CN102529945B - 混合动力汽车停机控制方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了混合动力汽车停机控制方法及系统。所述控制方法包括防反转控制进入条件判断步骤，如果符合防反转控制进入条件，则进行防止发动机反转的控制步骤，其包括：实时检测获得反映发动机转速的发动机转速信号；将发动机转速信号与预先设定的理想发动机转速相比较获得转速差值；将转速差值经过PID控制器计算得到理论目标电机输出扭矩，根据理论目标电机输出扭矩计算获得需要电机实施的实际目标电机输出扭矩，向电机发出实施实际目标电机输出扭矩的指令；电机实施实际目标电机输出扭矩，将电机实施的扭矩作用到发动机。从而，可以防止发动机在自动停机前的反转。

Description

混合动力汽车停机控制方法及系统
技术领域
本发明涉及混合动力汽车发动机起停(start/stop)控制，尤其涉及一种混合动力汽车停机控制方法及系统。
背景技术
混合动力汽车相对于传统汽车的一个优点就是，在汽车停车怠速时可以实现自动停机的功能，从而减小油耗、降低排放。自动停机功能，指的是在汽车档位、车速、制动踏板、电池状态等信号满足条件的情况下，系统控制发动机断油停机。而当需要重新启动发动机时，由电机带动发动机至某一转速时发动机才开始喷油。
例如，中国发明专利申请公布第CN1986307A号公开一种用于混合动力汽车的发动机起停控制方法。当满足发动机冷却剂温度高于预定的设定值、车速小于设定的怠速停机速度、空调处于关闭状态、加速踏板没有被踩下、辅助制动真空泵具有一定的真空度及在停机的最后汽车不是处于倒档状态等条件时，则发动机处在怠速停机状态。
通常，如果切断了对发动机的供油，发动机失去动力源，发动机在惯性力和阻尼力的作用下，转速逐渐下降直至停止转动。但是，在自动停机过程中，在发动机内部气体压力和曲轴摩擦力的作用下，转速逐步下降，发动机在停止转动前的一刻，气缸内气体对曲轴的力有可能是反向的，当这个力大到足够克服摩擦阻力时，发动机就发生反转。这种停机过程发动机变化曲线，可参考图2中的曲线A所示。发动机发生反转时，携带各种尘土的空气就会从排气管被吸入气缸内，使得气缸内活塞加剧与配气机构的磨损，同时，空气滤清器此时变成了排气管，受废气的污染与高温熏烤而过早变质。
中国发明专利申请公布第CN101782037A号公开了一种频繁启停动力系统中防发动机反转装置和方法，其在测量出发动机的转速和转向后，通过控制和发动机连轴的电机进行纠正发动机的操作。然而，它是在发动机电控单元测得发动机处于非正常的反向旋转时，通过电机电控单元控制电机正向旋转，从而达到纠正发动机的反转的效果。这种装置和方法实际上只是事后纠正手段，不能做到事先防止发动机反转现象出现，无法真正从源头上避免发动机的反转，因此，仍然存在缺陷。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种混合动力汽车停机控制方法及系统，其能够使发动机实现平稳的停机，而不出现反转。
为解决上述技术问题，一方面，本发明提供混合动力汽车停机控制方法，其包括：
防反转控制进入条件判断步骤，其判断是否符合防反转控制进入条件，
如果符合防反转控制进入条件，则进行防止发动机反转的控制步骤，其包括：
采集发动机转速信号步骤，其实时检测获得反映所述发动机转速的发动机转速信号；
计算转速差值步骤，其将所述发动机转速信号与预先设定的理想发动机转速相比较获得转速差值；
计算目标扭矩步骤，其将所述转速差值经过PID控制器计算得到理论目标电机输出扭矩，根据所述理论目标电机输出扭矩计算获得需要电机实施的实际目标电机输出扭矩，向电机发出实施所述实际目标电机输出扭矩的指令；
电机实施扭矩步骤，电机实施所述实际目标电机输出扭矩，将所述电机实施的扭矩作用到发动机；及
防反转退出条件判断步骤，其包括：
如果判断符合防反转退出条件，则结束防止发动机反转的控制步骤；
如果判断不符合防反转退出条件，则继续循环执行防止发动机反转的控制步骤。
另一方面，本发明提供混合动力汽车停机控制系统，其包括：
发动机，其用于将化学能转化成机械能输出；
内置PID控制器的混动系统控制器，用于判断系统是否需要进入防止所述发动机反转的控制策略；以及
电机，其联接到所述发动机，
其中，当所述混动系统控制器判断需要进入防止发动机反转的控制策略时，所述混动系统控制器实时检测获得反映所述发动机转速的发动机转速信号，将所述发动机转速信号与预先设定的理想发动机转速相比较计算获得转速差值，将所述转速差值经过所述PID控制器计算得到理论目标电机输出扭矩，并根据所述理论目标电机输出扭矩及其他条件获得需要所述电机实施的实际目标电机输出扭矩，向所述电机发出实施所述实际目标电机输出扭矩的指令；所述电机根据所述指令实施所述实际目标电机输出扭矩，所述电机实施的扭矩作用到所述发动机。
采用本发明的混合动力汽车停机控制方法及系统，可以有效地改善发动机自动停机时的特性，系统有效地控制了自动停机过程中发动机转速的下降，能够使发动机实现平稳的停机，而不会出现在停止转动前发动机反转的现象。
以下通过参考附图详细说明优选的具体实施方式，更明显地揭露本发明的其他方面和特征。但是应当知道，该附图仅仅为解释目的而设计，不作为本发明的范围的限定，因为范围的限定应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非特别指出，附图仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程，不必要依比例绘制。
附图说明
通过以下附图以及更详细的实例说明，本发明将得到更全面的理解。
图1是根据本发明一种实施方式的混合动力汽车的系统结构图。
图2是应用本发明的混合动力汽车停机控制方法前后，自动停机过程中发动机的转速变化示意图。
图3是根据本发明一种实施方式的混合动力汽车停机控制方法的流程图。
具体实施方式
为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图1为本发明一种实施方式的混合动力汽车的动力系统结构图。如图1所示，本发明的混合动力汽车具有混合动力汽车停机控制系统，其具体包括混动系统控制器(Hybrid Control Unit，HCU)01、用于将化学能转化成机械能输出的发动机10、用于对发动机10进行控制的发动机控制器(Engine Control Unit，ECU)11、变速箱20、用于对变速箱20进行控制的变速箱控制器(Transmission Control Unit，TCU)21、通过传动机构联接到发动机10的电机30、用于对电机30进行控制的电机控制器(Motor Controller Unit，MCU)31、用于向电机30提供能量的高压电池40、与高压电池40电性连接的电池管理系统(BatteryManagement System，BMS)41、低压电池60、安装在高压电池40与低压电池60之间的高低压逆变器50、整车用电负载70以及整车CAN(Controller Area Network，控制器局域网)总线80。
混动系统控制器01接收车辆信息和发送控制指令，并通过整车CAN总线80与发动机控制器11、变速箱控制器21、电机控制器31以及电池管理系统41电性连接。并且，混动系统控制器01内置有可进行PID算法运算的PID控制器(比例-积分-微分控制器)。
以下将对本发明的混合动力汽车停机控制方法进行详细说明。如图3所示，本发明的混合动力汽车停机控制方法包括以下步骤：
防反转控制进入条件判断步骤，在该步骤中，混动系统控制器01接收来自整车CAN总线80的信号，判断混合动力汽车是否进入自动停机工况。例如，如果混合动力汽车的车速、踏板信号、发动机转速、电池状态等信息全部都能满足进入自动停机的条件，则混动系统控制器01发出指令系统进入自动停机工况。优选地，进入自动停机工况后，混动系统控制器01判断需要进入防止发动机10反转的控制策略。更优选地，进入自动停机工况后，混动系统控制器01通过整车CAN总线80向发动机控制器11发出停止供油的指令，并由发动机控制器11控制发动机10执行停止供油的动作，并进一步判断发动机10是否已经断油。在判断发动机10已经断油后，混动系统控制器01判断符合防反转控制进入条件。
在混动系统控制器01判断符合防反转控制进入条件后，则立即进行防止发动机10反转的控制步骤。防止发动机10反转的控制步骤进一步包括以下步骤：采集发动机转速信号步骤、计算转速差值步骤、计算目标扭矩步骤以及电机实施扭矩步骤。
在采集发动机转速信号步骤中，发动机控制器11将发动机转速信号通过整车CAN总线80传给混动系统控制器01，从而使得混动系统控制器01通过整车CAN总线80能够实时检测获得反映发动机10转速的发动机转速信号。
在计算转速差值步骤中，混动系统控制器01首先需要预先设定理想的发动机转速曲线，当发动机转速跟随理想转速曲线下降时，可以使得发动机10停止转动时不发生反转，然后，根据发动机转速信号与预先设定的理想发动机转速相比较，计算获得转速差值。
在计算目标扭矩步骤中，混动系统控制器01将转速差值经过PID控制器的PID算法控制，计算得到理论目标电机输出扭矩，以及根据理论目标电机输出扭矩及其他条件获得需要电机30实施的实际目标电机输出扭矩，并通过整车CAN总线80向电机控制器31发出实施实际目标电机输出扭矩的指令。此外，在该步骤中，需要预先通过实际测试标定PID控制参数，使电机30实施的目标扭矩能让发动机10的转速跟随理想转速曲线下降。
在本实施方式中，根据理论目标电机输出扭矩及其他条件获得需要电机30实施的实际目标电机输出扭矩进一步包括：计算电机输出扭矩限值步骤以及计算实际目标电机输出扭矩步骤。在计算电机输出扭矩限值步骤中，电池管理系统41和电机30通过整车CAN总线80将电机30的运行条件发送给混动系统控制器01，其中，电机30的运行条件包括向电机30提供电力的高压电池40的电量状态参数、高压电池40的可用放电功率参数、高压电池40的电压参数、电机30的发热量参数和电机30的运行时间等，混动系统控制器01根据电机30的这些运行条件计算获得电机30可以实施的最大扭矩限值。在计算实际目标电机输出扭矩步骤中，混动系统控制器01将理论目标电机输出扭矩与最大扭矩限值相比较，如果理论目标电机输出扭矩不大于最大扭矩限值，则实际的目标电机输出扭矩等于理论目标电机输出扭矩；如果理论目标电机输出扭矩大于最大扭矩限值，则实际的目标电机输出扭矩等于最大扭矩限值。
在电机实施扭矩步骤中，电机控制器31用来接收混动系统控制器01发出的实施实际目标电机输出扭矩的指令，并控制电机30实施实际目标电机输出扭矩，并且，电机30实施的扭矩作用到发动机10上。
在电机30实施扭矩步骤之后，本发明的混合动力汽车停机控制方法还可以进一步包括防反转退出条件判断步骤，如果混动系统控制器01判断符合自动停机工况的条件，则继续循环执行防止发动机10反转的控制步骤，直至混动系统控制器01判断混合动力汽车不再符合自动停机工况的条件，则结束防止发动机10反转的控制步骤。
可选地，防反转退出条件判断包括在符合自动停机工况的条件的前提下判断是否发动机停止运转步骤，如果发动机10停止运转，则结束防止发动机反转的控制步骤；如果发动机10未停止运转则继续执行防止发动机反转的控制步骤。
如图2中的曲线B所示，采用本发明的混合动力汽车停机控制方法及系统，通过对发动机自动停机时的控制，可以有效地改善发动机10自动停机时的特性，系统有效地控制了自动停机过程发动机转速的下降，能够使发动机实现平稳的停机，而不会出现在停止转动前发动机反转的现象。PID控制器把差值用于计算新的输入值，可以让系统的数据达到或者保持在参考值。由于PID控制器根据历史数据和差别的出现率来调整输入值，这样可以使系统更加准确，更加稳定。
根据附图和详细说明，本发明的适用范围已经清晰的表明。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (13)

1.混合动力汽车停机控制方法，其特征在于,其包括：
防反转控制进入条件判断步骤，其判断是否符合防反转控制进入条件，
如果符合防反转控制进入条件，则进行防止发动机反转的控制步骤，其包括：
采集发动机转速信号步骤，其实时检测获得反映所述发动机转速的发动机转速信号；
计算转速差值步骤，其将所述发动机转速信号与预先设定的理想发动机转速相比较获得转速差值，其中，预先设定的理想发动机转速使得当发动机转速跟随预先设定的理想发动机转速下降时，能够使得发动机停止转动时不发生反转；
计算目标扭矩步骤，其将所述转速差值经过PID控制器计算得到理论目标电机输出扭矩，根据所述理论目标电机输出扭矩计算获得需要电机实施的实际目标电机输出扭矩，向电机发出实施所述实际目标电机输出扭矩的指令；
电机实施扭矩步骤，电机实施所述实际目标电机输出扭矩，将所述电机实施的扭矩作用到发动机，其中，电机实施的扭矩作用到发动机后能够让发动机的转速跟随预先设定的理想发动机转速下降；及
防反转退出条件判断步骤，其包括：
如果判断符合防反转退出条件，则结束防止发动机反转的控制步骤；
如果判断不符合防反转退出条件，则继续循环执行防止发动机反转的控制步骤，
其中，所述防止发动机反转的控制步骤在符合防反转控制进入条件后立即进行，所述计算获得需要电机实施的实际目标电机输出扭矩包括：
计算电机输出扭矩限值步骤，其根据所述电机的运行条件计算电机可以实施的最大扭矩限值；及
计算实际目标电机输出扭矩步骤，其将所述理论目标电机输出扭矩与所述最大扭矩限值相比较，如果所述理论目标电机输出扭矩不大于所述最大扭矩限值，则实际的目标电机输出扭矩等于所述理论目标电机输出扭矩；如果所述理论目标电机输出扭矩大于所述最大扭矩限值，则实际的目标电机输出扭矩等于所述最大扭矩限值。
2.如权利要求1所述的控制方法，其还包括预先通过实际测试标定PID控制参数。
3.如权利要求1所述的控制方法，其中，所述电机的运行条件选自由向所述电机提供电力的电池的电量状态参数、所述电池的可用放电功率参数、所述电池的电压参数、所述电机的发热量参数和所述电机的运行时间参数组成的参数集合。
4.如权利要求1至3中任一项所述的控制方法，其中，所述防反转退出条件判断包括判断是否发动机停止运转步骤，其包括如果发动机停止运转，则结束防止发动机反转的控制步骤。
5.混合动力汽车停机控制方法，其特征在于,其包括：
防反转控制进入条件判断步骤，其判断是否符合防反转控制进入条件，
如果符合防反转控制进入条件，则进行防止发动机反转的控制步骤，其包括：
采集发动机转速信号步骤，其实时检测获得反映所述发动机转速的发动机转速信号；
计算转速差值步骤，其将所述发动机转速信号与预先设定的理想发动机转速相比较获得转速差值，其中，预先设定的理想发动机转速使得当发动机转速跟随预先设定的理想发动机转速下降时，能够使得发动机停止转动时不发生反转；
计算目标扭矩步骤，其将所述转速差值经过PID控制器计算得到理论目标电机输出扭矩，根据所述理论目标电机输出扭矩计算获得需要电机实施的实际目标电机输出扭矩，向电机发出实施所述实际目标电机输出扭矩的指令；
电机实施扭矩步骤，电机实施所述实际目标电机输出扭矩，将所述电机实施的扭矩作用到发动机，其中，电机实施的扭矩作用到发动机后能够让发动机的转速跟随预先设定的理想发动机转速下降；及
防反转退出条件判断步骤，其包括：
如果判断符合防反转退出条件，则结束防止发动机反转的控制步骤；
如果判断不符合防反转退出条件，则继续循环执行防止发动机反转的控制步骤，
其中，所述防反转控制进入条件判断步骤包括判断系统是否进入自动停机工况，如果系统未进入自动停机工况，则不符合防反转控制进入条件；所述防反转退出条件判断步骤包括判断系统是否符合自动停机工况条件，如果系统符合自动停机工况条件，则判断不符合防反转退出条件。
6.如权利要求5所述的控制方法，其中，所述防反转控制进入条件判断步骤还包括判断发动机是否已经断油，如果系统进入自动停机工况而且发动机已经断油，则判断符合防反转控制进入条件，并立即进行所述防止发动机反转的控制步骤。
7.如权利要求5或6所述的控制方法，其中，所述防反转退出条件判断包括判断是否发动机停止运转步骤，其包括如果发动机停止运转，则结束防止发动机反转的控制步骤。
8.混合动力汽车停机控制系统，其特征在于,其包括：
发动机，其用于将化学能转化成机械能输出；
内置PID控制器的混动系统控制器，用于判断系统是否需要进入防止所述发动机反转的控制策略；以及
电机，其联接到所述发动机，
其中，当所述混动系统控制器判断需要进入防止发动机反转的控制策略时，防止发动机反转的控制步骤在符合防反转控制进入条件后立即进行，计算获得需要电机实施的实际目标电机输出扭矩包括：
计算电机输出扭矩限值步骤，其根据所述电机的运行条件计算电机可以实施的最大扭矩限值；及
计算实际目标电机输出扭矩步骤，其将理论目标电机输出扭矩与所述最大扭矩限值相比较，如果所述理论目标电机输出扭矩不大于所述最大扭矩限值，则实际的目标电机输出扭矩等于所述理论目标电机输出扭矩；如果所述理论目标电机输出扭矩大于所述最大扭矩限值，则实际的目标电机输出扭矩等于所述最大扭矩限值；
所述混动系统控制器实时检测获得反映所述发动机转速的发动机转速信号，将所述发动机转速信号与预先设定的理想发动机转速相比较计算获得转速差值，将所述转速差值经过所述PID控制器计算得到理论目标电机输出扭矩，并根据所述理论目标电机输出扭矩获得需要所述电机实施的实际目标电机输出扭矩，向所述电机发出实施所述实际目标电机输出扭矩的指令；其中，预先设定的理想发动机转速使得当发动机转速跟随预先设定的理想发动机转速下降时，能够使得发动机停止转动时不发生反转；所述电机根据所述指令实施所述实际目标电机输出扭矩，所述电机实施的扭矩作用到所述发动机；其中，电机实施的扭矩作用到发动机后能够让发动机的转速跟随预先设定的理想发动机转速下降。
9.如权利要求8所述的控制系统，其还包括发动机控制器，所述混动系统控制器判断系统是否进入自动停机工况，如果系统进入自动停机工况，则所述混动系统控制器向所述发动机控制器发出停止供油指令，由所述发动机控制器控制所述发动机执行停止供油的动作，并在所述发动机已经断油后，所述混动系统控制器判断需要进入防止发动机反转的控制策略。
10.如权利要求8所述的控制系统，其还包括电机控制器，所述电机控制器用来接收所述混动系统控制器发出的实施所述实际目标电机输出扭矩的指令，并控制所述电机实施所述实际目标电机输出扭矩。
11.混合动力汽车停机控制系统，其特征在于,其包括：
发动机，其用于将化学能转化成机械能输出；
内置PID控制器的混动系统控制器，用于判断系统是否需要进入防止所述发动机反转的控制策略；以及
电机，其联接到所述发动机，
其中，判断是否需要进入防止发动机反转的控制策略包括判断系统是否进入自动停机工况，如果系统未进入自动停机工况，则不进入防止发动机反转的控制策略；防反转退出条件判断步骤包括判断系统是否符合自动停机工况条件，如果系统符合自动停机工况条件，则判断不符合防反转退出条件；
当所述混动系统控制器判断需要进入防止发动机反转的控制策略时，所述混动系统控制器实时检测获得反映所述发动机转速的发动机转速信号，将所述发动机转速信号与预先设定的理想发动机转速相比较计算获得转速差值，将所述转速差值经过所述PID控制器计算得到理论目标电机输出扭矩，并根据所述理论目标电机输出扭矩获得需要所述电机实施的实际目标电机输出扭矩，向所述电机发出实施所述实际目标电机输出扭矩的指令；其中，预先设定的理想发动机转速使得当发动机转速跟随预先设定的理想发动机转速下降时，能够使得发动机停止转动时不发生反转；所述电机根据所述指令实施所述实际目标电机输出扭矩，所述电机实施的扭矩作用到所述发动机；其中，电机实施的扭矩作用到发动机后能够让发动机的转速跟随预先设定的理想发动机转速下降。
12.如权利要求11所述的控制系统，其还包括发动机控制器，所述混动系统控制器判断系统是否进入自动停机工况，如果系统进入自动停机工况，则所述混动系统控制器向所述发动机控制器发出停止供油指令，由所述发动机控制器控制所述发动机执行停止供油的动作，并在所述发动机已经断油后，所述混动系统控制器判断需要进入防止发动机反转的控制策略。
13.如权利要求11所述的控制系统，其还包括电机控制器，所述电机控制器用来接收所述混动系统控制器发出的实施所述实际目标电机输出扭矩的指令，并控制所述电机实施所述实际目标电机输出扭矩。
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