CN104890663A - 单轴并联式混合动力汽车发动机的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种单轴并联式混合动力汽车发动机的控制方法，包括下述步骤：设定电池的高容量范围以及预定车速；收到熄火指令时，若同时满足下述两个条件：一、当前处于减速工况；二、当前的电池容量为高容量；则不执行熄火指令，使发动机与离合器保持结合状态，当车速降低至预定车速后，再执行熄火指令；若未同时满足，则执行熄火指令。本发明在电池具有较高容量并处于减速工况时，并不立即执行熄火指令，此时电池容量高，依靠较小的回收制动力回收电能即可，从而利用发动机制动力、电机回收制动力、刹车制动力一起保证刹车效果，可减少制动系统摩擦片使用，提高制动系统使用寿命，达到兼顾启停策略降耗以及制动系统使用寿命延长的效果。

Description

单轴并联式混合动力汽车发动机的控制方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，特别涉及一种单轴并联式混合动力汽车发动机的控制方法。

背景技术

混合动力汽车是有电机作为发动机的辅助动力驱动汽车。

混合动力汽车包括发动机、电机以及AMT(Automated MechanicalTransmission，电控机械自动变速箱)执行机构，发动机和电机的一端之间设有离合器，电机另一端连接AMT执行机构，AMT连接差速器，从而驱动车轴带动车轮转动。

起步时，可由电机驱动车辆低速行驶，达到一定速度后，整车发出启动指令，则离合器结合，电机带动发动机转动，转动至一定转速后，燃油系统开始供油，发动机启动成功。当整车需要减速停车，整车会发出熄火指令，发动机接收到熄火指令后自动熄火关闭，并控制电机停机，目标转矩为零。

上述技术方案，将发动机起步和减速停车的怠速过程中引入启停控制策略，使得发动机平均转速降低，怠速时间减少，油耗降低。

然而，该方案控制发动机启停策略控制发动机熄火时，仅考虑减速停车，未能结合整车的其他状况进行综合考量，而顾此失彼。

发明内容

为解决上述技术问题，进一步优化发动机启停策略，本发明的目的为提供一种单轴并联式混合动力汽车发动机的控制方法，该控制方法根据电池剩余容量，对熄火指令采取不同的执行方式，达到兼顾启停策略降耗以及制动系统使用寿命延长的效果。

本发明提供的单轴并联式混合动力汽车发动机的控制方法，混合动力汽车包括发动机、能够启动所述发动机的电机，以及供电至所述电机的电池，所述控制方法包括下述步骤：

设定电池的高容量范围；

收到熄火指令时，

若同时满足下述两个条件：

一、当前处于减速工况；

二、当前的电池容量为高容量；

则不执行熄火指令，使发动机与离合器保持结合状态，当车速降低至预定车速后，再执行熄火指令；

若未同时满足以上两个条件，则执行熄火指令。

本发明在电池具有较高容量并处于减速工况时，并不立即执行熄火指令。因为此时电池容量较高，依靠较小的回收制动力回收电能即可，故HCU控制离合器处于保持结合状态，则可以利用发动机的制动力、电机的能量回收制动力保证减速效果，而无需使用刹车，当需要制动减速时，则可以和刹车制动力一起保证车辆的刹车效果，减小刹车的制动力承受，因此，该方法具有减少制动系统摩擦片使用的作用，提高了制动系统的使用寿命。即达到兼顾启停策略降耗以及制动系统使用寿命延长的效果。

可选地，获取油门开度，当油门开度为零时，判断为制动工况。

可选地，处于减速工况并且执行熄火指令时，分离发动机和电机之间的离合器。

可选地，

设定发动机的熄火转速值、怠速保持时间；

若发动机的当前转速大于熄火转速值时，分离离合器以使发动机保持怠速状态，并维持怠速保持时间后，执行熄火指令。

可选地，

建立混合动力汽车的油门开度信号以及车速，与发动机启动、发动机熄火的对应关系；

根据该对应关系以及实际的油门开度信号以及车速，实时输出发动机启动或发动机熄火的指令。

可选地，

还设定电池的低容量、中容量，根据中容量和高容量时电池能够承受的电能消耗，分别建立与中容量对应关系一、与高容量对应的关系二。

可选地，

还设定电池的低容量；

若当前电池容量低于低容量，则控制起动机启动发动机；

否则，由电机根据发动机启动指令启动发动机。

可选地，启动前，还检测电机控制单元和/或电池管理系统的信号，任一信号异常时，控制起动机启动发动机。

可选地，进行排气制动时，作为优先级执行下述步骤：

离合器保持结合状态，发动机不熄火。

可选地，

设定红灯熄火时间；

联网获得交通红绿灯信息，作为优先级执行下述步骤；

当红灯时间超出红灯熄火时间时，输出发动机熄火指令，否则，保持发动机不熄火；

红灯熄火时间按照下述公式获得：

红灯熄火时间内发动机怠速消耗的能量＝发动机启动一次消耗的电能+启动后到怠速状态所消耗的燃油能量+发动机在红灯熄火期间电动辅机消耗的电能。

附图说明

图1为本发明所提供单轴并联式混合动力汽车的动力总成一种具体实施例的结构示意图；

图2为本发明所提供单轴并联式混合动力汽车发动机控制方法一种具体实施例的流程图；

图3为本发明所提供单轴并联式混合动力汽车发动机控制方法另一种具体实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明所提供单轴并联式混合动力汽车的动力总成一种具体实施例的结构示意图。

单轴并联式混合动力汽车包括发动机、能够启动发动机的电机，以及供电至电机的电池，电机的一端连接变速箱，另一端通过离合器连接发动机，变速箱连接车轴。电机可以作为电动机使用，以直接驱动变速箱，和/或启动发动机；变速箱也可倒拖电机，则电机可作为发电机使用，以储存能量。

另外，图1中：

HCU(Hybrid Control Unit、混合动力整车控制单元)，作为整个混合动力系统的主控制器，承担了整个系统的能量管理、扭矩分配、故障诊断等功能及对各部件进行协调控制，整个分布式控制系统之间采用CAN总线(CAN1、CAN2)进行通讯；

TCU(Transmission Control Unit、自动变速箱控制单元)，主要实现变速箱目标挡位决策、执行机构控制、故障诊断、故障处理等功能。

MCU(Motor Control Unit、电机控制单元)，主要实现对电机控制模式的控制，可实现电机与HCU的通讯，接收HCU的控制指令；

BMS(Battery Management Systerm、电池管理系统)，主要作用是实现电池与HCU的通讯，监测电池组的电流、电压、温度等关键参数；

ECU(Engine Control Unit、发动机控制单元)，主要作用是实现对发动机的控制，可实现与HCU的通讯，响应HCU对发动机的控制需求；

AMT(Automated Mechanical Transmission、电控机械式自动变速箱)，既具有液力自动变速器自动变速的优点，又保留原手动变速器齿轮传动的效率高、成本低、结构简单、易制造的长处。

CAN(Controller Area Network、控制器局域网络)，实现整车各种信号的传递。

由于设置了并联的电机，混合动力汽车对于发动机的控制策略中，HCU能够根据不同的工况，输出发动机的熄火指令或启动指令。

本实施例中，HCU可以根据下述方式确定输出发动机熄火指令或启动指令。

首先，建立混合动力汽车的油门开度信号以及车速，与发动机启动、发动机熄火的对应关系；

然后，根据该对应关系以及实际的油门开度信号以及车速，实时输出发动机启动或发动机熄火的指令。

以发动机起步阶段为例，此时，油门开度大于零，车速在电机的带动下逐渐升高，但仍处于低速行驶阶段，电机能够维持行驶动力，则输出发动机熄火的指令，暂时不启动发动机；随着车速的逐渐提升和加速需求(反应为车速和油门开度)，电机电能不再满足需求，则可以输出启动指令。

该对应关系的设定可结合电池的性能(电池的负载能力)、车辆的性能(不同车型维持所需转速所需要的能量不同)等参数确定。

在此基础上，还可以对电池SOC(State of Charge)作标定，SOC即电池的剩余容量，此处设定电池的低容量，若当前电池容量(可由BMS获取)低于低容量，则控制起动机启动发动机，即电池容量过低，难以维系车辆的低速起步，则直接采用传统的起动机启动发动机模式，以保证车辆的正常起步。若电池容量高于低容量，则由电机根据发动机启动指令启动发动机。

作为更为安全可靠的操作模式，还可以在启动前检测MCU和/或BMS的信号，任一信号异常时，也采用传统的起动机启动发动机的模式。

在高于低容量的前提下，还可以继续设定中容量、高容量。另外，根据中容量和高容量时电池能够承受的电能消耗，分别建立与中容量对应的对应关系一、与高容量对应的对应关系二。即在中容量和高容量的不同条件下，有针对性地设定油门开度、车速所对应的熄火指令、启动指令。可见，该种控制方式充分考虑电池容量对车辆熄火、启动的影响。

上述低容量、中容量、高容量，可以设定为：

低容量：SOC≤35％；

中容量：35％<SOC≤60％；

高容量：60％<SOC≤100％。

该种设定仅为一种示例，本领域技术人员根据不同的电池型号、发动机类型等相关参数具体设定，即数据范围可调整，也并限于分设三级，可以是两级或是三级以上。

在此基础上，上述对应关系一、对应关系二的区别可参考下表理解：

表1.示出对应关系一的部分数据和熄火、启动的对应关系

表2.示出对应关系二的部分数据和熄火、启动的对应关系

从上述两表对比可看出，在同一组车速和油门开度工况下，针对不同的电池容量，可以采用不同的熄火、启动指令。总体原则是，当电池的容量偏高而能够满足车辆行驶的基本要求时，可不输出启动指令，以更为高效地利用电池能量，节省燃油或燃气，减少排放。

上述仅给出一种发动机熄火、启动指令输出的一种优选的示例，可以理解，本领域技术人员也可以通过其他参数控制熄火和启动的指令输出。

输出启动指令时，离合器结合，电机拖动发动机旋转，当检测到发动机转速达到预定值(比如200rpm)时，HCU发送离合器快速分离的指令，离合器分离，燃油系统开始供油，利用飞轮的惯性带动曲轴等部件旋转，则柴油或汽油可在燃烧室内压燃，发动机转速进一步提高，启动成功。

从上述实施例可看出，熄火指令的输出主要针对低速起步阶段以及减速阶段。针对熄火指令的执行，本发明进行了改进，如图2所示，图2为本发明所提供单轴并联式混合动力汽车发动机控制方法一种具体实施例的流程图，控制方法具体包括下述步骤：

S10、设定电池的高容量范围、发动机的熄火转速值、怠速保持时间；

S20、收到熄火指令；

如前所述，熄火指令由整车控制器HCU根据车况发出。

S30、是否同时满足下述两个条件：

一、当前处于减速工况；

二、当前的电池容量为高容量；

是，则执行S40，若未同时满足上述两个条件，则执行S50；

减速工况可以通过多种方式反映。比如，可以采集制动油门的开度，当开度为零时，即油门完全松开时，显然需要进行减速，则HCU可以根据油门开度信号判断条件一是否成立。

S40、不执行熄火指令，使发动机与离合器保持结合状态，当车速降低至预定车速后，再执行S50；

预定车速可以设为5km/h，减速至5km/h时，一般不再需要发动机的制动力，而且，发动机的转速也降低到一定值，为避免喷油产生能耗，此时可执行熄火指令。当然，预定车速可根据实际车况具体设定。

上述方法中，由于电池容量较高，依靠较小的回收制动力回收电能即可，故HCU控制离合器处于保持结合状态，则可以利用发动机的制动力、电机的能量回收制动力保证减速效果，而无需使用刹车，当需要制动减速时，则可以和刹车制动力一起保证车辆的刹车效果，减小刹车的制动力承受，因此，该方法具有减少制动系统摩擦片使用的作用，提高了制动系统的使用寿命。即达到兼顾启停策略降耗以及制动系统使用寿命延长的效果。

在此基础上可以理解，实际上也可以采集制动踏板的信号，该信号同样可反应减速工况，但上述采集油门信号可反应减速制动(踩下制动踏板时，油门必然松开)和减速滑行两种减速工况，能量的回收更加全面。

由此可见，上述SOC高容量范围的设定，本领域技术人员可以根据电池的实际型号、性能，并结合由其供电的电机、发动机等负载需求设定。比如，为大容量电池，负载较小时，高容量的设定值可以偏小，反之，则偏大。原则上，该高容量数值应当满足在减速工况下，即使发动机保持结合状态并且不熄火，电池依然能够回收到足够的能量。如前所述，此处也可以将SOC>80％标定为高容量范围。

需要说明的是，上述条件一限定车辆处于减速状态，是为了排除车辆起步阶段的熄火指令，因为起步的低速行驶阶段，电机带动车辆行驶，发动机在等待启动，尚未点火启动，也就不需要不执行熄火，相应地也无需利用发动机制动力。

S50、判断发动机的当前转速是否大于熄火转速值，是，则执行步骤S501，否，则分离离合器，执行步骤S502。

S501、分离离合器以使发动机保持怠速状态，并维持怠速保持时间，然后执行S502；

S502、执行熄火指令。

该实施例中，执行熄火指令时，先考虑当前发动机转速是否过高，过高时，延迟执行熄火，保持发动机怠速一定时间后再熄火。当发动机处于高速时，其增压器也处于高速运转状态，若发动机瞬间直接熄火会导致增压器润滑油油压立即降低，则高速运转的增压器瞬间失去有效润滑，容易产生磨损，积碳。按照如上实施例的控制，可避免发动机在转速过高时直接熄火，从而延长增压器的使用寿命。此处的熄火转速值、怠速保持时间也可根据发动机、增压器实际性能等参数标定，可根据试验或是模拟获得，以上述设定值能够避免增压器受到熄火而引起的磨损为必要。

执行熄火指令时，可分离离合器，则车轴无需倒拖发动机旋转，只倒拖电机，以增大电机能量回收的扭矩，保证电池能够回收更多的电量。

针对上述实施例，还可以作出进一步改进。

当车辆处于下长坡工况时，驾驶人员按下排气制动开关进行排气制动时，作为优先级执行下述步骤：

离合器保持结合状态，发动机不熄火。

排气制动是在排气歧管处设置阀门，通过调节该阀门的开度增加排气行程的压力，并利用产生的负压获得制动力。该实施例中，下坡排气制动时，HCU作为优先级地输出发动机不熄火的指令(即便根据上述对应关系应当输出熄火指令)，即当出现排气制动工况时，其他情况不予考虑，控制发动机不熄火。如此，可避免下坡时发动机熄火而影响刹车制动、转向等功能的实现，确保行车安全。

另外，本实施例还对车辆在等红灯时的启停作了优化设计。

可参考图3，图3为本发明所提供单轴并联式混合动力汽车发动机控制方法另一种具体实施例的流程图。控制方法的步骤如下：

S21、设定红灯熄火时间；

S22、联网获得交通红绿灯信息，作为优先级执行下述步骤；

目前，道路交通的信息均联网发布，车辆可联网获取红绿灯信息(可通过GPS获得)，包括红灯时间，即红灯的持续时间。

S23、若红灯时间不小于红灯熄火时间，则执行步骤S231，否，则执行步骤S232。

S231、输出发动机熄火指令；

S232、保持发动机不熄火。

红灯熄火时间按照下述公式获得：

红灯熄火时间内发动机怠速消耗的能量Q1＝发动机启动一次消耗的电能Q2+启动后到怠速状态所消耗的燃油能量Q3+发动机在红灯熄火期间电动辅机消耗的电能Q4。

其中，电动辅机在发动机熄火时工作，消耗能量，比如，用于提供动力至车辆的空调。

需要说明的是，上述能量的计算，本领域技术人员可根据不同型号发动机，以及控制单元采集的各项参数，计算获得。

假设在等待红灯时，整车消耗的能量为Q，则：

Q＝Q1，或Q＝Q2+Q3+Q4

即根据Q1和Q2+Q3+Q4的大小，选择熄火或不熄火，以维持车辆在最佳经济模式。

如此设计，当等待红灯时间等于红灯熄火时间时，熄火或不熄火两种状态下，整车能耗相当。等待红灯时间超过红灯熄火时间时，控制发动机熄火，则可以减少怠速时的能耗，并整体上降低能耗，提升经济性；当等待红灯时间小于红灯熄火时间时，表明虽然熄火能够减少的怠速能耗，但启动发动机的能耗和电动辅机的能耗更高，则选择不熄火。

以上对本发明所提供的一种单轴并联式混合动力汽车发动机控制方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种单轴并联式混合动力汽车发动机的控制方法，混合动力汽车包括发动机、能够启动所述发动机的电机，以及供电至所述电机的电池，其特征在于，所述控制方法包括下述步骤：

设定电池的高容量范围以及预定车速；

收到熄火指令时，

若同时满足下述两个条件：

一、当前处于减速工况；

二、当前的电池容量为高容量；

则不执行熄火指令，使发动机与离合器保持结合状态，当车速降低至预定车速后，再执行熄火指令；

若未同时满足以上两个条件，则执行熄火指令。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，获取油门开度，当油门开度为零时，判断为减速工况。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，处于减速工况并且执行熄火指令时，分离发动机和电机之间的离合器。

4.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

设定发动机的熄火转速值、怠速保持时间；

若发动机的当前转速大于熄火转速值时，分离离合器以使发动机保持怠速状态，并维持怠速保持时间后，执行熄火指令。

5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

建立混合动力汽车的油门开度以及车速，与发动机启动、发动机熄火的对应关系；

根据该对应关系以及实际的油门开度以及车速，实时输出发动机启动或发动机熄火的指令。

6.如权利要求5所述的控制方法，其特征在于，

还设定电池的低容量、中容量，根据中容量和高容量时电池能够承受的电能消耗，分别建立与中容量对应的对应关系一、与高容量对应的对应关系二。

7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

还设定电池的低容量；

若当前电池容量低于低容量，则控制起动机启动发动机；

否则，由电机根据发动机启动指令启动发动机。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，接收到启动指令时，还检测电机控制单元和/或电池管理系统的信号，任一信号异常时，控制起动机启动发动机。

9.如权利要求1-8任一项所述的控制方法，其特征在于，进行排气制动时，作为优先级执行下述步骤：

离合器保持结合状态，发动机不熄火。

10.如权利要求1-3、5-8任一项所述的控制方法，其特征在于，

设定红灯熄火时间；

联网获得交通红绿灯信息，作为优先级执行下述步骤；

当红灯时间超出红灯熄火时间时，输出发动机熄火指令，否则，保持发动机不熄火；

红灯熄火时间按照下述公式获得：

红灯熄火时间内发动机怠速消耗的能量＝发动机启动一次消耗的电能+启动后到怠速状态所消耗的燃油能量+发动机在红灯熄火期间电动辅机消耗的电能。