CN110696806B - 一种混合动力汽车功率分流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于汽车控制系统技术领域，公开一种混合动力汽车功率分流控制方法，该方法包括如下步骤：S1、计算驾驶需求功率P_drv；S2、计算能量回收功率P_rev；S3、计算充电需求功率P_c；S4、计算电池需求功率P_bat，计算公式为P_bat＝P_drv+P_rev‑P_{e_curr}，P_{e_curr}为发动机当前输出功率；S5、计算分流电机获取功率P_{e_sun}；S6、计算驱动电机输出功率P₂，计算公式为P₂＝P_bat+P_{e_sun}；S7、计算发动机目标功率P_{bat_dem}；S8、由电池SOC状态插值计算滤波时间t，得到发动机功率调节滤波因子α＝t/T，T为系统采样时间；S9、由上一时刻发动机实际控制目标功率p′_{e_out}和发动机目标功率p_{e_dem}，计算当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}，计算公式为p_{e_out}＝α×p_{e_dem}+(1‑α)×p′_{e_out}，控制发动机的功率达到计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}。本发明提高发动机寿命。

Description

一种混合动力汽车功率分流控制方法

技术领域

本发明涉及汽车控制系统技术领域，尤其涉及一种混合动力汽车功率分流控制方法。

背景技术

驾驶过程中，存在车辆急加速或急减速的情况，油门开度频繁变化，如大力踩下油门后很快又松开油门，或大力踩下刹车后很快又急踩油门。

正常情况下，大力踩下油门时，发动机急速响应，发动机转速很快上升，之后驾驶员又很快松开油门，发动机转速又急剧降低；或者大力踩下刹车时，发动机转速很快下降，之后驾驶员又很快急踩油门，发动机转速又急剧上升。如此，为与驾驶需求匹配，发动机的工作点会频繁变化，燃油经济性差，影响整车动力性能，且容易降低发动机寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合动力汽车功率分流控制方法，提高整车燃油经济性的同时，保证整车动力性。

为实现上述目的，提供以下技术方案：

一种混合动力汽车功率分流控制方法，所述混合动力汽车的动力系统包括发动机、电池、动力分配系统、分流电机和驱动电机，其特征在于，包括如下步骤：

S1、计算驾驶需求功率P_drv；

S2、计算能量回收功率P_rev；

S3、计算充电需求功率P_c；

S4、计算电池需求功率P_bat，计算公式为：P_bat＝P_drv+P_rev-P_{e_curr}，其中，P_{e_curr}为发动机当前输出功率；

S5、计算分流电机获取功率P_{e_sun}；

S6、计算驱动电机输出功率P₂，计算公式为：P₂＝P_bat+P_{e_sun}；

S7、计算发动机目标功率P_{e_dem}；

S8、由电池SOC状态插值计算滤波时间t，其中插值曲线可标定，得到发动机功率调节滤波因子α＝t/T，其中T为系统采样时间；

S9、由上一时刻发动机实际控制目标功率p′_{e_out}和所述发动机目标功率p_{e_dem}，计算当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}，计算公式如下：p_{e_out}＝α×p_{e_dem}+(1-α)×p′_{e_out}，控制所述发动机的功率达到计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，所述动力分配系统为行星排，所述分流电机获取功率

其中，P_{e_curr}为发动机当前输出功率，k为行星排特征参数，n_sun为分流电机转速，n_ring为行星排齿圈转速。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，由车速和油门开度信息，插值得到车辆前进需求功率P_{drv_f}和车辆倒车需求功率P_{drv_b}，所述驾驶需求功率P_drv＝P_{drv_f}+P_{drv_b}。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，车辆制动时，由制动开度插值曲线获取制动能量回收功率P_{rev_b}；

车辆滑行时，由车速获取滑行能量回收功率P_{rev_v}；

所述能量回收功率P_rev＝P_{rev_b}+P_{rev_v}。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，车辆怠速时，由电池SOC状态插值计算怠速充电功率P_{c_soc}；

车辆行车时，由电池SOC状态插值计算行车充电功率P_{c_drv}；

所述充电需求功率P_c＝P_{c_soc}+P_{c_drv}。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，所述发动机目标功率P_{e_dem}的计算公式为：P_{e_dem}＝P_drv+P_rev+P_c-P_{bat_dem}，其中P_{bat_dem}为电池目标功率，所述电池目标功率P_{bat_dem}由电池SOC状态插值电池目标功率曲线获得。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，车辆前进时，所述车辆倒车需求功率P_{drv_b}为零；

车辆倒车时，所述车辆前进需求功率P_{drv_f}为零。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，车辆处于行车状态时，所述制动能量回收功率P_{rev_b}和所述滑行能量回收功率P_{rev_v}均为零。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，车辆处于行车状态时，所述怠速充电功率P_{c_soc}为零。

作为本发明的混合动力汽车功率分流控制方法的优选方案，当车辆处于加速状态时，所述滤波时间t与所述电池SOC状态正相关；

当车辆处于减速状态时，所述滤波时间t与所述电池SOC状态负相关。

与现有技术相比，本发明提供的混合动力汽车功率分流控制方法，根据驾驶需求功率、能量回收功率和充电需求功率，并兼顾SOC平衡，来确定发动机的目标功率，以及发动机功率和电池功率分配比例，削弱驾驶行为中急加速或急减速情况对发动机寿命、整车动力性和整车燃油经济性的影响。

附图说明

图1为本发明实施例提供的混合动力汽车功率分流控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

混合动力汽车的动力系统包括发动机、电池、分流电机和驱动电机，一般采用行星排作为动力分配系统。动力分配系统将发动机所产出的动能进行分配，可全部作用于汽车驱动轮使车辆行驶，也可全部作用于分流电机对电池进行充电，也可精准地将一部分能量直接作用于车辆行驶，另一部分能量作用于分流电机对电池充电。分流电机可直接作用驱动电机，驱动车辆行驶。电池内的电能也可作用驱动电机带动车辆行驶，或对分流电机充电。电池也可通过外界充电。

本实施例提供一种混合动力汽车功率分流控制方法，主要适用于车辆急加速和急减速的状态，电池的荷电状态(State of Charge,SOC)水平较高时，能够在发动机未到达目标转速前，由电池进行充电或放电，保证发动机工作点的稳定，防止发动机转速频繁变化，有效降低整车燃油消耗率。如图1所示，该混合动力汽车功率分流控制方法包括如下步骤：

S1、计算驾驶需求功率P_drv；

S2、计算能量回收功率P_rev；

S3、计算充电需求功率P_c；

S4、根据驾驶需求功率P_drv和能量回收功率P_rev，计算电池需求功率P_bat，计算公式为：P_bat＝P_drv+P_rev-P_{e_curr}，其中，P_{e_curr}为发动机当前输出功率；

S5、计算分流电机获取功率P_{e_sun}，计算公式为：

其中，P_{e_curr}为发动机当前输出功率，k为行星排特征参数，n_sun为分流电机转速，n_ring为行星排齿圈转速；

S6、根据电池需求功率P_bat和分流电机获取功率P_{e_sun}，计算驱动电机输出功率P₂，计算公式为：P₂＝P_bat+P_{e_sun}；

S7、计算发动机目标功率P_{e_dem}。

S8、由电池SOC状态插值计算滤波时间t，其中插值曲线可标定，得到发动机功率调节滤波因子α＝t/T，其中T为系统采样时间；

S9、由上一时刻发动机实际控制目标功率p′_{e_out}和所述发动机目标功率p_{e_dem}，计算当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}，计算公式如下：p_{e_out}＝α×p_{e_dem}+(1-α)×p′_{e_out}，控制所述发动机的功率达到计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}。

具体地，对于驾驶需求功率P_drv的计算：由车速和油门开度信息，可插值得到车辆前进需求功率P_{drv_f}和车辆倒车需求功率P_{drv_b}，驾驶需求功率P_drv的计算公式为：P_drv＝P_{drv_f}+P_{drv_b}。其中，车速和油门开度信息可由整车控制器(Vehicle Control Unit，VCU)实时获取。可知，若车辆前进时，车辆倒车需求功率P_{drv_b}为零，此时驾驶需求功率P_drv＝P_{drv_f}；若车辆倒车时，车辆前进需求功率P_{drv_f}为零，此时驾驶需求功率P_drv＝P_{drv_b}。

进一步地，对于能量回收功率P_rev的计算，分为车辆制动状态和车辆滑行状态。其中，车辆制动时，由制动开度插值曲线，获取制动能量回收功率P_{rev_b}；车辆滑行时，由车速获取滑行能量回收功率P_{rev_v}；能量回收功率P_rev的计算公式为：P_rev＝P_{rev_b}+P_{rev_v}。当车辆处于行车状态时，制动开度为零，制动能量回收功率P_{rev_b}为零，且油门开度为零，不满足滑行能量回收条件，滑行能量回收功率P_{rev_v}也为零，得到能量回收功率P_rev为零。

对于充电需求功率P_c的计算，主要分为车辆怠速状态和车辆行车状态两种情况。其中，可由电池的荷电状态(State of Charge，SOC)插值计算怠速充电功率P_{c_soc}；车辆行车时，由电池SOC状态插值计算行车充电功率P_{c_drv}；充电需求功率P_c＝P_{c_soc}+P_{c_drv}。电池SOC状态可由整车控制器实时获取。可知，车辆处于行车状态时，怠速充电功率P_{c_soc}为零。

上述驾驶需求功率P_drv、能量回收功率P_rev和充电需求功率P_c三者之和，即为整车需求功率。由电池SOC状态插值得到电池目标功率曲线，根据当前电池SOC状态查曲线，获得电池目标功率P_{bat_dem}。电池目标功率为不同SOC状态时，保持电池处于最佳工作状态下的电池输出功率。对应不同SOC状态时，电池目标功率不同。发动机目标功率P_{e_dem}的计算公式为：P_{e_dem}＝P_drv+P_rev+P_c-P_{bat_dem}。

进一步地，由电池SOC状态插值计算滤波时间t，其中插值曲线可标定，得到发动机功率调节滤波因子α＝t/T，其中T为系统采样时间；由上一时刻发动机实际控制目标功率p′_{e_out}和发动机目标功率p_{e_dem}，计算当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}，计算公式如下：p_{e_out}＝α×p_{e_dem}+(1-α)×p′_{e_out}，控制发动机的功率达到计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}。

当前滤波时间t由当前电池SOC状态查曲线得到，该曲线由电池SOC状态和与之对应的滤波时间t插值得到，与不同电池SOC状态对应的滤波时间t可标定。

当车辆处于加速状态，即有动力需求时，滤波时间t与电池SOC状态正相关。当前的电池SOC状态越高，当前的滤波时间t越长，发动机升速较慢，且发动机功率调节滤波因子α越小，由上述发动机实际控制目标功率p_{e_out}的计算公式可知，计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}越小，即一部分动力由SOC状态较高的电池快速输出。类似地，当前的电池SOC状态越低，当前的滤波时间t越短，发动机升速较快，且发动机功率调节滤波因子α越大，计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}越大，即由发动机快速响应当前的较大动力需求。

当车辆处于减速状态，即有制动需求时，滤波时间t与电池SOC状态负相关。当前的电池SOC状态越高，当前的滤波时间t越短，发动机降速较快，且发动机功率调节滤波因子α越大，计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}越小，发动机快速降速。类似地，当前的电池SOC状态越低，当前的滤波时间t越长，发动机降速较慢，且发动机功率调节滤波因子α越小，计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}越大，即由对电池充电，保证SOC平衡。

进一步地，由上述驾驶需求功率P_drv、能量回收功率P_rev以及发动机当前输出功率P_{e_curr}，可得出当前行车状态下的电池需求功率P_bat＝P_drv+P_rev-P_{e_curr}。电池需求功率即为当前电池需要输出的功率。

本实施例中动力分配系统为行星排，得到分流电机获取功率

其中，P_{e_curr}为发动机当前输出功率，k为行星排特征参数，n_sun为分流电机转速，n_ring为行星排齿圈转速。进一步地，可得到驱动电机输出功率P₂＝P_bat+P_{e_sun}。

发动机的功率达到计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}的同时，按照计算得到的分流电机获取功率P_{e_sun}和驱动电机输出功率P₂进行相应的能量分配。

根据上述计算过程，当快速大力踩下油门，即车辆为急加速状态、且SOC高于预设值时，发动机升速较慢，发动机转速上升平稳，此过程中，电池输出功率由上述计算的电池目标功率快速转变为电池需求功率，即由电池增快速加功率输出，来使车轮转速快速达到要求，发动机工作点则变化不大，若在快速踩下油门后又很快松开油门或踩下刹车时，发动机不会由很高的转速快速降低到很低的转速，保证发动机工作点稳定，提高发动机寿命。

当快速大力踩下油门，即车辆为急加速状态、且SOC低于预设值时，发动机转速快速上升，由发动机快速相应当前动力需求，发动机的输出功率由上述的发动机当前输出功率快速变化至当前时刻发动机实际控制目标功率，并将发动机产生的动能按上述计算分配至分流电机，保证车轮转速快速达到要求，同时也可对电池进行充电，保证整车动力性和SOC平衡。

当快速大力踩下刹车，即车辆为急减速状态、且SOC低于预设值时，发动机转速平稳下降，使发动机的输出功率由上述的发动机当前输出功率变化至当前时刻发动机实际控制目标功率，并将发动机产生的动能按上述计算分配至分流电机，保证车轮转速快速降低至要求，同时也可对电池进行充电，保证整车动力性和SOC平衡，同时若在急刹车后又突然踩油门时，不会出现发动机由很低的转速快速增加至很高的转速的情况，保证整车动力性和和发动机寿命。

当快速大力踩下刹车，即车辆为急减速状态、且SOC高于预设值时，发动机转速快速下降，使车轮转速快速降低，减少发动机运行时间，节省油耗。

其中，SOC的预设值可标定，优选为40％。

本实施例根据驾驶需求功率、能量回收功率和充电需求功率，并兼顾SOC平衡，来确定发动机的目标功率，以及发动机功率和电池功率分配比例，消除驾驶行为中急加速或急减速情况对发动机寿命、整车动力性和整车燃油经济性的影响。

需要说明的是，上述控制方法也适用于采用除行星轮系外的其他结构作为动力分配系统的混合动力汽车。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车功率分流控制方法，所述混合动力汽车的动力系统包括发动机、电池、动力分配系统、分流电机和驱动电机，其特征在于，包括如下步骤：

S1、计算驾驶需求功率P_drv；

S2、计算能量回收功率P_rev；

S3、计算充电需求功率P_c；

S4、计算电池需求功率P_bat，计算公式为：P_bat＝P_drv+P_rev-P_{e_curr}，其中，P_{e_curr}为发动机当前输出功率；

S5、计算分流电机获取功率P_{e_sun}；

S6、计算驱动电机输出功率P₂，计算公式为：P₂＝P_bat+P_{e_sun}；

S7、计算发动机目标功率P_{e_dem}；

S8、由电池SOC状态插值计算滤波时间t，其中插值曲线可标定，得到发动机功率调节滤波因子α＝t/T，其中T为系统采样时间；

S9、由上一时刻发动机实际控制目标功率p′_{e_out}和所述发动机目标功率p_{e_dem}，计算当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}，计算公式如下：p_{e_out}＝α×p_{e_dem}+(1-α)×p′_{e_out}，控制所述发动机的功率达到计算得到的当前时刻发动机实际控制目标功率p_{e_out}。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，所述动力分配系统为行星排，所述分流电机获取功率

其中，P_{e_curr}为发动机当前输出功率，k为行星排特征参数，n_sun为分流电机转速，n_ring为行星排齿圈转速。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，

由车速和油门开度信息，插值得到车辆前进需求功率P_{drv_f}和车辆倒车需求功率P_{drv_b}，所述驾驶需求功率P_drv＝P_{drv_f}+P_{drv_b}。

4.根据权利要求3所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，

车辆制动时，由制动开度插值曲线获取制动能量回收功率P_{rev_b}；

车辆滑行时，由车速获取滑行能量回收功率P_{rev_v}；

所述能量回收功率P_rev＝P_{rev_b}+P_{rev_v}。

5.根据权利要求4所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，

车辆怠速时，由电池SOC状态插值计算怠速充电功率P_{c_soc}；

车辆行车时，由电池SOC状态插值计算行车充电功率P_{c_drv}；

所述充电需求功率P_c＝P_{c_soc}+P_{c_drv}。

6.根据权利要求5所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，所述发动机目标功率P_{e_dem}的计算公式为：P_{e_dem}＝P_drv+P_rev+P_c-P_{bat_dem}，其中P_{bat_dem}为电池目标功率，所述电池目标功率P_{bat_dem}由电池SOC状态插值电池目标功率曲线获得。

7.根据权利要求3所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，

车辆前进时，所述车辆倒车需求功率P_{drv_b}为零；

车辆倒车时，所述车辆前进需求功率P_{drv_f}为零。

8.根据权利要求4所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，车辆处于行车状态时，所述制动能量回收功率P_{rev_b}和所述滑行能量回收功率P_{rev_v}均为零。

9.根据权利要求5所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，车辆处于行车状态时，所述怠速充电功率P_{c_soc}为零。

10.根据权利要求1-9任一项所述的混合动力汽车功率分流控制方法，其特征在于，

当车辆处于加速状态时，所述滤波时间t与所述电池SOC状态正相关；

当车辆处于减速状态时，所述滤波时间t与所述电池SOC状态负相关。

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