CN115503685A - 一种E-power架构自卸车模式切换控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种E‑power架构自卸车模式切换控制方法，属于新能源汽车控制技术领域。包括：默认进入初始化模式，当驾驶员需求车辆启动，且车辆运行使能满足后，进入中转模式；在中转模式下，启动模式切换策略进行纯电模式、混动模式和能量回收模式的模式判定和切换；判断纯电使能条件是否满足；如满足则转入纯电模式，如不满足则判断混动使能是否满足：如满足混动使能条件则转入混动模式，如不满足则判断是否满足能量回收使能条件，如满足则进入能量回收模式，否则停留在中转模式。本发明的能量回收模式能保护电池防止电池过充；模式切换条件计算时考虑电池功率限制状态，降低电池故障率；提高了发动机功率分配精确度，降低了燃油消耗。

Description

一种E-power架构自卸车模式切换控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车控制技术领域，更具体的说是涉及一种E-power架构自卸车模式切换控制方法。

背景技术

新能源汽车作为符合环境和能源要求的一种重要交通工具，愈发受到世界各国的重视。为满足四阶段油耗法规要求，并联E-power架构混合动力车可解决传统汽车发动机燃油燃烧导致的尾气排放，具有低环境污染，低噪声，高效率等优点。E-power架构混合动力车存在发动机带着发电机发电以及高压电池两个能量来源。根据不同的发动机和高压电池组合及驾驶员加减速需求，其工作模式可以分为：纯电模式、混动模式、能量回收模式。模式切换不仅是控制混动车运行状态切换，也控制整车能量及影响燃油消耗，因此模式切换控制策略非常重要。

现有技术中，将工作模式划分为纯电驾驶模式、纯电能量回收模式、串联驾驶模式、串联能量回收模式、并联驾驶模式和并联能量回收模式；针对纯电模式、串联模式和并联模式都设置了模式进入阈值和模式退出阈值，设计了驾驶驱动工况与制动能量回收工况下的双阈值模式切换控制方法以及特殊工况下强制进入并联模式的控制方法。

但是，现有技术存在如下缺陷：

1、未考虑电池功率限制情况，电池容易报故障。

2、未考虑发动机实际做功效率，降低整车燃油消耗率控制不精确。

3、未考虑能量回收时电池过充情况，电池容易报故障 。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种E-power架构自卸车模式切换控制方法。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：

一种E-power架构自卸车模式切换控制方法，包括：

默认进入初始化模式，当驾驶员需求车辆启动，且车辆运行使能满足后，进入中转模式；

在中转模式下，启动模式切换策略进行纯电模式、混动模式和能量回收模式的模式判定和切换；

判断纯电使能条件是否满足；如满足则转入纯电模式，如不满足则判断混动使能是否满足：如满足混动使能条件则转入混动模式，如不满足则判断是否满足能量回收使能条件，如满足则进入能量回收模式，否则停留在中转模式。

进一步，在纯电模式下，如驾驶员按下强制纯电开关或者发动机发生不能驱动发电机则进入强制纯电模式，直至强制纯电模式条件不满足；如驾驶员未按下强制纯电开关并且发动机正常则进入纯电模式；在纯电模式下如满足纯电退出条件则转入中转模式；纯电模式下发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率。

进一步，在混动模式下，通过如下步骤计算出电池需求功率与发动机需求功率：

S101：选择电池需求功率限值，当SOC大于混动模式电池充电阈值时，根据电池功率限制选择电池额定放电功率或电池峰值放电功率作为电池需求功率下限值；当SOC小于等于混动模式电池充电阈值时，根据电池功率限制选择电池额定充电功率或电池峰值充电功率作为电池需求功率上限值；

S102：设定发动机需求功率初始设定值；

S103：根据如下公式计算电池需求功率；当SOC大于混动模式电池充电阈值时，发 动机需求功率=

；当SOC小于等于混动模式电池充电阈值时， 发动机需求功率=

；

S104：在满足电池功率限制的前提下，随着整车需求功率改变电池需求功率，发动机需求功率不变，保持稳定点运行；如发动机需求功率不变时电池需求功率不满足电池功率限制，则返回步骤S102。

进一步，在混动模式，如满足混动退出条件则转入中转模式；如不满足则停留在混动模式。

进一步，在能量回收模式下，如能量回收退出条件满足时，则转入中转模式，否则停留在能量回收模式；在能量回收模式下，如满足耗电使能条件，则转入能量回收耗电模式，否则停留在能量回收模式。

进一步，所述能量回收模式包括正常能量回收模式和能量回收耗电模式；

在正常能量回收模式下，发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率；整车需求功率为负值时，表示给电池充电；

在能量回收耗电模式下，发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率+发电机功率；整车需求功率为负值时，表示给电池充电；此时，整车控制器控制发电机正扭矩输出作为电机耗电，发电机耗电能量来源为电池；整车控制器控制发动机处于排气制动状态时发电机负载耗电加快。

进一步，所述模式切换策略包括：

计算发动机实际做功效率、发动机实际做功功率；

计算电池功率限制状态，然后计算模式切换条件；

进行模式状态切换及发动机需求功率电池需求功率计算。

进一步，所述计算发动机实际做功效率、发动机实际做功功率包括：

在混动模式下首先利用

计算发动机实际机械功率，利用 电机电压×电机电流得到电机实际电功率，利用电池电压×电池电流得到电池实际电功 率；

利用公式发动机实际做功功率=电机实际电功率-电池实际电功率；其中混动模式电池充电工况下，电池实际电功率为负值；混动模式电池放电工况下，电池实际电功率为正值；

利用公式发动机实际做功效率=

计算出发动机实际做功效 率。

进一步，所述计算电池功率限制状态，然后计算模式切换条件，包括：

根据整车需求功率、发动机实际做功效率、SOC、油门、实际档位、刹车、电池功率限制状态、坡度来进行模式切换条件计算。

对比现有技术，本发明有益效果在于：本发明提供了一种E-power架构自卸车模式切换控制方法，首先细化了E-power架构自卸车混合动力工作模式，然后实现E-power架构自卸车混合动力工作模式切换及发动机需求功率、电池需求功率计算。实现时首先计算发动机实际做功效率、发动机实际做功功率，然后计算电池功率限制状态，然后计算模块计算模式切换条件，最后在模式切换状态机中实现模式状态切换及发动机需求功率电池需求功率计算。本发明中增加能量回收耗电模式，能保护电池防止电池过充；模式切换条件计算时考虑电池功率限制状态，降低电池故障率；模式切换控制时考虑发动机实际做功效率，提高功率分配精确度，降低整车燃油消耗量；模式切换条件时考虑制动压力低时转入混动模式，取消电动打气泵，节约成本。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1是本发明具体实施方式的方法流程图。

图2是本发明具体实施方式的模式切换过程示意图。

图3是本发明具体实施方式的模式切换策略示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。

如图1-2所示的一种E-power架构自卸车模式切换控制方法，包括如下步骤：

S1：默认进入初始化模式，当驾驶员需求车辆启动，且车辆运行使能满足后，进入中转模式。

S2：在中转模式下，启动模式切换策略进行纯电模式、混动模式和能量回收模式的模式判定和切换。

S3：判断纯电使能条件是否满足；如满足则转入纯电模式，如不满足则判断混动使能是否满足：如满足混动使能条件则转入混动模式，如不满足则判断是否满足能量回收使能条件，如满足则进入能量回收模式，否则停留在中转模式。

具体来说：

在纯电模式下，如驾驶员按下强制纯电开关或者发动机发生不能驱动发电机严重故障则进入强制纯电模式，在此模式下保持直至强制纯电模式条件不满足；如驾驶员未按下强制纯电开关并且发动机正常则进入正常纯电模式。在纯电模式下如满足纯电退出条件则转入中转模式；纯电模式下发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率。

在混动模式下，如满足混动退出条件则转入中转模式；如不满足则停留在混动模式。

在混动模式下，通过如下步骤计算出电池需求功率与发动机需求功率：

1、首先选择电池需求功率限值，当SOC大于混动模式电池充电阈值时，电池需求功率根据电池功率限制选择需求下限值电池额定放电功率还是电池峰值放电功率；当SOC小于等于混动模式电池充电阈值时，电池需求功率根据电池功率限制选择需求上限值电池额定充电功率还是电池峰值充电功率。

2、设定发动机需求功率初始设定值。

3、根据如下公式计算电池需求功率；当SOC大于混动模式电池充电阈值时，发动机 需求功率=

；当SOC小于等于混动模式电池充电阈值时，发动 机需求功率=

。

4、由于在发动机瞬态工况下发动机燃油消耗量突增，在满足电池功率限制的前提下，随着整车需求功率改变电池需求功率，发动机需求功率不变，保持稳定点运行。如发动机需求功率不变时电池需求功率不满足电池功率限制，则返回步骤2。

能量回收模式具体包括正常能量回收模式和能量回收耗电模式。

在能量回收模式下，如能量回收退出条件满足时，则转入中转模式，否则停留在能量回收模式。

在能量回收模式下，如满足耗电使能条件，则转入能量回收耗电模式，否则停留在正常能量回收模式。

在正常能量回收模式下，发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率；整车需求功率为负值，表示给电池充电。

在能量回收耗电模式下，发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率+发电机功率；整车需求功率为负值，表示给电池充电。整车控制器控制发电机正扭矩输出发作为电机耗电，发电机耗电能量来源为电池；整车控制器控制发动机处于排气制动状态作为发电机负载加快耗电。

作为示例的，如图3所示，本方法采用的模式切换策略包括：

首先在发动机功率修正计算模块计算发动机实际做功效率、发动机实际做功功率，然后在电池功率限制计算模块计算电池功率限制状态，并在模式切换条件计算模块计算模式切换条件，最后在模式切换状态机模块实现模式状态切换及发动机需求功率电池需求功率计算。

具体的发动机功率修正计算模块计算发动机实际做功效率、发动机实际做功功率如下所述：

（1）在混动模式下首先利用

计算发动机实际机械功率， 利用电机电压×电机电流得到电机实际电功率，利用电池电压×电池电流得到电池实际电 功率。

（2）发动机实际做功功率=电机实际电功率-电池实际电功率；其中混动模式电池充电工况下，电池实际电功率为负值；混动模式电池放电工况下，电池实际电功率为正值。

（3）利用公式发动机实际做功效率=

计算出发动机实际做功 效率。

需要特别说明的是：电池功率限制计算模块计算的电池功率限制状态为1表示电池功率限制在额定功率及以下；电池功率限制状态为0表示电池功率不限制，允许在额定功率到峰值功率之间运行。电池功率限制状态计算如下：首先根据电池电流判断当前处于充电还是放电状态；然后对应查找电池充电倍率MAP/放电倍率MAP，查到当前电池实际能提供的充电倍率/放电倍率；然后判断充电倍率/放电倍率是否大于额定充电倍率/放电倍率限值，如充电倍率/放电倍率大于额定充电倍率/放电倍率限值则认为当前电池允许运行在额定功率到峰值功率之间，电池功率限制状态赋值为0，否则电池功率限制状态赋值为1.

当前电池处于充电还是放电状态是根据电池电流进行判断的，如电池电流小于0则认为电池处于充电状态，当电池电流大于0时认为电池处于放电状态；

电池充电倍率MAP/放电倍率MAP是通过电池SOC与电池温度查找电池充放电倍率，是电池厂商出厂时提供，通过试验获得。

模式切换条件计算模块是根据整车需求功率、发动机实际做功效率、SOC、油门、实际档位、刹车、电池功率限制状态、坡度来进行模式切换条件计算。

车辆运行使能条件为松开手刹、上高压成功、在档同时满足。车辆运行退出条件为车辆运行使能条件取反。

纯电使能条件与混动使能条件满足均需要满足的条件如下：

①不踩制动；

②油门踩下；

纯电使能条件为还需要同时满足如下条件：

①强制纯电开关打开或者整车需求功率小于等于电池峰值功率；

②SOC大于进纯电阈值；

③制动压力大于纯电使能压力阈值；

纯电退出条件与混动退出条件满足均适用的情况为：

①踩下制动；

②油门未踩下；

纯电退出条件满足还适用为任一满足如下条件：

①SOC小于退出纯电阈值；

②整车需求功率大于电池峰值功率；

③电池功率限制状态为1并且整车需求功率大于电池额定功率；

混动使能条件满足还需要同时满足如下条件：

①任一满足如下：

SOC小于混动使能阈值；

整车需求功率大于电池峰值功率；

电池功率限制状态为1并且整车需求功率大于电池额定功率；

制动压力低于停止打气阈值；

②强制纯电开关未打开。

混动退出条件满足还适用为任一满足如下条件：

①同时满足如下:

SOC大于混动退出阈值；

整车需求功率大于电池峰值功率；

制动压力正常；

②强制纯电开关打开。

能量回收使能条件为同时满足如下：

①油门未踩下；

②车速大于能量回收使能使能阈值；

③不在倒车；

④车轮刹车未抱死；

⑤ASR未使能。

能量回收退出条件为任一满足如下：

①油门踩下；

②车速小于能量回收使能退出阈值；

③在倒车；

④车轮刹车抱死；

⑤ASR使能。

耗电使能条件为任一满足如下：

SOC大于能量回收电池允许充电ON阈值；

SOC大于能量回收电池允许长下坡充电ON阈值且未来2公里坡度为负值下坡工况。

耗电退出条件为任一满足如下：

SOC小于等于能量回收电池允许充电OFF阈值；

SOC小于等于能量回收电池允许长下坡充电Off阈值或者未来2公里坡度为正值上坡工况。

由此可见，本发明公开的一种E-power架构自卸车模式切换控制方法根据车辆实际运行情况，将工作模式分为初始化模式、纯电模式、混动模式、能量回收模式。

初始化模式包括车辆原地上电后初始化模式及停车模式，表示车辆未运行或者停车。纯电模式是电池单独给电机提供能量来源模式，包括强制纯电模式和正常纯电模式两种子模式；在强制纯电模式下车辆会一直处于纯电模式直至停车，在正常纯电模式下会根据车辆运行情况进行模式切换。混动模式是发动机与电池同时给电机提供能量来源模式，根据车辆运行情况进行模式切换。能量回收模式是电池和电机同时给电机提供能量来源模式，包括正常能量回收模式、能量回收耗电两个子模式。正常能量回收模式下根据制动踏板是否踩下分别进行滑行能量回收和制动能量回收；在能量回收耗电模式下，为保护电池安全防止过充，需要在能量回收的同时控制发电机作为电机耗电，发动机作为发电机负载处于排气制动状态。

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

Claims (9)

1.一种E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，包括：

默认进入初始化模式，当驾驶员需求车辆启动，且车辆运行使能满足后，进入中转模式；

在中转模式下，启动模式切换策略进行纯电模式、混动模式和能量回收模式的模式判定和切换；

判断纯电使能条件是否满足；如满足则转入纯电模式，如不满足则判断混动使能是否满足：如满足混动使能条件则转入混动模式，如不满足则判断是否满足能量回收使能条件，如满足则进入能量回收模式，否则停留在中转模式。

2.根据权利要求1所述的E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，在纯电模式下，如驾驶员按下强制纯电开关或者发动机发生不能驱动发电机则进入强制纯电模式，直至强制纯电模式条件不满足；如驾驶员未按下强制纯电开关并且发动机正常则进入纯电模式；在纯电模式下如满足纯电退出条件则转入中转模式；纯电模式下发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率。

3.根据权利要求1所述的E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，在混动模式下，通过如下步骤计算出电池需求功率与发动机需求功率：

S101：选择电池需求功率限值，当SOC大于混动模式电池充电阈值时，根据电池功率限制选择电池额定放电功率或电池峰值放电功率作为电池需求功率下限值；当SOC小于等于混动模式电池充电阈值时，根据电池功率限制选择电池额定充电功率或电池峰值充电功率作为电池需求功率上限值；

S102：设定发动机需求功率初始设定值；

S103：根据如下公式计算电池需求功率；当SOC大于混动模式电池充电阈值时，发动机 需求功率=

；当SOC小于等于混动模式电池充电阈值时，发动 机需求功率=

；

S104：在满足电池功率限制的前提下，随着整车需求功率改变电池需求功率，发动机需求功率不变，保持稳定点运行；如发动机需求功率不变时电池需求功率不满足电池功率限制，则返回步骤S102。

4.根据权利要求1所述的E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，在混动模式，如满足混动退出条件则转入中转模式；如不满足则停留在混动模式。

5.根据权利要求1所述的E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，在能量回收模式下，如能量回收退出条件满足时，则转入中转模式，否则停留在能量回收模式；在能量回收模式下，如满足耗电使能条件，则转入能量回收耗电模式，否则停留在能量回收模式。

6.根据权利要求5所述的E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，所述能量回收模式包括正常能量回收模式和能量回收耗电模式；

在正常能量回收模式下，发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率；整车需求功率为负值时，表示给电池充电；

在能量回收耗电模式下，发动机需求功率为0，电池需求功率=整车需求功率+发电机功率；整车需求功率为负值时，表示给电池充电；此时，整车控制器控制发电机正扭矩输出作为电机耗电，发电机耗电能量来源为电池；整车控制器控制发动机处于排气制动状态时发电机负载耗电加快。

7.根据权利要求1所述的E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，所述模式切换策略包括：

计算发动机实际做功效率、发动机实际做功功率；

计算电池功率限制状态，然后计算模式切换条件；

进行模式状态切换及发动机需求功率电池需求功率计算。

8.根据权利要求7所述的E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，所述计算发动机实际做功效率、发动机实际做功功率包括：

在混动模式下首先利用

计算发动机实际机械功率，利用电机 电压×电机电流得到电机实际电功率，利用电池电压×电池电流得到电池实际电功率；

利用公式发动机实际做功功率=电机实际电功率-电池实际电功率；其中混动模式电池充电工况下，电池实际电功率为负值；混动模式电池放电工况下，电池实际电功率为正值；

利用公式发动机实际做功效率=

计算出发动机实际做功效率。

9.根据权利要求7所述的E-power架构自卸车模式切换控制方法，其特征在于，所述计算电池功率限制状态，然后计算模式切换条件，包括：

根据整车需求功率、发动机实际做功效率、SOC、油门、实际档位、刹车、电池功率限制状态、坡度来进行模式切换条件计算。

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