CN102923123A - 并联式混合动力汽车动力管理系统及其自适应动力管理方法和程序 - Google Patents

Abstract

在混合动力汽车中控制扭矩的系统、计算机可读储存介质和方法。该方法包括确定能量储存装置的充电水平，获得参考充电水平，由确定的充电水平和参考充电水平之间的差异获得误差；并且基于该误差在马达和发动机之间分配扭矩。马达电连接到能量储存装置并由能量储存装置为其提供动力。基于该误差确定充电水平（SOC）修正系数。SOC修正系数被用于调整由给定的扭矩命令确定的马达到发动机扭矩的扭矩比例。

Description

并联式混合动力汽车动力管理系统及其自适应动力管理方法和程序

相关申请的交叉引用

本申请与归属于BAE系统控制有限公司的、名称为控制混合动力汽车的方法和装置的同样待审查申请的内容相关，其全部内容通过参考被引入。

技术领域

本发明涉及混合动力汽车。更具体的，本发明涉及管理从混合动力汽车的能量储存装置中释放电能的系统和方法。

背景技术

HEV（Hybrid Electric Vehicle，并联式混合动力汽车）使用两个并联的动力路径来提供使车辆移动所需的扭矩。并联动力路径之一包括电动马达，其从ESD（Energy StorageDevice，能量储存装置）接收动力。第二路径通常使用内燃发动机。调节由ESD提供的能量对于HEV的可行性以及燃油效率的最大化而言是至关重要的。通常，通过提供使用窗口（UsageWindow）来控制ESD的SOC（State of Charge，充电水平），该使用窗口被高、低SOC值限制。当在这个窗口中操作时，ESD能量的使用未被调节。如果SOC下降到低SOC值以下，控制器促使发动机为ESD再充电。但是，这种管理方法降低了ESD的寿命并且可降低汽车的燃油效率。

发明内容

因此，公开了一种管理ESD的SOC的系统和方法，相对于非调节控制增加了ESD的寿命，并且通过使用之前推进汽车时回收的能量，节省了燃油。

公开了一种在混合动力汽车（HEV）中控制扭矩的方法。该方法包括以下步骤，确定能量储存装置的充电水平，获得参考充电水平，由确定的充电水平和参考充电水平之间的差异获得误差；并且基于该误差在马达和发动机之间分配扭矩。马达电连接到能量储存装置并由能量储存装置为其提供动力。

该方法进一步包括以下步骤，监测混合动力汽车的至少一个运行参数，并且基于监测到的至少一个运行参数调整参考充电水平。

该方法进一步包括以下步骤，基于误差获得充电水平修正系数。充电水平修正系数储存在内存中。储存的充电水平修正系数能够与驾驶循环工况类型有关，例如但是不限于，城市循环工况或者高速公路循环工况。

该方法进一步包括以下步骤，监测混合动力汽车的至少一个运行参数，并且基于监测到的至少一个运行参数调整获得的充电水平修正系数。

该方法进一步包括以下步骤，接收表示新的驾驶循环工况类型的重置条件的重置请求，获取与新的驾驶循环工况类型相关的充电水平修正系数，将充电水平修正系数设置为获取到的充电水平修正系数，并且根据设置的充电水平修正系数调整马达扭矩贡献。

该方法进一步包括以下步骤，接收扭矩命令或扭矩命令的变化。

基于接收到的扭矩命令，通过确定来自马达和来自发动机的动力比例，控制马达和发动机的扭矩，并且基于充电水平修正系数调节所述比例。

使用再生制动为能量储存装置充电。这样提高了能量储存装置的充电水平。马达只使用来自再生制动的充电能量，而不用来自内燃发动机的能量为能量储存装置充电。

基于接收到的扭矩命令，通过确定来自马达和来自发动机的扭矩贡献，控制马达和发动机的扭矩，并且基于充电水平修正系数调节马达的扭矩贡献。

还公开了一种在具有能量储存装置、马达和内燃发动机的混合动力汽车中控制总扭矩的方法。马达电连接到能量储存装置并由能量储存装置为其提供动力。总扭矩是马达和内燃发动机产生的扭矩的函数。该方法包括以下步骤：当马达充当发电机时，仅使用再生制动产生的能量为能量储存装置充电，接收扭矩命令，并且当接收到扭矩命令时，通过使用来自再生制动的充电能量为马达提供动力来控制马达产生的扭矩。

还公开了一种储存有计算机可读程序的计算机可读储存介质，该计算机可读程序促使计算机在混合动力汽车中执行控制扭矩的方法。该方法包括以下步骤，确定能量储存装置的充电水平，获得参考充电水平，由确定的充电水平和参考充电水平之间存在的差异获得误差，并且基于该误差在马达和发动机之间分配扭矩。

还公开了一种包括内燃发动机、能量储存装置、连接到能量储存装置的马达控制器、连接到马达控制器的马达/发电机的扭矩控制系统，以及基于确定的能量储存装置的充电水平和参考充电水平之间的差值，在马达/发电机和发动机之间分配扭矩的系统控制器。

附图说明

本发明的这些或其他特征、益处和优点将参照附图得以体现，附图中相同的附图标记表示相同的结构，其中：

附图1示出根据本发明的一示例性并联式混合动力汽车管理系统；并且

附图2和3示出根据本发明的管理提供给电动马达的动力的流程图。

具体实施方式

附图1示出根据本发明的并联式混合动力汽车管理系统（并联式混合动力汽车或HEV）的一个例子。并联式混合动力汽车1包括两个并联的动力路径：第一路径包括内燃式发动机130（以下简称“发动机”）和第二路径包括电动马达105。发动机130是使用汽油、柴油、生物柴油、压缩天然气（CNG），或其他常规燃料以在一个或更多燃烧室中开始和维持燃烧的常规类型的发动机。鉴于发动机130的工作方式在本领域是公知的，在此为了简洁起见，本说明书将不再提供发动机130运作的详细描述。

发动机130机械连接到传动系统135。传动系统135提供驾驶员控制的或汽车计算机控制的齿轮比选择，选自取决于速度、扭矩和加速度需求的至少一个齿轮比。

电动马达/发电机105从能量储存装置（ESD）100接收电能，能量储存装置例如是锂离子电池，或者其他能够给电动马达/发电机105提供足够的电能的能量储存技术。提供马达控制器115来控制电动马达/发电机105的运作。马达控制器115包括逆变器，其将来自ESD 100的直流（DC）电力转换成用于马达/发电机105的交流（AC）电力。马达控制器115被编程有执行控制马达/发电机105的程序。系统控制器110控制HEV1。系统控制器110决定两条并联路径之间扭矩的共享和分配，例如由发动机130和马达/发电机105提供的扭矩量。此外，系统控制器110基于ESD 100的SOC的趋势提供扭矩分配的反馈控制。马达控制器115从系统控制器110接收扭矩命令，并且控制马达/发电机105到指定的扭矩。

系统控制器110被编程有用于响应驾驶员扭矩命令的扭矩分配方法，使用来自马达/发电机105和发动机130的扭矩的组合。由扭矩分配方法决定的用于马达/发电机105的扭矩由系统控制器110使用反馈修正系数（其同样有效的调节发动机的扭矩）进行调节。反馈修正系数用于允许ESD 100的SOC瞬间变化超过预设的参考范围，但在一个驾驶循环周期内保持在该参考范围内。

系统控制器110使用反馈修正系数调节马达/发电机105和发动机130的基准扭矩分配（由扭矩分配方法决定）。例如，如果反馈修正系数表明马达/发电机105应该使用更多的能量，确定的马达/发电机105的扭矩将会增加和/或命令马达更频繁的输出扭矩。另一方面，如果反馈修正系数表明马达/发电机105应该节约能量，确定的马达/发电机105的扭矩将会减少和/或命令马达较不频繁的输出扭矩。换句话说，由马达/发电机105提供的瞬时动力或其持续时间得到了调节。

发动机130可有单独的发动机控制器（未示出），其响应于扭矩命令控制发动机的扭矩。ESD 100配置为通过马达控制器115提供足以驱动马达/发电机105的输出电压。电池输出的电压可能有几百伏特，例如325伏特的直流。

系统控制器110响应于从驾驶员处接收到的扭矩命令，该命令通过用户界面120例如加速踏板或来自制动125的制动命令发出。

此外，在减速期间，马达控制器115命令马达/发电机105的发出负扭矩。在减速的情况下，为了回收再生制动能量用于为ESD 100充电，这种配置允许电动马达/发电机105作为发电机运作。仅使用回收的再生制动能量为ESD 100充电，并且来自发动机130的动力并不用于为ESD 100充电。

系统控制器110持续监测ESD 100的充电水平（SOC），并且基于HEV1的净能量流（SOC）的趋势，输出反馈修正系数来调节马达/发电机105和发动机130的扭矩。系统控制器110包括处理部分和内存（易失性和非易失性内存）。系统控制器的内存包含确定参考SOC值的程序。默认的参考SOC值也被储存在内存中。参考SOC值可以是固定不变的，如特定的参考点，或有上下公差的参考范围，即操作区间。特定的固定参考SOC可基于多种因素而变化，其可包括但不限于，汽车的类型、汽车重量或ESD 110的类型。参考SOC也可使用整个车辆或车辆子系统的参考模型（Reference Plant Model）计算得到。参考模型是公知的，在此不再进行细节描述。

系统控制器110使用基于当前SOC和参考SOC范围之间的差异而确定的误差，确定反馈修正系数。反馈修正系数表征了并联式混合动力汽车1是否在尝试从ESD 100保存或使用更多的能量。反馈修正系数允许实际SOC短时间内在整个参考SOC的范围内变化，但会调整马达扭矩使得在相同的驾驶循环工况的长时间段内没有净SOC的增加/减少。反馈修正系数将随着时间而变化；然而，变化会减少并最终稳定。

反馈修正系数储存在系统控制器的内存中，无论连续工作或关闭期间。启动或复位时，系统控制器110能够初始化反馈修正系数为储存的反馈修正系数之一。

附图2和3示出根据本发明的管理ESD 100的SOC以及控制马达和发动机的扭矩方法。

步骤200，计算SOC。该计算基于电池参数，例如电压或电流。计算的SOC作为满容量的百分比给出。根据马达/发电机105的操作模式对ESD 100进行的放电/充电导致SOC在不断变化，因此该计算被持续的执行。

步骤205，通过计算或从内存中获取得到参考SOC。如上所述，参考SOC可以是一个参考范围。步骤207，系统控制器110根据计算的SOC（来自步骤200）和参考SOC（来自步骤205）之间的差异确定误差。步骤210，系统控制器110使用步骤207确定的误差确定反馈修正系数。反馈修正系数的确定将在后面参照附图3进行详细描述。反馈修正系数被系统控制器110用于调节马达/发电机105和发动机130之间的扭矩分配。

步骤215，系统控制器110确定通过用户界面120接收到的驱动扭矩要求或命令是否有变化。如果接收到的驱动扭矩命令没有变化，用于满足要求的总扭矩保持不变。因此，步骤225，马达/发电机105和发动机130的扭矩分配仅基于反馈修正系数来确定。如果反馈修正系数表明电能有净盈余（SOC位于高档或在参考SOC以上），接着系统控制器110将增加马达控制器115的扭矩命令。换句话说，系统控制器110将相对于发动机动力增加马达动力的扭矩分配比例，或增加马达扭矩的持续时间。如果反馈修正系数表明电能有净亏损（SOC位于低档或在参考SOC以下），接着系统控制器110将减小马达控制器115的扭矩命令。换句话说，系统控制器110相对于发动机动力减小马达动力的扭矩分配比例，或减小马达扭矩的持续时间。通过有效利用反馈修正系数来调节马达/发电机105的动力/扭矩和/或扭矩持续时间，马达/发电机105只使用在之前再生制动中被回收的能量产生电力保持的扭矩分配方法。

如果通过用户界面120接受到新的扭矩命令，系统控制器110确定满足新的扭矩命令所需的扭矩比例，即总扭矩的变化。

步骤220，基于反馈修正系数和新的扭矩命令对马达扭矩的马达动力/扭矩和/或持续时间进行调节。确定的扭矩比例是基准比例。使用反馈修正系数对基准比例进行调节。如果反馈修正系数表明电能有净盈余（通过再生能量对电池进行的充电多于电池驱动马达/发电机105进行的放电的结果，使得SOC位于高档或在参考SOC以上），接着系统控制器110将增加马达控制器115的扭矩命令，马达控制器115将提供比会被使用的多的动力给马达/发电机105，即增加基准马达扭矩并减少发动机动力。

如果反馈修正系数表明当前SOC有净亏损（电池驱动马达/发电机105进行的放电多于通过再生能量对电池进行的充电的结果，使得SOC位于低档或在参考SOC以下），接着系统控制器110将减小马达控制器115的扭矩命令，马达控制器115将提供比会被使用的少的动力给马达/发电机105，即减少基准马达扭矩并增加发动机动力。在这种方式下，最大化了汽车的燃油效率，并延长了ESD 100可以达到的寿命。

正如本文所述，系统控制器110被用于控制扭矩比例以及马达/发电机105和发动机130的扭矩；但是，单独的发动机控制器可被用于控制发动机130。

图3示出确定反馈修正系数的流程图。步骤300，系统控制器110确定汽车是否刚被启动，即驾驶循环工况中的时间。如上所述，系统控制器110的内存储存有之前确定的反馈修正系数。步骤305，当汽车被重新启动，系统控制器110能够将反馈修正系数初始化为汽车关闭之前的任何值。从内存中获取储存的反馈修正系数并设置为新的反馈修正系数。这对于每天行驶在相同类型的驾驶循环工况的汽车特别有用。步骤310，如果汽车不是刚被启动，系统控制器110确定是否存在初始重置的情况。初始重置情况可以是内部重置或外部重置。如果存在重置情况，则从内存获取到默认的反馈修正系数（步骤315），并被用作新的反馈修正系数。默认的反馈修正系数可基于当前的汽车参数，例如速度、估计电池寿命、循环工况条件和/或来自驾驶员的输入。例如，驾驶员可通过用户界面120控制HEV1使用储存的反馈修正系数之一。具体的，驾驶员可发出复位信号到系统控制器110，从而基于驾驶循环工况选择具体的反馈修正系数。换句话说，驾驶员可以通知系统控制器110驾驶循环工况发生了改变，例如，城市循环工况到高速公路循环工况，那么反馈修正系数应该被重置为储存的适于新的驾驶循环工况的反馈修正系数。每个储存的反馈修正系数可以连同一个标识的被储存。该标识可对应于驾驶循环工况的类型。因此，当驾驶员通过用户界面120输入有驾驶循环工况标识的重置命令时，系统控制器110能获取到对应的反馈修正系数。例如，有储存用于城市循环工况的反馈修正系数，以及另一用于高速公路循环工况的反馈修正系数。例如，如果驾驶员指示驾驶循环工况切换到高速公路循环工况，系统控制器110能初始化反馈修正系数为先前当HEV1在高速公路循环时储存在内存中的值。

另外，确定的驾驶循环工况和其他重置标准可能出现在系统控制器110的内部。

系统控制器110监测反馈修正系数的稳定性。一旦反馈修正系数变稳定，系统控制器110将该特定驾驶循环工况下的反馈修正系数储存到内存，作为以后使用的驾驶循环工况的默认反馈修正系数。

如果车辆启动或初始化重置情况均不存在（决策步骤300和310均为N），则系统控制器110在步骤320从内存获得可变控制回路增益。该可变控制回路增益可根据汽车的类型、重量、电池的类型等定义。此外，可变控制回路增益可基于实时参数进行调整，例如但不仅限于，电池的估计寿命。步骤325，系统控制器110根据连续监测的当前实时参数确定可变控制回路增益是否需要进行调整。如果可变控制回路增益需要进行调整，它们在步骤335被调整。步骤330，使用可变控制回路增益和误差计算反馈修正系数。步骤340，使用调整后的可变控制回路增益和误差计算调整后的反馈修正系数。步骤345，计算的反馈修正系数被储存到内存。

如本领域技术人员将会理解的那样，本发明可作为系统、方法或计算机程序产品的实施例。因此，本发明可为完全硬件的实施例形式，完全软件的实施例形式（包括固件、常驻软件、微码等），或者软件方面和硬件方面相结合、通常在此可被称为“系统”的实施例形式。

本发明的各个方面可体现为包含在计算机或机器的可用或可读介质中的程序、软件或计算机指令，当其被计算机、处理器和/或机器所执行时，其促使计算机或机器执行此处公开的方法的步骤。还提供了机器可读程序储存装置，切实体现了可被机器执行的、执行本说明书描述的各种功能和方法指令程序。

本发明的系统和方法可在通用计算机或专用计算机系统上运行和执行。计算机系统可为任何已知类型或将知类型的系统。

以上描述提供了说明性的例子，并且应当理解的是，本发明并不局限于这些具体的例子。因此，在不背离由所附权利要求定义的本发明的精神或范围的情况下，由本领域技术人员可进行各种变化和修改。

Claims (17)

1.一种在混合动力汽车中控制扭矩的方法，包括以下步骤：

确定能量储存装置的充电水平；

获得参考充电水平

由所述确定的充电水平和所述参考充电水平之间的差异获得误差；并且

基于所述误差在马达和发动机之间分配扭矩，所述马达电连接到所述能量储存装置并由所述能量储存装置为其提供动力。

2.如权利要求1所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，其中所述参考充电水平是固定值。

3.如权利要求1所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，其中使用参考模型计算所述参考充电水平。

4.如权利要求1所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，进一步包括以下步骤：基于所述误差获得充电水平修正系数。

5.如权利要求4所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，进一步包括接收扭矩命令的步骤，其中在所述马达和所述发动机之间的所述分配包括：

基于所述接收到的扭矩命令确定来自所述马达的动力和来自所述发动机的动力的比例；并且

基于所述充电水平修正系数调整所述比例。

6.如权利要求1所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，进一步包括以下步骤：

只使用再生制动为所述能量储存装置充电，所述充电导致所述能量储存装置充电水平的提高。

7.如权利要求1所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，其中所述马达只使用来自所述再生制动的所述充电能量，而不用来自所述发动机的动力为所述能量储存装置充电。

8.如权利要求4所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，进一步包括接收扭矩命令的步骤，并且其中在所述马达和所述发动机之间的所述扭矩分配包括：

基于所述接收到的扭矩命令确定来自所述马达和来自所述发动机的扭矩贡献；并且

基于所述充电水平修正系数调整所述马达扭矩贡献。

9.如权利要求4所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，进一步包括以下步骤：

储存所述充电水平修正系数。

10.如权利要求9所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，其中所述储存的充电水平修正系数与驾驶循环工况的类型有关。

11.如权利要求10所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，进一步包括以下步骤：

接收表示重置条件的重置请求，所述重置请求包括新的驾驶循环工况类型；

获取与新的驾驶循环工况类型相关的充电水平修正系数；

将充电水平修正系数设置为获取到的充电水平修正系数；并且

基于所述设置的充电水平修正系数调整马达扭矩贡献。

12.如权利要求1所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，进一步包括以下步骤：

监测所述混合动力汽车的至少一个运行参数；并且

基于所述监测到的至少一个运行参数调整参考充电水平。

13.如权利要求5所述在混合动力汽车中控制扭矩的方法，进一步包括以下步骤：

监测所述混合动力汽车的至少一个运行参数；并且

基于所述监测到的至少一个运行参数调整获得的充电水平修正系数。

14.一种在具有能量储存装置、马达和内燃发动机的混合动力汽车中控制总扭矩的方法，所述马达电连接到所述能量储存装置并由所述能量储存装置为其提供动力，并且其中总扭矩是马达和内燃发动机产生的扭矩的函数，包括以下步骤：

当所述马达充当发电机时，只使用再生制动产生的能量为所述能量储存装置充电；

接收扭矩命令；并且

当接收到扭矩命令时，通过使用来自再生制动的充电能量为所述马达提供动力来控制所述马达产生的扭矩。

15.如权利要求14所述在混合动力汽车中控制总扭矩的方法，进一步包括以下步骤：

确定能量储存装置的充电水平；

获得参考充电水平；

由所述确定的充电水平和所述参考充电水平之间的差异获得误差；并且

基于所述误差调整所述马达产生的扭矩。

16.一种计算机可读储存介质，储存有计算机可读程序，其促使计算机在混合动力汽车中执行控制扭矩的方法，所述方法包括以下步骤：

确定能量储存装置的充电水平；

获得参考充电水平；

从所述确定的充电水平和所述参考充电水平之间的差异获得误差；并且

基于所述误差在马达和发动机之间分配扭矩，所述马达电连接到所述能量储存装置并由所述能量储存装置为其提供动力。

17.一种扭矩控制系统，包括：

内燃发动机；

能量储存装置；

连接到所述能量储存装置的马达控制器；

连接到所述马达控制器的马达/发电机；并且

基于所述确定的能量储存装置的充电水平和参考充电水平之间的差值，在所述马达/发电机和所述发动机之间分配扭矩的系统控制器，所述马达控制器基于使用来自所述储存装置的动力控制所述马达/发电机。

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