CN109895769A

CN109895769A - 混合动力汽车及定速巡航控制方法和控制系统

Info

Publication number: CN109895769A
Application number: CN201711311370.7A
Authority: CN
Inventors: 刘积成; 郑辉; 李元伟
Original assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Yutong Bus Co Ltd
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2019-06-18

Abstract

本发明涉及混合动力汽车及定速巡航控制方法和控制系统，首先检测前方设定距离处的坡度信息，当检测到的坡度信息大于或者等于设定的第一坡度阈值时，检测对应的坡长信息，当检测到的坡长信息小于或者等于设定的坡长阈值时，检测动力电池的SOC，当动力电池的SOC大于或者等于设定的第一SOC阈值时，依据坡度、整车重量和巡航车速，计算由于坡道阻力增加而导致的功率增加量，功率增加量由电机负责输出，根据电机转速计算电机需要输出的扭矩值，控制器向电机发出信号，控制电机电动状态输出扭矩值，以平衡由于坡道阻力功率的增加，实现车辆车速维持不变。将车辆信息与道路状况信息进行有机结合，以此进行的定速巡航的控制可靠性较高。

Description

混合动力汽车及定速巡航控制方法和控制系统

技术领域

本发明涉及混合动力汽车及定速巡航控制方法和控制系统，属于混合动力汽车定速巡航控制技术领域。

背景技术

定速巡航控制系统一般用于控制汽车的定速行驶，汽车一旦被设定为巡航状态时，发动机的供油量由车辆ECU控制，ECU根据道路状况和汽车的行驶阻力不断地调整供油量，使汽车始终保持在所设定的车速行驶，而无需操纵油门，减轻了驾驶员的疲劳，同时减少了不必要的车速变化。

目前公路客车定速巡航已经标配，比如公告号为CN 105346390A、名称为《一种基于车载导航系统的定速巡航系统和定速巡航方法》的专利文件，该专利文件中公开了一种基于车载导航系统的定速巡航系统和定速巡航方法，定速巡航系统包括：音响主机单元、发动机控制单元、ABS控制器、定速巡航开关和定速巡航设定开关，ABS控制器、定速巡航开关和定速巡航设定开关连接于所述音响主机单元，音响主机单元连接于发动机控制单元，音响主机单元具有导航定位功能，发动机控制单元根据设定的巡航速度、检测的车速信息以及导航定位信息将车速稳定维持在巡航速度范围内。上述专利文件中公开的是基于传统车辆的定速巡航系统及控制方法，而如果混合动力系统的公路客车完全使用该传统车辆的定速巡航控制系统及方法，将无法充分发挥混合动力系统的优势，造成节油效果不高。

申请公布号为CN106740814A的中国专利申请文件中公开了一种混合动力汽车的定速巡航控制方法，读取监测模组中的巡航组合开关、系统状态和当前车速信息，当满足巡航驾驶的条件时，根据驾驶员操作发出巡航指令，并根据相关数据信息控制车辆进入纯电动巡航模式，此时若动力电池SOC大于第一阈值且巡航需求扭矩小于允许扭矩阈值，则控制车辆维持纯电动巡航模式，否则控制发动机起动并控制车辆进入混合动力巡航模式，在车辆进入混合动力巡航模式时，当动力电池SOC大于设定阈值时，控制发动机停机并控制车辆进入纯电动巡航模式。该专利申请虽然提供了一种混合动力汽车的定速巡航控制方法，但是这种控制方法仅仅是根据动力电池的SOC来控制车辆是纯电动巡航模式还是混合动力巡航模式，SOC较大时，控制车辆为纯电动巡航模式，SOC较小时，控制车辆为混合动力巡航模式。由于车辆在定速巡航控制时，车辆所处的道路状况也是影响车辆定速巡航的重要因素，但是上述专利申请并没有考虑到道路状况，因此，定速巡航控制的可靠性较低。

发明内容

本发明的目的是提供一种混合动力汽车定速巡航控制方法，用以解决现有的混合动力汽车定速巡航控制方法没有考虑道路状况而造成控制可靠性较低的问题。本发明还提供一种混合动力汽车定速巡航控制系统以及一种混合动力汽车。

为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。

控制方法方案一：本方案提供一种混合动力汽车定速巡航控制方法，包括以下步骤：

(1)检测前方设定距离处的坡度信息；

(2)当检测到的坡度信息大于或者等于设定的第一坡度阈值时，检测对应的坡长信息；

(3)当检测到的坡长信息小于或者等于设定的坡长阈值时，检测动力电池的SOC；

(4)当动力电池的SOC大于或者等于设定的第一SOC阈值时，依据实际的坡度信息、整车重量和巡航车速计算由于坡道阻力增加而导致的功率增加量，由电机输出该功率增加量，以平衡由于坡道阻力而导致的功率增加，实现车辆车速维持不变。

混合动力汽车在定速巡航控制时，首先要检测前方设定距离处的坡度信息，根据坡度信息满足的条件进行控制，当检测到的坡度信息大于或者等于设定的坡度阈值时，表示坡度较大，那么，接着检测该坡的坡长，当坡长小于或者等于设定的坡长阈值时，表示该坡并非很长，那么，当动力电池的SOC大于或者等于设定的SOC阈值时，表示动力电池的电量较为充足，进而根据得到的助力扭矩值来控制电机运行，电机助力，提供所需的扭矩，使车辆车速维持不变。因此，该控制方法以坡度信息以及坡长信息等道路状况为主要的检测数据，根据这些数据来进行相应的定速巡航控制，相较于传统的仅根据动力电池的SOC来控制车辆进行混合动力巡航的方式，依据坡度、坡长以及动力电池SOC等信息，实现定速巡航工况下混合动力系统电机的智能控制，增大节油效果，并且将车辆信息与道路状况信息进行有机结合，以此进行的定速巡航的控制可靠性较高。另外，因为电机及动力电池驱动功率有限，在坡长过长的情况下，如果仍然以电机助力驱动为主策略，易导致电机及动力电池过放影响寿命，所以只有当坡长低于一定值时才进行上述控制策略。如果坡长过长，还可以选择将发动机功率输出增加为主策略。

控制方法方案二：在控制方法方案一的基础上，当检测到的坡度信息小于所述设定的第一坡度阈值，且大于或者等于设定的第二坡度阈值时，比较动力电池的SOC与设定的第二SOC阈值，若动力电池的SOC小于设定的第二SOC阈值，则计算发动机最优扭矩与实际扭矩的误差值，当所述误差值小于设定的误差阈值时，发动机驱动电机发电，以提升动力电池的SOC。

控制方法方案三：在控制方法方案二的基础上，当检测到的坡度信息小于所述设定的第二坡度阈值时，比较动力电池的SOC与设定的第三SOC阈值，若动力电池的SOC小于设定的第三SOC阈值，则依据实际的坡度信息、整车重量和巡航车速计算由于下坡滑行而导致的功率增加量，功率增加量由电机负责能量回收消耗，以平衡下坡滑行导致的功率增加，实现车辆车速维持不变。

控制方法方案四：在控制方法方案一至三任意一个的基础上，所述由于坡道阻力增加而导致的功率增加量的计算过程为：

首先计算车辆增加的坡道阻力F_r，计算公式为：

F_r＝mgsinM

然后计算功率增加量P，计算公式为：

P＝F_r*V＝(mgsinM)*V

其中，m为整车重量，g为重力加速度，M为坡度信息，V为巡航车速。

控制方法方案五：在控制方法方案一至三任意一个的基础上，首先判断定速巡航是否开启，当定速巡航开启时，进行所述坡度信息的检测和比较。

控制系统方案一：本方案提供一种混合动力汽车定速巡航控制系统，包括定速巡航控制模块，所述定速巡航控制模块包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

(1)检测前方设定距离处的坡度信息；

控制系统方案二：在控制系统方案一的基础上，当检测到的坡度信息小于所述设定的第一坡度阈值，且大于或者等于设定的第二坡度阈值时，比较动力电池的SOC与设定的第二SOC阈值，若动力电池的SOC小于设定的第二SOC阈值，则计算发动机最优扭矩与实际扭矩的误差值，当所述误差值小于设定的误差阈值时，发动机驱动电机发电，以提升动力电池的SOC。

控制系统方案三：在控制系统方案二的基础上，当检测到的坡度信息小于所述设定的第二坡度阈值时，比较动力电池的SOC与设定的第三SOC阈值，若动力电池的SOC小于设定的第三SOC阈值，则依据实际的坡度信息、整车重量和巡航车速计算由于下坡滑行而导致的功率增加量，功率增加量由电机负责能量回收消耗，以平衡下坡滑行导致的功率增加，实现车辆车速维持不变。

控制系统方案四：在控制系统方案一至三任意一个的基础上，所述由于坡道阻力增加而导致的功率增加量的计算过程为：

首先计算车辆增加的坡道阻力F_r，计算公式为：

F_r＝mgsinM

然后计算功率增加量P，计算公式为：

P＝F_r*V＝(mgsinM)*V

控制系统方案五：在控制系统方案一至三任意一个的基础上，首先判断定速巡航是否开启，当定速巡航开启时，进行所述坡度信息的检测和比较。

混合动力汽车方案一：本方案提供一种实施上述控制方法方案一中混合动力汽车定速巡航控制方法的混合动力汽车，包括发动机、电机、电机控制器、动力电池和整车控制器，所述发动机与电机机械传动连接，所述动力电池通过电机控制器与电机电连接，所述整车控制器与发动机和电机控制器电连接。

附图说明

图1是混合动力汽车中定速巡航控制原理示意图；

图2是混合动力汽车定速巡航控制方法流程示意图。

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。

为了便于说明本发明提供的混合动力汽车定速巡航控制方法，以下结合一种混合动力汽车来对其进行说明，并且，由于其他组成部分不是本发明的重点，以下只对混合动力汽车中与定速巡航控制相关的机构进行说明。

如图1所示，混合动力汽车包括发动机、电机、电机控制器、动力电池和整车控制器，发动机通过相关传动机构与电机机械传动连接，比如：离合器和变速箱，动力电池通过电机控制器与电机电连接，整车控制器与发动机和电机控制器电连接，实现信息的交互。

为了实现定速巡航控制，整车控制器连接有相关的数据采集子系统，用于接收与定速巡航控制相关的数据信息，本实施例中，数据采集子系统以下两大部分，第一部分是用于获取车辆的位置信息以及道路状况信息，第二部分用于获取车辆本身的相关信息。其中，第一部分以GPS信息采集模块为例，GPS信息采集模块实时获取车辆运营的实时位置信息，如经度和纬度等，并根据位置信息就能够得到前方道路的道路状况信息，包括前方设定距离处的坡度信息以及坡长信息等。第二部分包括运营数据采集模块、空调数据采集模块和发电机数据采集模块，其中，运营数据采集模块实时获取车辆运营的相关数据，如车速、发动机转速、油门开度、发动机扭矩、发动机扭矩百分比等，空调数据采集模块实时获取车辆空调运营信息，如车内温度、空调压缩机状态等，发电机数据采集模块实时获取车辆发电机(即上述电机)运营数据，如发电机电压、电流、电机转速、磁场占空比等。另外，动力电池的相关参数，比如动力电池的SOC，可以由BMS采集并输出，也可以由电机控制器采集并输出。上述采集各数据信息的相应采集模块均可以为现有的采集设备，比如：车速可以利用车速传感器进行检测，发动机转速可以利用转速传感器进行检测。

当然，上述获取到的信息并不一定全部用于定速巡航控制，在进行定速巡航控制时，根据实际需要在上述检测到的数据中选择相应的数据。总之，以下定速巡航控制过程中的各相关参数信息均可以在上述数据采集子系统中获取得到。

整车控制器实时获取上述各种信息，可以与GPS信息采集模块、电机控制器、发动机进行信息共享。整车控制器在获取上述各种信息之后，依据事先制定的定速巡航控制策略，输出相应的控制信号来控制执行机构，包括控制发动机、电机控制器和动力电池。另外，当空调首次运行时，优先保障车内温度在乘客可接受的范围内，然后开始进行定速巡航控制策略，结合发电机磁场占空比、电压、电流等数据，控制发动机怠速在合适转速运行，以实现开空调怠速工况整车燃油降低的目的。

如图2所示，为混合动力汽车定速巡航控制逻辑流程图，通常情况下，在进行定速巡航控制之前，需要先判断定速巡航是否开启，利用相关的检测设备检测巡航信号，比如检测巡航开关的状态，当巡航开关被按下时证明巡航开启。当定速巡航开启时，依据GPS信息采集模块获取前方设定距离，以前方A米表示，并根据前方A米的坡度满足的条件进行相应的控制，具体有以下几种情况，当然，若定速巡航没有开启，则结束控制。

(1)比较前方A米的坡度与设定的第一坡度阈值，第一坡度阈值以B％表示，这里B％为正数，表示前方A米的坡为上坡。当前方A米的坡度大于等于B％时，检测该坡的坡长信息，即检测前方A米的坡长信息，并比较检测到的坡长信息与设定的坡长阈值，坡长阈值以C米表示，当检测到的坡长信息小于或者等于C米时，检测动力电池的SOC，当动力电池的SOC大于或者等于设定的第一SOC阈值时，第一SOC阈值以D％为例，依据实际坡度、整车重量和巡航车速计算由于坡道阻力增加而导致的功率增加量，以下给出一种具体的计算过程：

车辆上坡时，由于重力影响，坡道阻力增加，那么上坡过程中，车辆增加的坡道阻力F_r的计算公式为：

F_r＝mgsinM

然后计算功率增加量P，计算公式为：

P＝F_r*V＝(mgsinM)*V

功率增加量由电机负责输出，比如根据电机转速计算电机需要输出的扭矩值，控制器向电机发出信号，控制电机电动状态输出扭矩值，以平衡由于坡道阻力而导致功率的增加，实现车辆车速维持不变，同时发动机功率输出趋于平缓，而且电机助力驱动，最终可实现定速巡航工况节油。

(2)设定第二坡度阈值，进一步地，第二坡度阈值以-B％表示，由于B％为正数，则-B％为负数，当坡度为一个负数时，表示该坡为下坡。那么，当前方A米的坡度小于B％，且大于或者等于-B％时，表示坡比较缓，比较动力电池的SOC与设定的第二SOC阈值，第二SOC阈值以G％表示，若动力电池的SOC小于G％，则计算发动机最优扭矩与实际扭矩的误差值，该误差值具体为差值，并比较该差值与设定的误差阈值，误差阈值以H表示，单位为牛米，当差值小于H时，发动机驱动发电机发电，以提高发动机负荷率，并将发出的电能存储于动力电池中，以提升动力电池的SOC。

(3)当前方A米的坡度小于-B％时，比较动力电池的SOC与设定的第三SOC阈值，第三SOC阈值以J％表示，若动力电池的SOC小于J％，依据实际坡度、整车重量和巡航车速计算由于下坡滑行而导致的功率增加量(该功率增加量的计算原理与第(1)部分中的功率增加量的计算原理相同)，功率增加量由电机负责能量回收消耗，比如根据电机转速计算电机需要输出的扭矩值，控制器向电机发出信号，控制电机发电状态输出扭矩值，使电机回收这部分能量，以平衡下坡滑行导致的功率增加，实现车辆车速维持不变，同时通过电机的发电状态实现下坡滑行能量回收。

上述中涉及到的各种设定的参数阈值，如前方A米、坡度阈值B％、C米、动力电池的SOC阈值D％、SOC阈值G％、SOC阈值J％、H牛米及电机助力扭矩MAP，均可根据不同车型、不同动力配置以及不同的控制需求进行实际的标定。例如：A取值范围为300-500，B取值范围为3-4，C取值范围300-500；一般情况下，G＜D＜J，进一步地，D一般取值为60，G一般取值为30，J一般取值为80。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述定速巡航控制方法，并不局限于该方法所适用的混合动力汽车，不管混合动力汽车中的动力系统是何种结构，只要实施上述定速巡航控制方法，均在本发明的保护范围内。

上述方法可以作为一种计算机程序，存储在混合动力汽车定速巡航控制系统中定速巡航控制模块中的存储器中并可在定速巡航控制模块中的处理器上运行。

Claims

1.一种混合动力汽车定速巡航控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)检测前方设定距离处的坡度信息；

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车定速巡航控制方法，其特征在于，当检测到的坡度信息小于所述设定的第一坡度阈值，且大于或者等于设定的第二坡度阈值时，比较动力电池的SOC与设定的第二SOC阈值，若动力电池的SOC小于设定的第二SOC阈值，则计算发动机最优扭矩与实际扭矩的误差值，当所述误差值小于设定的误差阈值时，发动机驱动电机发电，以提升动力电池的SOC。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车定速巡航控制方法，其特征在于，当检测到的坡度信息小于所述设定的第二坡度阈值时，比较动力电池的SOC与设定的第三SOC阈值，若动力电池的SOC小于设定的第三SOC阈值，则依据实际的坡度信息、整车重量和巡航车速计算由于下坡滑行而导致的功率增加量，功率增加量由电机负责能量回收消耗，以平衡下坡滑行导致的功率增加，实现车辆车速维持不变。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的混合动力汽车定速巡航控制方法，其特征在于，所述由于坡道阻力增加而导致的功率增加量的计算过程为：

首先计算车辆增加的坡道阻力F_r，计算公式为：

F_r＝mg sin M

然后计算功率增加量P，计算公式为：

P＝F_r*V＝(mg sin M)*V

5.根据权利要求1-3任意一项所述的混合动力汽车定速巡航控制方法，其特征在于，首先判断定速巡航是否开启，当定速巡航开启时，进行所述坡度信息的检测和比较。

6.一种混合动力汽车定速巡航控制系统，包括定速巡航控制模块，所述定速巡航控制模块包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：

(1)检测前方设定距离处的坡度信息；

7.根据权利要求6所述的混合动力汽车定速巡航控制系统，其特征在于，当检测到的坡度信息小于所述设定的第一坡度阈值，且大于或者等于设定的第二坡度阈值时，比较动力电池的SOC与设定的第二SOC阈值，若动力电池的SOC小于设定的第二SOC阈值，则计算发动机最优扭矩与实际扭矩的误差值，当所述误差值小于设定的误差阈值时，发动机驱动电机发电，以提升动力电池的SOC。

8.根据权利要求7所述的混合动力汽车定速巡航控制系统，其特征在于，当检测到的坡度信息小于所述设定的第二坡度阈值时，比较动力电池的SOC与设定的第三SOC阈值，若动力电池的SOC小于设定的第三SOC阈值，则依据实际的坡度信息、整车重量和巡航车速计算由于下坡滑行而导致的功率增加量，功率增加量由电机负责能量回收消耗，以平衡下坡滑行导致的功率增加，实现车辆车速维持不变。

9.根据权利要求6-8任意一项所述的混合动力汽车定速巡航控制系统，其特征在于，所述由于坡道阻力增加而导致的功率增加量的计算过程为：

首先计算车辆增加的坡道阻力F_r，计算公式为：

F_r＝mg sin M

然后计算功率增加量P，计算公式为：

P＝F_r*V＝(mg sin M)*V

10.一种实施权利要求1所述混合动力汽车定速巡航控制方法的混合动力汽车，其特征在于，包括发动机、电机、电机控制器、动力电池和整车控制器，所述发动机与电机机械传动连接，所述动力电池通过电机控制器与电机电连接，所述整车控制器与发动机和电机控制器电连接。