CN114954424A - 混合动力汽车全旅程能量管理系统及其控制方法 - Google Patents

混合动力汽车全旅程能量管理系统及其控制方法 Download PDF

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CN114954424A CN202110204890.8A CN202110204890A CN114954424A CN 114954424 A CN114954424 A CN 114954424A CN 202110204890 A CN202110204890 A CN 202110204890A CN 114954424 A CN114954424 A CN 114954424A
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陈川川
唐莹
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Shanghai Automobile Gear Works
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Abstract

一种混合动力汽车全旅程能量管理系统，包括：车机控制器模块、整车控制器模块、远程信息处理器模块和云端控制器模块，其中：HUM模块与云端控制器模块连接并传输环境信息及告知VCU模块全旅程开启信息，VCU模块和云端控制器模块通过T‑Box模块相互连接并传输VCU模块输出的车辆信息及云端控制器模块根据计算输出的控制指令，合理规划整个行驶旅程中整车能量流流向。本发明对整车其他功能不造成影响；通过全旅程能量管理不同状态之间迁移，实现多种场景之间自由切换，根据道路畅通状况，选择模式算法和能量流流向，并且根据云端数据和路径规划实时调整更新，实现全行驶旅程中整车能量管理控制方法，切实提高整车能量利用效率，有效降低整车排放和油耗。

Description

混合动力汽车全旅程能量管理系统及其控制方法
技术领域
本发明涉及的是一种混合动力纯电动汽车整车能量管理领域的技术，具体是一种混合动力汽车全旅程能量管理系统及其控制方法。
背景技术
目前，油耗和排放问题已经成为全球汽车厂商面临的重大挑战。在油耗和排放的双重压力下，传统汽车已经很难突破技术难关，混合动力汽车已经成为发展的必然趋势。混合动力汽车一般搭载的动力电池容量较小，为了整个驾驶过程中都能有足够的电量保证电机助力，整车全旅程能量管理控制对混合动力汽车至关重要。随着汽车技术向智能化、网联化方向不断推进，智能驾驶技术将会对传统车辆控制方法带来巨大变革。此外，混合动力汽车动力总成结构在驱动基础上兼顾能量回收特点。因此，在行车过程中合理的规划电池电量使用，能够最大限度的发挥小容量动力电池的驱动能力，使整车在全旅程都有较好的动力输出，弥补小排量发动机动力不足的缺点。同时，通过插电方式为动力电池充电，还可以有效的减少油耗和排放。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种混合动力汽车全旅程能量管理系统及其控制方法，结合智能驾驶技术和混合动力汽车技术发展趋势，依托智能驾驶技术以插电式混合动力汽车系统，根据道路拥堵状况与规划行驶路径，实时计算整车在规划路径中的目标SOC、通过目标路段预计时间和握手信息，进行整体决策，选择整车运行模式和能量流流向。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种混合动力汽车全旅程能量管理系统，包括：车机控制器(HUM)模块、整车控制器(VCU)模块、远程信息处理器(T-Box)模块和云端控制器模块，其中：HUM模块与云端控制器模块连接并传输环境信息，HUM模块与VCU模块相连并输出全旅程开启信息，VCU模块和云端控制器模块通过T-Box模块相互连接并传输VCU模块输出的车辆信息及云端控制器模块根据计算输出的控制指令，实现整车能量流流向优化。
所述的车辆信息包括但不限于：整车端全旅程状态、车速、荷电状态(SOC)、整车能耗和驾驶模式。
所述的整车端全旅程状态包括：默认状态、包括不请求握手与请求握手两个子状态的待机状态、工作状态、临时退出状态以及永久退出状态。
所述的计算包括：计算当前设定旅程的目标SOC、道路拥堵状态、云端全旅程状态、通过畅通路段的时间信息、预估车速、预测拥堵路段总电耗。
所述的云端全旅程状态是指：开启全旅程功能后云端控制器反馈其当前所处的状态，即整车端全旅程状态中的任意一个状态。
所述的环境信息包括：道路信息、GPS信息、目标距离、道路拥堵状况和全旅程开启信息。
所述的VCU模块包括：判断单元、驾驶模式选择单元、能量分配单元和云端反馈单元，其中：判断单元分别与驾驶模式选择单元、能量分配单元和云端反馈单元相连并传输全旅程状态调度信号、驾驶模式请求信号、扭矩分配模式请求信号，驾驶模式选择单元反馈当前整车驾驶模式，能量分配单元输出整车扭矩控制指令及反馈实际扭矩分配模式，云端反馈单元反馈当前整车端全旅程状态信号。
所述的判断单元通过状态转移执行全旅程能量管理，其中状态包括：默认状态、待机状态、工作状态、临时性退出状态和永久性退出状态，其中：默认状态为VCU模块上电后的状态，当默认状态满足条件C1，则进入待机状态；当待机状态满足条件C2，则进入工作状态；当工作状态满足条件C3，则进入临时性退出状态；当临时性退出状态条件C3不成立时，则返回工作状态；当待机状态、工作状态和临时性退出状态各自满足条件C5，则均能够进入永久退出状态；当待机状态或工作状态或临时性退出状态在条件C1不成立时，则均能够进入默认状态；当永久退出状态在条件C5不成立时，则进入默认状态。
所述的条件C1是指：VCU模块接收HUM模块传输的开启全旅程能量管理信号，且整车不在故障模式。
所述的条件C2是指：驾驶模式选择单元反馈当前整车驾驶模式为自动(AUTO)模式。
所述的条件C3是指：以下任一条件满足且持续5s：
①任一时刻VCU模块与云端握手检测失败；
②条件C6不成立；
③条件C7不成立；
④档位切换至P/N挡；
⑤整车驾驶模式切换至非AUTO模式；
⑥判断单元输出的扭矩分配模式请求与能量分配单元反馈的实际扭矩分配模式不一致。
所述的条件C5是指：整车处于故障模式。
所述的待机状态包括：三个子状态，其中：第一子状态满足条件C6，则进入第二子状态；第二子状态满足条件C7，则进入第三子状态；第三子状态满足条件C2则进入工作状态。
所述的条件C6是指：同时满足以下条件且持续0.5s：
i)云端输出的道路拥堵状态信号为拥堵或畅通或默认状态，并且
ii)云端输出的当前设定旅程的目标SOC在18％-100％范围内，并且
iii)云端输出的通过畅通路段的时间大于600s，并且
iv)云端输出的预估车速在0-180kph范围内，并且
v)畅通路况下实际车速大于28kph，并且
vi)整车未处于跛行状态，并且
vii)动力电池充电功率及放电功率大于一定值，并且
viii)整车电源处于高压Ready状态且动力电池实际SOC大于18％。
所述的条件C7是指：在进入第二子状态后，VCU模块向云端控制器模块发送握手信号，即整车端全旅程状态信号，在0.5s，云端控制器模块反馈握手后，VCU模块判断握手成功。
本发明涉及一种基于上述系统的混合动力汽车全旅程能量管理控制方法，VCU模块在进入工作状态后，根据云端控制器模块传输的目标SOC和道路拥堵状态判断执行模式，选择适应的扭矩分配和能量流流向，使整车在畅通路段为拥堵路段储备电量，规划整个行驶旅程中整车能量使用。
所述的扭矩分配具体是指：能量分配单元根据判断单元输出的全旅程状态调度信号及扭矩分配模式请求信号执行不同的扭矩分配模式以及分配合适的发动机及电机扭矩，以实现畅通路段发电，拥堵路段耗电的目的。
所述的判断执行模式是根据畅通路段或拥堵路段下，目标SOC与实际SOC的差值ΔSOC不同而进行改变，具体是：在畅通路段下，当ΔSOC＜-5％，判断单元请求进入纯电动驱动模式；当-5％≤ΔSOC≤0，判断单元请求进入传统驱动模式或最优发电模式；0＜ΔSOC≤5％，判断单元请求进入传统驱动模式或最优发电模式；ΔSOC＞5％且实际SOC在90％～95％，判断单元请求进入纯电驱动模式；ΔSOC＞5％且实际SOC＜90％，D挡时判断单元请求进入最优发电模式，P/R/N挡进入临时退出模式；在拥堵路段下，判断单元请求进入纯电驱动模式。
所述的判断单元是指：根据云端输入信息及整车信息，判断全旅程各状态转移条件及执行状态转移，输出全旅程状态调度信号、驾驶模式请求信号、扭矩分配模式请求信号。
所述的能量流流向具体是能量分配单元处于最优发电模式下基于通过畅通路段目标SOC变化的发电功率或基于通过畅通路段时间变化的发电功率进行修正。
所述的畅通路段分为五个时间点，即A、B、C、D和E，四个时间段进行调整。
所述的基于通过畅通路段目标SOC变化的发电功率修正，具体是在进入畅通路段的A点为发电功率时，则以当前发电功率作为A点当前发电功率，预估到达B点的SOCB并与目标SOCTar的70％对比，当SOCB＜0.7*SOCTar，则对最优发电模式增加发电功率，该发电功率查表可得；B点的实际SOCBAct作为初始值，预估到达C点的SOCC并与目标SOCTar的80％对比，当SOCC＜0.8*SOCTar，则对最优发电模式增加发电功率，该发电功率查表可得，当SOCBAct＜0.7*SOCTar，为防止在达到C点时的实际SOCCAct＜0.8*SOCTar，则在BC段再增加发电功率偏置值offset3；C点的实际SOCCAct作为初始值，预估到达D点的SOCD并与目标SOCTar的90％对比，当SOCD＜0.9*SOCTar，则对最优发电模式增加发电功率，该发电功率查表可得，当SOCCAct＜0.8*SOCTar，为防止在达到D点时的实际SOCDAct＜0.9*SOCTar，则在CD段再增加发电功率偏置值offset5；D点的实际SOCDAct作为初始值，预估到达E点的SOCE并与目标SOCTar的98％对比，当SOCE＜0.98*SOCTar，则根据DE段的发电功率表达式确定发电功率。
所述的发电功率偏置值offset3为(W70％-WBAct)/TBC后查表得到，其中：W70％为到达B点的目标发电量，WBAct为B点实际发电量，TBC为BC段的时间。
所述的发电功率偏置值offset5为(W80％-WCAct)/TCD后查表得到，其中：W80％为到达C点的目标发电量，WCAct为C点实际发电量，TCD为CD段的时间。
所述的DE段的发电功率的表达式为Min(Max(PElM1，PElM2)，PElM3)，
Figure BDA0002949959850000041
Figure BDA0002949959850000042
PElM3＝PEngMax-PVeh，其中：PElM1为根据D点的发电功率PD加上DE段增加的发电功率，PElM2为根据A点的发电功率PA加上AE段增加的发电功率，PElM3为发动机最大功率PEngMax减去整车需求功率PVeh。
所述的基于通过畅通路段时间变化的发电功率进行修正，具体是记录并锁住电量WAE、时间T1和平均发电功率P1，根据上述数据及云端控制器模块实时更新的剩余畅通路段通过时间T2，判断是否需要基于时间修正，再根据云端控制器模块实时更新并输出的目标SOC对应的发电量W2。
所述的电量WAE是首次云端控制器模块输出的目标SOC与实际SOC的差值ΔSOC乘以总电量WTot所得的值；所述的总电量WTot为当前SOC为100％时对应的电量。
所述的时间T1为云端控制器模块首次输出的通过畅通路段的时间。
所述的平均发电功率P1为ΔSOC*WTot/T1。
所述的判断具体是判断剩余畅通路段通过时间T2与云端控制器模块首次下发的畅通路段通过时间T1减从A点经过的时间t的差值的关系，当T2＜T1-t时，则表示发电时间缩短，需要修正；当T2＞T1-t时，则表示发电时间延长，继续维持当前发电功率，不需要修正。
所述的确定额外增加的发电量是所述平均发电功率P1乘以时间(T1-t)得到原始经过时间t，从A点经过时间t后还需要的发电量为WT1-t，所述平均发电功率P1乘以时间T2得到发电量WT2，WT1-t与WT2的差值即为额外增加的发电量ΔW。
技术效果
本发明整体解决了现有技术的现有混合动力车辆不能实现整个导航旅途中全局能量优化，不能在畅通路段通过调整发电功率为拥堵路段储备电量，或因电池SOC不足不能保证在拥堵路段使车辆纯电动行驶的不足，从而使整个导航旅途车辆油耗及排放偏高。
在导航旅途中，开启全旅程功能后，本发明能够在整车端实现畅通路段的发电功率的优化及拥堵路段实现纯电动行驶，整个导航旅途中整车节油率在16％左右。
附图说明
图1为本实施例的系统示意图；
图2为VCU控制器内部全旅程能量管理状态迁移；
图3为道路先畅通情况下，能量储备阶段划分示意图；
图4为道路先拥堵情况下，能量储备阶段划分示意图；
图5为VCU模块在进入工作状态下的工作示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例包括：车机控制器(HUM)模块以及分别与之相连的整车控制器(VCU)模块和云端控制器模块以及远程信息处理器(T-Box)模块，其中：HUM模块分别与云端控制器模块传输环境信息、与VCU模块传输全旅程开启信息，VCU模块和云端控制器模块通过T-Box模块相互连接并传输VCU模块输出的车辆信息及云端控制器模块根据计算输出的控制指令。
如图2所示，所述的VCU模块通过五个状态执行全旅程能量管理功能，五个状态具体为默认状态、待机状态、工作状态、临时性退出状态和永久性退出状态。
所述的默认状态(Default)为初始状态，即VCU模块上电后进入的状态。
所述的待机状态(Standby)为当VCU模块接收到HUM模块发送的开启全旅程功能信号，且整车不在故障模式时，即条件C1，进入待机状态，并将VCU模块判定的全旅程能量管理功能的当前状态置为待机状态，既能够从默认状态进入待机状态，也能够从永久性退出状经默认状态进入待机状态(针对全旅程功能开启信号一直激活但整车因故障进入永久性退出后故障又消失的情况)，进入待机状态首先进入第一子状态，以下条件都满足，即条件C6，从第一子状态进入第二子状态。云端控制器模块发送道路状态标志位，即拥堵或畅通；下发目标SOC，目标SOC在0～100％有效范围内；通过畅通路段时间；整车没有故障且车速需要达到一定限值；若上述条件没有满足，则VCU模块在当前导航循环内持续监测上述条件，直至退出全旅程能量管理功能。进入第二子状态后，VCU模块发送握手信号(即以整车端全旅程状态为待机状态)至云端。在约定时间内，云端反馈握手后，VCU模块认为与云端握手成功(即以云端反馈全旅程状态为待机状态或工作状态(Work))，即条件C7满足，从第二子状态进入第三子状态；如果云端在约定时间内没有反馈握手成功，则VCU在当前导航循环内持续发送握手请求，直至退出全旅程能量管理功能。进入第三子状态后，判断单元请求驾驶模式为AUTO模式，当驾驶模式选择单元反馈AUTO模式后，即C2条件满足，进入工作状态，VCU模块反馈整车端全旅程状态为工作状态；若驾驶模式选择单元未能反馈进入AUTO模式，则在当前导航循环内判断单元持续请求，直至退出全旅程能量管理功能。
所述的工作状态为根据云端控制器模块下发的目标SOC、道路状态及畅通路段时间信号进行扭矩分配管理；同时VCU模块将整车端全旅程状态置为工作状态发送给云端控制器模块。
所述的临时退出状态(temporal quit)为VCU模块在当前导航循环内持续检测条件C3并尝试恢复，当条件C3不成立时重新进入work。
所述的永久退出状态(Permanent quit)为VCU模块将此状态传输至云端控制器模块且VCU模块不尝试恢复。在待机、工作及临时退出状态在条件C5满足时均会进入永久退出状态。VCU模块判断为全旅程能量管理功能临时性退出或永久退出时，均不能执行全旅程能量管理功能，默认执行本地的能量管理策略。
如图3所示，所述的畅通路段，即云端控制器模块输出的道路状态为畅通，将畅通路段设置五个时间点，四个时间段，即AB段、BC段、CD段和DE段，VCU模块根据云端控制器模块输出的目标SOC减去当前实际SOC的差值ΔSOC，进行不同控制，具体分为三种情况，即实际SOC大于目标SOC、实际SOC等于目标SOC和实际SOC小于目标SOC。
所述的实际SOC大于目标SOC，即ΔSOC＜0，根据差值大小进行二次分配：当ΔSOC＜-5％时，判断单元请求进入纯电驱动模式，但并非锁在纯电驱动模式，松开加速踏板后可进入纯电能量回收模式；当-5％≤ΔSOC＜0时，请求进入传统驱动模式或最优发电模式，且非锁在此模式。
所述的最优发电模式是指：发动机工作在最优效率区间的模式，此模式下分配的发动机扭矩在满足车辆需求的情况下还能提供部分扭矩用于发电。
所述的实际SOC等于目标SOC，即ΔSOC＝0时，判断单元请求进入传统驱动模式或最优发电模式，且非锁在此模式。
所述的实际SOC小于目标SOC，即ΔSOC＞0，根据差值大小进行二次分配：当0＜ΔSOC≤5％时，判断单元请求进入传统驱动模式或最优发电模式，且非锁在此模式；ΔSOC＞5％时，需要进行以下区分：实际SOC在90％～95％时，判断单元请求进入纯电驱动模式，且非锁在纯电驱动模式；实际SOC＜90％时，D挡下判断单元请求进入最优发电模式，且非锁在最优发电模式，P/R/N挡下进入临时退出模式。
如图3所示，所述的拥堵路段，即云端控制器模块输出的道路状态为拥堵，判断单元请求进入纯电驱动模式，且非锁在纯电驱动模式，因拥堵路段加长或其他因素导致SOC降低至不足以维持纯电驱动行驶，VCU模块按照本地能量管理策略执行，直至下一个畅通路段重新开始能量储备。
所述的畅通路段的能量流流向分为基于目标SOC变化的发电功率修正和基于通过畅通路段时间变化的发电功率修正。
如图3和图4所示，所述的基于目标SOC变化的发电功率修正是指：判断进入畅通路段1的点A的功率是驱动功率或发电功率：当为驱动功率，则以发动机最大可用功率减去驱动功率的差值折算到电机端的功率作为畅通路段1中A点的发电功率；当为发电功率，则以此作为畅通路段1中A点的发电功率，经过时间TAB＝k1*TAE，TAB为非负值，k1为AB段在整个AE段中的原始时间占比，TAB后的平均电量WAB(此处是基于整个AB阶段电机都在发电)加上A点实际SOCAAct对应的电量WAAct除以总电量WTot,预估到达B点的SOCB((WAB+WAAct)/WTot))，与到达B点时目标SOCTar的70％(对应的电量为W70％)对比，得出：
当SOCB≥0.7*SOCTar，认为当前发电功率能够满足需求；为防止AB阶段深踩加速踏板电机助力或目标SOC降低或其他因素的影响，在当前发电功率的基础上增加第一功率补偿量偏置值offset1；当SOCB＜0.7*SOCTar，认为当前发电功率下不能满足需求，需要最优发电模式增大发电功率，增加部分ΔP基于((W70％-WAAct)/TAB)查表标定；A点的发电功率PAFinl及AB阶段的发电功率不能超过发动机最大发电功率PEngMax。
经过时间TAB到达B点，以B点的实际SOCBAct作为时间段2的初始值，对应电量为WBAct，以当前发电功率PB(包含AB阶段增加的发电功率)经过时间TBC后的平均电量WBC，再加上WBact，预估到达C点的SOCC((WBC+WBAct)/WTot)，与到达C点时目标SOCTar的80％对比(对应的电量为W80％)，得出：
当SOCC≥0.8*SOCTar，认为当前发电功率下能够满足需求；为防止BC阶段深踩加速踏板电机助力及其他因素的影响，在当前发电功率的基础上增加第二功率补偿量偏置值offset2；当SOCC＜0.8*SOCTar，认为当前发电功率不能满足需求，需要最优发电模式增大发电功率，增加部分基于((W80％-WBAct)/TBC)查表标定。此外，当到达B点时的实际SOCBAct＜0.7*SOCTar时，需要在BC阶段额外再增加一个发电功率偏置值offset3(基于(W70％-WBAct)/TBC的结果查表标定)，防止在达到C点时的实际SOCCAct＜0.8*SOCTar；当到达B点时的实际SOCBAct≥0.7*SOCTar时，无需处理；B点的发电功率PBFinl及BC阶段的发电功率不能超过发动机最优发电功率上限PEngAvlMax。
经过时间TBC到达C点，以C点的实际SOCCAct作为时间段3的初始值，对应电量为WCAct，以当前发电功率PC(包含BC阶段增加的发电功率)经过时间TCD后的平均电量WCD，再加上WCact，预估到达D点的SOCD((WCD+WCAct)/WTot)，与到达D点时目标SOCTar的90％对比(对应的电量为W90％)，得出：
当SOCD≥0.9*SOCTar，认为当前发电功率下能够满足需求；为防止CD阶段深踩加速踏板电机助力及其他因素的影响，在当前发电功率的基础上增加第四功率补偿量偏置值offset4；当SOCD＜0.9*SOCTar，认为当前发电功率下不能满足需求，需要最优发电模式增大发电功率，增加部分基于((W90％-WCAct)/TCD)查表标定。此外，当到达C点时的实际SOCCAct＜0.8*SOCTar时，需要在CD阶段额外再增加一个发电功率偏置值offset5((基于W80％-WCAct)/TCD的结果查表标定)，防止在达到D点时的实际SOCDAct＜0.9*SOCTar；当到达C点时的实际SOCCAct≥0.8*SOCTar时，无需处理；C点的发电功率PCFinl及CD阶段的发电功率不能超过发动机最优发电功率上限PEngAvlMax。
经过时间TCD到达D点，以D点的实际SOCDAct作为时间段4的初始值，对应电量为WDAct，以当前发电功率PD(包含CD阶段增加的发电功率)经过时间TDE后的平均电量WDE，再加上WDact，预估到达E点的SOCE((WDE+WDAct)/WTot)，与到达E点时目标SOCTar的98％对比(对应的电量为W98％)，得出：
当SOCE≥0.98*SOCTar，可认为当前发电功率下能够满足需求；为防止DE阶段深踩加速踏板电机助力及其他因素的影响，在当前发电功率的基础上增加功率补偿量偏置值offset6；当SOCE＜0.98*SOCTar，认为当前发电功率下不能满足需求，在PElM1、PElM2中取大，结果与PElM3取Min作为DE阶段的发电功率，即Min(Max(PElM1，PElM2)，PElM3)：
Figure BDA0002949959850000081
Figure BDA0002949959850000082
PElM3＝PEngMax-PVeh，其中：PElM1为根据D点的发电功率PD加上DE阶段需要额外增加的发电功率，PElM2为根据A点的发电功率PA加上AE阶段需要额外增加的发电功率，PElM3为发动机最大功率PEngMax减去整车需求功率PVeh。
所述的整车需求功率PVeh为整车驱动功率及附件消耗功率。
所述的基于通过畅通路段时间变化的发电功率修正是指：记录并锁住电量WAE、时间T1和平均发电功率P1，根据上述数据及云端控制器模块实时更新的剩余畅通路段通过时间T2，判断是否需要基于时间修正，再根据云端控制器模块实时更新并输出的目标SOC对应的发电量W2。
所述的电量WAE是首次云端控制器模块输出的目标SOC与实际SOC的差值ΔSOC乘以总电量WTot所得的值；所述的总电量WTot为当前SOC为100％时对应的电量。
所述的时间T1为云端控制器模块首次输出的通过畅通路段的时间。
所述的平均发电功率P1为ΔSOC*WTot/T1。
所述的判断具体是判断剩余畅通路段通过时间T2与云端控制器模块首次下发的畅通路段通过时间T1减从A点经过的时间t的差值的关系，当T2＜T1-t时，则表示发电时间缩短，需要修正；当T2＞T1-t时，则表示发电时间延长，继续维持当前发电功率，不需要修正。
所述的确定额外增加的发电量是所述锁住的平均发电功率P1乘以时间(T1-t)，得到原始的经过时间t后还需要的发电量WT1-t，再以平均发电功率P1乘以时间T2得发电量WT2，二者的差值ΔW＝WT1-t-WT2(正负都有可能)为额外增加的发电量。
所述的T2在没有时间变化下T2＝T1-t。
具体分阶段分析如下：
当0≤t≤T1*kA时，表示处于AB段，kA表示AB段基于修正后的时间系数，当ΔW＞0，表示发电时间缩短，需要将该部分能量ΔW放到AB段剩余时间发电满足，修正量P2＝ΔW/(T1*kA-t)(T1*kA-t表示修正后AB段剩余的发电时间)，其中若T1*kA-t≤0，则修正量P2＝0；当ΔW＜0，表示发电时间延长，不需要修正，修正量P2＝0。
当T1*kA＜t≤T1*(1-kD)时，表示处于BD段，kD表示DE段基于修正后时间系数，当ΔW＞0，表示发电时间缩短，需要将该部分能量ΔW放到BD段剩余时间发电满足，修正量P2＝ΔW/(T1-T1*kD-t)(T1-T1*kD-t表示修正后BD段剩余的发电时间)，其中若T1-T1*kD-t≤0，则修正量P2＝0；修正后的发电功率不能超过最优发电区域的上限PEngAvlMax；当ΔW＜0，表示发电时间延长，不需要进行修改，修正量P2＝0。
当T1*(1-kD)＜t≤T1时，表示当前处在DE阶段，当ΔW＞0，表示发电时间缩短，需要将该部分能量ΔW放到DE段剩余时间发电满足，修正量P2＝ΔW/(T1-t)(T1-t表示修正后DE段剩余的发电时间)，其中若T1-t≤0，则修正量P2＝0；当ΔW＜0，表示发电时间延长，不需要进行修改，修正量P2＝0。
所述的kA和kD用以调节路段中B点和D点的位置，以便于在AB、DE段发电量不足时，适当挤占最优发电的时间(BD段)，来保证到达拥堵路段时完成能量储备任务。
所述的kA和kD值的确定，分阶段确定，具体如下所述：
当处于AB段，即0≤t≤T1*kA时，分以下三种情况：
当T2≥T1-t，则kA＝k1，kD＝k2，即说明发电时间延长，无需调整B、D点的位置；
当T2＜T1-t且(PEngMax-P1)*(T2-(T1*(1-k1-k2)))≥(P1*(T1-t-T2)+(W2-WAE))，则kA＝k1，kD＝k2，其中：W2为云端控制器模块实时更新并输出的目标SOC后需要的发电量，W2-WAE表示ΔSOC对应的发电量(可正可负)，即说明经过时间t后，虽然发电时间缩短，但AB、DE段按发动机最大发电功率PEngMax来发电仍能够满足因发电时间缩短导致增加的发电量，不需要右移B点；
当T2＜T1-t且(PEngMax-P1)*(T2-(T1*(1-k1-k2)))＜(P1*(T1-t-T2)+(W2-WAE))，则kA＝k1+((P1*(T1-t-T2)+(W2-WAE))-(PEngMax-P1)*(T2-(T1*(1-k1-k2))))/PEngMax/T1且k1≤kA＜(1-k2)，kD＝k2，即说明经过时间t后，发电时间缩短，AB、DE段按发动机最大发电功率PEngMax来发电仍不能满足因发电时间缩短导致增加的发电量，这就需要将B点往右移，如图4所示，延长AB段的最大发电时间，缩短BD段最优发电时间，同时D点保持不动。
当处于BD段，即T1*kA＜t≤T1*(1-kD)，分以下三种情况：
当T2≥T1-t，则kA＝k1，kD＝k2，即说明发电时间延长，无需调整D点的位置，而B点因AB段已经结束，无法再调整；
当T2＜T1-t且(PEngMax-P1)*(T2-(T1*(1-k2)-t))≥(P1*(T1-t-T2)+(W2-WAE))，则kA＝k1，kD＝k2，即说明经过时间t后，虽然发电时间缩短，但DE段按发动机最大发电功率PEngMax来发电仍能够满足因发电时间缩短导致增加的发电量，不需要左移D点，如图4所示；
若T2＜T1-t且(PEngMax-P1)*(T2-(T1*(1-k2)-t))＜(P1*(T1-t-T2)+(W2-WAE))，则kA＝k1，kD＝k2+((P1*(T1-t-T2)+(W2-WAE))-(PEngMax-P1)*(T2-(T1*(1-k2)-t)))/PEngMax/T1，且k2<＝kD<(1-k1)，即说明经过时间t后，发电时间缩短，DE段按发动机最大发电功率PEngMax来发电仍不能够满足因发电时间缩短导致增加的发电量，需要左移D点，如图4所示。
当处于DE段，即T1*(1-kD)＜t≤T1，无论T2是否大于或小于T1-t，都已无法再调整D点的位置，所以kA＝k1，kD＝k2。
所述的AB段和DE段需要小于发动机的最大可用发电功率，BC段和CD段需要小于最优发电区域所允许的最大发电功率。
在未到达B、C、D、E点时即已接近该各段的SOC界值，则在各段的剩余时间进入电荷维持态(CS)模式，切到传统模式或最优发电模式，此时以燃油经济性优先。
经过具体实际实验，全旅程功能开关打开时，畅通路段车辆能够进入工作状态，能量分配单元进入最优发电模式发电；拥堵路段下能量分配单元能够进入纯电驱动模式；当能量分配单元反馈的扭矩分配模式与判断单元请求的扭矩模式不一致时，车辆能够就进入临时退出状态；畅通路段结束时(图示光标位置)，电池实际SOC为26.9％，云端预测的目标SOC为27％；拥堵路段纯电驱动，开始耗电，电池实际SOC开始下降，直至再次进入畅通路段后进入最优发电模式开始为下一个拥堵路段储备电量。
整个导航旅途中，开启全旅程功能后，整车平均油耗比不开启全旅程功能的车辆节油约16％，具体如下表所示：
Figure BDA0002949959850000101
Figure BDA0002949959850000111
本发明通过一主多从的控制方式，即判断单元作作为主控制单元，控制整车端全旅程功能的激活及状态控制调度控制，驾驶模式选择单元、能量分配单元、云端反馈单元作为从属单元，分别响应驾驶模式请求，响应扭矩分配模式请求及扭矩分配(功率计算)及告知云端控制器整车端全旅程状态，其与现有常规技术手段相比具有显著改进的技术细节具体为：全旅程功能开启后，在畅通路段下VCU模块能够根据云端控制器发送的目标SOC控制电机发电以储备电量来满足拥堵路段纯电动行驶所需；而未开启全旅程功能时，即使在畅通路段VCU模块也不会额外多储备电量，只是维持在本地电平衡状态，拥堵路段下会因电量不足无法纯电动行驶，而拥堵路段下，混动行驶时整车排放和油耗都较高。
综上，本发明通过上述依托智能驾驶的全旅程能量管理控制方法，根据不同道路工况和整车状态既能统筹整个行驶里程的整车扭矩计算模式选择，同时又可以保证车辆整个行驶旅程中能量流合理流向。这一实施例既能减少车辆的能耗，节约能源保护环境，又能保证车辆SOC维持在健康范围来保证整车动力性能。
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车全旅程能量管理系统，其特征在于，包括：车机控制器模块、整车控制器模块、远程信息处理器模块和云端控制器模块，其中：HUM模块与云端控制器模块连接并传输环境信息，HUM模块与VCU模块相连并输出全旅程开启信息，VCU模块和云端控制器模块通过T-Box模块相互连接并传输VCU模块输出的车辆信息及云端控制器模块根据计算输出的控制指令，实现整车能量流流向优化；
所述的车辆信息包括：整车端全旅程状态、车速、荷电状态、整车能耗和驾驶模式；
所述的计算包括：计算当前设定旅程的目标SOC、道路拥堵状态、云端全旅程状态、通过畅通路段的时间信息、预估车速、预测拥堵路段总电耗；
所述的环境信息包括：道路信息、GPS信息、目标距离、道路拥堵状况和全旅程开启信息。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车全旅程能量管理系统，其特征是，所述的VCU模块包括：判断单元、驾驶模式选择单元、能量分配单元和云端反馈单元，其中：判断单元分别与驾驶模式选择单元、能量分配单元和云端反馈单元相连并传输旅程状态调度信号、驾驶模式请求信号、扭矩分配模式请求信号，驾驶模式选择单元反馈当前整车驾驶模式，能量分配单元输出整车扭矩控制指令及反馈实际扭矩分配模式，云端反馈单元反馈当前整车端全旅程状态信号。
3.根据权利要求2所述的混合动力汽车全旅程能量管理系统，其特征是，所述的判断单元设有五个状态进行转移以执行全旅程能量管理，包括：默认状态、待机状态、工作状态、临时性退出状态和永久性退出状态，其中：默认状态为VCU模块上电后的状态，当默认状态满足条件C1，则进入待机状态；当待机状态满足条件C2，则进入工作状态；当工作状态满足条件C3，则进入临时性退出状态；当临时性退出状态条件C3不成立时，则返回工作状态；当待机状态、工作状态和临时性退出状态各自满足条件C5，则均能够进入永久退出状态；当待机状态或工作状态或临时性退出状态在条件C1不成立时，则均能够进入默认状态；当永久退出状态在条件C5不成立时，则进入默认状态；所述的条件C1为VCU模块接收HUM模块传输的开启全旅程能量管理信号，且整车不在故障模式；所述的条件C2为驾驶模式选择单元反馈当前整车驾驶模式为AUTO模式；所述的条件C3为以下任一条件满足且持续一定时间：某一时刻VCU模块与云端握手检测失败；或条件C6不成立；或条件C7不成立；或驾驶员切换到P/N挡；或驾驶员将整车驾驶模式切换到非AUTO模式；或控制单元输出的扭矩分配模式请求与能量分配单元反馈的实际扭矩分配模式不一致；所述的条件C5为整车处于故障模式；
所述的条件C6是指：同时满足以下条件且持续0.5s：
i)云端输出的道路拥堵状态信号为拥堵或畅通或默认状态，并且
ii)云端输出的当前设定旅程的目标SOC在18％-100％范围内，并且
iii)云端输出的通过畅通路段的时间大于600s，并且
iv)云端输出的预估车速在0-180kph范围内，并且
v)畅通路况下实际车速大于28kph，并且
vi)整车未处于跛行状态，并且
vii)动力电池充电功率及放电功率大于一定值，并且
viii)整车电源处于高压Ready状态且动力电池实际SOC大于18％；
所述的条件C7是指：在进入第二子状态后，VCU模块向云端控制器模块发送握手信号，即整车端全旅程状态信号，在0.5s，云端控制器模块反馈握手后，VCU模块判断握手成功。
4.根据权利要求3所述的混合动力汽车全旅程能量管理系统，其特征是，所述的待机状态包括三个子状态，其中：第一子状态满足条件C6，则进入第二子状态；第二子状态满足条件C7，则进入第三子状态；第三子状态满足条件C2则进入工作状态；所述的条件C6为以下条件都成立且持续一定时间：云端输出的道路拥堵状态信号为拥堵或畅通或默认状态；云端输出的当前设定旅程的目标SOC在18％-100％范围内；云端输出的通过畅通路段的时间大于600s；云端输出的预估车速在0-180kph范围内；畅通路况下实际车速大于28kph；整车未处于跛行状态；动力电池充电功率及放电功率大于一定值；整车电源处于高压Ready状态且动力电池实际SOC大于18％；所述的条件C7为在进入第二子状态后，VCU模块向云端控制器模块发送握手信号，即整车端全旅程状态信号，在约定时间内，云端控制器模块反馈握手后，VCU模块判断握手成功。
5.一种基于权利要求1～4所述系统的混合动力汽车全旅程能量管理控制方法，其特征在于，VCU模块在进入工作状态后，根据云端控制器模块传输的目标SOC和道路拥堵状态判断执行模式，选择适应的扭矩分配和能量流流向，合理规划整个行驶旅程中整车能量使用；
所述的能量流流向具体是能量分配单元处于最优发电模式下基于通过畅通路段目标SOC变化的发电功率或基于通过畅通路段时间变化的发电功率进行修正；
所述的畅通路段分为五个时间点，即A、B、C、D和E，四个时间段进行调整。
6.根据权利要求5所述的混合动力汽车全旅程能量管理控制方法，其特征是，所述的判断执行模式是根据畅通路段或拥堵路段下，目标SOC与实际SOC的差值ΔSOC不同而进行改变，具体是：在畅通路段下，当ΔSOC＜-5％，判断单元请求进入纯电动驱动模式；当-5％≤ΔSOC≤0，判断单元请求进入传统驱动模式或最优发电模式；0＜ΔSOC≤5％，判断单元请求进入传统驱动模式或最优发电模式；ΔSOC＞5％且实际SOC在90％～95％，判断单元请求进入纯电驱动模式；ΔSOC＞5％且实际SOC＜90％，D挡时判断单元请求进入最优发电模式，P/R/N挡进入临时退出模式；在拥堵路段下，判断单元请求进入纯电驱动模式。
7.根据权利要求5所述的混合动力汽车全旅程能量管理控制方法，其特征是，所述的基于通过畅通路段目标SOC变化的发电功率修正，具体是在进入畅通路段的A点为发电功率时，则以当前发电功率作为A点当前发电功率，预估到达B点的SOCB并与目标SOCTar的70％对比，当SOCB＜0.7*SOCTar，则对最优发电模式增加发电功率，该发电功率查表可得；B点的实际SOCBAct作为初始值，预估到达C点的SOCC并与目标SOCTar的80％对比，当SOCC＜0.8*SOCTar，则对最优发电模式增加发电功率，该发电功率查表可得，当SOCBAct＜0.7*SOCTar，为防止在达到C点时的实际SOCCAct＜0.8*SOCTar，则在BC段再增加发电功率偏置值offset3；C点的实际SOCCAct作为初始值，预估到达D点的SOCD并与目标SOCTar的90％对比，当SOCD＜0.9*SOCTar，则对最优发电模式增加发电功率，该发电功率查表可得，当SOCCAct＜0.8*SOCTar，为防止在达到D点时的实际SOCDAct＜0.9*SOCTar，则在CD段再增加发电功率偏置值offset5；D点的实际SOCDAct作为初始值，预估到达E点的SOCE并与目标SOCTar的98％对比，当SOCE＜0.98*SOCTar，则根据DE段的发电功率表达式确定发电功率；
所述的发电功率偏置值offset3为(W70％-WBAct)/TBC后查表得到，其中：W70％为到达B点的目标发电量，WBAct为B点实际发电量，TBC为BC段的时间；
所述的发电功率偏置值offset5为(W80％-WCAct)/TCD后查表得到，其中：W80％为到达C点的目标发电量，WCAct为C点实际发电量，TCD为CD段的时间；
所述的DE段的发电功率的表达式为Min(Max(PElM1，PElM2)，PElM3)，
Figure FDA0002949959840000031
Figure FDA0002949959840000032
PElM3＝PEngMax-PVeh，其中：PElM1为根据D点的发电功率PD加上DE段增加的发电功率，PElM2为根据A点的发电功率PA加上AE段增加的发电功率，PElM3为发动机最大功率PEngMax减去整车需求功率PVeh。
8.根据权利要求5所述的混合动力汽车全旅程能量管理控制方法，其特征是，所述的基于通过畅通路段时间变化的发电功率进行修正，具体是记录并锁住电量WAE、时间T1和平均发电功率P1，根据上述数据及云端控制器模块实时更新的剩余畅通路段通过时间T2，判断是否需要基于时间修正，再根据云端控制器模块实时更新并输出的目标SOC对应的发电量W2；
所述的电量WAE是首次云端控制器模块输出的目标SOC与实际SOC的差值ΔSOC乘以总电量WTot所得的值；所述的总电量WTot为当前SOC为100％时对应的电量；
所述的时间T1为云端控制器模块首次输出的通过畅通路段的时间；
所述的平均发电功率P1为ΔSOC*WTot/T1。
9.根据权利要求8所述的混合动力汽车全旅程能量管理控制方法，其特征是，所述的判断具体是判断剩余畅通路段通过时间T2与云端控制器模块首次下发的畅通路段通过时间T1减从A点经过的时间t的差值的关系，当T2＜T1-t时，则表示发电时间缩短，需要修正；当T2＞T1-t时，则表示发电时间延长，继续维持当前发电功率，不需要修正。
10.根据权利要求8所述的混合动力汽车全旅程能量管理控制方法，其特征是，所述的确定额外增加的发电量是所述平均发电功率P1乘以时间(T1-t)得到原始经过时间t，从A点经过时间t后还需要的发电量为WT1-t，所述平均发电功率P1乘以时间T2得到发电量WT2，WT1-t与WT2的差值即为额外增加的发电量ΔW。
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