算模块用于接收所述的信号采集与处理单元提供的包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，并根据信号计算出车辆当前功率需求参数，并将当前功率需求参数输送给所述的模式选择与功率分配模块。

所述的未来功率需求估算模块用于接收所述的信号采集与处理单元提供的包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及所述的数据存储单元提供的典型路况功率需求信息，并根据数据信息估算出车辆未来功率需求参数，并将未来功率需求参数输送给所述的模式选择与功率分配模块。

所述的模式选择与功率分配模块用于接收所述的信号采集与处理单元提供的当前电池荷电状态信号，并根据接收到的当前功率需求参数、未来功率需求参数和当前电池荷电状态信号逻辑判断选择车辆的动力驱动模式从而对功率进行分配，产生并向所述的控制信号输出单元提供发动机功率需求信号和电动机功率需求信号。

一种并联式混合动力管理控制方法，包括如下步骤：

(1)通过信号采集与处理单元采集包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及当前电池荷电状态信号；

(2)当前功率需求计算模块根据步骤(1)中的包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，计算出车辆当前功率需求参数；

(3)未来功率需求估算模块根据步骤(1)中的包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及数据存储单元中典型路况功率需求信息，估算出车辆未来功率需求参数；

(4)模式选择与功率分配模块根据步骤(1)中的当前电池荷电状态信号、 步骤(2)中的当前功率需求参数以及步骤(3)中的未来功率需求参数，逻辑判断选择车辆的动力驱动模式从而对功率进行分配，并产生输出发动机功率需求信号和电动机功率需求信号；

(5)发动机控制单元根据步骤(4)中的发动机功率需求信号，驱动发动机工作，电动机控制单元根据步骤(4)中的电动机功率需求信号，驱动电动机工作，或使电池充电储能。

其中所述的模式选择与功率分配模块根据当前功率需求参数、未来功率需求参数和当前电池荷电状态信号，对车辆的动力驱动模式进行逻辑判断选择以及对功率进行分配的标准如下：

设发动机能够高效率输出功率的范围为[P_{e_low}，P_{e_high}]，电池荷电状态充放电的上下限为[SOC_low，SOC_high]，P_{r_now}为车辆当前功率需求参数，P_{r_pre}为车辆未来功率需求参数，SOC为当前电池荷电状态参数，P_m为电动机功率需求参数，P_e为发动机功率需求参数。

发动机单独驱动：

前提条件：P_{e_low}≤P_{r_now}≤P_{e_high}

控制参数：P_e＝P_{r_now}，P_m＝0

联合驱动：

前提条件：P_{r_now}＞P_{e_high}，SOC_low＜SOC

控制参数：P_e＝(P_{e_low}+P_{e_high})/2，P_m＝P_{r_now}-(P_{e_low}+P_{e_high})/2

电动机单独驱动：

前提条件：0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_high≤SOC

或0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_low＜SOC＜SOC_high，P_{r_pre}≤0

控制参数：P_e＝0，P_m＝P_{r_now}

发动机驱动且充电：

前提条件：0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，0≤SOC≤SOC_low

或0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_low＜SOC＜SOC_high，P_{r_pre}≥P_{e_high}

控制参数：P_e＝(P_{e_low}+P_{e_high})/2，P_m＝P_{r_now}-(P_{e_low}+P_{e_high})/2

再生制动：

前提条件：P_{r_now}≤0，0≤SOC＜SOC_high

控制参数：P_e＝0，P_m＝P_{r_now}

本发明的有益技术效果是：充分利用信息资源，通过综合考虑车辆当前和 未来的运行状况，估算出车辆当前和未来的功率需求，并结合当前电池荷电状态，对车辆的动力驱动模式进行判断选择从而对功率进行分配，使得车辆在制动能量回收、优化发动机和电动机工作区域上更加合理，进一步提高混合动力汽车的燃油经济性和动力性。

附图说明

图1为本发明混合动力管理控制系统的结构示意图。

图2为混合动力总成控制单元的原理结构示意图。

图3为未来功率需求估算模块的预测分析原理示意图。

图4为本发明混合动力管理控制方法的流程示意图。

图5为模式选择与功率分配模块对模式进行逻辑判断选择的原理示意图。

具体实施方式

为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明的技术方案和管理控制方法进行详细说明。

如图1所示，一种并联式混合动力管理控制系统包括用于向外部独立控制单元提供功率需求信号的控制信号输出单元、用于产生并向控制信号输出单元提供功率需求信号的混合动力总成控制单元、用于采集并向混合动力总成控制单元提供车况信号、路况信息和当前电池荷电状态信号的信号采集与处理单元、用于存储并向混合动力总成控制单元提供典型路况功率需求信息的数据存储单元、用于为系统中各单元供电的直流电源输出单元、用于与混合动力总成控制单元进行数据信号通信的串口通信控制单元和CAN总线通信控制单元。

如图2所示，混合动力总成控制单元由当前功率需求计算模块、未来功率需求估算模块和模式选择与功率分配模块组成。

当前功率需求计算模块用于接收信号采集与处理单元提供的包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，并根据信号计算出车辆当前功率需求参数，并将当前功率需求参数输送给模式选择与功率分配模块。

如图3所示，未来功率需求估算模块用于接收信号采集与处理单元提供的包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及数据存储单元提供的典型路况功率需求信息，并根据数据信息估算出车辆未来功率需求参数，并将未来功率需求参数输送给模式选择与功率分配模块。其中数据存 储单元中包含有线路历史运行数据以及各区域的典型路况功率需求信息，线路历史运行数据是通过数据存储单元每次存储信号采集与处理单元提供的本次运行路况信息而建立，各区域的典型路况功率需求信息是通过分析线路历史运行数据而统计得出的，一个区域可以只有一组路况功率需求信息，也可以有多组路况功率需求信息，例如交通堵塞时和交通畅通时各是一组路况功率需求信息。

模式选择与功率分配模块用于接收信号采集与处理单元提供的当前电池荷电状态信号，并根据接收到的当前功率需求参数、未来功率需求参数和当前电池荷电状态信号逻辑判断选择车辆的动力驱动模式从而对功率进行分配，产生并向控制信号输出单元提供发动机功率需求信号和电动机功率需求信号。

如图4所示，一种并联式混合动力管理控制方法，包括如下步骤：

(1)通过信号采集与处理单元采集包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及当前电池荷电状态信号；

(2)当前功率需求计算模块根据步骤(1)中的包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，计算出车辆当前功率需求参数；

(3)未来功率需求估算模块根据步骤(1)中的包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及数据存储单元中典型路况功率需求信息，估算出车辆未来功率需求参数；

(4)模式选择与功率分配模块根据步骤(1)中的当前电池荷电状态信号、步骤(2)中的当前功率需求参数以及步骤(3)中的未来功率需求参数，逻辑判断选择车辆的动力驱动模式从而对功率进行分配，并产生输出发动机功率需求信号和电动机功率需求信号；

(5)发动机控制单元根据步骤(4)中的发动机功率需求信号，驱动发动机工作，电动机控制单元根据步骤(4)中的电动机功率需求信号，驱动电动机工作，或使电池充电储能。

如图5所示，模式选择与功率分配模块根据当前功率需求参数、未来功率需求参数和当前电池荷电状态信号，对车辆的动力驱动模式进行逻辑判断选择以及对功率进行分配的标准如下：

设发动机能够高效率输出功率的范围为[P_{e_low}，P_{e_high}]，电池荷电状态充放电的上下限为[SOC_low，SOC_high]，P_{r_now}为车辆当前功率需求参数，P_{r_pre}为车辆未来功率需求参数，SOC为当前电池荷电状态参数，P_m为电动机功率需求参数， P_e为发动机功率需求参数。

发动机单独驱动：

前提条件：P_{e_low}≤P_{r_now}≤P_{e_high}

控制参数：P_e＝P_{r_now}，P_m＝0

联合驱动：

前提条件：P_{r_now}＞P_{e_high}，SOC_low＜SOC

控制参数：P_e＝(P_{e_low}+P_{e_high})/2，P_m＝P_{r_now}-(P_{e_low}+P_{e_high})/2

电动机单独驱动：

前提条件：0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_high≤SOC

或0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_low＜SOC＜SOC_high，P_{r_pre}≤0

控制参数：P_e＝0，P_m＝P_{r_now}

发动机驱动且充电：

前提条件：0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，0≤SOC≤SOC_low

或0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_low＜SOC＜SOC_high，P_{r_pre}≥P_{e_high}

控制参数：P_e＝(P_{e_low}+P_{e_high})/2，P_m＝P_{r_now}-(P_{e_low}+P_{e_high})/2

再生制动：

前提条件：P_{r_now}≤0，0≤SOC＜SOC_high

控制参数：P_e＝0，P_m＝P_{r_now}

由此可见，在车辆当前功率需求参数小于发动机高效率输出功率范围下限(0＜P_{r_now}＜P_{e_low})，当前电池荷电状态参数SOC又处于充放电限制范围之内(SOC_low＜SOC＜SOC_high)时，如果在未来路段上存在明显的大功率需求(P_{r_pre}≥P_{e_high})或能量回收(P_{r_pre}≤0)功率需求，则根据P_{r_pre}≥P_{e_high}或P_{r_pre}≤0分别选择发动机驱动且充电模式或电动机单独驱动模式。在其他情况之下，该模式判断选择标准与传统的门限值模式判断选择标准一致。

Claims (3)

1.一种并联式混合动力管理控制系统，包括用于向外部独立控制单元提供功率需求信号的控制信号输出单元、用于产生并向控制信号输出单元提供功率需求信号的混合动力总成控制单元、用于采集并向混合动力总成控制单元提供车况信号、路况信息和当前电池荷电状态信号的信号采集与处理单元、用于存储并向混合动力总成控制单元提供典型路况功率需求信息的数据存储单元、用于为系统中各单元供电的直流电源输出单元、用于与混合动力总成控制单元进行数据信号通信的串口通信控制单元和CAN总线通信控制单元，其特征在于：

所述的混合动力总成控制单元由当前功率需求计算模块、未来功率需求估算模块和模式选择与功率分配模块组成；

所述的当前功率需求计算模块用于接收所述的信号采集与处理单元提供的包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，并根据信号计算出车辆当前功率需求参数，并将当前功率需求参数输送给所述的模式选择与功率分配模块；

所述的未来功率需求估算模块用于接收所述的信号采集与处理单元提供的包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及所述的数据存储单元提供的典型路况功率需求信息，并根据数据信息估算出车辆未来功率需求参数，并将未来功率需求参数输送给所述的模式选择与功率分配模块；

所述的模式选择与功率分配模块用于接收所述的信号采集与处理单元提供的当前电池荷电状态信号，并根据接收到的当前功率需求参数、未来功率需求参数和当前电池荷电状态信号逻辑判断选择车辆的动力驱动模式从而对功率进行分配，产生并向所述的控制信号输出单元提供发动机功率需求信号和电动机功率需求信号。

2.一种并联式混合动力管理控制方法，包括如下步骤：

(1)通过信号采集与处理单元采集包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及当前电池荷电状态信号；

(2)当前功率需求计算模块根据步骤(1)中的包括档位、踏板开度、发动机转速和电动机转速的车况信号，计算出车辆当前功率需求参数；

(3)未来功率需求估算模块根据步骤(1)中的包括前方道路坡度、前方交通拥堵程度和本次运行路况的路况信息以及数据存储单元中典型路况功率需求信息，估算出车辆未来功率需求参数；

(4)模式选择与功率分配模块根据步骤(1)中的当前电池荷电状态信号、步骤(2)中的当前功率需求参数以及步骤(3)中的未来功率需求参数，逻辑判断选择车辆的动力驱动模式从而对功率进行分配，并产生输出发动机功率需求信号和电动机功率需求信号；

(5)发动机控制单元根据步骤(4)中的发动机功率需求信号，驱动发动机工作，电动机控制单元根据步骤(4)中的电动机功率需求信号，驱动电动机工作，或使电池充电储能。

3.根据权利要求2所述的并联式混合动力管理控制方法，其特征在于：所述的模式选择与功率分配模块根据当前功率需求参数、未来功率需求参数和当前电池荷电状态信号，对车辆的动力驱动模式进行逻辑判断选择以及对功率进行分配的标准如下：

设发动机能够高效率输出功率的范围为[P_{e_low}，P_{e_high}]，电池荷电状态充放电的上下限为[SOC_low，SOC_high]，P_{r_now}为车辆当前功率需求参数，P_{r_pre}为车辆未来功率需求参数，SOC为当前电池荷电状态参数，P_m为电动机功率需求参数，P_e为发动机功率需求参数，

发动机单独驱动：

前提条件：P_{e_low}≤P_{r_now}≤P_{e_high}

控制参数：P_e＝P_{r_now}，P_m＝0；

联合驱动：

前提条件：P_{r_now}＞P_{e_high}，SOC_low＜SOC

控制参数：P_e＝(P_{e_low}+P_{e_high})/2，P_m＝P_{r_now}-(P_{e_low}+P_{e_high})/2；

电动机单独驱动：

前提条件：0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_high≤SOC

或0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_low＜SOC＜SOC_high，P_{r_pre}≤0

控制参数：P_e＝0，P_m＝P_{r_now}；

发动机驱动且充电：

前提条件：0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，0≤SOC≤SOC_low

或0＜P_{r_now}＜P_{e_low}，SOC_low＜SOC＜SOC_high，P_{r_pre}≥P_{e_high}

控制参数：P_e＝(P_{e_low}+P_{e_high})/2，P_m＝P_{r_now}-(P_{e_low}+P_{e_high})/2；再生制动：

前提条件：P_{r_now}≤0，0≤SOC＜SOC_high

控制参数：P_e＝0，P_m＝P_{r_now}。

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