CN113320522A - 一种混合动力车辆工作模式切换方法及混合动力车辆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车辆技术领域，具体公开了一种混合动力车辆工作模式切换方法，该混合动力车辆工作模式切换方法，基于整车功率分别测定串联工作模式以及并联工作模式下发动机的功率，然后基于发动机的功率测试串联最小比油耗和并联比油耗，然后根据不同的整车功率的测试结果绘制串联整车油耗特性图谱及并联整车油耗特性图谱，当车辆实际运行时，根据串联整车油耗特性图谱和并联整车油耗特性图谱确定混动动力车辆工作模式的切换条件，该方法从发动机比油耗的角度出发可通过选择并联工作模式和串联工作模式中发动机油耗较低的工作模式，来最大效能的利用发动机高效区，从而降低整车的油耗，提升整车的经济性水平。

Description

一种混合动力车辆工作模式切换方法及混合动力车辆

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，尤其涉及一种混合动力车辆工作模式切换方法及混合动力车辆。

背景技术

能源和环境问题日益突出，蓄电池技术和充电技术设施的不足，使混合动力汽车的研究和应用日益广泛。混合动力汽车存在多种工作模式，不同工作模式的能量传递链和扭矩的传递路径均不同，其动力性能、经济性能、驾驶性能均不同，充分发挥每个工作模式的优势，在合适的时机进行混合动力工作模式切换才能发挥混合动力汽车最大的优势，因此，混合动力工作模式切换条件的控制显得尤为重要。

现有技术中一种混合动力汽车的动力总成主要包括发动机、发电电机、驱动电机、离合器、动力电池等部件，发动机工作时主要有串联、并联两种工作模式。在现有公开的技术中，对于工作模式切换条件的控制着重于车辆的动力性能，典型的特征是根据车辆当前的加速度、加速踏板开度、需求功率与车辆的最大加速度、油门限值以及基准功率的对比的来确定的工作模式的切换条件，而对于经济性的考虑，在现有技术中鲜有描述。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种混合动力车辆工作模式切换方法及混合动力车辆，以使混合动力车辆在工作模式切换时增加对经济性的考虑。

一方面，本发明提供一种混合动力车辆工作模式切换方法，混合动力车辆包括发动机和电动机，所述混合动力车辆具有串联工作模式和并联工作模式，所述串联工作模式中，所述发动机的输出轴和所述电动机的转轴传动连接，且所述发动机与传动轴传动连接；所述并联工作模式中，所述发动机与所述传动轴传动连接，所述传动轴用于连接驱动桥；该混合动力车辆工作模式切换方法包括：

S100：基于车速和轮端需求扭矩确定整车功率；

S110：基于所述整车功率，确定串联工作模式下的串联发动机功率；

S120：基于所述串联发动机功率确定所述串联工作模式下所述发动机运行的串联最小比油耗；

S130：基于所述整车功率，确定并联工作模式下所述发动机运行的并联比油耗；

S140：多次重复S100～S130以确定多个整车功率，且任意两个所述整车功率不相等，且对于每个所述整车功率分别确定对应的串联最小比油耗和并联比油耗；

S150：基于多个串联最小比油耗绘制串联工作模式下的串联整车油耗特性图谱，所述串联整车油耗特性图谱为串联最小比油耗、车速以及轮端需求扭矩的相互关系；

S160：基于多个并联比油耗绘制并联工作模式下的并联整车油耗特性图谱，所述并联整车油耗特性图谱为并联比油耗、车速以及轮端需求扭矩的相互关系；

S170：基于所述串联整车油耗特性图谱和所述并联整车油耗特性图谱确定混动动力车辆工作模式的切换条件。

作为混合动力车辆工作模式切换方法的优选技术方案，所述切换条件包括：

根据混合动力车辆的当前的车速和当前的轮端需求扭矩，查询所述串联整车油耗特性图谱，并获得对应的当前串联最小比油耗；

根据混合动力车辆的当前的车速和当前的轮端需求扭矩，查询所述并联整车油耗特性图谱，并获得对应的当前并联比油耗；

当当前串联最小比油耗小于等于当前并联比油耗时，混动动力车辆工作模式切换为串联工作模式。

作为混合动力车辆工作模式切换方法的优选技术方案，所述切换条件还包括：

当当前串联最小比油耗大于当前并联比油耗时，混动动力车辆工作模式切换为并联工作模式。

作为混合动力车辆工作模式切换方法的优选技术方案，

基于车速和轮端需求扭矩确定整车功率的公式为：

其中，P_vehicle为整车功率；Vs为车速；T_wheel为轮端需求扭矩；r为轮胎半径。

作为混合动力车辆工作模式切换方法的优选技术方案，

基于所述整车功率，确定串联工作模式下的串联发动机功率的公式为：

P_engine1＝P_vehicle/η_mec/η_EM1/η_EM2

其中，P_engine1为串联发动机功率；η_mec为机械传动效率；η_EM1为驱动电机效率；η_EM2为发电机效率。

作为混合动力车辆工作模式切换方法的优选技术方案，基于所述串联发动机功率确定所述串联工作模式下所述发动机运行的串联最小比油耗包括：

设置多个串联发动机转速，并将多个串联发动机转速排序，其中，任意两个串联发动机转速的数值不同；

依据所述排序，采用公式T_engine1＝P_engine1*9549.5/n_engine1依次计算和所述串联发动机转速对应的串联发动机扭矩，其中，T_engine1为串联发动机扭矩；n_engine1为串联发动机转速；

依照所述排序，依次测试在所述串联发动机转速和对应所述串联发动机转速的所述串联发动机扭矩的工况下发动机运行的串联比油耗；

选取多个串联比油耗中的最小值作为当前的车速和当前的轮端需求扭矩下的串联最小比油耗。

作为混合动力车辆工作模式切换方法的优选技术方案，基于所述整车功率，确定并联工作模式下所述发动机运行的并联比油耗包括：

基于所述整车功率，确定并联模式下的并联发动机转速：

基于所述轮端需求扭矩计算并联发动机扭矩；

测试发动机在所述并联发动机转速和并联发动机扭矩的工况下运行时的并联比油耗。

作为混合动力车辆工作模式切换方法的优选技术方案，

基于所述整车功率，确定并联模式下的并联发动机转速的公式为：

n_engine2＝Vs*1000/2/π/60/r*i；

其中，n_engine2为并联发动机转速；Vs为车速；r为轮胎半径；i为传动比。

作为混合动力车辆工作模式切换方法的优选技术方案，基于所述轮端需求扭矩计算并联发动机扭矩的公式为：

T_engine2＝T_wheel/i*η_clutch*η_mec；

其中，T_engine2为并联发动机扭矩；T_wheel为轮端需求扭矩；η_clutch为离合器传动效率；η_mec为机械传动效率。

另一方面，本发明提供一种混合动力车辆，用于实施任一上述方案中所述的混合动力车辆工作模式切换方法，所述混合动力车辆包括：

传动轴；

耦合器，具有一个输出端和两个输入端，所述输出端与所述传动轴连接；

发动机，所述发动机与所述耦合器的一个所述输入端通过离合器选择性连接；

发电机，所述发动机与所述发电机传动连接；

电动机，所述电动机与所述耦合器的另一个输入端传动连接，所述发电机与所述电动机传动连接；

动力电池，用于存储所述发电机产生的电能，且用于给所述电动机供电；

当所述离合器结合时，所述混合动力车辆处于并联工作模式，当所述离合器断开时，所述混合动力车辆处于串联工作模式。

本发明的有益效果为：

本发明提供一种混合动力车辆工作模式切换方法及混合动力车辆，该混合动力车辆工作模式切换方法，基于整车功率分别测定串联工作模式以及并联工作模式下发动机的功率，然后基于发动机的功率测试串联最小比油耗和并联比油耗，然后根据不同的整车功率的测试结果绘制串联整车油耗特性图谱及并联整车油耗特性图谱，当车辆实际运行时，根据串联整车油耗特性图谱和并联整车油耗特性图谱确定混动动力车辆工作模式的切换条件，该方法从发动机比油耗的角度出发可通过选择并联工作模式和串联工作模式中发动机油耗较低的工作模式，来最大效能的利用发动机高效区，从而降低整车的油耗，提升整车的经济性水平。

附图说明

图1为本发明实施例中混合动力车辆的结构示意图；

图2为本发明实施例中串联整车油耗特性图谱的示意图；

图3为本发明实施例中并联整车油耗特性图谱的示意图；

图4为本发明实施例中串联整车油耗特性图谱和并联整车油耗特性图谱整合后的示意图；

图中：

1、传动轴；2、耦合器；3、发动机；4、发电机；5、电动机；6、动力电池；7、差速器；8、逆变器；9、离合器。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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，本领域普通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，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。其中，术语“第一位置”和“第二位置”为两个不同的位置，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。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。

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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1～3所示，本实施例提供一种混合动力车辆，该混合动力车辆包括传动轴1、耦合器2、发动机3、发电机4、电动机5、动力电池6和驱动桥。其中，发电机4，发动机3与发电机4传动连接，发电机4与电动机5传动连接，动力电池6用于存储发电机4产生的电能，且用于给电动机5供电；耦合器2具有一个输出端和两个输入端，发动机3与耦合器2的一个输入端通过离合器9选择性连接，电动机5与耦合器2的另一个输入端传动连接，耦合器2的输出端与传动轴1连接，传动轴1用于连接驱动桥。当离合器9结合时，混合动力车辆处于并联工作模式，当离合器9断开时，混合动力车辆处于串联工作模式。在并联模式下，发动机3输出的扭矩依次通过离合器9、耦合器2输出至传动轴1，传动轴1将扭矩传递至驱动桥的差速器7。在串联模式下，发动机3和电动机5同时启动，发动机3输出的扭矩通过发电机4输出至电动机5，驱动电机通过耦合器2将扭矩传递至传动轴1，传动轴1将扭矩传递至驱动桥的差速器7。

可以理解的是，本实施例中，动力电池6和发电机4以及驱动电机之间均设有逆变器8，逆变器8能将电流在直流和交流之间切换。

本实施例提供的混合动力车辆用于实施混合动力车辆工作模式切换方法。具体地，该混合动力车辆工作模式切换方法包括以下步骤。

S100：基于车速和轮端需求扭矩确定整车功率。

基于车速和轮端需求扭矩确定整车功率的公式为：

其中，P_vehicle为整车功率；Vs为车速；T_wheel为轮端需求扭矩；r为轮胎半径。

通过上述公式，可根据车速以及轮端需求扭矩计算出整车功率。轮端需求扭矩可通过设置于轮边总成的扭矩传感器获取。可以理解的是，本实施例对于整车功率的确定方式不做限定，在其他的实施例中，亦可根据需要采用其他的方式获取。

S110：基于整车功率，确定串联工作模式下的串联离发动机功率。

基于整车功率，确定串联工作模式下的串联离发动机功率的公式为：

P_engine1＝P_vehicle/η_mec/η_EM1/η_EM2

其中，P_engine1为串联离发动机功率；η_mec为机械传动效率；η_EM1为驱动电机效率；η_EM2为发电机效率。

在串联模式下，发动机3和电动机5同时输出扭矩，且发动机3输出的扭矩间接通过电动机5输出。通过上述公式，可计算出串联工作模式下的离发动机功率。

S120：基于串联发动机功率确定串联工作模式下发动机运行的串联最小比油耗。

具体地，S120包括以下步骤S1201～S1204。

S1201：设置多个串联发动机转速，并将多个串联发动机转速排序，其中，任意两个串联发动机转速的数值不同。

S1202：依据排序，采用公式T_engine1＝P_engine1*9549.5/n_engine1依次计算和串联发动机转速对应的串联发动机扭矩，其中，T_engine1为串联发动机扭矩；n_engine1为串联发动机转速。

S1203：依照排序，依次测试在串联发动机转速和对应串联发动机转速的串联发动机扭矩的工况下发动机运行的串联比油耗。

其中，串联比油耗可通过试验测试，该测试方式为现有技术，在此不再赘述，亦可通过大量前期试验整理发动机转速、发动机扭矩以及串联比油耗的串联关系图表，从串联关系图表中查找对应串联发动机转速、串联发动机扭矩的串联比油耗。

S1204：选取多个串联比油耗中的最小值作为当前的车速和当前的轮端需求扭矩下的串联最小比油耗。

通过上述公式可知，在离发动机功率不变的情况下，对应S1201中的多个串联发动机转速均会有一个串联发动机扭矩与之对应，从而，各个串联发动机转速和对应的串联发动机扭矩可组合出多个不同的工况，而各个工况下发动机运行的串联比油耗会存在差异，在S1203中对各个工况下的发动机运行的串联比油耗进行测试，所有的串联比油耗中的最小值可作为该离发动机功率下的串联最小比油耗，也即对应当前的车速和当前的轮端需求扭矩下的串联最小比油耗。

S130：基于整车功率，确定并联工作模式下发动机运行的并联比油耗。

具体地，S130包括以下步骤S1301～S1301。

S1301：基于整车功率，确定并联模式下的并联发动机转速：

基于整车功率，确定并联模式下的并联发动机转速的公式为：

n_engine2＝Vs*1000/2/π/60/r*i；

其中，n_engine2为并联发动机转速；Vs为车速；r为轮胎半径；i为传动比。

在并联模式下，发动机3输出的扭矩依次通过离合器9、耦合器2输出至传动轴1，因此整车仅由发动机3驱动，可通过上述公式计算出该整车功率下的并联发动机转速。

S1302：基于轮端需求扭矩计算并联发动机扭矩；

基于轮端需求扭矩计算并联发动机扭矩的公式为：

T_engine2＝T_wheel/i*η_clutch*η_mec；

其中，T_engine2为并联发动机扭矩；T_wheel为轮端需求扭矩；η_clutch为离合器传动效率；η_mec为机械传动效率。

S1303：测试发动机在并联发动机转速和并联发动机扭矩的工况下运行时的并联比油耗。

S140：多次重复S100～S130以确定多个整车功率，且任意两个整车功率不相等，且对于每个整车功率分别确定对应的串联最小比油耗和并联比油耗。

通过步骤S140可测试出不同整车功率下的发动机运行时的串联最小比油耗和并联比油耗。

S150：基于多个串联最小比油耗绘制串联工作模式下的串联整车油耗特性图谱，串联整车油耗特性图谱为串联最小比油耗、车速以及轮端需求扭矩的相互关系。

其中，串联整车油耗特性图谱如图2所示。其中，图2中示例性地给出了关于车速以及轮端需求扭矩两个变量条件下的串联最小比油耗的等高线图。

S160：基于多个并联比油耗绘制并联工作模式下的并联整车油耗特性图谱，并联整车油耗特性图谱为并联比油耗、车速以及轮端需求扭矩的相互关系。

其中，并联整车油耗特性图谱如图3所示。其中，图3中示例性地给出了关于车速以及轮端需求扭矩两个变量条件下的并联比油耗的等高线图。

S170：基于串联整车油耗特性图谱和并联整车油耗特性图谱确定混动动力车辆工作模式的切换条件。

具体地，S170包括以下步骤S1701～S1704。

S1701：根据混合动力车辆的当前的车速和当前的轮端需求扭矩，查询串联整车油耗特性图谱，并获得对应的当前串联最小比油耗。

S1702：根据混合动力车辆的当前的车速和当前的轮端需求扭矩，查询并联整车油耗特性图谱，并获得对应的当前并联比油耗。

S1703：当当前串联最小比油耗小于等于当前并联比油耗时，混动动力车辆工作模式切换为串联工作模式。

S1704：当当前串联最小比油耗大于当前并联比油耗时，混动动力车辆工作模式切换为并联工作模式。

作为一种可替代方案，S170包括以下步骤：将串联整车油耗特性图谱和并联整车油耗特性图谱整合成一张图谱，其中，如图4所示，该图谱中，将串联整车油耗特性图谱和并联整车油耗特性图谱中，各个相等的串联最小比油耗与并联比油耗的交点绘制成线，该线呈环形，当车速和需求扭矩的交点位于环形范围内区域时，混动动力车辆工作模式选择并联工作模式，当位于环形范围外区域时，混动动力车辆工作模式选择串联工作模式。

本发明提供的混合动力车辆工作模式切换方法，在进行车辆工作模式切换时，从发动机比油耗的角度出发，选择并联工作模式和串联工作模式中发动机油耗较低的工作模式，能最大效能的利用发动机高效区，从而降低整车的油耗，提升整车的经济性水平。

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 (10)

1.一种混合动力车辆工作模式切换方法，混合动力车辆包括发动机和电动机，所述混合动力车辆具有串联工作模式和并联工作模式，所述串联工作模式中，所述发动机的输出轴和所述电动机的转轴传动连接，且所述发动机与传动轴传动连接；所述并联工作模式中，所述发动机与所述传动轴传动连接，所述传动轴用于连接驱动桥；其特征在于，包括：

S100：基于车速和轮端需求扭矩确定整车功率；

S110：基于所述整车功率，确定串联工作模式下的串联发动机功率；

S120：基于所述串联发动机功率确定所述串联工作模式下所述发动机运行的串联最小比油耗；

S130：基于所述整车功率，确定并联工作模式下所述发动机运行的并联比油耗；

S140：多次重复S100～S130以确定多个整车功率，且任意两个所述整车功率不相等，且对于每个所述整车功率分别确定对应的串联最小比油耗和并联比油耗；

S150：基于多个串联最小比油耗绘制串联工作模式下的串联整车油耗特性图谱，所述串联整车油耗特性图谱为串联最小比油耗、车速以及轮端需求扭矩的相互关系；

S160：基于多个并联比油耗绘制并联工作模式下的并联整车油耗特性图谱，所述并联整车油耗特性图谱为并联比油耗、车速以及轮端需求扭矩的相互关系；

S170：基于所述串联整车油耗特性图谱和所述并联整车油耗特性图谱确定混动动力车辆工作模式的切换条件。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆工作模式切换方法，其特征在于，所述切换条件包括：

根据混合动力车辆的当前的车速和当前的轮端需求扭矩，查询所述串联整车油耗特性图谱，并获得对应的当前串联最小比油耗；

根据混合动力车辆的当前的车速和当前的轮端需求扭矩，查询所述并联整车油耗特性图谱，并获得对应的当前并联比油耗；

当当前串联最小比油耗小于等于当前并联比油耗时，混动动力车辆工作模式切换为串联工作模式。

3.根据权利要求2所述的混合动力车辆工作模式切换方法，其特征在于，所述切换条件还包括：

当当前串联最小比油耗大于当前并联比油耗时，混动动力车辆工作模式切换为并联工作模式。

4.根据权利要求1所述的混合动力车辆工作模式切换方法，其特征在于，

基于车速和轮端需求扭矩确定整车功率的公式为：

其中，P_vehicle为整车功率；Vs为车速；T_wheel为轮端需求扭矩；r为轮胎半径。

5.根据权利要求4所述的混合动力车辆工作模式切换方法，其特征在于，

基于所述整车功率，确定串联工作模式下的串联发动机功率的公式为：

P_engine1＝P_vehicle/η_mec/η_EM1/η_EM2

其中，P_engine1为串联发动机功率；η_mec为机械传动效率；η_EM1为驱动电机效率；η_EM2为发电机效率。

6.根据权利要求1所述的混合动力车辆工作模式切换方法，其特征在于，基于所述串联发动机功率确定所述串联工作模式下所述发动机运行的串联最小比油耗包括：

设置多个串联发动机转速，并将多个串联发动机转速排序，其中，任意两个串联发动机转速的数值不同；

依据所述排序，采用公式T_engine1＝P_engine1*9549.5/n_engine1依次计算和所述串联发动机转速对应的串联发动机扭矩，其中，T_engine1为串联发动机扭矩；n_engine1为串联发动机转速；

依照所述排序，依次测试在所述串联发动机转速和对应所述串联发动机转速的所述串联发动机扭矩的工况下发动机运行的串联比油耗；

选取多个串联比油耗中的最小值作为当前的车速和当前的轮端需求扭矩下的串联最小比油耗。

7.根据权利要求1所述的混合动力车辆工作模式切换方法，其特征在于，基于所述整车功率，确定并联工作模式下所述发动机运行的并联比油耗包括：

基于所述整车功率，确定并联模式下的并联发动机转速：

基于所述轮端需求扭矩计算并联发动机扭矩；

测试发动机在所述并联发动机转速和并联发动机扭矩的工况下运行时的并联比油耗。

8.根据权利要求7所述的混合动力车辆工作模式切换方法，其特征在于，

基于所述整车功率，确定并联模式下的并联发动机转速的公式为：

n_engine2＝Vs*1000/2/π/60/r*i；

其中，n_engine2为并联发动机转速；Vs为车速；r为轮胎半径；i为传动比。

9.根据权利要求7所述的混合动力车辆工作模式切换方法，其特征在于，

基于所述轮端需求扭矩计算并联发动机扭矩的公式为：

T_engine2＝T_wheel/i*η_clutch*η_mec；

其中，T_engine2为并联发动机扭矩；T_wheel为轮端需求扭矩；η_clutch为离合器传动效率；η_mec为机械传动效率。

10.一种混合动力车辆，其特征在于，用于实施权利要求1-9任一项所述的混合动力车辆工作模式切换方法，所述混合动力车辆包括：

传动轴；

耦合器，具有一个输出端和两个输入端，所述输出端与所述传动轴连接；

发动机，所述发动机与所述耦合器的一个所述输入端通过离合器选择性连接；

发电机，所述发动机与所述发电机传动连接；

电动机，所述电动机与所述耦合器的另一个输入端传动连接，所述发电机与所述电动机传动连接；

动力电池，用于存储所述发电机产生的电能，且用于给所述电动机供电；

当所述离合器结合时，所述混合动力车辆处于并联工作模式，当所述离合器断开时，所述混合动力车辆处于串联工作模式。

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