CN104149776A - 一种混合动力汽车系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种混合动力汽车系统及其控制方法，包括有发动机、混合动力模块、变速箱、动力电池、外接蓄电池、控制器及操纵系统。本发明提供了一种混联式混合动力的起动、发电方案及控制流程，按照该方案及控制流程设计的起动、发电方案能够有效解决混联式混合动力汽车低温发动机起动、暖机问题，并且能够减少起停系统中起动机的使用频率，提高了系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明属于汽车领域，是属于混合动力汽车领域，特别是指一种混合动力汽车系统及利用该系统的控制方法。
背景技术
随着环境与能源压力的增加，各汽车厂家及科研单位加大了对新能源汽车的研发。从目前的角度来看，混合动力车型发展趋势明显，短期内车辆的电气化在环保、低油耗等方面具有相当的优势，混合动力车型的零部件技术也已形成，终端用户无需牺牲某些传统车的日常使用中的优势(如与纯电汽车相比，运行里程具有优势)。此外，尤其是在很大程度上受排放影响的大型城市区域，在典型的拥挤的交通状况下，在等待交通信号灯或堵车时关闭发动机，使用纯电驾驶模式，能够进一步提高效率，有效地减少排放。开发节能、安全、高效的发动机起停、发电功能是混合动力汽车整车开发的重要环节。
在传统汽车中，车速为0时，发动机还在怠速运行。在混合动力系统中，为了减少燃油消耗，在车速为0时，如满足自动停机条件，发动机会停止工作，通常称之为自动停机。发动机停机后，在满足退出停机条件时，发动机会退出自动停机状态，电机驱动发动机到某个转速，发动机会自动起动。在某些其它情况，即使驾驶员不松开制动踏板，只要满足退出停机的条件时，混合动力车也会自动起动。
混合动力汽车按驱动形式分，可分为串联式混合动力系统、并联式混合动力系统和混联式混合动力系统。其中：
串联式混合动力系统指发动机驱动发电机发电，电能通过电机(电动马达)驱动车轮。
并联式混合动力系统使用发动机和电动机直接驱动车辆，在车辆行驶时，电动机除了可辅助发动机驱动车辆外，还可作为发电机为蓄电池充电。发动机与电机共同驱动车轮，两种驱动力可根据驾驶状况分开使用，由于不能关闭发动机，电机只是被用于辅助驱动车辆。
混联式混合动力系统中发动机为基本的动力来源，发动机的动力由动力分配机构分成车轮的驱动力与发电机的驱动力。而发电机的电力除了使电机驱动车轮外，并经变流器变换成为直流电后，储存在高电压蓄电池。并联式与串联式驱动方式的组合，使两者的长处分别发挥到最大极限。
混联式混合动力系统主要是采用行星齿轮动力分离装置，实现并联式与串联式驱动方式。发动机起动过程为：由蓄电池供电给起动机，起动机带动发动机起动，电机不能起动发动机。充电过程为：普通充电时，由发动机带动发电机工作，发电机通过变频器将电能传输给动力电池，给动力电池充电。这一技术的缺点是：1)在起停功能方面，多使用起动机起动发动机，而混联式混合动力主要动力源是发动机，所以实现起停功能时，起动机工作频繁，对起动机的可靠性提出了较高要求；2)未配置变速箱，发动机需要始终工作在高转速状态，增加了发动机油耗及噪声控制难度；3)结构复杂，开发难度大，动力耦合不易控制，开发成本高。
发明内容
本发明提供了一种混联式混合动力的起动、发电方案及控制流程，按照该方案及控制流程设计的起动、发电方案能够有效减少起停系统中起动机的使用频率，提高了系统的可靠性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种混合动力汽车系统，包括有发动机、混合动力模块、变速箱、动力电池、外接蓄电池、控制器及操纵系统；所述控制器包括有整车控制器、电机控制器及发动机控制器；
所述发动机通过所述混合动力模块与所述变速箱连接；所述动力电池与所述混合动力模块电连接；所述动力电池分别与所述整车控制器、所述发动控制器及发动机电连接；所述外接蓄电池分别与所述发动机、发动机控制器及整车控制器电连接；所述操纵机构与所述整车控制器连接；
所述混合动力模块包括有分离离合器、发动机飞轮及电机；所述发动机飞轮与所述发动机连接；所述发动机飞轮和所述电机分别与所述分离离合器活动连接。
所述操纵系统包括有加速踏板、换挡手柄及制动踏板。
进一步的，所述系统具有以下工作模式：低温度起停模式、动力电池低电量起停模式及正常起停模式；
在所述低温度起停模式和动力电池低电量起停模式下，由所述外接蓄电池、发动机、整车控制器及所述发动机控制器来实现上述模式动作；
在所述正常起停模式，由动力电池、电机控制器、混合动力模块、整车控制器、发动机控制器及发动机来实现上述模式动作。
进一步的，所述系统还具有：停车状态充电模式和运行状态充电模式；
所述停车状态充电模式为：所述操纵系统中的换挡手柄在空挡位置，混合动力模块中的分离离合器闭合，所述发动机由所述电机带动，所述发动机工作在发电高效区，所述电机产生负扭矩，电能通过电机控制器给动力电池充电；
所述运行状态充电模式为：所述发动机通过工作点转移，同时驱动所述变速箱和所述电机；所述电机产生负扭矩，电能通过电机控制器给动力电池充电。
进一步的，包括有制动能量回收模式，在所述制动能量回收模式下，由操纵系统、整车控制器、混合动力模块、电机控制器及动力电池来实现上述模式动作；在车辆运行状态下，不踩加速踏板或轻踩制动踏板时，通过整车控制器，所述混合动力模块的分离离合器断开，车辆反拖所述电机，所述电机将电能传递给所述电机控制器，并给动力电池充电。
所述变速箱为双离合变速箱。
所述发动机为带起动机的发动机。
一种混合动力汽车系统控制方法，包括以下步骤：
S1：车辆静止状态点火；
S2：判断是否环境温度≤温度阈值或SOC≤第一阈值；如果是，则执行步骤S3；否则执行步骤S6；
S3：判断是否外接蓄电池实际电压≥规定电压值；如果是，则执行步骤S4；否则执行步骤S18；
S4：外接蓄电池放电给起动机；
S5：起动机工作，带动发动机工作，分离离合器闭合；
S6：动力电池高压上电；
S7：电机进入可起动状态；
S8：判断是否SOC≤第二阈值；如果是，则执行步骤S9；否则执行步骤S12；
S9：电机旋转，分离离合器闭合，带动发动机工作；
S10：车辆进入静止充电状态或暖机状态；
S11：挡位挂至D挡或R挡，并判断是否车速>0km/h，且SOC≤第三阈值；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S12：分离离合器断开，车辆进入纯电行驶状态；
S13：判断是否踩制动踏板时；如果是，则执行步骤S14；否则执行步骤S12；
S14：车辆进入制动能量回收状态；
S15：判断是否SOC≤第三阈值；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S16：电机带动发动机起动，车辆进入行车充电模式；
S17：判断是否车速＝0km/h且挡位挂至N挡或P挡，或SOC≥第四阈值；如果是，则执行步骤S18；否则执行步骤S16；
S18：发动机停机。
所述第一阈值、第二阈值、第三阈值及第四阈值分别为，3％-20％之间的任意值、20％-45％之间的任意值、45％-70％之间的任意值以及75％-98％之间的任意值。
所述温度阈值为-10℃--50℃之间的任意值。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种混联式混合动力的起动、发电方案及控制流程，按照该方案及控制流程设计的起动、发电方案能够有效减少起停系统中起动机的使用频率，提高了系统的可靠性；
本发明的发电方案考虑了静止状态，混合动力模式下的行车状态，以及纯电行驶中制动能量回收状态，能够充分降低整车行驶时燃油经济性。
附图说明
图1为本发明混合动力汽车系统框图；
图2为本发明混合动力汽车系统控制流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
如图1所示，一种混合动力汽车系统，包括有发动机6、混合动力模块5、变速箱16、动力电池4、外接蓄电池1、控制器及操纵系统；所述控制器包括有整车控制器10、电机控制器2及发动机控制器8；在本申请中的发动机采用阿特金森发动机，发动机带有一个12V起动机。变速箱为双离合变速箱，发动机最佳工作点根据整车驾乘需求及动力电池电量进行转移，始终工作在高效区域，有利于发动机油耗及噪声控制；外接蓄电池采用的是12V铅酸蓄电池；动力电池(包含有BMS)，在本申请中BMS为电池管理系统(BATTERY MANAGEMENTSYSTEM)。所述操纵系统，包括有加速踏板、换挡手柄及制动踏板。
所述发动机6通过所述混合动力模块5与所述变速箱16连接；所述动力电池4同所述混合动力模块5电连接；所述动力电池4分别与所述整车控制器10、所述发动控制器8及发动机6电连接；所述外接蓄电池1分别与所述发动机6、发动机控制器8及整车控制器10电连接；所述操纵机构与所述整车控制器10连接。
所述混合动力模块5包括有分离离合器11、发动机飞轮9及电机12；所述发动机飞轮9与所述发动机6连接；所述发动机飞轮9和所述电机12分别与所述分离离合器11活动连接。整车结构易于实现，开发成本易于控制。
在图1中，标号3为高压线路，标号7为CAN通讯线路，标号17为低压线路。
在本系统中，包括有低温度起停模式、动力电池低电量(以下用SOC表示)起停模式及正常起停模式。
在所述低温度起停模式和动力电池低电量起停模式下，由所述外接蓄电池1、发动机6、整车控制器10及所述发动机控制器8来实现本模式的动作；使用12V低压铅酸蓄电池启动起动机然后由起动机起动发动机工作，分离离合器闭合。同时，12V低压铅酸蓄电池为整车控制器和发动机控制器供电，实现对整车及发动机的控制。
在所述正常起停模式下，由动力电池4、电机控制器2、混合动力模块5、整车控制器10、发动机控制器8及发动机6来实现本模式的动作；采用混合动力模块5中的电机12起动发动机工作。动力电池通过电机控制器为电机提供电力，电机旋转，混合动力模块中的分离离合器闭合，带动发动机工作，同时，动力电池分别为整车控制器和发动机控制器提供电力，这样能够有效降低对小型起动机的技术要求。
在本系统中，还包括有停车状态充电模式和运行状态充电模式。
在所述停车状态充电模式下，由所述操纵系统、混合动力模块、发动机、整车控制器、电机控制器及动力电池来实现本模式的动作；具体为，所述操纵系统中的换挡手柄14在空挡位置，混合动力模块5中的分离离合器11闭合，所述发动机6由所述电机12带动，所述发动机6工作在发电高效区，所述电机12产生负扭矩，电能通过电机控制器2给动力电池4充电。
在所述运行状态充电模式下，由所述动力电池4、电机控制器2、变速箱16、混合动力模块5及发动机6来实现本模式的动作；具体为，当车辆在运行状态下，电池电量较低时，所述发动机通过工作点转移，同时驱动6挡双离合变速箱和所述电机；所述电机产生负扭矩，电能通过电机控制器给动力电池充电。
还包括有制动能量回收模式，所述制动能量回收模式由操纵系统、整车控制器、混合动力模块、电机控制器及动力电池来实现上述模式动作；在车辆运行状态下，当车速大于40km/h，驾驶员不踩加速踏板13或轻踩制动踏板15时，通过整车控制器10，所述混合动力模块5的分离离合器11断开，车辆反拖所述电机12，所述电机12将电能传递给所述电机控制器2，并给动力电池4充电。整体方案能量利用率高，更加节能。
本发明主要根据SOC、环境温度、档位、车速、12V蓄电池电压和制动踏板等信息控制车辆进入不同的起动和充电状态。
如图2所示，一种混合动力汽车系统控制方法，包括以下步骤：
S1：车辆静止状态点火；
S2：判断是否环境温度≤温度阈值或SOC≤第一阈值；如果是，则执行步骤S3；否则执行步骤S6；
S3：判断是否外接蓄电池实际电压≥规定电压值；如果是，则执行步骤S4；否则执行步骤S18；
S4：外接蓄电池放电给起动机；
S5：起动机工作，带动发动机工作，分离离合器闭合；
S6：动力电池高压上电；
S7：电机进入可起动状态；
S8：判断是否SOC≤第二阈值；如果是，则执行步骤S9；否则执行步骤S12；
S9：电机旋转，分离离合器闭合，带动发动机工作；
S10：车辆进入静止充电状态或暖机状态；
S11：挡位挂至D挡或R挡，并判断是否车速>0km/h，且SOC≤第三阈值；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S12：分离离合器断开，车辆进入纯电行驶状态；
S13：判断是否踩制动踏板时；如果是，则执行步骤S14；否则执行步骤S12；
S14：车辆进入制动能量回收状态；
S15：判断是否SOC≤第三阈值；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S16：电机带动发动机起动，车辆进入行车充电模式；
S17：判断是否车速＝0km/h且挡位挂至N挡或P挡，或SOC≥第四阈值；如果是，则执行步骤S18；否则执行步骤S16；
S18：发动机停机。
所述第一阈值、第二阈值、第三阈值及第四阈值分别为，10％、30％、60及80％。在本申请的其它实施例中，第一阈值、第二阈值、第三阈值及第四阈值的值可以根据技术的需要及进步进行改变。比如第一阈值可以为3％-20％之间的任意值，优选的可以为3％、5％、8％、10％、12％、15％、18％或20％。第二阈值可以为20％-45％之间的任意值，优选的可以为20％、23％、25％、28％、30％、32％、35％、38％、40％、42％或45％。第三阈值可以为45％-70％之间的任意值，优选可以为45％、48％、50％、53％、55％、58％、60％、62％、65％、67％或70％。第四阈值可以在75％-98％之间的任意值，优选可以为75％、77％、80％、85％、88％、90％、93％、95％或98％。
环境温度阈值为-10℃--50℃之间的任意值，优选可以为-10℃、-20℃、-30℃、-35℃、-40℃、-45℃或-50℃。
实施例1
一种混合动力汽车系统控制方法，包括以下步骤：
S1：车辆静止状态点火；
S2：判断是否环境温度≤-30℃或SOC≤10％；如果是，则执行步骤S3；否则执行步骤S6；
S3：判断是否外接蓄电池实际电压≥9V；如果是，则执行步骤S4；否则执行步骤S18；
S4：外接蓄电池放电给起动机；
S5：起动机工作，带动发动机工作，分离离合器闭合；
S6：动力电池高压上电；
S7：电机进入可起动状态；
S8：判断是否当SOC≤30％；如果是，则执行步骤S9；否则执行步骤S12；
S9：电机旋转，分离离合器闭合，带动发动机工作；
S10：车辆进入静止充电状态或暖机状态；
S11：挡位挂至D挡或R挡，并判断是否车速>0km/h，且SOC≤60％；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S12：分离离合器断开，车辆进入纯电行驶状态；
S13：判断是否当踩制动踏板时；如果是，则执行步骤S14；否则执行步骤S12；
S14：车辆进入制动能量回收状态；
S15：判断是否SOC≤60％；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S16：电机带动发动机起动，车辆进入行车充电模式；
S17：判断是否车速＝0km/h且挡位挂至N挡或P挡，或SOC≥80％；如果是，则执行步骤S18；否则执行步骤S16；
S18：发动机停机。
实施例2
一种混合动力汽车系统控制方法，包括以下步骤：
S1：车辆静止状态点火；
S2：判断是否环境温度≤-20℃或SOC≤5％；如果是，则执行步骤S3；否则执行步骤S6；
S3：判断是否外接蓄电池实际电压≥9V；如果是，则执行步骤S4；否则执行步骤S18；
S4：外接蓄电池放电给起动机；
S5：起动机工作，带动发动机工作，分离离合器闭合；
S6：动力电池高压上电；
S7：电机进入可起动状态；
S8：判断是否当SOC≤20％；如果是，则执行步骤S9；否则执行步骤S12；
S9：电机旋转，分离离合器闭合，带动发动机工作；
S10：车辆进入静止充电状态或暖机状态；
S11：挡位挂至D挡或R挡，并判断是否车速>0km/h，且SOC≤50％；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S12：分离离合器断开，车辆进入纯电行驶状态；
S13：判断是否当踩制动踏板时；如果是，则执行步骤S14；否则执行步骤S12；
S14：车辆进入制动能量回收状态；
S15：判断是否SOC≤50％；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S16：电机带动发动机起动，车辆进入行车充电模式；
S17：判断是否车速＝0km/h且挡位挂至N挡或P挡，或SOC≥90％；如果是，则执行步骤S18；否则执行步骤S16；
S18：发动机停机。
实施例3
一种混合动力汽车系统控制方法，包括以下步骤：
S1：车辆静止状态点火；
S2：判断是否环境温度≤-35℃或SOC≤15％；如果是，则执行步骤S3；否则执行步骤S6；
S3：判断是否外接蓄电池实际电压≥9V；如果是，则执行步骤S4；否则执行步骤S18；
S4：外接蓄电池放电给起动机；
S5：起动机工作，带动发动机工作，分离离合器闭合；
S6：动力电池高压上电；
S7：电机进入可起动状态；
S8：判断是否当SOC≤40％；如果是，则执行步骤S9；否则执行步骤S12；
S9：电机旋转，分离离合器闭合，带动发动机工作；
S10：车辆进入静止充电状态或暖机状态；
S11：挡位挂至D挡或R挡，并判断是否车速>0km/h，且SOC≤70％；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S12：分离离合器断开，车辆进入纯电行驶状态；
S13：判断是否当踩制动踏板时；如果是，则执行步骤S14；否则执行步骤S12；
S14：车辆进入制动能量回收状态；
S15：判断是否SOC≤70％；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S16：电机带动发动机起动，车辆进入行车充电模式；
S17：判断是否车速＝0km/h且挡位挂至N挡或P挡，或SOC≥95％；如果是，则执行步骤S18；否则执行步骤S16；
S18：发动机停机。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (10)
1.一种混合动力汽车系统，其特征在于：
包括有发动机、混合动力模块、变速箱、动力电池、外接蓄电池、控制器及操纵系统；所述控制器包括有整车控制器、电机控制器及发动机控制器；
所述发动机通过所述混合动力模块与所述变速箱连接；所述动力电池与所述混合动力模块电连接；所述动力电池分别与所述整车控制器、所述发动控制器及发动机电连接；所述外接蓄电池分别与所述发动机、发动机控制器及整车控制器电连接；所述操纵机构与所述整车控制器连接；
所述混合动力模块包括有分离离合器、发动机飞轮及电机；所述发动机飞轮与所述发动机连接；所述发动机飞轮和所述电机分别与所述分离离合器活动连接。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车系统，其特征在于：所述操纵系统包括有加速踏板、换挡手柄及制动踏板。
3.根据权利要求1所述的混合动力汽车系统，其特征在于：所述系统具有以下工作模式：低温度起停模式、动力电池低电量起停模式及正常起停模式；
在所述低温度起停模式和动力电池低电量起停模式下，由所述外接蓄电池、发动机、整车控制器及所述发动机控制器来实现上述模式动作；
在所述正常起停模式，由动力电池、电机控制器、混合动力模块、整车控制器、发动机控制器及发动机来实现上述模式动作。
4.根据权利要求1所述的混合动力汽车系统，其特征在于：所述系统还具有：停车状态充电模式和运行状态充电模式；
所述停车状态充电模式为：所述操纵系统中的换挡手柄在空挡位置，混合动力模块中的分离离合器闭合，所述发动机由所述电机带动，所述发动机工作在发电高效区，所述电机产生负扭矩，电能通过电机控制器给动力电池充电；
所述运行状态充电模式为：所述发动机通过工作点转移，同时驱动所述变速箱和所述电机；所述电机产生负扭矩，电能通过电机控制器给动力电池充电。
5.根据权利要求1所述的混合动力汽车系统，其特征在于：所述系统还包括有制动能量回收模式，在所述制动能量回收模式下，由操纵系统、整车控制器、混合动力模块、电机控制器及动力电池来实现上述模式动作；在车辆运行状态下，不踩加速踏板或轻踩制动踏板时，通过整车控制器，所述混合动力模块的分离离合器断开，车辆反拖所述电机，所述电机将电能传递给所述电机控制器，并给动力电池充电。
6.根据权利要求1或4所述的混合动力汽车系统，其特征在于：所述变速箱为双离合变速箱。
7.根据权利要求1至6任一项所述的混合动力汽车系统，其特征在于：所述发动机为带起动机的发动机。
8.一种混合动力汽车系统控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：车辆静止状态点火；
S2：判断是否环境温度≤温度阈值或SOC≤第一阈阈值；如果是，则执行步骤S3；否则执行步骤S6；
S3：判断是否外接蓄电池实际电压≥规定电压值；如果是，则执行步骤S4；否则执行步骤S18；
S4：外接蓄电池放电给起动机；
S5：起动机工作，带动发动机工作，分离离合器闭合；
S6：动力电池高压上电；
S7：电机进入可起动状态；
S8：判断是否SOC≤第二阈阈值；如果是，则执行步骤S9；否则执行步骤S12；
S9：电机旋转，分离离合器闭合，带动发动机工作；
S10：车辆进入静止充电状态或暖机状态；
S11：挡位挂至D挡或R挡，并判断是否车速>0km/h，且SOC≤第三阈值；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S12：分离离合器断开，车辆进入纯电行驶状态；
S13：判断是否踩制动踏板时；如果是，则执行步骤S14；否则执行步骤S12；
S14：车辆进入制动能量回收状态；
S15：判断是否SOC≤第三阈值；如果是，则执行步骤S16；否则执行步骤S12；
S16：电机带动发动机起动，车辆进入行车充电模式；
S17：判断是否车速＝0km/h且挡位挂至N挡或P挡，或SOC≥第四阈值；如果是，则执行步骤S18；否则执行步骤S16；
S18：发动机停机。
9.根据权利要求8所述的混合动力汽车系统控制方法，其特征在于：所述第一阈值、第二阈值、第三阈值及第四阈值分别为，3％-20％之间的任意值、20％-45％之间的任意值、45％-70％之间的任意值以及75％-98％之间的任意值。
10.根据权利要求8所述的混合动力汽车系统控制方法，其特征在于：所述温度阈值为-10℃--50℃之间的任意值。
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