CN109849891B - 一种三模式混合动力汽车控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三模式混合动力汽车控制方法，混合动力汽车包括发动机、制动器A、制动器B、第一电机、第二电机、行星排、动力电池和混合动力控制单元；发动机经过第一轴与行星排的行星架相连接，第一电机通过第二轴与行星排的太阳轮相连接，第二电机通过轴与行星排的齿圈相连接，制动器A设置在第一轴上，用来锁止发动机及行星架的转动，制动器B设置在第二轴上，用来锁止第一电机和太阳轮的转动；混合动力控制单元与发动机、第一电机、第二电机、动力电池及之间通过CAN通讯进行交互。本发明通过发动机和两个电机的协调配合，提高了发动机的工作效率，高速时进行发动机直驱，提升整车的节能效果，发挥了行星混联式混合动力汽车的优势。
Description
技术领域
本发明属于混合动力汽车控制技术领域，尤其是涉及一种三模式混合动力汽车控制方法。
背景技术
插电式混合动力汽车是汽车电动化的重要过渡阶段，兼具能量消耗低和行驶里程长的特点，在纯电动汽车电池关键技术突破之前，插电式混合动力汽车将对节能减排做出重要的贡献。目前国内的混合动力汽车大多为并联构型，发动机的工作点受到限制。行星混联式混合动力汽车利用行星齿轮机构的特性，通过电机来调节发动机的工作点，使整车燃油消耗降低。目前的行星混联式混合动力汽车大多采用的双模式混合装置，仅有混合动力模式和纯电动行驶模式，没有发动机直接驱动车辆行驶的功能，车辆在高速行驶的时候，车辆会一直存在二次能量转换，影响车辆的节能效果。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种三模式混合动力汽车控制方法，以充分发挥混合动力汽车的优势。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种三模式混合动力汽车控制方法，混合动力汽车包括发动机、制动器A、制动器B、第一电机、第二电机、行星排、动力电池和混合动力控制单元；
发动机经过第一轴与行星排的行星架相连接，第一电机通过第二轴与行星排的太阳轮相连接，第二电机通过轴与行星排的齿圈相连接，制动器A设置在第一轴上，用来锁止发动机及行星架的转动，制动器B设置在第二轴上，用来锁止第一电机和太阳轮的转动；混合动力控制单元与发动机、第一电机、第二电机、动力电池及之间通过CAN通讯进行交互；
混合动力控制单元采集车辆运行状态信号、制动信号和加速踏板信号、制动踏板信号，车辆运行状态信号包括但不限于车速信号、第一电机信号、第二电机信号、动力电池、发动机信号、制动器A信号、制动器B信号；
三模式混合动力汽车控制方法具体包括如下步骤：
(1)根据车速、加速踏板和动力电池荷电状态计算整车需求功率，判断车辆处于驱动模式还是制动模式；
(2)若处于制动模式，根据车速、制动踏板和动力电池荷电状态计算整车需求制动功率，控制第二电机发电进行制动能量回收；
(3)若处于驱动模式，根据需求功率、动力电池荷电状态判断车辆的工作模式，包括纯电动模式、功率分流模式和发动机直驱模式；
(4)在驱动模式中协调控制第一电机、第二电机和发动机工作。
进一步的，所述步骤(1)中，若需求功率等于零，则车辆为制动模式，若需求功率大于零，车辆处于驱动模式。
进一步的，所述步骤(2)中，在制动模式中，根据制动踏板开度、车速和动力电池荷电状态计算整车需求制动功率，制动功率为负值，此功率与第二电机转速的比值作为第二电机的转矩控制信号，第一电机转矩控制信号为零，发动机转矩控制信号为零，制动器为分离控制信号。
进一步的，所述步骤(3)中，在驱动模式中，
若整车需求驱动功率高于发动机启动的功率阈值或者动力电池的荷电状态低于纯电驱动的阈值，车辆处于功率分流模式；
若整车需求功率低于发动机启动的功率阈值并且动力电池的荷电状态高于纯电驱动的阈值，车辆处于纯电动模式；
若车速高于设定阈值，且整车的功率需求高于设定阈值时，车辆处于发动机直驱模式。
进一步的，所述步骤(4)中，
当车辆处于纯电机驱动模式时，控制第二电机的旋转方向与车辆的前进方向一致，根据步骤(1)计算的整车需求功率与第二电机在当前工况下的最大功率中较小的值即为第二电机的需求功率，该需求功率与第二电机转速的比值即为第二电机的转矩控制信号，根据步骤(1)计算的整车需求功率与第二电机功率之间的差值即为第一电机的需求功率，两个电机的需求功率与其转速的比值即为两个电机的转矩控制信号；
当整车需求功率小于第二电机在当前工况下的最大功率时，制动器A的控制信号为分离，制动器B的控制信号为分离，发动机转矩控制信号为零；当整车需求功率大于第二电机在当前工况下的最大功率时，制动器A的控制信号为接合，制动器B的控制信号为分离，发动机转矩控制信号为零。
进一步的，所述步骤(4)中，当车辆处于功率分流模式时，根据步骤(1)计算的整车功率需求和发动机MAP的最优曲线确定发动机的转矩控制信号和需求的转速，控制第一电机的转速使发动机的实际转速达到需求，根据整车需求功率和发动机的转矩控制信号确定第二电机的转矩控制信号，制动器A控制信号为分离，制动器B控制信号为分离。
进一步的，所述步骤(4)中，当车辆处于发动机模式时，根据步骤(1)计算的整车功率需求与发动机转速的比值为发动机的转矩控制信号，制动器为A控制信号为分离，制动器B的控制信号为接合，第一电机转矩控制信号为零，第二电机控制信号为零。
相对于现有技术，本发明所述的一种三模式混合动力汽车控制方法具有以下优势：
本发明通过对发动机和两个电机的协调配合，提高了发动机的工作效率，高速时进行发动机直驱，进而提升整车的节能效果，发挥了行星混联式混合动力汽车的优势。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为适用于本发明应用的混合动力汽车的结构简图；
图2为本发明提供的三模式混合动力汽车控制方法实现流程图。
附图标记说明：
1-发动机；2-混合动力控制单元；3-制动器A；4-第一电机；5-动力电池；6-第二电机；7-第二轴；8-行星排；81-太阳轮；82-齿圈；83-行星架；9-制动器B；10-第一轴。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1展示了三模式混合动力汽车的结构简图，所述混合动力汽车包括发动机1、制动器A 3、制动器B 9、第一电机4、第二电机6、行星排8、动力电池5和混合动力控制单元2等装置；
所述的发动机1经过第一轴与行星排8的行星架83相连接，所述第一电机4通过第二轴与行星排8的太阳轮81相连接，所述第二电机6通过轴与行星排8的齿圈82相连接，制动器A 3设置在第一轴上，用来锁止发动机1及行星架83的转动，制动器B 9设置在第二轴上，用来锁止第一电机4和太阳轮81的转动。
所述混合动力控制单元2采集车辆运行状态信号、制动信号和加速踏板信号、制动踏板信号等，所述车辆运行状态信号至少包括车速信号、第一电机4及其控制器信号、第二电机6及其控制器信号、动力电池组及其管理单元5信号、发动机1及其控制器信号、制动器A3信号、制动器B 9信号。所述的混合动力控制单元与发动机1及其控制器、第一电机4及其控制器，第二电机6及其控制器、动力电池及其控制单元之间通过CAN通讯进行交互。
图2展示了三模式混合动力汽车控制方法的流程。
所述的三模式混合动力汽车控制方法具体包括如下步骤：
(1)根据车速、加速踏板和动力电池荷电状态计算整车需求功率，判断车辆处于驱动模式还是制动模式；
若需求功率等于零，则车辆为制动模式，若需求功率大于零，车辆处于驱动模式。
(2)若处于制动模式，根据车速、制动踏板和动力电池荷电状态计算整车需求制动功率，控制第二电机发电进行制动能量回收；
在制动模式中，根据制动踏板开度、车速和动力电池荷电状态计算整车需求制动功率，制动功率为负值，此功率与第二电机6转速的比值作为第二电机6的转矩控制信号，第一电机4转矩控制信号为零，发动机1转矩控制信号为零，制动器为分离控制信号；
(3)若处于驱动模式，根据需求功率、动力电池荷电状态判断车辆的工作模式，包括纯电动模式、功率分流模式和发动机直驱模式；
在驱动模式中，若整车需求功率高于发动机1启动的功率阈值或者动力电池的荷电状态低于纯电驱动的阈值，车辆处于功率分流模式；
若整车需求功率低于发动机1启动的功率阈值并且动力电池的荷电状态高于纯电驱动的阈值，车辆处于纯电动模式；
若车速高于设定阈值V1，且整车的功率需求高于设定阈值时，车辆处于发动机1直驱模式；
(4)在驱动模式中协调控制第一电机4、第二电机6和发动机1工作；
当车辆处于纯电机驱动模式时，控制第二电机6的旋转方向与车辆的前进方向一致，根据步骤(1)计算的整车需求功率与第二电机6在当前工况下的最大功率中较小的值即为第二电机6的需求功率，该需求功率与第二电机6转速的比值即为第二电机6的转矩控制信号，根据步骤(1)计算的整车需求功率与第二电机6功率之间的差值即为第一电机4的需求功率，两个电机的需求功率与其转速的比值即为两个电机的转矩控制信号；
当整车需求功率小于第二电机6在当前工况下的最大功率时，制动器A 3的控制信号为分离，制动器B 9的控制信号为分离，发动机1转矩控制信号为零；当整车需求功率大于第二电机6在当前工况下的最大功率时，制动器A 3的控制信号为接合，制动器B 9的控制信号为分离，发动机1转矩控制信号为零；
当车辆处于功率分流模式时，根据步骤(1)计算的整车功率需求和发动机1MAP的最优曲线确定发动机1的转矩控制信号和需求的转速，控制第一电机4的转速使发动机1的实际转速达到需求，根据整车需求功率和发动机1的转矩控制信号确定第二电机6的转矩控制信号，制动器A 3控制信号为分离，制动器B 9控制信号为分离。
当车辆处于发动机1模式时，根据步骤(1)计算的整车功率需求与发动机1转速的比值为发动机1的转矩控制信号，制动器为A控制信号为分离，制动器B 9的控制信号为接合，第一电机4转矩控制信号为零，第二电机6控制信号为零。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种三模式混合动力汽车控制方法，其特征在于：混合动力汽车包括发动机、制动器A、制动器B、第一电机、第二电机、行星排、动力电池和混合动力控制单元；
发动机经过第一轴与行星排的行星架相连接，第一电机通过第二轴与行星排的太阳轮相连接，第二电机通过轴与行星排的齿圈相连接，制动器A设置在第一轴上，用来锁止发动机及行星架的转动，制动器B设置在第二轴上，用来锁止第一电机和太阳轮的转动；混合动力控制单元与发动机、第一电机、第二电机、动力电池及之间通过CAN通讯进行交互；
混合动力控制单元采集车辆运行状态信号、制动信号和加速踏板信号、制动踏板信号，车辆运行状态信号包括但不限于车速信号、第一电机信号、第二电机信号、动力电池、发动机信号、制动器A信号、制动器B信号；
三模式混合动力汽车控制方法具体包括如下步骤：
(1)根据车速、加速踏板和动力电池荷电状态计算整车需求功率，判断车辆处于驱动模式还是制动模式；
(2)若处于制动模式，根据车速、制动踏板和动力电池荷电状态计算整车需求制动功率，控制第二电机发电进行制动能量回收；
(3)若处于驱动模式，根据需求功率、动力电池荷电状态判断车辆的工作模式，包括纯电动模式、功率分流模式和发动机直驱模式；
(4)在驱动模式中协调控制第一电机、第二电机和发动机工作；
当车辆处于纯电动模式时，控制第二电机的旋转方向与车辆的前进方向一致，根据步骤(1)计算的整车需求功率与第二电机在当前工况下的最大功率中较小的值即为第二电机的需求功率，该需求功率与第二电机转速的比值即为第二电机的转矩控制信号，根据步骤(1)计算的整车需求功率与第二电机功率之间的差值即为第一电机的需求功率，第二电机的需求功率与其转速的比值即为第二电机的转矩控制信号；
当整车需求功率小于第二电机在当前工况下的最大功率时，制动器A的控制信号为分离，制动器B的控制信号为分离，发动机转矩控制信号为零；当整车需求功率大于第二电机在当前工况下的最大功率时，制动器A的控制信号为接合，制动器B的控制信号为分离，发动机转矩控制信号为零。
2.根据权利要求1所述的一种三模式混合动力汽车控制方法，其特征在于：所述步骤(1)中，若需求功率等于零，则车辆为制动模式，若需求功率大于零，车辆处于驱动模式。
3.根据权利要求1所述的一种三模式混合动力汽车控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，在制动模式中，根据制动踏板开度、车速和动力电池荷电状态计算整车需求制动功率，制动功率为负值，此功率与第二电机转速的比值作为第二电机的转矩控制信号，第一电机转矩控制信号为零，发动机转矩控制信号为零，制动器为分离控制信号。
4.根据权利要求1所述的一种三模式混合动力汽车控制方法，其特征在于：所述步骤(3)中，在驱动模式中，
若整车需求驱动功率高于发动机启动的功率阈值或者动力电池的荷电状态低于纯电驱动的阈值，车辆处于功率分流模式；
若整车需求功率低于发动机启动的功率阈值并且动力电池的荷电状态高于纯电驱动的阈值，车辆处于纯电动模式；
若车速高于设定阈值，且整车的功率需求高于设定阈值时，车辆处于发动机直驱模式。
5.根据权利要求1所述的一种三模式混合动力汽车控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中，当车辆处于功率分流模式时，根据步骤(1)计算的整车功率需求和发动机MAP的最优曲线确定发动机的转矩控制信号和需求的转速，控制第一电机的转速使发动机的实际转速达到需求，根据整车需求功率和发动机的转矩控制信号确定第二电机的转矩控制信号，制动器A控制信号为分离，制动器B控制信号为分离。
6.根据权利要求1所述的一种三模式混合动力汽车控制方法，其特征在于：所述步骤(4)中，当车辆处于发动机直驱模式时，根据步骤(1)计算的整车功率需求与发动机转速的比值为发动机的转矩控制信号，制动器A控制信号为分离，制动器B的控制信号为接合，第一电机转矩控制信号为零，第二电机转矩控制信号为零。
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