CN105922987A - Hev/ev再生制动过程中的降挡策略及机电系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略及机电系统，其中确定车速为零或制动踏板开度为零不成立，及电池荷电状态小于电池荷电上限阈值时，根据制动踏板开度得期望制动强度；期望制动强度小于制动强度阈值或当前挡位为1挡不成立时，算当前挡位下驱动电机提供的最大制动力；并根据最大制动力及需求制动力中的较小值，确定驱动电机输出转矩；根据该转矩算当前挡位下电池荷电状态的增加速率；取当前挡位及比其低的挡位对应的电池荷电状态的增加速率中的最大值，与当前挡位的电池荷电状态的增加速率作比较；若前者小，将挡位换到最大值对应的挡位。本发明能提高汽车再加速能力及再生制动回收的能量，从而提升汽车动力性和燃油经济性。

Description

HEV/EV再生制动过程中的降挡策略及机电系统

技术领域

本发明涉及汽车控制领域，尤其是涉及一种混合动力汽车/纯电动汽车(HEV/EV)再生制动过程中的降挡技术。

背景技术

随着能源问题与环境污染的日益严重，汽车技术正不断朝着节能减排的方向发展。HEV/EV在减少燃油消耗和减低污染物排放等方面有巨大的潜能，是当今汽车行业的焦点。其中，再生制动是HEV/EV实现节能的主要方式，因此如何提高再生制动的能量的问题格外受到关注。

目前，在安装有级自动变速箱的HEV/EV中，通常的控制逻辑是：再生制动时变速箱要保持当前挡位不变，直到制动过程结束。这主要是出于安全角度的策略。然而从动力性和经济性角度考虑，保持挡位不变是不利的，因为：

一方面，当制动结束之后，往往是汽车处于低速状态，而变速箱处于高挡位状态，当汽车再加速时，如果变速器不降挡就会动力不足，如果降挡又可能导致再加速有延迟；

另一方面，再生制动过程中，驱动电机的最大制动力矩和运行效率是限制再生制动能量的主要因素，而当驱动电机输出最大制动力也满足不了制动需求的时候，额外的制动力需要由液压机械制动来补偿，若挡位保持不变，在中低车速下驱动电机就会工作在低转速的恒转矩区间，此时随着车速的降低，驱动电机的再生制动功率将不断减小，无法充分发挥驱动电机的再生制动能力。

发明内容

本发明的目的是针对目前存在的问题，基于AMT的HEV/EV为对象，提供了一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略及机电系统，其不仅能够充分发挥驱动电机的再生制动能力，提高汽车的再加速能力，而且还能提高再生制动回收的能量，从而使HEV/EV更加节能。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

本发明提供一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，其包括：

步骤S201，VCU获取到当前车辆的信息，包括当前车辆的车速、制动踏板开度、挡位、电池荷电状态；

步骤S202，判断车速为零或者制动踏板开度为零是否成立，若不成立，则继续执行步骤S203；若成立，则执行步骤S213，结束制动过程。

步骤S203，确定电池荷电状态小于电池荷电上限阈值；

步骤S205，根据制动踏板开度得到当前驾驶员的期望制动强度；

步骤S206，判断当前驾驶员的期望制动强度小于制动强度阈值或者当前挡位为1挡是否成立；若成立，则返回步骤S201；否则，进行步骤S207；

步骤S207，根据当前挡位下驱动电机的转速、当前挡位AMT的传动比、当前车辆的车速、主减速器的传动比、车轮半径、驱动电机在某转速下能发出的最大转矩，计算在当前挡位下驱动电机能提供的最大制动力；

步骤S208，根据当前挡位下驱动电机能提供的最大制动力以及驾驶员需求的制动力中的较小值，确定当前挡位下驱动电机要输出的转矩；

步骤S209，根据当前挡位下驱动电机输出的转矩和转速，计算当前挡位下电池荷电状态的增加速率；

步骤S210，将所有比当前挡位低的挡位循环进行步骤S207、S208、S209，获得所有比当前挡位低的挡位对应的电池荷电状态的增加速率；

步骤S211，从当前挡位及比其低的挡位对应的电池荷电状态的增加速率中选择最大的，将其与当前挡位的电池荷电状态的增加速率作比较；若前者小，则进行步骤S212；否则直接返回步骤S201；

步骤S212，将挡位换到电池荷电状态的增加速率最大值所对应的挡位，然后返回步骤S201。

更进一步地，所述步骤S203还包括：确定电池荷电状态大于或等于电池荷电上限阈值；所述降挡策略还包括：

步骤S204，判断当前车速是否小于当前挡位的速度阈值，若是，则整车控制器VCU指示控制制动器TCU控制AMT换挡至当前挡位，然后返回步骤S201；若否，则直接返回步骤S201。

更进一步地，所述步骤S208具体利用如下公式计算得到当前挡位下驱动电机输出的转矩：

$T_{EM}^j=\frac{1}{i_g^j\·i_0}min\{T_{bmax}^{EMj},m_{veh}{\mathrm{gz}}_k^{*}{R}_w\}$

式中，表示j挡下驱动电机输出的转矩，表示j挡AMT的传动比，i₀表示主减速器的传动比，表示j挡下驱动电机能提供的最大制动力；m_veh表示整车质量，g表示重力加速度，表示当前驾驶员的期望制动强度，R_w表示车轮半径。

更进一步地，所述步骤S209具体包括：

根据j挡下驱动电机输出的转矩和转速，通过查表获得驱动电机的效率η_EM；

利用如下公式，根据该效率η_EM计算驱动电机再生制动的功率计算当前挡位下电池荷电状态的增加速率：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{bat}^j=T_{EM}^j\·{\mathrm{\ω}}_{EM}^j\·{\mathrm{\η}}_{EM}\\ \frac{dSoC}{dt}{|}_k^j=-\frac{V_{bat}-\sqrt{V_{bat}^2-4R_{bat}{P}_{bat}^j}}{2R_{bat}{Q}_{bat}}\end{array}\right.$

式中，表示驱动电机再生制动的功率，表示j挡下驱动电机输出的转矩，表示j挡下驱动电机的转速，η_EM表示驱动电机的效率η_EM，V_bat表示电池的电压，R_bat表示电池的充电内阻，Q_bat表示电池电荷总量。

本发明还通过一种HEV/EV的机电系统，其包括：

动力电池、逆变器、驱动电机、自动机械式变速器AMT、机械制动系统、电池管理系统BMS、驱动电机控制器MCU、AMT控制器TCU、制动控制器BCU和整车控制器VCU；

所述动力电池与驱动电机之间通过逆变器连接，动力电池由BMS管理控制，逆变器由MCU控制；动力电池可以为驱动电机提供电力，驱动电机提供整车的动力，在制动过程中，驱动电机提供制动力为动力电池充电；

驱动电机连接AMT，AMT由TCU控制进行选换挡动作，通过AMT的换挡调节驱动电机的工作点；

机械制动系统由BCU控制；

VCU作为整车控制的核心，按照所述权利要求1至4中任意一项权利要求中所述的一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，给BMS、TCU、MCU和BCU发送指令执行降挡操作；

上述BMS、MCU、TCU、BCU和VCU各个控制器之间基于局域网CAN通过CAN协议互相通讯。

由上述本发明的技术方案可以看出，本发明具有如下技术效果：

本发明通过设计的降挡策略，使车辆在再生制动过程中能够进行降挡，不仅能够充分发挥驱动电机的再生制动能力，提高汽车的再加速能力，而且还能提高再生制动回收的能量，提升了汽车的动力性和燃油经济性。

附图说明

图1为本发明基于的机电系统的示意图；

图2为本发明的降挡策略的算法流程图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围的限定。

本发明提供一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，其应用于本发明提供的一种HEV/EV的机电系统，该机电系统的结构如图1所示，包括：

动力电池、逆变器、驱动电机、自动机械式变速器(AMT)、机械制动系统、电池管理系统(BMS)、驱动电机控制器(MCU)、AMT控制器(TCU)、制动控制器(BCU)和整车控制器(VCU)。

上述动力电池与驱动电机之间通过逆变器连接，动力电池由BMS管理控制，逆变器由MCU控制；动力电池可以为驱动电机提供电力，驱动电机提供整车的动力，在制动过程中，驱动电机提供制动力，从而为动力电池充电。

驱动电机连接AMT，AMT由TCU控制进行选换挡动作，通过AMT的换挡可以调节驱动电机的工作点。

机械制动系统为液压机械制动系统，其一方面作为车辆紧急制动的保证，另一方面可以在驱动电机无法提供足够大的制动力的时候补偿制动，机械制动系统由BCU控制。

VCU作为整车控制的核心，运行上层策略，给BMS、TCU、MCU和BCU发送指令。

上述BMS、MCU、TCU、BCU和VCU各个控制器之间基于局域网(CAN)通过CAN协议互相通讯。

由于HEV在制动时可以通过离合器分离将发动机与传动系统的链接切断，所以制动过程中HEV与EV的机电系统，以及机电系统中各个控制器之间的通讯是一致的。所以上述机电系统同时适用于HEV与EV。

基于上述机电系统，本发明的一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，其可以集成在VCU中执行，也可以存储在数据库中并供VCU调用，其实施流程如图2所示，包括如下步骤：

步骤S201，VCU获取当前车辆的信息。

VCU获取到的车辆信息包括：从BCU获取到的当前车辆的车速(用v_k表示)和制动踏板开度(用β_k表示)，从TCU获取到的当前车辆的挡位(用i_k表示)，从BMS获取到的当前车辆的电池荷电状态(用SoC_k表示)和以及其它基本参数。获取到的这些参数用于后续步骤的计算和判断。

步骤S202，判断车速为零或者制动踏板开度为零是否成立，即判断v_k＝0或β_k＝0(其中的v_k表示当前车辆的车速，β_k表示制动踏板开度)；若成立，则执行步骤S213；否则进行步骤S203。

步骤S203，判断电池荷电状态是否大于或等于电池荷电上限阈值，即SoC_k≥SoC_th(其中的SoC_k表示电池荷电状态，其中的SoC_th表示电池荷电上限阈值)；如果是，则执行步骤S204；否则进行步骤S205。

在步骤S203中，当确定电池荷电状态大于或等于电池荷电上限阈值时，则说明电池的荷电状态达到预设的上限值，再对电池充电会影响电池的寿命，此时不应进行再生制动(即驱动电机不参与制动)，只需进行机械制动(即制动力完全由机械制动系统提供)，于是执行下面的步骤S204。

步骤S204，采用单参数动力性降挡策略以提高整车的再加速能力，具体的单参数动力性降挡策略是：如果当前车速小于j挡的速度阈值，即(其中的v_k表示当前车辆的车速，表示j挡的速度阈值)，则VCU给TCU发送指令，让AMT换挡至j挡，即i_k+1＝j，然后返回步骤S201；如果当前车速不小于j挡的速度阈值，即则直接返回步骤S201。

步骤S205，通过设定的驾驶员制动意图识别算法，由制动踏板开度得到当前驾驶员的期望制动强度即(其中的表示当前驾驶员的期望制动强度，β_k表示制动踏板开度)。

本步骤中的驾驶员制动意图识别算法可以使用最简单的线性转化算法，该线性转化算法的表达公式如下：

步骤S206，判断当前驾驶员的期望制动强度是否小于制动强度阈值，或者当前挡位是否为1挡，即判断或i_k＝1是否成立，若成立，则返回步骤S201；否则，进行步骤S207。

在步骤S206中，当前制动强度大于或等于制动强度阈值时，则说明当前制动强度较大，此时首先要考虑制动的安全性，所以暂时不进行降挡操作；或者当前挡位为1挡时，也无法进行降挡。

步骤S207，计算在j挡下驱动电机能提供的最大制动力表达公式如下：

$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\ω}}_{EM}^j=\frac{v_k}{i_g^j\·i_0\·R_w}\\ T_{bmax}^{EMj}=T_{EM\max }\left({\mathrm{\ω}}_{EM}^j\right)\·i_g^j\·i_0\end{array}\right.$

式中，表示j挡下驱动电机的转速，v_k为当前车辆的车速；表示j挡AMT的传动比，i₀表示主减速器的传动比，R_w表示车轮半径，T_EMmax(·)表示驱动电机在某转速下能发出的最大转矩。

步骤S208，根据j挡下驱动电机能提供的最大制动力以及驾驶员需求的制动力中的较小值，确定j挡下驱动电机要提供的制动力。

步骤S208具体利用如下公式得到j挡下驱动电机输出的转矩

$T_{EM}^j=\frac{1}{i_g^j\·i_0}min\{T_{bmax}^{EMj},m_{veh}{\mathrm{gz}}_k^{*}{R}_w\}$

式中，表示j挡AMT的传动比，i₀表示主减速器的传动比，表示j挡下驱动电机能提供的最大制动力；m_veh表示整车质量，g表示重力加速度，表示当前驾驶员的期望制动强度，R_w表示车轮半径。

步骤S209，根据j挡下驱动电机输出的转矩和转速，计算当前挡位下电池荷电状态的增加速率(即SoC变化率)。

步骤S209中，首先根据j挡下驱动电机输出的转矩和转速，通过查表获得驱动电机的效率η_EM；然后计算驱动电机再生制动的功率进而利用如下公式计算当前挡位下电池荷电状态的增加速率：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{bat}^j=T_{EM}^j\·{\mathrm{\ω}}_{EM}^j\·{\mathrm{\η}}_{EM}\\ \frac{dSoC}{dt}{|}_k^j=-\frac{V_{bat}-\sqrt{V_{bat}^2-4R_{bat}{P}_{bat}^j}}{2R_{bat}{Q}_{bat}}\end{array}\right.$

式中，表示驱动电机再生制动的功率，表示j挡下驱动电机输出的转矩，η_EM表示驱动电机的效率η_EM，V_bat表示电池的电压，R_bat表示电池的充电内阻，Q_bat表示电池电荷总量。

经过上述步骤后仅仅算出了当前挡位下电池荷电状态的增加速率，之后枚举所有比当前挡位低的挡位，循环进行步骤S207、S208、S209，可以获得所有比当前挡位低的挡位对应的SoC变化率。也就是执行步骤S210，判断比当前挡位j低的所有挡位是否遍历完毕，若没有，则置j＝j-1，接着遍历比当前挡位j低一级的挡位，依次进行步骤S207、S208、S209，直至获得所有比当前挡位低的挡位对应的SoC变化率。

步骤S211，从当前挡位的SoC变化率及比其低的挡位对应的SoC变化率中选择最大的SoC变化率，将其与当前挡位的SoC变化率作比较，即判断是否成立；若成立，则直接返回步骤S201；若不成立，则进行步骤S211。

步骤S212，VCU给TCU发指令，让AMT将挡位换到SoC变化率最大值所对应的挡位，即

$i_{k+1}=\arg \underset{j<i_k}{max}\left\{\frac{dSoC}{dt}{|}_k^j\right\}$

然后返回步骤S201。

步骤S213，结束制动过程，降挡策略运行结束。

上述实施例是本发明的最佳实施例，当然本发明并不局限于此，其还可以通过其它实施例来实现，例如：上述实施例中的步骤S204，还可以有下面步骤替代：利用机械制动系统提供制动力，但不进行降挡处理。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但实施例并不限定本发明。在不脱离本发明之精神和范围内，所做的任何等效变化或润饰，同样属于本发明之保护范围。因此本发明的保护范围应当以本申请的权利要求所界定的内容为标准。

Claims (5)

1.一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，其特征在于，所述降挡策略包括：

步骤S201，VCU获取到当前车辆的信息，包括当前车辆的车速、制动踏板开度、挡位、电池荷电状态；

步骤S202，判断车速为零或者制动踏板开度为零是否成立，若不成立，则继续执行步骤S203；若成立，则执行步骤S213，结束制动过程。

步骤S203，确定电池荷电状态小于电池荷电上限阈值；

步骤S205，根据制动踏板开度得到当前驾驶员的期望制动强度；

步骤S206，判断当前驾驶员的期望制动强度小于制动强度阈值或者当前挡位为1挡是否成立；若成立，则返回步骤S201；否则，进行步骤S207；

步骤S207，根据当前挡位下驱动电机的转速、当前挡位AMT的传动比、当前车辆的车速、主减速器的传动比、车轮半径、驱动电机在某转速下能发出的最大转矩，计算在当前挡位下驱动电机能提供的最大制动力；

步骤S208，根据当前挡位下驱动电机能提供的最大制动力以及驾驶员需求的制动力中的较小值，确定当前挡位下驱动电机要输出的转矩；

步骤S209，根据当前挡位下驱动电机输出的转矩和转速，计算当前挡位下电池荷电状态的增加速率；

步骤S210，将所有比当前挡位低的挡位循环进行步骤S207、S208、S209，获得所有比当前挡位低的挡位对应的电池荷电状态的增加速率；

步骤S211，从当前挡位及比其低的挡位对应的电池荷电状态的增加速率中选择最大的，将其与当前挡位的电池荷电状态的增加速率作比较；若前者小，则进行步骤S212；否则直接返回步骤S201；

步骤S212，将挡位换到电池荷电状态的增加速率最大值所对应的挡位，然后返回步骤S201。

2.根据权利要求1所述的一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，其特征在于，

所述步骤S203还包括：确定电池荷电状态大于或等于电池荷电上限阈值；

所述降挡策略还包括：

步骤S204，判断当前车速是否小于当前挡位的速度阈值，若是，则整车控制器VCU指示控制制动器TCU控制AMT换挡至当前挡位，然后返回步骤S201；若否，则直接返回步骤S201。

3.根据权利要求1或2所述的一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，其特征在于，所述步骤S208具体利用如下公式计算得到当前挡位下驱动电机输出的转矩：

$T_{EM}^j=\frac{1}{i_g^j\&CenterDot;i_0}min\{T_{bmax}^{EMj},m_{veh}{\mathrm{gz}}_k^{*}{R}_w\}$

式中，表示j挡下驱动电机输出的转矩，表示j挡AMT的传动比，i₀表示主减速器的传动比，表示j挡下驱动电机能提供的最大制动力；m_veh表示整车质量，g表示重力加速度，表示当前驾驶员的期望制动强度，R_w表示车轮半径。

4.根据权利要求3所述的一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，其特征在于，所述步骤S209具体包括：

根据j挡下驱动电机输出的转矩和转速，通过查表获得驱动电机的效率η_EM；

利用如下公式，根据该效率η_EM计算驱动电机再生制动的功率计算当前挡位下电池荷电状态的增加速率：

$\left\{\begin{array}{c}{P}_{bat}^j=T_{EM}^j\&CenterDot;{\mathrm{\&omega;}}_{EM}^j\&CenterDot;{\mathrm{\&eta;}}_{EM}\\ \frac{dSoC}{dt}{|}_k^j=-\frac{V_{bat}-\sqrt{V_{bat}^2-4R_{bat}{P}_{bat}^j}}{2R_{bat}{Q}_{bat}}\end{array}\right.$

式中，表示驱动电机再生制动的功率，表示j挡下驱动电机输出的转矩，表示j挡下驱动电机的转速，η_EM表示驱动电机的效率η_EM，V_bat表示电池的电压，R_bat表示电池的充电内阻，Q_bat表示电池电荷总量。

5.一种HEV/EV的机电系统，其特征在于，所述的机电系统包括：

动力电池、逆变器、驱动电机、自动机械式变速器AMT、机械制动系统、电池管理系统BMS、驱动电机控制器MCU、AMT控制器TCU、制动控制器BCU和整车控制器VCU；

所述动力电池与驱动电机之间通过逆变器连接，动力电池由BMS管理控制，逆变器由MCU控制；动力电池可以为驱动电机提供电力，驱动电机提供整车的动力，在制动过程中，驱动电机提供制动力为动力电池充电；

驱动电机连接AMT，AMT由TCU控制进行选换挡动作，通过AMT的换挡调节驱动电机的工作点；

机械制动系统由BCU控制；

VCU作为整车控制的核心，按照所述权利要求1至4中任意一项权利要求中所述的一种HEV/EV再生制动过程中的降挡策略，给BMS、TCU、MCU和BCU发送指令执行降挡操作；

上述BMS、MCU、TCU、BCU和VCU各个控制器之间基于局域网CAN通过CAN协议互相通讯。