CN112721908B - 一种用于混合动力系统的控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于混合动力系统的控制方法和系统，涉及车辆的发动机技术领域。控制方法包括：采集所述永磁同步电机的转速和扭矩；根据所述转速和扭矩获得所述永磁同步电机的工作效率；当所述永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机；其中，所述预设标定区间根据所述永磁同步电机的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定。本发明提供的控制方法能够减少能量浪费。

Description

一种用于混合动力系统的控制方法和系统

技术领域

本发明涉及车辆的发动机技术领域，特别是涉及一种用于混合动力系统的控制方法和系统。

背景技术

对于包括永磁同步电机的混合动力系统，在运行过程中存在永磁同步电机零扭矩控制以及中高速低扭矩工作区域，实际工作中存在着诸多问题，例如：从整车驾驶性控制上，为了避免电机扭矩过零点导致的冲击感，整车会针对性地给电机一个很小的扭矩请求，如±1Nm，或零扭矩控制模式，此时永磁同步电机实际既无驱动扭矩请求，也无能量管理扭矩请求，且零扭矩控制随着电机转速的升高，功率损失增大，容易造成不必要的能量浪费。

发明内容

本发明第一方面的一个目的是提供一种能够减少能量浪费的控制方法。

本发明第一方面的进一步的目的是提供一种鲁棒性高的控制方法。

本发明第二方面的目的是提供一种能够减少能量浪费的控制系统。

根据上述第一方面，本发明提供了一种用于混合动力系统的控制方法，所述混合动力系统包括发动机、永磁同步电机和励磁异步电机，所述永磁同步电机设置在车辆的后桥上，所述励磁异步电机设置在发动机轮系端，所述控制方法包括：

采集所述永磁同步电机的转速和扭矩；

根据所述转速和扭矩计算所述永磁同步电机的工作效率；

当所述永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机；

其中，所述预设标定区间根据所述永磁同步电机的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定。

可选的，在关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机之前，所述控制方法还包括：

采集所述车辆的变速箱档位信息；

当所述变速箱档位信息处于高于预设档位的高档位、且当所述永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机。

可选的，在关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机之前，所述控制方法还包括：

采集所述车辆的工作状态信息；

当所述车辆的工作状态信息满足预设条件、且当所述永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机；

其中，所述工作状态信息包括车速信息、电池信息及工况信息。

可选的，所述预设条件包括：

同时满足所述车辆不处于爬坡工况、车速不小于预设速度、车辆不处于滑行工况、车辆不处于处于制动回收工况、没有牵引力动态助力需求、电池没有放电请求且车辆不是纯电行驶工况。

可选的，采集所述永磁同步电机的转速和扭矩之前还包括：

采集并判断所述发动机的工作状态是否正常；

若是，采集所述永磁同步电机的转速和扭矩。

可选的，在判定所述工作效率在预设标定区间后还包括：

经预设时间后控制所述永磁同步电机关闭及所述励磁异步电机启动。

可选的，所述预设档位为四挡。

可选的，控制所述永磁同步电机关闭及控制所述励磁异步电机启动之前还包括：

判断所述励磁异步电机的扭矩能力是否受限；

若否，控制所述永磁同步电机关闭及控制所述励磁异步电机启动。

根据上述第二方面，本发明还提供了一种用于混合动力系统的控制系统，所述控制系统在所述的控制方法的控制下运行。

本发明提供的用于混合动力系统的控制方法应用于具有双电机的混合动力系统，该双电机为永磁同步电机(以下简称P4)和励磁异步电机(以下简称P0)，P0位于发动机轮端，其轮端速比随变速箱档位变化，P4位于车辆后桥。因P4效率一般高于P0，故在整车控制策略中优先使用P4进行能量管理和牵引力控制，但随着车速的上升，P4在高转速区域效率相对扭矩变化敏感，若继续使用P4响应较小的驱动或能量管理扭矩则会降低效率，所以在这时可以根据P4的工作效率选择性地断开P4而使用P0，来提升整车效率。具体到本发明，首先采集P4的转速和扭矩，通过转速和扭矩获得P4的工作效率，如该工作效率位于预设标定区间内说明P4的工作效率较低，准确识别其低效区域，此时控制P4断开，并控制励磁异步电机P0启动。其中，预设标定区间根据P4的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定，从而能够避免P4的零扭矩控制，通过关闭P4和开启励磁异步电机P0把对P4的扭矩请求转移至励磁异步电机P0，灵活切换P0与P4能够，使得双电机匹配效率达到最高，省去了P4到发动机端的传动损失，减少能量浪费。

进一步地，考虑车辆的工作状态信息保证了在车辆稳态时切换电机，避免车辆在非稳态时切换电机带来的问题，从而提升系统的鲁棒性。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是根据本发明一个实施例的用于混合动力系统的控制方法的流程框图；

图2是根据本发明另一个实施例的用于混合动力系统的控制方法的流程框图；

图3是根据本发明一个实施例的用于混合动力系统的控制系统的结构框图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

图1是根据本发明一个实施例的用于混合动力系统的控制方法的流程框图。如图1所示，本发明提供了一种用于混合动力系统的控制方法，混合动力系统包括发动机、永磁同步电机和励磁异步电机，永磁同步电机设置在车辆的后桥上，励磁异步电机设置在发动机轮系端，控制方法包括：

S10：采集永磁同步电机的转速和扭矩；

S20：根据转速和扭矩计算永磁同步电机的工作效率；

S30：当永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭永磁同步电机、启动励磁异步电机。

其中，预设标定区间根据永磁同步电机的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定。

本实施例提供的用于混合动力系统的控制方法应用于具有双电机的混合动力系统，该双电机为永磁同步电机(以下简称P4)和励磁异步电机(以下简称P0)，P0位于发动机轮端，其轮端速比随变速箱档位变化，P4位于车辆后桥。因P4效率一般高于P0，故在整车控制策略中优先使用P4进行能量管理和牵引力控制，但随着车速的上升，P4在高转速区域效率相对扭矩变化敏感，若继续使用P4响应较小的驱动或能量管理扭矩则会降低效率，所以在这时可以根据P4的工作效率选择性地断开P4而使用P0，来提升整车效率。具体到本发明，首先采集P4的转速和扭矩，通过转速和扭矩获得P4的工作效率，如该工作效率位于预设标定区间内说明P4的工作效率较低，准确识别其低效区域，此时控制P4断开，并控制P0启动。其中，预设标定区间根据P4的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定，从而能够避免P4的零扭矩控制，通过关闭P4和开启P0把对P4的扭矩请求转移至P0，灵活切换P0与P4能够，使得双电机匹配效率达到最高，省去了P4到发动机端的传动损失，减少能量浪费。

对于P4转速可以通过当前车速推算得到，而P4的扭矩则可以根据变速箱档位获得，同时变速箱档位也反映了P4到P0的扭矩与转速的转换关系。

现有技术中有采用P1+P4结构的混合动力系统，两个电机均为永磁同步电机，集成在飞轮上的P1电机负责能量管理，调节发动机工况点，因其机械上无脱开耦合机构，故其运转状态于发动机同步。当发动机本身处于高效工况时，P1电机必然存在零扭矩控制或为了防止扭矩过零工作在一个很小的扭矩，这部分扭矩输出是不必要的能量浪费，而P1电机因其结构无法避免该浪费。而本发明采用的P0+P4结构的混合动力系统，其中P0可以在发动机不需要工况点调节时进入待命(standby)模式，不消耗整车能量，相比使用P1+P4的系统更加节能。

图2是根据本发明另一个实施例的用于混合动力系统的控制方法的流程框图。如图2所示，在一个具体的实施例中，在关闭永磁同步电机、启动励磁异步电机之前，控制方法还包括：

S31：采集车辆的变速箱档位信息；

S32：当变速箱档位信息处于高于预设档位的高档位、且当永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭永磁同步电机、启动励磁异步电机。

P4到P0的扭矩转换主要受到变速箱档位的影响。随着档位的升高，速比的减小，为响应同一轮端扭矩，永磁同步电机端扭矩从大于励磁异步电机端扭矩逐步转换为小于P0端扭矩，档位越高，P4到P0的扭矩放大系数越大。例如，变速箱3档时，P0扭矩和P4扭矩几乎相等，因为3档时P0到轮端与P4到轮端对应的速比非常接近。4档及以上档位对P4到P0的扭矩有放大作用，3档及以下档位P0的扭矩更小。因此，在上述实施例中，将变速箱档位信息作为是否关闭P4的前提条件。

在一个具体的实施例中，在关闭永磁同步电机、启动励磁异步电机之前，控制方法还包括：

采集车辆的工作状态信息；

当车辆的工作状态信息满足预设条件、且当永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭永磁同步电机、启动励磁异步电机。

其中，工作状态信息包括车速信息、电池信息及工况信息。

在本实施例中，考虑车辆的工作状态信息是为了保证在车辆稳态时切换电机，避免车辆在非稳态时切换电机带来的问题，从而提升系统的鲁棒性。

在一个具体的实施例中，预设条件包括：

同时满足车辆不处于爬坡工况、车速不小于预设速度、车辆不处于滑行工况、车辆不处于处于制动回收工况、没有牵引力动态助力需求、电池没有放电请求且车辆不是纯电行驶工况。例如涉及到牵引力助力需求时，需要P4的动态助力，四驱功能，此时需要P4开启；再例如对于滑行及制动回收工况时，轮端到P4比到P0的传动系统更单一，且P0必须再发动机运转的情况下参与回收，如果发动机断油还需克服发动机的摩擦阻力，效率偏低，所以在这种情况下仍然使用P4工作。在一个具体的示例中，当车辆以发动机转速1800rpm，变速箱6档，车速60kph稳定行驶时，系统对电机一般只有能量管理扭矩。此时对应后电机转速约8000rpm，充电扭矩为-5Nm，此时电机的充电效率约70％，效率偏低；P0转速约5000rpm，对P4-5Nm的充电请求转移到P0端约-10Nm，P0效率在90％附近，通过工作电机的转移提升整体效率。在另一个具体的示例中，当车辆以发动机转速1800rpm，变速箱7档，车速80kph稳定行驶时，此时对应后电机转速约10000rpm，放电扭矩为5Nm，此时电机的充电效率约65％，效率偏低；P0转速约5000rpm，对永磁同步电机5Nm的放电请求转移到P0端约13Nm，P0效率在90％附近，通过工作电机的转移提升整体效率。

在一个具体的实施例中，采集永磁同步电机的转速和扭矩之前还包括：

采集并判断发动机的工作状态是否正常；

若是，采集永磁同步电机的转速和扭矩。

在本实施例中，若发动机的工作状态异常则不进行后续工作，这是因为发动机处于正常运行状态P0才能够发挥作用。

在一个具体的实施例中，在判定工作效率在预设标定区间后还包括：

经预设时间后控制永磁同步电机关闭及励磁异步电机启动。

在本实施例中，在满足上述条件后，经预设时间后才控制P4关闭，P0开启，也即延迟置位，目的是为了判断整车是否处在一个相对稳定的共组状态，避免两个电机频繁的脱开与吸合，也避免了扭矩请求频繁在P0和P4之间来回动态切换。

在一个具体的实施例中，预设标定区间根据永磁同步电机的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定包括：

将永磁同步电机的请求扭矩位于低效充电扭矩下限与低效放电扭矩上限之间对应的工作效率范围标定为预设标定区间。优选的在设定预设标定区间时，还可以考虑不同车速及档位下允许P4脱开的扭矩阈值，也就覆盖了P4的低扭低效区域。

在一个具体的实施例中，预设档位可以根据车辆的实际情况设定，在一个实施例中，预设档位为四挡。

在一个具体的实施例中，控制永磁同步电机关闭及控制励磁异步电机启动之前还包括：

判断励磁异步电机的扭矩能力是否受限；

若否，控制永磁同步电机关闭及控制励磁异步电机启动。

优选的，在控制永磁同步电机关闭及控制励磁异步电机启动之前还考虑切换后P0是否能处于高效工作区间，若不能则不对电机进行切换，如此既能避免P4的扭矩损耗，也可以保证P0的高效工况，提升了整车的工作效率。对于P0的高效工作区间的确定，可以根据车速和档位得到P0的转速，根据P4的扭矩阈值/速比得到P0的扭矩，从而得到P0的高效工作区间。

图3是根据本发明一个实施例的用于混合动力系统的控制系统的结构框图。如图3所示，本发明还提供了一种用于混合动力系统的控制系统，其一般性地包括采集单元10和控制装置20，该控制系统在上述任意一个实施例提供的控制方法控制下运行。采集单元10用于采集永磁同步电机的转速和扭矩。控制装置20用于根据转速和扭矩获得永磁同步电机的工作效率，判断工作效率是否在预设标定区间，若是，控制永磁同步电机关闭，并控制励磁异步电机启动。其中，预设标定区间根据永磁同步电机的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定。

本实施例提供的用于混合动力系统的控制系统应用于具有双电机的混合动力系统，该双电机为P4和P0，P0位于发动机轮端，其轮端速比随变速箱档位变化，P4位于车辆后桥。因P4效率一般高于P0，故在整车控制策略中优先使用P4进行能量管理和牵引力控制，但随着车速的上升，P4在高转速区域效率相对扭矩变化敏感，若继续使用P4响应较小的驱动或能量管理扭矩则会降低效率，所以在这时可以根据P4的工作效率选择性地断开P4而使用P0，来提升整车效率。具体到本发明，首先通过采集单元10采集P4的转速和扭矩，采集单元10采集到上述信息后发送给控制装置20，控制装置20通过转速和扭矩获得P4的工作效率，如该工作效率位于预设标定区间内说明P4的工作效率较低，准确识别其低效区域，此时控制P4断开，并控制P0启动。其中，预设标定区间根据P4的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定，从而能够避免P4的零扭矩控制，通过关闭P4和开启P0把对P4的扭矩请求转移至P0，灵活切换P0与P4能够，使得双电机匹配效率达到最高，省去了P4到发动机端的传动损失，减少能量浪费。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (8)

1.一种用于混合动力系统的控制方法，所述混合动力系统包括发动机、永磁同步电机和励磁异步电机，所述永磁同步电机设置在车辆的后桥上，所述励磁异步电机设置在发动机轮系端，其特征在于，所述控制方法包括：

采集所述永磁同步电机的转速和扭矩；

根据所述转速和扭矩计算所述永磁同步电机的工作效率；

当所述永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机；

其中，所述预设标定区间根据所述永磁同步电机的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定；

采集所述车辆的工作状态信息；

当所述车辆的工作状态信息满足预设条件、且当所述永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机；

其中，所述工作状态信息包括车速信息、电池信息及工况信息；

所述预设条件包括：

同时满足所述车辆不处于爬坡工况、车速不小于预设速度、车辆不处于滑行工况、车辆不处于处于制动回收工况、没有牵引力动态助力需求、电池没有放电请求且车辆不是纯电行驶工况。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，在关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机之前，所述控制方法还包括：

采集所述车辆的变速箱档位信息；

当所述变速箱档位信息处于高于预设档位的高档位、且当所述永磁同步电机的工作效率处于预设标定区间时关闭所述永磁同步电机、启动所述励磁异步电机。

3.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，采集所述永磁同步电机的转速和扭矩之前还包括：

采集并判断所述发动机的工作状态是否正常；

若是，采集所述永磁同步电机的转速和扭矩。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，在判定所述工作效率在预设标定区间后还包括：

经预设时间后控制所述永磁同步电机关闭及所述励磁异步电机启动。

5.根据权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述预设标定区间根据所述永磁同步电机的低效充电扭矩和低效放电扭矩确定包括：

将所述永磁同步电机的请求扭矩位于所述低效充电扭矩下限与所述低效放电扭矩上限之间对应的工作效率范围标定为预设标定区间。

6.根据权利要求2所述的控制方法，其特征在于，所述预设档位为四挡。

7.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，控制所述永磁同步电机关闭及控制所述励磁异步电机启动之前还包括：

判断所述励磁异步电机的扭矩能力是否受限；

若否，控制所述永磁同步电机关闭及控制所述励磁异步电机启动。

8.一种用于混合动力系统的控制系统，其特征在于，所述控制系统在权利要求1-7任一项所述的控制方法的控制下运行控制系统。

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