專利名稱：一種混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混合動力車輛技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種動力車輛的動力控制方法。
背景技術(shù)：
混合動力汽車具有多個動力源，結(jié)合了傳統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)和電動驅(qū)動系統(tǒng)的優(yōu)點，能夠大幅減少排放和降低油耗，并能達到較大的行程。在電池技術(shù)沒有突破，純電動汽車?yán)m(xù)駛里程較低和成本過高等問題解決前，混合動力是最好的技術(shù)方案。由于具有多個動力源，各動力部件之間協(xié)同工作是整車控制的關(guān)鍵，同時，動力電池作為新能源汽車成本的主要部分，在制定控制策略的時候要注意保護動力電池，提高動力電池的壽命,從而降低整車使用成本?；炻?lián)式混合動力技術(shù)能夠結(jié)合串聯(lián)式混合動力技 術(shù)與并聯(lián)式混合動力技術(shù)的優(yōu)點，是較為可取的方案。目前，混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)大多采用行星輪系結(jié)構(gòu)，主要分為發(fā)動機恒定工作點控制策略和發(fā)動機最優(yōu)工作曲線控制策略，其它控制策略都可以在這兩種控制策略的基礎(chǔ)上進行拓展。發(fā)動機恒定工作點控制策略由于采用了行星輪機構(gòu)，可以使發(fā)動機轉(zhuǎn)速不受車速變化的影響，能夠在最優(yōu)工況點運行時提供恒定的功率輸出，而整車需求扭矩的剩余部分則由電機進行靈活調(diào)節(jié)。由于發(fā)動機工作點恒定，發(fā)動機油耗或排放可以達到最優(yōu)，該控制策略相對簡單，易實現(xiàn)；在車輛行駛過程中，由于需要頻繁調(diào)節(jié)驅(qū)動電機的輸出功率，會影響電機以及動力蓄電池的性能和使用壽命。發(fā)動機最優(yōu)工作曲線控制策略由于行星輪式混聯(lián)式混合動力車輛的發(fā)動機轉(zhuǎn)速不受車速變化的影響，能夠以萬有特性曲線為基礎(chǔ)。經(jīng)過對發(fā)動機的動態(tài)校正，可使其輸出功率根據(jù)車輛驅(qū)動需求的變化而變化，確定其在各工況下的工作點，從而確定發(fā)動機的最優(yōu)工作曲線。在此基礎(chǔ)上，還可以以名義油耗和功率損失為控制目標(biāo)，對特定工況下的最優(yōu)曲線進行優(yōu)化，得到瞬時最優(yōu)工作點，然后再進行能量的動態(tài)分配。該控制策略兼顧了發(fā)動機、驅(qū)動電機以及動力蓄電池在各種工況下的性能和效率的優(yōu)化問題，是混聯(lián)式動力系統(tǒng)較為科學(xué)、合理的一種控制策略，但該策略涉及穩(wěn)態(tài)和動態(tài)兩方面的優(yōu)化和校正，較復(fù)雜，開發(fā)成本很高，實現(xiàn)起來有一定難度。目前各種動力控制方法或控制參數(shù)不足，各動力部件的優(yōu)勢不能得到充分發(fā)揮；或控制方法過于復(fù)雜，計算量太大，整車控制穩(wěn)定性要求太高，難以真正實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化；或?qū)恿﹄姵貕勖绊懸蛩乜紤]不足，在得到相應(yīng)性能的同時對動力電池的壽命傷害較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的正是基于現(xiàn)有的混聯(lián)式混合動力車輛動力控制方法的不足，提出一種更為簡單合理的方案，通過對整車運行功率需求的計算，根據(jù)對各動力部件實時狀態(tài)的檢測，實現(xiàn)對各動力部件的精確控制。本發(fā)明的技術(shù)方案如下
(I)設(shè)定發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速，實時計算整車功率需求和動力電池可持續(xù)提供的功率；(2)比較車速與設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速，比較整車功率需求與動力電池可持續(xù)提供的功率；(3)根據(jù)比較結(jié)果來決定整車的動力輸出狀態(tài)，是純電動，串聯(lián)式混合動力還是并聯(lián)式混合動力，包括 (31)當(dāng)車速小于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速時(311)若整車功率需求小于或等于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在純電動狀態(tài)；(312)若整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在串聯(lián)狀態(tài)；(32)當(dāng)車速大于或等于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速時(321)若整車功率需求小于或等于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在純電動狀態(tài)；(322)若整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在并聯(lián)狀態(tài)。步驟C312)還包括(a)若整車功率需求小于或等于驅(qū)動電機可提供的功率，驅(qū)動電機輸出功率為整車需求功率；(b)若整車功率需求大于驅(qū)動電機可提供的功率，驅(qū)動電機輸出功率為其能夠輸出的最大功率。在并聯(lián)狀態(tài)時，根據(jù)動力分配函數(shù)確定發(fā)動機還是動力電池作為主要動力源。動力分配函數(shù)是發(fā)動機或者動力電池作為主要動力源的分界線，其兩個自變量為整車功率需求和動力電池的荷電狀態(tài)S0C。動力分配函數(shù)按如下方法標(biāo)定當(dāng)動力電池的放電功率能夠滿足驅(qū)動電機功率需求時，驅(qū)動電機作為第一驅(qū)動部件；當(dāng)動力電池的放電功率不能滿足驅(qū)動電機功率需求時，發(fā)動機作為第一驅(qū)動部件。根據(jù)發(fā)動機的MAP圖，確定發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的功率下限。車輛運行在并聯(lián)狀態(tài)時，根據(jù)動力分配函數(shù)確定發(fā)動機還是動力電池作為第一動力源；若確定發(fā)動機做為第一動力源，則由動力電池補足剩余的功率需求；若確定動力電池作為第一動力源，發(fā)動機以最小工作功率下限補足剩余的功率需求。當(dāng)發(fā)動機作為第一動力源且發(fā)動機輸出功率能夠滿足整車功率需求時，僅由發(fā)動機提供動力，動力電池不工作；當(dāng)動力電池作為第一動力源且其可持續(xù)提供的功率能夠滿足整車功率需求時，僅由動力電池提供動力，發(fā)動機不工作?，F(xiàn)有的控制策略主要是對發(fā)動機的工作狀態(tài)進行優(yōu)化，得到最優(yōu)的發(fā)動機工作曲線，實現(xiàn)經(jīng)濟性的提高。本發(fā)明從整車需求功率出發(fā)，綜合考慮驅(qū)動電機、發(fā)動機和ISG電機的工作狀態(tài)，得到動力系統(tǒng)的最優(yōu)運行狀態(tài)。在低速時，由于發(fā)動機燃油經(jīng)濟性和排放性不佳，盡量避免啟動發(fā)動機；在進行功率分配時，充分考慮動力電池自身的特點，作為整車動力分配的決策條件之一，充分保護動力電池壽命。采用本發(fā)明，整車既能得到較高的動力性、經(jīng)濟性，同時又增加了動力電池的使用壽命，充分降低了整車運行成本。


圖I為一種可用于本發(fā)明的混聯(lián)式混合動力車輛的動力耦合裝置實施例示意圖。圖2為本發(fā)明整車控制策略流程圖。圖3為車輛主要驅(qū)動部件分配圖。圖中S1為電機軸一，S2為發(fā)動機輸出軸，S3為傳動軸，S4為差速軸，S5為電機軸二，S6為驅(qū)動軸半軸，C為離合器，D為差速器。
具體實施例方式為使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明混聯(lián)式混合動力車輛控制方法作進詳細(xì)描述。
本發(fā)明混聯(lián)式混合動力車輛控制方法的具體技術(shù)方案為(I)設(shè)定發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速，根據(jù)加速踏板的位置實時計算車輛的功率需求，根據(jù)電池的荷電系數(shù)實時計算動力電池可持續(xù)提供的功率。(2)車輛起步后，比較車速與設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速，比較整車功率需求與電池可持續(xù)提供的功率，比較整車功率需求與驅(qū)動電機可提供的功率。(3)根據(jù)判斷結(jié)果來決定整車的運行狀態(tài)，是純電動，串聯(lián)式混合動力還是并聯(lián)式混合動力。步驟(3)包括以下步驟(31)當(dāng)車速小于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速時(311)若整車功率需求小于或等于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在純電動狀態(tài)。(312)若整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，比較整車功率需求與驅(qū)動電機可提供的功率(a)若整車功率需求小于或等于驅(qū)動電機可提供的功率，控制車輛運行在串聯(lián)狀態(tài)。此時驅(qū)動電機輸出功率可滿足整車輛功率需求,驅(qū)動電機輸出功率為整車需求功率；(b)若整車功率需求大于驅(qū)動電機可提供的功率，同樣控制車輛運行在串聯(lián)狀態(tài)，驅(qū)動電機輸出的功率為其可以輸出的最大功率；(32)當(dāng)車速大于或等于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速時(321)若整車功率需求小于或等于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在純電動工況。(322)若整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在并聯(lián)狀態(tài)。根據(jù)發(fā)動機的MAP圖，確定發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)工作的功率下限，此時發(fā)動機的效率高于發(fā)動機串聯(lián)發(fā)電時的發(fā)動機效率。在并聯(lián)發(fā)電時，若動力電池的荷電狀態(tài)SOC能夠保證動力電池的放電功率滿足驅(qū)動電機的功率需求，則動力電池作為第一動力源，驅(qū)動電機作為第一驅(qū)動部件，發(fā)動機以接入驅(qū)動系統(tǒng)工作的下限功率補足整車的功率需求；隨著動力電池荷電狀態(tài)SOC的降低,動力電池的放電功率難以滿足驅(qū)動電機的功率需求，此時由發(fā)動機作為第一動力源，動力電池補足整車的功率需求。由此,可以以整車功率需求和動力電池的荷電狀態(tài)SOC作為自變量,標(biāo)定動力分配函數(shù),該函數(shù)是發(fā)動機還是動力電池作為第一動力源的分界線。因此，當(dāng)控制策略決定車輛運行在并聯(lián)狀態(tài)后，將根據(jù)動力分配函數(shù)確定發(fā)動機還是動力電池作為第一動力源。
特殊情況下，當(dāng)發(fā)動機作為第一動力源且發(fā)動機輸出功率能夠滿足整車功率需求時，僅由發(fā)動機提供動力，動力電池不工作；當(dāng)動力電池作為第一動力源且其可持續(xù)提供的功率能夠滿足整車功率需求時，僅由動力電池提供動力，發(fā)動機不工作。本實施例中將本發(fā)明的技術(shù)方案基于申請?zhí)枮?01110138415. I的發(fā)明混聯(lián)混合動力I禹合裝置(如圖I)來描述。該動力I禹合裝置由電機軸一 SI、電機軸二 S5、發(fā)動機輸出軸S2、傳動軸S3、差速軸S4、驅(qū)動軸半軸S6、第一變速機構(gòu)、第二變速機構(gòu)、電控離合器C和差速器D組成。其中，電機軸一 SI、電機軸二 S5、發(fā)動機輸出軸S2、傳動軸S3、差速軸S4和驅(qū)動軸半軸S6都是按照軸向并行布置，各軸兩端通過與箱體之間均通過軸承進行連接。電機軸一 SI與ISG電機相連，電機軸二 S5與驅(qū)動電機相連,發(fā)動機輸出軸S2與發(fā)動機相連。電機軸一 SI與發(fā)動機輸出軸S5之間通過第一變速機構(gòu)進行連接,發(fā)動機輸出軸S2與驅(qū)動軸半軸之間設(shè)有傳動機構(gòu)以供發(fā)動機輸出軸對汽車驅(qū)動軸S6進行驅(qū)動。電機軸二 S5與驅(qū)動軸半軸S6之間通過第二變速機構(gòu)進行連接。通過該裝置可以控制混合動力車輛的純電動、串聯(lián)混合動力和并聯(lián)混合動力運行狀態(tài) (I)純電動狀態(tài)時，動力電池給驅(qū)動電機供電，發(fā)動機不啟動，離合器C不閉合，第一傳動變速機構(gòu)之間中無動力傳遞，驅(qū)動電機通過第二變速機構(gòu)驅(qū)動半軸S6 ；(2)串聯(lián)狀態(tài)時，發(fā)動機啟動，帶動ISG電機發(fā)電，與動力電池一起為驅(qū)動電機供電，驅(qū)動電機通過第二變速機構(gòu)驅(qū)動半軸S6，此時離合器C不閉合，第一變速機構(gòu)中無動力傳遞；(3)并聯(lián)狀態(tài)時，發(fā)動機啟動，離合器C閉合，發(fā)動機的動力通過第一變速機構(gòu)驅(qū)動半軸S6，動力電池給驅(qū)動電機供電，通過第二變速機構(gòu)驅(qū)動半軸?；谏鲜鰟恿︸詈涎b置,可實施本發(fā)明的動力控制技術(shù)方案根據(jù)加速踏板的位置實時計算車輛的功率需求，根據(jù)電池的荷電系數(shù)SOC實時計算動力電池可持續(xù)提供的功率，設(shè)定發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速。車輛起步后，若車速小于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)車速，且整車功率需求小于或等于電池可持續(xù)提供的功率，控制整車運行在純電動狀態(tài)。此時發(fā)動機不啟動，離合器不閉合。僅由動力電池給驅(qū)動電機供電，驅(qū)動電機經(jīng)過第二變速機構(gòu)驅(qū)動半軸，從而驅(qū)動整車行駛。由于此時發(fā)動機經(jīng)濟性和排放性能都不好，不啟動發(fā)動機能夠提高整車的經(jīng)濟性能。車輛起步后，若車速小于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)車速，且整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，同時整車功率需求小于或等于驅(qū)動電機可提供的功率，控制整車運行在串聯(lián)混合動力狀態(tài)。此時電控離合器不閉合，發(fā)動機啟動帶動ISG電機發(fā)電，協(xié)同動力電池共同給驅(qū)動電機供電，驅(qū)動電機通過第二變速機構(gòu)驅(qū)動半軸，從而驅(qū)動整車行駛。此時驅(qū)動電機的輸出功率能夠滿足整車運行需求。此時車速較低，發(fā)動機燃油經(jīng)濟性和排放性能不好，但是仍然啟動發(fā)動機是考慮到首先要保證車輛的功率需求。車輛起步后，若車速小于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)車速，且整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，同時整車功率需求大于驅(qū)動電機可提供的功率，控制整車運行在串聯(lián)混合動力狀態(tài)。此時電控離合器不閉合，發(fā)動機啟動帶動ISG電機發(fā)電，協(xié)同動力電池共同給驅(qū)動電機供電，驅(qū)動電機通過第二變速機構(gòu)驅(qū)動半軸驅(qū)動車輛行駛。此時驅(qū)動電機的輸出功率不能滿足整車需求，其輸出功率為其可輸出的最大功率。
車輛起步后，如果車速大于或等于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)車速，整車功率需求小于或等于電池可持續(xù)提供的功率，整車運行在純電動工況。發(fā)動機不啟動，離合器不閉合 ’動力電池給驅(qū)動電機供電，驅(qū)動電機通過第二變速機構(gòu)驅(qū)動半軸，從而驅(qū)動整車行駛。車輛起步后，如果車速大于或等于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)車速，且整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，整車運行在并聯(lián)混合動力狀態(tài)。發(fā)動機啟動，離合器閉合。發(fā)動機和動力電池帶動的驅(qū)動電機一起為整車提供功率。此時根據(jù)動力分配函數(shù)確定發(fā)動機還是動力電池作為第一動力源，另一者補足剩余的車輛功率需求。根據(jù)本發(fā)明車輛動力源分配函數(shù)的標(biāo)定方法，可得到基于車輛功率需求和動力電池荷電狀態(tài)SOC的函數(shù)，圖3所示是其中一個特例，圖3中曲線是該動力分配函數(shù)的曲線。曲線的右側(cè)部分，動力電池作為第一動力源，而右側(cè)部分則由發(fā)動機作為第一動力源。此時還有兩種特殊情況，即當(dāng)發(fā)動機作為第一動力源且發(fā)動機輸出功率能夠滿足整車功率需求時，僅由發(fā)動機提供動力，動力電池不工作；當(dāng)動力電池作為第一動力源且其可持續(xù)提供的功率能夠滿足整車功率需求時，僅由動力電池提供動力，發(fā)動機不工作。 上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和應(yīng)用本發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此，本發(fā)明不限于這里的實施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，其特征在于所述動力控制方法包括以下步驟 (1)設(shè)定發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速，實時計算整車功率需求和動力電池可持續(xù)提供的功率； (2)比較車速與設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速，比較整車功率需求與動力電池可持續(xù)提供的功率； (3)根據(jù)比較結(jié)果來決定車輛的動力輸出狀態(tài)，是純電動、串聯(lián)式混合動力還是并聯(lián)式混合動力。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，其特征在于步驟(3)具體包括 (31)當(dāng)車速小于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速時 (311)若整車功率需求小于或等于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在純電動狀態(tài)； (312)若整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在串聯(lián)狀態(tài)； (32)當(dāng)車速大于或等于設(shè)定的發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速時 (321)若整車功率需求小于或等于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在純電動狀態(tài)； (322)若整車功率需求大于電池可持續(xù)提供的功率，控制車輛運行在并聯(lián)狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，其特征在于步驟(312)還包括 (a)若整車功率需求小于或等于驅(qū)動電機可提供的功率，驅(qū)動電機輸出功率為整車需求功率； (b)若整車功率需求大于驅(qū)動電機可提供的功率，驅(qū)動電機輸出功率為其能夠輸出的最大功率。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，其特征在于車輛運行在并聯(lián)狀態(tài)時，根據(jù)動力分配函數(shù)確定發(fā)動機還是動力電池作為第一動力源；若確定發(fā)動機做為第一動力源，則由動力電池補足剩余的功率需求；若確定動力電池作為第一動力源，發(fā)動機以最小工作功率下限補足剩余的功率需求。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，其特征在于當(dāng)發(fā)動機作為第一動力源且發(fā)動機輸出功率能夠滿足整車功率需求時，僅由發(fā)動機提供動力，動力電池不工作；當(dāng)動力電池作為第一動力源且其可持續(xù)提供的功率能夠滿足整車功率需求時，僅由動力電池提供動力，發(fā)動機不工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，其特征在于動力分配函數(shù)是發(fā)動機或者動力電池作為主要動力源的分界線，其兩個自變量為整車功率需求和動力電池的荷電狀態(tài)SOC。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，其特征在于動力分配函數(shù)按如下方法標(biāo)定當(dāng)動力電池的放電功率能夠滿足驅(qū)動電機功率需求時，驅(qū)動電機作為第一驅(qū)動部件；當(dāng)動力電池的放電功率不能滿足驅(qū)動電機功率需求時，發(fā)動機作為第一驅(qū)動部件。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，其特征在于根據(jù)發(fā)動機的MAP圖，確定發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的功率下限；在并聯(lián)狀態(tài)時，發(fā)動機的輸出功率不小于這個下限值。
全文摘要
本發(fā)明提出一種混聯(lián)式混合動力車輛的動力控制方法，屬于混合動力車輛技術(shù)領(lǐng)域。該方法包括以下步驟設(shè)定發(fā)動機接入驅(qū)動系統(tǒng)的車速并與實際車速實時比較，實時計算車輛功率需求與動力電池可持續(xù)提供的功率并比較兩者大小，根據(jù)上述的比較結(jié)果，確定車輛工作在純電動、串聯(lián)混合動力或是并聯(lián)混合動力狀態(tài)。在并聯(lián)混合動力狀態(tài)工作時，根據(jù)標(biāo)定的動力源分配函數(shù)來確定發(fā)動機或者動力電池作為主動力源，另一者補足剩余的車輛功率需求。該方法較傳統(tǒng)控制方法更加簡單，且充分考慮到了發(fā)動機、動力電池和驅(qū)動電機的性能，提高了整車的動力性和經(jīng)濟性。
文檔編號B60W30/18GK102815295SQ20121030240
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月23日
發(fā)明者孫全, 杜志強, 吳旭峰, 金啟前, 由毅, 吳成明, 趙福全 申請人:浙江吉利汽車研究院有限公司杭州分公司, 浙江吉利汽車研究院有限公司, 浙江吉利控股集團有限公司