CN111775924B - 一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，基于电制动扭矩需求识别，充分考虑动力电池实时充电能力、驱动电机实时外特性、驱动桥的电制动扭矩能力，通过纯电动工作模式、串联工作模式、并联工作模式下对双电机和发动机进行协调控制，在兼顾混合动力系统效率的同时实现制动能量回收最大化。ISG电机制动能量回收用于弥补驱动电机高速段电制动功率的减少，在不超过动力电池的充电能力限制下，可以保证大部分车速范围内系统的电制动扭矩能力基本一致。

Description

一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力客车制动控制技术领域，更为具体地说是指一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法。
背景技术
混合动力系统的节能效果很大程度上是制动能量回收的贡献。在插电式混联混合动力系统匹配电池容量有限，尤其是实际运营环境为低温环境时电池的实时最大充电功率更为有限的情况下，如何实现制动能量回收的最大化控制以及如何协调控制发动机通过ISG发电的稳定性，一直是目前混合动力汽车难以解决的问题。
公开号为CN 107444392A涉及一种基于ATM的混联式混合动力系统，包括发动机、ISG电机、TM电机、ATM变速箱和整车控制器HCU，发电机与ISG电机间通过自动离合器连接，ISG电机通过ATM变速箱与TM电机连接，TM电机与驱动桥连接；整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制器ECU、两电机控制器MCU、变速箱控制器TCU和电池储能系统BUS。该系统发电机与电机大部分工作区间在高效率区，提高了车辆的能量利用率；通过两电机共同驱动车辆，使得车辆在纯电运行模式下动力性更佳，同时可进行制动能量回收，提高能量回收效率。该专利着重描述混联式混合动力系统，未涉及具体的制动能量回收控制方法，以及如何在纯电、串联、并联模式下协调控制发动机、ISG电机、驱动电机，在电池实际充电能力限制下实现制动能量回收最大化。
公开号为CN109910627 A涉及一种行星式混联混合动力汽车制动回收能量计算方法，该方法首先基于行星式混联混合动力汽车的制动踏板开度γ、电机MG2转速、汽车车速以及电池SOC值判断当前车辆所处的能量回收模式，其次根据车辆所处模式，分别计算出车辆在N档以及D档下的制动能量回收功率初始值；然后考虑到车辆带档制动时发动机制动以及电机MG2温度变化对车辆制动回收功率的影响，设置了合理的偏移量和温度修正因子，得到车辆在N档以及D档下的制动能量回收功率实际值。该发明也未涉及到如何在纯电、串联、并联模式下协调控制发动机、ISG电机、驱动电机，在电池实际充电能力限制下实现制动能量回收最大化。为此，我们提供一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法。
发明内容
本发明提供一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，以克服现有混合动力系统未区分多种模式下协调控制发动机、ISG电机、驱动电机，无法实现对制动能量回收最大化的缺点。
本发明采用如下技术方案：
一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，包括以下步骤：
S100、判断制动时是否为纯电动工作模式，若是进入步骤S200，若否进入步骤S300；
S200、制动能量回收由驱动电机实现，对（动力电池实时最大充电功率限制，驱动电机本身实时扭矩能力，驱动桥电制动扭矩能力）取小，作为驱动电机制动能量回收扭矩限制；
S300、判断制动时是否为串联工作模式，若是进入步骤S400，若否进入步骤S600；
S400、将（动力电池实时最大充电功率限制*制动能量回收可用充电能力分配系数K1，驱动电机实时制动扭矩能力，驱动桥电制动扭矩能力）取小，作为驱动电机制动能量回收扭矩限制；将（动力电池实时最大充电功率限制-驱动电机实时制动能量回收功率）作为ISG电机发电功率限制；
S500、采用分阶梯稳定性控制方法对ISG电机发电功率限制；
S600、判断制动时是否为并联工作模式，若是进入步骤S700，或者进入步骤S710及步骤S711；
S700、将（系统电制动扭矩需求-发动机反拖扭矩，驱动电机实时电制动扭矩能力*高效区最大负荷率经验值K2）取小，作为驱动电机扭矩控制；将（系统电制动扭矩需求-发动机反拖扭矩-驱动电机实时电制动扭矩），作为ISG电机扭矩控制；
S710、利用实际的驱动电机效率特性MAP和ISG电机效率特性MAP进行离线仿真，将同一转速下不同需求扭矩值以不同大小分配给驱动电机和ISG电机，记录发电功率最大的最优扭矩分配，以此类推获得不同转速不同需求扭矩值的最优制动扭矩分配MAP；
S711、将不同转速不同需求扭矩值的最优制动扭矩分配MAP引入控制模型，进行扭矩分配MAP查表，获得驱动电机和ISG电机的制动扭矩指令。
进一步地，所述混联混合动力系统，通过整车控制器接收电池管理系统发送的动力电池实时最大充电功率，接收集成电机控制器发送的驱动电机实时最大电制动扭矩和ISG电机实时最大电制动扭矩，考虑驱动桥电制动扭矩能力限制，结合制动踏板开度和车速识别的系统电制动扭矩需求，协调控制集成电机控制器和发动机ECU而实现对驱动电机、ISG电机和发动机的控制。
优选地，所述制动能量回收可用充电能力分配系数K1的大小为：0＜K1＜1。当车速为0-50km/h时，K1对应的取值范围为0.5＜K1＜1。
具体地，所述步骤S500中分阶梯稳定性控制方法具体过程如下：当0≤ISG电机发电功率限制＜P1持续时间t时按0限制；当P1≤ISG电机发电功率限制＜P2持续时间t时按P1限制；当P2≤ISG电机发电功率限制＜P3持续时间t时按P2限制；以此类推，当Pn≤ISG电机发电功率限制＜
Figure DEST_PATH_IMAGE001
持续时间t时按Pn限制；当ISG电机发电功率限制≥
Figure 858211DEST_PATH_IMAGE001
持续时间t时按
Figure 766124DEST_PATH_IMAGE001
限制，其余则维持前一时刻的输出；其中，0＜P1＜P2＜Pn＜
Figure 914821DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 617198DEST_PATH_IMAGE001
为ISG电机最大发电功率，n为大于2的整数，n取值根据实际确定，优选为3≤n≤10，t取值范围1～10s。
进一步地，所述高效区最大负荷率经验值K2的取值范围为80%-95%。
进一步地，所述步骤S710的具体方法如下：取电机转速
Figure 854275DEST_PATH_IMAGE002
=100～
Figure DEST_PATH_IMAGE003
，间隔a取值，
Figure 237983DEST_PATH_IMAGE003
为电机最高转速；需求扭矩值
Figure 634329DEST_PATH_IMAGE004
=100～
Figure DEST_PATH_IMAGE005
，间隔b取值，
Figure 710870DEST_PATH_IMAGE005
为系统最大电制动扭矩需求；驱动电机扭矩取值
Figure 638506DEST_PATH_IMAGE006
=0～
Figure 419380DEST_PATH_IMAGE004
，间隔1Nm取值，相应的ISG电机扭矩取值为
Figure DEST_PATH_IMAGE007
=
Figure 356985DEST_PATH_IMAGE004
-
Figure 73268DEST_PATH_IMAGE006
；当某一转速某一需求扭矩值不同扭矩分配下对应的两个电机发电功率之和最大时，将此时的驱动电机扭矩和ISG电机扭矩记录为该转速该需求扭矩值的最优扭矩分配。
进一步地，所述a和所述b分别根据电机最高转速和系统最大电制动扭矩需求大小适当取值，所述a取值100rpm，所述b取值100Nm。
由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：
本发明的混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，基于电制动扭矩需求识别，充分考虑动力电池实时充电能力、驱动电机实时外特性、驱动桥的电制动扭矩能力，通过各个模式（纯电动工作模式、串联工作模式、并联工作模式）下对双电机和发动机进行协调控制，在兼顾混合动力系统效率的同时实现制动能量回收最大化。ISG电机制动能量回收用于弥补驱动电机高速段电制动功率的减少，可以保证大部分车速范围内系统的电制动扭矩能力基本一致。
附图说明
图1为本发明混合动力系统的连接示意图。
图2为本发明的流程图。
具体实施方式
下面参照附图说明本发明的具体实施方式。为了全面理解本发明，下面描述到许多细节，但对于本领域技术人员来说，无需这些细节也可实现本发明。对于公知的组件、方法及过程，以下不再详细描述。
本发明提供一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其中，参照图1，混联混合动力系统通过整车控制器11接收电池管理系统9发送的动力电池8实时最大充电功率，接收集成电机控制器7发送的驱动电机2实时最大电制动扭矩和ISG电机1实时最大电制动扭矩，考虑驱动桥6电制动扭矩能力限制，结合制动踏板开度和车速识别的系统电制动扭矩需求，协调控制集成电机控制器7和发动机ECU10而实现对驱动电机2、ISG电机1和发动机3的控制。混联混合动力系统的发动机3、扭转减震器4、ISG电机1、离合器5、驱动电机2同轴分布。
参照图2，该混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，具体包括以下步骤：
S100、判断制动时是否为纯电动工作模式，若是进入步骤S200，若否进入步骤S300。
S200、制动能量回收由驱动电机2实现，对（动力电池8实时最大充电功率限制，驱动电机2本身实时扭矩能力，驱动桥6电制动扭矩能力）取小，作为驱动电机2制动能量回收扭矩限制。整车控制器11将经过限制的制动扭矩指令发送给集成电机控制器7控制驱动电机2。
S300、判断制动时是否为串联工作模式，若是进入步骤S400，若否进入步骤S600。
由于混联混合动力系统所配电池容量比纯电动系统少很多，尤其是低温运营环境下动力电池8实时充电功率很有限，加之串联模式下发动机3通过ISG电机1发电，让发动机3工作在效率较高的扭矩范围内且尽可能稳定，有利于实现较高的系统效率，为此引入制动能量回收可用充电能力分配系数K1（0<K1<1），K1的取值应尽可能优先保证制动能量回收，因车辆动能随车速降低而快速减小，制动能量回收可用充电能力分配系数K1可以适当随车速降低而减小，经验取值：车速0-50km/h对应系数K1取值0.5-1。
S400、将（动力电池8实时最大充电功率限制*制动能量回收可用充电能力分配系数K1，驱动电机2实时制动扭矩能力，驱动桥6电制动扭矩能力）取小，作为驱动电机2制动能量回收扭矩限制；将（动力电池8实时最大充电功率限制-驱动电机2实时制动能量回收功率）作为ISG电机1发电功率限制。整车控制器11将经过限制的制动扭矩指令发送给集成电机控制器7控制驱动电机2和ISG电机1。
S500、采用分阶梯稳定性控制方法对ISG电机1发电功率限制，使发动机3发电时发动机3扭矩尽可能稳定以降低油耗。
以上分阶梯稳定性控制方法具体过程如下：当0≤ISG电机1发电功率限制＜P1持续时间t时按0限制；当P1≤ISG电机1发电功率限制＜P2持续时间t时按P1限制；当P2≤ISG电机1发电功率限制＜P3持续时间t时按P2限制；以此类推，当Pn≤ISG电机1发电功率限制＜
Figure 675151DEST_PATH_IMAGE001
持续时间t时按Pn限制；当ISG电机1发电功率限制≥
Figure 400661DEST_PATH_IMAGE001
持续时间t时按
Figure 974862DEST_PATH_IMAGE001
限制，其余则维持前一时刻的输出；其中，0＜P1＜P2＜Pn＜
Figure 596467DEST_PATH_IMAGE001
，
Figure 420067DEST_PATH_IMAGE001
为ISG电机1最大发电功率，n为大于2的整数，n取值根据实际确定，优选为3≤n≤10，t取值范围1～10s。
S600、判断制动时是否为并联工作模式，若是进入步骤S700，或者进入步骤S710及步骤S711。
并联工作模式下，一种优选方案如下：
S700、将（系统电制动扭矩需求-发动机反拖扭矩，驱动电机实时电制动扭矩能力*高效区最大负荷率经验值K2）取小，作为驱动电机2扭矩控制；将（系统电制动扭矩需求-发动机3反拖扭矩-驱动电机2实时电制动扭矩），作为ISG电机1扭矩控制。高效区最大负荷率经验值K2的优选取值范围为80%-95%。
并联工作模式下，另一种优选方案如下：
S710、利用实际的驱动电机2效率特性MAP和ISG电机1效率特性MAP进行离线仿真，将同一转速下不同需求扭矩值以不同大小分配给驱动电机2和ISG电机1，记录发电功率最大的最优扭矩分配，以此类推获得不同转速不同需求扭矩值的最优制动扭矩分配MAP。具体的，取电机转速
Figure 11585DEST_PATH_IMAGE002
=100～
Figure 909134DEST_PATH_IMAGE003
，间隔a=100rpm取值，
Figure 498378DEST_PATH_IMAGE003
为电机最高转速；需求扭矩值
Figure 278116DEST_PATH_IMAGE004
=100～
Figure 345429DEST_PATH_IMAGE005
，间隔b=100Nm取值，
Figure 425380DEST_PATH_IMAGE005
为系统最大电制动扭矩需求；驱动电机2扭矩取值
Figure 917017DEST_PATH_IMAGE006
=0～
Figure 715209DEST_PATH_IMAGE004
，间隔1Nm取值，相应的ISG电机1扭矩取值为
Figure 648530DEST_PATH_IMAGE007
=
Figure 458354DEST_PATH_IMAGE004
-
Figure 514034DEST_PATH_IMAGE006
。当某一转速某一需求扭矩值不同扭矩分配下对应的两个电机发电功率之和最大时，将此时的驱动电机2扭矩和ISG电机1扭矩记录为该转速该需求扭矩值的最优扭矩分配。电机转速取值间隔a和需求扭矩值取值间隔b还可根据电机最高转速和系统最大电制动扭矩需求大小适当取值。
S711、将不同转速不同需求扭矩值的最优制动扭矩分配MAP引入控制模型，将（经过动力电池8实时最大充电功率限制和驱动桥6电制动扭矩能力限制的系统电制动扭矩需求-发动机反拖扭矩）作为需求扭矩值，进行扭矩分配MAP查表，获得驱动电机和ISG电机的制动扭矩指令。考虑驱动电机2和ISG电机1的实时制动扭矩能力限制后，将扭矩指令由整车控制器11发送给集成电机控制器7分别控制驱动电机2和ISG电机1，实现制动能量回收最大化控制目标。
上述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应属于侵犯本发明保护范围的行为。

Claims (8)

1.一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
S100、判断制动时是否为纯电动工作模式，若是进入步骤S200，若否进入步骤S300；
S200、制动能量回收由驱动电机实现，对动力电池实时最大充电功率限制、驱动电机本身实时扭矩能力和驱动桥电制动扭矩能力取小，作为驱动电机制动能量回收扭矩限制；
S300、判断制动时是否为串联工作模式，若是进入步骤S400，若否进入步骤S600；
S400、将动力电池实时最大充电功率限制*制动能量回收可用充电能力分配系数K1、驱动电机实时制动扭矩能力和驱动桥电制动扭矩能力取小，作为驱动电机制动能量回收扭矩限制；将动力电池实时最大充电功率限制-驱动电机实时制动能量回收功率作为ISG电机发电功率限制；
S500、采用分阶梯稳定性控制方法对ISG电机发电功率限制；
S600、判断制动时是否为并联工作模式，若是进入步骤S700，或者进入步骤S710及步骤S711；
S700、将系统电制动扭矩需求-发动机反拖扭矩、驱动电机实时电制动扭矩能力*高效区最大负荷率经验值K2取小，作为驱动电机扭矩控制；将系统电制动扭矩需求-发动机反拖扭矩-驱动电机实时电制动扭矩，作为ISG电机扭矩控制；
S710、利用实际的驱动电机效率特性MAP和ISG电机效率特性MAP进行离线仿真，将同一转速下不同需求扭矩值以不同大小分配给驱动电机和ISG电机，记录发电功率最大的最优扭矩分配，以此类推获得不同转速不同需求扭矩值的最优制动扭矩分配MAP；
S711、将不同转速不同需求扭矩值的最优制动扭矩分配MAP引入控制模型，进行扭矩分配MAP查表，获得驱动电机和ISG电机的制动扭矩指令。
2.如权利要求1所述的一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其特征在于：所述混联混合动力系统，通过整车控制器接收电池管理系统发送的动力电池实时最大充电功率，接收集成电机控制器发送的驱动电机实时最大电制动扭矩和ISG电机实时最大电制动扭矩，考虑驱动桥电制动扭矩能力限制，结合制动踏板开度和车速识别的系统电制动扭矩需求，协调控制集成电机控制器和发动机ECU而实现对驱动电机、ISG电机和发动机的控制。
3.如权利要求1所述的一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其特征在于：所述制动能量回收可用充电能力分配系数K1的大小为：0＜K1＜1。
4.如权利要求1所述的一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其特征在于：车速为0-50km/h时，K1对应的取值范围为0.5＜K1＜1。
5.如权利要求1所述的一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其特征在于：所述高效区最大负荷率经验值K2的取值范围为80%-95%。
6.如权利要求1所述的一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其特征在于，所述步骤S710的具体方法如下：取电机转速n=100rpm～nmax ，间隔a取值，nmax 为电机最高转速；需求扭矩值T =100Nm～Tmax ，间隔b取值，Tmax 为系统最大电制动扭矩需求；驱动电机扭矩取值T1 =0～T，间隔1Nm取值，相应的ISG电机扭矩取值为T2 =T-T1 ；当某一转速某一需求扭矩值不同扭矩分配下对应的两个电机发电功率之和最大时，将此时的驱动电机扭矩和ISG电机扭矩记录为该转速该需求扭矩值的最优扭矩分配。
7.如权利要求6所述的一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其特征在于：所述a和所述b分别根据电机最高转速和系统最大电制动扭矩需求大小适当取值。
8.如权利要求6所述的一种混联混合动力系统制动能量回收最大化控制方法，其特征在于：所述a取值100rpm，所述b取值100Nm。
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