CN104260720B - 一种混联混合动力控制系统及采用该系统实现的控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种混联混合动力控制系统及采用该系统实现的控制方法，涉及一种混合动力车辆控制领域。本发明系统的发动机动力输出轴与ISG电机动力输入轴连接，ISG电机动力输出轴通过离合器与主驱动电机的动力输入轴，主驱动电机的动力输出轴通过主减速器与车桥转动的动力输入端连接，主驱动电机的控制信号输入端与主电机控制器的控制信号输出端连接，电池用于存储主驱动电机输出的电能和ISG电机通过ISG电机控制器输出的电能，整车控制器的通过串行通信总线分别与电池管理系统、发动机控制器、ISG电机控制器和主电机控制器连接，整车控制器的车速采集信号输入端与车速采集模块的数据信号输出端连接。本发明用于控制混联混合动力汽车。

Description

一种混联混合动力控制系统及采用该系统实现的控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力车辆控制领域，特别涉及一种混联式混合动力整车控制技术。
背景技术
随着环境污染、能源危机越来越严重，混合动力汽车的研究越来越炙手可热，随着人们对混合动力汽车研究的不断深入，对其性能的不断改进，混合动力汽车逐渐被消费者接受，越来越受欢迎。但是混合动力汽车的发动机的燃油消耗普遍较高，汽车燃油经济性与理想值有偏差。
发明内容
本发明是为了解决现有对混合动力汽车的发动机进行控制的控制方法，使混合动力汽车发动机造成燃油消耗的问题，本发明提供了一种混联混合动力控制方法。
一种混联混合动力控制系统，它包括发动机、ISG电机、离合器、主驱动电机、电池、电池管理系统、发动机控制器、ISG电机控制器、主电机控制器、整车控制器、驾驶员模块、车速采集模块和主减速器；
所述发动机动力输出轴与ISG电机动力输入轴连接，ISG电机动力输出轴通过离合器与主驱动电机的动力输入轴，主驱动电机的动力输出轴通过主减速器与车桥转动的动力输入端连接，
主驱动电机的控制信号输入端与主电机控制器的控制信号输出端连接，
电池用于存储主驱动电机输出的电能和ISG电机通过ISG电机控制器输出的电能，
整车控制器的通过串行通信总线分别与电池管理系统、发动机控制器、ISG电机控制器和主电机控制器连接，
整车控制器的车速采集信号输入端与车速采集模块的数据信号输出端连接，
电池管理系统用于控制电池工作，
发动机控制器用于控制发动机工作，
ISG电机控制器用于控制ISG电机工作，
主电机控制器用于控制主驱动电机工作。
采用一种混联混合动力控制系统实现的控制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一，检测车速、电池的SOC值和主驱动电机转速信号，判断是否存在制动信号，
判断结果为否，进入步骤二，
判断结果为是，判断电池的SOC值是否大于充电上限值SOCmax，结果为是，进行机械制动后，返回步骤一，否则，进行制动能量回收，离合器断开，主驱动电机做发电机给电池充电，返回步骤一；
步骤二，通过电池管理系统检测电池的SOC状态，判断电池的SOC值是否大于SOC最小值，
结果为是，进入步骤三，
结果为否，采用发动机单独驱动车辆，ISG电机作为发电机，主驱动电机空转，离合器结合，返回步骤一；
步骤三，根据采集到的车速和制动信号计算整车需求转矩；然后执行步骤四；
步骤四，根据发动机的效率图得到发动机最佳经济工作区，定义发动机最佳经济工作区转矩下限(Te,x)和发动机最佳经济工作区转矩上限(Te,m)，判断整车需求转矩是否小于发动机最佳经济工作区转矩下限(Te,x)，
判断结果为否，则进入步骤五；
判断结果为是，再通过电池管理系统检测电池的SOC状态，判断电池的SOC值是否小于SOCbat，结果为是，离合器断开，主驱动电机单独驱动车辆，发动机通过ISG电机及ISG电机控制器给电池充电，返回步骤一，结果为否，则主驱动电机单独驱动车辆，离合器断开，发动机和ISG电机停机，不给电池充电，返回步骤一，
所述的SOCbat表示电池的充电界限值，
步骤五，判断整车需求转矩是否小于发动机最佳经济工作区转矩上限(Te,m)，
结果为否，则进入步骤六；
结果为是，再通过电池管理系统检测电池的SOC状态，判断电池的SOC值是否小于SOCbat，
结果为是，则离合器结合，发动机驱动车辆，同时通过ISG电机及ISG电机控制器给电池充电，主驱动电机空转，返回步骤一，结果为否，则离合器结合，发动机单独驱动车辆，不给电池充电，ISG电机和主驱动电机空转，返回步骤一；
步骤六，判断电池的SOC值是否小于SOCbat，
结果为是，进入步骤七，
结果为否，主驱动电机作为电动机辅助发动机共同驱动车辆，主驱动电机输出转矩为整车需求转矩减发动机输出转矩，ISG电机空转，离合器结合，返回步骤一；
步骤七，发动机输出最大转矩来驱动车辆，ISG电机和主电机空转，离合器结合，返回步骤一。
以丰田pruis车型为例，当车辆需求转矩大于100～120Nm，且发动机能够提供车辆需求转矩时，采用发动机单独驱动，令发动机工作点落在高效率区内。
当车辆处于较高车速，发动机单独驱动时达不到车辆需求转矩，启动主驱动电机，采用发动机和主驱动电机混合驱动模式，当二者共同驱动仍然不能满足车辆需求转矩时，ISG电机作为电动机运行，辅助二者驱动，此过程为并联混合驱动。
当检测到制动信号后，此时，发动机工作时，利用ISG电机反拖发动机耗功，发动机不工作时，关闭发动机，主驱动电机做发电机给电池充电，进行制动能量回收，此时要求，电池SOC小于最高充电限额，否则进行机械制动，这里所述最高充电限额为0.95。
本发明带来的有益效果是，减少发动机燃油消耗，且消耗减少了20％以上，提高车辆的燃油经济性，根据驾驶员意图、车速信号、电池SOC状态进行转矩分配，根据发动机的高效率区来确定发动机的最佳工作点，保证发动机在它的高效率区内工作，提高了发动机效率，提出了一种混联混合动力控制方法。
附图说明
图1为具体实施方式一中所述的控制系统的原理示意图。
图2为具体实施方式一中所述的一种混联混合动力控制方法的流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：参见图1说明本实施方式，本实施方式所述的一种混联混合动力控制系统，它包括发动机1、ISG电机2、离合器3、主驱动电机4、电池5、电池管理系统6、发动机控制器7、ISG电机控制器8、主电机控制器9、整车控制器10、驾驶员模块、车速采集模块11和主减速器12；
所述发动机1动力输出轴与ISG电机2动力输入轴连接，ISG电机2动力输出轴通过离合器3与主驱动电机4的动力输入轴，主驱动电机4的动力输出轴通过主减速器12与车桥13转动的动力输入端连接，
主驱动电机4的控制信号输入端与主电机控制器9的控制信号输出端连接，
电池5用于存储主驱动电机4输出的电能和ISG电机2通过ISG电机控制器8输出的电能，
整车控制器10的通过串行通信总线分别与电池管理系统6、发动机控制器7、ISG电机控制器8和主电机控制器9连接，
整车控制器10的车速采集信号输入端与车速采集模块11的数据信号输出端连接，
电池管理系统6用于控制电池5工作，
发动机控制器7用于控制发动机1工作，
ISG电机控制器8用于控制ISG电机2工作，
主电机控制器9用于控制主驱动电机4工作。
本实施方式中，本发明所述的一种混联混合动力控制方法主要适用于混联混合动力汽车，且混联混合动力汽车的工作模式分为以下几种：纯电动模式、串联模式、发动机单独驱动模式、并联混合驱动模式以及制动回收模式；
纯电动模式的开启条件是，车辆处于低速工况或低排放区，电池处于较高电量水平，此处要求电池SOC值大于或等于0.65。
串联模式的运行条件是，车辆处于低速工况下，电池电量处于较低水平，即SOC值小于0.65。
纯电动模式和串联模式下的车速不能达到目标车速，车辆需求转矩大于主驱动电机4能够提供的转矩，而发动机1能够提供车辆需求转矩，工作模式切换到发动机1单独驱动模式，此时，发动机1运行在它的高效率区；
以丰田pruis车型为例，当车辆需求转矩大于100～120Nm，且发动机1能够提供车辆需求转矩时，采用发动机1单独驱动，令发动机1工作点落在高效率区内。
当车辆处于较高车速，发动机1单独驱动时达不到车辆需求转矩，启动主驱动电机4，采用发动机1和主驱动电机4混合驱动模式，当二者共同驱动仍然不能满足车辆需求转矩时，ISG电机2作为电动机运行，辅助二者驱动，此过程为并联混合驱动。
当检测到制动信号后，此时，发动机1工作时，利用ISG电机2反拖发动机1耗功，发动机1不工作时，关闭发动机1，主驱动电机4做发电机给电池5充电，进行制动能量回收，此时要求，电池SOC小于最高充电限额，否则进行机械制动，这里所述最高充电限额为0.95。
具体实施方式二：参见图2说明本实施方式，采用具体实施方式一所述的一种混联混合动力控制系统实现的控制方法，该方法包括如下步骤：
步骤一，检测车速、电池5的SOC值和主驱动电机4转速信号，判断是否存在制动信号，
判断结果为否，进入步骤二，
判断结果为是，判断电池5的SOC值是否大于充电上限值SOCmax，结果为是，进行机械制动后，返回步骤一，否则，进行制动能量回收，离合器3断开，主驱动电机4做发电机给电池5充电，返回步骤一；
步骤二，通过电池管理系统6检测电池5的SOC状态，判断电池5的SOC值是否大于SOC最小值，
结果为是，进入步骤三，
结果为否，采用发动机1单独驱动车辆，ISG电机2作为发电机，主驱动电机4空转，离合器3结合，返回步骤一；
步骤三，根据采集到的车速和制动信号计算整车需求转矩；然后执行步骤四；
步骤四，根据发动机1的效率图得到发动机1最佳经济工作区，定义发动机1最佳经济工作区转矩下限(Te,x)和发动机1最佳经济工作区转矩上限(Te,m)，判断整车需求转矩是否小于发动机1最佳经济工作区转矩下限(Te,x)，
判断结果为否，则进入步骤五；
判断结果为是，再通过电池管理系统6检测电池5的SOC状态，判断电池5的SOC值是否小于SOCbat，结果为是，离合器3断开，主驱动电机4单独驱动车辆，发动机1通过ISG电机2及ISG电机控制器8给电池5充电，返回步骤一，结果为否，则主驱动电机4单独驱动车辆，离合器3断开，发动机1和ISG电机2停机，不给电池5充电，返回步骤一，
所述的SOCbat表示电池的充电界限值，
步骤五，判断整车需求转矩是否小于发动机1最佳经济工作区转矩上限(Te,m)，
结果为否，则进入步骤六；
结果为是，再通过电池管理系统6检测电池5的SOC状态，判断电池5的SOC值是否小于SOCbat，
结果为是，则离合器3结合，发动机1驱动车辆，同时通过ISG电机2及ISG电机控制器8给电池5充电，主驱动电机4空转，返回步骤一，结果为否，则离合器3结合，发动机1单独驱动车辆，不给电池5充电，ISG电机2和主驱动电机4空转，返回步骤一；
步骤六，判断电池5的SOC值是否小于SOCbat，
结果为是，进入步骤七，
结果为否，主驱动电机4作为电动机辅助发动机1共同驱动车辆，主驱动电机4输出转矩为整车需求转矩减发动机1输出转矩，ISG电机2空转，离合器3结合，返回步骤一；
步骤七，发动机1输出最大转矩来驱动车辆，ISG电机2和主电机4空转，离合器3结合，返回步骤一。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式二所述的采用一种混联混合动力控制系统实现的控制方法的区别在于，所述的电池5的SOC最小值的取值0.45，SOCbat的取值为0.65。
具体实施方式四：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的采用一种混联混合动力控制系统实现的控制方法的区别在于，所述的步骤四中，判断电池5的SOC值是否小于0.65，结果为是，且电池5的SOC值大于最低SOC值，则主驱动电机4单独驱动车辆，发动机1通过ISG电机2及ISG电机控制器8给电池5充电。
本实施方式中，串联模式的运行条件是，车辆处于低速工况下，电池电量处于较低水平，即SOC值小于0.65，同时大于电池最低的电量，所述电量最低电量即最低SOC值设为0.45。
具体实施方式五：参见图1说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二所述的采用一种混联混合动力控制系统实现的控制方法的区别在于，电池5的充电上限值为0.95。

Claims (4)

1.采用一种混联混合动力控制系统实现的控制方法，所述一种混联混合动力控制系统包括发动机(1)、ISG电机(2)、离合器(3)、主驱动电机(4)、电池(5)、电池管理系统(6)、发动机控制器(7)、ISG电机控制器(8)、主电机控制器(9)、整车控制器(10)、驾驶员模块、车速采集模块(11)和主减速器(12)；
所述发动机(1)动力输出轴与ISG电机(2)动力输入轴连接，ISG电机(2)动力输出轴通过离合器(3)与主驱动电机(4)的动力输入轴，主驱动电机(4)的动力输出轴通过主减速器(12)与车桥(13)转动的动力输入端连接，
主驱动电机(4)的控制信号输入端与主电机控制器(9)的控制信号输出端连接，
电池(5)用于存储主驱动电机(4)输出的电能和ISG电机(2)通过ISG电机控制器(8)输出的电能，
整车控制器(10)的通过串行通信总线分别与电池管理系统(6)、发动机控制器(7)、ISG电机控制器(8)和主电机控制器(9)连接，
整车控制器(10)的车速采集信号输入端与车速采集模块(11)的数据信号输出端连接，
电池管理系统(6)用于控制电池(5)工作，
发动机控制器(7)用于控制发动机(1)工作，
ISG电机控制器(8)用于控制ISG电机(2)工作，
主电机控制器(9)用于控制主驱动电机(4)工作；
其特征在于，该控制方法包括如下步骤：
步骤一，检测车速、电池(5)的SOC值和主驱动电机(4)转速信号，判断是否存在制动信号，
判断结果为否，进入步骤二，
判断结果为是，判断电池(5)的SOC值是否大于充电上限值SOCmax，结果为是，进行机械制动后，返回步骤一，否则，进行制动能量回收，离合器(3)断开，主驱动电机(4)做发电机给电池(5)充电，返回步骤一；
步骤二，通过电池管理系统(6)检测电池(5)的SOC状态，判断电池(5)的SOC值是否大于SOC最小值，
结果为是，进入步骤三，
结果为否，采用发动机(1)单独驱动车辆，ISG电机(2)作为发电机，主驱动电机(4)空转，离合器(3)结合，返回步骤一；
步骤三，根据采集到的车速和制动信号计算整车需求转矩；然后执行步骤四；
步骤四，根据发动机(1)的效率图得到发动机(1)最佳经济工作区，定义发动机(1)最佳经济工作区转矩下限(Te,x)和发动机(1)最佳经济工作区转矩上限(Te,m)，判断整车需求转矩是否小于发动机(1)最佳经济工作区转矩下限(Te,x)，
判断结果为否，则进入步骤五；
判断结果为是，再通过电池管理系统(6)检测电池(5)的SOC状态，判断电池(5)的SOC值是否小于SOCbat，结果为是，离合器(3)断开，主驱动电机(4)单独驱动车辆，发动机(1)通过ISG电机(2)及ISG电机控制器(8)给电池(5)充电，返回步骤一，结果为否，则主驱动电机(4)单独驱动车辆，离合器(3)断开，发动机(1)和ISG电机(2)停机，不给电池(5)充电，返回步骤一，
所述的SOCbat表示电池的充电界限值，
步骤五，判断整车需求转矩是否小于发动机(1)最佳经济工作区转矩上限(Te,m)，
结果为否，则进入步骤六；
结果为是，再通过电池管理系统(6)检测电池(5)的SOC状态，判断电池(5)的SOC值是否小于SOCbat，
结果为是，则离合器(3)结合，发动机(1)驱动车辆，同时通过ISG电机(2)及ISG电机控制器(8)给电池(5)充电，主驱动电机(4)空转，返回步骤一，结果为否，则离合器(3)结合，发动机(1)单独驱动车辆，不给电池(5)充电，ISG电机(2)和主驱动电机(4)空转，返回步骤一；
步骤六，判断电池(5)的SOC值是否小于SOCbat，
结果为是，进入步骤七，
结果为否，主驱动电机(4)作为电动机辅助发动机(1)共同驱动车辆，主驱动电机(4)输出转矩为整车需求转矩减发动机(1)输出转矩，ISG电机(2)空转，离合器(3)结合，返回步骤一；
步骤七，发动机(1)输出最大转矩来驱动车辆，ISG电机(2)和主电机(4)空转，离合器(3)结合，返回步骤一。
2.根据权利要求1所述的采用一种混联混合动力控制系统实现的控制方法，其特征在于，所述的电池(5)的SOC最小值的取值0.45，SOCbat的取值为0.65。
3.根据权利要求1所述的采用一种混联混合动力控制系统实现的控制方法，其特征在于，所述的步骤四中，判断电池(5)的SOC值是否小于0.65，结果为是，且电池(5)的SOC值大于最低SOC值，则主驱动电机(4)单独驱动车辆，发动机(1)通过ISG电机(2)及ISG电机控制器(8)给电池(5)充电。
4.根据权利要求1所述的采用一种混联混合动力控制系统实现的控制方法，其特征在于，电池(5)的充电上限值为0.95。
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