CN108137038B - 用于控制混合动力机动车辆的电扭矩的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制机动车辆的混合动力传动系的装置，该机动车辆包括热力发动机以及由电池供电的电动马达，该电池还对车载供给系统进行供电，该电动马达能够在再生阶段中作为发电机运行，在该再生阶段过程中，该车辆的动能的一部分被转换为可回收的电功率，该装置的特征在于，该装置包括用于估算由该车载供给系统消耗的电功率(PDCDC_Filtered)的估算模块(1.1)、用于根据行驶类型(TC，U，HW，FW)来估算可回收的电功率(PDCDCMax_Absorb)的估算模块(1.3)、用于将由该车载供电系统消耗的电功率与该可回收的电功率进行比较的比较模块(1.4)、以及限制模块(1.6)，当由该车载供电系统消耗的电功率大于该可回收的电功率时，该限制模块阻止对这些车轮供应电扭矩。

Description

用于控制混合动力机动车辆的电扭矩的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制机动车辆的混合动力传动系的方法和装置，该机动车辆包括热力发动机以及由电池供电的至少一个电动马达，该方法和该装置用于根据在由该电动马达传输至车轮的电扭矩与由该热力发动机传输至车轮的热力扭矩之间的分配将扭矩需求传输至这些车轮。
背景技术
用于控制混合动力传动系的系统被设计成用于根据行驶条件来管理各种不同马达的运行和同步，以便限制燃料消耗并使污染颗粒的排放最小化。这被称为对热能流和电能流的管理，以便尤其指代为了优化在热能流与电能流之间的功率分配而在控制系统中实施的控制策略。针对选择最佳操作点而实施的原则在于，通过对电动原点的能量加权当量系数来使耗热量与耗电量的总和最小化。
此系数将电能加权为热能，换句话说，其给出了对存储在电池中的一定量的电能进行再充电所需的燃料的量、或相反地给出了能够使用来自电池的一定量的能量所节省的燃料的量。换句话讲，该当量系数表示在电池中储存的电能的成本。为了使能量管理策略在行程上最优化，需要使这个当量系数对于给定的行驶条件而言是唯一且恒定的。这取决于若干参数，比如，持续时间、行程中的英里数、所遇到的海拔轮廓、行驶模式、环境条件(城市、郊区、高速公路等)等。
专利文件FR 2 988 674教导了一种用于控制机动车辆中的混合动力传动系的系统和方法，其根据电池的瞬间能量状态、能量目标以及车辆的行驶条件来提供能量当量系数的优化控制。考虑到驾驶员所要求的扭矩以及由此确定的当量系数，用于管理能量的这个法则因此针对每个比率来提供有待从电动马达要求的电扭矩以便满足用于使功耗最小化的标准。
然而，这个能量优化方法不能考虑能够影响热能流和电能流的管理(比如，尤其是车辆的车载供给系统的耗电)的干扰，该车载供给系统的耗电与被连接至车辆的驱动电池的DC-DC转换器的功耗相关联、尤其与车辆的行驶类型相关联。
这个方面被证明是在轻度混合动力车辆的背景下甚至更关键，这些轻度混合动力车辆允许在用于对电池进行再充电的减速过程中少量回收动能(再生阶段)以及在加速过程中由电动马达辅助热力发动机的功能(“助推”阶段)，因为这种类型的车辆中的高压电池典型地是具有相对低的能量容量(几百W.h的量级)的电池，因此该电池放电很快。
然而，在不考虑车载供给系统的功耗的情况下，用于管理能量的法则可能导致助推阶段的供应，其中由电池供电的电动马达辅助热力发动机以便对车轮供应功率，而车载供给系统在同一时间段期间消耗许多功率，从而使得电池将更快地放电。另一方面，可以使用在减速过程中回收的动能以便提供助推，但可以发现的是，之后需要进行再生，因为车载供给系统使用了太多能量。例如，如果用于管理车辆的能量的法则因为不知道正在进行使用车载供给系统的高功耗的行驶类型而进入助推阶段并且如果在此之后进入再生阶段，则行驶辅助将被错误地激活。事实上，首先当以助推模式花费能量时，然后当以减速模式对其进行回收时，没有考虑在这两次起作用的传动系统的效率。
因此，已经观察到，对于车载供给系统的消耗的高要求而言，电池相应地放电更快。
发明内容
相应地存在对控制方法的要求，该控制方法允许考虑车载供给系统的功耗对混合动力车辆上的能量的管理进行优化，该能量的管理与行驶类型相关联。
这个目的是借助于一种用于控制机动车辆的混合动力传动系的方法来实现的，该机动车辆包括热力发动机以及由电池供电的至少一个电动马达，该方法用于根据由该电动马达传输的电扭矩与由该热力发动机传输的热力扭矩之间的分配将扭矩需求传输至该车辆的车轮，所述电池此外借助于转换器来对该车辆的车载供给系统进行供电，该电动马达能够在再生阶段过程中作为发电机运行，在该再生阶段过程中，行驶阶段中的该车辆的动能的一部分被回收并且被转换为可回收的电功率以便对该电池进行再充电，所述方法的特征在于，其包括用于执行以下操作的步骤：
-估算由该车辆的该车载供给系统消耗的电功率，
-根据该车辆的行驶类型来估算可回收的电功率，
-在由该车载供给系统消耗的电功率与该可回收的电功率之间进行比较，以及
-根据该比较对传输至这些车轮的电扭矩进行控制，其方式为当由该车载供给系统消耗的电功率大于该可回收的电功率时要求该电扭矩为零。
以此方式，每当车载供给系统的功耗大于可回收的功率时，任何助推阶段(换句话讲，用于通过电动马达辅助热力发动机加速的阶段)被阻止。因此，借助于这种安排，在减速过程中回收的动能被单独预留用于车载供给系统的消耗。
优选地，用于估算由该车辆的该车载供给系统消耗的电功率的步骤包括用于确定由该转换器在预定的持续时间的时间窗口上平均消耗的功率的步骤。
优选地，用于根据该车辆的行驶类型来估算该可回收的电功率的步骤包括用于至少根据该车辆的速度和该扭矩需求来对行驶进行分析的步骤，以便至少从拥堵交通行驶、城市环境行驶、公路行驶以及高速公路行驶中识别行驶类型。
有利地，该可回收的电功率是基于根据所识别的行驶类型指配可回收的电功率的值的对应表来确定的。
优选地，用于控制传输至这些车轮的电扭矩的步骤此外是根据该电池的电量状态来执行的。
有利地，该方法包括用于将该电池的电量状态与预定电量状态阈值进行比较的步骤，每当该电池的电量状态大于该预定电量状态阈值时，传输至这些车轮的电扭矩是非零的。
上述控制方法可以通过数字处理器件(比如，微处理器、微控制器或其他器件)来实施。
此外，提供了一种用于控制机动车辆的混合动力传动系的装置，该机动车辆包括热力发动机以及由电池供电的至少一个电动马达，该装置用于根据由该电动马达传输的电扭矩与由该热力发动机传输的热力扭矩之间的分配将扭矩需求传输至该车辆的车轮，所述电池此外借助于转换器来对该车辆的车载供给系统进行供电，该电动马达能够在再生阶段中作为发电机运行，在该再生阶段过程中，行驶阶段中的该车辆的动能的一部分被回收并且被转换为可回收的电功率以便对该电池进行再充电，所述装置的特征在于，该装置包括用于估算由该车辆的该车载供给系统消耗的电功率的模块、用于根据该车辆的行驶类型来估算可回收的电功率的模块、用于在由该车载供给系统消耗的该电功率与该可回收的电功率之间进行比较的模块、以及限制模块，该限制模块被设计成当由该车载供给系统消耗的电功率大于该可回收的电功率时禁止对这些车轮的电扭矩的供应。
这个装置可以例如包括或者被整合到一个或多个处理器中。
此外，提供了一种机动车辆，该机动车辆包括如上文所描述的控制装置。
附图说明
在阅读了通过非限制性实例给出并参照图1的对本发明的一个具体实施例的下文所呈现的说明后，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，图1展示了符合本发明的方法的用于对电动马达的电扭矩要求的控制策略的功能架构。
具体实施方式
该方法(本发明的主题)旨在允许尤其在对来自车载供给系统的功耗的高要求的情况下通过持续地细查由连接至电池并且对车载供给系统供电的DC-DC转换器消耗的电功率、并且通过考虑车辆的行驶类型来对由能量管理法则决定的助推阶段进行调节来持续地补偿车载供给系统的功耗，以便估算回收潜力(换句话讲，用于使用在减速过程中在行驶阶段中回收的车辆的动能对电池进行再充电的潜力)。事实上，使用在行驶阶段中回收的车辆的动能的一部分对电池进行再充电的容量取决于减速阶段的频率和幅值，这取决于行驶类型。
具体地讲，根据本发明，在所回收的动能小于由车载供给系统经由DC-DC转换器消耗的能量的情况下，控制策略被设计成用于为车载供给系统的消耗单独预留所回收的动能。
以此目的，本发明使用一种技术，该技术一方面持续地补偿车载供给系统的功耗，并且另一方面通过在时间窗口上细查由DC-DC转换器消耗的功率并且通过评估车辆是否处于拥堵的交通行驶情况、城市环境行驶情况或其他公路或高速公路行驶情况来限制助推阶段，其目的是判定车辆的减速阶段将很可能足够频繁并且具有足够的幅值以便回收动能并且因此对减速模式下的能量回收的容量进行估算以便对电池进行再充电。
由用于对车辆的能量流的管理进行优化的本发明的方法所实施的功能因此依赖于考虑回收潜力，其方式为当一方面考虑到车载供给系统的耗电并且另一方面考虑到回收潜力时移除任何驱动辅助电扭矩，更有益的是仅为车辆的车载供给系统预留回收的电能。
如以上所说明的，车辆的回收潜力取决于行驶类型。因此，与用于使用在行驶阶段中捕获的车辆的动能来对电池进行再充电的容量相对应的这个回收潜力在拥堵的交通条件下是最小的，并且通过根据以下类型的行驶类型增加：城市环境、公路行驶、高速公路行驶。
下文表1是对应表，该对应表允许通过由此识别的行驶类型来确定用于在一个行驶周期上回收的能量的潜力以及因此可回收的功率潜力P_DCDCMax_Absorb，该可回收的动力势是回收的能量潜力的功能。
Figure GDA0002779481630000051
下文表2给出了一个数值实例，该数值实例展示了本发明的方法的应用，该应用根据通过行驶类型在一个行驶周期上回收的能量的潜力以及由车载供给系统消耗的能量导致根据行驶类型(分别为交通拥堵、城市、公路、高速公路)的助推阶段的授权或其他方面，根据该实例，DC-DC转换器具有700W的输出功率。
Figure GDA0002779481630000061
相应地，根据本发明的方法，当由车辆的车载供给系统消耗的功率与在减速/制动阶段中可回收的功率之间的比较指示由车载供给系统消耗的功率大于可回收的功率时(即，当车辆经受根据上文所展示的实例的拥堵和城市交通行驶类型时)，传输至车辆的车轮的电扭矩为零。换句话讲，当满足这个条件时，控制策略导致禁止对车辆借助于电动马达的电动驱动辅助(禁止助推)，以便利于用于对车载供给系统进行供电的回收的能量的使用。
图1展示了由本发明的方法实施的控制策略的软件架构。
下文中对此附图中所使用的变量进行详述：
-SOCHT：高压电池的电量状态；
-Cond_SOC：指示电池充电超过驱动电量状态(SOC)的指示器；
-PElecDCDC：DC-DC转换器消耗的功率；
-PDCDC_Filtered：在时间窗口上平均的DC-DC转换器的功率；
-TrqGMPDrv：驾驶员所要求的扭矩；
-行驶类型：给出以下行驶类型的状态：交通拥堵、城市、公路、高速公路；
-PDCDCMax_Absorb：可回收的功率潜力；
-Cond_DCDC：指示由DC-DC转换器消耗的条件功率是否远低于在减速/制动阶段中可回收的功率的指示器；
-N：驱动功率额定值；
-TrqMECrkOpt_EML：由用于能量管理的法则的能量优化提供的电扭矩设定；
-TrqMECrkOpt_CsEnergyFlow：在根据由本发明的方法提供的控制策略的助推管理之后提供的电扭矩设定；
-CDCDC：DCDC扭矩；
-TrqMEDCDC：用于补偿DC-DC转换器的功耗的、有待由电动机器实现的DCDC扭矩；
-TrqMECrkOpt：在根据本发明的助推管理的情况下，功能EML要求的最终曲轴上的电扭矩。
例如，用于估算由车辆的车载供给系统消耗的功率的模块1.1在其输入端处接收由DC-DC转换器消耗的功率PElecDCDC，并且根据示例性实施例，该转换器被设计成用于计算在等于1分钟的时间窗口上消耗的功率的平均值。用于估算功率的模块1.1因此在其输出端处供应在时间窗口上平均的功率PDCDC_Filtered。驱动分析模块1.2在其输入端处接收与车辆的速度相对应的变量SpeedVeh以及与驾驶员所要求的扭矩相对应的TrqGMPDrv，以便从行驶类型交通拥堵(TC)、城市模式(U)、公路(HW)或高速公路(FW)中获得车辆发现其将被识别的行驶类型。关于行驶类型的信息被供应至计算模块1.3，该计算模块被设计成用于基于上文表1中的对应表在由此识别的行驶类型中估算由车辆的可回收的动能产生的可回收的功率潜力PDCDCMax_Absorb。
由车载供给系统在时间窗口上消耗的平均功率PDCDC_Filtered以及可在再生模式下回收的功率PDCDCMax_Absorb被供应至比较模块1.4，该比较模块被设计成用于供应指示器Cond_DCDC，该指示器指示由车辆的车载供给系统消耗的功率与可回收的功率之间的比较结果。根据由本发明实施的控制策略，如果由车载供给系统消耗的平均功率PDCDC_Filtered小于可回收的功率PDCDCMax_Absorb，则助推然后被授权(指示器Cond_DCDC被设置为二进制值1)。换句话讲，在此情况下，电动马达被授权成用于将电扭矩供给车轮以便辅助由热力发动机供应至车轮的扭矩。在相反的情况下，如果由车载供给系统消耗的功率大于可回收的功率，则助推被禁止(指示器Cond_DCDC被设置为二进制值0)。换句话讲，传输至车轮的电扭矩在此情况下为零。
应指出的是，当电池的电量状态SOCHT高于电量阈值的第一预定状态LowSOCDriveThreshold(例如，固定在电池的满电量的80％处)时，也提供对助推的授权。事实上，如果电池完全或几乎完全充满电，则其能量也可以被使用。电池的排空被授权成允许继续回收空闲的能量。因此，用于将电池的电量状态与预定电量状态阈值进行比较的模块1.5被实施，该模块提供指示这个比较的结果的指示器Cond_SOC。如果电池的电量状态高于阈值，则指示器Cond_SOC被设置为二进制值1。在相反的情况下，指示器Cond_SOC被设置为二进制值0。由比较模块1.4和1.5提供的这两个指示器(分别为Cond_DCDC和Cond_SOC)被供应至限制模块1.6，该限制模块被设计成用于执行在这两个指示器之间呈逻辑OR的二进制加法，其方式为每当满足这两个条件之一时(即，如果由车载供给系统消耗的功率小于可回收的功率或者如果电池的电量状态高于固定阈值)，对助推进行授权。另一方面，如果这两个条件均不满足，则限制模块1.6禁止助推(传输至车轮的电扭矩为零)。
导致根据所述条件授权或禁止对驱动的电辅助的用于助推限制的这个策略被显而易见地仅应用于来自用于能量管理的法则的正需求，因为负情况对应于再生阶段，并且留下能量管理法则来进行其工作。
在正扭矩需求的情况下，由安装在动力传动系的处理器中的能量管理法则2.1确立的电扭矩设定点TrqMECrkOpt_EML是通过考虑驱动功率额定值N、扭矩需求TrqGMPDrv以及电池的电量状态来确定的，其方式为例如根据以上所提及的专利文件FR 2988674中所描述的优化算法来优化电池能量的使用。
用于之前描述的助推限制的策略允许通过将由DC-DC消耗的功率(当电池充满时除外)添加至由用于能量管理的法则计算的扭矩需求TrqMECrkOpt_EML来补偿车载供给系统的功耗。为此目的，由能量管理法则计算的扭矩需求TrqMECrkOpt_EML首先通过用于过滤模块2.2中的助推限制的策略进行过滤。在助推限制策略TrqMECrkOpt_CsEnergyFlow的应用之后实施的电扭矩设定点则是在这个过滤模块2.2的输出端处获得的。用于补偿DC-DC转换器的功耗的、有待由电动机器生成的扭矩TrqMEDCDC来自供应扭矩TrqMEDCDC的车载映射2.3，该车载映射在计算模块2.4中被添加至在用于助推限制策略TrqMECrkOpt_CsEnergyFlow的应用之后生成的电扭矩设定点，其方式为在输出端处将助推限制策略的应用提供给用于能量管理法则功能要求的最终曲轴TrqMECrkOpt的电扭矩。如上文指出的，当电池充满时，由车载供给系统消耗的功率的补偿不起作用。相应地，将电池的电量状态SOCHT与电量阈值的第二预定状态LowThresholdSOCDCDC进行比较，以便只有在电池的电量状态低于这个第二预定阈值LowThresholdSOCDCDC时才实施补偿。
总之，本发明考虑车载供给系统的功耗以及行驶类型以便估算用于补偿车载供给系统的这个功耗的可回收的空闲能量并且决定何时能量管理法则必须对用于车载供给系统的能量进行分配并且何时其必须分配能量以便提供驱动(助推)。

Claims (8)

1.一种用于控制机动车辆的混合动力传动系的方法，该机动车辆包括热力发动机以及由电池供电的至少一个电动马达，该方法用于根据由在该电动马达传输的电扭矩与由该热力发动机传输的热力扭矩之间的分配将扭矩需求(TrqGMPDrv)传输至该车辆的车轮，所述电池此外借助于转换器来对该车辆的车载供给系统进行供电，该电动马达能够在再生阶段过程中作为发电机运行，在该再生阶段过程中，行驶阶段中的该车辆的动能的一部分被回收并且被转换为可回收的电功率以便对该电池进行再充电，所述方法的特征在于，其包括用于执行以下操作的步骤：
-估算由该车辆的该车载供给系统消耗的电功率(PDCDC_Filtered)，
-根据该车辆的行驶类型来估算可回收的电功率(PDCDCMax_Absorb)，
-在由该车载供给系统消耗的电功率(PDCDC_Filtered)与取决于该车辆的行驶类型的该可回收的电功率(PDCDCMax_Absorb)之间进行比较，以及
-根据该比较对传输至这些车轮的电扭矩进行控制，其方式为当由该车载供给系统消耗的电功率大于取决于该车辆的行驶类型的该可回收的电功率时将该电扭矩设置为零。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，用于估算由该车辆的该车载供给系统消耗的电功率的步骤包括用于确定由该转换器在预定的持续时间的时间窗口上平均消耗的功率的步骤。
3.如权利要求1和2中任一项所述的方法，其特征在于，用于根据该车辆的行驶类型来估算该可回收的电功率(PDCDCMax_Absorb)的步骤包括用于至少根据该车辆的速度和该扭矩需求来对行驶进行分析的步骤，其方式为至少从在交通拥堵中行驶、在城市环境中行驶、公路行驶以及高速公路行驶中识别行驶类型(TC，U，HW，FW)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该可回收的电功率(PDCDCMax_Absorb)是基于根据所识别的行驶类型指配可回收的电功率的值的对应表来确定的。
5.如权利要求1、2和4中任一项所述的方法，其特征在于，用于控制传输至这些车轮的电扭矩的步骤此外是根据该电池的电量状态(SOCHT)来执行的。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法包括用于将该电池的电量状态(SOCHT)与预定电量状态阈值(LowSOCDriveThreshold)进行比较的步骤，每当该电池的电量状态大于该预定电量状态阈值时，传输至这些车轮的电扭矩是非零的。
7.一种用于控制机动车辆的混合动力传动系的装置，该机动车辆包括热力发动机以及由电池供电的至少一个电动马达，该装置用于根据由该电动马达传输的电扭矩与由该热力发动机传输的热力扭矩之间的分配将扭矩需求(TrqGMPDrv)传输至该车辆的车轮，所述电池此外借助于转换器来对该车辆的车载供给系统进行供电，该电动马达能够在再生阶段中作为发电机运行，在该再生阶段过程中，行驶阶段中的该车辆的动能的一部分被回收并且被转换为可回收的电功率以便对该电池进行再充电，所述装置的特征在于，该装置包括用于估算由该车辆的该车载供给系统消耗的电功率(PDCDC_Filtered)的模块(1.1)、用于根据该车辆的行驶类型(TC，U，HW，FW)来估算可回收的电功率(PDCDCMax_Absorb)的模块(1.3)、用于在由该车载供给系统消耗的该电功率(PDCDC_Filtered)与该可回收的电功率(PDCDCMax_Absorb)之间进行比较的模块(1.4)、以及限制模块(1.6)，该限制模块被设计成当由该车载供给系统消耗的电功率大于该可回收的电功率时禁止对这些车轮供应电扭矩。
8.一种机动车辆，该机动车辆包括如权利要求7所述的控制装置。
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