CN110723132B - 一种混合动力车及其控制方法、存储介质 - Google Patents

一种混合动力车及其控制方法、存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种混合动力车及其控制方法、存储介质，所述控制方法方法包括步骤：当混合动力车处于经济模式时，根据用户输入的里程总数构建电池的目标SOC轨迹：
Figure DDA0002246302690000011
其中，
Figure DDA0002246302690000012
为目标SOC轨迹，SOC0为初始SOC，SOCf为终值目标SOC，Lf为里程总数，L为任意时刻的累积里程数；根据电池的实时SOC以及所述目标SOC轨迹控制发动机的启停状态和工作点，使所述混合动力车在经济模式下行驶。本发明通过目标SOC轨迹以及实时SOC来判断发动机的启停状态和工作点，使得发动机能尽可能多的在最经济区间行驶，以实现混合动力车燃油经济性的全局优化。

Description

一种混合动力车及其控制方法、存储介质
技术领域
本发明涉及新能源汽车控制领域，尤其涉及一种混合动力车及其控制方法、存储介质。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭和环境问题的日益严峻，节能环保已经成为汽车产业发展的核心方向。新能源汽车以其相对于传统内燃发动机汽车的节能和环保的优势在市场中占据越来越大的份额。其中，插电式串联(增程式)混合动力车结合了发动机和较大容量的动力电池，具有兼顾燃油经济性和续航里程的优点，而其燃油经济性的优劣很大程度上由整车能量管理系统的控制策略决定。
目前，量产的插电式混合动力车大多具备多种模式，如纯电模式、电量保持模式等，模式间的切换由驾驶员完成，模式的设置和模式间的切换简单易行。但是，绝大多数的控制策略并不能充分发挥发动机与电池电机相结合的优势，例如，若驾驶员选择纯电模式进行长途驾驶，则前面小部分路程在纯电模式下完成，电池热损耗大，当电量降低至最低限时，发动机启动并进入功率跟随模式以保持电量，发动机不能始终在经济区行驶；若驾驶员选择电量保持模式进行短途驾驶，则不能发挥电能相对经济、清洁的优势，不能实现多用电少用油的目标。
针对驾驶员行车路况多变，行程长短途距离不定，驾驶习惯因人而异的情况，现有技术无法做到燃油经济性的全局优化，因此，现有技术还有待于改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种混合动力车及其控制方法、存储介质，旨在解决现有技术无法对混合动力车做到燃油经济性全局优化的问题。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一种混合动力车的控制方法，其中，包括步骤：
当混合动力车处于经济模式时，根据用户输入的里程总数构建电池的目标SOC轨迹：
Figure BDA0002246302670000021
其中，
Figure BDA0002246302670000022
为目标SOC轨迹，SOC0为初始SOC，SOCf为终值目标SOC，Lf为里程总数，L为任意时刻的累积里程数；
根据电池的实时SOC以及所述目标SOC轨迹控制发动机的启停状态和工作点，使所述混合动力车在经济模式下行驶。
所述混合动力车的控制方法，其中，所述根据电池的实时SOC以及所述目标SOC轨迹控制发动机的启停状态和工作点的步骤包括：
若实时
Figure BDA0002246302670000023
且Pdemand<PbatMax，则控制发动机为关闭状态，所述混合动力车以纯电模式行驶，其中，Pdemand为驾驶需求功率，PbatMax为电池最大放电功率，a1取3到5之间的某个数值，b1取96到98之间的某个数值。
所述混合动力车的控制方法，其中，所述根据电池的实时SOC以及所述目标SOC轨迹控制发动机的启停状态和工作点的步骤包括：
若实时
Figure BDA0002246302670000031
或Pdemand>PbatMax时，则控制发动机启动，其中，a2取0到2之间的某个数值，b2取93到95之间的某个数值。
所述混合动力车的控制方法，其中，还包括步骤：
若b3％﹤实时SOC﹤b2％，则对发动机的启停状态以及工作点执行开环控制，其中，b3取15到20之间的某个数值；
若实时SOC≤b3％，则对发动机的启停状态以及工作点执行闭环控制。
所述混合动力车的控制方法，其中，所述对发动机的启停状态执行开环控制的步骤包括：
根据发动机-发电机最佳BSFC曲线绘制以发动机输出功率为横坐标、单位功率燃油消耗率b为纵坐标的最佳燃油经济性曲线，以曲线上从燃油消耗率高且曲线陡到燃油消耗率低且曲线平缓的拐点值作为发动机启停阈值
Figure BDA0002246302670000032
若
Figure BDA0002246302670000033
则控制发动机启动；
若
Figure BDA0002246302670000034
且发动机已运转时间大于预设发动机最短行驶时间，则控制发动机为关闭状态，ΔP为预设常数。
所述混合动力车的控制方法，其中，所述对发动机的工作点执行开环控制的步骤包括：
若Pdemand＜P1，则控制发动机的开环工作点
Figure BDA0002246302670000041
若P1≤Pdemand≤P2，则控制发动机的开环工作点
Figure BDA0002246302670000042
若Pdemand＞P2，则控制发动机的开环工作点
Figure BDA0002246302670000043
其中，所述P1和P2均为设定常数，且所述P2大于P1，所述Popt为发动机最佳工作点。
所述混合动力车的控制方法，其中，所述对发动机的启停状态执行闭环控制的步骤包括：
根据发动机-发电机最佳BSFC曲线绘制以发动机输出功率为横坐标、单位功率燃油消耗率b为纵坐标的最佳燃油经济性曲线，以曲线上从燃油消耗率高且曲线陡到燃油消耗率低且曲线平缓的拐点值作为发动机启停阈值
Figure BDA0002246302670000044
若Pdemand＞P0，则控制发动机启动，其中，
Figure BDA0002246302670000045
α为闭环调节系数；
若Pdemand﹤P0-ΔP，且发动机已运转时间大于预设发动机最短行驶时间，则控制发动机为关闭状态，其中，
Figure BDA0002246302670000046
α为闭环调节系数，ΔP为预设常数。
所述混合动力车的控制方法，其中，所述对发动机的工作点执行闭环控制的步骤包括：
若发动机的工作点执行闭环控制时，所述发动机的闭环控制工作点为
Figure BDA0002246302670000047
其中，β为闭环调节系数。
一种存储介质，其中，包括存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行本发明一种所述混合动力车的控制方法的步骤。
一种混合动力车，其中，包括处理器，适于实现各指令；以及存储介质，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行本发明一种所述混合动力车的控制方法的步骤。
有益效果：本发明通过获取用户输入的距离下一次充电的里程总数，构建一条合理并简单易行的目标SOC轨迹，通过所述目标SOC轨迹以及实时SOC来判断发动机的启停状态和工作点，使得发动机能尽可能多的在最经济区间行驶，以实现混合动力车燃油经济性的全局优化；同时电池的实时SOC能大致跟踪目标SOC轨迹来变化，即电池的电量能按一个合理的趋势逐步下降，直到下次能够充电时正好下降到最低电量。
附图说明
图1是本发明根据用户输入里程总数计算随里程变化的目标SOC轨迹
Figure BDA0002246302670000051
图。
图2为最佳BSFC曲线及
Figure BDA0002246302670000052
和Popt的选取示意图。
图3为闭环调节系数α和β的选取函数图。
图4为发动机开环工作点曲线示意图。
图5为模式切换下的目标SOC轨迹
Figure BDA0002246302670000053
图6为混合动力车的系统框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在一些实施方式中，提供一种混合动力车的控制方法，其包括以下步骤：
S10、当混合动力车处于经济模式时，根据用户输入的里程总数构建电池的目标SOC轨迹：
Figure BDA0002246302670000061
其中，
Figure BDA0002246302670000062
为目标SOC轨迹，SOC0为初始SOC，SOCf为终值目标SOC，Lf为里程总数，L为任意时刻的累积里程数；
S20、根据电池的实时SOC以及所述目标SOC轨迹控制发动机的启停状态和工作点，使所述混合动力车在经济模式下行驶。
在本实施例中，所述SOC是指混合动力车电池的荷电状态，100％为充满状态，0％为放空状态，当用户将所述混合动力车切换至经济模式时，用户可输入“距离下次充电预计行驶的里程数”，即所述里程总数Lf，并记录该模式下的初始SOC为SOC0，初始里程为0，记录终值目标SOC为SOCf，则行程中在累积里程为L的任意时刻，所构建的目标SOC轨迹为
Figure BDA0002246302670000063
如图1所示。在本实施例中，为减少计算复杂度并且易于在产品级整车控制器中实现，所述目标SOC轨迹设置为一条从初始SOC到终止SOC的沿行驶里程的直线；但是为达到近似的优化目标，所述
Figure BDA0002246302670000064
的选取办法并不唯一，例如将
Figure BDA0002246302670000065
定为一条曲线，或者
Figure BDA0002246302670000066
下降速率先快后慢或先慢后快，或者
Figure BDA0002246302670000067
下降速率随车速变化而变化等变形方案，均应属于本发明所保护的技术方案。
本实施例中，当成功构建目标SOC轨迹后，根据电池的实时SOC以及所述目标SOC轨迹可控制混合动力车发动机的启停状态和工作点，使得所述发动机能尽可能多的在最经济区间行驶，以实现混合动力车燃油经济性的全局优化；同时电池的实时SOC能大致跟踪目标SOC轨迹来变化，即电池的电量能按一个合理的趋势逐步下降，直到下次能够充电时正好下降到最低电量。
在一些实施方式中，若实时
Figure BDA0002246302670000071
且Pdemand<PbatMax，则控制发动机为关闭状态，所述混合动力车以纯电模式行驶，其中，Pdemand为驾驶需求功率，PbatMax为电池最大放电功率，a1取3到5之间的某个数值，b1取96到98之间的某个数值。本实施例中，所述a1取3到5之间的某个数值，可避免实时SOC超过目标SOC轨迹过多；所述b1取96到98之间的某个数值，可避免电池组过充。
在一些实施方式中，若实时
Figure BDA0002246302670000072
或Pdemand>PbatMax时，则控制发动机启动，其中，a2取0到2之间的某个数值，b2取93到95之间的某个数值。
在一具体的实施方式中，若实时
Figure BDA0002246302670000073
且Pdemand<PbatMax，其中，Pdemand为驾驶需求功率，PbatMax为电池最大放电功率，则控制发动机为关闭状态，此时，所述混合动力车以纯电模式行驶。若实时
Figure BDA0002246302670000074
或Pdemand>PbatMax时，则控制发动机启动。本实施例中，为避免发动机频繁启停，设定发动机启动时的SOC阈值为
Figure BDA0002246302670000075
与纯电模式行驶时的SOC阈值
Figure BDA0002246302670000076
相差2％，所述2％的差值作为滞回空间。
在一些实施方式中，当发动机启动时，若b3％﹤实时SOC﹤b2％，则对发动机的启停状态以及工作点执行开环控制，其中，b3取15到20之间的某个数值；若实时SOC≤b3％，则对发动机的启停状态以及工作点执行闭环控制。本实施例中，所述b3的取值大于SOCf，所述SOCf的取值由电池特性和技术要求所决定；作为举例，当所述SOCf为15％时，所述b3可取15到20之间的任一数值。
在一些实施方式中，所述对发动机的启停状态执行开环控制的步骤包括：根据发动机-发电机最佳BSFC曲线绘制以发动机输出功率为横坐标、单位功率燃油消耗率b为纵坐标的最佳燃油经济性曲线，以曲线上从燃油消耗率高且曲线陡到燃油消耗率低且曲线平缓的拐点值作为发动机启停阈值
Figure BDA0002246302670000081
若
Figure BDA0002246302670000082
则控制发动机启动；若
Figure BDA0002246302670000083
且发动机已运转时间大于预设发动机最短行驶时间，则控制发动机为关闭状态，ΔP为预设常数。
本实施例中，如图2所示，根据发动机-发电机最佳BSFC(Brake Specific FuelConsumption，有效燃油消耗率)曲线绘制以发动机输出功率为横坐标、单位功率燃油消耗率b(单位为g/kWh)为纵坐标的最佳燃油经济性曲线，以曲线中的最低点作为发动机-发电机最佳工作点Popt，以曲线上从燃油消耗率高且曲线陡到燃油消耗率低且曲线平缓的拐点值作为发动机启停阈值
Figure BDA0002246302670000084
本实施例中，所述最佳BSFC曲线由台架标定的发动机BSFC图得到，由于串联混合动力发动机与传动系统解耦，发动机的转速与车速没有直接关系，因此在每一个不同功率点下都能找到唯一的发动机转速使得燃油消耗率最低，即输出功率和最佳发动机转速一一对应，将这样的点从最小功率到最大功率连接起来，即形成最佳BSFC曲线。在本实施例中，所述ΔP为预设常数，例如5kW，所述预设发动机最短行驶时间可以为5-15s，设定这两个常量可避免发动机频繁启停。
在一些实施方式中，当实时SOC≤b3％时，其中，b3取15到20之间的某个数值，为避免SOC过低影响电池的寿命和混合动力车正常行驶的性能，对发动机的启停状态执行闭环工作。若Pdemand＞P0，则控制发动机启动，若Pdemand﹤P0-ΔP，且发动机已运转时间大于预设发动机最短行驶时间，则控制发动机为关闭状态，其中，
Figure BDA0002246302670000091
α为闭环调节系数，ΔP为预设常数。在本实施例中，所述α可以为常数，还可以取如图3所示的SOC函数，当采用闭环控制发动机启停状态时，实时SOC越低，发动机启停点P0将随之越小，使得发动机越容易起动以在提供动力的同时给电池组充电，保证SOC不会过低，或在sustain模式时稳定在目标SOC附近。
在一些实施方式中，车辆在实际行驶中，由于实际路况的不同和驾驶风格的影响，SOC不应定始终跟踪
Figure BDA0002246302670000092
可以采用学习修正的方法逐步对
Figure BDA0002246302670000093
进行调整，使得SOC下降的趋势更为合理以获得更好的综合燃油经济性。若实时
Figure BDA0002246302670000094
且Pdemand<PbatMax的条件频繁成立，即SOC容易高于
Figure BDA0002246302670000095
则可以逐步增加
Figure BDA0002246302670000096
的值(例如上述条件每成立5次，可将
Figure BDA0002246302670000097
数值增加0.5，并存储此新的数值)，通过提高发动机启停阈值来达到少用发动机、多用电池的目的；若行程中SOC的下降速度常快于
Figure BDA0002246302670000098
较多，可以逐步减小
Figure BDA0002246302670000099
的值，例如当SOC低于
Figure BDA0002246302670000101
达20％时，可将
Figure BDA0002246302670000102
数值减小0.5，一次行程只计算一次，并存储此新的数值。
在一些实施方式中，由于串联混合动力发动机与传动系是解耦的，因此对于理想系统来说，发动机-发电机组可以始终运转在Popt功率点上并获得最佳燃油经济性(这种策略称为恒温器策略)。然而，在实际应用中，受到电池内阻、电池充放电极限、NVH(Noise、Vibration、Harshness，噪声、振动与声振粗糙度)等影响，恒温器策略并不可行，也未必能获得最佳油耗。因此，当20％﹤实时SOC﹤95％时，对发动机的工作点执行基于改进的恒温器策略的开环控制，如图4所示，若Pdemand＜P1，则控制发动机的开环工作点
Figure BDA0002246302670000103
若P1≤Pdemand≤P2，则控制发动机的开环工作点
Figure BDA0002246302670000104
若Pdemand＞P2，则控制发动机的开环工作点
Figure BDA0002246302670000105
其中，所述P1和P2均为设定常数，且所述P2大于P1，所述Popt为发动机最佳工作点。通过本实施例可知，当混合动力车在中等需求功率时，执行恒温器策略，发动机始终工作在最经济点Popt上；而在小需求功率时，发动机输出功率高于需求功率并随需求功率增加而增加，在大需求功率时，发动机输出功率低于需求功率并随需求功率增加而增加，一方面使得驾驶感受更为自然，一方面使得发动机尽可能工作在经济区内。
在本实施例中，理论上只需要计算Pdemand≥P0时的发动机工作点曲线，当驾驶需求功率小于P0时发动机是不启动的。然而实际工况中，P0的值也是有可能随时间变化的，而且在特定的瞬时工况下，发动机起动后很快Pdemand就小于P0的值，例如驾驶员重踩油门踏板后马上又松开；发动机启动后未到最短运行时间不应马上停机，而此期间停止喷油或者让发动机怠速是不合理的，因此最佳工作点曲线也应该覆盖此区域，在图4中以虚线表示。
若在考虑最佳燃油经济性的同时也考虑电池的寿命、电池散热可能导致的潜在能量消耗、驾驶员听觉感受等因素，可将P1到P2区间的Pgenset为恒定Popt改为Pgenset随Pdemand增加而增加，而在P1和P2之外的区间Pgenset更加接近于Pdemand，Pgenset在图4中以点划线表示。
在一些实施方式中，当实时SOC≤b3％时，其中，b3取15到20之间的某个数值，为避免SOC过低影响电池的寿命和混合动力车正常行驶的性能，对发动机的工作点执行闭环工作。所述发动机的闭环控制工作点为
Figure BDA0002246302670000111
其中，β为闭环调节系数。本实施例中，所述β可以取为常数，也可以取为如图3所示的SOC的函数，当采用闭环控制时，当SOC越低，发动机-发电机组输出功率Pgenset将随之越大，发动机输出更多的功率以在提供动力的同时给电池组充电，保证SOC不会过低；在电量保持模式时，若SOC高于
Figure BDA0002246302670000112
发动机工作时输出较少的功率给电池组充电，若SOC低于
Figure BDA0002246302670000113
发动机工作时输出较多的功率给电池组充电，以使SOC稳定在目标SOC附近。
在一些实施方式中，若用户将混合动力车由经济模式切换至电量保持(sustain)模式，则
Figure BDA0002246302670000114
在切换时记录当前SOC真实值并一直保持当前值；在切换回经济(ECO)模式后重新计算
Figure BDA0002246302670000115
如图5所示。
在一些实施方式中，还提供了一种存储介质，其中，存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行本发明一种所述混合动力车的控制方法的步骤。
在一些实施方式中，还提供一种混合动力车，其中，如图6所示，包括处理器10，适于实现各指令；以及存储介质20，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器10加载并执行本发明一种所述混合动力车的控制方法的步骤。
综上所述，本发明通过获取用户输入的距离下一次充电的里程总数，构建一条合理并简单易行的目标SOC轨迹，通过所述目标SOC轨迹以及实时SOC来判断发动机的启停状态和工作点，使得发动机能尽可能多的在最经济区间行驶，以实现混合动力车燃油经济性的全局优化；同时电池的实时SOC能大致跟踪目标SOC轨迹来变化，即电池的电量能按一个合理的趋势逐步下降，直到下次能够充电时正好下降到最低电量。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，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，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 (9)

1.一种混合动力车的控制方法，其特征在于，包括步骤：
当混合动力车处于经济模式时，根据用户输入的里程总数构建电池的目标SOC轨迹：
Figure FDA0002688102930000011
其中，
Figure FDA0002688102930000012
为目标SOC轨迹，SOC0为初始SOC，SOCf为终值目标SOC，Lf为里程总数，L为任意时刻的累积里程数；
根据电池的实时SOC以及所述目标SOC轨迹控制发动机的启停状态和工作点，若实时
Figure FDA0002688102930000013
且Pdemand＜PbatMax，则控制发动机为关闭状态，所述混合动力车以纯电模式行驶，其中，Pdemand为驾驶需求功率，PbatMax为电池最大放电功率，a1取3到5之间的某个数值，b1取96到98之间的某个数值。
2.根据权利要求1所述混合动力车的控制方法，其特征在于，所述根据电池的实时SOC以及所述目标SOC轨迹控制发动机的启停状态和工作点的步骤包括：
若实时
Figure FDA0002688102930000014
或Pdemand＞PbatMax时，则控制发动机启动，其中，a2取0到2之间的某个数值，b2取93到95之间的某个数值。
3.根据权利要求2所述混合动力车的控制方法，其特征在于，还包括步骤：
若b3％﹤实时SOC﹤b2％，则对发动机的启停状态以及工作点执行开环控制，其中，b3取15到20之间的某个数值；
若实时SOC≤b3％，则对发动机的启停状态以及工作点执行闭环控制。
4.根据权利要求3所述混合动力车的控制方法，其特征在于，所述对发动机的启停状态执行开环控制的步骤包括：
根据发动机-发电机最佳BSFC曲线绘制以发动机输出功率为横坐标、单位功率燃油消耗率b为纵坐标的最佳燃油经济性曲线，以曲线上从燃油消耗率高且曲线陡到燃油消耗率低且曲线平缓的拐点值作为发动机启停阈值
Figure FDA0002688102930000021
若
Figure FDA0002688102930000022
则控制发动机启动；
若
Figure FDA0002688102930000023
且发动机已运转时间大于预设发动机最短行驶时间，则控制发动机为关闭状态，ΔP为预设常数。
5.根据权利要求4所述混合动力车的控制方法，其特征在于，所述对发动机的工作点执行开环控制的步骤包括：
若Pdemand＜P1，则控制发动机的开环工作点
Figure FDA0002688102930000024
若P1≤Pdemand≤P2，则控制发动机的开环工作点
Figure FDA0002688102930000025
若Pdemand＞P2，则控制发动机的开环工作点
Figure FDA0002688102930000026
其中，所述P1和P2均为设定常数，且所述P2大于P1，所述Popt为发动机最佳工作点。
6.根据权利要求3所述混合动力车的控制方法，其特征在于，所述对发动机的启停状态执行闭环控制的步骤包括：
根据发动机-发电机最佳BSFC曲线绘制以发动机输出功率为横坐标、单位功率燃油消耗率b为纵坐标的最佳燃油经济性曲线，以曲线上从燃油消耗率高且曲线陡到燃油消耗率低且曲线平缓的拐点值作为发动机启停阈值
Figure FDA0002688102930000027
若Pdemand＞P0，则控制发动机启动，其中，
Figure FDA0002688102930000031
α为闭环调节系数；
若Pdemand﹤P0-ΔP，且发动机已运转时间大于预设发动机最短行驶时间，则控制发动机为关闭状态，其中，
Figure FDA0002688102930000032
α为闭环调节系数，ΔP为预设常数。
7.根据权利要求3所述混合动力车的控制方法，其特征在于，所述对发动机的工作点执行闭环控制的步骤包括：
若发动机的工作点执行闭环控制时，所述发动机的闭环控制工作点为
Figure FDA0002688102930000033
其中，β为闭环调节系数。
8.一种存储介质，其特征在于，包括存储有多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-7任意一种所述混合动力车的控制方法的步骤。
9.一种混合动力车，其特征在于，包括处理器，适于实现各指令；以及存储介质，适于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述权利要求1-7任意一种所述混合动力车的控制方法的步骤。
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