CN109552059B - 一种重型汽车混合动力控制系统及控制方法 - Google Patents

一种重型汽车混合动力控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重型汽车混合动力控制系统及控制方法；所述控制系统由车轮驱动子系统、液压子系统、气压子系统组成；所述控制方法包括停车制动能量回收控制模式、车辆下坡行驶过程能量回收控制模式、车辆下坡控制策略、启动控制模式。采用本发明所述的控制系统及控制方法，可以利用液压子系统高功率密度和快速响应的特点，主要回收制动能量；利用气压子系统高能量密度和慢动态的特点，主要回收车辆下坡运动能量，并将气压子系统回收能量产生的压缩空气用于注入发动机或用于刹车等辅助功能，从而提高发动机燃油经济性，有效避免车辆能量浪费。

Description

一种重型汽车混合动力控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力汽车控制系统领域，具体涉及到一种重型汽车混合动力控制系统及控制方法。
背景技术
重型车辆，在市区道路行驶时，会频繁出现地启动、制动等工况，在启动过程中，对发动机的输出功率要求很高；在制动过程中，其制动能量一般转化为制动器上的热量以热能形式散失掉，这样不仅浪费能量，还会导致系统发热和元件损耗。
在公路下坡路况行驶时，一般要求运行平稳匀速，这同时也要求司机不断地刹车制动，因此也会产生制动能量，同样，这些制动能量也转化为热量以热能形式散掉。
目前，混合动力汽车上制动能量回收的储能元件主要是超过电容，其能量密度小，价格较贵。而液压蓄能器相比于超级电容，其能量密度大，价格便宜，优势明显，因此液压储能式制动能量回收再生系统越来越受到关注。其中，并联式液压能量再生系统利用液压储能器的储能功能，对车辆制动能量进行回收再利用，从而达到节能减排的目的。但是现阶段并联式液压能量再生系统普遍只采用液压系统，并且不具备在下坡行驶时对制动能量回收再利用的功能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种新型的重型汽车混合动力控制系统及控制方法。
为实现上述目的，本发明所采用了下述的技术方案：一种重型汽车混合动力控制系统，包括车轮驱动子系统、液压子系统及气压子系统；
所述车轮驱动子系统包括发动机、混合传动离合器、差速箱及车轮，所述发动机、混合传动离合器、差速箱及车轮依次连接；
所述液压子系统包括泵/马达、第一换向阀、液压传感器、液压系统安全阀、第二换向阀、单向节流阀、低压蓄能器、高压蓄能器、马达二、液压单向阀及油箱；
所述泵/马达的输出轴与所述混合传动离合器连接，所述泵/马达分别与所述第一换向阀的进油口、所述液压传感器、所述液压系统安全阀的进油口、所述马达二的进油口、所述第二换向阀的油口连接；
所述油箱分别与所述泵/马达、所述第一换向阀的出油口、所述液压系统安全阀的出油口、所述第二换向阀的油口、所述液压单向阀的出油口连接；
所述第二换向阀的油口与所述单向节流阀连接，所述单向节流阀分别与所述低压蓄能器、所述高压蓄能器连接，所述马达二的出油口与所述液压单向阀的进油口连接。
优选的，所述的重型汽车混合动力控制系统中，所述气压子系统包括空压机、气压单向阀、液压系统安全阀、气压传感器、储气罐及减压阀；
所述空压机的输出轴与所述马达二的输出轴连接，所述空压机的出气口与所述气压单向阀的进气口连接，所述气压单向阀的出气口分别与所述气压系统安全阀的进气口、所述气压传感器、所述储气罐的进气口连接；
所述储气罐的出气口与所述减压阀连接，所述减压阀通过管路分别与发动机、辅助系统连接。
优选的，所述的重型汽车混合动力控制系统中，所述控制系统还包括控制器，所述控制器分别与所述混合传动离合器、所述第一换向阀、所述第二换向阀、所述低压蓄能器、所述高压蓄能器、所述液压传感器、所述气压传感器连接，通过控制器控制各部件。
一种重型汽车混合动力控制方法，所述控制方法包括停车制动能量回收控制模式；
所述停车制动能量回收控制模式为：电磁铁2YA得电，所述第二换向阀左位工作，所述车轮通过所述混合传动离合器驱动所述泵/马达转动，油液从所述油箱、所述泵/马达、所述第二换向阀的油口、所述单向节流阀进入所述低压蓄能器进行再生制动蓄能；如所述低压蓄能器内压力达到设定的最高压力值，则油液进入所述高压蓄能器进行再生制动蓄能；如所述高压蓄能器压力达到设定上限值，电磁铁2YA失电，所述控制器控制所述马达二的调节器，使油液驱动所述马达二带动所述空压机转动，产生压缩空气，压缩空气通过所述气压单向阀进入所述储气罐进行储存。
优选的，所述的重型汽车混合动力控制方法中，所述控制方法包括车辆下坡行驶过程能量回收控制模式；
所述车辆下坡行驶过程能量回收控制模式为：如所述低压蓄能器、所述高压蓄能器未充满液，所述控制器发出指令，电磁铁2YA得电，所述低压蓄能器、所述高压蓄能器继续充液；否则，所述控制器控制所述马达二的调节器，所述车轮通过所述混合传动离合器驱动所述泵/马达转动，油液从所述油箱、所述泵/马达进入所述马达二，驱动所述马达二带动所述空压机转动，所述空压机产生压缩空气，压缩空气通过所述气压单向阀进入所述储气罐进行储存；如所述储气罐压力达到设定值上限，多余空气通过所述气压系统安全阀排出。
优选的，所述的重型汽车混合动力控制方法中，所述控制方法还包括车辆下坡控制策略；
所述车辆下坡控制策略包括车速控制环节，车辆行驶时，车速v不断地与设定目标速度vr相比较，其差值作为输入传给车速控制器，车速控制器根据相应算法计算后输出控制信号，控制所述泵/马达的调节器，使所述泵/马达实时输出所需排量ε泵，进而控制所述泵/马达输出扭矩，以便与所述发动机输出保持平衡。
优选的，所述的重型汽车混合动力控制方法中，所述车辆下坡控制策略还包括马达速度控制环节，
所述马达二转速ωm与设定转速ωr相比较，其差值作为输入传给马达速度控制器，马达速度控制器根据相应算法计算后输出控制信号U1，用于控制所述马达二调节器，从而控制进入所述马达二的流量，最终控制所述马达二及所述空压机转速；如所述马达二和所述空压机转速超过上限设定值，控制器发出信号，所述第一换向阀的比例电磁铁1YA得电，所述第一换向阀左位工作，所述泵/马达出口油液通过所述第一换向阀直接回所述油箱，从而控制所述空压机避免产生超速现象。
优选的，所述的重型汽车混合动力控制方法中，所述控制方法包括启动控制模式；
所述启动控制模式包括纯液压启动控制模式，当重型汽车启动时，如需求功率小于发动机燃油高效区功率下限，且所述高压蓄能器内压力高于设定值下限时，电磁铁2YA得电，所述第二换向阀左位工作，高压油液从所述高压蓄能器流向所述泵/马达，驱动所述泵/马达转动，通过所述混合传动离合器驱动所述车轮旋转。
优选的，所述的重型汽车混合动力控制方法中，所述控制方法还包括发动机单独启动控制模式，启动时，当汽车需求功率处于发动机燃油高效区，所述混合传动离合器断开，所述储气罐中一定比例的辅助压缩空气通过所述减压阀、输气管路、控制模块然后注入所述发动机，使所述发动机工作在双能源或双模式状态。
优选的，所述的重型汽车混合动力控制方法中，所述控制方法还包括混合驱动控制模式，启动时，如车辆需求功率大于所述发动机燃油高效区功率上限，且所述高压蓄能器内压力值高于设定值下限时，所述发动机和所述高压蓄能器同时工作，共同驱动所述车辆启动。
相对于现有技术的有益效果是，采用上述方案，本发明可以利用液压子系统高功率密度和快速响应的特点，主要回收制动能量，利用气动子系统高能量密度和慢动态的特点，主要回收车辆下坡运动能量，并将气动子系统回收能量产生的压缩空气用于注入发动机或刹车等辅助功能，从而提高发动机燃油经济性，有效避免车辆能量浪费。
附图说明
图1为本发明的重型汽车混合动力控制系统原理图；
图2为本发明的重型汽车混合动力控制方法中的车辆下坡控制策略原理图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本说明书所使用的术语“依次”、“接入”、以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本说明书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。本说明书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，不是用于限制本发明。
如图1所示，本发明的重型汽车混合动力控制系统及控制方法，该重型汽车混合动力控制系统包括车轮驱动子系统、液压子系统、气压子系统；液压子系统功率密度高和响应速度快，主要回收制动能量；气压子系统能量密度高和动态响应慢，主要回收车辆下坡运动能量，并可将回收能量产生的压缩空气用于注入发动机或用于刹车等辅助功能，从而提高发动机燃油经济性。
所述车轮驱动子系统包括依次连接的发动机1、混合传动离合器2、差速箱3、车轮4。
所述液压子系统包括泵/马达5、第一换向阀6、液压传感器7、液压系统安全阀8、第二换向阀9、单向节流阀10、低压蓄能器11、高压蓄能器12、马达二13、液压单向阀14、油箱15；
其中，泵/马达5输出轴与混合传动离合器2连接，泵/马达5同时与第一换向阀6进油口、液压传感器7、液压系统安全阀8进油口、马达二13进油口、第二换向阀9油口A连接，油箱15同时与泵/马达5、第一换向阀6出油口、液压系统安全阀8出油口、第二换向阀9油口O、液压单向阀14出油口连接，第二换向阀油口B与单向节流阀10连接，单向节流阀10同时与低压蓄能器11、高压蓄能器12连接，马达二13出油口与液压单向阀14进油口连接。
所述气压子系统包括空压机16、气压单向阀17、液压系统安全阀18、气压传感器19、储气罐20、减压阀21；
其中，空压机16输出轴与马达二13输出轴连接，空压机出气口与气压单向阀17进气口连接，气压单向阀17出气口同时与气压系统安全阀18进气口、气压传感器19、储气罐20进气口连接，储气罐20出气口与减压阀21连接，减压阀21通过管路分别与发动机1，还有辅助系统连接。例如，工作时，压缩空气可以通过储气罐20、减压阀21、控制管路及模块注入发动机1，提高发动机燃油经济性；例如，压缩空气通过辅助系统用于刹车、底盘悬挂等。
还包括控制器，通过控制器内的控制系统22控制各部件，控制器中的控制系统22控制混合传动离合器2的开合，第一换向阀6、第二换向阀9开合大小，低压蓄能器11与高压蓄能器12压力控制，液压传感器7、气压传感器19信号采集等。
重型汽车混合动力控制方法包括停车制动能量回收控制模式；停车制动能量回收控制模式为：电磁铁2YA得电，第二换向阀9左位工作，车轮4通过混合传动离合器2驱动泵/马达5转动，油液从油箱15、泵/马达5、第二换向阀9油口A、单向节流阀10进入低压蓄能器11进行再生制动蓄能，如低压蓄能器11内压力达到设定的最高压力值，则油液进入高压蓄能器12进行再生制动蓄能。如高压蓄能器12压力达到设定上限值，电磁铁2YA失电，控制器22控制马达二13的调节器，使油液驱动马达二13带动空压机16转动，产生压缩空气，压缩空气通过气压单向阀17进入储气罐20进行储存。
控制方法包括车辆下坡行驶过程能量回收控制模式；车辆下坡行驶过程能量回收控制模式为：如低压蓄能器11、高压蓄能器12未充满液，控制器22发出指令，电磁铁2YA得电，低压蓄能器11、高压蓄能器12继续充液。否则，控制器22控制马达二13的调节器，车轮4通过混合传动离合器2驱动泵/马达5转动，油液从油箱15、泵/马达5进入马达二13，驱动马达二13带动空压机16转动，空压机16产生压缩空气，压缩空气通过气压单向阀17进入储气罐20进行储存。如储气罐20压力达到设定值上限，多余空气通过气压系统安全阀18排出。
如图2所示，为了使控制功率与制动条件相一致，还包括车辆下坡控制策略。
例如，包括车速控制环节，车辆行驶时，车速v不断地与设定目标速度vr相比较，其差值作为输入传给车速控制器，车速控制器根据相应算法计算后输出控制信号，控制泵/马达5的调节器，使泵/马达5实时输出所需排量ε泵，进而控制泵/马达5输出扭矩，以便与发动机1输出保持平衡，使实际发动机转速能更好遵循目标发动机转速。
例如，还包括马达速度控制环节，马达二13转速ωm与设定转速ωr相比较，其差值作为输入传给马达速度控制器，马达速度控制器根据相应算法计算后输出控制信号U1，用于控制马达二13调节器，从而控制进入马达二13的流量，最终控制马达二13及空压机16转速。如马达二13和空压机16转速超过上限设定值，控制器发出信号，第一换向阀6的比例电磁铁1YA得电，第一换向阀6左位工作，泵5/马达出口油液通过第一换向阀6直接回油箱15，从而控制空压机16避免产生超速现象。
控制方法包括启动控制模式。例如，包括纯液压启动控制模式，当重型汽车启动时，如需求功率小于发动机燃油高效区功率下限，且高压蓄能器12内压力高于设定值下限时，电磁铁2YA得电，第二换向阀9左位工作，高压油液从高压蓄能器12流向泵/马达5，驱动泵/马达5转动，通过混合传动离合器2驱动车轮4旋转。
再例如，包括发动机单独启动控制模式，启动时，当汽车需求功率处于发动机燃油高效区，混合传动离合器2断开，储气罐20中一定比例的辅助压缩空气通过减压阀21、输气管路、控制模块然后注入发动机1，使发动机1工作在双能源或双模式状态。
再例如，包括混合驱动控制模式，启动时，如车辆需求功率大于发动机1燃油高效区功率上限，且高压蓄能器12内压力值高于设定值下限时，发动机1和高压蓄能器12同时工作，共同驱动车辆启动。
需要说明的是，上述各技术特征继续相互组合，形成未在上面列举的各种实施例，均视为本发明说明书记载的范围；并且，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种重型汽车混合动力控制方法，其特征在于，其执行控制系统包括车轮驱动子系统、液压子系统及气压子系统；
所述车轮驱动子系统包括发动机、混合传动离合器、差速箱及车轮，所述发动机、混合传动离合器、差速箱及车轮依次连接；
所述液压子系统包括泵/马达、第一换向阀、液压传感器、液压系统安全阀、第二换向阀、单向节流阀、低压蓄能器、高压蓄能器、马达二、液压单向阀及油箱；
所述泵/马达的输出轴与所述混合传动离合器连接，所述泵/马达分别与所述第一换向阀的进油口、所述液压传感器、所述液压系统安全阀的进油口、所述马达二的进油口、所述第二换向阀的油口连接；
所述油箱分别与所述泵/马达、所述第一换向阀的出油口、所述液压系统安全阀的出油口、所述第二换向阀的油口、所述液压单向阀的出油口连接；
所述第二换向阀的油口与所述单向节流阀连接，所述单向节流阀分别与所述低压蓄能器、所述高压蓄能器连接，所述马达二的出油口与所述液压单向阀的进油口连接；
所述气压子系统包括空压机、气压单向阀、液压系统安全阀、气压传感器、储气罐及减压阀；
所述空压机的输出轴与所述马达二的输出轴连接，所述空压机的出气口与所述气压单向阀的进气口连接，所述气压单向阀的出气口分别与气压系统安全阀的进气口、所述气压传感器、所述储气罐的进气口连接；
所述储气罐的出气口与所述减压阀连接，所述减压阀通过管路分别与发动机、辅助系统连接；
所述控制系统还包括控制器，所述控制器分别与所述混合传动离合器、所述第一换向阀、所述第二换向阀、所述低压蓄能器、所述高压蓄能器、所述液压传感器、所述气压传感器连接，通过控制器控制各部件；
所述控制方法包括停车制动能量回收控制模式；
所述停车制动能量回收控制模式为：电磁铁2YA得电，所述第二换向阀左位工作，所述车轮通过所述混合传动离合器驱动所述泵/马达转动，油液从所述油箱、所述泵/马达、所述第二换向阀的油口、所述单向节流阀进入所述低压蓄能器进行再生制动蓄能；如所述低压蓄能器内压力达到设定的最高压力值，则油液进入所述高压蓄能器进行再生制动蓄能；如所述高压蓄能器压力达到设定上限值，电磁铁2YA失电，所述控制器控制所述马达二的调节器，使油液驱动所述马达二带动所述空压机转动，产生压缩空气，压缩空气通过所述气压单向阀进入所述储气罐进行储存。
2.根据权利要求1所述的重型汽车混合动力控制方法，其特征在于，所述控制方法包括车辆下坡行驶过程能量回收控制模式；
所述车辆下坡行驶过程能量回收控制模式为：如所述低压蓄能器、所述高压蓄能器未充满液，所述控制器发出指令，电磁铁2YA得电，所述低压蓄能器、所述高压蓄能器继续充液；否则，所述控制器控制所述马达二的调节器，所述车轮通过所述混合传动离合器驱动所述泵/马达转动，油液从所述油箱、所述泵/马达进入所述马达二，驱动所述马达二带动所述空压机转动，所述空压机产生压缩空气，压缩空气通过所述气压单向阀进入所述储气罐进行储存；如所述储气罐压力达到设定值上限，多余空气通过所述气压系统安全阀排出。
3.根据权利要求1所述的重型汽车混合动力控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括车辆下坡控制策略；
所述车辆下坡控制策略包括车速控制环节，车辆行驶时，车速v不断地与设定目标速度vr相比较，其差值作为输入传给车速控制器，车速控制器根据相应算法计算后输出控制信号，控制所述泵/马达的调节器，使所述泵/马达实时输出所需排量ε泵，进而控制所述泵/马达输出扭矩，以便与所述发动机输出保持平衡。
4.根据权利要求3所述的重型汽车混合动力控制方法，其特征在于，所述车辆下坡控制策略还包括马达速度控制环节，所述马达二转速ωm与设定转速ωr相比较，其差值作为输入传给马达速度控制器，马达速度控制器根据相应算法计算后输出控制信号U1，用于控制所述马达二调节器，从而控制进入所述马达二的流量，最终控制所述马达二及所述空压机转速；如所述马达二和所述空压机转速超过上限设定值，控制器发出信号，所述第一换向阀的比例电磁铁1YA得电，所述第一换向阀左位工作，所述泵/马达出口油液通过所述第一换向阀直接回所述油箱，从而控制所述空压机避免产生超速现象。
5.根据权利要求1所述的重型汽车混合动力控制方法，其特征在于，所述控制方法包括启动控制模式；
所述启动控制模式包括纯液压启动控制模式，当重型汽车启动时，如需求功率小于发动机燃油高效区功率下限，且所述高压蓄能器内压力高于设定值下限时，电磁铁2YA得电，所述第二换向阀左位工作，高压油液从所述高压蓄能器流向所述泵/马达，驱动所述泵/马达转动，通过所述混合传动离合器驱动所述车轮旋转。
6.根据权利要求5所述的重型汽车混合动力控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括发动机单独启动控制模式，启动时，当汽车需求功率处于发动机燃油高效区，所述混合传动离合器断开，所述储气罐中一定比例的辅助压缩空气通过所述减压阀、输气管路、控制模块然后注入所述发动机，使所述发动机工作在双能源或双模式状态。
7.根据权利要求5所述的重型汽车混合动力控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括混合驱动控制模式，启动时，如车辆需求功率大于所述发动机燃油高效区功率上限，且所述高压蓄能器内压力值高于设定值下限时，所述发动机和所述高压蓄能器同时工作，共同驱动所述车辆启动。
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