CN108482131A - 一种48v bsg弱混合动力能量回收控制系统策略 - Google Patents

一种48v bsg弱混合动力能量回收控制系统策略 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，本发明通过采集制动踏板角度传感器、加速踏板角度传感器、空档位置传感器、离合器等信号后，集中统一输入给整车控制器（HCU），整车控制器经过力矩需求计算分析后，向执行机构（电机控制器MCU）发送能量回收指令，达到能量回收功能的实现，可实现轻度、中度与深度能量回收功能，控制策略精细化层度高，制动系统（ESP）系统不需重新开发及标定，达到弱混合动力车型在节油率与成本的利益最大化。

Description

一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略
技术领域
本发明属于混合动力汽车技术领域，特别涉及一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略。
背景技术
随着新能源混合动力汽车应用日益广泛，能量回收系统的研究是其核心技术之一。能量回收系统是指汽车减速或制动时将其中的一部份动能转化为电能，并加以存贮后再利用到驱动汽车行驶中。
在M50S车型48V BSG（Belt-driven Starter/Generator 皮带传动起动/发电一体化电机）混合动力技术预研的项目上因系统增加制动能量回收功能，需要匹配适合的制动能量回收装置，目前国内主机厂常用基于ESP系统制动能量回馈装置技术进行能量回收功能的实现，但这一技术一直被外资企业（BOSCH、DENSO等外资企业）所垄断，且开发成本高，开发周期长。现有技术中，该系统通过采集制动系统的液体或气体的压力变化信号后，输入给制动系统控制器（ESP控制器）进行力矩对比分析后，判断是否采用轻度还是深度能量回收功能后，给整车控制器（HCU）输出力矩请求，整车控制器将需求力矩与整车系统进行逻辑判断后，最后向执行机构（电机控制器MCU）发送能量回收指令，达到能量回收功能的实现；
该策略存在以下缺点：
（1) 系统复杂，数据采集及计算过程繁多；
（2) ESP需新开发进行标定匹配，开发费用成本增加，后通过制动控制系统控制器（ESP）计算分析后再输出给整车控制器(HCU)，最终指令发送到电机控制器(MCU)；
（3) 零部件多、集成化低、开发周期长；
（4）此制动能量回收系统技术一直被外资企业（BOSCH、DENSO等）所垄断。
发明内容
为解决现有技术的缺点和不足，本发明提供了一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，包括以下步骤：
（1）制动踏板角度传感器（显示制动踏板角度行程θ’）、加速踏板角度传感器（显示加速踏板角度行程θ）、离合器、空档传感器以及车速传感器匹配设计，并同时对所述车速传感器设定阈值；
（2）整车控制器接收电机控制器的各项数据汇总存储；
（3）整车控制器接收离合器、空档传感器、车速传感器、加速踏板角度传感器、制动踏板角度传感器以及48V电池的信号与步骤（2）设定阈值进行判定分析；
（4）根据上述步骤（3）的判定结果，由整车控制器(HCU)再进行力矩需求分析后，输出能量回收转矩需求，并向电机控制器（MCU）发送能量回收指令。
进一步地，所述（3）步骤的力矩需求分析采用模糊算法。
进一步地，所述模糊算法：制动能量转矩需求ψ作为输出变量隶属函数，所述模糊算法数学表达式：ψ=fuzzy(θ, SOC)；
（a）输入变量：制动踏板/加速踏板角度行程位移量θ’/θ=max(θi,i=1,2,3…，n)；分别有小（S）、中（M）、大（B）三个模糊集；
48V锂电池SOC变化量：SOC=max(SOCi,i=1,2,3…，n)；分别有低（L）、中（M’）、高（H）三个模糊集；
（b）根据车辆实际行驶状况：车速设定阈值区间为（Vmin，Vmax），离合器与档位位置满足条件要求；
（c）根据步骤（a）输入变量或满足步骤（b）车辆实际行驶状况判断与或关系并输出制动能量转矩需求ψ的语言集有：轻度回收、中度回收、深度回收三个模糊集。
进一步地，所述（c）步骤中当输入变量并输出制动能量转矩需求分为轻度能量回收、中度能量回收、深度能量回收以及不进行能量回收；
a.当加速踏板角度行程θ∈（S）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行中度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（B）与48V 电池SOC∈（H）时，则不进行能量回收；当θ∈（M）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行轻度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（B）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行轻度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（S）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行轻度能量回收；
b.当制动踏板角度行程θ’ ∈（B）与48V 电池SOC∈（H）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（S）与48V 电池∈（L）时，则进行中度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（M）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（B）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（S）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行中度能量回收。
进一步地，所述（c）步骤中当满足车辆实际行驶状况：
（i）当车速＜Vmin，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿低，则进行轻度能量回收；
（ii）当Vmin≤车速≤Vmax，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿中，则进行中度能量回收；
（iii）车速＞Vmax，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿高，则进行深度能量回收。
进一步地，所述加速踏板角度传感器技术特性：工作电压：DC5V；工作电流：小于20mA；输出信号：模拟电压。
进一步地，所述制动踏板角度传感器技术特性：工作电压：4.5V-5.5V； 工作电流：15 mA；输出：模拟电压（0.5-4.5V）；运动角度：360°。
进一步地，所述空档传感器技术特性：额定电压：DC12V；额定负荷电流：20mA；电压降：小于0.2V；绝缘电阻1MΩ。
本发明的有益效果是：
（1）本发明集成了基于制动踏板传感器的深度能量回收与基于加速踏板角度传感器的轻度能量回收于一体的能量回收系统，并优化增加了中度能量回收控制策略，提高了能量回收效率；
（2）本发明的相关零部件资源与技术成熟，且控制系统自主开发，突破外企技术壁垒；
（3）本发明绕开ESP制动系统控制环节，系统程序简化，成本低，节省了ESP的开发费及开发周期；
（4） 能量回收率及驾驶舒适性不低于其它技术水平，并可实现能量再利用整车降油耗10%。达到国内领先、国际先进水平。
附图说明
图1为本发明控制原理图；
图2为三个模糊集的输入与输出隶属函数关系图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明，应该理解的是，这些实施例仅用于例证的目的，绝不限制本发明的保护范围。
实施例
一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，包括以下步骤：
（1）制动踏板角度传感器（显示制动踏板角度行程θ’）、加速踏板角度传感器（显示加速踏板角度行程θ）、离合器、空档传感器以及车速传感器匹配设计，并同时对所述车速传感器设定阈值；
（2）整车控制器接收电机控制器的各项数据汇总存储；
（3）整车控制器接收离合器、空档传感器、车速传感器、加速踏板角度传感器、制动踏板角度传感器以及48V电池的信号与步骤（2）设定阈值进行判定分析；
（4）根据上述步骤（3）的判定结果，由整车控制器(HCU)再进行力矩需求分析后，输出能量回收转矩需求，并向电机控制器（MCU）发送能量回收指令。
进一步地，所述（3）步骤的力矩需求分析采用模糊算法并优化增加了中度能量回收控制策略，提高了能量回收效率。
进一步地，所述模糊算法：制动能量转矩需求ψ作为输出变量隶属函数，所述模糊算法数学表达式：ψ=fuzzy(θ, SOC)；
（a）输入变量：制动踏板/加速踏板角度行程位移量θ’/θ=max(θi,i=1,2,3…，n)；分别有小（S）、中（M）、大（B）三个模糊集（其中i值越小，表示制动踏板/加速踏板角度行程越小，即：需求的扭矩越小，能量回收也越小）；
48V锂电池SOC变化量：SOC=max(SOCi,i=1,2,3…，n)；分别有低（L）、中（M’）、高（H）三个模糊集（其中i值越小，表示电池SOC电量越小，即：需求的扭矩越大，能量回收也越大）；
（b）根据车辆实际行驶状况：车速设定阈值区间为（Vmin，Vmax），离合器与档位位置满足条件要求，本实施例车速设定阈值区间为（20，60），单位为Km/h；
（c）根据步骤（a）输入变量或满足步骤（b）车辆实际行驶状况判断与或关系并输出制动能量转矩需求ψ的语言集有：轻度回收、中度回收、深度回收三个模糊集。
进一步地，所述（c）步骤中当输入变量并输出制动能量转矩需求分为轻度能量回收、中度能量回收、深度能量回收以及不进行能量回收；
a.当加速踏板角度行程θ∈（S）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行中度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（B）与48V 电池SOC∈（H）时，则不进行能量回收；当θ∈（M）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行轻度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（B）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行轻度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（S）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行轻度能量回收；
b.当制动踏板角度行程θ’ ∈（B）与48V 电池SOC∈（H）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（S）与48V 电池∈（L）时，则进行中度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（M）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（B）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（S）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行中度能量回收。能量回收程度控制规则见表1：
能量回收程度控制规则（表1）
进一步地，所述（c）步骤中当满足车辆实际行驶状况：
（i）当车速＜20 Km/h，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿低，则进行轻度能量回收；
（ii）当20 Km/h≤车速≤60 Km/h，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿中，则进行中度能量回收；
（iii）车速＞60 Km/h，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿高，则进行深度能量回收。
本实施例整车参数：
基于以上制动能量回收控制策略与数据库借助MATLAB/simulink ADVISOR/AVLCRUISE仿真软件建立完整的车辆模型进行制动能量回收结果研究。
本发明已在昌河汽车M50S车型上预研成功，并且能量再利用降油耗达10%。
本实施例所采用的加速踏板角度传感器技术特性：工作电压：DC5V；工作电流：小于20 mA；输出信号：模拟电压。
本实施例所采用的制动踏板角度传感器技术特性：工作电压：4.5V-5.5V； 工作电流：15 mA；输出：模拟电压（0.5-4.5V）；运动角度：360°。
本实施例所采用的空档传感器技术特性：额定电压：DC12V；额定负荷电流：20mA；电压降：小于0.2V；绝缘电阻1MΩ。
上述实施例仅描述现有设备最优使用方式，而运用类似的常用机械手段代替本实施例中的元素，均落入保护范围。

Claims (8)

1. 一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，其特征在于：包括以下步骤：
（1）制动踏板角度传感器（显示制动踏板角度行程θ’）、加速踏板角度传感器（显示加速踏板角度行程θ）、离合器、空档传感器以及车速传感器匹配设计，并同时对所述车速传感器设定阈值；
（2）整车控制器接收电机控制器的各项数据汇总存储；
（3）整车控制器接收离合器、空档传感器、车速传感器、加速踏板角度传感器、制动踏板角度传感器以及48V电池的信号与步骤（2）设定阈值进行判定分析；
（4）根据上述步骤（3）的判定结果，由整车控制器(HCU)再进行力矩需求分析后，输出能量回收转矩需求，并向电机控制器（MCU）发送能量回收指令。
2. 根据权利要求1所述的一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，其特征在于：所述（3）步骤的力矩需求分析采用模糊算法。
3. 根据权利要求2所述的一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，其特征在于：所述模糊算法：制动能量转矩需求ψ作为输出变量隶属函数，所述模糊算法数学表达式：ψ=fuzzy(θ, SOC)；
（a）输入变量：制动踏板/加速踏板角度行程位移量θ’/θ=max(θi,i=1,2,3…，n)；分别有小（S）、中（M）、大（B）三个模糊集；
48V锂电池SOC变化量：SOC=max(SOCi,i=1,2,3…，n)；分别有低（L）、中（M’）、高（H）三个模糊集；
（b）根据车辆实际行驶状况：车速设定阈值区间为（Vmin，Vmax），离合器与档位位置满足条件要求；
（c）根据步骤（a）输入变量或满足步骤（b）车辆实际行驶状况判断与或关系并输出制动能量转矩需求ψ的语言集有：轻度回收、中度回收、深度回收三个模糊集。
4. 根据权利要求3所述的一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，其特征在于：所述（c）步骤中当输入变量并输出制动能量转矩需求分为轻度能量回收、中度能量回收、深度能量回收以及不进行能量回收；
a.当加速踏板角度行程θ∈（S）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行中度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（B）与48V 电池SOC∈（H）时，则不进行能量回收；当θ∈（M）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行轻度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（B）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行轻度能量回收；当加速踏板角度行程θ∈（S）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行轻度能量回收；
b.当制动踏板角度行程θ’ ∈（B）与48V 电池SOC∈（H）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（S）与48V 电池∈（L）时，则进行中度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（M）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（B）与48V 电池SOC∈（L）时，则进行深度能量回收；当制动踏板角度行程θ’ ∈（S）与48V 电池SOC∈（M’）时，则进行中度能量回收。
5. 根据权利要求3所述的一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，其特征在于：所述（c）步骤中当满足车辆实际行驶状况：
（i）当车速＜Vmin，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿低，则进行轻度能量回收；
（ii）当Vmin≤车速≤Vmax，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿中，则进行中度能量回收；
（iii）车速＞Vmax，离合器踩下并完全分离，空档传感器显示处于空档位置三个条件都满足，说明驾驶意图：停车意愿高，则进行深度能量回收。
6. 根据权利要求1所述的一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，其特征在于：所述加速踏板角度传感器技术特性：工作电压：DC5V；工作电流：小于20 mA；输出信号：模拟电压。
7. 根据权利要求1所述的一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，其特征在于：所述制动踏板角度传感器技术特性：工作电压：4.5V-5.5V； 工作电流：15 mA；输出：模拟电压（0.5-4.5V）；运动角度：360°。
8. 根据权利要求1所述的一种48V BSG弱混合动力能量回收控制系统策略，其特征在于：所述空档传感器技术特性：额定电压：DC12V；额定负荷电流：20mA；电压降：小于0.2V；绝缘电阻1MΩ。
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