CN111942367A - 混合动力车辆的动力系统的扭矩分配的方法 - Google Patents

混合动力车辆的动力系统的扭矩分配的方法 Download PDF

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CN111942367A CN201910411608.6A CN201910411608A CN111942367A CN 111942367 A CN111942367 A CN 111942367A CN 201910411608 A CN201910411608 A CN 201910411608A CN 111942367 A CN111942367 A CN 111942367A
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张匀珩
蒋银田
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Abstract

本发明涉及车辆驱动技术，具体涉及用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配的方法、实现该方法的车辆控制器和计算机可读存储介质。按照本发明一个方面的用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配的方法包含下列步骤：A）离线分析发动机燃油效率特性数据以获得发动机效率最优区间；B）在车辆行驶过程中通过在线实时监控电池电量状态来确定车辆的驱动模式，其中所述驱动模式包括纯电动驱动模式和混合动力驱动模式。当确定所述车辆的驱动模式进入混合动力驱动模式时，根据用户需求扭矩对应于所述发动机效率最优区间的位置，实时调节发动机工作点以使得所述发动机的实际工作扭矩尽可能地落在所述发动机效率最优区间。

Description

混合动力车辆的动力系统的扭矩分配的方法
技术领域
本发明涉及车辆驱动技术，具体涉及用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配的方法、实现该方法的车辆控制器和计算机可读存储介质。
背景技术
随着各国对车辆油耗和排放要求不断提高，可以提高燃油效率并且降低排放污染物的混合动力车辆越来越受到车辆厂商和消费者的关注。混合动力车辆的传动方式包括串联、并联、混联三种：其中串联方式的典型是增程式电动车，即发动机扭矩用于发电，仅通过电机扭矩来直接驱动车辆，这种方式发动机工作点稳定，但整体燃油效率较差，且三电成本较高；并联方式是发动机和电机可以同时通过轴齿结构将扭矩加载在驱动轴上，这种方式传动原理与传统燃油驱动系统类似，只是额外增加了一个或多个电机动力源，所以设计简单，成本低，整体燃油效率中等，国内应用较多；混联方式的典型是发动机、电机、驱动轴经由行星齿轮机构连接，其三者之间的扭矩和转速可以实现动态分配，这种方式设计复杂，控制困难，成本较高，燃油效率较高，国外应用较多。混合动力车辆省油减排的一个关键特征就是通过调节发动机的工作点，使发动机始终工作在高效区间，来达到提高平均燃油效率和降低排放的目标。
发动机工作点调节包括发动机转速调节和扭矩调节。对于并联传动方式的混合动力驱动系统而言，发动机动力传动链路一般与传统车类似，即通过多组固定传动比的档位将发动机扭矩传递到驱动轴上，档位限制了发动机转速调节范围和响应速度，因此并联传动方式混动一般不做特别的发动机转速调节控制；此时，发动机扭矩调节计算方法大大影响混合动力驱动系统的平均燃油效率。目前国内关于发动机扭矩调节计算方法大多是根据国家规定的油耗测试工况的几个典型发动机工作点进行发动机扭矩放大或缩小，通过试验标定来确定其放大或缩小的幅度。这种计算方法没有从系统的角度综合考虑燃油效率，用户实际使用的油耗可能会远超油耗测试工况的结果。
发明内容
为克服以上缺点中的一个或多个，本发明提供以下技术方案。
按照本发明的第一方面，提供一种用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法，其包含下列步骤：A）离线分析发动机燃油效率特性数据以获得发动机效率最优区间；以及B）在车辆行驶过程中通过在线实时监控电池电量状态来确定车辆的驱动模式，其中所述驱动模式包括纯电动驱动模式和混合动力驱动模式。
根据本发明一实施例的方法，其中，所述步骤B）进一步包括：当确定所述车辆的驱动模式进入纯电动驱动模式时，电机响应于用户需求扭矩驱动车辆而发动机不工作；以及当确定所述车辆的驱动模式进入混合动力驱动模式时，根据用户需求扭矩对应于所述发动机效率最优区间的位置，实时调节发动机工作点以使得所述发动机的实际工作扭矩尽可能地落在所述发动机效率最优区间。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，所述步骤A）进一步包括：选取发动机转速点并在所选取的发动机转速点处分别使得发动机输出稳定扭矩；在发动机达到所述稳定扭矩时记录当前工作点燃油消耗率来确定发动机当前工作点的燃油效率以拟合获得所述发动机燃油效率图，并在对应于各个所选取的发动机转速点的所述发动机燃油效率图中截取高效扭矩区间的扭矩范围[Nmin,Nmax]；以及根据对应于各个所选取的发动机转速点的所述扭矩范围[Nmin,Nmax]得到对应发动机转速点的数组表，对所述数组表中的数据进行曲线拟合以获得所述发动机效率最优区间。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，所述发动机效率最优区间由高效区间最低扭矩-转速线和高效区间最高扭矩-转速线限定。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，当所述电池电量高于第一预定阈值时，车辆进入所述纯电动驱动模式；当所述电池电量不高于所述第一预定阈值时，车辆启动发动机并进入所述混合动力驱动模式。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，在所述混合动力驱动模式中，进一步判断所述电池电量水平，当所述电池电量水平高于第二预定阈值时，进入效率优先模式以使得所述发动机工作点落在所述发动机效率最优区间；当所述电池电量水平不高于所述第二预定阈值时，进入充电优先模式以根据所述电池电量水平额外增大所述发动机输出扭矩到T_SmartCharge以在不影响效率的情况下增大充电功率。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，在所述效率优先模式中，根据踏板开度确定等效需求扭矩，并判断所述等效需求扭矩是否落在所述发动机效率最优区间内。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，当所述等效需求扭矩落在所述发动机效率最优区间时，所述发动机输出需求扭矩而电机不输出扭矩；当所述等效需求扭矩没有落在所述发动机效率最优区间时，进一步判断所述等效需求扭矩相对于所述发动机效率最优区间的位置：当所述等效需求扭矩高于所述发动机效率最优区间的上限时，发动机输出所述发动机效率最优区间的扭矩上限并且电机执行助力辅助扭矩；当所述等效需求扭矩低于所述发动机效率最优区间的下限时，发动机输出所述发动机效率最优区间的扭矩下限并且电机执行充电负扭矩。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，在所述充电优先模式中，根据踏板开度确定等效需求扭矩，并判断所述等效需求扭矩是否小于所述发动机效率最优区间的上限。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，当所述等效需求扭矩小于所述发动机效率最优区间的上限时，发动机输出T_SmartCharge而电机不输出扭矩；当所述等效需求扭矩不小于所述发动机效率最优区间的上限时，进一步判断电池电量是否允许电机助力。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，当所述电池电量允许电机助力时，发动机输出所述发动机效率最优区间的扭矩上限并且电机执行助力辅助扭矩；当所述电池电量不允许电机助力时，发动机输出需求扭矩而电机不输出扭矩。
根据本发明另一实施例或以上任一实施例的方法，其中，所述车辆是以并联传动方式驱动的油电混合动力车辆。
根据本发明的第二方面，提供一种车辆控制器，包含存储器、处理器以及存储在存储器上并且可在处理器上运行的计算机程序，其中，处理器运行所述程序以实现如本发明的第一方面中的任一实施例所述的用户混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法。
根据本发明的第三方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，其中，该程序可在被处理器执行时实现如本发明的第一方面中的任一实施例所述的用户混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法。
本发明涉及的混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法适用于并联传动方式的油电混合动力车辆动力系统的发动机和电机扭矩分配控制应用。根据本发明的一个或多个方面，可以采用如上所述的用户混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法及其车辆控制器和计算机可读存储介质，其实时调节发动机工作点，使得发动机的实际工作扭矩尽可能地落在效率最优区间，从而整体上得到较高的燃油效率。此外，该方案算法简单、控制稳定，在各种行驶工况下都有较高的理论燃油效率。
通过纳入本文的附图以及随后与附图一起用于说明本发明的某些原理的具体实施方式，本发明的车载视频传输方法及其系统所具有的其它特征和优点将更为具体地变得清楚或得以阐明。
附图说明
本发明的上述和/或其它方面和优点将通过以下结合附图的各个方面的描述变得更加清晰和更容易理解，附图中相同或相似的单元采用相同的标号表示。附图包括：
图1为按照本发明一实施例的用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法的流程图。
图2为按照本发明又一实施例的发动机效率最优区间离线分析的流程图。
图3为按照本发明实施例的效率-扭矩等高线截图示意图。
图4为按照本发明实施例的发动机效率最优区间的示意图。
图5为按照本发明又一实施例的发动机与电机扭矩分配在线优化的流程图。
图6为按照本发明实施例的车辆控制器的示意框图。
具体实施方式
在本说明书中，参照其中图示了本发明示意性实施例的附图更为全面地说明本发明。但本发明可以按不同形式来实现，而不应解读为仅限于本文给出的各实施例。给出的各实施例旨在使本文的披露全面完整，以将本发明的保护范围更为全面地传达给本领域技术人员。
诸如“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。诸如“第一”和“第二”之类的用语并不表示单元在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元之用。
下文参考根据本发明实施例的方法和系统的流程图说明、框图和/或流程图来描述本发明。将理解这些流程图说明和/或框图的每个框、以及流程图说明和/或框图的组合可以由计算机程序指令来实现。可以将这些计算机程序指令提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理设备的处理器以构成机器，以便由计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的这些指令创建用于实施这些流程图和/或框和/或一个或多个流程框图中指定的功能/操作的部件。
可以将这些计算机程序指令存储在计算机可读存储器中，这些指令可以指示计算机或其他可编程处理器以特定方式实现功能，以便存储在计算机可读存储器中的这些指令构成包含实施流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/操作的指令部件的制作产品。
可以将这些计算机程序指令加载到计算机或其他可编程数据处理器上以使一系列的操作步骤在计算机或其他可编程处理器上执行，以便构成计算机实现的进程，以使计算机或其他可编程数据处理器上执行的这些指令提供用于实施此流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能或操作的步骤。还应该注意在一些备选实现中，框中所示的功能/操作可以不按流程图所示的次序来发生。例如，依次示出的两个框实际可以基本同时地执行或这些框有时可以按逆序执行，具体取决于所涉及的功能/操作。
图1为按照本发明一实施例的用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法的流程图。
如图1所示，在步骤110中，离线分析发动机燃油效率特性数据以获得发动机效率最优区间，所述过程将在图2中详细描述。在步骤120中，在车辆行驶过程中通过在线实时监控电池电量状态来确定车辆的驱动模式，其中所述驱动模式包括纯电动驱动模式和混合动力驱动模式。在步骤130中，当确定所述车辆的驱动模式进入纯电动驱动模式时，电机响应于用户需求扭矩驱动车辆而发动机不工作；以及在步骤140中，当确定所述车辆的驱动模式进入混合动力驱动模式时，根据用户需求扭矩对应于所述发动机效率最优区间的位置，实时调节发动机工作点以使得所述发动机的实际工作扭矩尽可能地落在所述发动机效率最优区间，从而整体上得到较高的燃油效率。
图2为按照本发明又一实施例的发动机效率最优区间离线分析的流程图。
在步骤210中，进行发动机效率试验，该试验方式如下：选取发动机转速点（例如，1000，1500,2000，…，6000转每分）并在这些转速点处分别使发动机输出稳定扭矩（例如，10,20,30，…，200牛米）；待发动机达到稳定扭矩时记录当前工作点燃油消耗率；根据下述公式，计算得到当前工作点的燃油效率，最终拟合获得发动机燃油效率图（如图4所示）。可选地，上述发动机转速点和稳定扭矩根据具体车辆特性进行选取。
Figure 421597DEST_PATH_IMAGE002
在步骤220中，在燃油效率图上截取某一恒定转速，得到该转速下的扭矩-效率曲线。在该曲线上按照最高效率-x%（其中，x<2）截取等效率线，获得当前转速下的高效扭矩区间的扭矩范围[Nmin,Nmax]。可选地，上述x可以按照实际工况需求来选定。如图3将示出为转速2000转每分下某发动机的高效扭矩区间截取示意图。
在步骤230中，重复步骤220的计算过程，在各试验转速下分别求取对应的高效扭矩范围[Nmin,Nmax]，最终得到Nmin,Nmax对应转速的数组表；对该数组表中的数据进行曲线拟合，分别得到高效区间最低扭矩-转速线和高效区间最高扭矩-转速线，并将这两根线表示在发动机燃油效率图中；这两根线之间的发动机工作点即为发动机效率最优区间（如图4所示）。
图3为按照本发明实施例的效率-扭矩等高线截图示意图。图3中示出了转速2000转每分下某发动机的高效扭矩区间截取示意图，横坐标表示扭矩，纵坐标表示效率。在该曲线纵坐标轴上按照最高效率-x%（其中，x<2）截取等效率线，在横坐标轴上获得当前转速下的高效扭矩区间的扭矩范围[Nmin,Nmax]。可选地，上述x可以按照实际工况需求来选定。
图4为按照本发明实施例的发动机效率最优区间的示意图。图4中横坐标表示转速，纵坐标表示扭矩，其中高效区间最低扭矩-转速线和高效区间最高扭矩-转速线之间的发动机工作点即为发动机效率最优区间。
图5为按照本发明又一实施例的发动机与电机扭矩分配在线优化的流程图。在步骤510中，首先根据当前的电池电量，确定整车进入纯电动驱动模式（EV）或者混合动力驱动模式（Hybrid）。若电池电量高于第一预定阈值时（SOC > K_SOC_EnterEV， 其中K_SOC_EnterEV根据具体车辆特性进行标定），则在步骤520中进入纯电动驱动模式，由电机输出需求扭矩；反之则启动发动机并进入混合动力驱动模式。
进入混合动力驱动模式，在步骤530中进一步判断电池电量水平以确定是否需要启用智能充电功能。若电池电量水平高于第二预定阈值（SOC > K_SOC_ActivSmartCharge，其中K_SOC_ActivSmartCharge 根据具体车辆特性进行标定），则进入效率优先模式且仅需要保证发动机工作点落在发动机效率最优区间内或下限即可；反之若电池电量水平低于第二预定阈值（SOC <K_SOC_ActivSmartCharge），则进入充电优先模式以需要根据电池电量水平额外增大发动机输出扭矩目标到T_SmartCharge，从而在不影响效率的情况下增大充电功率。其中T_SmartCharge计算公式如下：
Figure 401054DEST_PATH_IMAGE004
Figure 180791DEST_PATH_IMAGE006
其中，T_Temp是临时计算变量；T_Cmd表示当前踏板开度下的等效需求扭矩；T_Upper表示当前发动机转速下的发动机效率最优区间扭矩上限值；T_Lower表示当前发动机转速下的发动机效率最优区间扭矩下限值；F_Lookup(x,y)表示根据根据输入x线性插值查表获得y的值；K_Coeff是智能充电系数，其范围是[0,1]，SOC越大，查表所得K_Coeff值越小。在上述计算公式中，当
Figure DEST_PATH_IMAGE007
成立时，
Figure 638317DEST_PATH_IMAGE008
；当
Figure DEST_PATH_IMAGE009
成立时，
Figure 452690DEST_PATH_IMAGE010
。可选地，T_SmartCharge的计算公式也可以按照如下表示，即
Figure DEST_PATH_IMAGE011
选取
Figure 337469DEST_PATH_IMAGE012
中的最小值：
Figure DEST_PATH_IMAGE013
)
在充电优先模式中，在步骤540中根据踏板开度计算等效需求扭矩，并在步骤550中判断等效需求扭矩是否小于发动机效率最优区间的上限。若等效需求扭矩小于发动机效率最优区间的上限，则在步骤560中，发动机输出T_SmartCharge而电机不输出扭矩；若等效需求扭矩不小于发动机效率最优区间的上限，则在步骤570中进一步判断电池电量是否允许支持电机助力。若电池电量允许支持电机助力时，则在步骤590中，发动机输出发动机效率最优区间的扭矩上限并且电机执行助力辅助扭矩；若电池电量不允许支持电机助力时，则在步骤580中，发动机输出需求扭矩而电机不输出扭矩。
在效率优先模式中，在步骤540'中根据踏板开度计算等效需求扭矩，并在步骤550'中判断等效需求扭矩是否落入发动机效率最优区间内。若等效需求扭矩落入发动机效率最优区间内，则在步骤560'中，发动机输出需求扭矩而电机不输出扭矩；若等效需求扭矩没有落入发动机效率最优区间内，则在步骤570'中，进一步判断等效需求扭矩相对于发动机效率最优区间的位置。若当前等效需求扭矩高于发动机效率最优区间的上限时，则在步骤580'中，发动机输出发动机效率最优区间的扭矩上限并且电机执行助力辅助扭矩；若当前等效需求扭矩低于发动机效率最优区间的下限时，则在步骤590'中，发动机输出发动机效率最优区间的扭矩下限并且电机执行充电负扭矩。
图6为按照本发明还有一实施例的车辆控制器的示意框图。该车辆控制器60包含存储器610、处理器620以及存储在所述存储器610上并且可在所述处理器620上运行的计算机程序630。所述处理器620运行所述计算机程序630以实现上述用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法。
按照本发明的另一方面，还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，该程序被处理器执行时可实现上述用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法。
根据本发明的一个或多个方面，根据发动机的实际特性离线分析得到发动机效率最优区间，并通过在线扭矩分配方法使得发动机实际工作扭矩尽可能地落在效率最优区间内，发动机与电机扭矩分配实现算法简单，实际控制稳定，在各种行驶工况下都有较高的理论燃油效率。
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。

Claims (14)

1.一种用于混合动力车辆的动力系统的扭矩分配方法，其特征在
于，包含下列步骤：
A）离线分析发动机燃油效率特性数据以获得发动机效率最优区间；以及
B）在车辆行驶过程中通过在线实时监控电池电量状态来确定车辆的驱动模式，其中所述驱动模式包括纯电动驱动模式和混合动力驱动模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤B）进一步包括：
当确定所述车辆的驱动模式进入纯电动驱动模式时，电机响应于用户需求扭矩驱动车辆而发动机不工作；以及
当确定所述车辆的驱动模式进入混合动力驱动模式时，根据用户需求扭矩对应于所述发动机效率最优区间的位置，实时调节发动机工作点以使得所述发动机的实际工作扭矩尽可能地落在所述发动机效率最优区间。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述步骤A）进一步包括：
选取发动机转速点并在所选取的发动机转速点处分别使得发动机输出稳定扭矩；
在发动机达到所述稳定扭矩时记录当前工作点燃油消耗率来确定发动机当前工作点的燃油效率以拟合获得所述发动机燃油效率图，并在对应于各个所选取的发动机转速点的所述发动机燃油效率图中截取高效扭矩区间的扭矩范围[Nmin,Nmax]；以及
根据对应于各个所选取的发动机转速点的所述扭矩范围[Nmin,Nmax]得到对应发动机转速点的数组表，对所述数组表中的数据进行曲线拟合以获得所述发动机效率最优区间。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述发动机效率最优区间由高效区间最低扭矩-转速线和高效区间最高扭矩-转速线限定。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，当所述电池电量高于第一预定阈值时，车辆进入所述纯电动驱动模式；当所述电池电量不高于所述第一预定阈值时，车辆启动发动机并进入所述混合动力驱动模式。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述混合动力驱动模式中，进一步判断所述电池电量水平，当所述电池电量水平高于第二预定阈值时，进入效率优先模式以使得所述发动机工作点落在所述发动机效率最优区间内或下限；当所述电池电量水平不高于所述第二预定阈值时，进入充电优先模式以根据所述电池电量水平额外增大所述发动机输出扭矩到T_SmartCharge以在不影响效率的情况下增大充电功率。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述效率优先模式中，根据踏板开度确定等效需求扭矩，并判断所述等效需求扭矩是否落在所述发动机效率最优区间内。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，当所述等效需求扭矩落在所述发动机效率最优区间时，所述发动机输出需求扭矩而电机不输出扭矩；当所述等效需求扭矩没有落在所述发动机效率最优区间时，进一步判断所述等效需求扭矩相对于所述发动机效率最优区间的位置：
当所述等效需求扭矩高于所述发动机效率最优区间的上限时，发动机输出所述发动机效率最优区间的扭矩上限并且电机执行助力辅助扭矩；
当所述等效需求扭矩低于所述发动机效率最优区间的下限时，发动机输出所述发动机效率最优区间的扭矩下限并且电机执行充电负扭矩。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，在所述充电优先模式中，根据踏板开度确定等效需求扭矩，并判断所述等效需求扭矩是否小于所述发动机效率最优区间的上限。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，当所述等效需求扭矩小于所述发动机效率最优区间的上限时，发动机输出T_SmartCharge而电机不输出扭矩；当所述等效需求扭矩不小于所述发动机效率最优区间的上限时，进一步判断电池电量是否允许电机助力。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，当所述电池电量允许电机助力时，发动机输出所述发动机效率最优区间的扭矩上限并且电机执行助力辅助扭矩；当所述电池电量不允许电机助力时，发动机输出需求扭矩而电机不输出扭矩。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的方法，其中，所述车辆是以并联传动方式驱动的油电混合动力车辆。
13.一种车辆控制器，包含存储器、处理器以及存储在所述存储器上并且可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器运行所述程序以实现：
如权利要求1-12中的任一项所述的方法。
14.一种计算机可读存储介质，其上存储计算机程序，其特征在于，该程序可在被处理器执行时实现：
如权利要求1-12中的任一项所述的方法。
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