混合动力能量管理系统及其控制方法技术方案

本申请公开了一种混合动力能量管理系统，所述系统包括：驾驶员扭矩需求模块、需求扭矩处理模块、扭矩管理策略模块、以及动力系统扭矩处理模块。本申请还公开了一种整车控制器、分布式混合动力控制系统以及对应的控制方法。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及混合动力优化的能量管理策略，尤其涉及一种混合动力能量管理系统及其控制方法。
技术介绍
随着环境污染日益加重，汽车排放法规越来越严厉，新能源汽车具有诸多优势，使其成为汽车节能减排有效途径。因此全球对不同形式的新能源汽车已有较为广泛的研究，相对于传统内燃机汽车和纯电动汽车，混合动力汽车既继承了石油燃料发动机高的比能量的长处，弥补了纯电动汽车续驶里程短的不足，又发扬了纯电动汽车作为“绿色汽车”节能和低排放的优点，显著改善了整车燃油经济性能和排放性能。混合动力系统按照动力系统的结构形式可以分为串联，并联和混联三类。在不同的结构形式中，需要根据车辆行驶工况的变化，实现发动机、电机和传动系统的最佳配合，并且使电池运行状态的优化，从而达到整车性能的最佳状态。混合动力汽车能量管理策略的设计是影响混合动力汽车各项性能的关键因素，目前根据不同的混合动力构型，一般采用基于规则的能量管理策略，可以保证整车稳定运行，但是在部分工况中，混合动力系统并不是在优化的状态下运行，影响整车性能。在公开号为CN102785575A、名称为“基于在线优化逻辑门限值的公交车能量管理方法及装置”的现有技术中，提供一种基于在线优化逻辑门限值的公交车能量管理方法。在混合动力公交客车的运行过程中，可以根据不同逻辑门限值参数在相同工况下的不同油耗值，使逻辑门限值参数朝着降低油耗的方向进化，最终达到在任一特定工况下油耗最低的目的。该方法的缺点是：该混合动力能量管理策略采用种群管理的优化算法优化逻辑门限的参数，优化的结果与种群的数量和初始值相关性很大，并且计算量较大，对微处理器的硬件要求较高，适合理论策略的开发，很难在实际产品中应用。在公开号为CN103112450A、名称为“一种插电式并联混合动力汽车的实时优化控制方法”的现有技术中，提供了一种插电式并联混合动力汽车的实时优化控制方法。该方法从全局优化的角度，考虑用户出行里程的长短，利用庞氏原理，通过对动力系统优化控制，使得车辆按照指定工况运行，达到减小整车燃油消耗的目的。但是，该方法存在如下问题：该方法采用全局优化的思想，因此对于车辆的行驶路线部分已知的情况下运行，对于车辆出行线路部分已知的公交车等比较适用，而对于行驶线路自由的乘用车不是很实用。在公开号为CN202703576U、名称为“一种混合动力车辆能量管理系统”的现有技术中，提出采用单轴并联的混合动力结构的混合动力系统。整车控制单元HCU通过GPRS模块与远端服务器通信，并提供一种远程工况数据采集与分析及参数标定功能，克服现有技术中混合动力车辆能量管理策略系统无法适应车辆实际工况动态变化不足的缺点，提高整车的燃油经济性和排放性能。但，由于整车控制对实时性要求较高，而GPRS无线通信实时性较慢，会影响整车的整体性能。另外，该能量管理方法主要应用于固定行驶线路的车辆，而对于行驶线路自由的乘用车不是很实用，且产业化的可能性较小。有鉴于此，需要一种改进的混合动力汽车系统控制方法。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种混合动力能量管理系统，所述系统包括：驾驶员扭矩需求模块，所述驾驶员扭矩需求模块配置成获取驾驶员操作信息并计算驾驶员需求的驱动轴扭矩；需求扭矩处理模块，所述需求扭矩处理模块配置成消除底盘系统对所述驱动轴扭矩的干扰，并基于所述驱动轴扭矩确定曲轴扭矩；扭矩管理策略模块，所述扭矩管理策略模块配置成确定整车优化性能目标的代价函数，并基于所述代价函数来确定发动机需求扭矩和电机需求扭矩的分配；以及动力系统扭矩处理模块，所述动力系统扭矩处理模块配置成根据发动机和电机扭矩输出能力对所述发动机需求扭矩和电机需求扭矩进行限制，并将最终确定的发动机扭矩和电机扭矩分别发送给发动机和电机。在上述系统中，所述驾驶员操作信息包括加速踏板和制动踏板信息。在上述系统中，所述需求扭矩处理模块配置成将所述驱动轴扭矩通过变速箱速比来计算所述曲轴扭矩，并协调所述驱动轴扭矩与所述曲轴扭矩。在上述系统中，所述代价函数至少基于下列因素中的一个或多个来进行确定：平衡燃油经济性能、排放性能以及整车振动和噪声。在上述系统中，所述电机扭矩和所述发动机扭矩之间满足如下公式：电机扭矩=(曲轴扭矩-发动机扭矩)/传动比。在上述系统中，所述扭矩管理策略模块配置成按顺序执行如下步骤：（1）比较所述曲轴扭矩与发动机最小维持扭矩，如果所述曲轴扭矩小于所述发动机最小维持扭矩，则将发动机需求扭矩设定为等于所述发动机最小维持扭矩；否则，执行步骤（2）；（2）计算滑行最小扭矩并比较所述曲轴扭矩与所述滑行最小扭矩，其中所述滑行最小扭矩等于发动机最小运行扭矩与实际滑行扭矩的最大值；如果所述曲轴扭矩小于所述滑行最小扭矩，则将所述发动机需求扭矩设定为等于所述发动机最小运行扭矩，并将电机需求扭矩设定为所述曲轴扭矩与所述发动机需求扭矩之差；否则，执行步骤（3）；（3）比较所述曲轴扭矩与发动机最大扭矩，如果所述曲轴扭矩大于所述发动机最大扭矩，则将所述发动机需求扭矩设定为等于所述发动机最大扭矩，并将所述电机需求扭矩设定为所述曲轴扭矩与所述发动机需求扭矩之差；否则，执行步骤（4）；（4）判断当前系统是否处于制动能量回收模式；如果是，则将所述发动机需求扭矩设定为等于电机制动扭矩并将所述电机需求扭矩设定为所述曲轴扭矩与所述发动机需求扭矩之差；否则，执行步骤（5）；以及（5）基于所述代价函数来确定发动机需求扭矩和电机需求扭矩的分配。在上述系统中，所述扭矩管理策略模块还配置成将所述发动机需求扭矩限制在发动机最大扭矩与发动机最小扭矩之间，并将所述电机需求扭矩限制在电机最大扭矩与电机最小扭矩之间。在上述系统中，所述扭矩管理策略模块还配置成对经过限制的电机需求扭矩进行滤波处理。在上述系统中，所述动力系统扭矩处理模块配置成按顺序执行如下步骤：（1）确定曲轴快速需求扭矩是否使能；如果使能，则将所述曲轴快速需求扭矩赋值给电机快速需求扭矩，并将所述电机快速需求扭矩限制在电机最小扭矩与电机最大扭矩之间，然后使得最终确定的电机扭矩等于经过限制的该电机快速需求扭矩的值；如果否，则执行步骤（2）；以及（2）如果没有使能，则将最终确定的电机扭矩设定为等于所述电机需求扭矩，同时将发动机快速需求扭矩设定为无效。根据本申请的另一方面，还提供了一种整车控制器，包括如上所述的混合动力能量管理系统。根据本申请的另一方面，还提供了一种分布式混合动力控制系统，包括发动机管理系统、电机控制器以及如上所述的整车控制器。根据本申请的又一方面，提供了一种混合动力汽车的控制方法，所述方法包括如下四个步骤：获取驾驶员操作信息并计算驾驶员需求的驱动轴扭矩；消除底盘系统对所述驱动轴扭矩的干扰，并基于所述驱动轴扭矩确定曲轴扭矩；确定整车优化性能目标的代价函数，并基于所述代价函数来确定发动机需求扭矩和电机需求扭矩的分配；以及根据发动机和电机扭矩输出能力对所述发动机需求扭矩和电机需求扭矩进行限制，并将最终确定的发动机扭矩和电机扭矩分别发送给发动机和电机。附图说明在参照附图阅读了本申请的具体实施方式以后，本领域技术人员将会更清楚地了解本申请的各个方面。本领域技术人员应当理解的是：这些附图仅仅用于配合具体实施方式说明本申请的技术方案，而并非意在对本申请的保护范围构成限制。图1是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种混合动力能量管理系统，所述系统包括：驾驶员扭矩需求模块，所述驾驶员扭矩需求模块配置成获取驾驶员操作信息并计算驾驶员需求的驱动轴扭矩；需求扭矩处理模块，所述需求扭矩处理模块配置成消除底盘系统对所述驱动轴扭矩的干扰，并基于所述驱动轴扭矩确定曲轴扭矩；扭矩管理策略模块，所述扭矩管理策略模块配置成确定整车优化性能目标的代价函数，并基于所述代价函数来确定发动机需求扭矩和电机需求扭矩的分配；以及动力系统扭矩处理模块，所述动力系统扭矩处理模块配置成根据发动机和电机扭矩输出能力对所述发动机需求扭矩和电机需求扭矩进行限制，并将最终确定的发动机扭矩和电机扭矩分别发送给发动机和电机。

【技术特征摘要】
1.一种混合动力能量管理系统，所述系统包括：驾驶员扭矩需求模块，所述驾驶员扭矩需求模块配置成获取驾驶员操作信息并计算驾驶员需求的驱动轴扭矩；需求扭矩处理模块，所述需求扭矩处理模块配置成消除底盘系统对所述驱动轴扭矩的干扰，并基于所述驱动轴扭矩确定曲轴扭矩；扭矩管理策略模块，所述扭矩管理策略模块配置成确定整车优化性能目标的代价函数，并基于所述代价函数来确定发动机需求扭矩和电机需求扭矩的分配；以及动力系统扭矩处理模块，所述动力系统扭矩处理模块配置成根据发动机和电机扭矩输出能力对所述发动机需求扭矩和电机需求扭矩进行限制，并将最终确定的发动机扭矩和电机扭矩分别发送给发动机和电机。2.如权利要求1所述的系统，其中，所述驾驶员操作信息包括加速踏板和制动踏板信息。3.如权利要求1所述的系统，其中，所述需求扭矩处理模块配置成将所述驱动轴扭矩通过变速箱速比来计算所述曲轴扭矩，并协调所述驱动轴扭矩与所述曲轴扭矩。4.如权利要求1所述的系统，其中，所述代价函数至少基于下列因素中的一个或多个来进行确定：平衡燃油经济性能、排放性能以及整车振动和噪声。5.如权利要求1所述的系统，其中，所述电机扭矩和所述发动机扭矩之间满足如下公式：电机扭矩=(曲轴扭矩-发动机扭矩)/传动比。6.如权利要求1所述的系统，其中，所述扭矩管理策略模块配置成按顺序执行如下步骤：（1）比较所述曲轴扭矩与发动机最小维持扭矩，如果所述曲轴扭矩小于所述发动机最小维持扭矩，则将发动机需求扭矩设定为等于所述发动机最小维持扭矩；否则，执行步骤（2）；（2）计算滑行最小扭矩并比较所述曲轴扭矩与所述滑行最小扭矩，其中所述滑行最小扭矩等于发动机最小运行扭矩与实际滑行扭矩的最大值；如果所述曲轴扭矩小于所述滑行最小扭矩，则将所述发动机需求扭矩设定为等于所述发动机最小运行扭矩，并将电机需求扭矩设定为所述曲轴扭矩与所述发动机需求扭矩之差；否则，执行步骤（3）；（3）比较所述曲轴扭矩与发动机最大扭矩，如果所述曲轴扭矩大于所述发动机最大扭矩，则将所述发动机需求扭矩设定为等于所述发动机最大扭矩，并将所述电机需求扭矩设定为所述曲轴扭矩与所述发动机需求扭矩之差；否则，执行步骤（4）；（4）判断当前系统是否处于制动能量回收模式；如果是，则将所述发动机需求扭矩设定为等于电机制动扭矩并将所述电机需求扭矩设定为所述曲轴扭矩与所述发动机需求扭矩之差；否则，执行步骤（5）；以及（5）基于所述代价函数来确定发动机需求扭矩和电机需求扭矩的分配。7.如权利要求6所述的系统，其中，所述扭矩管理策略模块还配置成将所述发动机需求扭矩限制在发动机最大扭矩与发动机最小扭矩之间，并将所述电机需求扭矩限制在电机最大扭矩与电机最小扭矩之间。8.如权利要求7所述的系统，其中，所述扭矩管理策略模块还配置成对经过限制的电机需求扭矩进行滤波处理。9.如权利要求1或6所述的系统，其中，所述动力系统扭矩处理模块配置成按顺序执行如下步骤：（1）确定曲轴快速需求扭矩是否使能；如果使能，则将所述曲轴快速需求扭矩赋值给电机快速需求扭矩，并将所述电机快速需求扭矩限制在电机最小扭矩与电机最大扭矩之间，然后使得最终确定的电机扭矩等于经过限制的该电机快速需求扭矩的值；如果否，则执行步骤（2）；以及（2）如果没有使能，则将最终确定的电机扭矩设定为等于所述电机需求扭矩，同时将发动机快速需求扭矩设定为无效。10.一种整车控制器，包括如权利要求1至9中任一项所述的混合动力能...

【专利技术属性】
技术研发人员：倪成群，丁圣彦，陆健翔，黄文卿，
申请(专利权)人：上汽通用汽车有限公司，泛亚汽车技术中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31