CN106274894B - 控制混合动力车辆的运行模式的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制混合动力车辆的运行模式的方法和装置。所述方法包括：当以电动车辆(EV)模式驱动混合动力车辆时监测电池的功率消耗；计算用于起动发动机的阈值；以及利用电池的功率消耗和用于起动发动机的阈值，确定是否改变混合动力车辆的运行模式。

Description

控制混合动力车辆的运行模式的装置和方法
技术领域
本发明涉及控制混合动力车辆的运行模式的装置和方法，且更具体地，涉及一种基于实际功率消耗控制混合动力车辆的运行模式的装置和方法。
背景技术
混合动力车辆是一类使用两种或更多种不同类型的动力源的车辆，并且通常由通过燃烧燃料获得驱动扭矩的发动机和使用电池电力获得驱动扭矩的电动机进行驱动。混合动力车辆在由两种动力源，即发动机和电动机驱动时，基于发动机和电动机如何操作，可提供最佳输出扭矩。
混合动力车辆的运行模式包括使用来自电动机的动力的电动车辆(EV)模式，和使用来自发动机的扭矩作为主动力并使用来自电动机的扭矩作为辅助动力的混合电动车辆(HEV)模式。混合动力车辆能够基于各种条件将EV模式转换为HEV模式。特别地，混合动力车辆利用是机械功率的驱动需求功率将EV模式转换为HEV模式。然而，由电池供给的机械功率难以计算，并且根据电动机效率和负荷量可产生误差。另外，当通过驱动需求功率改变运行模式时，发生暂时的驱动扭矩输出不足，导致驱动性能潜在地劣化。
在本部分中公开的上述信息仅是为了增强对本发明的背景的理解，因此其可包含不构成本国内本领域的普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供一种具有基于实际功率消耗控制混合动力车辆的运行模式的优点的控制混合动力车辆的运行模式的装置和方法。
本发明的示例性实施例提供一种控制混合动力车辆的运行模式的方法，可包括以下步骤：当以电动车辆(EV)模式驱动混合动力车辆时监测电池的功率消耗；计算用于起动发动机的阈值；以及利用电池的功率消耗和用于起动发动机的阈值，确定是否改变混合动力车辆的运行模式。
监测电池的功率消耗的步骤可包括当以EV模式运行时测量电池电流和电池电压的步骤，以及通过将电池电流与电池电压相乘计算电池的功率消耗的步骤。计算用于起动发动机的阈值的步骤可包括通过从电池的最大放电功率中减去预定余量值计算用于起动发动机的阈值的步骤。特别地，预定余量值可利用起动发动机并输出发动机动力所需的时间以及功率消耗的增长率来设定。确定是否改变运行模式的步骤可包括：当电池的功率消耗超过用于起动发动机的阈值时，确定将EV模式转换为混合动力车辆(HEV)模式，以及当电池的功率消耗不超过用于起动发动机的阈值(例如小于阈值)时，确定维持EV模式。
本发明的示例性实施例提供一种控制混合动力车辆的运行模式的装置，可包括：测量单元，其配置成当以电动车辆(EV)模式驱动混合动力车辆时测量控制变量；计算单元，其配置成利用控制变量计算电池的功率消耗或计算用于起动发动机的阈值；以及控制器，其配置成确定是否将EV模式转换为混合动力车辆(HEV)模式并控制所确定的运行模式的驱动。
计算单元可包括电池功率消耗计算单元，其配置成通过将控制变量的电池电流与电池电压相乘计算电池的功率消耗。另外，计算单元还可包括发动机起动阈值计算单元，其配置成通过从电池的最大放电功率中减去预定余量值计算用于起动发动机的阈值，其中预定余量值利用起动发动机所需的时间和功率消耗的上升率来设定。
控制器可配置成当电池的功率消耗超过用于起动发动机的阈值时，将EV模式转换为HEV模式。控制器还可配置成当电池的功率消耗小于用于起动发动机的阈值时，维持EV模式。
根据本发明，通过在驱动混合动力车辆的过程中计算实际功率消耗并将运行模式从EV模式切换为HEV模式，可基于起动发动机所需的时间防止驱动扭矩的输出不足，并防止驱动性能的劣化。
附图说明
通过以下结合附图进行的详细说明，将更加清楚地理解本发明的上述和其它目的、特征和优点，其中：
图1是根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的装置的图；
图2是简略示出根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的过程的流程图；
图3是示出根据现有技术因电动机效率误差而输出不足的曲线图；
图4是示出通过根据本发明的示例性实施例切换混合动力车辆的运行模式解决图3的输出不足的曲线图；并且
图5是示出根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的方法适用的混合动力系统的图。
附图标记说明
10：发动机
12：电动机
14：变速器
16：逆变器
18：电池
110：测量单元
120：计算单元
130：控制单元
具体实施方式
在以下详细说明中，仅以例证的方式示出并说明本发明的示例性实施例。如本领域技术人员将会认识到的，所说明的示例性实施例可以各种不同方式进行修改，而均不脱离本发明的思想或范围。在整个说明书中由同样的附图标记表示的部件是相同的组件。
应当理解的是，本文所使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其它类似术语包括一般的机动车辆，诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车的乘用车辆、包括各种艇和船的水运工具、航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合电动车辆、氢动力车辆和其它替代燃料(例如，从石油以外的资源取得的燃料)车辆。如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如同时具有汽油动力和电动力的车辆。
虽然示例性实施例被描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应当理解的是，示例性过程也可由一个或多个模块执行。另外，应当理解的是，术语控制器/控制单元是指包括存储器和处理器的硬件设备。存储器被配置成存储模块，并且处理器被具体配置成执行所述模块，以执行以下进一步说明的一个或多个过程。
此外，本发明的控制逻辑可被实施为包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存盘、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，以便例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网(CAN)，以分布方式存储和执行计算机可读介质。
本文所使用的专有名词仅是为了说明特定实施例的目的，而非意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”意在也包括复数形式，除非上下文另外清楚表明。还将理解的是，当在本说明书中使用时，词语“包括”和/或“包含”规定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用的，词语“和/或”包括一个或多个相关列出项的任何和所有组合。
现在将参照图1至图5说明控制混合动力车辆的运行模式的装置和方法。图1是根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的装置的图。特别地，为了便于说明，示意性地示出根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的装置的配置，但是控制混合动力车辆的运行模式的装置并不限于此。
参照图1，根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的装置100可包括测量单元110、计算单元120和控制器130(例如控制单元)。控制器130可配置成操作测量单元110、计算单元120及其组件。
特别地，混合动力车辆可配置成使用发动机和电动机作为动力源，并且将发动机的动力或电动机的动力传输至车辆车轮，或者将发动机的动力和电动机的动力传输至车辆车轮。此外，混合动力车辆的运行模式可包括使用来自电动机的动力的EV模式，和使用来自发动机的扭矩作为主动力并使用来自电动机的扭矩作为辅助动力的HEV模式。
测量单元110可配置成在混合动力车辆的驱动过程中测量控制变量，并将控制变量提供给计算单元120或控制器130。测量单元可由一个或多个传感器构成。控制变量可包括电池电压、电池电流、电池的最大放电功率和起动发动机所需的时间等。电池的最大放电功率可包括电池的放电限制值，并且起动发动机所需的时间可包括在起动发动机之后直到输出动力为止所需的时间。
另外，根据本发明的示例性实施例，测量单元110可包括诸如电池电压测量单元112和电池电流测量单元114的子组件。电池电压测量单元112可配置成测量EV模式下的电池的电压值，并且电池电流测量单元114可配置成测量EV模式下的电池的电流值。
此外，计算单元120可配置成使用控制变量计算电池的功率消耗或计算用于起动发动机的阈值。电池的功率消耗可包括在EV模式下由电池实际消耗或使用的功率值。根据本发明的示例性实施例，计算单元120可包括诸如电池功率消耗计算单元122和发动机起动阈值计算单元124的子组件。
特别地，电池功率消耗计算单元122可配置成通过将控制变量的电池电流与电池电压相乘来计算电池的功率消耗。发动机起动阈值计算单元124可配置成通过从电池的最大放电功率中减去预定余量值来计算用于起动发动机的阈值。预定余量值可使用起动发动机所需的时间和功率消耗的上升率(例如增长率)来设定。功率消耗的上升率可包括基于时间增加或减少的功率消耗的微分值。
控制器130可配置成使用电池的功率消耗和用于起动发动机的阈值确定是否切换运行模式，并可配置成通过所确定的运行模式驱动电动机和发动机。因此，控制器130可以用由预定程序操作的至少一个处理器来实现，并且前述预定程序可被编程为执行根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的方法的各步骤。此外，根据本发明的示例性实施例，控制器130可包括运行模式确定单元132。
运行模式确定单元132可配置成使用电池的功率消耗和用于起动发动机的阈值确定是否切换混合动力车辆的运行模式。另外，运行模式确定单元132可配置成当电池的功率消耗超过(例如大于)用于起动发动机的阈值时，确定将EV模式转换为HEV模式，并且运行模式确定单元132可配置成当电池的功率消耗不超过(例如小于)用于起动发动机的阈值时，确定维持EV模式。
图2是简略示出根据本发明的示例性实施例可由控制器130执行的控制混合动力车辆的运行模式的过程的流程图。该流程图将用与图1的配置相同的附图标记进行说明。
参照图2，在步骤S102，根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的装置可配置成在混合动力车辆的驱动过程中测量控制变量。特别地，控制变量可包括电池电压、电池电流、电池的最大放电功率和起动发动机所需的时间等。控制混合动力车辆的运行模式的装置还可配置成测量EV模式下的电池电压和电池电流。
然后，在步骤S104，该装置可配置成计算在以EV模式驱动的过程中实际消耗的电池的功率消耗。电池的功率消耗可通过将电池电压与电池电流相乘来计算。另外，在步骤S106，该装置可配置成计算用于起动发动机的阈值。特别地，用于起动发动机的阈值可通过从电池的最大放电功率中减去预定余量值来计算。预定余量值可使用起动发动机并输出发动机动力所需的时间以及功率消耗的上升率来设定。
此外，在步骤S108，该装置可配置成使用电池的功率消耗和用于起动发动机的阈值确定是否改变混合动力车辆的运行模式。然后，在步骤S110，该装置可配置成当电池的功率消耗超过用于起动发动机的阈值时确定将EV模式转换为HEV模式，并且请求起动发动机。在步骤S112，该装置可配置成当电池的功率消耗不超过用于起动发动机的阈值时维持EV模式。
图3是示出根据现有技术因电动机效率误差而输出不足的曲线图。如图3中所示，在现有技术中，当驱动需求功率Pd超过用于起动发动机的阈值Thr1时，运行模式从EV模式改变为HEV模式，并且起动发动机。特别地，驱动需求功率Pd是机械功率，并且包括使用与车辆的运行状态相关的信息信号计算的驾驶者需求功率。
然而，由电池供给的机械功率难以计算，并且根据电动机效率和负荷量可产生误差。在机械功率的预期值Pe与机械功率的实际值Pr之间也可产生功率差。因此，如图3中所示，当通过驱动需求功率改变运行模式时，发生暂时的驱动扭矩输出不足，使得驱动性能可劣化。
图4是示出通过根据本发明的示例性实施例切换混合动力车辆的运行模式解决图3的输出不足的曲线图。参照图4，根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的装置可配置成使用从电池实际消耗的功率消耗Pc确定运行模式。
电池的功率消耗Pc可通过将电池电流与电池电压相乘来计算，并且用于起动发动机的阈值Thr可通过从最大放电功率Pm中减去预定余量值M来计算。预定余量值M可使用起动发动机所需的时间Tb-Ta以及功率消耗Pc的上升率来设定。因此，根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的方法能够通过基于电池的功率消耗Pc、起动发动机所需的时间Tb-Ta以及功率消耗Pc的上升率来改变运行模式而防止驱动扭矩的输出不足。
图5是示出根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的方法适用的混合动力系统的图。如图5中所示，根据本发明的示例性实施例的混合动力系统可包括发动机10、电动机12、变速器14、逆变器16和电池18。
在现有技术中，基于电动机12和逆变器16的效率确定发动机10的起动，以防止驱动需求功率Pd超过电池18的最大放电功率Pm。电动机12和逆变器16的效率基于操作条件而变化，因此可增加误差，使得驱动性能可劣化。
然而，根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的方法在以EV模式驱动的过程中监测电池的功率消耗Pc，并且操作发动机10使得功率消耗Pc不超过电池18的最大放电功率Pm。因此，不同于现有技术，在根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的方法中，可在相同位置比较功率消耗Pc和最大放电功率Pm，结果可使误差最小化，并可更稳定地控制系统。
如上所述，根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的装置可配置成在混合动力车辆的驱动过程中计算实际的功率消耗，并将运行模式从EV模式切换为HEV模式。因此，能够基于起动发动机所需的时间防止驱动扭矩的输出不足，并防止驱动性能的劣化。
根据本发明的示例性实施例的控制混合动力车辆的运行模式的装置能够通过利用实际电池功率而不是驱动需求功率改变运行模式，使基于电动机效率和负荷量的误差最小化。
以上说明的本发明的示例性实施例不仅通过装置和方法来实施，而且还通过实现与本发明的示例性实施例的配置对应的功能的程序或记录该程序的记录介质来实施。虽然已结合目前被认为是示例性的实施例说明了本发明，但是应当理解，本发明并不限于所公开的示例性实施例，而是相反，旨在涵盖包括在所附权利要求的思想和范围内的各种改型和等效布置。

Claims (5)

1.一种控制混合动力车辆的运行模式的方法，包括以下步骤：
当以电动车辆EV模式驱动所述混合动力车辆时，由控制器监测电池的功率消耗；
由所述控制器计算用于起动发动机的阈值；以及
由所述控制器利用所述电池的功率消耗和所述用于起动发动机的阈值，确定是否改变所述混合动力车辆的运行模式，
其中所述监测电池的功率消耗的步骤包括以下步骤：
当以所述电动车辆EV模式运行时，由所述控制器测量电池电流和电池电压；以及
由所述控制器通过将所述电池电流与所述电池电压相乘计算所述电池的功率消耗，
其中所述计算用于起动发动机的阈值的步骤包括以下步骤：
由所述控制器通过从电池的最大放电功率中减去预定余量值计算所述用于起动发动机的阈值，并且
其中所述预定余量值利用起动发动机并输出发动机的动力所需的时间以及电池的功率消耗的上升率来设定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述确定是否改变运行模式的步骤包括以下步骤：
当所述电池的功率消耗超过所述用于起动发动机的阈值时，由所述控制器确定将所述电动车辆EV模式转换为混合动力车辆HEV模式；以及
当所述电池的功率消耗小于所述用于起动发动机的阈值时，由所述控制器确定维持所述电动车辆EV模式。
3.一种控制混合动力车辆的运行模式的装置，包括：
测量单元，其配置成当以电动车辆EV模式驱动所述混合动力车辆时测量控制变量；
计算单元，其配置成利用所述控制变量计算电池的功率消耗或计算用于起动发动机的阈值；以及
控制器，其配置成确定是否将所述电动车辆EV模式转换为混合动力车辆HEV模式并执行所确定的运行模式的驱动，
其中所述计算单元包括：
电池功率消耗计算单元，其配置成通过将所述控制变量的电池电流与电池电压相乘计算所述电池的功率消耗，以及
发动机起动阈值计算单元，其配置成通过从电池的最大放电功率中减去预定余量值计算所述用于起动发动机的阈值，并且
其中所述预定余量值利用起动发动机所需的时间以及电池的功率消耗的上升率来设定。
4.根据权利要求3所述的装置，其中所述控制器配置成当所述电池的功率消耗超过所述用于起动发动机的阈值时，将所述电动车辆EV模式转换为所述混合动力车辆HEV模式。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述控制器还配置成当所述电池的功率消耗小于所述用于起动发动机的阈值时，维持所述电动车辆EV模式。
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