CN105599618A - 一种利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，包括步骤：接收车辆制动产生的制动回馈功率；判断所述回馈功率是否大于第一功率，如果是，则车辆的起动发电机控制器控制起动发电机倒拖发动机以消耗所述制动回馈功率和所述第一功率之间的剩余功率；其中，所述第一功率为所述车辆的储能系统的最大充电功率和所述车辆的附件系统消耗的功率之和，所述发动机和所述起动发电机组成所述车辆的辅助动力单元。本发明具有如下优点：起动发电机输出转矩的带动下倒拖发动机运行，克服发动机本身运转所需要的摩擦功率，从而消耗了来自驱动电机的、不能被储能系统和附件系统接收的多余的回馈制动功率，避免储能系统发生过充而影响其寿命。

Description

一种利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体涉及一种利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法。

背景技术

在现有的串联或者混联的混合动力系统中，发动机和起动发电机组成一个辅助动力总成(简称APU)，发动机带动发电机输出电力，输出到电力总线，可以给储能系统、附件系统和驱动电机的控制器供电，如图1所示。通常APU输出的电力是单向的，只能输出电力给总线。当发动机需要起动时，起动发电机控制器可以由总线输入能量，来起动发动机，如图2所示。等发动机起动成功后，就转入图1所示的正常发电工作状态。

在现有的新能源汽车动力系统中，由驱动电机及其控制器在制动过程中，可发电回馈到储能系统，从而实现制动能量回收，改善车辆的运行经济性。但由于受到储能系统的荷电状态(SOC充满)和储能系统本身容量偏小的原因，电机在制动时回馈功率可能会超过储能系统能够接受的最大功率。这时往往需要附件或者其它车上的电子负载消耗回馈制动的功率，以避免储能系统(电池)发生过充而影响其寿命。尤其在冬天低温条件下，储能系统可以接受的充电能力明显下降，将明显低于驱动电机侧的回馈制动功率，而低温条件下电池过充将导致电池性能很快衰减。

发明内容

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，包括以下步骤：S1：接收车辆制动产生的制动回馈功率；S2：判断所述回馈功率是否大于第一功率，如果是，则车辆的起动发电机控制器控制起动发电机倒拖发动机以消耗所述制动回馈功率和所述第一功率之间的剩余功率；其中，所述第一功率为所述车辆的储能系统的最大充电功率和所述车辆的附件系统消耗的功率之和，所述发动机和所述起动发电机组成所述车辆的辅助动力单元，所述起动发电机倒拖所述发动机时，所述发动机的工作状态为：没有喷油和缸内的着火燃烧，所述发动机在所述起动发电机输出转矩的带动下倒拖运行，所述辅助动力总成的运行需要克服发动机本身运转所需要的摩擦功率，从而消耗所述制动回馈功率和所述第一功率之间的剩余功率。

根据本发明实施例的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，起动发电机输出转矩的带动下倒拖发动机运行，克服发动机本身运转所需要的摩擦功率，从而消耗了来自驱动电机的、不能被储能系统和附件系统接收的多余的回馈制动功率，避免储能系统发生过充而影响其寿命。

另外，根据本发明上述实施例的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，步骤S2进一步包括：S2A1：根据所述制动回馈功率和所述第一功率之差得到所述起动发电机的倒拖扭矩；S2A2：根据所述起动发电机的倒拖扭矩得到所述辅助动力总成的倒拖转速；其中，所述辅助动力总成的倒拖转速对应有相应的机械摩擦功率消耗。

进一步地，步骤S2进一步包括：S2B1：根据所述制动回馈功率和所述第一功率之差得到所述起动发电机的倒拖扭矩；S2B2：根据所述发动机的倒拖扭矩得到所述辅助动力总成的倒拖转速；其中，所述起动发电机设置有排气制动系统，所述辅助动力总成的倒拖转速对应有相应的机械摩擦功率消和制动排气系统的运行消耗。

进一步地，根据所述储能系统的荷电状态调整所述辅助动力总成的倒拖功率。

进一步地，当所述储能系统的温度低于预设温度且所述储能系统的荷电量低于预设荷电量时，所述制动回馈功率和所述第一功率之间的剩余功率向所述储能系统充电；当所述储能系统的温度超过所述预设温度且逐渐上升时，相应逐渐降低所述辅助动力总成的倒拖消耗的功率；当所述储能系统的荷电量超过所述预设荷电量且逐渐饱和时，相应逐渐提高所述辅助动力总成的倒拖消耗的功率。

进一步地，步骤S1进一步包括：S11：根据车辆的当前车速、加速踏板状态和制动踏板状态得到目标制动功率；S12：如果所述目标制动功率小于或等于所述储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与所述辅助动力总成的最大消耗功率之和，则将所述目标制动功率作为所述制动回馈功率，如果所述目标制动功率大于所述储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与所述辅助动力总成的最大消耗功率之和，则将所述储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与所述辅助动力总成的最大消耗功率之和最为所述制动回馈功率。

进一步地，所述车辆从正常行驶状态切换为所述辅助动力总成的倒拖状态过程中，所述辅助动力总成的工作转速不变；当切换为所述辅助动力总成的倒拖状态后，根据所述制动回馈功率调整所述辅助动力总成的作为转速为所述倒拖转速。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是相关技术的车辆正常工作状态下APU输出能量的流动关系示意图；

图2是本发明一个实施例的辅助动力总成在起动状态下的系统能量的流动关系示意图；

图3是本发明一个实施例的利用APU倒拖工况消回馈制动功率的能量流动关系示意图；

图4是本发明一个实施例的车辆总制动功率与APU的倒拖功率计算流程图；

图5是本发明一个实施例的APU倒拖功率与储能系统荷电状态在不同储能系统工作温度下的关系示意图；

图6是本发明一个实施例的倒拖工况下制动踏板信号与发动机转矩、起动发电机转矩的对应关系示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

以下结合附图描述根据本发明实施例的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法。

图2是本发明一个实施例的辅助动力总成在起动状态下的系统能量的流动关系示意图，图3是本发明一个实施例的利用APU倒拖工况消回馈制动功率的能量流动关系示意图，图4是本发明一个实施例的车辆总制动功率与APU的倒拖功率计算流程图。

请参考图2-图4，一种利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，包括以下步骤：

S1：接收车辆制动产生的制动回馈功率。

在本发明的一个实施例中，步骤S1进一步包括：

S11：根据车辆的当前车速、加速踏板状态和制动踏板状态得到目标制动功率。

S12：如果目标制动功率小于或等于储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与辅助动力总成的最大消耗功率之和，则将目标制动功率作为制动回馈功率，如果目标制动功率大于储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与辅助动力总成的最大消耗功率之和，则将储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与辅助动力总成的最大消耗功率之和最为制动回馈功率。

具体地，总目标制动功率Pbrk(或者总制动力Fbrk)可以根据当前车速和司机的加速和制动踏板命令来确定；再分别根据当前附件系统消耗功率Pacc和储能系统允许的最大的充电功率Pesm，并对Pbrk与(Pacc+Pesm)进行比较，如果Pbrk相比后这两者的和小，说明附件和储能系统可以吸收全部制动功率，则APU倒拖功率为0，即不用APU倒拖耗功；如果Pbrk比(Pacc+Pesm)大，说明需要APU倒拖消耗功率Papu。如果目标功率Papu小于最大功率P_M，则说明回馈制动功率全部可以被APU消耗；否则，说明回馈制动功率过大，系统无法消耗，需要减小；为了满足总制动力或者制动功率，在确定了回馈制动功率Prgk之后，还必须要确定机械摩擦制动功率Pme，来配合完成目标制动功率。

S2：判断回馈功率是否大于第一功率，如果是，则车辆的起动发电机控制器控制起动发电机倒拖发动机以消耗制动回馈功率和第一功率之间的剩余功率。其中，第一功率为车辆的储能系统的最大充电功率和车辆的附件系统消耗的功率之和。发动机和起动发电机组成车辆的辅助动力单元。起动发电机倒拖发动机时，发动机的工作状态为：没有喷油和缸内的着火燃烧，发动机在起动发电机输出转矩的带动下倒拖运行，辅助动力总成的运行需要克服发动机本身运转所需要的摩擦功率，从而消耗制动回馈功率和第一功率之间的剩余功率。

在本发明的一个实施例中，步骤S2进一步包括：

S2A1：根据制动回馈功率和第一功率之差得到起动发电机的倒拖扭矩。

S2A2：根据起动发电机的倒拖扭矩得到辅助动力总成的倒拖转速，其中，辅助动力总成的倒拖转速对应有相应的机械摩擦功率消耗。通过控制起动发电机的倒拖转矩，可设定APU工作在不同的倒拖转速，对应着不同的机械摩擦功率消耗，从而可以吸收不同大小的回馈制动功率。

在本发明的另一个实施例中，步骤S2进一步包括：

S2B1：根据制动回馈功率和第一功率之差得到起动发电机的倒拖扭矩。

S2B2：根据发动机的倒拖扭矩得到辅助动力总成的倒拖转速，其中，发动机设置有排气制动系统，辅助动力总成的倒拖转速对应由相应的机械摩擦功率消和制动排气系统的运行消耗。如果发动机本身带有排气制动系统，则当起动发电机拖动发动机运行时，排气制动系统也可以协调工作，从而增加了发动机运行阻力，加大了APU系统的阻力功耗，即可以消耗更大的回馈制动功率。

在本发明的一个实施例中，当车辆处于下长坡，需要长时间制动时，可以先优先采用电机回馈制动，对储能系统充电，回收制动能量；当储能系统被充满后，仍然继续采用APU倒拖消耗回馈制动功率；也就是车辆可以长时间采用电机回馈制动，从而避免机械(摩擦盘或者摩擦鼓)制动系统过早起作用，降低了机械制动系统的磨损，提高了车辆，尤其是重型车辆的制动系统的安全性和可靠性。

在本发明的一个实施例中，根据储能系统的荷电状态调整辅助动力总成的倒拖功率。

具体地，通常当储能系统(尤其是动力电池)的荷电状态接近充满时，其接受的峰值充电电流将会降低，在低温条件下尤其明显，这时仅靠储能系统无法吸收车辆大功率瞬态回馈制动功率，通过APU的倒拖运行，可以有效降低储能系统的荷电状态，从而为吸收大功率的瞬态回馈制动提供保障。也就是说，可以在控制策略上将APU倒拖功率与储能系统的荷电状态挂钩。

在本发明的一个实施例中，当储能系统的温度低于预设温度且储能系统的荷电量低于预设荷电量时，制动回馈功率和第一功率之间的剩余功率向储能系统充电。当储能系统的温度超过预设温度且逐渐上升时，储能系统的充电允许最大功率逐渐提高，相应逐渐降低辅助动力总成的倒拖消耗的功率。当所述储能系统的荷电量(SOC)超过所述预设荷电量(SOC)且逐渐饱和(100％)时，相应逐渐提高所述辅助动力总成的倒拖消耗的功率。

具体地，如图5所示，当储能系统温度较低时(-20℃)，储能系统荷电状态达到S1(例如SOC＝75％，具体值与电池类型和容量，以及充放电特性决定)，APU就可以小功率工作，吸收部分回馈会制动的功率；回馈功率剩余部分可以给储能系统充电；如果储能系统SOC进一步升高，储能系统的最大允许充电功率相应下降，则APU的倒拖功率也可以相应提高。当储能系统温度上升，例如(0℃或者20℃)条件下，APU开始倒拖对应的储能系统荷电状态工作点S2或者S3可以比S1更大，因为温度上升，储能系统最大允许充电功率也有所提高。三条曲线的共同规律是，当储能系统的SOC进一步提高时，APU倒拖功率也随之提高。

在本发明的一个实施例中，车辆从正常行驶状态切换为辅助动力总成的倒拖状态过程中，辅助动力总成的工作转速不变；当切换为辅助动力总成的倒拖状态后，根据制动回馈功率调整辅助动力总成的作为转速为倒拖转速。

具体地，如图6所示，在车辆正常行驶条件下，APU处于发电工作状态，发动机输出正转矩，带动发电机发电；当制动踏板被踩下，进入回馈制动状态时，发动机主动停机喷油和熄火，而发电机则由发电状态进入拖动状态，带动发电机倒拖，靠发动机的本身的摩擦损失和排气制动消耗起动发电机输入的功率。由于发动机的主动断油和熄火过程可以通过CAN总线给发动机ECU发送专门的控制指令，能够迅速完成；而电机的转矩切换也可以迅速完成，因此整个APU在工作状态切换过程中，其工作转速可以不变，状态切换完成之后，可以根据目标倒拖功率的大小，由起动发电机主动控制其倒拖转速。

发电机和发动机的冷却系统在倒拖过程中仍然工作，以保证发动机在下长坡长时间倒拖过程的冷却和散热。

本发明实施例的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，整个驱动和制动过程中，没有增加新的额外的硬件成本，只增加了对发动机和起动发电机控制算法的软件开发成本，是非常经济的。带来的优点是：保证大部分工况下制动都采用电机的回馈制动，避免的机械摩擦制动带来的损耗，保证制动系统的安全性，尤其重型车辆下长坡的制动安全性；保证储能系统的工作状态，防止其发生高倍率的过充电，防止其工作电压过高，防止低温条件下充电枝晶的形成，保证储能系统的耐久性，具有重要的意义。

另外，本发明实施例的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (7)

1.一种利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：接收车辆制动产生的制动回馈功率；

S2：判断所述回馈功率是否大于第一功率，如果是，则车辆的起动发电机控制器控制起动发电机倒拖发动机以消耗所述制动回馈功率和所述第一功率之间的剩余功率；

其中，所述第一功率为所述车辆的储能系统的最大充电功率和所述车辆的附件系统消耗的功率之和，所述发动机和所述起动发电机组成所述车辆的辅助动力单元，所述起动发电机倒拖所述发动机时，所述发动机的工作状态为：没有喷油和缸内的着火燃烧，所述发动机在所述起动发电机输出转矩的带动下倒拖运行，所述辅助动力总成的运行需要克服发动机本身运转所需要的摩擦功率，从而消耗所述制动回馈功率和所述第一功率之间的剩余功率。

2.根据权利要求1所述的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

S2A1：根据所述制动回馈功率和所述第一功率之差得到所述起动发电机的倒拖扭矩；

S2A2：根据所述起动发电机的倒拖扭矩得到所述辅助动力总成的倒拖转速；

其中，所述辅助动力总成的倒拖转速对应有相应的机械摩擦功率消耗。

3.根据权利要求1所述的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

S2B1：根据所述制动回馈功率和所述第一功率之差得到所述起动发电机的倒拖扭矩；

S2B2：根据所述发动机的倒拖扭矩得到所述辅助动力总成的倒拖转速；

其中，所述发动机设置有排气制动系统，所述辅助动力总成的倒拖转速对应有相应的机械摩擦功率消和制动排气系统的运行消耗。

4.根据权利要求1所述的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，其特征在于，根据所述储能系统的荷电状态调整所述辅助动力总成的倒拖功率。

5.根据权利要求1-3任一所述的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，其特征在于，当所述储能系统的温度低于预设温度且所述储能系统的荷电量低于预设荷电量时，所述制动回馈功率和所述第一功率之间的剩余功率向所述储能系统充电；当所述储能系统的温度超过所述预设温度且逐渐上升时，相应逐渐降低所述辅助动力总成的倒拖消耗的功率；当所述储能系统的荷电量超过所述预设荷电量且逐渐饱和时，相应逐渐提高所述辅助动力总成的倒拖消耗的功率。

6.根据权利要求1所述的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：

S11：根据车辆的当前车速、加速踏板状态和制动踏板状态得到目标制动功率；

S12：如果所述目标制动功率小于或等于所述储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与所述辅助动力总成的最大消耗功率之和，则将所述目标制动功率作为所述制动回馈功率，

如果所述目标制动功率大于所述储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与所述辅助动力总成的最大消耗功率之和，则将所述储能系统的最大充电功率、附件系统的消耗功率与所述辅助动力总成的最大消耗功率之和最为所述制动回馈功率。

7.根据权利要求2或3所述的利用辅助动力总成倒拖运行消耗回馈制动功率的方法，其特征在于，所述车辆从正常行驶状态切换为所述辅助动力总成的倒拖状态过程中，所述辅助动力总成的工作转速不变；当切换为所述辅助动力总成的倒拖状态后，根据所述制动回馈功率调整所述辅助动力总成的作为转速为所述倒拖转速。