CN104590248A - 一种基于串并联混合动力系统的控制方法 - Google Patents

一种基于串并联混合动力系统的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于串并联混合动力系统的控制方法，其串并联混合动力系统包括发动机、ISG电机、驱动电机和车载能源系统，车辆需求功率为P，该方法为：当Pe_min<P<Pe_max时，车辆为发动机单独驱动模式，ISG电机拖动发动机启动，发动机在高效区驱动车辆；当Pe_max<P<Pe_max+Pm1_max时，处于并联驱动模式，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，发动机运行在高效区；当P>Pe_max+Pm1_max时，ISG电机参与驱动，处于发动机+ISG电机+驱动电机三动力并联驱动模式，Pe_max部分功率由发动机提供，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，P-Pe_max-Pm1_max部分功率由ISG电机提供，发动机运行在高效区。根据需求功率的大小，分别控制发动机、驱动电机和ISG电机的工作状态，实现发动机的高效工作，有效提高发动机的效率，降低整车能量消耗和排放量。

Description

一种基于串并联混合动力系统的控制方法
技术领域
本发明涉及一种基于串并联混合动力系统的控制方法，属于汽车混合动力系统技术领域。
背景技术
对于串并联混合动力汽车来说，能量控制方法是其关键技术之一，合理的控制方法和控制逻辑不但可以优化能量配置，而且能够在很大程度上改善混合动力汽车的性能。对串并联混合动力汽车进行能量控制的主要目的是确定发动机和电机的工作模式，并合理地在两者之间分配功率，使发动机工作在最佳效率区。
混合动力汽车至少有两种动力源，一般由内燃机和电动机提供整车前进的动力，在保证不降低传统车辆动力性能的情况下，最大程度地减少发动机运行时间，或最大限度地使发动机运行在最佳经济工作区域，实现混合动力汽车的燃油消耗量和排放量最低。目前，混合动力汽车的机电混合系统已经比较成熟，形式多种多样，但国内混联式混合动力汽车的发动机和电动机的匹配，尤其在不同工况条件下的动力匹配问题及控制策略，无法使发动机工作在较好的经济状态，同时发动机的排放也比较高。
专利201310023317.2公开了一种双电机多模式混合动力驱动系统及其控制方法，该方案在机械结构上进行了优化，降低了结构复杂程度和控制难度，但其控制方法中采用车载能源系统的SOC、制动踏板制动信号、车速、负荷等作为模式切换的依据，控制方法中需要的参数较多，控制较为复杂，未能充分考虑最基本的参数——整车需求功率，也无法保证实际工作模式中发动机在高效区工作，整车油耗高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于串并联混合动力系统的控制方法，用以解决现有技术中的混合动力控制方法较复杂而且无法保证发动机在高效区工作的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种基于串并联混合动力系统的控制方法，其串并联动力系统包括发动机、ISG电机、驱动电机和车载能源系统，该控制方法至少包括如下步骤：
当车辆需求功率P满足Pe_min<P<Pe_max时，车辆处于发动机单独驱动模式，ISG电机拖动发动机启动，发动机在高效区内驱动车辆。
当车辆需求功率P满足Pe_max<P<Pe_max+Pm1_max时，车辆处于并联驱动模式，Pe_max部分功率由发动机提供，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，发动机运行在高效区。
当车辆需求功率P满足P>Pe_max+Pm1_max时，ISG电机参与驱动，车辆处于发动机+ISG电机+驱动电机三动力并联驱动模式，Pe_max部分功率由发动机提供，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，P-Pe_max-Pm1_max部分功率由ISG电机提供，发动机运行在高效区。
发动机高效区的下限为Pe_min：发动机参与工作的最小整车驱动功率下限；发动机高效区的上限为Pe_max：发动机参与工作的最小整车驱动功率上限；发动机最大输出功率为Pe_max；驱动电机最大输出功率为Pm1_max。
当发动机的运行功率大于Pe_min，且小于Pe_max时，发动机处于高效区运行。
当车辆需求功率P满足P<Pe_min，车辆处于起步加速或低速运行时，发动机停机，车辆处于单独电机驱动模式，车载能源系统为驱动电机提供驱动电能。
发动机起动后，且车辆需求功率降低时，当车辆需求功率P满足：
P<Pe_min时，发动机拖动ISG电机，增加发动机负荷，ISG电机发电，发动机运行在高效区。
当车辆需求功率为零时，车辆处于缓速运行，发动机停机，车辆反拖驱动电机发电。
当车辆需求功率为负时，车辆反拖驱动电机发电，实现制动能量回收；当制动能量回收功率Pr满足：Pr>Pm1g_max时，ISG电机参与制动能量回收；Pm1g_max为驱动电机最大发电功率。
本发明只将整车需求功率作为判据，来对该混合动力系统进行控制，控制参数大幅度减少，简化了控制复杂度。
并且，具体根据需求功率和发动机最小整车驱动功率下限、最小整车驱动功率上限、发动机最大输出功率和驱动电机最大输出功率的大小之间的关系，分别控制发动机、驱动电机和ISG电机的工作状态，实现发动机的高效工作，有效提高发动机的效率。
附图说明
图1是该串并联混合动力系统的结构示意图；
图2是车辆需求功率P<Pe_min，车辆处于起步或低速运行阶段时的能量流动图；
图3是车辆需求功率P满足：Pe_min<P<Pe_max时，车辆处于发动机单独驱动模式下的能量流动图；
图4是车辆需求功率P满足：Pe_max<P<Pe_max+Pm1_max时，车辆处于发动机与驱动电机并联驱动模式下的能量流动图；
图5是车辆需求功率P满足：P>Pe_max+Pm1_max时，ISG电机参与驱动，车辆处于发动机+ISG电机+驱动电机三动力并联驱动模式下的能量流动图；
图6是车辆需求功率降低，满足：P<Pe_min，并处于轻载运行时，而发动机还处于运行状态时的能量流动图；
图7是车辆需求功率降低为零，或制动能量回收功率Pr<Pm1g_max，车辆处于缓速运行或缓慢制动时的能量流动图；
图8是车辆处于紧急制动，制动能量回收功率Pr满足：Pr>Pm1g_max时的能量流动图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
一种基于串并联混合动力系统的控制方法，其串并联动力系统包括发动机、ISG电机、驱动电机和车载能源系统，该控制方法至少包括如下步骤：
当车辆需求功率P满足Pe_min<P<Pe_max时，车辆处于发动机单独驱动模式，ISG电机拖动发动机启动，发动机在高效区内驱动车辆；
当车辆需求功率P满足Pe_max<P<Pe_max+Pm1_max时，则车辆处于并联驱动模式，Pe_max部分功率由发动机提供，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，发动机运行在高效区；
当车辆需求功率P满足P>Pe_max+Pm1_max时，ISG电机参与驱动，车辆处于发动机+ISG电机+驱动电机三动力并联驱动模式，Pe_max部分功率由发动机提供，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，P-Pe_max-Pm1_max部分功率由ISG电机提供，发动机运行在高效区；
发动机高效区的下限为Pe_min：发动机参与工作的最小整车驱动功率下限；发动机高效区的上限为Pe_max：发动机参与工作的最小整车驱动功率上限；发动机最大输出功率为Pe_max；驱动电机最大输出功率为Pm1_max。
基于以上技术方案，结合附图，给出以下一个具体实施方式。
如图1所示，为串并联混合动力系统，包括：发动机1，发动机控制器ECU2，第一电控离合器3，ISG电机4，第二电控离合器5，驱动电机6，传动轴7，主减速器8，差速器9，后桥半轴10，车轮11，整车控制器HCU12，ISG电机控制器13，驱动电机控制器14，车载能源系统15，车载能源管理系统16，电附件控制器17，电附件18(包括电动转向、电动空压机、电空调、电除霜等)。
当第二电控离合器5结合时，车辆处于并联驱动模式，当第二电控离合器5分离时，车辆处于串联驱动模式。
Pm1_max：驱动电机最大输出功率；Pe_max：发动机参与工作的最小整车驱动功率上限，一般设置为发动机高效区的上限；Pe_min：发动机参与工作的最小整车驱动功率下限，一般设置为发动机高效区的下限；Pm1g_max：驱动电机最大发电功率。
如图2所示，当车辆启动后，刚开始行驶时，车辆处于起步加速或低速运行阶段，车辆需求功率P小于阈值Pe_min，如果此时车载能源系统电量大于允许放电的下限，发动机处于停机状态，不消耗燃料，第二离合器分开，由车载能源系统向驱动电机供电，由驱动电机单独提供动力驱动车辆。如果此时车载能源系统电量小于允许放电的下限，第二离合器分开，发动机启动，并在高效工作区以额定功率驱动ISG电机进行发电。
车辆经起步后，当处于急加速、爬坡或高速行驶状态时，车辆需求功率大于阈值Pe_min而小于阈值Pe_max时，由ISG电机拖动发动机启动，第二离合器结合，并控制发动机在高效区工作，发动机单独驱动车辆，如图3所示。
如果车辆需求功率P大于阈值Pe_max(发动机最大输出功率)而小于Pe_max与Pm1_max(驱动电机最大输出功率)之和时，则第二电控离合器闭合，车辆为并联驱动，由发动机和驱动电机共同驱动，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，Pe_max部分功率由在高效区运行的发动机提供，如图4所示。
如果车辆需求功率P满足：P>Pe_max+Pm1_max，则车载能源系统向ISG电机供电，ISG电机参与驱动，P-Pe_max-Pm1_max部分功率由ISG电机提供，如图5所示。
如图6所示，当车辆需求功率降低时，比如车辆轻载运行，此时若需求功率P满足：P<Pe_min，发动机拖动ISG电机，增加发动机负荷，ISG电机发电，使发动机依然在高效区工作。
如图7所示，在车辆需求功率为零时，比如松开油门踏板，车辆处于缓速运行阶段时，分开第二离合器，发动机停机，车辆缓速反拖驱动电机发电，给车载能源系统充电。
当车辆需求功率为负时，比如踩下制动踏板，第二离合器分开，车辆反拖驱动电机发电，实现制动能量回收。如图8所示，当制动能量回收功率Pr满足：Pr>Pm1g_max时，即驱动电机不能完全回收车辆制动能量，第二离合器接合，ISG电机参与制动能量回收。
至此，完成一个完整的汽车行驶过程，依次为：起步初加速、急加速、减速、松油门和踩制动踏板。这一过程中，汽车的需求功率一直都在变化，车辆根据需求功率的变化，实时调整发动机、驱动电机和ISG电机的运行与否，使发动机工作在高效区内。
上述中：起步加速或低速运行是指车辆运行速度小于20km/h；急加速是指车辆加速踏板开度为100％；高速是指车辆运行速度大于50km/h；轻载是指车辆加速踏板开度小于50％；爬坡是指车辆运行的道路坡度大于3度；缓速指驾驶员没有加速命令也没有制动命令的情况下，即车辆加速踏板开度为0％，制定踏板开度为0％，车辆克服摩擦力运行的状态。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于串并联混合动力系统的控制方法，其串并联动力系统包括发动机、ISG电机、驱动电机和车载能源系统，其特征在于，所述控制方法至少包括如下步骤：
当车辆需求功率P满足Pe_min<P<Pe_max时，车辆处于发动机单独驱动模式，ISG电机拖动发动机启动，发动机在高效区内驱动车辆；
当车辆需求功率P满足Pe_max<P<Pe_max+Pm1_max时，车辆处于并联驱动模式，Pe_max部分功率由发动机提供，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，发动机运行在高效区；
当车辆需求功率P满足P>Pe_max+Pm1_max时，ISG电机参与驱动，车辆处于发动机+ISG电机+驱动电机三动力并联驱动模式，Pe_max部分功率由发动机提供，P-Pe_max部分功率由驱动电机提供，P-Pe_max-Pm1_max部分功率由ISG电机提供，发动机运行在高效区；
发动机高效区的下限为Pe_min：发动机参与工作的最小整车驱动功率下限；发动机高效区的上限为Pe_max：发动机参与工作的最小整车驱动功率上限；发动机最大输出功率为Pe_max；驱动电机最大输出功率为Pm1_max。
2.根据权利要求1所述的基于串并联混合动力系统的控制方法，其特征在于，当发动机的运行功率大于Pe_min，且小于Pe_max时，发动机处于高效区运行。
3.根据权利要求2所述的基于串并联混合动力系统的控制方法，其特征在于，当车辆需求功率P满足P<Pe_min，车辆处于起步加速或低速运行时，发动机停机，车辆处于单独电机驱动模式，车载能源系统为驱动电机提供驱动电能。
4.根据权利要求3所述的基于串并联混合动力系统的控制方法，其特征在于，发动机起动后，且车辆需求功率降低时，当车辆需求功率P满足：P<Pe_min时，发动机拖动ISG电机，增加发动机负荷，ISG电机发电，发动机运行在高效区。
5.根据权利要求4所述的基于串并联混合动力系统的控制方法，其特征在于，当车辆需求功率为零时，车辆处于缓速运行，发动机停机，车辆反拖驱动电机发电。
6.根据权利要求5所述的基于串并联混合动力系统的控制方法，其特征在于，当车辆需求功率为负时，车辆反拖驱动电机发电，实现制动能量回收；当制动能量回收功率Pr满足：Pr>Pm1g_max时，ISG电机参与制动能量回收；Pm1g_max为驱动电机最大发电功率。
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