CN104890669A - 一种混合动力汽车动力总成控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车动力总成控制方法，属于混合动力汽车的控制领域。本发明根据驾驶员的驾驶动作获得行车信号，进而对车辆当前行驶工况进行预判，将行使工况分为乡村工况、城市工况和高速工况，确定当前行驶工况后，整车控制器接收当前行驶工况信息，再根据整车需求转矩和电池SOC状态合理选择动力分配方案，对动力进行合理分配，达到对不同路况的自适应控制。本发明的动力分配方法提高了整车的动力性和燃油经济性，并可根据不同行驶工况有效控制尾气排放，加速环保汽车、绿色汽车的发展，符合经济、环保的发展要求。

Description

一种混合动力汽车动力总成控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车控制技术领域，更具体地说，涉及一种混合动力汽车动力总成控制方法。

背景技术

随着石油危机和环境污染日益严重，开发低消耗、低排放的环保汽车成为当今研究的重点。混合动力汽车具有发动机和电机两种动力源，再和作为能量存储的蓄电池组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥纯电动汽车和传统汽车的优势，成为当今最具研究意义的低排放和低油耗汽车。因此研究开发一种基于驾驶员动作的混合动力汽车动力总成控制方法将具有重要的意义。

混合动力电动汽车一般至少有两种车载能量源，其中一种为具有高功率密度的能量源。利用两种能量源的特性互补，实现整车系统性能的改善和提高。要实现两者之间相互协调工作，这就需要有良好的控制方法。控制方法不仅仅要实现整车最佳的燃油经济性，而且还要兼顾发动机排放、蓄电池寿命、驾驶性能、各部件可靠性及整车成本等多方面要求，并针对混合动力汽车各部件的特性和汽车的运行工况，使发动机、电动机、蓄电池和传动系统实现最佳匹配。当前混合动力汽车的控制方法不十分完善，一方面表现在对车辆行驶的实时状况中的变量采集不充分导致对行驶实时状况判断不准确。另一方面，对采集到的车辆行驶实时数据利用不充分不合理，比如现有技术中常见的控制方法有两种，一种是根据车速，当车速大于阀值时，使用发动机驱动；当车速小于阀值时，使用电池驱动。另一种是根据电池电量，当电池电量小于某一阀值时，使用发动机驱动；当电池电量大于阀值时使用电池驱动。现有的控制方法较为机制化，进而浪费燃料；随着经济的发展，人们的环保意识越来越强，因此，合理的动力分配方法还应该考虑到对环境的影响。

经过检索，现有技术中存在相关的技术方案，如发明专利申请：200910132390.7，申请日：2009年4月1日，该申请案公开了一种混合动力汽车的动力系统及其控制方法，该方法是当电池电量不足或车速高于一设定值时采用集成式起动发电机驱动模式，使用集成式起动发电机驱动系统前置前驱；当车速较低且电量充足时采用纯电动驱动模式，由后电机驱动车辆行驶；当整车制动或松开油门踏板后进入再生制动模式回收四个驱动轮的制动能量；当路况相对复杂或急加速且电池电量允许时进入四驱模式，由集成式起动发电机驱动系统与后电机系统共同驱动车辆行驶。该申请案主要是基于车速和电池电量来对整车工作模式进行判别的，判断机制不够灵活，不能够根据实际路况优化动力分配方案。

又如中国专利申请号：201210007113.5，申请日：2012年1月11日，发明创造名称为：混合动力汽车多工作模式下的能量切换控制方法及系统，该申请案公开了一种混合动力汽车多工作模式下的能量切换控制方法及系统，该发明根据车载GPS定位系统和传感器实时检测到的汽车行驶环境和路况，根据混合动力汽车所处的当前行驶路况信息，确定汽车相应的工作模式；然后，根据汽车的行驶环境区分出E(城市、农村、近郊)、F(远郊、高速)两种行驶工况，针对E工况，优先控制的重点应考虑汽车的排放性指标，针对F工况，优先控制的重点应考虑汽车的燃油经济性指标，设计以行驶路况为驱动的多模型切换控制规则，并对各工作模式分别设计相应的控制器。该发明仅根据GPS定位模块信号、传感器信号以及电池SOC与已有经验设置的门限值比较判别当前行驶模式，虽然具有一定的实用性，但是不能保证动力的最佳匹配，无法使整车的效率达到最优。该方法利用车载GPS定位系统根据区域限速来测定车速需求，不能满足实时的车速需求，因此不能准确判别整车的实时工作模式。该发明中传感器模块采用弯道传感器和坡道传感器用以监测弯道和坡道，只有当车辆行驶入弯道和坡道时，才能监测到信号，因此不能对车辆行驶工况进行预测并且具有一定的延迟，进而使车辆动力不能得到即时合理的分配。

发明内容

1.发明要解决的技术问题

本发明的目的在于克服现有技术中仅根据车速和电池SOC状态来进行动力分配导致整车工作模式划分不够精确的不足，提供了一种混合动力汽车动力总成控制方法，本发明能够根据驾驶员的操控动作获得行车信号，进而对当前行驶工况进行预判，再结合整车需求转矩和电池SOC状态进行动力分配，提高了整车的燃油经济性，根据不同行驶工况有效控制了尾气排放，加速了环保汽车、绿色汽车的发展，符合经济、环保的发展要求。

2.技术方案

为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：

本发明的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其控制过程为：根据驾驶员对油门踏板和制动踏板的操作获得行车信号，根据行车信号对车辆当前行驶工况进行预判；整车控制器接收当前行驶工况信息，同时采集整车需求转矩和电池SOC状态信息；根据当前行驶工况、整车需求转矩和电池SOC状态合理选择动力分配方案，对动力进行合理分配。

作为本发明更进一步的改进，所述的行车信号包括：油门踏板行程、制动踏板行程、车速、油门踏板行程变化率和制动踏板行程变化率；所述的根据行车信号对车辆当前行驶工况进行预判是采用模糊控制方法。

作为本发明更进一步的改进，所述油门踏板行程和油门踏板行程变化率是通过油门踏板传感器采集的信号经过信号分析处理得到；所述制动踏板行程和制动踏板行程变化率是通过制动踏板传感器采集的信号经过信号分析处理得到；所述车速是通过车速传感器采集的信号经过信号处理器分析处理得到。

作为本发明更进一步的改进，所述模糊控制方法为：根据油门踏板行程建立隶属度函数MF1，定义与油门踏板行程相对应的两个隶属等级：小、大；根据制动踏板行程建立隶属度函数MF2，定义与制动踏板行程相对应的两个隶属等级：小、大；根据车速建立隶属度函数MF3，定义与车速相对应的三个隶属等级：慢、中、快；根据油门踏板行程变化率建立隶属度函数MF4，定义与油门踏板行程变化率相对应的两个隶属等级：缓、急；根据制动踏板行程变化率建立隶属度函数MF5，定义与制动踏板行程变化率相对应的两个隶属等级：缓、急；根据5个隶属度函数将行车信号模糊化而得到油门踏板行程、制动踏板行程、车速、油门踏板行程变化率和制动踏板行程变化率的隶属等级，然后根据行车信号的隶属等级进行模糊处理。

作为本发明更进一步的改进，所述的模糊处理的方法为：采用if-then规则得到行驶工况的隶属等级，该行驶工况的隶属等级包括XC、CS和GS，然后解模糊得出行驶工况信号，经信号处理分析得到当前行驶工况，与行驶工况的隶属等级XC、CS和GS相对应的行驶工况为：乡村工况、城市工况和高速工况，再根据当前行驶工况、整车需求转矩和电池SOC状态进行动力分配。

作为本发明更进一步的改进，所述当前行驶工况为乡村工况，其动力分配方案为：

1)如果发动机经济转矩能满足整车转矩需求，则发动机工作在经济区，提供经济转矩，多余转矩供电机发电，蓄电池处于充电状态；

2)如果发动机经济转矩不能满足整车转矩需求，其满负荷转矩能满足需求，且电池电量充足，则发动机工作在经济区，以经济转矩驱动汽车，不足部分由电机提供，此时电机工作于电动机模式，蓄电池处于放电状态；

3)如果发动机经济转矩不能满足整车转矩需求，其满负荷转矩能满足需求，且电池电量不足，则发动机工作在满负荷区，以需求转矩驱动汽车，多余转矩供电机发电，电机工作于发电机模式，蓄电池处于充电状态。

作为本发明更进一步的改进，所述的当前行驶工况为城市工况，其动力分配方案为：

1)电池SOC在正常范围内，采用电动机单独驱动模式，发动机不工作；制动时，电机工作在发电机模式；

2)电池SOC低于正常范围值，采用发动机驱动模式，发动机稳定在燃油经济区工作，怠速时则关闭发动机减小排放；制动时，电机工作在发电机模式回收制动能量。

作为本发明更进一步的改进，所述的当前行驶工况为高速工况，其动力分配方案为：

采用发动机驱动模式并让其工作于满负荷区，急加速时由电动机暂时提供辅助动力；若有多余动力，则电机工作于发电机模式为蓄电池充电；制动时由电机回收制动能量为蓄电池充电。

3.有益效果

采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明的一种混合动力汽车动力总成控制方法，充分利用驾驶员的操控动作对汽车的当前行驶工况进行判别，更加准确细致的划分行驶工况，使整车动力得到合理的分配，提高了整车的续航能力和燃油经济性；

(2)本发明的一种混合动力汽车动力总成控制方法，将行使工况划分为乡村工况、城市工况和高速工况，针对各工况特点、对尾气排放的要求以及动力需求合理安排动力分配方案，加速了环保汽车、绿色汽车的发展，符合当前时代下节能、环保的发展主题；

(3)本发明的一种混合动力汽车动力总成控制方法，将模糊推理运用到行驶工况判别，使整个动力总成控制具有较好的鲁棒性和实时性。

附图说明

图1为本发明的一种混合动力汽车动力总成控制方法的实时工况模式判别原理图；

图2为本发明的一种混合动力汽车动力总成控制方法的工况判别模糊推理示意图；

图3为本发明的一种混合动力汽车动力总成控制方法的整车控制原理图。

具体实施方式

为进一步了解本发明的内容，结合附图和实施例对本发明作详细描述。

实施例1

结合图1、图2和图3，本实施例的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其控制方法为：根据驾驶员对油门踏板和制动踏板的操作获得清晰的行车信号，根据行车信号对车辆当前行驶工况进行预判；整车控制器接收当前行驶工况信息，同时采集整车需求转矩和电池SOC状态信息；根据当前行驶工况、整车需求转矩和电池SOC状态合理选择动力分配方案，对动力进行合理分配。

本实施例中清晰的行车信号包括：油门踏板行程、制动踏板行程、车速、油门踏板行程变化率和制动踏板行程变化率；如图1所示，其中的油门踏板行程和油门踏板行程变化率是通过油门踏板传感器采集的信号经过信号分析处理得到的；制动踏板行程和制动踏板行程变化率是通过制动踏板传感器采集的信号经过信号分析处理得到的；车速是通过车速传感器采集的信号经过信号处理器分析处理得到的。

在汽车行驶过程中，根据行车信号对车辆当前行驶工况进行预判，该预判是采用模糊控制方法实现的，具体为：根据油门踏板行程建立隶属度函数MF1，定义与油门踏板行程相对应的两个隶属等级：小(NS)、大(NB)，当油门踏板行程大于50％时，认为隶属等级为大，否则为小；根据制动踏板行程建立隶属度函数MF2，定义与制动踏板行程相对应的两个隶属等级：小、大，当制动踏板行程大于50％时，认为隶属等级为大，否则为小；根据车速建立隶属度函数MF3，定义与车速相对应的3个隶属等级：慢(NS)、中(ZR)、快(NB)，当车速为0-40km/h时，认为隶属等级为慢，车速为40-80km/h时，认为隶属等级为中，车速大于80km/h时，认为隶属等级为快；根据油门踏板行程变化率建立隶属度函数MF4，定义与油门踏板行程变化率相对应的两个隶属等级：缓、急，当制动踏板行程变化率大于50％时，认为隶属等级为急，否则为缓；根据制动踏板行程变化率建立隶属度函数MF5，定义与制动踏板行程变化率相对应的两个隶属等级：缓、急，当制动踏板行程变化率大于50％时，认为隶属等级为急，否则为缓。根据5个隶属度函数将清晰的行车信号模糊化而得到油门踏板行程、制动踏板行程、车速、油门踏板行程变化率和制动踏板行程变化率的隶属等级，然后根据行车信号的隶属等级通过模糊控制器进行模糊处理得到行驶工况，再进行动力分配。

如图2所示，在进行模糊处理的过程中，所采用方法为：采用if-then模糊规则得到行驶工况的隶属等级，该行驶工况的隶属等级包括XC、CS和GS，然后解模糊得出清晰的行驶工况信号，经信号处理分析得到当前行驶工况，与行驶工况的隶属等级XC、CS和GS相对应的行驶工况为：乡村工况、城市工况和高速工况。其中，乡村工况中路面起伏频繁，驾驶时油门踏板行程和制动踏板行程动作范围较大；城市工况中经常怠速，常会急走急停；高速工况一般较为稳定，无频繁加减速。在进行模糊规则处理时，首先定义循环工况，根据各行驶工况的特征可建立以下模糊规则：

如果v为慢，Dz为大，Lj为缓，则GK为XC；

如果v为慢，Lz为大，Dj为缓，则GK为XC；

如果v为中，Lz为大，Dj为缓，则GK为XC；

如果v为中，Dz为大，Lj为缓，则GK为XC；

如果v为慢，Dz为小，Lj为缓，则GK为CS；

如果v为慢，Lz为小，Dj为缓，则GK为CS；

如果v为慢，Lz为大，Dj为急，则GK为CS；

如果v为中，Dz为小，Lj为缓，则GK为CS；

如果v为中，Lz为小，Dj为缓，则GK为CS；

如果v为中，Lz为大，Dj为急，则GK为CS；

如果v为中，Dz为大，Lj为急，则GK为GS；

如果v为快，Dz为大，Lj为缓，则GK为GS；

如果v为快，Lz为小，Dj为缓，则GK为GS；

如果v为快，Lz为大，Dj为缓，则GK为GS；

如果v为快，Lz为大，Dj为急，则GK为GS；

其中v表示速度；Lz表示制动踏板行程；Dz表示油门踏板行程；Lj表示制动踏板行程变化率；Dj表示油门踏板行程变化率；GK表示循环工况。模糊规则要综合考虑加速踏板动作和制动踏板动作两方面因素来对工况进行判别，为了避免规则过于繁琐，故只将油门踏板行程Dz与制动踏板行程变化率Lj作为一对判别因素，将制动踏板行程Lz和油门踏板变化率Dj作为一对判别因素。

如图3所示，整车系统中设有电池及其管理系统、电机控制器和发动机ECU，其中电池及其管理系统用于控制蓄电池的工作模式，电机控制器用于控制电动机的工作模式，发动机ECU用于管理发动机的工作模式，整车系统中CAN总线分别与电池及其管理系统、电机控制器、发动机ECU进行信息交互，获取整车需求转矩信息和电池SOC状态，然后综合行驶工况进行信息反馈，使发动机、电机和蓄电池执行执行相应的工作模式。

当获得行驶工况后，则整车控制器从CAN总线获取整车需求转矩信息和电池SOC状态，根据当前转速自动匹配发动机特性曲线，获取发动机经济转矩和其满负荷转矩，然后进行动力方案分配，其发动机经济转矩为当前转速下燃油消耗率最低时对应的转矩；其满负荷转矩为当前转速下发动机特性曲线所对应的最大转矩。其分配方案为：

确定当前行驶工况为乡村工况，其特征是路面起伏频繁，车流稀疏，人员居住较少，尾气排放限值相对较宽，多侧重于车辆动力性和燃油经济性，其分配方案为：

1)如果发动机经济转矩能满足整车转矩需求，则发动机工作在经济区，提供经济转矩，多余转矩供电机发电，蓄电池处于充电状态；

2)如果发动机经济转矩不能满足整车转矩需求，其满负荷转矩能满足需求，且电池电量充足，则发动机工作在经济区，以经济转矩驱动汽车，不足部分由电机提供，此时电机工作于电动机模式，蓄电池处于放电状态；

3)如果发动机经济转矩不能满足整车转矩需求，其满负荷转矩能满足需求，且电池电量不足，则发动机工作在满负荷区，以需求转矩驱动汽车，多余转矩供电机发电，电机工作于发电模式，蓄电池处于充电状态。

确定当前行驶工况为城市工况，其特征是经常怠速，需频繁启停，燃油效率较低，对动力性要求不高，但对尾气排放较为严格，侧重于燃油经济性和尾气排放性能，其动力分配方案为：

1)电池SOC在正常范围内，采用电动机单独驱动模式，发动机不工作；制动时，电机工作在发电机模式，回收制动能量；

2)电池SOC低于正常范围值，采用发动机单独驱动模式，发动机稳定在燃油经济区工作，怠速时则关闭发动机减小排放；制动时，电机工作在发电机模式，回收制动能量以提高燃油利用率。

确定当前行驶工况为高速工况，一般较为稳定，无频繁加减速，燃油经济性要求较高但对尾气排放要求较宽松，其动力分配方案为：

采用发动机驱动模式并让其工作于满负荷区，以提高燃油经济性，急加速时由电动机暂时提供辅助动力；若有多余动力，则电机工作于发电机模式为蓄电池充电；制动时由电机回收制动能量为蓄电池充电。

上述的SOC值的正常范围为30％～90％，电量不足时的判断为SOC值低于30％，电量充足的范围为SOC值大于80％，该数值根据不同的车型和电池种类有不同的范围值，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。

本实施例根据驾驶员的操控动作对路况进行预判，相对于普通混合动力汽车根据电池电量和车速进行动力分配的方式，所能采集到的路况信息更精确，分配模式也更细，因而实时性强。此外，在进行动力方案分配时，充分考虑了燃油经济性、节能性和环保性能，动力分配方案更加合理。

实施例2

本实施例的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其基本特征与实施例1相同，其不同之处在于：本实施例中根据油门踏板行程建立隶属度函数MF1，定义与油门踏板行程相对应的两个隶属等级：小(NS)、大(NB)，当油门踏板行程大于40％时，认为隶属等级为大，否则为小；根据制动踏板行程建立隶属度函数MF2，定义与制动踏板行程相对应的两个隶属等级：小、大，当制动踏板行程大于40％时，认为隶属等级为大，否则为小；根据车速建立隶属度函数MF3，定义与车速相对应的3个隶属等级：慢(NS)、中(ZR)、快(NB)，当车速为0-45km/h时，认为隶属等级为慢，车速为45-75km/h时，认为隶属等级为中，车速大于75km/h时，认为隶属等级为快；根据油门踏板行程变化率建立隶属度函数MF4，定义与油门踏板行程变化率相对应的两个隶属等级：缓、急，当制动踏板行程变化率大于60％时，认为隶属等级为急，否则为缓；根据制动踏板行程变化率建立隶属度函数MF5，定义与制动踏板行程变化率相对应的两个隶属等级：缓、急，当制动踏板行程变化率大于60％时，认为隶属等级为急，否则为缓。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：其控制过程为：

根据驾驶员对油门踏板和制动踏板的操作获得行车信号，根据行车信号对车辆当前行驶工况进行预判；整车控制器接收当前行驶工况信息，同时采集整车需求转矩和电池SOC状态信息；根据当前行驶工况、整车需求转矩和电池SOC状态合理选择动力分配方案，对动力进行合理分配。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：所述的行车信号包括：油门踏板行程、制动踏板行程、车速、油门踏板行程变化率和制动踏板行程变化率；所述的根据行车信号对车辆当前行驶工况进行预判是采用模糊控制方法。

3.根据权利要求2所述的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：所述油门踏板行程和油门踏板行程变化率是通过油门踏板传感器采集的信号经过信号分析处理得到；所述制动踏板行程和制动踏板行程变化率是通过制动踏板传感器采集的信号经过信号分析处理得到；所述车速是通过车速传感器采集的信号经过信号处理器分析处理得到。

4.根据权利要求2或3所述的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：所述模糊控制方法为：根据油门踏板行程建立隶属度函数MF1，定义与油门踏板行程相对应的两个隶属等级：小、大；根据制动踏板行程建立隶属度函数MF2，定义与制动踏板行程相对应的两个隶属等级：小、大；根据车速建立隶属度函数MF3，定义与车速相对应的三个隶属等级：慢、中、快；根据油门踏板行程变化率建立隶属度函数MF4，定义与油门踏板行程变化率相对应的两个隶属等级：缓、急；根据制动踏板行程变化率建立隶属度函数MF5，定义与制动踏板行程变化率相对应的两个隶属等级：缓、急；根据5个隶属度函数将行车信号模糊化而得到油门踏板行程、制动踏板行程、车速、油门踏板行程变化率和制动踏板行程变化率的隶属等级，然后根据行车信号的隶属等级进行模糊处理。

5.根据权利要求4所述的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：所述的模糊处理的方法为：采用if-then规则得到行驶工况的隶属等级，该行驶工况的隶属等级包括XC、CS和GS，然后解模糊得出行驶工况信号，经信号处理分析得到当前行驶工况，与行驶工况的隶属等级XC、CS和GS相对应的行驶工况为：乡村工况、城市工况和高速工况，再根据当前行驶工况、整车需求转矩和电池SOC状态进行动力分配。

6.根据权利要求5所述的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：所述当前行驶工况为乡村工况，其动力分配方案为：

1)如果发动机经济转矩能满足整车转矩需求，则发动机工作在经济区，提供经济转矩，多余转矩供电机发电，蓄电池处于充电状态；

2)如果发动机经济转矩不能满足整车转矩需求，其满负荷转矩能满足需求，且电池电量充足，则发动机工作在经济区，以经济转矩驱动汽车，不足部分由电机提供，此时电机工作于电动机模式，蓄电池处于放电状态；

3)如果发动机经济转矩不能满足整车转矩需求，其满负荷转矩能满足需求，且电池电量不足，则发动机工作在满负荷区，以需求转矩驱动汽车，多余转矩供电机发电，电机工作于发电机模式，蓄电池处于充电状态。

7.根据权利要求5所述的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：所述的当前行驶工况为城市工况，其动力分配方案为：

1)电池SOC在正常范围内，采用电动机单独驱动模式，发动机不工作；制动时，电机工作在发电机模式；

2)电池SOC低于正常范围值，采用发动机驱动模式，发动机稳定在燃油经济区工作，怠速时则关闭发动机减小排放；制动时，电机工作在发电机模式回收制动能量。

8.根据权利要求5所述的一种混合动力汽车动力总成控制方法，其特征在于：所述的当前行驶工况为高速工况，其动力分配方案为：

采用发动机驱动模式并让其工作于满负荷区，急加速时由电动机暂时提供辅助动力；若有多余动力，则电机工作于发电机模式为蓄电池充电；制动时由电机回收制动能量为蓄电池充电。