CN202703576U - 一种混合动力车辆能量管理系统 - Google Patents

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席军强
于会龙
翟涌
陈慧岩
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Beijing Institute of Technology BIT
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Abstract

本实用新型公开了一种混合动力车辆能量管理系统，其包括混合动力车辆整车控制单元HCU、发动机控制单元EMS、电机控制单元MCU、机械式自动变速器控制单元TCU、自动离合器控制单元ECA、电池控制单元BMS、制动控制单元BCU7，所有控制单元通过CAN总线相连，并通过CAN总线进行通信。其中所述混合动力车辆整车控制单元HCU通过GPRS模块向远端服务器发送远端服务器所制定目标线路上能量管理策略所需的状态参数，并通过GPRS模块接收远端服务器发来的有关能量管理的标定参数。

Description

一种混合动力车辆能量管理系统
技术领域
本实用新型涉及一种混合动力车辆能量管理系统，特别是涉及一种具备远程工况数据采集与分析及参数标定功能的混合动力车辆能量管理方法及能量管理系统。
背景技术
在保证动力性的前提下，追求最小的燃油消耗和排放是研究和发展混合动力汽车的重要目的。混合动力车辆的关键技术之一是如何在动力源之间进行能量分配，合理的能量分配可以在保证汽车性能的前提下，降低发动机的燃油消耗和排放，同时保证电池SOC荷电状态值保持在较好的范围内，这正是能量管理系统所要达到的目标。然而，我国现有的混合动力车辆燃油经济性并没有达到理想的环保、节能目标，混合动力公交车辆能量管理系统的设计是影响混合动力公交车辆排放与燃油经济性的关键因素，目前公知的混合动力车辆能量管理系统采用静态逻辑门限控制，主要依靠工程经验设置逻辑门限参数，而这些静态逻辑门限参数不能适应车辆实际工况的动态变化，无法保证车辆燃油经济性最优，从而无法使整车系统达到最大效率。本实用新型正是基于这些问题而提出的。
实用新型内容
本实用新型的目的正是为了克服现有技术中混合动力车辆能量管理系统无法适应车辆实际工况动态变化的不足，从而提供一种具有远程工况数据采集与分析及参数标定功能的混合动力车辆能量管理系统，该混合动力车辆能量管理系统包括混合动力车辆整车控制单元HCU、发动机控制单元EMS、电机控制单元MCU、机械式自动变速器控制单元TCU、自动离合器控制单元ECA、电池控制单元BMS、制动控制单元BCU7，所有控制单元通过CAN总线相连，并通过CAN总线进行通信。
其中，所述混合动力车辆整车控制单元HCU具备远程标定功能，HCU通过GPRS模块向远端服务器发送远端服务器所制定目标线路上能量管理策略所需的状态参数，并通过GPRS模块接收远端服务器发来的有关能量管理的标定参数。
其中，所述状态参数为车速。
这样，每辆混合动力公交车辆可以通过HCU实现针对各自运行线路的能量管理策略，这样有针对性的能量管理策略能更大程度提高混合动力公交车辆的燃油经济性。HCU除了与远端服务器通讯外，还要与总线上的其他各ECU进行通讯，完成对整个车辆的协调控制，最终实现能量管理策略。
本实用新型的优点在于：通过远程标定的方法对混合动力车辆整车控制单元HCU的控制参数进行更新，实现了“一线一策略”，这对提高我国具有固定线路的混合动力公交客车的燃油经济性和降低其排放具有非常大的实际意义。
附图说明
图1为根据本实用新型的混合动力车辆能量管理系统示意图；
图2为根据本实用新型的混合动力车辆能量管理系统中混合动力车辆整车控制器HCU的结构示意图；
图3为根据本实用新型的混合动力车辆能量管理系统工作原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
如图1所示，根据本实用新型的具有远程工况数据采集与分析及参数标定功能的混合动力车辆能量管理系统包括混合动力车辆整车控制单元HCU、发动机控制单元EMS、电机控制单元MCU、机械式自动变速器控制单元TCU、自动离合器控制单元ECA、电池控制单元BMS、制动控制单元BCU，这些控制单元均通过CAN总线相连，并通过CAN总线进行通信，以完成相关控制参数的传递。各个控制单元在混合动力整车控制器HCU的协调控制下完成相应的控制，保证车辆的动力性和经济性。
其中混合动力车辆整车控制单元HCU具备远程标定功能，HCU可以通过GPRS模块接收远端服务器发来的有关能量管理的标定参数，也可以向远端服务器发送远端服务器制定目标线路上能量管理策略所需的状态参数，另外远端服务器还可以通过GPRS网络和该HCU的CAN模块，来按照相关协议标定CAN网络上的其他控制单元。
这样，每辆混合动力公交车辆可以通过HCU实现针对各自运行线路的能量管理策略，这样有针对性的能量管理策略能更大程度提高混合动力公交车辆的燃油经济性。
HCU除了与远端服务器通讯外，还要与总线上的其他各ECU进行通讯，完成对整个车辆的协调控制，最终实现能量管理策略。
发动机管理系统EMS一方面与CAN网络相连，一方面通过控制信号线与发动机的各执行机构相连，发动机管理系统EMS通过CAN总线向整车控制器HCU发送发动机的当前状态并接收来自混合动力整车控制器的模式切换和换挡过程中的调速或者调扭指令，并输出相关信号驱动执行机构，完成这些指令。
电机控制器MCU一方面与CAN网络相连，一方面通过控制信号线与电机相连，电机控制器MCU通过CAN总线向整车控制器HCU发送电机的当前状态并接收来自混合动力整车控制器的模式切换和换挡过程中的调速或者调扭指令，来控制电机达到调扭或调速目标。
机械式自动变速器AMT控制器TCU一方面与CAN网络相连，一方面通过控制信号线与机械式自动变速器执行机构相连，机械式自动变速器AMT控制器TCU通过CAN总线向整车控制器HCU发送变速器机的当前挡位并接收来自整车控制器的档位请求，来控制变速器执行机构达到目标档位。
自动离合器控制器ECA一方面与CAN网络相连，一方面通过控制信号线与机械式自动离合器执行机构相连，自动离合器控制器ECA接收来自整车控制器的控制信号，完成模式切换和换挡过程中对离合器的控制。
电池管理系统BMS一方面与CAN网络相连，一方面通过信号线与动力电池组相连，电池管理系统BMS向整车控制器HCU反馈电池的荷电状态SOC值、和电池的电流、电压等信息，电池的当前状态是整车控制器HCU确定车辆工作模式的重要参数之一。
制动控制器BCU一方面与CAN网络相连，一方面通过控制信号线与制动器执行机构相连，接收来自整车控制器的制动请求，完成对制动器的控制。
混合动力能量管理系统的具体示意图见图1所示，箭头表示各信号的传递关系，方框表示部件及其相应的控制器。
混合动力整车控制器HCU的具体结构图如图2所示，HCU具体包括以下模块
1、24V电源模块，为HCU控制板提供可靠电源。
2、晶振及复位电路，与电源模块MCU构成最小系统，保证HCU的可靠运行。
3、模拟信号处理模块，主要是处理驾驶员加速踏板和制动踏板信号，微控制器MCU通过该信号判断驾驶员的意图。
4、GPRS模块，通过SCI串行接口与MCU相连，实现数据的远程发送与接收。
5、CAN接口电路，通过CAN通讯网络实现HCU与其他各模块间的通讯。
最后结合图3，说明本实用新型的工作流程。
1）首先，混合动力公交客车在实际运行线路上进行为期一到两周的运行，此时HCU中能量管理的控制参数为基于工程经验的一组静态门限参数，HCU可以通过CAN总线以1Hz的采样频率在线采集公交客车在实际运行路线上的车速,串口连接的GPRS模块将车速数据通过GPRS网络和互联网发送给远端服务器。
2）远端服务器上的LABVIEW软件内部集成的TCP/IP协议模块,利用编写出的软件采集网卡上的车速数据，完成显示与存储工作。
3）远端服务器上的MATLAB调用LABVIEW存储的车速时间历程，得到公交客车在该线路上的多条实际运行工况数据。
4）针对得到的大量车速数据，基于随机动态规划算法建立能量管理问题，即将驾驶员功率需求、电机输出转矩、电池SOC和车速离散化为有限空间，以电池SOC值、车速、档位、驾驶员需求功率为状态变量，构成状态空间X，以电机输出转矩作为决策变量G，以燃油消耗、发动机排放、电池SOC值的加权为代价函数J，以车速、电池SOC、电机输出转矩的最大及最小值作为约束，即求解过程的边界条件，并应用MATLAB中的SDP工具箱进行迭代求解，得出符合车辆实际工况的控制参数。
6）最后通过LABVIEW将生成的控制参数用表格或拟合好的函数表示并通过网络更新到HCU中，最终实现“一线一策略”的混合动力车辆能量管理。

Claims (3)

1.一种混合动力车辆能量管理系统，该混合动力车辆能量管理系统包括混合动力车辆整车控制单元HCU、发动机控制单元EMS、电机控制单元MCU、机械式自动变速器控制单元TCU、自动离合器控制单元ECA、电池控制单元BMS、制动控制单元BCU7，所有控制单元通过CAN总线相连，并通过CAN总线进行通信。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆能量管理系统，其中所述混合动力车辆整车控制单元HCU通过GPRS模块向远端服务器发送远端服务器所制定目标线路上能量管理策略所需的状态参数，并通过GPRS模块接收远端服务器发来的有关能量管理的标定参数。
3.根据权利要求2所述的混合动力车辆能量管理系统，其中所述状态参数为车速。
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