CN103223943B - 用于混合动力车辆的模块化整车控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于混合动力车辆的模块化整车控制系统。该控制系统至少包括：用于基于混合动力车辆的第一相关信息来估计所述混合动力车辆当前的驱动功率需求量的驱动功率估计模块；用于基于预存储的经验信息、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的第二相关信息来确定当前所述混合动力车辆所需的控制信息的查询模块；用于基于预定的推理逻辑信息、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的第二相关信息来确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息的推理模块；用于当所述查询模块不能输出所述混合动力车辆当前所需的控制信息时，采用推理模块输出的所述混合动力车辆当前所需的控制信息来控制所述混合动力车辆的判断模块，由此来实现对混合动力车辆的控制。

Description

用于混合动力车辆的模块化整车控制系统

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，特别是涉及一种用于混合动力车辆的模块化整车控制系统。

背景技术

由于石油消耗的速度远远超过了新发现的石油储量以及石油生产能力的增加速度，从而推动了油价的持续上涨。随着能源安全以及环境问题的日益凸显，满足排放法规已经成为面对国际竞争的最低门槛，而降低油耗（从而能减少CO₂排放，并控制全球温室气体效应）、以及能源多样化已成为目前需要解决的首要问题。随着相关技术的成熟，混合动力技术作为应对上述问题的有效方法逐渐被行业认可。

目前许多国家的政府部门、汽车公司和零部件厂商都投入巨资进行混合动力汽车的研制开发以及关键技术的研究，并且已有多种产品问世。混合动力汽车是指车辆驱动系统由两个或多个能同时运转的单个驱动系统联合组成的车辆，车辆的行驶功率依据实际的车辆行驶状态由单个驱动系统单独或多个驱动系统共同提供。混合动力汽车既继承了纯电动汽车节能和环保的优点，又弥补了纯电动汽车的续驶里程的不足。通过优化控制系统可使发动机、电机与电池保持在最佳经济区运行，并实现再生自动能量回收，提高了整车的能量利用率，同时大幅度减少排放污染。

目前混合动力控制策略开发思路较为混乱，模块化的设计思路有利于提高控制策略的复用性。而且现有控制策略对于最优控制理论的应用较少，混合动力商用车行驶工况较为固定，适合建立经济性或者动力为目标使用全局优化控制方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于混合动力车辆的模块化整车控制系统，以实现对混合动力车辆的有效控制。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于混合动力车辆的模块化整车控制系统，其至少包括：

驱动功率估计模块，用于基于混合动力车辆的第一相关信息来估计所述混合动力车辆当前的驱动功率需求量；

查询模块，用于基于预存储的经验信息、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的第二相关信息来确定当前所述混合动力车辆所需的控制信息；

推理模块，用于基于预定的推理逻辑信息、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的第二相关信息来确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息；

判断模块，用于当所述查询模块不能输出所述混合动力车辆当前所需的控制信息时，采用推理模块输出的所述混合动力车辆当前所需的控制信息来控制所述混合动力车辆。

优选地，所述第一相关信息包括加速踏板信号和制动踏板信号。

优选地，所述第二相关信息包括车速信号及电池荷电状态信号。

优选地，混合动力车辆当前所需的控制信息包括变速器档位信息、发动机转矩信息、电机转矩信息、及制动器制动力矩信息。

如上所述，本发明的用于混合动力车辆的模块化整车控制系统，具有以下有益效果：采用模块化方式实现对混合动力车辆，尤其是混合动力商用车领域，例如混合动力客车和卡车的有效控制，具有良好的扩展性。

附图说明

图1显示为本发明的用于混合动力车辆的模块化整车控制系统示意图。

元件标号说明

1 模块化整车控制系统

11 驱动功率估计模块

12 查询模块

13 推理模块

14 判断模块

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图1所示，本发明提供一种用于混合动力车辆的模块化整车控制系统。该模块化整车控制系统1至少包括：驱动功率估计模块11、查询模块12、推理模块13、以及判断模块14。

其中，所述混合动力车辆包括任何由两个或多个能同时运转的单个驱动系联合组成的车辆，优选地，包括但不限于油电混合动力车辆，例如，混合动力客车或混合动力卡车等。

所述驱动功率估计模块11基于车辆的第一相关信息来估计所述混合动力车辆当前的驱动功率需求量。

其中，第一相关信息包括与估计混合动力车辆的驱动功率需求量有关的车辆信息，优选地，包括但不限于：加速踏板信号、制动踏板信号和车速信号等。

所述驱动功率估计模块11获取所述第一相关信息的方式包括但不限于：由设置在混合动力车辆的传感器提供，例如，感测加速踏板移动的传感器提供加速踏板信号、感测制动踏板移动的传感器提供制动踏板信号等。

例如，所述驱动功率估计模块11基于以下公式来估计混合动力车辆当前的驱动功率需求量：

Pdem=α*Pmax-c*p*ua，其中，Pmax=Pemax+Pmmax，Pemax是发动机最大驱动功率，Pmmax是电机最大驱动功率，α是感测的加速踏板信号；c是和制动系统有关的常数，p是感测的制动踏板信号；ua是车速信号。

所述查询模块12基于预存储的经验信息、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的第二相关信息来确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息。

其中，所述第二相关信息包括与确定混合动力车辆当前所需的控制信息相关的车辆信息，优选地，包括但不限于：车速信号及电池荷电状态信号。

所述查询模块12获取所述第二相关信息的方式包括但不限于：由设置在混合动力车辆的传感器提供，例如，感测混合动力车辆运行速度的传感器提供车速信号、感测电池荷电状态的传感器提供电池荷电状态信号等。

为简化图示，图1中未示出混合动力车辆的传感器与查询模块之间的连线，在此予以说明。

所述混合动力车辆当前所需的控制信息基于混合动力车辆需要控制的部件来确定，优选地，包括但不限于：变速器档位信息、发动机转矩信息、电机转矩信息、及制动器制动力矩信息等。

所述经验信息基于预先的经验来获得。例如，预先将变速箱档位、发动机转矩、电机转矩和机械制动力矩均视为驱动功率需求量Pdem、车速信号ua、及电池荷电状态信号SOC的函数，预先采用诸如动态规划算法等全局优化算法，来分别计算变量Pdem、ua、SOC各自取值不同时所对应的变速箱档位、发动机转矩、电机转矩和机械制动力矩，从而形成变速箱档位信息与变量Pdem、ua、SOC的关系表、发动机转矩信息与变量Pdem、ua、SOC的关系表、电机转矩信息与变量Pdem、ua、SOC的关系表、机械制动力矩信息与变量Pdem、ua、SOC的关系表，将该些关系表作为经验信息予以存储，以供所述查询模块12查询。

需要说明的是，经验信息的范围应该尽可能大，范围越广，优化就越充分，油耗就越低。

所述查询模块12基于预存储的经验信息、所述驱动功率需求量及所述车辆的第二相关信息来确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息的确定方式包括但不限于：直接通过查询经验信息来确定、基于经验信息采用插值方式来确定等。

例如，所述查询模块12基于混合动力车辆K1当前的驱动功率需求量为9w、车速为55km/小时、电池荷电为85%在经验信息未查询到3个变量取值完全相同的匹配信息，则基于经验信息中“Pdem为9w、ua为55km/小时、SOC为80%时，发动机转矩为120Nm”的变量Pdem与ua的取值与车辆K1的Pdem与ua相同，来确定混合动力车辆K1当前所需的发动机转矩也为120Nm。

又例如，经验信息中包括：“Pdem为5w、ua为40km/小时、SOC为80%时的最佳发动机转矩为100Nm”、“Pdem为8w、ua为40km/小时、SOC为80%时的最佳发动机转矩为120Nm”，则所述查询模块12基于混合动力车辆K2当前的驱动功率需求量为6w、车速为40km/小时、电池荷电为80%，采用线性插值法确定混合动力车辆K2当前的发动机转矩为106.67Nm。

此外，当所述查询模块12获得的混合动力车辆当前的驱动功率需求量、当前车速信息及当前电池荷电信息超出经验信息的范畴，则所述查询模块12不能确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息，则所述查询模块12输出空，即输出NaN。

需要说明的是，本领域技术人员应该理解，上述所述仅仅只是列示，而非对本发明的限制，事实上，任何基于预存储的经验信息、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的第二相关信息来确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息的方式，例如，采用非线性插值法来确定等，均包含在本发明的范围内。

所述推理模块13基于预定的推理逻辑信息、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的第二相关信息来确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息。

其中，所述推理模块13获取所述第二相关信息的方式包括但不限于：由设置在混合动力车辆的传感器提供，例如，感测混合动力车辆运行速度的传感器提供车速信号、感测电池荷电状态的传感器提供电池荷电状态信号等。

为简化图示，图1中未示出混合动力车辆的传感器与推理模块13之间的连线，在此予以说明。

其中，推理逻辑信息包括任何可用于确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息的推理逻辑信息，优选地，包括但不限于可用于确定变速器档位信息、发动机转矩信息、电机转矩信息、及制动器制动力矩信息的信息。

例如，始终基于车速来确定变速箱档位信息；又例如，当驱动功率需求量为正时，基于预定的最优转矩曲线来确定发动机转矩信息；当驱动功率需求量为负，即需要制动时，电机提供全部制动力矩，若电机转矩不足以提供制动力矩，则由机械制动系统提供剩余部分；当电池组电量低于预定电量阈值时，发动机带动电机为电池组充电；当车速较低导致发动机转速低于预定转速阈值或者发动机转矩低于预定转矩阈值时关闭发动机，仅电机工作。

需要说明的是，推理逻辑信息应该尽可能简单而且正确，越简单速度越快，对不同工况的适应性越高。此外，本领域技术人员应该理解，上述所述仅仅只是列示，而非对本发明的限制，任何可用于确定混合动力车辆当前的控制信息的推理逻辑信息均包含在本发明的范围内。

例如，混合动力车辆K3的变速箱共有10个档位，也就有十个状态（state）。初始状态为0档，所述推理模块13基于当前的驱动功率需求量为正确定混合动力车辆K3的变速箱进入下一档；由此，可随着车速提高逐渐提高变速箱档位，最高至9档。随着车速降低逐渐降低变速箱档位，最低至0档。

又例如，所述推理模块13先基于以下公式来估计所需要的需求转矩Treq：

Treq=Pdem/ua，其中，Pdem为驱动功率需求量，ua为车速信号；随后，所述推理模块13再基于下述推理逻辑来确定发动机转矩信息Te、电机转矩信息Tm、及制动器制动力矩信息Tb，其中，SOCl是预定荷电阈值，Tmmax是电机在当前转速下的最大转矩，Cg是与变速器档位有关的预定系数；Topt是发动机在当下转速下的最优转矩，可根据发动机转速查表插值得到：

1若Treq>0时，Tb=0，则：

若电池荷电信号SOC不小于预定荷电阈值SOCl，则Te=Topt，Tm=Treq/Cg-Te；

若电池荷电信号SOC小于预定荷电阈值SOCl，则Te=Treq/Cg，Tm=0。

2若Treq<0时，Te=0，则：

若Treq>Tmmax，则Tm=Treq/Cg，Tb=0；

若Treq<=Tmmax，则Tm=-Tmmax，Tb=Treq/Cg-Tm。

3若Treq=0，Tb=0，则：

若SOC>=SOCl，则Te=0，Tm=0；

若SOC<SOCl，则Te=Topt，Tm=-Te。

所述判断模块14用于当所述查询模块12不能输出所述混合动力车辆当前所需的控制信息时，采用推理模块13输出的所述混合动力车辆当前所需的控制信息来控制所述混合动力车辆。

具体地，当所述查询模块12不能确定混合动力车辆当前所需的控制信息，即输出为空时，则所述判断模块14选择推理模块13输出的控制信息来控制所述混合动力车辆的各执行器，否则，选择所述查询模块12输出的控制信息来控制所述混合动力车辆的各执行器。

综上所述，本发明的用于混合动力车辆的模块化整车控制系统采用模块化方式来实现对混合动力车辆的控制，具有良好的扩展性，可适用于所有油电混合动力车辆的动力学控制和能量系统管理，尤其适用于混合动力商用车领域，例如混合动力客车和卡车。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (4)

1.一种用于混合动力车辆的模块化整车控制系统，其特征在于，所述用于混合动力车辆的模块化整车控制系统至少包括：

驱动功率估计模块，用于基于混合动力车辆的第一相关信息来估计所述混合动力车辆当前的驱动功率需求量；所述第一相关信息包括加速踏板信号、制动踏板信号和车速信号；

查询模块，用于基于预存储的经验信息、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的车速信号及电池荷电状态信号来确定当前所述混合动力车辆所需的控制信息；

推理模块，用于基于最优工作曲线策略、所述驱动功率需求量及所述混合动力车辆的车速信号及电池荷电状态信号来确定所述混合动力车辆当前所需的控制信息；

判断模块，用于当所述查询模块不能输出所述混合动力车辆当前所需的控制信息时，采用推理模块输出的所述混合动力车辆当前所需的控制信息来控制所述混合动力车辆。

2.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的模块化整车控制系统，其特征在于：混合动力车辆当前所需的控制信息包括变速器档位信息、发动机转矩信息、电机转矩信息、及制动器制动力矩信息。

3.根据权利要求1所述的用于混合动力车辆的模块化整车控制系统，其特征在于：所述混合动力车辆包括油电混合动力车辆。

4.根据权利要求3所述的用于混合动力车辆的模块化整车控制系统，其特征在于：所述油电混合动力车辆为混合动力客车或混合动力卡车。