CN103303301B - 一种混合动力车辆加速工况电机助力优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合动力车辆加速工况电机助力优化方法：判断是否满足进入或退出电机助力模式条件以触发或停止电机助力；根据发动机外特性转矩值、传动系统输入端转矩限制值确定传动系统电机助力转矩限制值；设置计时器并以触发及复位之间计时值、加速踏板开度查电机特性时间衰减特性图谱确定电机助力转矩时间衰减系数；根据换挡模式、加速踏板开度查电机助力负荷率图谱确定电机助力负荷率；将电机控制器实时反馈的电机转矩限制值和动力电池对电机驱动转矩限制值中最小值设为电驱系统电机助力转矩限制值；将传动系统电机助力转矩限制值和电驱系统电机助力转矩限制值中最小值与电机助力转矩时间衰减系数和电机助力负荷率相乘，得到电机助力需求转矩值。

Description

一种混合动力车辆加速工况电机助力优化方法

技术领域

本发明属于车辆混合动力系统控制技术领域，尤其涉及一种混合动力车辆加速工况电机助力优化方法。

背景技术

在申请号为200810126873.1、题为“减少混合动力电动车辆中排放与扭矩响应延迟的电动助力”的中国发明专利申请中，它公开了一种以减少发动机排放、提高动力系统响应为目的的混合动力车电动助力方法，但是该发明的技术方案未能在混合动力系统控制中优先考虑电机的固有特性，因此在诸如充分优化整车动力性能、改进操控灵敏性和准确性、改善混合动力车辆的燃油经济性等方面仍然存在着不足和局限性。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，从而有效解决了上述及其他方面存在的问题，尤其能够实现整车动力性能的优化。

为实现上述的目的，本发明采用了以下技术方案：

一种混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，所述方法包括步骤：

A.根据车辆运行时的加速踏板开度、制动踏板位置、动力电池可用放电功率和动力电池荷电状态SOC的状况，判断是否进入或退出电机助力模式以便相应地触发或停止电机助力；

B.根据发动机外特性转矩值、传动系统输入端转矩限制值来确定传动系统电机助力转矩限制值，其中所述发动机外特性转矩值根据发动机实时转速查发动机外特性图谱得到、或者直接取自发动机控制系统的实时反馈最大转矩值，所述传动系统输入端转矩限制值为一标定值、或者取自由变速箱控制器实时发出的数据；

C.设置计时器，所述计时器在加速踏板开度大于其标定值A且制动踏板未被踩下时被触发，并且在加速踏板开度小于一标定值K时被复位，然后根据所述计时器在其被触发及复位之间的计时值、加速踏板开度查电机特性时间衰减特性图谱来确定电机助力转矩时间衰减系数；

D.根据混合动力车辆的换挡模式、加速踏板开度查电机助力负荷率图谱来确定电机助力负荷率；

E.将由电机控制器实时反馈的电机转矩限制值和动力电池对电机驱动转矩的限制值二者中的最小值设定为电驱系统电机助力转矩限制值，其中所述电机转矩限制值由所述电机控制器根据电机的实时转速、温度进行计算获得，所述电机驱动转矩的限制值由动力电池可用放电功率、车载附件实时消耗功率、电机实时转速、电机效率计算获得，其中所述车载附件实时消耗功率是由动力电池经直流-直流转换器为车载附件供电所消耗的功率，所述电机效率是由所述电机实时转速和可用于电机驱动的电功率查电机效率特性图谱得到，所述可用于电机驱动的电功率是所述动力电池可用放电功率与所述车载附件实时消耗功率二者之间的差值；以及

F.将以上获得的传动系统电机助力转矩限制值和电驱系统电机助力转矩限制值二者中的最小值与所述电机助力转矩时间衰减系数和所述电机助力负荷率相乘，从而得到电机助力需求转矩值并将其经由混合动力控制器HCU作为控制指令发送给电机控制器MCU，以便由电机控制器MCU控制电机输出助力转矩来辅助发动机提供动力。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，在所述步骤A中，如果同时满足以下条件则进入电机助力模式，以便触发电机助力：

a1)加速踏板开度大于所述标定值A；

a2)制动踏板未被踩下；

a3)动力电池可用放电功率大于其标定值D；

a4)动力电池荷电状态SOC大于其标定值S。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，在所述步骤A中，如果满足以下条件中的任何一个条件则退出电机助力模式，以便停止电机助力：

b1)加速踏板开度小于所述标定值A；

b2)制动踏板被踩下；

b3)动力电池可用放电功率小于其标定值D；

b4)动力电池荷电状态SOC小于其标定值S。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，所述动力电池可用放电功率是根据电池荷电状态SOC、电池单体间电压差、开路电压进行计算获得的。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，所述动力电池可用放电功率是根据动力电池荷电状态SOC查动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱获得的，所述动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱是基于动力电池台架试验数据获得的。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，所述动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱的获得过程还包括步骤：

根据车辆混合动力系统与整车匹配中预设的动力电池荷电状态SOC平衡区间以及动力电池充-放电效率，对所述动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱进行优化。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，在所述步骤C中还包括：

对所述计时器被触发后的混合动力控制器HCU每一个控制周期内的加速踏板开度进行累加，然后计算其移动平均值，再根据该移动平均值查所述电机特性时间衰减特性图谱，从而得到电机助力转矩时间衰减系数。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，所述控制周期是根据混合动力控制器HCU平台进行确定的，并且不超过针对加速踏板开度的采样周期的2倍。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，所述移动平均值的时间范围是基于电机在全功率输出下转矩能力由峰值衰减到持续值所经历的时间，并且根据实车测试中的驾驶性评价进行调整而标定获得的。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，所述步骤D中的换挡模式包括传统车模式、手动模式、运动模式、冬季模式、巡航模式、错误模式、经济混合动力模式、冬季混合动力模式。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，所述电机助力负荷率图谱是根据实车测试中的驾驶性评价进行标定获得的。

在上述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法中，优选地，所述车载附件包括电液助力转向器、车载各控制器、车灯、雨刷、娱乐系统。

本发明的有益效果在于：采用本混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，它可以在车辆行驶过程中，当有较大动力需求时即在电机随时间变化的特性限制值内综合考虑混合动力系统的换挡模式、传动系统电机助力转矩限制、电驱系统电机助力转矩限制等多种因素，并且通过控制车辆混合动力系统中的电机来提供助力，从而能够充分优化整车动力性能、提高操控灵敏性和准确性、改善混合动力车辆的燃油经济性等。由于本发明方法较为全面地考虑了电机特性随运行时间变化以及动力传动系统转矩限制等因素，因此具有相当强的实用性。

附图说明

以下将结合附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步详细描述。

图1-图7是用于说明本发明的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法的工作原理示意图。

具体实施方式

首先需要说明的是，以下将以示例方式来说明本混合动力车辆加速工况电机助力优化方法的工作原理、特点和优点，然而所有图示内容和文字描述仅是用来进行说明的，而不应将其理解为对本发明形成任何的限制，并且在本文中所出现的相同的数字、字母等标识均表示完全相同的含义。此外，在本文所提及的各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征，或者被显示或隐含在附图中的任意单个技术特征，仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意的组合或删减，从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。

在本发明方法中，第一步是根据行车过程中的加速踏板开度、制动踏板位置、动力电池可用放电功率、动力电池荷电状态SOC的状况来确定混合动力系统是否满足电机助力模式条件，即判断是否应当进入电机助力模式以触发电机助力、或者应当退出电机助力模式以停止电机助力。

作为举例情形，请参阅图1和图2，在这两个附图中分别显示出了选择进入电机助力模式和退出电机助力模式的具体判断依据。当然，根据实际应用需要，还可以在本发明方法中另外使用其他一些与加速踏板开度、制动踏板位置、动力电池可用放电功率、动力电池荷电状态SOC相关的判断依据。

如图1所示，在行车过程中，如果确定当前已同时满足以下条件时，则进入电机助力模式来触发电机助力，这些条件包括：

(a)加速踏板开度大于它的标定值A；

(b)制动踏板未被踩下；

(c)动力电池可用放电功率大于它的标定值D；

(d)动力电池荷电状态SOC大于它的标定值S。

再如图2所示，当确定已满足以下条件中的任何一个时，则退出电机助力模式来停止电机助力，这些条件是：

(1)加速踏板开度小于其标定值A；

(2)制动踏板被踩下；

(3)动力电池可用放电功率小于其标定值D；

(4)动力电池荷电状态SOC小于其标定值S。

在本发明方法中，可以根据电池荷电状态SOC、电池单体间电压差、开路电压等数据来计算获得上述的动力电池可用放电功率。此外，如图6中的部分内容所示，还可以根据动力电池荷电状态SOC来查动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱(图6中示意性显示的图谱5)，从而获得该动力电池可用放电功率。

对于上述的动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱，它是基于动力电池台架试验数据来获得的。而且，优选地还可以根据车辆混合动力系统与整车匹配中预设的动力电池荷电状态SOC平衡区间以及动力电池充-放电效率，针对通过动力电池台架试验数据获得的动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱再进行优化处理，从而进一步提高该图谱数据的准确性和有效性。

在本发明方法中，第二步是根据发动机外特性转矩值、传动系统输入端转矩限制值来确定传动系统电机助力转矩限制值，这在图3中进行了示意性阐释。

在以上步骤中，发动机外特性转矩可以是根据实时发动机转速查外特性图谱(图3中示意性显示的图谱1)得到的，或者可以直接使用发动机控制系统的实时反馈最大转矩值。在以上步骤中，可以将传动系统输入端转矩限制值设定为一个标定值，或者也可以直接取自由变速箱控制器实时发出的数据。在得到发动机外特性转矩值、传动系统输入端转矩限制值之后，就可以根据应用需要来对它们进行数值计算处理(例如，图3所示的简单加减运算处理)，从而得到传动系统电机助力转矩限制值。

在本发明方法的第三步中，设置计时器并由其来计算在它被触发及复位之间的计时值，然后根据计时器的以上计时值、加速踏板开度来查电机特性时间衰减特性图谱，以便确定电机助力转矩时间衰减系数。

如图5所示，上述计时器的触发条件是加速踏板开度大于它的标定值A并且制动踏板未被踩下，而该计时器的复位条件是加速踏板开度小于一个标定值K。

根据所获得的以上计时值和加速踏板开度，可以采用以下两种处理方式中的任一种来确定电机助力转矩时间衰减系数。然而需要指出的是，完全可以采用更多的处理方式来确定该电机助力转矩时间衰减系数，而不应仅局限于用于举例说明的以下两种方式。

例如，在第一种处理方式中可以将该计时值与加速踏板开度一同作为输入参数来查电机特性时间衰减特性图谱(图4中示意性显示的图谱2)，从而得到电机助力转矩时间衰减系数。

又如，在第二种处理方式中可以对计时器被触发后的混合动力控制器HCU每一个控制周期内的加速踏板开度进行累加，然后计算其移动平均值，接着再根据该移动平均值来查上述的电机特性时间衰减特性图谱，以便得到电机助力转矩时间衰减系数。

就上述第二种处理方式中所涉及的控制周期而言，它是根据混合动力控制器HCU平台进行确定的，并且其不超过针对加速踏板开度的采样周期的2倍。此外，移动平均值的时间范围是基于电机在全功率输出下转矩能力由峰值衰减到持续值所经历的时间，并且根据实车测试中的驾驶性评价进行调整，然后进行标定的。

在本发明方法的第四步中，根据混合动力系统的换挡模式(例如，它可以包括但并不限于传统车模式、手动模式、运动模式、冬季模式、巡航模式、错误模式、经济混合动力模式、冬季混合动力模式等)和加速踏板开度，通过将它们作为输入参数来查电机助力负荷率图谱(图5中示意性显示的图谱3)，从而来确定电机助力负荷率。作为举例，上述电机助力负荷率图谱可以根据实车测试中的驾驶性评价进行标定获得，当然也可以通过其他途径来获得相应数据，从而得到该电机助力负荷率图谱。

如图6所示，在本发明方法的第五步中，比较由电机控制器实时反馈的电机转矩限制值和动力电池对电机驱动转矩的限制值，然后将它们中的最小值设定为电驱系统电机助力转矩限制值。

在本步骤中，电机转矩限制值可以由电机控制器根据电机的实时转速、温度来进行计算获得的，而电机驱动转矩的限制值可以由动力电池可用放电功率、车载附件实时消耗功率、电机实时转速、电机效率来进行计算获得的。其中，上述的车载附件实时消耗功率是指由动力电池经直流-直流转换器为车载附件(其包括但并不限于电液助力转向器、车载各控制器、车灯、雨刷、娱乐系统等)供电所消耗的功率；电机效率可以根据电机实时转速和可用于电机驱动的电功率查电机效率特性图谱(图6中示意性显示的图谱4)来得到，该可用于电机驱动的电功率是前述的动力电池可用放电功率与车载附件实时消耗功率二者之间的差值。

再请参考图7，在本发明方法的第六步中，首先比较通过以上步骤得到的传动系统电机助力转矩限制值、电驱系统电机助力转矩限制值来确定二者中的最小值，然后将该最小值、电机助力转矩时间衰减系数和电机助力负荷率相乘，从而得到电机助力需求转矩。如此，就可以将该电机助力需求转矩经由混合动力控制器HCU作为控制指令发送给电机控制器MCU，以便再由后者控制电机输出助力转矩来辅助发动机提供动力，这样就通过本发明方法及时、有效地对整车动力性能进行了充分优化。

以上举列说明了本发明的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，这些示例供阐明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。

Claims (12)

1.一种混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述方法包括步骤：

A.根据车辆运行时的加速踏板开度、制动踏板位置、动力电池可用放电功率和动力电池荷电状态SOC的状况，判断是否进入或退出电机助力模式以便相应地触发或停止电机助力；

B.根据发动机外特性转矩值、传动系统输入端转矩限制值来确定传动系统电机助力转矩限制值，其中所述发动机外特性转矩值根据发动机实时转速查发动机外特性图谱得到、或者直接取自发动机控制系统的实时反馈最大转矩值，所述传动系统输入端转矩限制值为一标定值、或者取自由变速箱控制器实时发出的数据；

C.设置计时器，所述计时器在加速踏板开度大于其标定值A且制动踏板未被踩下时被触发，并且在加速踏板开度小于一标定值K时被复位，然后根据所述计时器在其被触发及复位之间的计时值、加速踏板开度查电机特性时间衰减特性图谱来确定电机助力转矩时间衰减系数；

D.根据混合动力车辆的换挡模式、加速踏板开度查电机助力负荷率图谱来确定电机助力负荷率；

E.将由电机控制器实时反馈的电机转矩限制值和动力电池对电机驱动转矩的限制值二者中的最小值设定为电驱系统电机助力转矩限制值，其中所述电机转矩限制值由所述电机控制器根据电机的实时转速、温度进行计算获得，所述电机驱动转矩的限制值由动力电池可用放电功率、车载附件实时消耗功率、电机实时转速、电机效率计算获得，其中所述车载附件实时消耗功率是由动力电池经直流-直流转换器为车载附件供电所消耗的功率，所述电机效率是由所述电机实时转速和可用于电机驱动的电功率查电机效率特性图谱得到，所述可用于电机驱动的电功率是所述动力电池可用放电功率与所述车载附件实时消耗功率二者之间的差值；以及

F.将以上获得的传动系统电机助力转矩限制值和电驱系统电机助力转矩限制值二者中的最小值与所述电机助力转矩时间衰减系数和所述电机助力负荷率相乘，从而得到电机助力需求转矩值并将其经由混合动力控制器HCU作为控制指令发送给电机控制器MCU，以便由电机控制器MCU控制电机输出助力转矩来辅助发动机提供动力。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，在所述步骤A中，如果同时满足以下条件则进入电机助力模式，以便触发电机助力：

a1)加速踏板开度大于所述标定值A；

a2)制动踏板未被踩下；

a3)动力电池可用放电功率大于其标定值D；

a4)动力电池荷电状态SOC大于其标定值S。

3.根据权利要求1所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，在所述步骤A中，如果满足以下条件中的任何一个条件则退出电机助力模式，以便停止电机助力：

b1)加速踏板开度小于所述标定值A；

b2)制动踏板被踩下；

b3)动力电池可用放电功率小于其标定值D；

b4)动力电池荷电状态SOC小于其标定值S。

4.根据权利要求1、2或3所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述动力电池可用放电功率是根据电池荷电状态SOC、电池单体间电压差、开路电压进行计算获得的。

5.根据权利要求1、2或3所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述动力电池可用放电功率是根据动力电池荷电状态SOC查动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱获得的，所述动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱是基于动力电池台架试验数据获得的。

6.根据权利要求5所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱的获得过程还包括步骤：

根据车辆混合动力系统与整车匹配中预设的动力电池荷电状态SOC平衡区间以及动力电池充-放电效率，对所述动力电池功率随动力电池荷电状态SOC衰减特性图谱进行优化。

7.根据权利要求1、2或3所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，在所述步骤C中还包括：

对所述计时器被触发后的混合动力控制器HCU每一个控制周期内的加速踏板开度进行累加，然后计算其移动平均值，再根据该移动平均值查所述电机特性时间衰减特性图谱，从而得到电机助力转矩时间衰减系数。

8.根据权利要求7所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述控制周期是根据混合动力控制器HCU平台进行确定的，并且不超过针对加速踏板开度的采样周期的2倍。

9.根据权利要求7所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述移动平均值的时间范围是基于电机在全功率输出下转矩能力由峰值衰减到持续值所经历的时间，并且根据实车测试中的驾驶性评价进行调整而标定获得的。

10.根据权利要求1、2或3所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述步骤D中的换挡模式包括传统车模式、手动模式、运动模式、冬季模式、巡航模式、错误模式、经济混合动力模式、冬季混合动力模式。

11.根据权利要求1、2或3所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述电机助力负荷率图谱是根据实车测试中的驾驶性评价进行标定获得的。

12.根据权利要求1、2或3所述的混合动力车辆加速工况电机助力优化方法，其特征在于，所述车载附件包括电液助力转向器、所有的车载控制器、车灯、雨刷、娱乐系统。