CN116946104A - 一种混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，根据发动机的跃迁阈值和高压电池的最大调节能力，对发动机待输出功率进行调整，随着驱动电机和高压电池总需求功率的变化，发动机待输出功率不是立刻跟随变化，而是根据总需求功率的变化程度，优先使用高压电池对驱动电机需求功率进行调节补偿，使发动机待输出功率呈阶梯式增减。本发明的优点是使发动机待输出功率保持平稳，在满足驱动电机功率需求的情况下，减小发动机的动态调整，从而减小发动机的动态油耗损失，并带来更好的NVH性能，减少车辆的抖动。

Description

一种混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，具体的说，涉及一种混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法。

背景技术

目前市场实际应用情况来看，不插电的混合动力汽车主要分为两大类：一是串并联构型，如本田iMMD；一是功率分流构型，如丰田THS。在串联车型或串并联车型的串联模式下，发动机通过发电机发电，给驱动电机供电，用于满足车辆行驶。理想的串联模式下，发电机的输出功率刚好满足驱动电机的需求功率，但是考虑到硬件性能的差异和计算偏差、测量误差，实际上无法到达如此理想的能流图。因此，整个过程中，需要高压电池起到调节补偿的作用。这样就有发动机的工作点，高压电池的工作点，驱动电机的工作点，三个自由度可以调节，不同的控制方法，会产生不同的效率输出。

当前各方使用的解决方案，以静态的比油耗为控制目标，也有的提到应考虑高压电池的SOC(电池的荷电状态，State of Charge，简称SOC，为电池剩余容量与其完全充满电状态的容量的比值)，适当的给高压电池充电。但是都没有提到发动机的动态特性，发动机在动态调整时，其油耗是明显高于静态的比油耗。很明显，燃油消耗率越低，经济性越好。故在实际驾驶工况中会比静态比油耗计算的油耗值高很多。

发明专利内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，充分利用高压电池的特性，调节补偿驱动电机的功率需求，并采用扭矩跟随控制方法，降低发动机待输出功率的波动，减少发动机的动态损耗，从而使系统整体能耗最优。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

一种混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，包括以下步骤：

S1、设置调整发动机待输出功率的跃迁阈值；

S2、当驱动电机和高压电池的总需求功率发生变化时，将总需求功率的变化值与跃迁阈值进行比较：

S21、当总需求功率的变化值大于跃迁阈值时，对发动机待输出功率进行调整，以满足驱动电机需求功率的变化和高压电池需求功率的变化；或者

S22、当总需求功率的变化值小于跃迁阈值时，假定发动机待输出功率保持不变，计算由高压电池对驱动电机的需求功率进行调节，满足驱动电机需求功率变化的高压电池预调节量Wa，将高压电池预调节量Wa与高压电池所能提供的最大功率Wb进行比较：

当高压电池预调节量Wa小于或者等于高压电池所能提供的最大功率Wb时，发动机待输出功率保持不变，高压电池按照高压电池预调节量Wa对驱动电机的需求功率进行调节，以满足驱动电机需求功率的变化；或者

当高压电池预调节量Wa大于高压电池所能提供的最大功率Wb时，高压电池按照高压电池所能提供的最大功率Wb对驱动电机的需求功率进行调节，并调整发动机待输出功率，对高压电池预调节量Wa与高压电池所能提供的最大功率Wb的差值部分进行补充，以满足驱动电机需求功率的变化；

S23、当总需求功率的变化值等于跃迁阈值时，按照步骤S21对发动机待输出功率进行调整，以满足驱动电机需求功率的变化和高压电池需求功率的变化；或者按照步骤S22通过高压电池对驱动电机的需求功率进行调节，或者通过高压电池和发动机共同对驱动电机的需求功率进行调节，以满足驱动电机需求功率的变化。

进一步的，根据车辆的运行模式和车速设置调整发动机待输出功率的跃迁阈值，所述跃迁阈值设置为0.1-20kW，或者运动驾驶模式下，中高速和高速时的跃迁阈值设置为0。

进一步的，所述跃迁阈值设置为0.5-10kW。

进一步的，车辆处于怠速、低速和中速时的跃迁阈值大于或者等于车辆处于中高速和高速时的跃迁阈值，使车辆处于中高速和高速时，发动机的响应速度更快，满足车辆的动力需求。

进一步的，普通驾驶模式和经济驾驶模式下，低速和中速时的跃迁阈值是中高速和高速时的跃迁阈值的1-3倍。

进一步的，对发动机待输出功率进行调整的具体方法为：

S1′、在最佳燃油经济性曲线上找到发动机当前功率对应的初始工作点A；

S2′、当发动机的初始工作点A位于比油耗最优区域内，且车速为20km/h-120km/h之间时，发动机待输出功率采用扭矩跟随控制方法，减小发动机的转速波动，具体的为：

S21′、当发动机待输出功率增大时：

(1)找到比油耗最优区域内与初始工作点A转速相同的最大功率值W1；

(2)将发动机待输出功率与最大功率值W1进行比较：

当发动机待输出功率小于或者等于最大功率值W1时，控制发动机转速不变，发动机扭矩跟随增加，发动机的工作点由初始工作点A移动到满足发动机待输出功率的需求工作点B；

当发动机待输出功率大于最大功率值W1时，在最佳燃油经济性曲线上，发动机的工作点由初始工作点A移动到满足发动机待输出功率的需求工作点C；或者

S22′、当发动机待输出功率减小时：

(1)找到比油耗最优区域内与初始工作点A转速相同的最小功率值W2；

(2)将发动机待输出功率与最小功率值W2进行比较：

当发动机待输出功率大于或者等于最小功率值W2时，控制发动机转速不变，发动机扭矩跟随减小，发动机的工作点由初始工作点A移动到满足发动机待输出功率的需求工作点D；

当发动机待输出功率小于最小功率值W2时，在最佳燃油经济性曲线上，发动机的工作点由初始工作点A移动到满足发动机待输出功率的需求工作点E；或者

S3′、当发动机的初始工作点A位于比油耗最优区域外，发动机待输出功率采用功率跟随控制方法，具体的为：

发动机的工作点由初始工作点A在最佳燃油经济性曲线上移动到满足发动机待输出功率的需求工作点F。

进一步的，所述发动机为增压发动机。

进一步的，当发动机的初始工作点A位于比油耗最优区域内，且车速大于120km/h时，采用功率跟随控制方法。

进一步的，当驱动电机的需求功率减小，发动机待输出功率保持不变时，高压电池增大充电量，或者减小放电量，或者由放电变更为充电，以满足驱动电机需求功率的变化；

当驱动电机的需求功率增大，发动机待输出功率保持不变时，高压电池增大放电量，或者减小充电量，或者由充电变更为放电，以满足驱动电机需求功率的变化。

进一步的，高压电池需求功率的获得方法为：

高压电池控制器BMS采集高压电池的当前SOC值，整车控制器HCU接收高压电池当前SOC值，根据高压电池的当前SOC值，获取高压电池的需求功率。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)根据车辆动态工况，选择不同的串联控制方法，减少发动机的转速波动，减低动态工况油耗增加，达到实际循环中的最优化。

(2)发动机的待输出功率采用能级跃迁控制方法，使发动机待输出功率保持平稳，在满足驱动电机功率需求的情况下，减小发动机的动态调整，从而减小发动机的动态油耗损失，并带来更好的NVH性能，减少车辆的抖动。

(3)采用扭矩跟随控制方法，把油耗最优点控制，改为油耗最优区域控制，进一步减小发动机的转速波动，获得更好的动态油耗，从而达到循环工况最优油耗的目标。

附图说明

图1为本发明理想状态的串联能流图。

图2为本发明纯电行驶时的能流图。

图3为本发明高压电池充电时的串联能流图。

图4为本发明高压电池放电时的串联能流图。

图5为本发明不同SOC下发动机启动阈值示意图。

图6为本发明发动机待输出功率能级跃迁控制方法逻辑关系图。

图7为本发明发动机待输出功率的能级跃迁调整示意图。

图8为本发明发动机待输出功率控制方法的比油耗选择示意图。

图9为本发明发动机待输出功率增大时的调整示意图。

图10为本发明发动机待输出功率减小时的调整示意图。

图11为本发明发动机待输出功率控制方法的车速选择区间示意图。

图中：1-发动机；2-发电机；3-驱动电机；4-高压电池。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明提供了一种混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，如图6所示，包括以下步骤：

S1、设置调整发动机1的待输出功率的跃迁阈值；

S2、当驱动电机3和高压电池4的总需求功率发生变化时，将总需求功率的变化值与跃迁阈值进行比较：

S21、当总需求功率的变化值大于跃迁阈值时，对发动机1的待输出功率进行调整，以满足驱动电机3的需求功率的变化和高压电池4的需求功率的变化；或者

S22、当总需求功率的变化值小于跃迁阈值时，假定发动机1的待输出功率保持不变，计算由高压电池4对驱动电机3的需求功率进行调节，满足驱动电机3的需求功率变化的高压电池4的预调节量Wa，将高压电池4的预调节量Wa与高压电池4所能提供的最大功率Wb进行比较：

当高压电池4的预调节量Wa小于或者等于高压电池4所能提供的最大功率Wb时，发动机1的待输出功率保持不变，高压电池4按照高压电池4的预调节量Wa对驱动电机3的需求功率进行调节，以满足驱动电机3的需求功率的变化；或者

当高压电池4的预调节量Wa大于高压电池4所能提供的最大功率Wb时，高压电池4按照高压电池4所能提供的最大功率Wb对驱动电机3的需求功率进行调节，并调整发动机1的待输出功率，对高压电池4的预调节量Wa与高压电池4所能提供的最大功率Wb的差值部分进行补充，以满足驱动电机3的需求功率的变化；

S23、当总需求功率的变化值等于跃迁阈值时，按照步骤S21对发动机1的待输出功率进行调整，以满足驱动电机3的需求功率的变化和高压电池4的需求功率的变化；或者按照步骤S22通过高压电池4对驱动电机3的需求功率进行调节，或者通过高压电池4和发动机1共同对驱动电机3的需求功率进行调节，以满足驱动电机3的需求功率的变化。

驱动电机3的需求功率为车辆的动力需求，根据驾驶员的驾驶操作，可以获得驱动电机3的需求功率的变化。高压电池4的当前SOC值小于或者大于设定的目标SOC值时(例如，根据道路工况，目标SOC值可以设置为30％-90％)，高压电池4产生充电或者放电的需求，高压电池4的需求功率为高压电池4在当前SOC下进行充电或者放电的功率，为标定值，可以根据本领域技术人员通常使用的方法获取，优选的，例如先获取高压电池4的需求功率的基础值，基础值可以使用软件仿真获取，也可以根据旧车型的高压电池4的需求功率获取，再根据《GB/T 19753-2021轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》对基础值进行修正，获取标定值。例如，高压电池4的当前SOC值为30％，目标SOC值为70％，则高压电池4需要进行充电，此时高压电池4的充电功率即为高压电池4的需求功率。高压电池控制器BMS采集高压电池4的当前SOC值，整车控制器HCU接收高压电池4的当前SOC值，根据高压电池4的当前SOC值，获取高压电池4在当前SOC下充电或者放电的需求功率。高压电池4工作中的实际充电或者放电功率，为发动机1、高压电池4和驱动电机3三者的能量流动达到平衡，并且满足驱动电机3的需求功率时，高压电池4实际充电或者放电的功率。

发动机1、高压电池4和驱动电机3的能量流动达到平衡时，其平衡状态时的功率关系为：发动机1的待输出功率+高压电池4的实际功率＝驱动电机3的需求功率。设定发动机1的待输出功率和驱动电机3的需求功率为正值，高压电池4充电时，其充电需求功率为负值，高压电池4放电时，其放电需求功率为正值。相对于发动机1，设定高压电池4的实际功率不变，驱动电机3的需求功率变化或者驱动电机3的需求功率不变，高压电池4的实际功率变化时，使高压使发动机1的待输出功率增大的需求功率的变化值为正值，使发动机1的待输出功率减小的需求功率的变化值为负值。例如，当驱动电机3的需求功率增大时，驱动电机3的需求功率的变化值为正值，当驱动电机3的需求功率减小时，驱动电机3的需求功率的变化值为负值；当高压电池4充电需求功率增大或者放电需求功率减小或者由放电变为充电时，其需求功率的变化值为正值，当高压电池4放电需求功率增大或者充电需求功率减小或者由充电变为放电时，其需求功率的变化值为负值。总需求功率的变化为驱动电机3的需求功率的变化与高压电池4的需求功率的变化之和，总需求功率的变化值为驱动电机3的需求功率的变化值与高压电池4的需求功率变化值之和的绝对值。

混合动力汽车，串联模式下，当驱动电机3的需求功率小于发动机1的启动阈值时，采用纯电行驶，此时，由高压电池4给驱动电机3供电，其能流方向如图2所示。当驱动电机3的需求功率大于或者等于发动机1的启动阈值时，发动机1工作，带动发电机2发电，发电机2给驱动电机3供电，所述发动机1的启动阈值为标定值，可以根据本领域技术人员通常使用的方法获取，优选的，例如先获取发动机1的启动阈值的基础值，基础值可以使用软件仿真获取，也可以根据旧车型的发动机1的启动阈值获取，再根据《GB/T 19753-2021轻型混合动力电动汽车能量消耗量试验方法》对基础值进行修正，获取标定值。例如，对某一款车型，如图5所示，是高压电池4在不同SOC、不同车速下的标定值，横坐标为车速，纵坐标为驱动电机3的需求功率，当驱动电机3的需求功率小于发动机1的启动阈值，即驱动电机3的需求功率在标定曲线以下时，采用纯电行驶。当驱动电机3的需求功率大于或者等于发动机1的启动阈值，即驱动电机3的需求功率在标定曲线以上时(含在标定曲线上)，发动机1启动。

发动机1工作后，当发电机2的输出功率刚好满足驱动电机3的需求功率时，其能流方向如图1所示，达到串联模式的理想状态。但是考虑到硬件性能的差异和计算偏差、测量误差，实际上无法到达如此理想的能流图，需要使用高压电池4来进行调节补偿。当发电机2的输出功率大于驱动电机3的需求功率，即发动机1的功率大于驱动电机3的需求功率时，发电机2给驱动电机3供电，同时，给高压电池4充电，发电机2多余的能量，由高压电池4吸收，其能流方向如图3所示。当发电机2的输出功率小于驱动电机3的需求功率，即发动机1的功率小于驱动电机3的需求功率时，高压电池4放电，与发电机2共同给驱动电机3供电，发电机2不足的能量，由高压电池4补充，其能流方向如图4所示。当高压电池4进行充电或者放电对驱动电机3的需求功率进行调节时，发电机2、高压电池4和驱动电机3三者的能量流动达到平衡，即发动机1、高压电池4和驱动电机3三者的能量流动达到平衡。发动机1、高压电池4和驱动电机3三者的能量流动达到平衡时，优选的，需同时满足高压电池4的需求功率和驱动电机3的需求功率，此时，高压电池4的需求功率即为高压电池4的实际充电或者放电功率。而发动机1工作中，并不一定能够满足高压电池4的需求功率，此时，高压电池4的实际功率为优先满足驱动电机3的需求功率时，高压电池4充电或者放电的功率。当驱动电机3的需求功率发生变化，或者高压电池4的需求功率发生变化，或者当驱动电机3的需求功率和高压电池4的需求功率均发生变化时，需要对发动机1的待输出功率进行调整，以使三者再次达到平衡，以满足驱动电机3的需求功率的变化，从而满足车辆的行驶要求。例如高压电池4的SOC偏低，或者车辆行驶的加速度减小使驱动电机3的需求功率突然减小时，或者高压电池4的SOC偏高，或者车辆行驶的加速度增大使驱动电机3的需求功率突然增大时，需要对发动机1的待输出功率进行调整。

在车辆行驶过程中，为了使发动机1的待输出功率保持平稳，发动机1的待输出功率采用能级跃迁控制方法，使发动机1的待输出功率呈阶梯式增减。根据驱动电机3和高压电池4的总需求功率的变化程度来控制发动机1的待输出功率是否跟随变化。需要设置发动机1的待输出功率的跃迁阈值，用以判断是否需要跟随总需求功率变化而对发动机1的待输出功率进行调整。

当总需求功率的变化值大于跃迁阈值时，需要跟随总需求功率的变化量对发动机1的待输出功率进行调整，以同时满足驱动电机3的需求功率的变化和高压电池4的需求功率的变化。

当总需求功率的变化值小于跃迁阈值时，先假定发动机1的待输出功率保持不变，计算由高压电池4对驱动电机3的需求功率进行调节，可以满足驱动电机3的需求功率变化时的高压电池4的预调节量Wa，再将高压电池4的预调节量Wa与高压电池4所能提供的最大功率Wb进行比较。

当高压电池4的预调节量Wa小于或者等于高压电池4所能提供的最大功率Wb时，高压电池4能够提供足够的充、放电能力，此时，保持发动机1的待输出功率不变，由高压电池4按照高压电池4的预调节量Wa对驱动电机3的需求功率进行调节，以满足驱动电机3的需求功率的变化。当驱动电机3的需求功率减小时，高压电池4可以增大充电量，或者减小放电量，或者由放电变更为充电，以满足驱动电机3的需求功率的变化。当驱动电机3的需求功率增大时，高压电池4可以增大放电量，或者减小充电量，或者由充电变更为放电，以满足驱动电机3的需求功率的变化。

当高压电池4的预调节量Wa大于高压电池4所能提供的最大功率Wb时，如果仅仅使用高压电池4对驱动电机3的需求功率进行调节来满足驱动电机3的需求功率的变化，则超过了高压电池4的调节能力，此时，高压电池4按照高压电池4所能提供的最大功率Wb对驱动电机3的需求功率进行调节，以提供高压电池4的最大调节能力，同时，需要调整发动机1的待输出功率，对高压电池4的预调节量Wa与高压电池4所能提供的最大功率Wb的差值部分进行补充，以满足驱动电机3的需求功率的变化。

当总需求功率的变化值等于跃迁阈值时，可以按照总需求功率的变化值大于跃迁阈值的步骤对发动机1的待输出功率进行调整，以满足驱动电机3的需求功率的变化和高压电池4的需求功率的变化。优选的，按照总需求功率的变化值小于跃迁阈值的步骤，优先使用高压电池4对驱动电机3的需求功率进行调节，尽量保持发动机1的工况的稳定，减小发动机1的转速波动。

根据驱动电机3和高压电池4的总需求功率的变化程度，使用能级跃迁的控制方法对发动机1的待输出功率进行调节，如图7所示，随着总需求功率的变化，发动机1的待输出功率不是立刻跟随变化，在某一时间段内，或者整个车辆的行驶过程中，发动机1的待输出功率呈现阶梯式增减，可以有效的改善发动机1的动态调节损坏，减小发动机1的动态油耗损失，并带来更好的NVH性能，减少车辆的抖动。

作为优选，可以根据车辆的运行模式和车速设置调整发动机1的待输出功率的跃迁阈值，所述跃迁阈值设置为0.1-20kW，例如跃迁阈值可以设置为0.5kW、1kW、2kW、3kW、5kW、10kW、15kW等；或者在运动驾驶模式下，中高速和高速时的跃迁阈值设置为0。为了克服发动机1的待输出功率小范围的波动，优选的，所述跃迁阈值设置为0.5-10kW。车辆的车速根据车速大小一般可以划分为低速(车速＜30km/h)、中速(30-70km/h)、中高速(70-120km/h)和高速(车速＞120km/h)，需要说明的是，本实施方式中，对车速的划分仅为示例性说明，并不加以限制，根据具体车辆还可以采用其他车速划分区间。对于有驾驶模式选择的车辆，车辆的驾驶模式一般具有普通驾驶模式(Normal模式)，运动驾驶模式(Sport模式)和经济驾驶模式(Eco模式)。车辆处于怠速、低速和中速时的跃迁阈值大于或者等于车辆处于中高速和高速时的跃迁阈值，随着车速的增大，降低跃迁阈值，加快发动机1的响应速度，满足车辆的动力需求。优选的，普通驾驶模式和经济驾驶模式下，低速和中速时的跃迁阈值是中高速和高速时的跃迁阈值的1-3倍；运动驾驶模式下，中高速和高速时的跃迁阈值为0，更好的满足车辆的动力需求。

为方便理解本发明，以某一车型为例，对发动机1的待输出功率进行调整的跃迁阈值进行描述。如表1所示，为不同驾驶模式和车速下发动机1的待输出功率进行调整的跃迁阈值。

表1发动机待输出功率调整的跃迁阈值

	Normal	Sport	Eco
				怠速	3kW	2kW	5kW
低速(＜30km/h)	3kW	1kW	5kW
				中速(30-70km/h)	3kW	0.5kW	5kW
中高速(70-120km/h)	3kW	0	3kW
				高速(＞120km/h)	3kW	0	3kW

由表1可以看出，Normal模式下，各个车速下的跃迁阈值相同，不同车速下的发动机1的响应速度相同。在Sport模式和Eco模式下，在中高速和高速时，随着总需求功率的变化，发动机1的响应更快。尤其，对于Sport模式的中高速和高速，发动机1功率变化的跃迁阈值为0，发动机1的待输出功率随着总需求功率的变化而及时变化。

为方便理解本发明，下面以跃迁阈值为3kW，某一平衡状态时，发动机1的待输出功率为12kW，高压电池4的放电需求功率和实际放电功率为8kW，驱动电机3的需求功率为20kW为例，说明当总需求功率发生变化时，发动机1的待输出功率的调整情况，具体如表2所示。

表2发动机待输出功率的调整情况

发动机1、高压电池4和驱动电机3的能量流动达到平衡时，其平衡状态时的功率关系为：发动机1的待输出功率+高压电池4实际功率＝驱动电机3的需求功率，高压电池4充电时，其充电需求功率为负值，高压电池4放电时，其放电需求功率为正值。当驱动电机3的需求功率增大时，驱动电机3的需求功率的变化值为正值，当驱动电机3的需求功率减小时，驱动电机3的需求功率的变化值为负值；当高压电池4充电需求功率增大或者放电需求功率减小或者由放电变为充电时，其需求功率的变化值为正值，当高压电池4放电需求功率增大或者充电需求功率减小或者由充电变为放电时，其需求功率的变化值为负值。总需求功率的变化为驱动电机3的需求功率的变化与高压电池4的需求功率的变化之和，总需求功率的变化值为驱动电机3的需求功率的变化值与高压电池4的需求功率变化值之和的绝对值。

当驱动电机3的需求功率增加6kW为26kW，高压电池4放电需求功率增加2kW为10kW时，总需求功率增加4kW，大于跃迁阈值，增大发动机1的待输出功率为16kW。

当高压电池4放电需求功率不变，仍为8kW，驱动电机3的需求功率增加2kW为22kW时，总需求功率增大2kW，此时，需要假定发动机1的待输出功率保持不变，仍为12kW，计算出由高压电池4对驱动电机3的需求功率进行调节，满足驱动电机3的需求功率变化时的高压电池4的预调节量Wa为10kW，当此时高压电池4所能提供的最大功率Wb为7kW时，高压电池4最多只能提供7kW的最大放电功率，为了满足驱动电机3的需求功率22kW，还需要发动机1补充提供3kW的功率，因此，高压电池4的实际放电功率为7kW，发动机1的待输出功率为15kW，才能满足驱动电机3的需求功率22kW；当此时高压电池4所能提供的最大功率Wb为11kW时，保持发动机1的待输出功率保持不变，仍为12kW，仅使用高压电池4进行调节即可满足驱动电机3的需求功率的变化，高压电池4的实际放电功率为预调节量10kW。

当驱动电机3的需求功率减小5kW为15kW，高压电池4放电需求功率减小1kW为7kW时，总需求功率减小4kW，大于跃迁阈值，减小大发动机1的待输出功率为8kW。

当需要对发动机1的待输出功率进行调整时，对发动机1的待输出功率进行调整的具体方法为：

S1′、在最佳燃油经济性曲线上找到发动机1当前功率对应的初始工作点A；

S2′、当发动机1的初始工作点A位于比油耗最优区域内，且车速为20km/h-120km/h之间时，发动机1的待输出功率采用扭矩跟随控制方法，减小发动机1的转速波动，具体的为：

S21′、当发动机1的待输出功率增大时：

(1)找到比油耗最优区域内与初始工作点A转速相同的最大功率值W1；

(2)将发动机1的待输出功率与最大功率值W1进行比较：

当发动机1的待输出功率小于或者等于最大功率值W1时，控制发动机1转速不变，发动机1扭矩跟随增加，发动机1的工作点由初始工作点A移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点B；

当发动机1的待输出功率大于最大功率值W1时，在最佳燃油经济性曲线上，发动机1的工作点由初始工作点A移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点C；或者

S22′、当发动机1的待输出功率减小时：

(1)找到比油耗最优区域内与初始工作点A转速相同的最小功率值W2；

(2)将发动机1的待输出功率与最小功率值W2进行比较：

当发动机1的待输出功率大于或者等于最小功率值W2时，控制发动机1转速不变，发动机1扭矩跟随减小，发动机1的工作点由初始工作点A移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点D；

当发动机1的待输出功率小于最小功率值W2时，在最佳燃油经济性曲线上，发动机1的工作点由初始工作点A移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点E；或者

S3′、当发动机1的初始工作点A位于比油耗最优区域外，发动机1的待输出功率采用功率跟随控制方法，具体的为：

发动机1的工作点由初始工作点A在最佳燃油经济性曲线上移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点F。

混合动力汽车，串联模式下，发动机1的工作点可以自由选取，不受车速的影响，可以对发动机1的转速不受限制的进行调整。如图8所示，为发动机万有特性曲线图，横坐标为发动机转速，纵坐标为发动机扭矩，发动机万有特性曲线图上具有一个油耗最低的区域(最内侧一环)，该区域内的油耗最低。尤其是万有特性最佳燃油经济区域变化缓的发动机1，如增压发动机1，在中等转速和中等负荷时，静态比油耗的差异不大，形成了一个比油耗最优区域。发动机1的待输出功率需要进行调整时，根据当前发动机1的工况点在发动机万有特性曲线图上所处的区间，对发动机1的待输出功率的调整采用两种控制方法。当发动机1的初始工作点A位于比油耗最优区域内，且车速为20km/h-120km/h之间时，发动机1的待输出功率采用扭矩跟随控制方法，尽量使发动机1转速保持不变，调整发动机1扭矩以满足发动机1的待输出功率，减小发动机1的转速波动。当发动机1的初始工作点A位于比油耗最优区域外，发动机1的待输出功率采用功率跟随控制方法。在比油耗最优区域内，把油耗最优点控制，改为油耗最优区域控制，使发动机1工作在最佳燃油经济点附近，减小发动机1的转速波动，使发动机1的工况点尽量保持不动，获得更好的动态油耗，从而达到实际工况的全局能耗最优。

采用扭矩跟随控制方法时，根据发动机1当前的工况点，获得比油耗最优区域内与初始工作点A转速相同的最大功率值W1或者最小功率值W2，判断在比油耗最优区域内，控制发动机1的转速不变，仅调整发动机1的扭矩是否能够满足发动机1的待输出功率。

当发动机1的待输出功率增大时，如图9所示，将发动机1的待输出功率与最大功率值W1进行比较：

当发动机1的待输出功率小于或者等于最大功率值W1时，表明在比油耗最优区域内，控制发动机1的转速不变，仅调整发动机1的扭矩就能够满足发动机1的待输出功率的调整。因此，可以控制发动机1的转速不变，发动机1的扭矩跟随增加，发动机1的工作点由初始工作点A移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点B，需求工作点B位于比油耗最优区域内。

当发动机1的待输出功率大于最大功率值W1时，发动机1的待输出功率的调整量较大，表明在比油耗最优区域内，控制发动机1的转速不变，仅调整发动机1的扭矩不能够满足发动机1的待输出功率的调整。因此，为了满足发动机1的待输出功率的调整，在最佳燃油经济性曲线上，发动机1的工作点由初始工作点A移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点C。需求工作点C可以位于比油耗最优区域内，也可以位于比油耗最优区域外。

当发动机1的待输出功率减小时，如图10所示，将发动机1的待输出功率与最小功率值W2进行比较：

当发动机1的待输出功率大于或者等于最小功率值W2时，表明在比油耗最优区域内，控制发动机1的转速不变，仅调整发动机1的扭矩就能够满足发动机1的待输出功率的调整。因此，可以控制发动机1的转速不变，发动机1的扭矩跟随减小，发动机1的工作点由初始工作点A移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点D，需求工作点D点位于比油耗最优区域内。

当发动机1的待输出功率小于最小功率值W2时，发动机1的待输出功率的调整量较大，表明在比油耗最优区域内，控制发动机1的转速不变，仅调整发动机1的扭矩不能够满足发动机1的待输出功率的调整。因此，为了满足发动机1的待输出功率的调整，在最佳燃油经济性曲线上，发动机1的工作点由初始工作点A移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点E。需求工作点E可以位于比油耗最优区域内，也可以位于比油耗最优区域外。

当发动机1的初始工作点A位于比油耗最优区域外时，发动机1工作在系统最优的扭矩和转速点的最佳燃油经济性曲线上，并跟随总需求功率在最佳燃油经济性曲线上移动，由初始工作点A在最佳燃油经济性曲线上移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点F，以达到最优的燃油经济性。当发动机1的待输出功率增大时，发动机1的工况点由初始工作点A沿最佳燃油经济性曲线向右移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点F，如图9所示。当发动机1的待输出功率减小时，发动机1的工况点由初始工作点A沿最佳燃油经济性曲线向左移动到满足发动机1的待输出功率的需求工作点F，如图10所示。需求工作点F可以位于比油耗最优区域内，也可以位于比油耗最优区域外。

作为优选，结合图8和图11所示，当总需求功率发生变化，需要对发动机1的待输出功率进行调整时，可以根据当前的车速和总需求功率大小采用不同的发动机1的待输出功率控制方法对发动机1的待输出功率进行调整。如图11所示，根据车速和总需求功率可以划分为4个区间，在低速、低功率需求时(处于第①部分区域)，采用纯电行驶，发动机1不工作。在中速和中高速、中等功率需求时(处于第②部分区域)，此时，发动机1工作，具体的，根据发动机1的初始工作点A所处的区间采用扭矩跟随控制方法或者功率跟随控制方法对发动机1的待输出功率进行调整。当发动机1的初始工作点A位于比油耗最优区域内时，采用扭矩跟随控制方法，当发动机1初始工作点A位于比油耗最优区域外时，采用需求功率跟随控制方法。当总需求功率处在高功率时(处于第③部分区域)，或者车辆处在高速时(处于第④部分区域)，优先采用需求功率跟随控制方法。例如，当车速大于120km/h，需要对发动机1的待输出功率进行调整时，即使发动机1的初始工作点A位于比油耗最优区域内，也采用需求功率跟随控制方法，可以及时满足车辆的动力需求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、设置调整发动机待输出功率的跃迁阈值；

S2、当驱动电机和高压电池的总需求功率发生变化时，将总需求功率的变化值与跃迁阈值进行比较：

S21、当总需求功率的变化值大于跃迁阈值时，对发动机待输出功率进行调整，以满足驱动电机需求功率的变化和高压电池需求功率的变化；或者

S22、当总需求功率的变化值小于跃迁阈值时，假定发动机待输出功率保持不变，计算由高压电池对驱动电机的需求功率进行调节，满足驱动电机需求功率变化的高压电池预调节量Wa，将高压电池预调节量Wa与高压电池所能提供的最大功率Wb进行比较：

当高压电池预调节量Wa小于或者等于高压电池所能提供的最大功率Wb时，发动机待输出功率保持不变，高压电池按照高压电池预调节量Wa对驱动电机的需求功率进行调节，以满足驱动电机需求功率的变化；或者

当高压电池预调节量Wa大于高压电池所能提供的最大功率Wb时，高压电池按照高压电池所能提供的最大功率Wb对驱动电机的需求功率进行调节，并调整发动机待输出功率，对高压电池预调节量Wa与高压电池所能提供的最大功率Wb的差值部分进行补充，以满足驱动电机需求功率的变化；

S23、当总需求功率的变化值等于跃迁阈值时，按照步骤S21对发动机待输出功率进行调整，以满足驱动电机需求功率的变化和高压电池需求功率的变化；或者按照步骤S22通过高压电池对驱动电机的需求功率进行调节，或者通过高压电池和发动机共同对驱动电机的需求功率进行调节，以满足驱动电机需求功率的变化。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，根据车辆的运行模式和车速设置调整发动机待输出功率的跃迁阈值，所述跃迁阈值设置为0.1-20kW，或者运动驾驶模式下，中高速和高速时的跃迁阈值设置为0。

3.根据权利要求2所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，所述跃迁阈值设置为0.5-10kW。

4.根据权利要求2所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，车辆处于怠速、低速和中速时的跃迁阈值大于或者等于车辆处于中高速和高速时的跃迁阈值。

5.根据权利要求2所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，普通驾驶模式和经济驾驶模式下，低速和中速时的跃迁阈值是中高速和高速时的跃迁阈值的1-3倍。

6.根据权利要求1-5任一项所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，对发动机待输出功率进行调整的具体方法为：

S1′、在最佳燃油经济性曲线上找到发动机当前功率对应的初始工作点A；

S2′、当发动机的初始工作点A位于比油耗最优区域内，且车速为20km/h-120km/h之间时，发动机待输出功率采用扭矩跟随控制方法，减小发动机的转速波动，具体的为：

S21′、当发动机待输出功率增大时：

(1)找到比油耗最优区域内与初始工作点A转速相同的最大功率值W1；

(2)将发动机待输出功率与最大功率值W1进行比较：

当发动机待输出功率小于或者等于最大功率值W1时，控制发动机转速不变，发动机扭矩跟随增加，发动机的工作点由初始工作点A移动到满足发动机待输出功率的需求工作点B；

当发动机待输出功率大于最大功率值W1时，在最佳燃油经济性曲线上，发动机的工作点由初始工作点A移动到满足发动机待输出功率的需求工作点C；或者

S22′、当发动机待输出功率减小时：

(1)找到比油耗最优区域内与初始工作点A转速相同的最小功率值W2；

(2)将发动机待输出功率与最小功率值W2进行比较：

当发动机待输出功率大于或者等于最小功率值W2时，控制发动机转速不变，发动机扭矩跟随减小，发动机的工作点由初始工作点A移动到满足发动机待输出功率的需求工作点D；

当发动机待输出功率小于最小功率值W2时，在最佳燃油经济性曲线上，发动机的工作点由初始工作点A移动到满足发动机待输出功率的需求工作点E；或者

S3′、当发动机的初始工作点A位于比油耗最优区域外，发动机待输出功率采用功率跟随控制方法，具体的为：

发动机的工作点由初始工作点A在最佳燃油经济性曲线上移动到满足发动机待输出功率的需求工作点F。

7.根据权利要求6所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，所述发动机为增压发动机。

8.根据权利要求6所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，当发动机的初始工作点A位于比油耗最优区域内，且车速大于120km/h时，采用功率跟随控制方法。

9.根据权利要求1所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，当驱动电机的需求功率减小，发动机待输出功率保持不变时，高压电池增大充电量，或者减小放电量，或者由放电变更为充电，以满足驱动电机需求功率的变化；

当驱动电机的需求功率增大，发动机待输出功率保持不变时，高压电池增大放电量，或者减小充电量，或者由充电变更为放电，以满足驱动电机需求功率的变化。

10.根据权利要求1所述的混合动力汽车发动机待输出功率能级跃迁控制方法，其特征在于，高压电池需求功率的获得方法为：

高压电池控制器BMS采集高压电池的当前SOC值，整车控制器HCU接收高压电池当前SOC值，根据高压电池的当前SOC值，获取高压电池的需求功率。