CN111547040B - 一种插电式混合动力汽车控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种插电式混合动力汽车控制系统，包括：一车机，所述车机内安装有GPS模块和地图导航模块；一HEV中央控制单元，所述HEV中央控制单元与所述车机连接；一内燃机驱动系统，所述内燃机驱动系统包括发动机和发动机控制器，所述发动机控制器分别与所述HEV中央控制单元、发动机连接；以及一电动机驱动系统，所述电动机驱动系统包括驱动电机、电机控制器、动力电池和车载充电机，所述电机控制器分别与所述HEV中央控制单元、驱动电机以及动力电池连接，所述车载充电机与所述动力电池连接。还公开了一种插电式混合动力汽车控制系统的控制方法。本发明最大程度的利用了电池电量，达到最小的燃油消耗，达到最低的驾驶成本。

Description

一种插电式混合动力汽车控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及插电式混合动力汽车控制系统技术领域，尤其涉及一种基于线路规划实现最小燃油消耗的插电式混合动力汽车控制系统及其控制方法。

背景技术

插电式混合动力汽车(Plug-in hybrid electric vehicle，简称PHEV)内置有内燃机驱动系统和电动机驱动系统，它们可以分开工作，也可以协调工作，共同驱动。插电式混合动力汽车主要有三种行车模式:

1)纯电动模式，在这种情况下，发动机停止工作，由电池提供能量驱动电机带动整车运动；

2)纯发动机模式，车辆在高速行驶且电池SOC并不是很低，在这种情况下由发动机提供动力，此时,发动机可工作于较高的效率区域且排放性也较好；

3)行车充电模式，在车辆正常行驶等中低负荷时,若此时电池SOC较低,发动机除了要提供驱动车辆所需的动力外,还可提供额外的功率对电池进行充电。

很多的情况下，用户的出行十分固定，比如上下班，对于距离较远的用户，为了达到最短的通勤时间，往往会选择高速路段，但是进入高速路段和从高速路段下来到终点往往还有一段低速路段。通常用户到达终点后马上可以充电，长途行驶的典型线路如图1所示。

驾驶插电式混合动力汽车的用户因为动力电池容量较小在比较长的线路上往往无法全部使用纯电动模式驾驶，在这种情况下往往需要一段时间的纯发动机或者混合驱动驾驶。

纯电动驾驶模式在低速情况下电耗低，但是在高速路上因为风阻的原因，电耗较高，自然行驶距离就短了。然而燃油车在低速情况下，发动机工作在低效区域，但是在高速路上大部分时候都工作在高效工况下，同时在高速路段可以使用行车充电模式，对电池进行充电。

目前现有的插电式混合动力汽车的纯电动模式、纯发动机模式或者行车充电模式主要由人工选择，在电池SOC过低时强制切换到行车充电模式，在电池SOC达到预设值时自动使用纯发动机模式。

使用插电式混合动力汽车的用户，有些情况下到达终点以后能马上进行充电。由于纯电动行驶的每百公里电耗的成本大幅低于燃油发动机的每百公里油耗的成本，使用纯电动驾驶模式下也不计算保养里程，多使用纯电动驾驶模式也会降低保养的费用。如果要达到最低燃油消耗的效果，用户需要自行规划在汽车的工作模式，规划的效果往往不佳。

为此，申请人进行了有益的探索和尝试，找到了解决上述问题的办法，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一在于：针对现有技术的不足而提供一种基于线路规划实现最小燃油消耗的插电式混合动力汽车控制系统。

本发明所要解决的技术问题之二在于：提供一种上述插电式混合动力汽车控制系统的控制方法。

作为本发明第一方面的一种插电式混合动力汽车控制系统，包括：

一车机，所述车机内安装有用于获取车辆当前位置的GPS模块和用于规划线路和导航的地图导航模块；

一HEV中央控制单元，所述HEV中央控制单元与所述车机连接，用于接收GPS数据和导航数据或发送控制指令；

一内燃机驱动系统，所述内燃机驱动系统包括发动机和发动机控制器，所述发动机控制器一方面与所述HEV中央控制单元连接，用于接收控制指令或发送发动机控制数据，其另一方面与所述发动机连接，用于控制发动机工作；以及

一电动机驱动系统，所述电动机驱动系统包括驱动电机、电机控制器、动力电池和车载充电机，所述电机控制器分别与所述HEV中央控制单元、驱动电机以及动力电池连接，用于接收控制指令或发送驱动电机控制数据和动力电池的电量数据、控制驱动电机工作以及控制动力电池充放电工作，所述车载充电机与所述动力电池连接，用于向所述动力电池进行充电。

作为本发明第二方面的一种插电式混合动力汽车控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S10，获取目的地信息和车辆当前位置信息，并根据车辆当前位置信息和目的地信息规划多种行驶线路，以供用户选择；

步骤S20，选择指定的行驶线路，并选择以最小燃油消耗模式驾驶汽车；

步骤S30，获取当前的动力电池的电量，并查询不同路况下的百公里电耗信息；

步骤S40，根据选定的行驶路线、实时路况信息以及动力电池的电量制定汽车运行模式规划表；

步骤S50，在行驶过程中，根据汽车运行模式规划表并结合车辆当前位置信息和当前动力电池的电量调节汽车当前的驾驶模式，直至汽车到达目的地。

在本发明的一个优选实施例中，在所述步骤S50中，所述根据汽车运行模式规划表并结合车辆当前位置信息和当前动力电池的电量调节汽车当前的驾驶模式，包括以下步骤：

步骤S51，获取车辆当前位置信息和当前动力电池的电量；

步骤S52，通过汽车运行模式规划表和当前动力电池的电量设置汽车当前的驾驶模式；

步骤S53，判断汽车当前的驾驶模式是否使用纯电动模式，若判断为是，则进入步骤S54，若判断为否，则进入步骤S55；

步骤S54，以纯电动模式驱动汽车；

步骤S55，判断汽车当前的驾驶模式是否使用纯发动机模式，若判断为是，则进入步骤S56，若判断为否，则进入步骤S57；

步骤S56，以纯发动机模式驱动汽车；

步骤S57，以行车充电模式驱动汽车。

由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：本发明通过对行车过程中的插电式混合动力汽车的工作模式进行规划和控制，最大程度的利用了电池电量，同时也利用了燃油发动机在高速路段的高效率的特点，对电池进行充电，达到最小的燃油消耗，达到最低的驾驶成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是现有的长途行驶的典型线路图。

图2是本发明的插电式混合动力汽车控制系统的结构示意图。

图3是本发明的插电式混合动力汽车控制方法的流程图。

图4是本发明的行驶过程中车机和HEV中央控制单元的交互流程图。

图5是本发明的线路规划的示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图2，图中给出的是一种插电式混合动力汽车控制系统，包括车机100、HEV中央控制单元200、内燃机驱动系统300以及电动机驱动系统400。

车机100内安装有GPS模块110和地图导航模块120，GPS模块110用于获取车辆当前位置，地图导航模块120规划线路和导航的地图导航模块。

HEV中央控制单元200与所述车机连接，用于接收GPS数据和导航数据或发送控制指令。

内燃机驱动系统300包括发动机310和发动机控制器320。发动机控制器320一方面与HEV中央控制单元200连接，用于接收HEV中央控制单元200发送的控制指令或向HEV中央控制单元200发送发动机控制数据，其另一方面与发动机310连接，用于控制发动机310工作。

电动机驱动系统400包括驱动电机410、电机控制器420、动力电池430和车载充电机440。电机控制器420一方面与HEV中央控制单元200连接，用于接收HEV中央控制单元200发送的控制指令或向HEV中央控制单元200发送驱动电机控制数据和/或动力电池的电量数据，其第二方面与驱动电机410连接，用于控制驱动电机410工作，其第三方面与动力电池430连接，用于获取动力电池430的电量数据和控制动力电池430充放电工作。车载充电机440与动力电池430连接，用于向动力电池430进行充电。

参见图3，图中给出的是本发明的插电式混合动力汽车控制系统的控制方法，包括以下步骤：

步骤S10，用户在车机100的地图导航模块120输入目的地，以获取目的地信息，同时通过GPS模块110获取车辆当前位置信息，并根据车辆当前位置信息和目的地信息规划多种行驶线路，以供用户选择。

步骤S20，用户通过地图导航模块120选择指定的行驶线路，并判断用户是否选择以最小燃油消耗模式驾驶汽车，若判断为是，则进入步骤S30，若判断为否，则正常导航。

步骤S30，HEV中央控制单元200通过电机控制器420获取当前的动力电池430的电量，并查询不同路况下的百公里电耗信息。

步骤S40，HEV中央控制单元200根据选定的行驶路线、实时路况信息以及动力电池430的电量制定汽车运行模式规划表。表格中记录了行驶过程中不同路段采用的运行模式，如下表所示，表格中的运行模式Mode根据图5计算。

行驶路段	S1	S2	S3
				运行模式	Mode(S1)	Mode(S2)	Mode(S3)

步骤S50，在行驶过程中，HEV中央控制单元200根据汽车运行模式规划表并结合车辆当前位置信息和当前动力电池的电量调节汽车当前的驾驶模式，直至汽车到达目的地。

车机100通过用户选择的行驶路线和是否选择最小燃油消耗模式，结合当前的动力电池的电量，线路上预估的消耗的电量和在高速线路上行驶的可以实现的充电量，规划线路上使用纯电驾驶模式、行车充电模式和纯发动机模式，并在行驶过程中通知HEV中央控制单元200切换到指定的模式，实现最小的燃油消耗。

具体地，在步骤S50中，根据汽车运行模式规划表并结合车辆当前位置信息和当前动力电池的电量调节汽车当前的驾驶模式，参见图4，其包括以下步骤：

步骤S51，车机100通过GPS模块110获取车辆当前位置信息并发送至HEV中央控制单元200，HEV中央控制单元200通过电机控制器420当前动力电池430的电量。

步骤S52，HEV中央控制单元200通过汽车运行模式规划表和当前动力电池的电量设置汽车当前的驾驶模式。

步骤S53，判断汽车当前的驾驶模式是否使用纯电动模式，若判断为是，则进入步骤S54，若判断为否，则进入步骤S55。

步骤S54，以纯电动模式驱动汽车。

步骤S55，判断汽车当前的驾驶模式是否使用纯发动机模式，若判断为是，则进入步骤S56，若判断为否，则进入步骤S57。

步骤S56，以纯发动机模式驱动汽车。

步骤S57，以行车充电模式驱动汽车。

本发明的插电式混合动力汽车控制系统的控制方法中的线路规划的算法，具体参见图5：

1.已知低速路段纯电动模式每公里SOC消耗为a，高速路段行车充电模式每公里SOC增加为b；已知整个行程分为低速路段长度S₁、高速路段长度S₂、低速路段长度S₃；设初始SOC为x，纯电动模式里程为S_d，行车充电模式里程为S_c，相对起点的实时里程为S_t，实时SOC为SOC_t；

2.理想工况满足以下条件：

1)低速路段S3全部工作在纯电动模式

x-a*(S_d-S₃)+b*S_c＝a*S₃，即S_d＝(x+b*S_c)/a；

2)高速路段S2均可工作在行车充电模式或纯发动机模式

S_c≤S₂，则S_d≤(x+b*S₂)/a；

3)低速路段S1全部工作在纯电动模式，

x-a*(S_d-S₃)≥0，即

S_d≤S₃+x/a；

4)高速路段S2期间对SOC的实时需求

SOC_t+b*(S₁+S₂-S_t)＝a*S₃；

由此在不同路段的工作模式选择方式如下：

低速路段S1：比较(x+b*S₂)/a与S₃+x/a，两者取小后为S_d，若S_d≤S₃,则低速路段S1全部工作在发动机模式，若S_d＞S₃且S_d-S₃≥S₁，则在路段S1全部工作在纯电动模式，若S_d＞S₃且S_d-S₃＜S₁，则在里程0至(S_d-S₃)工作在纯电动模式，在里程(S_d-S₃)至S₁工作在纯发动机模式；

高速路段S2：若(a*S₃-SOC_t)/b＜0，则切换至纯电动模式，若(a*S₃-SOC_t)/b≥(S₁+S₂-S_t)，则切换至行车充电模式，若(a*S₃-SOC_t)/b≥0且(a*S₃-SOC_t)/b＜(S₁+S₂-S_t)，则切换至纯发动机模式；

低速路段S3：若SOC_t＞0，则切换至纯电动模式，若SOC_t≤0，则切换至纯发动机模式。

本发明的线路规划算法假设动力电池430可以放电到SOC为零，实际上可以根据动力电池430的特性放电到一个设定的数值。

本发明结合车机的导航系统和HEV中央控制单元，用户在使用导航的时候可以选择使用到最小燃油消耗选项，导航系统会结合路况信息，当前的电池电量和车辆在各个速度下的耗电量，规划整个行车路线下使用纯电动模式，行车充电模式，纯发动机模式，到达目的地以后正好可以把电池电量耗尽，可以马上进行充电，同时本发明最大程度上利用燃油发动机在高速上效率高的特点，在行驶过程中对电池进行充电，达到最小燃油消耗，同时也是最经济的驾驶的目的。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种插电式混合动力汽车控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S10，获取目的地信息和车辆当前位置信息，并根据车辆当前位置信息和目的地信息规划多种行驶线路，以供用户选择；

步骤S20，选择指定的行驶线路，并选择以最小燃油消耗模式驾驶汽车；

步骤S30，获取当前的动力电池的电量，并查询不同路况下的百公里电耗信息；

步骤S40，根据选定的行驶路线、实时路况信息以及动力电池的电量制定汽车运行模式规划表；

步骤S50，在行驶过程中，根据汽车运行模式规划表并结合车辆当前位置信息和当前动力电池的电量调节汽车当前的驾驶模式，直至汽车到达目的地；

在步骤S10中，所述插电式混合动力汽车控制系统的控制方法中的线路规划过程如下：

一、 已知低速路段纯电动模式每公里SOC消耗为a，高速路段行车充电模式每公里SOC增加为b；已知整个行程分为低速路段长度S₁、高速路段长度S₂、低速路段长度S₃；设初始SOC为x，纯电动模式里程为S_d，行车充电模式里程为S_c，相对起点的实时里程为S_t，实时SOC为SOC_t；

二、 理想工况满足以下条件：

1)低速路段S3全部工作在纯电动模式：

x-a*(S_d-S₃)+b*S_c＝a*S₃，即S_d＝(x+b*S_c)/a；

2)高速路段S2均可工作在行车充电模式或纯发动机模式：

S_c≤S₂，则S_d≤(x+b*S₂)/a；

3)低速路段S1全部工作在纯电动模式：

x-a*(S_d-S₃)≥0，即S_d≤S₃+x/a；

4)高速路段S2期间对SOC的实时需求：

SOC_t+b*(S₁+S₂-S_t)＝a*S₃；

由此在不同路段的工作模式选择方式如下：

低速路段S1：比较(x+b*S₂)/a与S₃+x/a，两者取小后为S_d，若S_d≤S₃，则低速路段S1全部工作在发动机模式，若S_d＞S₃且S_d-S₃≥S₁，则在路段S1全部工作在纯电动模式，若S_d＞S₃且S_d-S₃＜S₁，则在里程0至(S_d-S₃)工作在纯电动模式，在里程(S_d-S₃)至S₁工作在纯发动机模式；

高速路段S2：若(a*S₃-SOC_t)/b＜0，则切换至纯电动模式，若(a*S₃-SOC_t)/b≥(S₁+S₂-S_t)，则切换至行车充电模式，若(a*S₃-SOC_t)/b≥0且(a*S₃-SOC_t)/b＜(S₁+S₂-S_t)，则切换至纯发动机模式；

低速路段S3：若SOC_t＞0，则切换至纯电动模式，若SOC_t≤0，则切换至纯发动机模式。

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在所述步骤S50中，所述根据汽车运行模式规划表并结合车辆当前位置信息和当前动力电池的电量调节汽车当前的驾驶模式，包括以下步骤：

步骤S51，获取车辆当前位置信息和当前动力电池的电量；

步骤S52，通过汽车运行模式规划表和当前动力电池的电量设置汽车当前的驾驶模式；

步骤S53，判断汽车当前的驾驶模式是否使用纯电动模式，若判断为是，则进入步骤S54，若判断为否，则进入步骤S55；

步骤S54，以纯电动模式驱动汽车；

步骤S55，判断汽车当前的驾驶模式是否使用纯发动机模式，若判断为是，则进入步骤S56，若判断为否，则进入步骤S57；

步骤S56，以纯发动机模式驱动汽车；

步骤S57，以行车充电模式驱动汽车。

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述插电式混合动力汽车控制系统包括：

一车机，所述车机内安装有用于获取车辆当前位置的GPS模块和用于规划线路和导航的地图导航模块；

一HEV中央控制单元，所述HEV中央控制单元与所述车机连接，用于接收GPS数据和导航数据或发送控制指令；

一内燃机驱动系统，所述内燃机驱动系统包括发动机和发动机控制器，所述发动机控制器一方面与所述HEV中央控制单元连接，用于接收控制指令或发送发动机控制数据，其另一方面与所述发动机连接，用于控制发动机工作；以及

一电动机驱动系统，所述电动机驱动系统包括驱动电机、电机控制器、动力电池和车载充电机，所述电机控制器分别与所述HEV中央控制单元、驱动电机以及动力电池连接，用于接收控制指令或发送驱动电机控制数据和动力电池的电量数据、控制驱动电机工作以及控制动力电池充放电工作，所述车载充电机与所述动力电池连接，用于向所述动力电池进行充电。

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