CN109278740A - 混合动力汽车的控制方法、装置、系统及汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车的控制方法、装置、系统及汽车，所述方法包括如下步骤：根据目标车速在外特性曲线中确定对应的发动机输出功率，其中所述发动机输出功率大于整车需求功率，所述整车需求功率为所述汽车以所述目标车速行驶时所需的驱动功率；通过调节动力电机的占空比脉宽，控制动力电机的负载功率等于所述发动机输出功率与所述整车需求功率的功率差值。本发明提出的混合动力汽车的控制方法，可降低燃油损失，提高能源利用率。

Description

混合动力汽车的控制方法、装置、系统及汽车
技术领域
本发明涉及汽车控制技术领域，特别涉及一种混合动力汽车的控制方法、装置、系统及汽车。
背景技术
近年来，随着能源与环境要求的日益提高，如何提高传统内燃机汽车的燃油利用率，实现高能效利用率以及低排放的整车设计匹配技术，已经越来越得到人们的重视。
传统汽车行驶匹配过程中，虽然发动机本身可以实现较高的燃油利用率，有一条最经济的燃油曲线，但是这条燃油经济性曲线的转速和扭矩是一一对应的，而实际车辆工况往往在同一个车速下需要不同的扭矩输出，为了适应整车的使用需求，在匹配过程中往往需要设计一定的功率余量，以应对行车过程中来自于路面的阻力、风力、坡度等干扰因素。
然而，这使得发动机始终无法在最佳燃油曲线附近运行，设计上不得不为发动机所需的更多的功率输出，而在燃油利用率以及经济性上做出牺牲。
发明内容
基于此，本发明的目的是为了解决现有技术中，发动机始终无法在最佳燃油曲线附近运行，设计上不得不为发动机所需的更多的功率输出，而在燃油利用率以及经济性上做出牺牲的问题。
本发明提出一种混合动力汽车的控制方法，所述汽车包括发动机以及利用所述发动机的输出功率进行发电和实现整车纯电行驶的的动力电机，其中，在所述汽车的发动机的节气门始终处于全开状态下，所述方法包括如下步骤：
根据目标车速在外特性曲线中确定对应的发动机输出功率，其中所述发动机输出功率大于整车需求功率，所述整车需求功率为所述汽车以所述目标车速行驶时所需的驱动功率；
通过调节动力电机的占空比脉宽，控制动力电机的负载功率等于所述发动机输出功率与所述整车需求功率的功率差值。
本发明提出的混合动力汽车的控制方法，在汽车的实际行驶过程中，首先根据汽车行驶过程中的车速、风阻、摩擦力以及汽车本身的自重计算得到汽车保持平稳行驶所需的功率，通过合适的速比设计，保证发动机在任意工作转速下节气门全开时的输出功率都与该转速对应的整车需求功率保持一个合理的差值。在本发明中，需要调整动力电机发电输出功率的幅度和脉宽长度，以保证整车需求功率时刻变化时，发动机输出功率与整车需求功率和电动机发电功率之和相等。发动机一直在节气门全开状态下进行工作时，发动机的热效率最高，因此发动机对燃油实现了最大程度上的利用，实现了燃油的节约。本发明提出的混合动力汽车的控制方法，可降低燃油损失，提高能源利用率。
另外，本发明提出的混合动力汽车的控制方法，还可以具有如下附加的技术特征：
所述混合动力汽车的控制方法，其中，所述方法还包括：
当所述目标车速小于第一预设车速时，仅控制动力电池为所述动力电机供电以驱动所述汽车。
所述混合动力汽车的控制方法，其中，所述方法还包括：
当所述目标车速大于所述第一预设车速小于第二预设车速，且检测到所述汽车为加速工况时，控制所述发动机的节气门全开，并减小所述动力电机的发电输出功率和/或通过所述动力电机输出动力为整车进行加速；
当所述目标车速大于所述第一预设车速小于第二预设车速，且检测到所述汽车为减速工况时，控制所述发动机断油，并提高所述动力电机的输出功率；
当所述目标车速大于所述第一预设车速小于第二预设车速，且检测到所述汽车为匀速工况时，通过调节动力电机的占空比脉宽，控制所述动力电机的输出功率与所述功率差值相等。
所述混合动力汽车的控制方法，其中，所述方法还包括：
当判断到所述目标车速大于所述第二预设车速，则控制所述发动机的节气门开度为全开，并控制所述动力电池驱动所述动力电机以为所述汽车提供脉冲式动力辅助。
所述混合动力汽车的控制方法，其中，所述第一预设车速为50km/h，所述第二预设车速为130km/h，所述发动机与驱动器之间的速比为2.5:1～5:1，所述发动机与所述动力电机之间的速比为1:1.3～1:3。
所述混合动力汽车的控制方法，其中，所述方法还包括：
当检测到所述汽车的车速为所述第一预设车速，且由纯电驱动状态切换至混动状态时，启动发动机并控制所述发动机的节气门开度为10％以内，通过调速电机将发动机转速调整到与整车车速匹配状态再结合离合器，实现混动模式切换；
当检测到所述汽车的车速小于所述第一预设车速，且检测到空调处于开启状态时，控制所述发动机的节气门开度为10％以内，控制发动机为整车空调系统供应能量，通过调速电机发电进行回收多余能量。
本发明还提出一种混合动力汽车的控制装置，其中，所述控制装置包括：
功率分析模块，用于根据目标车速在外特性曲线中确定对应的发动机输出功率，其中所述发动机输出功率大于整车需求功率，所述整车需求功率为所述汽车以所述目标车速行驶时所需的驱动功率；
功率控制模块，用于通过调节动力电机的占空比脉宽，控制动力电机的负载功率等于所述发动机输出功率与所述整车需求功率的功率差值。
本发明还提出一种混合动力汽车的控制系统，其中，所述控制系统应用如上所述的混合动力汽车的控制方法，所述系统包括电机减速器从动齿轮、电机减速器主动齿轮、动力电机、第一工轴、第二工轴、主减速主动齿轮、离合器、第三工轴、电力系统控制器、动力电池、调速电机、发动机、空调压缩机、右驱动轴、差速器、主减速器从动齿轮以及左驱动轴，所述动力电机与所述电力系统控制器之间通过动力电机电缆连接，所述调速电机与所述电力系统控制器之间通过调速电机电缆连接。
所述混合动力汽车的控制系统，其中，所述动力电机通过所述第一工轴与所述电机减速器主动齿轮相连，所述电机减速器从动齿轮与所述主减速器主动齿轮套设在所述第二工轴上，所述第三工轴通过花键与所述发动机相连，所述调速电机与所述空调压缩机通过前端轮系集成在所述发动机上，所述右驱动轴与所述左驱动轴分别套设在所述差速器的左右输出端，所述差速器集成在所述主减速器从动齿轮中。
本发明还提出一种汽车，其中，所述汽车应用如上所述的混合动力汽车的控制方法进行控制。
本公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本公开的上述技术即可得知。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明第一实施例提出的混合动力汽车的控制方法的流程图；
图2为本发明第二实施例提出的混合动力汽车的控制装置的结构示意图；
图3为本发明第三实施例提出的混合动力汽车的控制系统的结构示意图。
主要符号说明：
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
现有技术中，发动机始终无法在最佳燃油曲线附近运行，设计上不得不为发动机所需的更多的功率输出，而在燃油利用率以及经济性上做出牺牲。
为了解决这一技术问题，本发明提出一种混合动力汽车的控制方法，可以理解的，该汽车包括发动机以及利用发动机的输出功率进行发电的动力电机，在本实施例中，汽车的发动机的节气门处于全开状态，请参阅图1，对于本发明第一实施例提出的混合动力汽车的控制方法，具体包括如下步骤：
S101，根据目标车速在外特性曲线中确定对应的发动机输出功率，其中所述发动机输出功率大于整车需求功率，所述整车需求功率为所述汽车以所述目标车速行驶时所需的驱动功率。
在汽车的行驶过程中，对应有一风阻值以及汽车轮胎和地面之间的摩擦力。在本步骤中，上述的整车需求功率时通过预先设计得到的，考虑了风阻值、汽车自重力下摩擦力值以及一定坡度阻力下可能的整车需求功率值的范围。
对汽车发动机而言，根据汽车的行驶速度(也即上述的目标速度)以及汽车本身的速比，可确定对应的发动机转速值。在确定了发动机转速值之后，可在外特性曲线中确定该发动机对应的发动机输出功率。在此需要指出的是，在本实施例中，该发动机输出功率要大于上述的整车需求功率。也即发动机在供应汽车行驶的同时，还有多余的一部分功率。
S102，通过调节动力电机的占空比脉宽，控制动力电机的负载功率等于所述发动机输出功率与所述整车需求功率的功率差值。
如上所述，由于上述的发动机输出功率大于整车需求功率，在本步骤中，将上述的发动机输出功率与整车需求功率进行作差，得到一差额功率。本发明的汽车在行驶过程中遵循以下的能量关系：
发动机功率＝整车需求功率+电机发电功率
对上述的差额功率而言，用于供应动力电机进行发电作业，从而实现能量功率的供需平衡。并且在汽车行驶过程中，发动机的节气门开度保持全开，发动机的输出功率都得到了应用，减少了能源的浪费。
下面以一个具体的实例对本发明进行更加详细地叙述。以车重为1.5T，风阻系数0.393，轮胎半径0.317m的汽车为例进行举例说明。本实施例中的汽车，发动机与驱动器之间的速比为3:1～5:1，发动机与动力电机之间的速比为1:2。
根据获取的目标车速、风阻值、汽车自重力以及摩擦力值计算得到的整车需求功率如下表所示：
发动机转速 整车车速 整车需求功率
1200n/min 40km/h 3.3kw
3000n/min 100km/h 20kw
4000n/min 132km/h 40kw
在进行设计时，可选用额定功率为50KW的发动机，匹配25KW以上的电动机。汽车的行驶工况区间与车速直接相关，具体的：(1)当车速低于第一预设车速50km/h时，离合器断开，整车采用纯电驱动的方式行驶；(2)当车速处于第一预设车速50km/h至第二预设车速130km/h之间时，离合器闭合，发动机启动，并以最大节气门开度进行工作，由于此时发动机输出扭矩大于整车的需求扭矩，可控制电机在第四象限运行进行发电；(3)当车速大于第二预设车速130km/h时，则控制发动机的节气门开度为全开，并控制动力电池驱动动力电机以为汽车提供动力辅助。
下面针对几种常见的工况进行说明：
(1)起步及低速(车速小于50KM/h)工况下：离合器断开，发动机不工作，整车此时通过纯电进行行驶，能量流向为动力电池提供电能给电力系统控制器，并转化为动能，然后通过电机减速器和主速主动齿轮等机构将动力传输给车轮，进而驱动整车行驶；
(2)低速(车速小于50km/h)且空调处于开启状态(AC ON)工况：(a)制冷工况：此时离合器断开，整车通过电机进行纯电行驶，空调压缩机通过发动机在某一经济转速下直接对整车进行制冷，此时调速电机在小范围内通过发动机提供的动能发电；(b)制热工况：调速电机通过发动机提供动能发电，驱动空调制热装置，并结合发动机小循环提供的热能共同为整车供暖；
(3)低速向中高速切换工况：当整车车速高于50km/h或需求扭矩增大时，控制发动机在较小节气门开度(节气门开度为10％)状态下启动，并通过调速电机逐渐降低发电载荷甚至对发动机进行驱动，使发动机转速与主减速主动齿轮同步并结合离合器，并逐渐将调速电机发电功率降为零，当离合器结合稳定后逐渐加大发动机的输出功率，同时通过驱动电机动力输出，快速达到驾驶员的目标车速，最终实现发动机的单擎输出，动力电机仅作调速辅助的动力输出模式；
(4)中高速工况：当整车在50km/h～130km/h区间进行行驶时，离合器结合，具体的，分以下三种情况进行说明。
(a)匀速工况：发动机以最大进气量运行，发动机的驱动功率和扭矩始终略大于整车需求功率和扭矩，此时的能量流动包含两条路线，一条是通过主减直接对整车进行驱动，一条是通过电机发电进行能量回收，并且调整电机的发电工况，可以对整车车速进行实时调节；
(b)加速工况：加速工况时，不对发动机的可燃混合气进行任何控制，即不需要对油气进行加浓产生难以处理的尾气，而是通过电机输出功率使系统进行加速；
(c)减速工况：减速时对发动机进行断油，依据不同的减速需求通过电机对驱动系统进行制动能量回收，同时控制发动机转速低于1500转/分时断开发动机。
(5)高速工况：当整车车速大于130km/h时，汽车的需求扭矩大于发动机在该车速的最大输出功率时，保持离合器结合，并通过动力电机进行动力辅助。
本发明提出的混合动力汽车的控制方法，在汽车的实际行驶过程中，首先根据汽车行驶过程中的车速、风阻、摩擦力以及汽车本身的自重计算得到汽车保持平稳行驶所需的功率，与此同时也根据车速以及速比计算得到发动机的发动机转速值，进而确定发动机输出功率，在本发明中，需要保证动力电机输出功率与上述整车需求功率的和，等于发送机输出功率，实现功率的实时供需平衡，发动机所提供的过多的功率全部用于动力电机进行负载发电，而发动机则一直在节气门全开状态下进行工作，因此发动机对燃油实现了最大程度上的利用，实现了燃油的节约。本发明提出的混合动力汽车的控制方法，可降低燃油损失，提高能源利用率。
请参阅图2，对于本发明第二实施例提出的混合动力汽车的控制装置，所述控制装置包括依次连接的功率分析模块100以及功率控制模块200；
功率分析模块100，具体用于：
根据目标车速在外特性曲线中确定对应的发动机输出功率，其中所述发动机输出功率大于整车需求功率，所述整车需求功率为所述汽车以所述目标车速行驶时所需的驱动功率；
功率控制模块200具体用于：
通过调节动力电机的占空比脉宽，控制动力电机的负载功率等于所述发动机输出功率与所述整车需求功率的功率差值。
请参阅图3，对于本发明第三实施例提出的混合动力汽车的控制系统，所述控制系统应用如上所述的混合动力汽车的控制方法，所述系统包括电机减速器从动齿轮11、电机减速器主动齿轮12、动力电机13、动力电机电缆14、第一工轴15、第二工轴16、主减速主动齿轮17、离合器18、第三工轴19、电力系统控制器20、动力电池电缆21、动力电池22、调速电机电缆23、调速电机24、发动机25、空调压缩机26、右车轮27、右驱动轴28、差速器29、主减速器从动齿轮30、左驱动轴31以及左车轮32。
所述动力电机13与所述电力系统控制器20之间通过动力电机电缆14连接，所述调速电机24与所述电力系统控制器20之间通过调速电机电缆23连接。
所述动力电机13通过所述第一工轴15与所述电机减速器主动齿轮12相连，所述电机减速器从动齿轮12与所述主减速器主动齿轮30套设在所述第二工轴16上，所述第三工轴19通过花键与所述发动机25相连，所述调速电机24与所述空调压缩机26通过前端轮系集成在所述发动机25上，所述右驱动轴28与所述左驱动轴31分别套设在所述差速器29的左右输出端，所述差速器29集成在所述主减速器从动齿轮30中。
本发明还提出一种汽车，其中，所述汽车应用如上所述的混合动力汽车的控制方法进行控制。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车的控制方法，所述汽车包括发动机以及利用所述发动机的输出功率进行发电和实现整车纯电行驶的动力电机，其特征在于，混动模式下所述汽车的发动机的节气门始终处于全开状态下，所述方法包括如下步骤：
根据目标车速在外特性曲线中确定对应的发动机输出功率，其中所述发动机输出功率大于整车需求功率，所述整车需求功率为所述汽车以所述目标车速行驶时所需的驱动功率；
通过调节动力电机的占空比脉宽，控制动力电机的负载功率等于所述发动机输出功率与所述整车需求功率的功率差值。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述目标车速小于第一预设车速时，仅控制动力电池为所述动力电机供电以驱动所述汽车。
3.根据权利要求2所述的混合动力汽车的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述目标车速大于所述第一预设车速小于第二预设车速，且检测到所述汽车为加速工况时，控制所述发动机的节气门全开，并减小所述动力电机的发电输出功率和/或通过所述动力电机输出动力为整车进行加速；
当所述目标车速大于所述第一预设车速小于第二预设车速，且检测到所述汽车为减速工况时，控制所述发动机断油，并提高所述动力电机的输出功率；
当所述目标车速大于所述第一预设车速小于第二预设车速，且检测到所述汽车为匀速工况时，通过调节动力电机的占空比脉宽，控制所述动力电机的输出功率与所述功率差值相等。
4.根据权利要求3所述的混合动力汽车的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当判断到所述目标车速大于所述第二预设车速，则控制所述发动机的节气门开度为全开，并控制所述动力电池驱动所述动力电机以为所述汽车提供脉冲式动力辅助。
5.根据权利要求4所述的混合动力汽车的控制方法，其特征在于，所述第一预设车速为50km/h，所述第二预设车速为130km/h，所述发动机与驱动器之间的速比为2.5:1～5:1，所述发动机与所述动力电机之间的速比为1:1.3～1:3。
6.根据权利要求1所述的混合动力汽车的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：
当检测到所述汽车的车速为所述第一预设车速，且由纯电驱动状态切换至混动状态时，启动发动机并控制所述发动机的节气门开度为10％以内，通过调速电机将发动机转速调整到与整车车速匹配状态再结合离合器，实现混动模式切换；
当检测到所述汽车的车速小于所述第一预设车速，且检测到空调处于开启状态时，控制所述发动机的节气门开度为10％以内，控制发动机为整车空调系统供应能量，通过调速电机发电进行回收多余能量。
7.一种混合动力汽车的控制装置，其特征在于，所述控制装置包括：
功率分析模块，用于根据目标车速在外特性曲线中确定对应的发动机输出功率，其中所述发动机输出功率大于整车需求功率，所述整车需求功率为所述汽车以所述目标车速行驶时所需的驱动功率；
功率控制模块，用于通过调节动力电机的占空比脉宽，控制动力电机的负载功率等于所述发动机输出功率与所述整车需求功率的功率差值。
8.一种混合动力汽车的控制系统，其特征在于，所述控制系统应用如上述权利要求1至6任意一项所述的混合动力汽车的控制方法，所述系统包括电机减速器从动齿轮、电机减速器主动齿轮、动力电机、第一工轴、第二工轴、主减速主动齿轮、离合器、第三工轴、电力系统控制器、动力电池、调速电机、发动机、空调压缩机、右驱动轴、差速器、主减速器从动齿轮以及左驱动轴，所述动力电机与所述电力系统控制器之间通过动力电机电缆连接，所述调速电机与所述电力系统控制器之间通过调速电机电缆连接。
9.根据权利要求8所述的混合动力汽车的控制系统，其特征在于，所述动力电机通过所述第一工轴与所述电机减速器主动齿轮相连，所述电机减速器从动齿轮与所述主减速器主动齿轮套设在所述第二工轴上，所述第三工轴通过花键与所述发动机相连，所述调速电机与所述空调压缩机通过前端轮系集成在所述发动机上，所述右驱动轴与所述左驱动轴分别套设在所述差速器的左右输出端，所述差速器集成在所述主减速器从动齿轮中。
10.一种汽车，其特征在于，所述汽车应用如上述权利要求1至6任意一项所述的混合动力汽车的控制方法进行控制。
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