CN103183024A - 一种混合动力车辆模式切换扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

一种混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中混合动力车辆控制器通过以下步骤实现该方法：确定当前混合动力模式；确定电机当前需求扭矩不受电机当前扭矩限制的限制并且电机当前可用扭矩满足电机当前需求扭矩的请求；将电机当前需求扭矩确定为电机当前最终目标扭矩并将其送给电机控制器；电机控制器收到电机当前最终目标扭矩后，采用当前混合动力模式的第一扭矩变化率和第二扭矩变化率逐步将电机当前扭矩变化到电机当前最终目标扭矩并将其作为电机当前实际扭矩输出。这种控制方法避免了电机当前实际扭矩在模式切换时可发生的阶跃式升高或降低。

Description

一种混合动力车辆模式切换扭矩控制方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力车辆模式切换扭矩控制方法。具体而言，本发明涉及并联式混合动力车辆模式切换扭矩控制方法。

背景技术

车辆在给人们带来便利的同时也带来了“能源消耗，环境污染”两大问题。为此各大车辆厂商分别推出了节能和环保的内燃机联合电机的混合动力车辆。混合动力车辆包括两种类型：串联式和并联式。串联式混合动力车辆的动力系统包括发动机、发电机和电动机，这种串联式混合动力车辆不管运行在何种工况下，最终都要由电动机来驱动车轮。并联式混合动力车辆的动力系统包括发动机和电机，发动机和电机可以单独或者以机械能叠加的方式驱动车辆，电机既可以用作电动机又可以用作发电机使用。对于BSG(Belt Driven Starter Generator，带驱动起动发电机)并联式混合动力车辆而言，由于采用BSG技术，BSG技术具有怠速停机和起动功能，从而实现车辆在红灯前和堵车时发动机暂停工作，消除怠速运行状态下的燃油消耗和尾气排放。此外，由于采用并联方式，从而能发挥电机驱动的优势来弥补发动机驱动的弱点，使得发动机保持在最佳工况工作，能实现例如电助力驱动以及能量回馈等功能。因此，BSG并联式混合动力车辆既提高了车辆的驾驶性能和燃油经济性，同时还降低了排放。

为实现上述功能，采用基于扭矩的整车控制方式。BSG电机和发动机分别由电机控制器和发动机控制器进行控制，而混合动力车辆控制器经过优化计算，向电机控制器和发动机控制器分别发出扭矩指令。为实现上述功能，定义了不同的混合动力车辆工作模式，例如自动停机模式、自动起动模式、电怠速模式、怠速发电模式、传统充电模式、智能充电模式、电机助力模式、能量回馈模式、换挡平滑模式、首次起动模式以及关闭模式，其中在任意时刻，混合动力车辆仅处于一种所述混合动力模式下。在实际运行中混合动力车辆随时在各种模式之间切换。

出于对驾驶性以及零部件保护等因素的考虑，混合动力车辆控制器在向电机控制器发出BSG驱动需求扭矩或者BSG发电需求扭矩时，如果BSG驱动需求扭矩或者BSG发电需求扭矩不受电机当前扭矩限制的限制且电机当前可用扭矩能够满足电机需求扭矩的请求时，必须对电机控制器发出的BSG驱动需求扭矩或者BSG发电需求扭矩的变化率进行限制，避免BSG当前实际输出扭矩出现阶跃式升高或降低。

因此，期望提供一种新型的并联式混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其能够避免BSG当前实际输出扭矩出现阶跃式升高或降低。

发明内容

本发明的目的是提供一种并联式混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，从而解决现有技术的缺陷。本发明的目的通过以下技术方案得以实现：

本发明的一个技术方案提供了一种混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中混合动力车辆包括混合动力车辆控制器、发动机、发动机控制器、变速器、液力变矩器、与液力变矩器和变速器耦联并通信的变速器控制器、电机、电机控制器、与电机耦联的高压电池、与高压电池耦联并通信的电池控制器、制动防抱死控制器、车身控制器以及车辆局域网总线，发动机通过液力变矩器与变速器连接，变速器通过差速器将发动机和/或电机的动力传送到车轮，发动机通过连接装置与电机连接，用于实现发动机和电机之间的动力传递，混合动力车辆控制器通过车辆局域网总线与发动机控制器、变速器控制器、电机控制器、电池控制器、制动防抱死控制器、车身控制器耦联并与它们进行通信，从而实现混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中所述方法包括以下步骤：

步骤1：混合动力车辆控制器基于与混合动力车辆的混合动力模式有关的当前信号判断出混合动力车辆的当前混合动力模式；

步骤2：混合动力车辆控制器基于与电机扭矩有关信号确定电机当前扭矩、电机当前可用扭矩、电机当前扭矩限制以及电机当前需求扭矩，其中电机当前需求扭矩为电机当前驱动需求扭矩或者电机当前发电需求扭矩；

步骤3：混合动力车辆控制器判断电机当前需求扭矩是否不受电机当前扭矩限制的限制并且电机当前可用扭矩满足电机当前需求扭矩的请求；

步骤4：混合动力车辆控制器基于混合动力车辆的当前混合动力模式将电机当前需求扭矩确定为电机当前最终目标扭矩并将电机当前最终目标扭矩发送给电机控制器；以及

步骤5：电机控制器收到混合动力车辆控制器分配的电机当前最终目标扭矩后，采用当前混合动力模式的第一扭矩变化率使得电机从电机当前扭矩逐步变化到当前混合动力模式的电机当前过渡状态目标扭矩，然后采用当前混合动力模式的第二扭矩变化率使得电机从电机当前过渡状态目标扭矩逐步变化到电机当前最终目标扭矩并将其作为电机当前实际扭矩输出。

根据本发明提供的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中当步骤3判断为“否”时，所述控制方法执行步骤3a“混合动力车辆控制器将电机当前扭矩限制确定为电机当前最终目标扭矩并将电机当前最终目标扭矩发送给电机控制器”，在执完步骤3a后接着执行步骤4。

根据本发明提供的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中混合动力模式为自动停机模式、自动起动模式、电怠速模式、怠速发电模式、传统充电模式、智能充电模式、电机助力模式、能量回馈模式、换挡平滑模式、首次起动模式或者关闭模式，其中在任意时刻，混合动力车辆仅处于一种所述混合动力模式下。

根据本发明提供的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中混合动力车辆控制器能够基于各个混合动力模式的跳转条件在相应的混合动力车辆的混合动力模式之间切换。

根据本发明提供的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中各个混合动力模式下的电机当前需求扭矩能够预先设定，并且各个混合动力模式下的第一扭矩变化率和第二扭矩变化率也能够预先设定。

根据本发明的合动力车辆模式切换扭矩控制方法的优点在于，当前混合动力模式可依据当前混合动力模式的第一扭矩变化率和第二扭矩变化率逐步将当前混合动力模式的电机当前扭矩变化到当前混合动力模式的电机当前最终目标扭矩并将其作为当前混合动力模式的电机当前实际扭矩输出，这种控制方法避免了电机当前实际扭矩在模式跳转或者切换时可发生的阶跃式升高或降低。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于举例说明本发明的技术方案，而并非意在对本发明的保护范围构成限制。图中：

图1示出了BSG并联式混合动力车辆动力系统的结构示意图。

图2示出了如图1所示的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法的流程图。

部件及标号列表。

1	发动机
		2	电机
3	自动变速器
		3a	液力变矩器
4	高压电池
		4a	低压电池
5	发动机控制器
		6	电机控制器
7	自动变速器控制器
		8	电池控制器
9	混合动力车辆控制器

10	车辆局域网总线
		11	差速器
12	车轮
		12a	车轮轴
13	逆变器
		14	电负载

具体实施方式

图1-2和以下说明描述了本发明的可选实施方式以教导本领域技术人员如何实施和再现本发明。为了教导本发明技术方案，已简化或省略了一些常规方面。本领域技术人员应该理解源自这些实施方式的变型或替换将落在本发明的保护范围内。本领域技术人员应该理解下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多个变型。由此，本发明并不局限于下述可选实施方式，而仅由权利要求和它们的等同物限定。

图1示出了一种皮带传动的并联式混合动力车辆的动力系统，该动力系统包括：发动机1、电机2、液力变矩器3a、自动变速器3、高压电池4、发动机控制器5、电机控制器6、自动变速器控制器7、电池控制器8、混合动力车辆控制器9、车辆局域网总线10、差速器11、车轮轴12a以及车轮12。混合动力车辆还包括制动防抱死控制器和车身控制器。对于本领域技术人员而言，制动防抱死控制器和车身控制器与混合动力车辆控制器9或者其他控制器以及其他部件的连接关系是已知的，因而在图中未示出这两种控制器。如图1所示的混合动力车辆的动力系统的发动机1和/或电机2的动力通过液力变矩器3a和自动变速器3传送到差速器11，再通过差速器11传送到车轮12，从而驱动车辆行进。发动机1与电机2通过皮带传动，电机2可以为发电机/电动机。电机2与高压电池4耦联，高压电池4通过逆变器13与低压电池4a耦联，用电负载14耦联在逆变器13与低压电池4a之间。混合动力车辆控制器9对发动机控制器5、电机控制器6、自动变速器控制器7、电池控制器8、制动防抱死控制器以及车身控制器进行协调控制作用，它们之间通过车辆局域网总线10进行通信。发动机控制器5对发动机1的状态进行监视和控制，电机控制器6对电机进行管理，自动变速器控制器7对液力变矩器3a和自动变速器3进行监视和控制，电池控制器8主要用于监视和管理高压电池4的电池充放电功能和剩余电荷量，制动防抱死控制器主要用于对防抱死制动系统中的车速传感器、电磁阀以及泵进行控制，车身控制器通常具有防盗等的控制功能。

在本发明中，高压电池是指动力蓄电池，用于向例如混合动力汽车的动力系统提供能量，例如为电机提供能量。低压电池为辅助蓄电池，用于向例如混合动力汽车的辅助系统供电，例如向电负载14供电。

图2示出了如图1所示的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法的流程图。如图2所示，提供了一种混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中混合动力车辆包括混合动力车辆控制器、发动机、发动机控制器、变速器、液力变矩器、与液力变矩器和变速器耦联并通信的变速器控制器、电机、电机控制器、与电机耦联的高压电池、与高压电池耦联并通信的电池控制器、制动防抱死控制器、车身控制器以及车辆局域网总线，发动机通过液力变矩器与变速器连接，变速器通过差速器将发动机和/或电机的动力传送到车轮，发动机通过连接装置与电机连接，用于实现发动机和电机之间的动力传递，混合动力车辆控制器通过车辆局域网总线与发动机控制器、变速器控制器、电机控制器、电池控制器、制动防抱死控制器、车身控制器耦联并与它们进行通信，从而实现混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，所述方法包括以下步骤：

步骤S10：混合动力车辆模式切换扭矩控制方法开始；

步骤S20：混合动力车辆控制器基于与混合动力车辆的混合动力模式有关的当前信号判断出混合动力车辆的当前混合动力模式；

步骤S30：混合动力车辆控制器基于与电机扭矩有关信号确定电机当前扭矩、电机当前可用扭矩、电机当前扭矩限制以及电机当前需求扭矩，其中电机当前需求扭矩为电机当前驱动需求扭矩或者电机当前发电需求扭矩；

步骤S40：混合动力车辆控制器判断电机当前需求扭矩是否不受电机当前扭矩限制的限制并且电机当前可用扭矩满足电机当前需求扭矩的请求；

步骤S50：混合动力车辆控制器基于混合动力车辆的当前混合动力模式将电机当前需求扭矩确定为电机当前最终目标扭矩并将电机当前最终目标扭矩发送给电机控制器；

步骤S60：电机控制器收到混合动力车辆控制器分配的电机当前最终目标扭矩后，采用当前混合动力模式的第一扭矩变化率使得电机从电机当前扭矩逐步变化到当前混合动力模式的电机当前过渡状态目标扭矩，然后采用当前混合动力模式的第二扭矩变化率使得电机从电机当前过渡状态目标扭矩逐步变化到电机当前最终目标扭矩并将其作为电机当前实际扭矩输出；以及

步骤S70：混合动力车辆模式切换扭矩控制方法结束。

在本发明的一个实施例中，当步骤S40判断为“否”时，接着执行步骤S52：混合动力车辆控制器将电机当前扭矩限制确定为电机当前最终目标扭矩并将电机当前最终目标扭矩发送给电机控制器。在执行完步骤S52后接着执行步骤S60。

在本发明中，混合动力车辆的混合动力模式是指以下11种混合动力模式：

首次起动模式是指用钥匙初次起动发动机的模式。首次起动模式分由BSG(电机)单独起动时，电机当前需求扭矩为克服发动机曲轴静态阻力所需扭矩。

关闭模式是指首次起动模式之前的车辆初始状态或者车辆出现严重故障时的状态，在该模式下所有混动功能(即BSG停止工作，发动机单独工作)被关闭，电机当前需求扭矩为零。

传统充电模式是指混合动力车辆处于传统车辆状态，电机作为发电机仅用于将高压电池电量维持在预定的期望水平并满足12V用电负载14的需求。在该模式下，车辆需求扭矩由发动机和电机提供，电机当前需求扭矩为电机当前发电需求扭矩与发动机和电机之间的传动比的乘积。

智能充电模式是指油门踏板深度大于零且小于油门踏板深度预定值，混合动力车辆控制器根据高压电池剩余电量(SOC)状态、发动机水温和发动机的效率，调节电机发电扭矩，将高压电池SOC维持在预定的期望水平，使发动机工作在相对的高效率区。在该模式下，车辆需求扭矩由发动机和电机提供，电机当前需求扭矩为电机当前发电需求扭矩与发动机和电机之间的传动比的乘积。

电机助力模式是油门踏板深度大于油门踏板深度预定值并且电池充放电能力允许，电机发出预定的正扭矩帮助发动机对车辆进行加速。在该模式下，车辆需求扭矩由发动机和电机提供，电机当前需求扭矩为电机当前可用扭矩与驾驶员对电机扭矩需求程度的乘积。

能量回馈模式是指车辆滑行或驾驶员踩下制动踏板使得车辆减速，如果液力变矩器的锁止离合器锁止，车轮轴12a倒拖电机发电从而将一部分惯性能量或者制动能量以电能的方式存储到高压电池上。在该模式下，车辆需求扭矩仅由电机提供，电机当前需求扭矩为由混合动力车辆当前档位和车速所设定的电机当前发电需求扭矩。

换挡平滑模式是指能量回馈模式下如有换挡，撤掉电机的发电扭矩以帮助换挡完成。在该模式下，电机当前需求扭矩为零。

自动停机模式是指驾驶员踩下制动踏板刹停车子，发动机停止运转，取消传统的停车怠速，以提高燃油经济性。在该模式下，车辆需求扭矩由电机提供，电机当前需求扭矩为由发动机当前转速所设定的电机当前驱动需求扭矩。

自动起动模式是指车辆进入自动停机模式后，驾驶员松开制动踏板或其它硬件条件触发导致系统退出自动停机模式。在该模式下，车辆需求扭矩由电机提供，电机当前需求扭矩为根据发动机当前转速所设定的电机当前驱动需求扭矩。

电怠速模式是指电机维持发动机怠速目标，其作用是自动起动后的电怠速保证自动起动到发动机怠速的平稳过渡或者自动停机前的电怠速保证其它状态到自动起动状态的平滑过渡。电怠速模式包括电机单独怠速和发动机及电机共同怠速。当混合动力车辆处于电怠速模式且处在电机单独怠速状态时，则车辆需求扭矩由电机提供，电机当前需求扭矩为将发动机维持在发动机怠速目标所需的第一电怠速当前需求扭矩。当混合动力车辆处于电怠速模式且处在发动机和电机共同怠速状态时，则车辆需求扭矩由发动机和电机提供，其中电机当前需求扭矩为将发动机维持在发动机怠速目标所需的第二电怠速当前需求扭矩。

怠速发电模式是指混合动力车辆控制器检测到自动变速器处于D档且发动机处于怠速状态，电机发电从而将高压电池的电量基本上维持预设水平并维持12V电负载使用。当混合动力车辆处于怠速发电模式时，电机当前需求扭矩为发动机和电机之间的传动比与电机当前发电需求扭矩的乘积。

从上述对11种模式的描述可以知道，各个混合动力模式下的电机当前需求扭矩需求扭矩能够预先设定。并且需要指出的是，各个混合动力模式下的第一扭矩变化率和第二扭矩变化率也能够预先设定。

需要说明的是，混合动力车辆控制器能够基于各个混合动力模式的跳转条件(切换条件)在相应的混合动力车辆的混合动力模式之间切换。当混合动力车辆从在先模式切换到当前混合动力模式时，混合动力车辆控制器依次执行步骤S30、S40、S50以及S60或者依次执行步骤骤S30、S40、S52以及S60。需要指出的是，各个混合动力模式的跳转条件能够预先设定。

根据本发明的合动力车辆模式切换扭矩控制方法的优点在于，当前混合动力模式可依据当前混合动力模式的第一扭矩变化率和第二扭矩变化率逐步将当前混合动力模式的电机当前扭矩变化到当前混合动力模式的电机当前最终目标扭矩并将其作为当前混合动力模式的电机当前实际扭矩输出，这种控制方法避免了电机当前实际扭矩在模式跳转或者切换时发生阶跃式升高或降低。

Claims (5)

1.一种混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其中混合动力车辆包括混合动力车辆控制器、发动机、发动机控制器、变速器、液力变矩器、与液力变矩器和变速器耦联并通信的变速器控制器、电机、电机控制器、与电机耦联的高压电池、与高压电池耦联并通信的电池控制器、制动防抱死控制器、车身控制器以及车辆局域网总线，发动机通过液力变矩器与变速器连接，变速器通过差速器将发动机和/或电机的动力传送到车轮，发动机通过连接装置与电机连接，用于实现发动机和电机之间的动力传递，混合动力车辆控制器通过车辆局域网总线与发动机控制器、变速器控制器、电机控制器、电池控制器、制动防抱死控制器、车身控制器耦联并与它们进行通信，从而实现混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1：混合动力车辆控制器基于与混合动力车辆的混合动力模式有关的当前信号判断出混合动力车辆的当前混合动力模式；

步骤2：混合动力车辆控制器基于与电机扭矩有关信号确定电机当前扭矩、电机当前可用扭矩、电机当前扭矩限制以及电机当前需求扭矩，其中电机当前需求扭矩为电机当前驱动需求扭矩或者电机当前发电需求扭矩；

步骤3：混合动力车辆控制器判断电机当前需求扭矩是否不受电机当前扭矩限制的限制并且电机当前可用扭矩满足电机当前需求扭矩的请求；

步骤4：混合动力车辆控制器基于混合动力车辆的当前混合动力模式将电机当前需求扭矩确定为电机当前最终目标扭矩并将电机当前最终目标扭矩发送给电机控制器；以及

步骤5：电机控制器收到混合动力车辆控制器分配的电机当前最终目标扭矩后，采用当前混合动力模式的第一扭矩变化率使得电机从电机当前扭矩逐步变化到当前混合动力模式的电机当前过渡状态目标扭矩，然后采用当前混合动力模式的第二扭矩变化率使得电机从电机当前过渡状态目标扭矩逐步变化到电机当前最终目标扭矩并将其作为电机当前实际扭矩输出。

2.如权利要求1所述的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其特征在于，当步骤3判断为“否”时，所述控制方法执行步骤3a“混合动力车辆控制器将电机当前扭矩限制确定为电机当前最终目标扭矩并将电机当前最终目标扭矩发送给电机控制器”，在执完步骤3a后接着执行步骤4。

3.如权利要求1所述的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其特征在于，混合动力模式为自动停机模式、自动起动模式、电怠速模式、怠速发电模式、传统充电模式、智能充电模式、电机助力模式、能量回馈模式、换挡平滑模式、首次起动模式或者关闭模式，其中在任意时刻，混合动力车辆仅处于一种所述混合动力模式下。

4.如权利要求3所述的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其特征在于，混合动力车辆控制器能够基于各个混合动力模式的跳转条件在相应的混合动力车辆的混合动力模式之间切换。

5.如权利要求3所述的混合动力车辆模式切换扭矩控制方法，其特征在于，各个混合动力模式下的电机当前需求扭矩能够预先设定，并且各个混合动力模式下的第一扭矩变化率和第二扭矩变化率也能够预先设定。

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