CN105015543A - 混合动力汽车的扭矩分配方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种混合动力汽车的扭矩分配方法，包括下述步骤：在混合动力模式下，根据行车需要确定驱动车辆扭矩；根据驱动车辆扭矩，获得发动机的若干设定扭矩分配值；获得在各设定扭矩分配值下，发动机和电机的等效燃油消耗率；并获得扭矩不分配时，仅由发动机提供驱动车辆扭矩所对应的发动机的有效燃油消耗率；比较等效燃油消耗率和发动机的有效燃油消耗率的大小，前者小时，对应的设定扭矩分配值为有利扭矩分配值，按照有利扭矩分配值执行扭矩分配；后者小时，为不利扭矩分配值，不执行扭矩分配。本方案以整体动力总成的等效燃油消耗率作为参考，以获得有利扭矩分配值执行扭矩分配，使车辆始终运行在最低的能耗点，提高整车经济性。

Description

混合动力汽车的扭矩分配方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，特别涉及一种混合动力汽车的扭矩分配方法。

背景技术

混合动力汽车已经成为解决环境污染和能源短缺最具市场潜力的车型之一。

混合动力汽车的工作模式包括：纯电动模式，只由电机提供驱动力；联合驱动模式，由发动机和电机共同提供驱动力；纯发动机模式，只由发动机提供驱动力。

混合动力汽车通过合理地采用电机提供驱动力，能够达到节省油耗的作用，据此，目前的混合动力汽车的控制单元内都内置有扭矩分配策略，在不改变扭矩需求的前提下，合理分配发动机和电机的扭矩，使动力总成的效率达到最佳。现有混合动力整车厂家的数据说明，扭矩分配功能对混合动力车节油贡献率高达7％，可见扭矩分配功能对混合动力车具有重要的意义。正是为了节约油耗，目前存在的扭矩分配策略是让发动机工作在最佳燃油消耗曲线附近，或者，限制发动机的工作区域，将发动机的工作点限制在一定的高效区内。

发明内容

背景技术中提及的扭矩分配策略，只从节省发动机油耗的角度出发，并未结合整个动力总成的效率考虑，故实际上，并不会按照预期实现最佳的整车经济性能。本发明提供一种混合动力汽车的扭矩分配方法，结合了整个动力总成考虑扭矩分配，实现整车经济性能的实际提升。

本发明提供的混合动力汽车的扭矩分配方法，包括下述步骤：

在混合动力模式下，根据行车需要确定驱动车辆扭矩；

根据驱动车辆扭矩，获得发动机的若干设定扭矩分配值；

获得在各设定扭矩分配值下，发动机和电机的等效燃油消耗率；并获得扭矩不分配时，仅由发动机提供驱动车辆扭矩所对应的发动机的有效燃油消耗率；

比较等效燃油消耗率和发动机的有效燃油消耗率的大小，前者小时，对应的设定扭矩分配值为有利扭矩分配值，按照有利扭矩分配值执行扭矩分配；后者小时，为不利扭矩分配值，不执行扭矩分配。

本方案，不再以发动机的有效燃油消耗率作为经济性的指标，而是考虑到能量转化过程中的损失，以整体动力总成(发动机、电机)的等效燃油消耗率作为参考，以获得有利扭矩分配值，并按照有利扭矩分配值执行扭矩分配，而排除不利的扭矩分配值，从而使得扭矩分配更贴合实际工况，使车辆始终运行在最低的能耗点，提高整车经济性。

可选地，所述混合动力模式为发电模式时，发动机和电机的扭矩分配关系为：发动机部分扭矩用于提供驱动车辆扭矩，剩余部分扭矩提供至电机的电池以充电；

所述等效燃油消耗率B_e′，按照如下公式计算：

B_e′＝B_B÷{P_A+(P_B-P_A)×η1×η2×η3×η4}×1000

其中，

B_B为有扭矩分配时发动机的燃油消耗率，P_A为无扭矩分配时与驱动车辆扭矩对应的发动机输出功率，P_B为有扭矩分配时发动机的输出功率；

η1为电机的发电效率，η2为电池的充电效率、η3为电机系统的电动效率、η4为电池的放电效率。

可选地，所述混合动力模式为联合驱动模式时，发动机和电机的扭矩分配关系为：发动机和电机的扭矩共同用于提供驱动车辆扭矩；

所述等效燃油消耗率C_e′按照如下公式计算：

C_e′＝{C_C+(P_A-P_C)/η3×η4/k}÷{P_C+(P_A-P_C)/η}×1000

其中，C_C为有扭矩分配时发动机的燃油消耗率，P_A为无扭矩分配时与驱动车辆扭矩对应的发动机输出功率，P_C为有扭矩分配时发动机的输出功率；

η3为电机的电动效率，η4为电池的发电效率、k为油电转换系数。

可选地，若获得若干有利扭矩分配值，则按照等效燃油消耗率最低的扭矩分配值执行扭矩分配。

可选地，将有利扭矩分配值进行存储，实际扭矩分配时，直接根据动力模式以及驱动车辆扭矩获得对应的有利扭矩分配值进行扭矩分配。

附图说明

图1为本发明中混合动力汽车动力总成的一种具体结构示意图；

图2为本发明中混合动力汽车一种具体实施例的万有特性曲线图；

图3为本发明所提供混合动力汽车扭矩分配方法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为本发明中混合动力汽车动力总成的一种具体结构示意图。

混合动力汽车的动力总成包括发动机、自动式离合器、电机、机械式自动变速箱AMT及其控制系统TCU，以及为电机供电的电池及其控制系统BMS。图中，ECU为发动机控制单元，MCU为电机的控制系统，CAN1、CAN2为总线，用于传递信号。

混合动力汽车主要由以下动力模式：

纯电动模式，即仅由电池提供行车动力，一般是起步时采用；

纯发动机模式；

混合动力模式。

则，对于扭矩分配，主要针对混合动力模式，纯电动模式下，发动机的扭矩为零，纯发动机模式下，仅由发动机提供动力，且只提供驱动车辆的动力。如图3所示，纯电动模式和纯发动机模式时，可直接返回，也可以将混合动力模式作为扭矩分配方法进行的激活条件。

请参考图2和图3，图2为本发明中混合动力汽车一种具体实施例的万有特性曲线图，其中，A点为满足驱动车辆扭矩的位置，B点扭矩大于A点扭矩，C点扭矩小于A点扭矩；图3为本发明所提供混合动力汽车扭矩分配方法一种具体实施例的流程图。

该混合动力汽车的扭矩分配方法，包括下述步骤：

S1、在混合动力模式下，根据行车需要确定驱动车辆扭矩；

即需保证输出的扭矩能够满足当前的车辆行驶扭矩需求，实时进行扭矩分配计算时，驱动车辆扭矩即根据驾驶意愿体现出的所需扭矩，预先进行扭矩分配计算时，驱动车辆扭矩即为设定的值；

S2、根据驱动车辆扭矩，获得发动机的若干设定扭矩分配值；

当处于混合动力模式时，可再分为两种模式，一种是发电模式，一种是联合驱动模式。

发电模式下，仅由发动机提供驱动车辆扭矩，且发动机还可以进一步提高扭矩输出(只能提高，否则无法满足基本的驱动车辆扭矩需求)，如图2所示，发动机由A点执行扭矩分配至B点，输出扭矩增加，增加的扭矩可用于电池充电，此时的设定扭矩分配值即B点对应的扭矩。

联合驱动模式下，由发动机和电机共同提供驱动车辆扭矩，此时，进行扭矩分配，则发动机以小于驱动车辆扭矩的方式降低扭矩输出，以充分利用电机的输出扭矩，如图2所示，发动机由A点执行扭矩分配至C点，此时的设定扭矩分配值即C点对应的扭矩。

显然，B、C点并非固定值，理论上，小于A点(对应于驱动车辆扭矩)的扭矩值均可作为联合驱动模式时的扭矩分配值，大于A点的扭矩值均可作为发电模式时的扭矩分配值，即获得的设定扭矩分配值可以是若干个连续值，也可以是按照一定规律选取的间隔值，为了获得能够符合预期的，后续所述的所有有利扭矩分配值，优选地获得连续的设定扭矩分配值。

S3、获得在各设定扭矩分配值下，发动机和电机的等效燃油消耗率；并获得扭矩不分配时，仅由发动机提供，且发动机仅提供驱动车辆扭矩时发动机的有效燃油消耗率；

这里可分发电模式和联合驱动模式进行计算，如下：

模式一、发电模式

发动机和电机的扭矩分配关系为：发动机部分扭矩用于提供驱动车辆扭矩，剩余部分扭矩提供至电机的电池以充电。

则，用于充电的功率ΔP：

ΔP＝P_B-P_A  (1)

P_B为扭矩分配于B点的发动机功率，即发动机的实际输出功率(与该点的扭矩分配值对应)，高于A点的功率(A点功率等于满足驱动车辆扭矩的驱动车辆功率)，二者差值为充电的功率。

ΔP要经过电机的发电效率η1、电池的充电效率η2、电机系统的电动效率η3、电池的放电效率η4这一系列的效率转化后，最终才是有效的能量。也就是说，ΔP不可能百分百的有效地作用于整车上，要经过电机系统和电池的效率转化，最后的有效效率η为：

η＝η1×η2×η3×η4  (2)

所以，发动机增加的ΔP功率最后真正能够作用到整车上的有效功率ΔP′为：

ΔP′＝ΔP×η  (3)

故，B点的实际有效功率为：

P_B′＝P_A+(P_B-P_A)×η  (4)

由发动机万有数据可得发动机在B点的单位小时油耗量B_B：

而发动机有效燃油消耗率B_e公式为：

B_e＝B_B÷P×1000  (5)

所以，B点发动机和电机实际的等效燃油消耗率B_e′为：

B_e′＝B_B÷{P_A+(P_B-P_A)×η1×η2×η3×η4}×1000  (6)

模式二、联合驱动模式

发动机和电机的扭矩分配关系为：发动机和电机共同提供驱动车辆扭矩，即二者的扭矩之和为驱动车辆扭矩。

仍以图2为例，则电机提供的功率ΔP为：

ΔP＝P_A-P_C  (1)

其中，P_A为满足驱动车辆的功率，对应于驱动车辆扭矩，P_C为扭矩分配于C点时的发动机提功率，为了满足车辆的驱动，ΔP为电机提供的功率。ΔP要经过电机系统的电动效率η3、电池的放电效率η4这一系列的效率转化后，最终才是电池消耗的有效能量，最后的有效效率η为：

η＝η3×η4  (2)

所以，电池真正的放电功率ΔP′：

ΔP′＝ΔP/η  (3)

因此，C点的实际等效功率为：

P_C′＝P_C+(P_A-P_C)/η  (4)

由发动机万有数据及油电转换系数k(一般取为3.02，通常记载于厂家数据，也可以根据试验计算获得)可得C点的实际小时油耗为：

C_C′＝C_C+(P_A-P_C)/η/k  (5)

根据发动机有效燃油消耗率定义可得：

C_e＝C_C÷P×1000  (6)

所以，C点发动机和电机实际的等效燃油消耗率C_e′为：

C_e′＝{C_C+(P_A-P_C)/η3×η4/k}÷{P_C+(P_A-P_C)/η}×1000  (7)

上述计算出进行扭矩分配，发动机输出功率小于或大于驱动车辆功率时，发动机和电机的等效燃油消耗率。扭矩不分配时，由发动机提供驱动车辆的功率，根据发动机万有数据，可读出发动机的有效燃油消耗率，上述两种模式下，为A点的值，即A_e。

S4、比较等效燃油消耗率和有效燃油消耗率的大小，前者小时，对应的设定扭矩分配值为有利扭矩分配值；后者小时，为不利扭矩分配值。

即：

发电模式：

若B_e′<A_e，说明B点的实际等效燃油消耗率低于无扭矩分配时A点的发动机有效燃油消耗率，此时的扭矩分配值是对经济性有利的点，即有利扭矩分配值，则执行扭矩分配有利于整车经济性的提高；

若B_e′≧A_e，说明B点的实际等效燃油消耗率大于无扭矩分配时A点的发动机有效燃油消耗率，此时的扭矩分配值是对经济性有害的点，即不利扭矩分配值，则不能按照该执行扭矩分配。

联合驱动模式：

若C_e′<A_e，说明C点的实际等效燃油消耗率低于无扭矩分配时A点的发动机有效燃油消耗率，此时的扭矩分配值是对经济性有利的点，即有利扭矩分配值，则执行扭矩分配有利于整车经济性的提高；

若C_e′≧A_e，说明C点的实际等效燃油消耗率大于无扭矩分配时A点的发动机有效燃油消耗率，此时的扭矩分配值是对经济性有害的点，即不利扭矩分配值，则不能按照该执行扭矩分配。

通过上述计算，当驱动车辆扭矩对应于A点时，根据当前模式，可以计算获得有利的扭矩分配值(若干个B点或若干个C点)，则按照有利的扭矩分配值进行扭矩分配即可。可见，本实施例，不再以发动机的有效燃油消耗率作为经济性的指标，而是考虑到能量转化过程中的损失，以整体动力总成(发动机、电机)的等效燃油消耗率作为参考，以获得有利扭矩分配值，并按照有利扭矩分配值执行扭矩分配，而排除不利的扭矩分配值，从而使得扭矩分配更贴合实际工况，使车辆始终运行在最低的能耗点，提高整车经济性。

可以理解，若获得若干有利的扭矩分配值，则按照等效燃油消耗率最低的扭矩分配值执行扭矩分配，以最大程度地提高整车经济性。若未获得有利的扭矩分配值，即所有小于驱动车辆扭矩或大于车辆驱动扭矩的点，对应的等效燃油消耗率均大于不分配时的发动机有效燃油消耗率，说明此时的扭矩分配不利于整车经济性提高，则不再执行扭矩分配，仅由发动机提供与驱动车辆扭矩相当的扭矩即可。

需要说明的是，上述实施例中发动机的功率、扭矩未分配时的等效燃油消耗率、单位小时油耗量等(还包括扭矩、转速)均可以在图2所示的万有特性曲线图获得，即记载万有数据的曲线。发动机出厂时，即自带有万有特性曲线图，因此，上述的数据易于获取，即便发动机未配备上述万有数据，也可以通过试验的方式获得，或者检测相应参数并实时计算获得。

鉴于此，可知，可以预先通过计算获得各工况下(主要由驱动车辆扭矩、具体的动力模式确定)有利的扭矩分配值，制作相应的MAP，并存入控制器内，进行扭矩分配时，直接查表找到对应的最佳的有利扭矩分配值，即可按照该值进行扭矩分配，无有利扭矩分配值时，则不执行扭矩分配。当然，也可以在车辆运行过程中，实时计算有利的扭矩分配值，只是存储于MAP中可提高获得有利扭矩分配值的效率。

另外，上述实施例中，需要获得η1×η2×η3×η4或η3×η4，均可以根据车辆的记录数据(输入功率和输出功率均会被记载，比值即可得到)或厂家提供的数据确定。

以上对本发明所提供的一种混合动力汽车的扭矩分配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 (5)

1.一种混合动力汽车的扭矩分配方法，其特征在于，包括下述步骤：

在混合动力模式下，根据行车需要确定驱动车辆扭矩；

根据驱动车辆扭矩，获得发动机的若干设定扭矩分配值；

获得在各设定扭矩分配值下，发动机和电机的等效燃油消耗率；并获得扭矩不分配时，仅由发动机提供驱动车辆扭矩所对应的发动机的有效燃油消耗率；

比较等效燃油消耗率和发动机的有效燃油消耗率的大小，前者小时，对应的设定扭矩分配值为有利扭矩分配值，按照有利扭矩分配值执行扭矩分配；后者小时，为不利扭矩分配值，不执行扭矩分配。

2.如权利要求1所述的扭矩分配方法，其特征在于，所述混合动力模式为发电模式时，发动机和电机的扭矩分配关系为：发动机部分扭矩用于提供驱动车辆扭矩，剩余部分扭矩提供至电机的电池以充电；

所述等效燃油消耗率B_e′，按照如下公式计算：

B_e′＝B_B÷{P_A+(P_B-P_A)×η1×η2×η3×η4}×1000

其中，

B_B为有扭矩分配时发动机的燃油消耗率，P_A为无扭矩分配时与驱动车辆扭矩对应的发动机输出功率，P_B为有扭矩分配时发动机的输出功率；

η1为电机的发电效率，η2为电池的充电效率、η3为电机系统的电动效率、η4为电池的放电效率。

3.如权利要求1所述的扭矩分配方法，其特征在于，所述混合动力模式为联合驱动模式时，发动机和电机的扭矩分配关系为：发动机和电机的扭矩共同用于提供驱动车辆扭矩；

所述等效燃油消耗率C_e′按照如下公式计算：

C_e′＝{C_C+(P_A-P_C)/η3×η4/k}÷{P_C+(P_A-P_C)/η}×1000

其中，C_C为有扭矩分配时发动机的燃油消耗率，P_A为无扭矩分配时与驱动车辆扭矩对应的发动机输出功率，P_C为有扭矩分配时发动机的输出功率；

η3为电机的电动效率，η4为电池的发电效率、k为油电转换系数。

4.如权利要求1-3任一项所述的扭矩分配方法，其特征在于，若获得若干有利扭矩分配值，则按照等效燃油消耗率最低的扭矩分配值执行扭矩分配。

5.如权利要求1-3任一项所述的扭矩分配方法，其特征在于，将有利扭矩分配值进行存储，实际扭矩分配时，直接根据驱动车辆扭矩获得对应的有利扭矩分配值进行扭矩分配。