CN109291913B - 一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，整车控制器(以下简称整车ECU)实时监测母线电压u和车速v，同时判断整车所处路况；当整车处于超速状态时(车速v≥触发车速vmax)，针对不同路况下的母线过压或欠压，采取不同的控制策略和措施，保证母线电压u处于可控范围内。本方法能够保证在正常行车的前提下，有效的解决超速状态下母线过/欠的问题。

Description

一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法

技术领域

本发明涉及一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，属于新能源汽车领域。

背景技术

如图1，混合动力汽车是基于发动机6和驱动电机10两个动力平台，低速时由驱动电机10纯电驱动，避免发动机6在低效区工作，高速时由发动机6驱动，或并联驱动，从而较传统车更节能，更容易被大众所接受；驱动系统目前市场上多采用永磁同步电机，由于整车在行驶过程中所面对的实际路况复杂，永磁同步电机由于转子是永磁体，转动时就会有反电势产生，必须要弱磁控制，这就导致母线电压波动较大。因此，完善的电压保护策略是此类车型所不可或缺的。

图1是目前市场所广泛采用的深度混合动力(以下简称深混)车型，采用混联系统，发动机6由常闭离合器连接至ISG电机8，两者保持相同转速，ISG电机8和驱动电机10由可分开式离合器相连，能源系统采用动力电池或超级电容供电，基本的行驶策略是整车启动时，离合器分开，发动机6和ISG电机8停机，只有驱动电机10工作，纯电动行驶，当车速高于某一时速时，ISG电机8启动发动机6将转速控制在与驱动电机10相近的转速，然后离合器闭合，进行混联模式工作。

目前所采用的电压保护策略基本上是设置过压点和欠压点，过压时降额断动力并报警，欠压时预警停车发电，或者增加设置降功率点和缓冲过程，尽量减少由于电压异常波动给动力系统各零部件所带来的冲击，此类方法虽然能够达到警示的作用，但是只是简单的提示和报警，仍需要驾驶员采取具体措施，不能保证在正常行车的前提下来解决过/欠压的问题，且没有根据整车具体的工作状态进行分类处理。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，用以解决现有技术不能在保证正常行车的前提下采取有效措施解决混动汽车超速状态下母线过/欠压的问题。

为实现上述目的，本发明的方案包括：

本发明的一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，包括以下步骤：

1)检测母线电压u和车速v，当整车进入超速状态时，判断整车所处路况；

2)当车辆进入高速驱动路况，且母线电压u大于过压预警点umax时，至少控制发动机停止工作；

3)当车辆进入高速驱动路况，且母线电压u小于欠压预警点umin时，至少控制ISG电机进行发电；

4)当整车进入长时间下坡路况，且母线电压u大于过压预警点umax时，至少关闭发动机和驱动电机，并向驾驶员发出超速警报；

5)当整车进入长时间下坡路况，且当母线电压u小于欠压预警点umin时，至少使驱动电机工作在滑行馈电状态。

进一步的，步骤1)中，通过车速v判断所述整车是否进入超速状态：

进入超速状态的触发车速为vmax；

当车速v大于或等于超速状态的触发车速vmax时，判断整车处于超速状态。

进一步的，所述超速状态的触发车速vmax为驱动电机工作在峰值转速下的车速。

进一步的，根据车速和驾驶员油门信号反馈判断车辆高速驱动路况或者是长期下坡路况：

如果车速v维持在触发车速vmax，且驱动电机工作在驱动指令下，则判断此时车辆路况为高速驱动路况；

如果车速v大于触发车速vmax，且驱动电机工作在发电指令下，则判断此时车辆路况为长时间下坡路况。

进一步的，步骤3)中，所述控制ISG电机发电，ISG电机的输出扭矩值根据整车瞬时用电功率乘以系数除以当前转速进行计算。

进一步的，欠压预警点umin大于欠压故障点，过压预警点umax小于过压故障点。

进一步的，设置电压回差值a和b；所述电压保护步骤实施介入后，当母线电压u大于umin+a或u小于umax-b时，对应的电压保护步骤退出。

本发明的有益效果为：

本发明针对混动汽车工作在超速状态下，基于不同路况，采取不同的稳压措施，进行发电升压或耗电降压，并在极端情况下对驾驶员加以警告，使极端超速状态下的稳压更加快速有效，在尽可能保证正常行车的前提下有效解决母线过/欠压的问题，且保护系统自动运行，一般不需要驾驶员采取具体措施。

同时，本方法通过设置稍大于欠压点的欠压预警点和稍小于过压点的过压预警点，在过/欠压点到来之前介入采取处理措施，不会对车辆和正常驾驶造成影响。

附图说明

图1是混合动力汽车动力系统构型图；

图2是超速状态下的电压保护策略流程图；

图3是带有超速状态的电压保护策略流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

如图1所示的一种混合动力汽车动力系统构型图，包括整车ECU 1、发动机ECU 2、电机控制器3、储能装置管理系统4、储能装置5、发动机6、常闭离合器7、ISG电机8、离合器9、驱动电机10、传动系统11、传动轴12。

现有技术中，没有一种能在保证正常行车的前提下，自动介入调整混动汽车母线电压，解决母线过/欠压问题的方法。本发明提供了一种解决方案，如图2所示，整车ECU 1监测车速v，当车速v超过超速触发车速vmax时，认为车辆进入超速状态，此时驱动电机10接近甚至超过峰值转速，工作于弱磁状态下。在超速状态下，整车ECU 1根据车速v和油门信号反馈判断整车所处路况，路况一般分为高速驱动路况，此时整车行驶在类似高速公路的道路上全力高速行驶，车速维持在vmax左右(即车速在vmax上下一定范围内波动)，驱动电机10对于油门的反馈为弱磁驱动；此时整车ECU 1继续监测母线电压u，当母线电压低于欠压预警值时，整车ECU 1给定扭矩使ISG电机8进行发电；当母线电压高于过压预警值时，整车ECU1断开离合器9、关闭发动机6、并命令ISG电机8倒拖发动机6主轴进行耗电；另一种路况为长下坡路况，此时整车行驶在类似高速公路长时间下坡的道路上，由于坡道和高速路况的关系车速超过vmax，驱动电机10对于油门的反馈为弱磁发电；此时整车ECU 1继续监测母线电压u，当母线电压低于欠压预警值时，整车ECU 1只需使驱动电机10工作在滑行馈电状态提升母线电压即可；当母线电压高于过压预警值时，此时车辆状态较为极端，驱动电机10转速超过峰值转速，反电势较高，而电机控制器3此时已无法满足驱动电机10弱磁需求，如果不关掉电机控制器3的IGBT，母线电压会持续升高，有使储能装置5出现过充的风险，所以此时整车ECU 1一方面关掉IGBT和发动机6、增加ISG电机8的滑行力矩进行限速，另一方面对驾驶员报警，提醒驾驶员控制车速，待车速降回到vmax后，再进行耗电处理。

以上为混动汽车超速状态下的母线电压控制基本思路。在实际运行中，本超速状态母线电压控制方案还需配合非超速状态下的母线电压控制方案，实施方式如图3所示，具体包括如下步骤：

1)整车ECU 1上电后，初始化过/欠压预警参数值umax、umin；其中，umax值的设置要低于母线容许的最高电压，umin值的设置要高于母线容许的最低电压(由于超级电容理论可以放到0V，所以储能装置为超级电容时，该电压可设置为电机控制器的最低电压)。初始化状态触发车速参数值v1、vmax的值；其中，v1是纯电动模式转换为混动模式的切换速度，vmax是整车最高时速(对应电机峰值转速)。初始化电压回差值a、b；其中，a、b符号皆为正。

2)检测母线电压u值，检测实时车速v值；根据车速v判断车辆运行模式，0≤v≤v1时车辆为纯电动驱动，v1＜v＜vmax时车辆为发动机和驱动电机并联混合驱动，v≥vmax时车辆进入超速状态，判断车辆运行状态后再分别对母线电压u值进行判断。

3)当车速v处于区间[0,v1]时，此时离合器9断开，车辆行驶在纯电动驱动模式，对u值判断为umin＜u＜umax，则返回步骤2)且整车正常运行；对u值判断为u≤umin，则整车ECU 1向电机控制器3发送ISG电机恒扭矩发电指令，使ISG电机8恒扭发电，扭矩值根据整车计算的需求功率确定，当u＞umin+a时，结束处理返回步骤2)；对u值判断为u≥umax，则整车ECU 1向发动机ECU2发送断油指令，使发动机停止喷油，同时向电机控制器3发送ISG电机恒扭矩驱动指令，使ISG电机8将发动机6作为负载带动进行强制耗电，当u＜umax-b时，结束处理返回步骤2)。

4)当车速v处于区间(v1,vmax)时，ISG电机8启动发动机6并将转速控制在与驱动电机10相近的转速，然后离合器9闭合，进入混动模式，此时发动机和驱动电机的负荷通过整车控制策略根据发动机和驱动电机的外特性曲线按照最优效率进行分配。对u值判断为umin＜u＜umax，则返回步骤2)且整车正常运行；对u值判断为u≥umax，则整车ECU 1重新计算分配发动机和驱动电机负荷比例，增大驱动电机10的负荷，减小发动机6的负荷，当u＜umax-b时，结束处理返回步骤2)；对u值判断为u≤umin，则减小驱动电机10的负荷，增大发动机6的负荷，并同时向电机控制器3发送ISG电机小扭矩发电指令，使ISG电机8小扭矩发电，该扭矩值根据整车瞬时用电功率乘以系数除以当前转速进行计算，当u＞umin+a时，结束处理返回步骤2)。

5)当车速v处于区间[vmax，+∞)时，驱动电机10的主轴转速等于或超过驱动电机10的峰值转速，车辆行驶在超速状态，整车ECU 1根据车速v和驾驶员油门信号反馈判断整车所处路况。如果车速v维持在vmax左右，且驱动电机10工作在弱磁驱动状态，则判断整车进入高速驱动路况，此时对u值判断为umin＜u＜umax，则返回步骤2)且整车正常运行；对u值判断为u≥umax，则整车ECU 1向电机控制器3发送驱动电机电角度修正指令，使驱动电机10进行电角度修正，离合器9分开，同时向发动机ECU 2发送断油指令，使发动机6停止喷油，还通过电机控制器3令ISG电机8拖动发动机6进入耗电模式，当u＜umax-b时，结束处理返回步骤2)；对u值判断为u≤umin，则整车ECU 1向电机控制器3发送ISG电机小扭矩发电指令，使ISG电机8小扭矩发电，该扭矩值根据整车瞬时用电功率乘以系数除以当前转速进行计算，当u＞umin+a时，结束处理返回步骤2)。如果车速v大于vmax，且驱动电机10工作在弱磁发电状态，则判断整车进入长时间下坡路况，此时对u值判断为umin＜u＜umax，则返回步骤2)且整车正常运行；对u值判断为u≤umin，则整车ECU 1向电机控制器3发送增大驱动电机馈电力矩指令，加快储能，当u＞umin+a时，结束处理返回步骤2)；对u值判断为u≥umax，则整车ECU 1向电机控制器3发送待机指令，电机控制器3零扭矩关闭IGBT，同时整车ECU 1向发动机ECU 2发送断油指令，使发动机停止喷油，另外仪表盘显示超速报警，提示驾驶员进行减速操作，待车速降回vmax后，再进行耗电处理，当u＜umax-b时，结束处理返回步骤2)。

以上给出了具体的实施方式，对于非超速状态下的母线电压控制，本实施例只是给出一种方法作为例子，作为其他实施例，非超速状态下的母线电压控制也可以采用其他方法，本实施例不对该非超速状态下的母线电压方法做出限制。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)检测母线电压u和车速v，当整车进入超速状态时，判断整车所处路况；

2)当车辆进入高速驱动路况，且母线电压u大于过压预警点umax时，至少控制发动机停止工作，令ISG电机拖动发动机进入耗电模式；

3)当车辆进入高速驱动路况，且母线电压u小于欠压预警点umin时，至少控制ISG电机进行发电；

4)当整车进入长时间下坡路况，且母线电压u大于过压预警点umax时，至少控制电机控制器零扭矩关闭IGBT，关闭发动机和驱动电机，增大ISG和驱动电机的滑行负荷进行限速，并向驾驶员发出超速警报；

5)当整车进入长时间下坡路况，且当母线电压u小于欠压预警点umin时，至少使驱动电机工作在滑行馈电状态。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，其特征在于，步骤1)中，通过车速v判断整车是否进入超速状态：

当车速v大于或等于超速状态的触发车速vmax时，判断整车处于超速状态。

3.根据权利要求2所述的一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，其特征在于，所述超速状态的触发车速vmax为驱动电机工作在峰值转速下的车速。

4.根据权利要求2所述的一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，其特征在于，根据车速和驾驶员油门信号反馈判断车辆高速驱动路况或者是长期下坡路况：

如果车速v维持在触发车速vmax，且驱动电机工作在驱动指令下，则判断此时车辆路况为高速驱动路况；

如果车速v大于触发车速vmax，且驱动电机工作在发电指令下，则判断此时车辆路况为长时间下坡路况。

5.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，其特征在于，步骤3)中，所述控制ISG电机发电，ISG电机的输出扭矩值根据整车瞬时用电功率乘以系数除以当前转速进行计算。

6.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，其特征在于，欠压预警点umin大于欠压故障点，过压预警点umax小于过压故障点。

7.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车超速状态下的电压保护方法，其特征在于，设置电压回差值a和b；所述电压保护步骤实施介入后，当母线电压u大于umin+a或u小于umax-b时，对应的电压保护步骤退出。

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