CN113879278B - 一种混合动力车辆排放控制方法、系统及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力车辆排放控制方法、系统及计算机可读存储介质，针对混合动力车辆的起燃过程，将起燃过程拆分为两个阶段，当催化器温度低于和高于第一催化剂温度，基于等效燃油消耗最小算法，根据催化剂温度、驾驶员需求扭矩、电机能力等因子计算混合动力车辆起燃过程中发动机与电机的扭矩，进行动态起燃控制，使混合动力车辆起燃过程的排放与油耗得到优化，控制更加灵活和精细，减少车辆尾气的带来的环境污染。

Description

一种混合动力车辆排放控制方法、系统及计算机可读存储 介质

技术领域

本发明属于车辆控制领域，涉及发动机起燃过程排放的控制技术。

背景技术

低碳环保一直是汽车行业技术发展关注的重点议题。无论是传统燃油车和混合动力车辆，发动机冷机阶段的排放控制(重点为催化剂起燃控制)，是整个排放控制策略的重要一部分。当前，国六排放法规对于颗粒物排放做了更加严苛的限制，如何在保证排放满足法规要求的前提下，降低能耗是车辆控制领域的持续雅研究课题。

混合动力车辆拥有发动机和电池两套动力源，根据采集到的驾驶员需求功率(扭矩)，混合动力车辆的控制单元根据电池电量、需求功率大小等合理分配发动机和电机的扭矩，尽可能使发动机运行在高效区域。因此，在催化剂起燃控制方面，混合动力车辆相对传统车拥有更高的灵活度。尤其是针对P2构型的混合动力车辆，发动机与车速可完全解耦，在催化剂起燃过程中，发动机可选择断开与变速器相连接的离合器，进行怠速起燃，也可以连接与变速器相连接的离合器，参与整车驱动的同时，完成催化剂起燃。

对发动机可与车速解耦的混合动力车辆，起燃控制方式有三类：离合器断开的发动机怠速起燃、离合器接合的发动机带负载起燃和先怠速后带载起燃。目前所知的三种控制方法中，发动机的负荷、离合器接合的时机怠速的时间长度等均通过标定获得，无法保证该方法在所有场景下的最优性。

专利文献CN103958246A公开了混合动力车辆和用于混合动力车辆的控制方法，当电池电量在阈值以下时，设定发动机驱动第一电动发电机对电池进行强制充电，发动机负荷基于电池电量改变。该方法仅适用于双电机的功率分流构型，在电池电量低和有催化剂加热请求时，发动机对电池充电的同时进行催化剂起燃。该方法中，发动机的工作点依赖于标定，无法根据实际情况进行动态优化；且发动机被限制于给电池充电，未考虑发动机边驱动边起燃的优化场景。

专利文献CN108454618A公开了一种混合动力汽车降低排放的控制方法，由整车控制器分别判断第一加热激活条件和第二加热激活条件是否满足，若第一加热激活条件和第二加热激活条件同时满足，整车控制器控制电加热型三元催化器激活加热；整车控制器判断电加热型三元催化器的温度是否上升到允许内燃机启动的温度阈值，若温度达到或高于温度阈值，则请求内燃机启动；若温度未达到温度阈值，则整车控制器继续保持电加热型三元催化器加热，不请求内燃机启动。该方法可以避免电加热型三元催化器加热导致低压蓄电池馈电，降低内燃机的冷机启动排放物。但该方法中使用的电加热型催化器成本高，目前市场上应用范围较小，无法大范围应用。

发明内容

本发明提供一种混合动力车辆排放控制方法，尤其针对混合动力车辆的起燃过程，提出一种基于等效燃油消耗最小算法的动态起燃控制方法，优化混合动力车辆起燃过程的排放与油耗。

为实现上述目的及其相关目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一套针对混合动力车辆的排放控制方法，总体方法是：

在催化器温度比较低时，催化剂起燃标志位被触发，在达到第一催化剂温度之前，混动控制单元PCU发送指令不进行K0离合器闭合，发动机控制单元EMS控制发动机起动后，进行稳定怠速控制，即发动机运行在固定转速和固定扭矩，该转速和扭矩均为标定值。该部分采取固定转速和扭矩控制方法的原因是规避发动机在运行在冷机状态，排放严重超标的风险。

当催化剂温度高于第一催化剂温度，基于目标档位的备选方案，计算不同发动机工作点和电机工作点下的最小燃油消耗功率，选择出最低油耗的发动机扭矩和电机扭矩，该扭矩值与发动机、电机的边界取小，设置为分配给发动机和电机的扭矩值。

其中，当SOC大于阈值A时，发动机参与驱动；当SOC小于阈值A时，发动机给电池充电，两者计算的公式中部分系数不一致。这样，通过计算不同SOC情况下，区分发动机参与驱动与充电两种场景，分别得到最优的发动机起燃工况，保证能耗最优。

按照该方法计算出混合动力车辆起燃过程中发动机与电机的扭矩，当催化剂温度大于起燃阈值时，催化剂起燃结束，混合动力控制单元退出该控制方法。

另一方面，本发明还提供一种混合动力车辆的排放控制系统，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的混合动力车辆的排放控制方法。

另一方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如上述任一技术方案所述的混合动力车辆的排放控制方法。

从以上技术方案可见，本发明是基于等效燃油消耗最小策略，该策略本身为自适应策略，能够适应不同工况下的不同驾驶员需求，可以覆盖不同温度、不同海拔等因素。根据P2构型的混合动力汽车的运行特点，将起燃过程拆分为两个阶段，控制更加灵活和精细。根据催化剂温度、驾驶员需求扭矩、电机能力等因子计算混合动力车辆起燃过程中发动机与电机的扭矩，进行动态起燃控制，使混合动力车辆起燃过程的排放与油耗得到优化，减少车辆尾气的带来的环境污染。同时，该方案在分配发动机和电机扭矩时，将SOC因素考虑在内，防止电量进一步降低。

附图说明

图1为本发明所适用的混合动力汽车构型示意图；

图2为本发明所实施控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面结合说明书中的附图，对本发明所实施的技术方案进行进一步描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本实施例中，本发明所实施的技术方案基于图1所示的混合动力汽车架构，该构型的动力系统包括但不限于发动机、电机、离合器、变速箱和主减速器等零部件。通过离合器的断开与接合或滑磨进行动力的传递，该动力系统可以实现纯电动、混合驱动、发动机单独驱动等模式。

通常地，混合动力控制系统包括：发动机，燃油动力源；电池，电能储蓄和电能输出单元；变速器，动力传递单元；驱动电机，电驱动和回馈装置；K0离合器，位于发动机和变速箱之间，用于结合和分离发动机；BSG电机，用于行进间起动发动机和发电。本发明涵盖P2构型和P4构型，即驱动电机既可以是P2电机，也可以为P4电机。各零部件均有相对应的控制单元，包括：混合动力总成控制器PCU，变速箱控制器TCU，电机控制器PEU，发动机控制单元ECU，BSG电机控制单元BRM，各控制器通过CAN网络通讯。

参见图2，本实施例提供的此种混合动力车辆排放控制方法，包括以下步骤：

1、发动机控制单元EMS检测催化剂温度，当温度低于一定值时，例如350℃，这个值的大小与催化剂的种类和配方相关，根据催化剂的催化效率大小而定，此时EMS发出催化加起燃标志位。

2、同步地，EMS发送催化剂温度给混动总成控制单元PCU。

3、如果催化剂温度小于阈值A，A值大小可参考所选择的催化剂的催化效率随温度大小的曲线而设定，举例来说，选择催化剂效率大于30％时的温度值作为A值的大小，比如50℃，则PCU执行动作：

a):PCU发送K0离合器断开指令；

b):PCU发送给EMS指令：发动机进行稳定怠速控。

EMS控制发动机的扭矩和转速，扭矩和转速为标定值。

4、如果催化剂温度大于阈值A，则进一步地，判断当前SOC值是否大于阈值B，B值的大小与电量维持阶段(CS阶段)SOC的区间有关，建议采用该区间的下限值作为B值大小，这样能够保证电池电量不会进一步下降。例如，CS阶段SOC范围是18～21％，那么阈值B的大小为18％。分两种情况：

一是如果当前SOC值大于阈值B：

5.1、PCU发送K0离合器结合指令；

5.2、发动机提供驱动力的同时，完成起燃过程。

5.3、在此场景下，混合动力控制单元PCU计算不同发动机工作点和电机工作点下的等效功率。注意地，计算发动机的等效功率时，需要根据机械损失、传动损失等确定发动机参与驱动的传动效率。

5.4、取计算得到的最小等效功率，PCU根据此最小等效功率得到对应的发动机扭矩和电机扭矩。

相反地，如果当前SOC值小于阈值B：

5.1PCU发送K0离合器断开指令。

5.2、发动机给电池充电的同时，完成起燃过程。

5.3、在此场景下，根据发动机扭矩输出端至电池的效率损失，确定一效率因子，在计算发动机的等效功率时，乘以该因子。

5.4、取计算得到的最小等效功率，PCU根据此最小等效功率得到对应的发动机扭矩和电机扭矩。

6发动机控制单元EMS检测催化剂的温度，判断该温度值是否大于阈值C。

7、当该温度值大于阈值C时，C值的大小可以选取催化剂转化效率达到95％以上时的温度值，例如350℃，催化剂起燃结束，该控制方法退出。

进一步的实施例中，提供当催化剂温度高于第一催化剂温度时，引进等效燃油消耗最小算法，具体是：

(1)当SOC大于阈值A时，发动机参与驱动，计算不同发动机和电机工作点下的等效功率，公式如下所示：

其中，P为等效功率，Tq_eng为发动机扭矩，n_eng为发动机转速，Tq_mot为发动机扭矩，n_mot为发动机转速，η为传动效率，δ_eng为发动机效率，δ_mot为电机效率。发动机提供的功率需乘以传动效率，发动机扭矩与电机扭矩之和等于PCU解析的需求扭矩。

(2)当SOC小于阈值A时，发动机给电池充电，计算不同发动机和电机工作点下的等效功率，公式如下所示：

此处，λ为发动机扭矩输出端充电至电池的效率。

在上述说明书中，已经通过参考特定的实施例描述了本发明的主旨内容。然而，在不脱离如权利要求书所阐述的本发明的主旨内容的情况下，可以进行各种修改和改变。本说明书中的附图是说明性而不是限制性的。因此，本发明的主旨范围应当由权利要求及其符合法律规定的等效形式或实体确定，而非仅由所描述的示例确定。在本说明书任何方法或过程权利要求中所阐述的任何步骤可以按任何次序或次序组合执行，并不受限于所述权利要求中所给出的示例性特定次序。

Claims (6)

1.一种混合动力车辆排放控制方法，其特征在于，所述方法是：

当催化器温度低于第一催化剂温度，催化剂起燃标志位被触发，在达到第一催化剂温度之前，混动控制单元PCU发送指令不进行K0离合器闭合，发动机控制单元EMS控制发动机起动后，进行稳定怠速控制，即发动机固定转速和固定扭矩按照运行；所述K0离合器是位于发动机和变速箱之间，用于结合和分离发动机；

当催化剂温度高于第一催化剂温度，基于目标档位，计算不同发动机工作点和电机工作点下的最小燃油消耗功率，选择最低油耗的发动机扭矩和电机扭矩，并将该扭矩值与发动机、电机的边界取小，设置为分配给发动机和电机的扭矩值；其中，当SOC大于阈值A时，发动机参与驱动；当SOC小于阈值A时，发动机给电池充电；计算不同发动机和电机工作点下的等效功率，分别得到最优的发动机起燃工况；

当催化剂温度大于起燃阈值时，催化剂起燃结束，退出本控制方法。

2.根据权利要求1所述的混合动力车辆排放控制方法，其特征在于，当SOC大于阈值A时，发动机参与驱动，计算不同发动机和电机工作点下的等效功率，公式如下所示：

其中，P为等效功率，Tq_eng为发动机扭矩，n_eng为发动机转速，Tq_mot为发动机扭矩，n_mot为发动机转速，η为传动效率，δ_eng为发动机效率，δ_mot为电机效率。

3.根据权利要求2所述的混合动力车辆排放控制方法，其特征在于，当SOC小于阈值A时，发动机给电池充电，计算不同发动机和电机工作点下的等效功率，公式如下所示：

其中，λ为发动机扭矩输出端充电至电池的效率。

4.根据权利要求1所述的混合动力车辆排放控制方法，其特征在于，所述固定转速和固定扭矩均为标定值。

5.混合动力车辆排放控制系统，其特征在于，包括处理器以及存储器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现如权利要求1-4任一所述的混合动力车辆排放控制方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机该程序被处理器执行时，实现如权利要求1-4任一所述的混合动力车辆排放控制方法。