CN104442819B - 一种混合动力汽车山路模式的控制方法 - Google Patents

一种混合动力汽车山路模式的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混合动力汽车山路模式的控制方法。本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法包括：判断步骤，根据整车运行状态，判断是否进入山路模式；控制步骤，在所述判断步骤中判断为进入山路模式的情况下，实施山路模式动作，其中，在上述判断步骤中，采用下述任意一种判断方式进行判断：第一判断方式：驾驶员通过模式选择开关选择山路模式；或者第二判断方式：通过估算道路坡度和整车实际加载质量，并利用迈普图判断是否满足进入山路模式的条件。利用本发明，能够使得混合动力电动汽车可在长距离的连续山路上长时间地保持较佳动力性，并更多地利用制动能量回馈回收车辆动能。

Description

一种混合动力汽车山路模式的控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车的控制技术，具体地涉及插电式混合动力汽车山路模式的控制方法。
背景技术
在现有的对于混合动力汽车的控制策略中，不存在自动地将混合动力系统的运行模式自动地切换到山路模式的策略，也不能够使得混合动力汽车在长距离的连续山路上长时间地保持较佳的动力性。
发明内容
本发明鉴于上述问题，旨在提供一种能够手动或自动地将混合动力系统的运行模式切换至山路模式以使得混合动力汽车能在长距离的连续山路上长时间地保持较佳动力的混合动力汽车山路模式的控制方法。
针对混合动力电动汽车发动机小型化、现有动力电池技术水平下电池能量密度低的特点，通过不同模式的设定平衡不同使用工况下整车的动力性、经济性。其中山路模式可以使混合动力电动汽车在符合国家标准的山区公路行驶时，通过山地模式换挡策略修正、电量维持策略和较激进的制动能量回馈策略，保持合理的动力性和能量储备，并提供于山路工况相适应的驾驶性。
本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
判断步骤，根据整车运行状态，判断是否进入山路模式；
控制步骤，在所述判断步骤中判断为进入山路模式的情况下，实施山路模式动作。
优选地，在所述判断步骤中，采用下述任意一种判断方式进行判断：
第一判断方式：驾驶员通过模式选择开关选择山路模式；或者
第二判断方式：通过估算道路坡度和整车实际加载质量，并利用迈普图判断是否满足进入山路模式的条件。这里的迈普图输入为：1、估算出的道路坡度，2、估算出的整车实际加载质量，输出为一包含主观和客观因素的系数。（该系数应通过实车山地行驶标定得到，使得不至于频繁进入、退出山路模式，影响驾驶感觉）。
优选地，所述第二判断方式包括下述子步骤：
利用整车动力性二次方程，计算整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α；
将计算出的加载质量Δm和道路坡度α输入预先设定的迈普图；
利用迈普图求出规定时间Tavrg内的系数R的移动平均值Ravrg；
如果移动平均值Ravrg大于第一阈值R1且当前混合动力系统不在山路模式的情况下，则进入山路模式，如果移动平均值Ravrg小于第一阈值R2且当前混合动力系统已在山路模式的情况下，则退出山路模式。
优选地，利用整车动力性二次方程计算整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α的步骤包括：
判断是否为前进挡；
如果为前进挡的情况下，判断加速踏板开度是否大于加速踏板开度阈值Pacc；
判断保持加速踏板开度是否大于加速踏板开度阈值Pacc的时间是否大于时间阈值tacc1；如果判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间大于时间阈值tacc1的情况下，则记录实际转矩Tout1和加速度Aacc1，
判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间是否大于时间阈值tacc2；如果判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间大于时间阈值tacc2的情况下，则记录实际转矩Tout2和加速度Aacc2，
，将实际转矩Tout1与加速度Aacc1，以及实际转矩Tout2与实际转矩Aacc2分别代入整车动力性的二次方程，通过解整车动力性的二次方程，得出整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α。
优选地，所述整车动力性的二次方程如下：
T/r = M*g*f+M*g*sinα+Cd*S*V2/21.15+M*A
其中：
T，车辆驱动扭矩，单位：Nm
r，车轮半径，单位：m
M，车辆质量，单位：kg
g,常数=9.8m/s2
f,滚动阻力系数
α，道路坡度，单位：deg
Cd，风阻系数
S，车辆正面投影面积，单位m2
V，车速, 单位：km/h
A，加速度，单位：m/s2。
优选地，在所述控制步骤中至少实施以下施山路模式动作:
根据山路模式专用迈普图决定换挡时机；
根据山路模式专用迈普图决定混合动力系统模式切换时机；
修正混合动力系统动力电池电量平衡点及充电功率需求；
将制动能量回馈踏板迈普图切换至山路模式专用迈普图。
这里的山路模式专用迈普图，与其它任何模式的换挡迈普图一样，输入为加速踏板开度（或驾驶员轮端需求扭矩），输出为一车速门限。一般两张换挡迈普图为一组，一张为升挡迈普图（其输出的车速门限表示，当车速高于此门限，应升至对应的较高挡位），一张为降挡迈普图（其输出的车速门限表示，当车速低于此门限，应降至对应的较低挡位）。
这里的制动能量回馈踏板迈普图，其输入为：1、当前车速，2、制动踏板开度，输出为制动能量回馈强度系数（%），此系数乘以当前动力系统的最大允许制动能量回馈转矩（综合电机、电池能力及整车制动稳定性得出），即为目标制动能量回馈转矩。
利用本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法，通过驾驶员手动或自动地将混合动力系统的运行模式切换至山路模式，混合动力电动汽车可在长距离的连续山路上长时间地保持较佳动力性，并更多地利用制动能量回馈回收车辆动能。
附图说明
图1是表示本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法中获得实际转矩Tout2和加速度Aacc2的具体步骤图。
具体实施方式
下面介绍的是本发明的多个实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解。并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。
本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法的主要技术思想是首先，对整车运行状态进行判断，决定是否进入山路模式，其中，进入山路模式的触发条件可包括但不仅限于以下两种：1.驾驶员通过模式选择开关选择山路模式；2.通过对比动力系统实际转矩输出与整车速度变化历程，估算当前道路坡度和整车实际加载质量，并进一步判断是否满足进入山路模式的条件。其次，当混合动力系统进入山路模式后，具体的措施可包括但不仅限于以下四种：1.根据山路模式专用迈普图决定换挡时机；2.根据山路模式专用迈普图决定混合动力系统模式切换时机；3.修正混合动力系统动力电池电量平衡点及充电功率需求；4.将制动能量回馈踏板迈普图切换至山路模式专用迈普图。
下面对于本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法的具体实施方式进行具体说明。该具体实施方案针对一种双电机混合动力系统，包括启动-发电一体机ISG和驱动电机TM。动力电池有较大容量，可利用市电进行外接充电。变速器采用的是自动控制式手动变速器AMT。该混合动力系统运行模式包括：纯电动，串联，并联。
本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法包括下述主要步骤：
判断步骤，根据整车运行状态，判断是否进入山路模式；
控制步骤，在所述判断步骤中判断为进入山路模式的情况下，实施山路模式动作。
其中，在所述判断步骤中，采用下述任意一种判断方式进行判断：
第一判断方式：驾驶员通过模式选择开关选择山路模式（即手动选择进入山路模式）；或者
第二判断方式：通过估算道路坡度和整车实际加载质量，并利用迈普图判断是否满足进入山路模式的条件（即自动切换进入山路模式）。
其中，在所述控制步骤中至少实施以下山路模式动作:
根据山路模式专用迈普图决定换挡时机；
根据山路模式专用迈普图决定混合动力系统模式切换时机；
修正混合动力系统动力电池电量平衡点及充电功率需求；
将制动能量回馈踏板迈普图切换至山路模式专用迈普图。
本发明的重点在于上述第二判断方式。利用该第二判断方式进行判断并且自动切换进入山路模式的具体过程包括下述子步骤：
步骤1：利用整车动力性二次方程，计算整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α；
步骤2：将计算出的加载质量Δm和道路坡度α输入预先设定的二维迈普图；
步骤3：利用二维迈普图求出规定时间Tavrg内的系数R的移动平均值Ravrg；
步骤4：如果移动平均值Ravrg大于第一阈值R1且当前混合动力系统不在山路模式的情况下，则进入山路模式，如果移动平均值Ravrg小于第一阈值R2且当前混合动力系统已在山路模式的情况下，则退出山路模式。
在步骤1中利用整车动力性二次方程计算整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α的步骤包括：
步骤S1：判断是否为前进挡；
步骤S2：如果为前进挡的情况下，踩下加速踏板，并保持加速踏板开度位置大于加速踏板开度阈值Pacc；
步骤S3：判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间是否大于时间阈值tacc1；
步骤S4：如果判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间大于时间阈值tacc1的情况下，记录下动力系统向驱动轮端输出的实际转矩Tout1和加速度Aacc1，；
步骤S5：对大于时间阈值tacc1的时间进行计时，判断计时的时间是否大于阈值tacc2；
步骤S6：在计时大于阈值tacc2的情况下记录动力系统向驱动轮端输出的实际转矩Tout2和加速度Aacc2；
步骤S7：将实际转矩Tout1与加速度Aacc1，以及实际转矩Tout2与实际转矩Aacc2分别代入整车动力性的二次方程；
步骤S8：通过解整车动力性的二次方程，可以求得整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α，每次满足计算条件时，更新记录的加载质量Δm和道路坡度α。
其中，在图1中表示了步骤S1～S6，而对步骤S6～S8未进行图示。
在上述步骤S8中，采用以下的整车动力性的二次方程来反推出整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α：
T/r = M*g*f+M*g*sinα+Cd*S*V2/21.15+M*A
其中：
T，车辆驱动扭矩，单位：Nm
r，车轮半径，单位：m
M，车辆质量，单位：kg
g,常数=9.8m/s2
f,滚动阻力系数
α，道路坡度，单位：deg
Cd，风阻系数
S，车辆正面投影面积，单位m2
V，车速, 单位：km/h
A，加速度，单位：m/s2。
这里的二维迈普图输入为：1、估算出的道路坡度，2、估算出的整车实际加载质量，输出为一包含主观和客观因素的系数。（该系数应通过实车山地行驶标定得到，使得不至于频繁进入、退出山路模式，影响驾驶感觉）。
将计算出的加载质量△m和道路坡度α输入预先设定的二维迈普图，该迈普图输出的是一范围在0-100%的系数R。在Tavrg时间内此系数R的移动平均值Ravrg＞R1，且当前混合动力系统不在山路模式，则进入山路模式；若在Tavrg时间内有Ravrg＜R2，且当前混合动力系统已在山路模式，则退出山路模式。
相比其它模式，山路模式下换挡迈普图有以下特点：在相同转矩需求下，更高的车速升入高挡和降入抵挡；在相同的车速下，转矩需求更低时升入高挡和降入抵挡；踩下加速踏板的过程中，更易降入低挡；松开加速踏板的过程中，较不易升入低挡。
相比其它模式，山路模式下的混合动力系统切换迈普图有以下特点：在相同车速下，更小的转矩需求则进入并联模式；在相同车速下，更小的转矩（可为负转矩，表征回馈制动）需求方才退出并联模式进入串联模式。
相比其它模式，山路模式的动力电池电量平衡点更高，且在同样的动力电池荷电状态下充电功率需求更大。电池电量一般以荷电系数SOC来表示，100%表示满电，若例如正常SOC的平衡点为40%，则山路模式的平衡电可为例如 60%。
相比其它模式，山路模式下的制动能量回馈踏板迈普图在同样的制动踏板主缸压力下，制动能量回馈强度更大。
本发明中所提到的“迈普图”一般用于驾驶员扭矩需求的解释，最早用于EMS中，后拓展至混合动力/纯电动动力系统中驾驶员回馈制动扭矩需求的解释；其一般为二维的表格，一个维度为制动踏板开度，另一个维度为车速，输出为一百分比，此百分比乘以当前动力系统发电负扭矩能力，即得到驱回馈制动的扭矩需求。
这里的山路模式专用迈普图，与其它任何模式的换挡迈普图一样，输入为加速踏板开度（或驾驶员轮端需求扭矩），输出为一车速门限。一般两张换挡迈普图为一组，一张为升挡迈普图（其输出的车速门限表示，当车速高于此门限，应升至对应的较高挡位），一张为降挡迈普图（其输出的车速门限表示，当车速低于此门限，应降至对应的较低挡位）。
这里的制动能量回馈踏板迈普图，其输入为：1、当前车速，2、制动踏板开度，输出为制动能量回馈强度系数（%），此系数乘以当前动力系统的最大允许制动能量回馈转矩（综合电机、电池能力及整车制动稳定性得出），即为目标制动能量回馈转矩。
利用本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法，通过驾驶员手动或自动地将混合动力系统的运行模式切换至山路模式，混合动力电动汽车可在长距离的连续山路上长时间地保持较佳动力性，并更多地利用制动能量回馈回收车辆动能。
以上例子主要说明了本发明的混合动力汽车山路模式的控制方法。尽管只对其中一些本发明的具体实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (4)

1.一种混合动力汽车山路模式的控制方法，其特征在于，包括下述步骤：
判断步骤，根据整车运行状态，判断是否进入山路模式；
控制步骤，在所述判断步骤中判断为进入山路模式的情况下，实施山路模式动作，
在所述判断步骤中，采用下述任意一种判断方式进行判断：
第一判断方式：驾驶员通过模式选择开关选择山路模式；或者
第二判断方式：通过估算道路坡度和整车实际加载质量，并利用迈普图判断是否满足进入山路模式的条件，
所述第二判断方式包括下述子步骤：
利用整车动力性二次方程，计算整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α；
将计算出的加载质量Δm和道路坡度α输入预先设定的迈普图；
利用迈普图求出规定时间Tavrg内的系数R的移动平均值Ravrg；
如果移动平均值Ravrg大于第一阈值R1且当前混合动力系统不在山路模式的情况下，则进入山路模式，如果移动平均值Ravrg小于第一阈值R2且当前混合动力系统已在山路模式的情况下，则退出山路模式。
2.如权利要求1所述的混合动力汽车山路模式的控制方法，其特征在于，
利用整车动力性二次方程计算整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α的步骤包括：
判断是否为前进挡；
如果为前进挡的情况下，判断加速踏板开度是否大于加速踏板开度阈值Pacc；
判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间是否大于时间阈值tacc1；如果判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间大于时间阈值tacc1的情况下，则记录实际转矩Tout1和加速度Aacc1，
判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间是否大于时间阈值tacc2；如果判断保持加速踏板开度大于加速踏板开度阈值Pacc的时间大于时间阈值tacc2的情况下，则记录实际转矩Tout2和加速度Aacc2，
将实际转矩Tout1与加速度Aacc1以及实际转矩Tout2与加速度Aacc2分别代入整车动力性的二次方程，通过解整车动力性的二次方程，得出整车实际超出整备质量的加载质量Δm和道路坡度α。
3.如权利要求2所述的混合动力汽车山路模式的控制方法，其特征在于，
所述整车动力性的二次方程如下：
T/r = M*g*f+M*g*sinα+Cd*S*V2/21.15+M*A
其中：
T，车辆驱动扭矩，单位：Nm
r，车轮半径，单位：m
M，车辆质量，单位：kg
g,常数=9.8m/s2
f,滚动阻力系数
α，道路坡度，单位：deg
Cd，风阻系数
S，车辆正面投影面积，单位m2
V，车速, 单位：km/h
A，加速度，单位：m/s2。
4.如权利要求1～3任意一项所述的混合动力汽车山路模式的控制方法，其特征在于，
在所述控制步骤中至少实施以下山路模式动作:
根据山路模式专用迈普图决定换挡时机；
根据山路模式专用迈普图决定混合动力系统模式切换时机；
修正混合动力系统动力电池电量平衡点及充电功率需求；
将制动能量回馈踏板迈普图切换至山路模式专用迈普图。
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