專利名稱：基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混合動力電動汽車控制方法，具體地講是一種基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法。
背景技術(shù)：
串聯(lián)式混合動力(燃油和電力)城市公交客車在行駛過程中線路特點(diǎn)、車輛負(fù)荷特點(diǎn)各不相同。如果能針對串聯(lián)式混合動力城市公交客車實(shí)際行駛線路中的道路特點(diǎn)和負(fù)荷特點(diǎn)精確控制混合動力系統(tǒng)的功率輸出模式，將對于提高整車動力系統(tǒng)的效率，從而實(shí)現(xiàn)提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)化排放起到積極有效的作用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)混合動力城市公交客車在不同工況下都有最佳效率輸出，從而實(shí)現(xiàn)提高車輛燃油經(jīng)濟(jì)性的基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池、驅(qū)動電動機(jī)和控制裝置，其控制方法是檢測步驟檢測當(dāng)前路段信息和蓄電池剩余電量；判斷步驟①依據(jù)檢測步驟的信息，判斷公交客車的動力是否能滿足純電動工作；選擇步驟①如果公交客車的動力不能滿足純電動工作，選擇公交客車的混合動力系統(tǒng)工作區(qū)，即經(jīng)濟(jì)工作區(qū)A、標(biāo)準(zhǔn)工作區(qū)B和大功率工作區(qū)C，如果公交客車的動力能滿足純電動工作，則關(guān)閉發(fā)動機(jī)并返回到檢測步驟；選擇步驟②確定公交客車的混合動力系統(tǒng)工作區(qū)后，選擇發(fā)動機(jī)的工作區(qū)間、發(fā)電機(jī)的工作范圍和發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)給蓄電池充電電流范圍；
修正步驟在選擇發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)給蓄電池充電電流范圍后，修正充電底線電流參數(shù)(即蓄電池最小充電電流)；判斷步驟②依據(jù)選擇步驟②發(fā)動機(jī)的工作范圍，判斷發(fā)動機(jī)是否工作在設(shè)定區(qū)域，如果是肯定的直接進(jìn)入下一步驟，如果結(jié)果是否定的，則調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到工作區(qū)并返回到檢測步驟；判斷步驟③依據(jù)判斷步驟②的肯定結(jié)果，繼續(xù)判斷發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率是否工作在設(shè)定區(qū)間，如果是肯定的，則返回到檢測步驟，如果結(jié)果是否定的，則調(diào)整發(fā)電量并返回到檢測步驟。
上述經(jīng)濟(jì)工作區(qū)A的工作方式為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為其經(jīng)濟(jì)區(qū)的最低轉(zhuǎn)速，功率輸出選擇為對應(yīng)經(jīng)濟(jì)區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩輸出。
上述標(biāo)準(zhǔn)工作區(qū)B的工作方式為確保車輛行駛循環(huán)中發(fā)動機(jī)能夠提供整個能量供給，在公交車輛正常行駛時采用。
上述大功率工作區(qū)C的工作方式為在車輛爬長坡和載重較大時為避免蓄電池持續(xù)深度放電以及當(dāng)前蓄電池電量不足而車輛預(yù)期又有大功率需求時采用。
本發(fā)明通過上述針對串聯(lián)式混合動力城市公交客車工作特點(diǎn)而制訂的控制方法的實(shí)施，很好的實(shí)現(xiàn)了以下控制目標(biāo)1.發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)總是在最經(jīng)濟(jì)區(qū)工作。
2.蓄電池處于充放電高效率區(qū)工作。
3.公交車行駛循環(huán)中蓄電池的充放電電量最小。
4.在對電網(wǎng)不作任何改變的情況下，充分利用晚間用電低谷的優(yōu)勢適當(dāng)補(bǔ)充蓄電池電量以達(dá)到節(jié)省燃油的目的，同時起到電池均衡維護(hù)，標(biāo)定SOC(蓄電池剩余電量)的作用。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)原理框圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)現(xiàn)控制方法示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
城市公交客車按照固定的線路行駛，在每一次的線路循環(huán)中，道路條件完全相同，交通擁擠狀況、乘客數(shù)量根據(jù)時間段遵循一定規(guī)律變化。因此，可根據(jù)每條公交線路的特點(diǎn)，建立相應(yīng)的公交路況數(shù)據(jù)庫。根據(jù)該數(shù)據(jù)庫和車輛實(shí)際運(yùn)行狀況，控制車輛混合動力系統(tǒng)的功率輸出，則可實(shí)現(xiàn)混合動力城市公交客車在不同工況下都有最佳效率輸出。對于每條不同的公交線路，其車輛行駛數(shù)據(jù)庫也不盡相同，因此本發(fā)明的控制方法可稱為“一線一車”個性化混合動力城市公交客車控制方法，如圖2所示。
在圖2中當(dāng)前路段信息是根據(jù)公交車車載報站器(或GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng))確定車輛當(dāng)前所處位置以及是否進(jìn)入公交車站的進(jìn)站信息來調(diào)用預(yù)先設(shè)定的城市公交車線路數(shù)據(jù)庫來確定，該公交車線路數(shù)據(jù)庫包含了該條公交車線路不同的行車路段的功率分布，每一個路口紅綠燈車輛大致駐車時間，每一條公交線路的公交車站站點(diǎn)分布情況和各站大致駐車時間以及不同時間段不同路段的人流頻度等。通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫信息便可建立車輛的預(yù)期功率需求分布；蓄電池剩余電量(SOC)采用了目前較為普遍的Peukert方程和蓄電池靜態(tài)端電壓聯(lián)合進(jìn)行校正。公交車輛位置信息反饋調(diào)用公交車線路數(shù)據(jù)庫建立了車輛預(yù)期功率需求以及進(jìn)站模式。
公交車當(dāng)前線路路段結(jié)合蓄電池電量情況，同時考慮車輛附件功率情況(主要為空調(diào)是否開啟)首先決定車輛是否該處于純電動工作。在100％＞SOC＞k1，且預(yù)期路段平均功率需求較小時則關(guān)閉發(fā)動機(jī)，車輛所有功率需求僅由蓄電池提供，車輛處于純電動工作狀態(tài)；不然則綜合實(shí)際情況選擇發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的工作區(qū)間。
1.滿足以下條件時發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入A區(qū)工作k1＞SOC＞k2，并且預(yù)期車輛線路路段功率需求較小(比如交通擁擠路段，公交車進(jìn)入駐車時間較長的公交車站以及紅綠燈駐車時間較長路口等工況)。
2.滿足以下條件時發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入B區(qū)工作k1＞SOC＞k2，預(yù)期路段交通較為暢通，公交車站內(nèi)駐車時間短。
3.滿足以下條件時發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入C區(qū)工作k1＞SOC＞k2，預(yù)期路段車輛有大功率需求(如爬長坡，車輛載客較多等)。
按照發(fā)動機(jī)的功率以及發(fā)動機(jī)負(fù)荷率將發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的工作區(qū)間劃分為3個不同的功率區(qū)間，各工作區(qū)間均有不同的最大功率和最低功率輸出，并且每一個工作區(qū)間都保證該系統(tǒng)有最佳效率輸出。
1.經(jīng)濟(jì)工作區(qū)A系統(tǒng)在A區(qū)有良好的工作平順性和燃油經(jīng)濟(jì)性。A區(qū)內(nèi)發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)定點(diǎn)工作，即發(fā)動機(jī)輸出功率固定。發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為其經(jīng)濟(jì)區(qū)的最低轉(zhuǎn)速，功率輸出選擇為對應(yīng)經(jīng)濟(jì)區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩輸出。在車輛駐車時可適當(dāng)補(bǔ)充蓄電池電量，而在車輛驅(qū)動行駛時則蓄電池處于電量消耗狀態(tài)，在公交車輛紅綠燈、交通擁擠以及站內(nèi)駐車時選用。
2.標(biāo)準(zhǔn)工作區(qū)BPB＝P1/η1+P2/η2公式1式中，PB為B區(qū)最大功率輸出；P1為車輛全部附件滿負(fù)荷工作需求功率；P2為車輛載重為總載重量的k(0.6＜k＜1)倍，水平路面以車速V勻速行駛，考慮后備功率時車輛需求功率，其中， η1為附件需求功率輸出平均效率；η2為車輛驅(qū)動功率輸出平均效率B區(qū)最大功率輸出PB應(yīng)從車輛線路能量平衡的角度設(shè)計，且保證發(fā)動機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)。從宏觀的角度確保車輛行駛循環(huán)中發(fā)動機(jī)能夠提供整個能量供給，在公交車輛正常行駛時采用。
3.大功率輸出區(qū)CPC＝KPB公式2從滿足車輛持續(xù)大功率需求和快速補(bǔ)充蓄電池電量角度設(shè)計，選擇依據(jù)是如公式2所示，其中1.2＜k＜1.5。在車輛爬長坡和載重較大時為避免蓄電池持續(xù)深度放電以及當(dāng)前蓄電池電量不足而車輛預(yù)期又有大功率需求時采用。
發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的工作區(qū)域選定后，同時確定各工作區(qū)域的動力部件工作參數(shù)。發(fā)動機(jī)通過電子油門控制其轉(zhuǎn)速，從而將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到設(shè)定區(qū)域；發(fā)電機(jī)通過力矩控制方式來實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電量的調(diào)整；蓄電池充電電流范圍保證了蓄電池總是在最佳效率區(qū)間內(nèi)充電。
充電底線電流參數(shù)調(diào)整使得發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)在既定區(qū)間工作的基礎(chǔ)上根據(jù)實(shí)際蓄電池電量情況，對蓄電池的穩(wěn)定最小充電電流進(jìn)行調(diào)整。
在工作區(qū)間和工作參數(shù)建立的情況下，混合動力多能源管理系統(tǒng)根據(jù)需求首先對發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行判斷，對于不在工作區(qū)間的情況則通過發(fā)動機(jī)的電子油門執(zhí)行機(jī)構(gòu)將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到設(shè)定區(qū)域。在發(fā)動機(jī)進(jìn)入設(shè)定工作區(qū)間后，發(fā)電機(jī)按照設(shè)定的發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)功率調(diào)節(jié)范圍，在保證蓄電池一定充電電流的基礎(chǔ)上，跟隨車輛需求功率對發(fā)電量進(jìn)行調(diào)節(jié)。設(shè)定功率區(qū)間內(nèi)，當(dāng)蓄電池充電電流低于設(shè)定值，且發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)輸出功率小于區(qū)間設(shè)定最大值時，增加發(fā)電電流，以滿足車輛瞬時大功率需求；反之則減小發(fā)電電流，僅保持蓄電池有最低充電電流。
本說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，包括發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池、驅(qū)動電機(jī)和控制裝置，其控制方法是檢測步驟檢測當(dāng)前路段信息和蓄電池剩余電量；判斷步驟①依據(jù)檢測步驟的信息，判斷公交客車的動力是否能滿足純電動工作；選擇步驟①如果公交客車的動力不能滿足純電動工作，選擇公交客車的混合動力系統(tǒng)工作區(qū)，即經(jīng)濟(jì)工作區(qū)A、標(biāo)準(zhǔn)工作區(qū)B和大功率工作區(qū)C，如果公交客車的動力能滿足純電動工作，則關(guān)閉發(fā)動機(jī)并返回到檢測步驟；選擇步驟②確定公交客車的混合動力系統(tǒng)工作區(qū)后，選擇發(fā)動機(jī)的工作區(qū)間、發(fā)電機(jī)的工作范圍和發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)給蓄電池充電電流范圍；修正步驟在選擇發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)給蓄電池充電電流范圍后，修正充電底線電流參數(shù)(即蓄電池最小充電電流)；判斷步驟②依據(jù)選擇步驟②發(fā)動機(jī)的工作范圍，判斷發(fā)動機(jī)是否工作在設(shè)定區(qū)域，如果是肯定的直接進(jìn)入下一步驟，如果結(jié)果是否定的，則調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速到工作區(qū)并返回到檢測步驟；判斷步驟③依據(jù)判斷步驟②的肯定結(jié)果，繼續(xù)判斷發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的輸出功率是否工作在設(shè)定區(qū)間，如果是肯定的，則返回到檢測步驟，如果結(jié)果是否定的，則調(diào)整發(fā)電量并返回到檢測步驟。
2.如權(quán)利要求1所述的基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，其特征在于經(jīng)濟(jì)工作區(qū)A的工作方式為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速設(shè)定為其經(jīng)濟(jì)區(qū)的最低轉(zhuǎn)速，功率輸出選擇為經(jīng)濟(jì)區(qū)的最大轉(zhuǎn)矩輸出。
3.如權(quán)利要求1所述的基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，其特征在于標(biāo)準(zhǔn)工作區(qū)B的工作方式為確保車輛行駛循環(huán)中發(fā)動機(jī)能夠提供整個能量供給，在公交車輛正常行駛時采用。
4.如權(quán)利要求1所述的基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，其特征在于大功率工作區(qū)C的工作方式為在車輛爬長坡和載重較大時為避免蓄電池持續(xù)深度放電以及當(dāng)前蓄電池電量不足而車輛預(yù)期又有大功率需求時采用。
5.如權(quán)利要求1所述的基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，其特征在于發(fā)動機(jī)通過電子油門控制其轉(zhuǎn)速，從而將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整到設(shè)定區(qū)域。
6.如權(quán)利要求1所述的基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，其特征在于發(fā)電機(jī)通過力矩控制方式來實(shí)現(xiàn)對發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)發(fā)電量的調(diào)整。
7.如權(quán)利要求1所述的基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，其特征在于蓄電池充電電流范圍保證蓄電池總是在最佳效率區(qū)間內(nèi)充電。
8.如權(quán)利要求1所述的基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，其特征在于駕駛員借助電子加速踏板控制車輛車速，電子加速踏板信號進(jìn)入控制器以力矩控制方式實(shí)現(xiàn)驅(qū)動電動機(jī)調(diào)速。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于公交線路的串聯(lián)式混合動力城市公交客車控制方法，包括發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、蓄電池、驅(qū)動電機(jī)和控制裝置，其控制方法是依據(jù)檢測當(dāng)前路段信息和蓄電池剩余電量，選擇公交客車的工作方式，即純電動工作、經(jīng)濟(jì)工作區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)工作區(qū)和大功率工作區(qū)。由于本發(fā)明依據(jù)檢測當(dāng)前路段信息和蓄電池剩余電量采用不同的工作方式，使得本發(fā)明發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)系統(tǒng)總是在最經(jīng)濟(jì)區(qū)工作；蓄電池處于充放電高效率區(qū)工作；公交車行駛循環(huán)中蓄電池的充放電電量最小。
文檔編號B60K6/00GK1593975SQ20041001340
公開日2005年3月16日 申請日期2004年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者吳森, 王琛, 曹正策, 趙世科, 林楓, 宗楊, 徐陽 申請人:武漢理工大學(xué)