一種重度混合動力汽車的能量管理系統(tǒng)及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)，包括車輛系統(tǒng)控制器，發(fā)動機控制器、離合器控制器、電機控制器、AMT控制器和蓄電池控制器；發(fā)動機控制器與發(fā)動機連接，離合器控制器與濕式多片離合器連接，電機控制器與ISG電機連接，AMT控制器與變速器連接，蓄電池控制器與蓄電池連接，蓄電池通過逆變器與ISG電機連接，各子系統(tǒng)控制器與車輛系統(tǒng)控制器進行通信。本發(fā)明還涉及一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)的控制方法。本發(fā)明能有效地減少重度混合動力汽車各工況切換過程中輸出扭矩波動，提高整車動力性和平順性，增加整車重要零部件的使用壽命；能實現(xiàn)各工況間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移的模式切換以及各工況下的扭矩管理。
【專利說明】一種重度混合動力汽車的能量管理系統(tǒng)及控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混合動力車輛的行駛控制技術(shù)，具體涉及一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]與傳統(tǒng)汽車相比，混合動力汽車增加了電機、電池，控制系統(tǒng)更為復(fù)雜，因此，整車控制系統(tǒng)的開發(fā)就成為混合動力汽車關(guān)鍵技術(shù)。而目前對于重度混合動系統(tǒng)的控制問題的研究多集中在能量管理策略及效率優(yōu)化等穩(wěn)態(tài)過程，對于動態(tài)過程控制研究相對較少。特別是對于利用行星排進行動力耦合的重度混合動力系統(tǒng)，轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速關(guān)系復(fù)雜，發(fā)動機和電機的動態(tài)特性又不一致，如果不在系統(tǒng)驅(qū)動工作模式切換時對動力源和傳動系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，將導致車輛在驅(qū)動模式切換時出現(xiàn)大的扭矩波動，影響整車動力性、乘坐舒適性和傳動部件壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的不足之處，提供一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)，能有效地減少重度混合動力汽車各工況切換過程中輸出扭矩波動，提高整車動力性和平順性，增加整車重要零部件的使用壽命。
[0004]本發(fā)明的另一個目的是提供一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)的控制方法，能實現(xiàn)各工況間的平穩(wěn)轉(zhuǎn)移的模式切換以及各工況下的扭矩管理。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:
[0006]①用SOC (電池電量)作為整車行駛模式的基準，根據(jù)SOC的變化，參考整車車速、轉(zhuǎn)速等其他可變因素對整車工作模式進行合理有效的切換；
[0007]②整車控制器策略包括兩部分:扭矩管理策略和模式切換策略。
[0008]扭矩管理策略是模式切換扭矩協(xié)調(diào)控制的基礎(chǔ)。扭矩管理策略根據(jù)當前駕駛員操作信息、整車狀態(tài)信息和各子部件狀態(tài)信息，計算出當前發(fā)動機目標轉(zhuǎn)矩和電機目標轉(zhuǎn)矩，同時將目標扭矩信號傳送給發(fā)動機控制器和電機控制器。
[0009]本發(fā)明所述的一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)，包括車輛系統(tǒng)控制器，與車輛系統(tǒng)控制器連接的發(fā)動機控制器、離合器控制器、電機控制器、AMT控制器和蓄電池控制器；發(fā)動機控制器與發(fā)動機連接，離合器控制器與濕式多片離合器連接，電機控制器與ISG電機連接，AMT控制器與變速器連接，蓄電池控制器與蓄電池連接，蓄電池通過逆變器與ISG電機連接，各子系統(tǒng)控制器與車輛系統(tǒng)控制器進行通信；所述發(fā)動機輸出端經(jīng)過單向離合器、濕式多片離合器和ISG電機與動力耦合裝置行星排的齒圈連接，動力耦合裝置行星排的太陽輪與ISG電機的轉(zhuǎn)子連接，動力通過行星排的行星架與變速器的輸入端連接，變速器的輸出端與主減速器連接，主減速器將動力傳至車輪。
[0010]本發(fā)明所述的一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)的控制方法，其步驟如下:[0011]第一步，分析不同工作模式下系統(tǒng)各個關(guān)鍵部件的運行狀態(tài)及其參數(shù)變化；
[0012]I)純電動工況:發(fā)動機未啟動時，ISG電機正向驅(qū)動動力耦合裝置行星排的太陽輪；由于車輛阻力作用于動力耦合裝置行星排的行星架上，導致動力耦合裝置行星排的齒圈具有反轉(zhuǎn)的趨勢，濕式多片離合器分離，發(fā)動機不工作，ISG電機輸出扭矩，并經(jīng)動力耦合裝置行星排的太陽輪傳至行星架，此時，動力傳動裝置(即變速器和主減速器)將ISG電機的驅(qū)動扭矩放大，驅(qū)動車輛起步和低速行駛，在達到一定車速后引入發(fā)動機動力；
[0013]2)發(fā)動機單獨驅(qū)動:在發(fā)動機單獨驅(qū)動工況中，濕式多片離合器耦合，ISG電機空轉(zhuǎn)，發(fā)動機輸出的扭矩經(jīng)過動力耦合裝置行星排的齒圈至行星架輸出至變速器的輸入端；
[0014]3)混合驅(qū)動:
[0015]a.當出現(xiàn)大負載低速運行工況時，濕式多片離合器耦合，ISG電機輸出扭矩，此時，動力耦合裝置行星排鎖死，傳動比為1，ISG電機和發(fā)動機的扭矩耦合后輸入到變速器；
[0016]b.當出現(xiàn)高速小負載運行工況時，濕式多片離合器分離，動力傳動裝置可實現(xiàn)動力合成，ISG電機和發(fā)動機扭矩稱合后輸入到變速器；
[0017]4)制動能量回收:
[0018]a.濕式多片離合器分離再生發(fā)電:并聯(lián)驅(qū)動過程中，踩制動，濕式多片離合器分離，ISG電機輸出負扭矩對整車進行制動；
[0019]b.并聯(lián)制動再生發(fā)電:當只依靠ISG電機的負力矩已不能滿足整車制動需求時，濕式多片離合器耦合，利用發(fā)動機的倒拖力矩來對整車進行制動；
[0020]c.怠速電制動:當整車已經(jīng)處于怠速，ISG電機已經(jīng)能提供足夠的制動扭矩時，濕式多片離合器分離，ISG電機輸出負扭矩對整車進行制動；
[0021]5)行車起動發(fā)動機:在行車過程中，需要發(fā)動機工作時，濕式多片離合器耦合，ISG電機電機輸出扭矩經(jīng)過動力耦合裝置行星排的太陽輪進行分配，一部分扭矩用于驅(qū)動車輛，另一部分用于短時起動發(fā)動機；
[0022]6)怠速充電:由于蓄電池的電量過低，發(fā)動機怠速，通過ISG電機給電池充電；
[0023]第二步，確定扭矩管理策略；
[0024]扭矩管理策略模型包括模式切換扭矩預(yù)分配、模式切換條件確定以及動力源目標扭矩確定，其中扭矩預(yù)分配策略包括駕駛員扭矩識別和電池充電扭矩識別；
[0025]將駕駛員施加對車輪上的力的需求轉(zhuǎn)換為對變速器輸出端的扭矩需求，在考慮了變速器速比對車速的影響之后，得到不同擋位、不同車速下的發(fā)動機、ISG電機轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的關(guān)系，通過計算得到發(fā)動機和ISG電機同時工作時所能提供的最大扭矩，做出這些曲線的包絡(luò)線就可以得到車輛全加速時驅(qū)動扭矩需求曲線，隨即確定部分加速踏板行程所對應(yīng)的驅(qū)動扭矩需求曲線；根據(jù)得到的變速器輸出端需求扭矩，結(jié)合變速器速比就可得到行車過程中變速器輸入端需求扭矩。
[0026]本發(fā)明的的有益效果是，在對以動力耦合裝置行星排的重度混合動力系統(tǒng)的驅(qū)動模式切換過程的理論分析基礎(chǔ)上，設(shè)計出了可行有效的控制策略，減少了模式切換過程中的扭矩波動，提高了動力傳遞的動力性及平穩(wěn)性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1為本發(fā)明重度混合動力系統(tǒng)示意圖；[0028]圖2為蓄電池SOC分區(qū)圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步說明。
[0030]參見圖1所示的一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)，包括車輛系統(tǒng)控制器，與車輛系統(tǒng)控制器連接的發(fā)動機控制器、離合器控制器、電機控制器、AMT控制器和蓄電池控制器；發(fā)動機控制器與發(fā)動機I連接，離合器控制器與濕式多片離合器3連接，電機控制器與ISG電機5連接，AMT控制器與變速器8連接，蓄電池控制器與蓄電池7連接，蓄電池7通過逆變器6與ISG電機5連接，各子系統(tǒng)控制器與車輛系統(tǒng)控制器進行通信；所述發(fā)動機I輸出端經(jīng)過單向離合器2、濕式多片離合器3和ISG電機5與動力耦合裝置行星排4的齒圈連接，動力耦合裝置行星排4的太陽輪與ISG電機5的轉(zhuǎn)子連接，動力通過行星排4的行星架與變速器8的輸入端連接，變速器8的輸出端與主減速器9連接，主減速器9將動力傳至車輪10。
[0031]本發(fā)明所述的一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)的控制方法，其步驟如下:
[0032]為了準確制定出針對不同模式切換的扭矩協(xié)調(diào)控制策略，第一步，分析不同工作模式下系統(tǒng)各個關(guān)鍵部件的運行狀態(tài)及其參數(shù)變化；
[0033]I)純電動工況:發(fā)動機未啟動時，ISG電機5正向驅(qū)動動力耦合裝置行星排4的太陽輪；由于車輛阻力作用于動力耦合裝置行星排4的行星架上，導致動力耦合裝置行星排4的齒圈具有反轉(zhuǎn)的趨勢，濕式多片離合器3分離，發(fā)動機I不工作，ISG電機5輸出扭矩，并經(jīng)動力耦合裝置行星排4的太陽輪傳至行星架，此時，動力傳動裝置(即變速器8和主減速器9)將ISG電機5的驅(qū)動扭矩放大，驅(qū)動車輛起步和低速行駛，在達到一定車速后引入發(fā)動機動力；
[0034]2)發(fā)動機單獨驅(qū)動:在發(fā)動機I單獨驅(qū)動工況中，濕式多片離合器3耦合，ISG電機5空轉(zhuǎn)，發(fā)動機I輸出的扭矩經(jīng)過動力耦合裝置行星排4的齒圈至行星架輸出至變速器8的輸入端；
[0035]3)混合驅(qū)動:
[0036]a.當出現(xiàn)大負載低速運行工況時，濕式多片離合器3耦合，ISG電機5輸出扭矩，此時，動力耦合裝置行星排4鎖死，傳動比為1，ISG電機5和發(fā)動機I的扭矩耦合后輸入到變速器8 ；
[0037]b.當出現(xiàn)高速小負載運行工況時，濕式多片離合器3分離，動力傳動裝置可實現(xiàn)動力合成，ISG電機5和發(fā)動機I扭矩耦合后輸入到變速器8 ；
[0038]4)制動能量回收:
[0039]a.濕式多片離合器分離再生發(fā)電:并聯(lián)驅(qū)動過程中，踩制動，濕式多片離合器3分離，ISG電機5輸出負扭矩對整車進行制動；
[0040]b.并聯(lián)制動再生發(fā)電:當只依靠ISG電機5的負力矩已不能滿足整車制動需求時，濕式多片離合器3耦合，利用發(fā)動機I的倒拖力矩來對整車進行制動；
[0041]c.怠速電制動:當整車已經(jīng)處于怠速，ISG電機5已經(jīng)能提供足夠的制動扭矩時，濕式多片離合器3分離，ISG電機5輸出負扭矩對整車進行制動；[0042]5)行車起動發(fā)動機:在行車過程中，需要發(fā)動機I工作時，濕式多片離合器3耦合，ISG電機5電機輸出扭矩經(jīng)過動力耦合裝置行星排4的太陽輪進行分配，一部分扭矩用于驅(qū)動車輛，另一部分用于短時起動發(fā)動機；
[0043]6)怠速充電:由于蓄電池7的電量過低，發(fā)動機怠速，通過ISG電機5給電池充電；
[0044]各個工作模式狀態(tài)總結(jié)如下表所示:
[0045]
【權(quán)利要求】
1.一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)，包括車輛系統(tǒng)控制器，其特征是:車輛系統(tǒng)控制器與發(fā)動機控制器、離合器控制器、電機控制器、AMT控制器和蓄電池控制器連接；發(fā)動機控制器與發(fā)動機(I)連接，離合器控制器與濕式多片離合器(3)連接，電機控制器與I SG電機(5 )連接，AMT控制器與變速器(8 )連接，蓄電池控制器與蓄電池(7 )連接，蓄電池(7)通過逆變器(6)與ISG電機(5)連接，各子系統(tǒng)控制器與車輛系統(tǒng)控制器進行通信；所述發(fā)動機(I)輸出端經(jīng)過單向離合器(2)、濕式多片離合器(3)和ISG電機(5)與動力耦合裝置行星排(4)的齒圈連接，動力耦合裝置行星排(4)的太陽輪與ISG電機(5)的轉(zhuǎn)子連接，動力通過行星排(4)的行星架與變速器(8)的輸入端連接，變速器(8)的輸出端與主減速器(9 )連接，主減速器(9 )將動力傳至車輪(10 )。
2.如權(quán)利要求1所述的一種重度混合動力汽車能量管理控制系統(tǒng)的控制方法，其步驟如下: 第一步，分析不同工作模式下系統(tǒng)各個關(guān)鍵部件的運行狀態(tài)及其參數(shù)變化； 1)純電動工況:發(fā)動機未啟動時，ISG電機(5)正向驅(qū)動動力耦合裝置行星排(4)的太陽輪；由于車輛阻力作用于動力耦合裝置行星排(4)的行星架上，導致動力耦合裝置行星排(4)的齒圈具有反轉(zhuǎn)的趨勢，濕式多片離合器(3)分離，發(fā)動機(I)不工作，ISG電機(5)輸出扭矩，并經(jīng)動力耦合裝置行星排(4)的太陽輪傳至行星架，此時，動力傳動裝置將ISG電機(5)的驅(qū)動扭矩放大，驅(qū)動車輛起步和低速行駛，在達到一定車速后引入發(fā)動機動力； 2)發(fā)動機單獨驅(qū)動:在發(fā)動機(I)單獨驅(qū)動工況中，濕式多片離合器(3)耦合，ISG電機(5)空轉(zhuǎn)，發(fā)動機(I)輸出的扭矩經(jīng)過動力耦合裝置行星排(4)的齒圈至行星架輸出至變速器(8)的輸入端； 3)混合驅(qū)動: a.當出現(xiàn)大負載低速運行工況時，濕式多片離合器(3)耦合，ISG電機(5)輸出扭矩，此時，動力耦合裝置行星排(4)鎖死`，傳動比為1，ISG電機(5)和發(fā)動機(I)的扭矩耦合后輸入到變速器(8); b.當出現(xiàn)高速小負載運行工況時，濕式多片離合器(3)分離，動力傳動裝置可實現(xiàn)動力合成，ISG電機(5)和發(fā)動機(I)扭矩稱合后輸入到變速器(8)； 4)制動能量回收: a.濕式多片離合器分離再生發(fā)電:并聯(lián)驅(qū)動過程中，踩制動，濕式多片離合器(3)分離，ISG電機(5)輸出負扭矩對整車進行制動； b.并聯(lián)制動再生發(fā)電:當只依靠ISG電機(5)的負力矩已不能滿足整車制動需求時，濕式多片離合器(3)耦合，利用發(fā)動機(I)的倒拖力矩來對整車進行制動； c.怠速電制動:當整車已經(jīng)處于怠速，ISG電機(5)已經(jīng)能提供足夠的制動扭矩時，濕式多片離合器(3)分離，ISG電機(5)輸出負扭矩對整車進行制動； 5)行車起動發(fā)動機:在行車過程中，需要發(fā)動機(I)工作時，濕式多片離合器(3)耦合，ISG電機(5)電機輸出扭矩經(jīng)過動力耦合裝置行星排(4)的太陽輪進行分配，一部分扭矩用于驅(qū)動車輛，另一部分用于短時起動發(fā)動機； 6)怠速充電:由于蓄電池(7)的電量過低，發(fā)動機怠速，通過ISG電機(5)給電池充電； 第二步，確定扭矩管理策略； 扭矩管理策略模型包括模式切換扭矩預(yù)分配、模式切換條件確定以及動力源目標扭矩確定，其中扭矩預(yù)分配策略包括駕駛員扭矩識別和電池充電扭矩識別； 將駕駛員施加對車輪上的力的需求轉(zhuǎn)換為對變速器(8)輸出端的扭矩需求，在考慮了變速器速比對車速的影響之后，得到不同擋位、不同車速下的發(fā)動機(1)、ISG電機(5)轉(zhuǎn)速相對應(yīng)的關(guān)系，通過計算得到發(fā)動機和ISG電機同時工作時所能提供的最大扭矩，做出這些曲線的包絡(luò)線就可以得到車輛全加速時驅(qū)動扭矩需求曲線，隨即確定部分加速踏板行程所對應(yīng)的驅(qū)動扭矩需求曲線；根據(jù)得到的變速器輸出端需求扭矩，結(jié)合變速器速比就可得到行車過程中變速器輸入端需求扭`矩。
【文檔編號】B60W10/02GK103863323SQ201210531554
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】段志輝, 翟鈞, 劉小俊, 嚴欽山, 朱華榮, 周波, 陳平 申請人:重慶長安汽車股份有限公司, 重慶長安新能源汽車有限公司