CN112977396B - 混合动力汽车发电扭矩分配方法及混合动力汽车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源汽车控制领域，具体公开了一种混合动力汽车发电扭矩分配方法及混合动力汽车。本发明提供的混合动力汽车发电扭矩分配方法是基于驾驶员需求扭矩所处的负荷区域，结合车辆在行车发电工况下的不同影响因素和整个动力系统的可输出的扭矩能力情况，进而控制动力源的扭矩分配，能够有效地对混合动力车辆动力系统的扭矩分配进行合理控制，从而提高车辆的驾驶平顺性，保证车辆的能量平衡使用。

Description

混合动力汽车发电扭矩分配方法及混合动力汽车
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汽车发电扭矩分配方法及混合动力汽车。
背景技术
插电式混合动力汽车由于兼具良好的动力性和经济性而被广泛地推广使用。插电式混合动力汽车主要是从电驱动系统和发动机中获得动力传输的汽车，基于电机和发动机扭矩分配协同控制，不仅能实现较大的驱动扭矩输出，还可以优化发动机的工作区域，最终降低油耗和排放，达到节能减排的目标。
由于插电式混合动力汽车具有发动机和电机两个动力源输出扭矩，如果不能有效地进行发动机和电机之间的扭矩分配，势必会影响到整车行驶控制以及车辆动力性和经济性表现。
现有技术主要是从动力系统输入轴的需求考虑，基于目标指令进行扭矩分配控制，限制发动机的扭矩改变速率，控制电机的扭矩输出，最终使得输入轴的实际扭矩和目标扭矩一致，但是没有针对混合动力汽车的动力系统在行车发电的工况下的扭矩进行分配。
因此，如何准确、有效地进行混合动力汽车的动力系统在行车发电的工况下的扭矩分配是目前要解决的关键问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混合动力汽车发电扭矩分配方法及混合动力汽车，能够有效地对混合动力车辆动力系统的扭矩分配进行合理控制，从而提高车辆的驾驶平顺性，保证车辆的能量平衡使用。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种混合动力汽车发电扭矩分配方法，所述分配方法包括：
获取驾驶员需求扭矩TDrv，并判断所述驾驶员需求扭矩TDrv是否处于高负荷区；
若所述驾驶员需求扭矩TDrv处于所述高负荷区，则发动机目标扭矩TEng-tar为所述驾驶员需求扭矩TDrv和电附件消耗需求扭矩TEle之和，电机目标扭矩Tm-tar为所述电附件消耗需求扭矩TEle；
若所述驾驶员需求扭矩TDrv没有处于所述高负荷区，则获取行车发电最大扭矩TCrg-max和行车发电最小扭矩TCrg-min，根据所述行车发电最大扭矩TCrg-max和所述行车发电最小扭矩TCrg-min确定电机许用发电扭矩Tm，所述发动机目标扭矩TEng-tar为所述驾驶员需求扭矩TDrv和电机许用发电扭矩Tm之和，所述电机目标扭矩Tm-tar为发动机实际输出扭矩TEng-act和所述驾驶员需求扭矩TDrv之差。
优选地，若所述驾驶员需求扭矩TDrv没有处于高负荷区，则判断所述驾驶员需求扭矩TDrv是否处于中负荷区，若否，则所述驾驶员需求扭矩TDrv处于低负荷区，且电池SOC小于行车发电SOC的上限时，提升所述发动机目标扭矩TEng-tar至所述中负荷区内的发动机经济区扭矩范围内；
所述高负荷区、所述中负荷区和所述低负荷区的所述驾驶员需求扭矩TDrv依次减小。
优选地，获取发动机经济区最优扭矩TEng-eco、暖机最大发电扭矩Twarm和驾驶员需求扭矩TDrv；
设置T1＝|TEng-eco-TDrv|，T2＝Min(TDrv，T1)，则所述行车发电最大扭矩TCrg-max＝Min(Twarm，T2)。
优选地，获取电机最小经济发电扭矩TCrg-eco、发动机经济区下限扭矩TEng-low、行驶电量平衡需求扭矩Tbalance、暖机最大发电扭矩Twarm、驾驶员需求扭矩TDrv和电附件消耗需求扭矩TEle；
设置T3＝|TEng-low-TDrv|，T4＝Max(TCrg-eco，Tbalance，TEle，T3)，则所述行车发电最小扭矩TCrg-min＝Min(Twarm，T4)。
优选地，若所述驾驶员需求扭矩TDrv处于中负荷区，且电池SOC小于行车发电SOC的上限时，提升所述发动机目标扭矩TEng-tar至所述中负荷区内的发动机经济区上限扭矩。
优选地，获取发动机经济区上限扭矩TEng-up、驾驶员需求扭矩TDrv和暖机最大发电扭矩Twarm；
设置Tn1＝|TEng-up-TDrv|，Tn2＝Min(TDrv，Tn1)，则所述行车发电最大扭矩TCrg-max＝Min(Twarm，Tn2)。
优选地，获取电机最小经济发电扭矩TCrg-eco、行驶电量平衡需求扭矩Tbalance、暖机最大发电扭矩Twarm和电附件消耗需求扭矩TEle；
设置Tn3＝Max(TCrg-eco，Tbalance，TEle)，则所述行车发电最小扭矩TCrg-min＝Min(Twarm，Tn3)。
优选地，根据电机外特性曲线，查询所述电机在发动机运行转速下的所述电机许用发电扭矩Tm，所述电机许用发电扭矩Tm小于所述行车发电最大扭矩TCrg-max且大于所述行车发电最小扭矩TCrg-min。
优选地，在所述行车发电最大扭矩TCrg-max小于等于所述行车发电最小扭矩TCrg-min，所述电机许用发电扭矩Tm等于所述行车发电最小扭矩TCrg-min。
一种混合动力汽车，采用上述的混合动力汽车发电扭矩分配方法。
本发明的有益效果：
本发明提供的混合动力汽车发电扭矩分配方法是基于驾驶员需求扭矩所处的负荷区域，结合车辆在行车发电工况下的不同影响因素和整个动力系统的可输出的扭矩能力情况，进而控制动力源的扭矩分配，能够有效地对混合动力车辆动力系统的扭矩分配进行合理控制，从而提高车辆的驾驶平顺性，保证车辆的能量平衡使用。
本发明提供的混合动力汽车，其燃油经济性高，车辆动力性好，提高了车辆驾驶的平顺性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的混合动力汽车行车发电扭矩分配方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的驾驶员需求扭矩在发动机万有特性图上的位置区域划分示意图。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
针对现有技术中没有针对混合动力汽车的动力系统在行车发电的工况下的扭矩进行分配的问题，本实施例提供了一种混合动力汽车行车发电扭矩分配方法以解决上述问题。
如图1所示，在本实施例中，混合动力汽车发电扭矩分配方法包括：
获取驾驶员需求扭矩TDrv，并判断驾驶员需求扭矩TDrv是否处于高负荷区；
若驾驶员需求扭矩TDrv处于高负荷区，则发动机目标扭矩TEng-tar为驾驶员需求扭矩TDrv和电附件消耗需求扭矩TEle之和，电机目标扭矩Tm-tar为电附件消耗需求扭矩TEle；
若驾驶员需求扭矩TDrv没有处于高负荷区，则获取行车发电最大扭矩TCrg-max和行车发电最小扭矩TCrg-min，根据行车发电最大扭矩TCrg-max和行车发电最小扭矩TCrg-min确定电机许用发电扭矩Tm，发动机目标扭矩TEng-tar为驾驶员需求扭矩TDrv和电机许用发电扭矩Tm之和，电机目标扭矩Tm-tar为发动机实际输出扭矩TEng-act和驾驶员需求扭矩TDrv之差。
本实施例提供的混合动力汽车发电扭矩分配方法是基于驾驶员需求扭矩TDrv所处的负荷区域，结合车辆在行车发电工况下的不同影响因素和整个动力系统的可输出的扭矩能力情况，进而控制动力源的扭矩分配，能够有效地对混合动力车辆动力系统的扭矩分配进行合理控制，从而提高车辆的驾驶平顺性，保证车辆的能量平衡使用。
在本实施例中，混合动力汽车的动力系统主要由发动机、驱动电机、动力电池组、变速箱、传动机构等总成部件构成，同时还具有与各总成部件相对应的控制器，具体有发动机控制器(EMS)、整车控制器(HCU)、电机控制器(MCU)、电池管理系统(BMS)、变速箱控制器(TCU)等。
如图2所示，在混合动力汽车行驶过程中，根据驾驶员需求扭矩TDrv在发动机万有特性图上的位置可以分为三个区域，区域1为低负荷区，区域2为中负荷区，区域3为高负荷区，高负荷区、中负荷区和低负荷区的驾驶员需求扭矩TDrv依次减小。三个负荷区用扭矩-转速曲线a和扭矩-转速曲线b进行分割，两条扭矩-转速曲线之间的区域是发动机经济区扭矩范围，扭矩-转速曲线a定义为发动机经济区下限扭矩，扭矩-转速曲线b定义为发动机经济区上限扭矩。
在驾驶员需求扭矩TDrv没有处于高负荷区，则判断驾驶员需求扭矩TDrv是否处于低负荷区，若驾驶员需求扭矩TDrv处于低负荷区，且电池SOC小于行车发电SOC上限时，则提升发动机目标扭矩TEng-tar至中负荷区内的发动机经济区扭矩范围内。增加的发动机目标扭矩TEng-tar用于行车发电，且增加的发动机目标扭矩TEng-tar受行车发电最大扭矩TCrg-max和行车发电最小扭矩TCrg-min限制。
在计算低负荷区域下的行车发电最大扭矩TCrg-max时，先获取发动机经济区最优扭矩TEng-eco、暖机最大发电扭矩Twarm和驾驶员需求扭矩TDrv。具体地，根据油门加速、制动踏板、车速及整车行驶状态，计算获取驾驶员需求扭矩TDrv；基于发动机的万有特性曲线，获取发动机经济区最优扭矩TEng-eco；基于发动机控制器(EMS)内部模式，计算获取暖机最大发电扭矩Twarm。然后再根据发动机经济区最优扭矩TEng-eco、暖机最大发电扭矩Twarm和驾驶员需求扭矩TDrv，设置T1＝|TEng-eco-TDrv|，T2＝Min(TDrv，T1)，则行车发电最大扭矩TCrg-max＝Min(Twarm，T2)。
在计算低负荷区域下的行车发电最小扭矩TCrg-min时，先获取电机最小经济发电扭矩TCrg-eco、发动机经济区下限扭矩TEng-low、行驶电量平衡需求扭矩Tbalance、暖机最大发电扭矩Twarm、驾驶员需求扭矩TDrv和电附件消耗需求扭矩TEle。具体地，根据油门加速、制动踏板、车速及整车行驶状态，计算获取驾驶员需求扭矩TDrv；基于发动机的万有特性的扭矩-转速曲线a和扭矩-转速曲线b，获取发动机经济区下限扭矩TEng-low；基于电机效率特性曲线，获取电机最小经济发电扭矩TCrg-eco；基于电池能量管理算法，获取行驶电量平衡需求扭矩Tbalance；基于整车低压电源使用计算，电附件消耗需求扭矩TEle；基于发动机控制器(EMS)内部模式，计算获取暖机最大发电扭矩Twarm。然后根据电机最小经济发电扭矩TCrg-eco、发动机经济区下限扭矩TEng-low、行驶电量平衡需求扭矩Tbalance、暖机最大发电扭矩Twarm、驾驶员需求扭矩TDrv和电附件消耗需求扭矩TEle设置T3＝|TEng-low-TDrv|，T4＝Max(TCrg-eco，Tbalance，TEle，T3)，则行车发电最小扭矩TCrg-min＝Min(Twarm，T4)。
基于电机外特性曲线，查询电机在发动机运行转速下的电机许用发电扭矩Tm，电机许用发电扭矩Tm小于行车发电最大扭矩TCrg-max且大于行车发电最小扭矩TCrg-min。每个发动机运行转速对应一个电机许用发电扭矩Tm的值，在电机正常工作时，Tm的值应该是在行车发电最大扭矩TCrg-max与行车发电最小扭矩TCrg-min之间。
在电机功率受限时，即电驱动系统温度过高或者电机发生故障时，电机的扭矩受限，可能出现行车发电最大扭矩TCrg-max小于等于行车发电最小扭矩TCrg-min，那么电机许用发电扭矩Tm为行车最小发电扭矩TCrg-min。综上，动力源扭矩分配输出为：发动机目标扭矩TEng-tar＝TDrv+Tm；电机目标扭矩Tm-tar＝TEng-act-TDrv。
若驾驶员需求扭矩TDrv处于中负荷区时，且电池SOC小于行车发电SOC的上限时，提升发动机目标扭矩TEng-tar至中负荷区内的发动机经济区上限扭矩。
在计算中负荷区域下的行车发电最大扭矩TCrg-max时，先获取发动机经济区上限扭矩TEng-up、驾驶员需求扭矩TDrv和暖机最大发电扭矩Twarm。具体地，根据油门加速、制动踏板、车速及整车行驶状态，计算获取驾驶员需求扭矩TDrv；基于发动机的万有特性曲线，获取发动机经济区上限扭矩TEng-up；基于发动机控制器(EMS)内部模式，计算获取暖机最大发电扭矩Twarm。然后再根据发动机经济区上限扭矩TEng-up、驾驶员需求扭矩TDrv和暖机最大发电扭矩Twarm设置Tn1＝|TEng-up-TDrv|，Tn2＝Min(TDrv，Tn1)，则行车发电最大扭矩TCrg-max＝Min(Twarm，Tn2)。
在计算中负荷区域下的行车发电最小扭矩TCrg-min时，先获取电机最小经济发电扭矩TCrg-eco、行驶电量平衡需求扭矩Tbalance、暖机最大发电扭矩Twarm和电附件消耗需求扭矩TEle。具体地，基于电机效率特性曲线，获取电机最小经济发电扭矩TCrg-eco；基于电池能量管理算法，获取行驶电量平衡需求扭矩Tbalance；基于整车低压电源使用，获取电附件消耗需求扭矩TEle；基于发动机控制器(EMS)内部模式，计算获取暖机最大发电扭矩Twarm。然后根据电机最小经济发电扭矩TCrg-eco、行驶电量平衡需求扭矩Tbalance、暖机最大发电扭矩Twarm和电附件消耗需求扭矩TEle设置Tn3＝Max(TCrg-eco，Tbalance，TEle)，则行车发电最小扭矩TCrg-min＝Min(Twarm，Tn3)。
基于电机外特性曲线，查询电机在发动机运行转速下的扭矩，电机许用发电扭矩Tm小于行车发电最大扭矩TCrg-max且大于行车发电最小扭矩TCrg-min。每个发动机运行转速对应一个电机许用发电扭矩Tm的值，在电机正常工作时，Tm的值应该是在行车发电最大扭矩TCrg-max与行车发电最小扭矩TCrg-min之间。
在电机功率受限时，即电驱动系统温度过高或者电机发生故障时，电机的扭矩受限，可能出现行车发电最大扭矩TCrg-max小于等于行车发电最小扭矩TCrg-min，电机许用发电扭矩Tm为行车最小发电扭矩TCrg-min。综上，动力源扭矩分配输出为：发动机目标扭矩TEng-tar＝TDrv+Tm；电机目标扭矩Tm-tar＝TEng-act-TDrv。
在驾驶员需求扭矩TDrv处于高负荷区时，在高负荷区行车发电的功率仅用于满足电附件的消耗需求，此时可控制发动机行车发电的功率满足于电附件使用功率需求。因此，在驾驶员需求扭矩TDrv处于高负荷区时，发动机目标扭矩TEng-tar＝TDrv+TEle，电机目标扭矩Tm-tar＝TEle。
本实施例提供的混合动力汽车行车发电扭矩分配方法考虑了各动力源的功率及扭矩能力特性，包括发动机、电机和电池在不同情况下的功率能力，同时结合动力系统的构型特点，提出了在行车发电时进行了扭矩分配控制，能够有效、真实、可靠地计算出各动力源的扭矩输出及分配。
本实施例还提供了一种混合动力汽车，混合动力汽车采用上述的混合动力汽车行车发电扭矩分配方法，提高了混合动力汽车的燃油经济性和动力性，提高了车辆驾驶的平顺性。
混合动力汽车的动力系统包括上述的发动机、驱动电机、动力电池组、变速箱、传动机构等总成部件，同时还具有与各总成部件相对应的控制器，具体有发动机控制器(EMS)、整车控制器(HCU)、电机控制器(MCU)、电池管理系统(BMS)、变速箱控制器(TCU)等。
在本实施例中，由于整车控制器(HCU)的系统控制判断较为全面，整车控制器(HCU)可以获取加速和制动踏板开度，获得电机、发动机的运行状态信号，综合给出计算和判断，故优选采用整车控制器(HCU)协调控制整车动力系统的扭矩分配。在其他实施例中，也可以通过电机控制器(MCU)来控制动力系统扭矩的分配，在此不作具体限定。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混合动力汽车发电扭矩分配方法，其特征在于，所述分配方法包括：
获取驾驶员需求扭矩TDrv，并判断所述驾驶员需求扭矩TDrv是否处于高负荷区；
若所述驾驶员需求扭矩TDrv处于所述高负荷区，则发动机目标扭矩TEng-tar为所述驾驶员需求扭矩TDrv和电附件消耗需求扭矩TEle之和，电机目标扭矩Tm-tar为所述电附件消耗需求扭矩TEle；
若所述驾驶员需求扭矩TDrv没有处于所述高负荷区，则获取行车发电最大扭矩TCrg-max和行车发电最小扭矩TCrg-min，根据所述行车发电最大扭矩TCrg-max和所述行车发电最小扭矩TCrg-min确定电机许用发电扭矩Tm，所述发动机目标扭矩TEng-tar为所述驾驶员需求扭矩TDrv和电机许用发电扭矩Tm之和，所述电机目标扭矩Tm-tar为发动机实际输出扭矩TEng-act和所述驾驶员需求扭矩TDrv之差；
根据电机外特性曲线，查询所述电机在发动机运行转速下的所述电机许用发电扭矩Tm，所述电机许用发电扭矩Tm小于所述行车发电最大扭矩TCrg-max且大于所述行车发电最小扭矩TCrg-min。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车发电扭矩分配方法，其特征在于，若所述驾驶员需求扭矩TDrv没有处于高负荷区，则判断所述驾驶员需求扭矩TDrv是否处于中负荷区，若否，则所述驾驶员需求扭矩TDrv处于低负荷区，且电池SOC小于行车发电SOC的上限时，提升所述发动机目标扭矩TEng-tar至所述中负荷区内的发动机经济区扭矩范围内；
所述高负荷区、所述中负荷区和所述低负荷区的所述驾驶员需求扭矩TDrv依次减小。
3.根据权利要求2所述的混合动力汽车发电扭矩分配方法，其特征在于，获取发动机经济区最优扭矩TEng-eco、暖机最大发电扭矩Twarm和驾驶员需求扭矩TDrv；
设置T1＝|TEng-eco-TDrv|，T2＝Min(TDrv，T1)，则所述行车发电最大扭矩TCrg-max＝Min(Twarm，T2)。
4.根据权利要求2所述的混合动力汽车发电扭矩分配方法，其特征在于，获取电机最小经济发电扭矩TCrg-eco、发动机经济区下限扭矩TEng-low、行驶电量平衡需求扭矩Tbalance、暖机最大发电扭矩Twarm、驾驶员需求扭矩TDrv和电附件消耗需求扭矩TEle；
设置T3＝|TEng-low-TDrv|，T4＝Max(TCrg-eco，Tbalance，TEle，T3)，则所述行车发电最小扭矩TCrg-min＝Min(Twarm，T4)。
5.根据权利要求2所述的混合动力汽车发电扭矩分配方法，其特征在于，若所述驾驶员需求扭矩TDrv处于中负荷区，且电池SOC小于行车发电SOC的上限时，提升所述发动机目标扭矩TEng-tar至所述中负荷区内的发动机经济区上限扭矩。
6.根据权利要求5所述的混合动力汽车发电扭矩分配方法，其特征在于，获取发动机经济区上限扭矩TEng-up、驾驶员需求扭矩TDrv和暖机最大发电扭矩Twarm；
设置Tn1＝|TEng-up-TDrv|，Tn2＝Min(TDrv，Tn1)，则所述行车发电最大扭矩TCrg-max＝Min(Twarm，Tn2)。
7.根据权利要求5所述的混合动力汽车发电扭矩分配方法，其特征在于，获取电机最小经济发电扭矩TCrg-eco、行驶电量平衡需求扭矩Tbalance、暖机最大发电扭矩Twarm和电附件消耗需求扭矩TEle；
设置Tn3＝Max(TCrg-eco，Tbalance，TEle)，则所述行车发电最小扭矩TCrg-min＝Min(Twarm，Tn3)。
8.根据权利要求1所述的混合动力汽车发电扭矩分配方法，其特征在于，在电机功率受限时，若所述行车发电最大扭矩TCrg-max小于等于所述行车发电最小扭矩TCrg-min，则所述电机许用发电扭矩Tm等于所述行车发电最小扭矩TCrg-min。
9.一种混合动力汽车，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的混合动力汽车发电扭矩分配方法。
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