一种插电式四驱混合动力汽车分层协调能效控制方法技术

一种插电式四驱混合动力汽车分层协调能效控制方法，涉及一种混合动力汽车的控制方法。为了解决现有混合动力系统的控制方法没有将汽车的能效发挥到最优的问题。本发明专利技术根据汽车的运行情况实时切换动力系统驱动模式，在纯电动驱动模式和两种HEV三动力混合模式下计算电动汽车两台驱动电机的目标总转矩Tt；然后判断矩阵网格Qi，j的4个节点的数值是否为空，若其中任一节点数值为空，采用搜索法搜索转矩优分配系数k，按k将Tt分配给第一驱动电机和第二驱动电机；否则，计算矩阵网格Qi，j的4个节点的数值的平均值k，将k作为对应的转矩优化分配系数，按k将总转矩Tt分配给第一驱动电机和第二驱动电机。本发明专利技术适用于汽车的设计制造领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种混合动力汽车的控制方法。
技术介绍
混合动力汽车(HybridElectricalVehicle,简称HEV)是指同时装备两种动力来源——热动力源(由传统的汽油机或者柴油机产生)与电动力源(电池与电动机)的汽车。通过在混合动力汽车上使用电机，使得动力系统可以按照整车的实际运行工况要求灵活调控，而发动机保持在综合性能最佳的区域内工作，从而降低油耗与排放。混合动力汽车采用能够满足汽车巡航需要的较小发动机，依靠电动机或其它辅助装置提供加速与爬坡所需的附加动力。其结果是提高了总体效率，同时并未牺牲性能。混合动力车设计成可回收制动能量。在传统汽车中，当司机踩制动时，这种本可用来给汽车加速的能量作为热量被白白扔掉了。而混合动力车却能大部分回收这些能量，并将其暂时贮存起来供加速时再用。当司机想要有最大的加速度时，汽油发动机和电动机并联工作，提供可与强大的汽油发动机相当的起步性能。在对加速性要求不太高的场合，混合动力车可以单靠电机行驶，或者单靠汽油发动机行驶，或者二者结合以取得最大的效率。比如在公路上巡航时使用汽油发动机。而在低速行驶时，可以单靠电机拖动，不用汽油发动机辅助。即使在发动机关闭时电动转向助力系统仍可保持操纵功能，提供比传统液压系统更大的效率。目前，混合动力系统的分类：A、根据混合动力驱动的联结方式，混合动力系统主要分为以下三类：一是串联式混合动力系统。串联式混合动力系统一般由内燃机直接带动发电机发电，产生的电能通过控制单元传到电池，再由电池传输给电机转化为动能，最后通过变速机构来驱动汽车。在这种联结方式下，电池就象一个水库，只是调节的对象不是水量，而是电能。电池对在发电机产生的能量和电动机需要的能量之间进行调节，从而保证车辆正常工作。这种动力系统在城市公交上的应用比较多，轿车上很少使用。二是并联式混合动力系统。并联式混合动力系统有两套驱动系统：传统的内燃机系统和电机驱动系统。两个系统既可以同时协调工作，也可以各自单独工作驱动汽车。这种系统适用于多种不同的行驶工况，尤其适用于复杂的路况。该联结方式结构简单，成本低。三是混联式混合动力系统。混联式混合动力系统的特点在于内燃机系统和电机驱动系统各有一套机械变速机构，两套机构或通过齿轮系，或采用行星轮式结构结合在一起，从而综合调节内燃机与电动机之间的转速关系。与并联式混合动力系统相比，混联式动力系统可以更加灵活地根据工况来调节内燃机的功率输出和电机的运转。此联结方式系统复杂，成本高。B、根据在混合动力系统中，电机的输出功率在整个系统输出功率中占的比重，也就是常说的混合度的不同，混合动力系统还可以分为以下四类：一是微混合动力系统。这种混合动力系统在传统内燃机上的启动电机(一般为12V)上加装了皮带驱动启动电机(也就是常说的Belt-alternatorStarterGenerator,简称BSG系统)。该电机为发电启动(Stop-Start)一体式电动机，用来控制发动机的启动和停止，从而取消了发动机的怠速，降低了油耗和排放。从严格意义上来讲，这种微混合动力系统的汽车不属于真正的混合动力汽车，因为它的电机并没有为汽车行驶提供持续的动力。在微混合动力系统里，电机的电压通常有两种：12v和42v。其中42v主要用于柴油混合动力系统。二是轻混合动力系统。该混合动力系统采用了集成启动电机(也就是常说的IntegratedStarterGenerator，简称ISG系统)。与微混合动力系统相比，轻混合动力系统除了能够实现用发电机控制发动机的启动和停止，还能够实现：(1)在减速和制动工况下，对部分能量进行吸收；(2)在行驶过程中，发动机等速运转，发动机产生的能量可以在车轮的驱动需求和发电机的充电需求之间进行调节。轻混合动力系统的混合度一般在20％以下。三是中混合动力系统。该混合动力系统同样采用了ISG系统。与轻度混合动力系统不同，中混合动力系统采用的是高压电机。另外，中混合动力系统还增加了一个功能：在汽车处于加速或者大负荷工况时，电动机能够辅助驱动车轮，从而补充发动机本身动力输出的不足，从而更好的提高整车的性能。这种系统的混合程度较高，可以达到30％左右，目前技术已经成熟，应用广泛。四是完全混合动力系统。该系统采用了272-650v的高压启动电机，混合程度更高。与中混合动力系统相比，完全混合动力系统的混合度可以达到甚至超过50％。技术的发展将使得完全混合动力系统逐渐成为混合动力技术的主要发展方向。以上各种不同的混合方式，都能在一定程度上降低成本和排放。各大汽车厂商在过去的十几年，通过不断的研发投入，试验总结，商业应用，形成了各自的混合动力技术之路，而在市场上的表现也是各具特色。但是，目前现有的混合动力系统和控制方法存在着动力和能耗不能兼顾的特点，尤其是这些混合动力系统和控制方法都没有将汽车的能效发挥到最优。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有混合动力系统的控制方法没有将汽车的能效发挥到最优的问题。一种插电式四驱混合动力汽车分层协调能效控制方法，是基于一种插电式双电机四驱混合动力系统实现的；所述的一种插电式双电机四驱混合动力系统包括发动机，离合器，TCU(TransmissionControlUnit，即自动变速箱控制单元)，充电器，动力电池，逆变器系统，两个驱动电机及两个减速器；所述的两个驱动电机包括：第一驱动电机和第二驱动电机；所述的两个变速器包括：第一变速器和第二变速器；第一驱动电机与第一变速器连驱动前轴，第二驱动电机与第二变速器相连驱动后轴；发动机的输出端与离合器输入端机械连接，离合器输出端与第一变速器输入端机械连接，第一驱动电机输出端与第一变速器输入端机械连接，第一变速器输出端与后轴机械连接；第一驱动电机与发动机能够实现机械耦合；充电器输出端与动力电池输入端电气相连，动力电池输出端与逆变器系统输入端电气连接，逆变器系统输出端分别与第一驱动电机输入端和第二驱动电机输入端电气连接，第二驱动电机输出端与第二变速器输入端机械连接，第二变速器输出端与前轴机械连接；TCU分别与第一变速器和第二变速器，TCU通过信号控制第一变速器和第二变速器。本专利技术的一种插电式四驱混合动力汽车分层协调能效控制方法，包括以下步骤：步骤一、根据插电式双电机四驱混合动力汽车的实时运行情况，实时检测动力电池SOC情况、车速及加速踏板信号，利用实时车速及加速踏板开度计算车辆总需求转矩，根据动力电池实时SOC(充电状态或剩余容量)及车辆总需求转矩，实时切换动力系统驱动模式；所述的动力系统驱动模式包括：两台驱动电机驱动的纯电动驱动模式、发动机和两台驱动电机共同驱动的第一HEV三动力混合模式、发动机和两台驱动电机共同驱动的第二HEV三动力混合模式、发动机单独驱动模式、发动机和第一驱动电机并联前驱模式；当动力系统驱动模式切换为发动机单独驱动模式及并联前驱模式不存在转矩分配，因此不执行步骤二，根据下一时刻的插电式双电机四驱混合动力汽车的运行情况重新检测；当动力系统驱动模式切换为纯电动驱动模式、第一HEV三动力混合模式、第二HEV三动力混合模式执行步骤二；步骤二、结合动力系统驱动模式，实时检测第一驱动电机与第二驱动电机输出目标总转矩Tt；以汽车的速度作为横坐标i，以汽车的两台驱动电机目标总转矩Tt本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种插电式四驱混合动力汽车分层协调能效控制方法，是基于一种插电式双电机四驱混合动力系统实现的，所述系统包括发动机(1)，离合器(2)，TCU(5)，充电器(6)，动力电池(7)，逆变器系统(8)，两个驱动电机及两个减速器；所述的两个驱动电机包括：第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)；所述的两个变速器包括：第一变速器(4)和第二变速器(10)；第一驱动电机(3)与第一变速器(4)相连驱动前轴，第二驱动电机(9)与第二变速器(10)相连驱动后轴；发动机(1)的输出端与离合器(2)输入端机械连接，离合器(2)输出端与第一变速器(4)输入端机械连接，第一驱动电机(3)输出端与第一变速器(4)输入端机械连接，第一变速器(4)输出端与后轴机械连接；第一驱动电机(3)与发动机(1)能够实现机械耦合；充电器(6)输出端与动力电池(7)输入端电气相连，动力电池(7)输出端与逆变器系统(8)输入端电气连接，逆变器系统(8)输出端分别与第一驱动电机(3)输入端和第二驱动电机(9)输入端电气连接，第二驱动电机(9)输出端与第二变速器(10)输入端机械连接，第二变速器(10)输出端与前轴机械连接；TCU(5)分别与第一变速器(4)和第二变速器(10)，TCU(5)通过信号控制第一变速器(4)和第二变速器(10)；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、根据插电式双电机四驱混合动力汽车的实时运行情况，实时检测动力电池(7)SOC情况、车速及加速踏板信号，利用实时车速及加速踏板开度计算车辆总需求转矩，根据动力电池(7)实时SOC及车辆总需求转矩，实时切换动力系统驱动模式；所述的动力系统驱动模式包括：两台驱动电机驱动的纯电动驱动模式、发动机和两台驱动电机共同驱动的第一HEV三动力混合模式、发动机和两台驱动电机共同驱动的第二HEV三动力混合模式、发动机单独驱动模式、发动机和第一驱动电机并联前驱模式；当动力系统驱动模式切换为发动机单独驱动模式及并联前驱模式不存在转矩分配，根据下一时刻的插电式双电机四驱混合动力汽车的运行情况重新检测；当动力系统驱动模式切换为纯电动驱动模式、第一HEV三动力混合模式、第二HEV三动力混合模式执行步骤二；步骤二、结合动力系统驱动模式，实时检测第一驱动电机与第二驱动电机输出目标总转矩Tt；以汽车的速度作为横坐标i，以汽车的两台驱动电机目标总转矩Tt作为纵坐标j，设定最优转矩分配系数矩阵W，W内元素为转矩优化分配系数ki,j；在最优转矩分配系数矩阵W内，4个相邻转矩优化分配系数ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1构成矩阵网格Qi，j；在最优转矩分配系数矩阵W中查找步骤二获得的汽车驱动电机的目标总转矩Tt和汽车的实时速度所对应的矩阵网格Qi，j；判断矩阵网格Qi，j的4个节点ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1的数值是否为空，若ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1中任一节点数值为空，则执行步骤四，否则，执行步骤三；步骤三、计算矩阵网格Qi，j的4个节点ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1的数值的平均值k，将k作为汽车两台驱动电机的目标总转矩Tt和汽车的实时速度所对应的转矩优化分配系数，按数值k将总转矩分配给第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)，控制第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)输出转矩，实现插电式四驱混合动力汽车转矩分配控制；然后返回执行步骤一；步骤四、采用搜索法搜索汽车第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)的目标总转矩Tt和汽车的实时速度所对应的转矩优分配系数k，按k将目标总转矩Tt分配给第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)，控制驱动电机输出目标转矩，并将数值k赋值给矩阵W内的Tt和汽车的实时速度所对应的矩阵网格Qi，j的4个节点ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1，返回执行步骤一。...

【技术特征摘要】
1.一种插电式四驱混合动力汽车分层协调能效控制方法，是基于一种插电式双电机四驱混合动力系统实现的，所述系统包括发动机(1)，离合器(2)，TCU(5)，充电器(6)，动力电池(7)，逆变器系统(8)，两个驱动电机及两个减速器；所述的两个驱动电机包括：第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)；所述的两个变速器包括：第一变速器(4)和第二变速器(10)；第一驱动电机(3)与第一变速器(4)相连驱动前轴，第二驱动电机(9)与第二变速器(10)相连驱动后轴；发动机(1)的输出端与离合器(2)输入端机械连接，离合器(2)输出端与第一变速器(4)输入端机械连接，第一驱动电机(3)输出端与第一变速器(4)输入端机械连接，第一变速器(4)输出端与后轴机械连接；第一驱动电机(3)与发动机(1)能够实现机械耦合；充电器(6)输出端与动力电池(7)输入端电气相连，动力电池(7)输出端与逆变器系统(8)输入端电气连接，逆变器系统(8)输出端分别与第一驱动电机(3)输入端和第二驱动电机(9)输入端电气连接，第二驱动电机(9)输出端与第二变速器(10)输入端机械连接，第二变速器(10)输出端与前轴机械连接；TCU(5)分别与第一变速器(4)和第二变速器(10)，TCU(5)通过信号控制第一变速器(4)和第二变速器(10)；其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一、根据插电式双电机四驱混合动力汽车的实时运行情况，实时检测动力电池(7)SOC情况、车速及加速踏板信号，利用实时车速及加速踏板开度计算车辆总需求转矩，根据动力电池(7)实时SOC及车辆总需求转矩，实时切换动力系统驱动模式；所述的动力系统驱动模式包括：两台驱动电机驱动的纯电动驱动模式、发动机和两台驱动电机共同驱动的第一HEV三动力混合模式、发动机和两台驱动电机共同驱动的第二HEV三动力混合模式、发动机单独驱动模式、发动机和第一驱动电机并联前驱模式；当动力系统驱动模式切换为发动机单独驱动模式及并联前驱模式不存在转矩分配，根据下一时刻的插电式双电机四驱混合动力汽车的运行情况重新检测；当动力系统驱动模式切换为纯电动驱动模式、第一HEV三动力混合模式、第二HEV三动力混合模式执行步骤二；步骤二、结合动力系统驱动模式，实时检测第一驱动电机与第二驱动电机输出目标总转矩Tt；以汽车的速度作为横坐标i，以汽车的两台驱动电机目标总转矩Tt作为纵坐标j，设定最优转矩分配系数矩阵W，W内元素为转矩优化分配系数ki,j；在最优转矩分配系数矩阵W内，4个相邻转矩优化分配系数ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1构成矩阵网格Qi，j；在最优转矩分配系数矩阵W中查找步骤二获得的汽车驱动电机的目标总转矩Tt和汽车的实时速度所对应的矩阵网格Qi，j；判断矩阵网格Qi，j的4个节点ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1的数值是否为空，若ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1中任一节点数值为空，则执行步骤四，否则，执行步骤三；步骤三、计算矩阵网格Qi，j的4个节点ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1的数值的平均值k，将k作为汽车两台驱动电机的目标总转矩Tt和汽车的实时速度所对应的转矩优化分配系数，按数值k将总转矩分配给第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)，控制第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)输出转矩，实现插电式四驱混合动力汽车转矩分配控制；然后返回执行步骤一；步骤四、采用搜索法搜索汽车第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)的目标总转矩Tt和汽车的实时速度所对应的转矩优分配系数k，按k将目标总转矩Tt分配给第一驱动电机(3)和第二驱动电机(9)，控制驱动电机输出目标转矩，并将数值k赋值给矩阵W内的Tt和汽车的实时速度所对应的矩阵网格Qi，j的4个节点ki,j、ki,j+1、ki+1,j、ki+1,j+1，返回执行步骤一。2.根据权利要求1所述的一种插电式四驱混合动力汽车分层协调能效控制方法，其特征在于，步骤一所述的实时切换动力系统驱动模式的过程包括以下步骤：Step1、检测i′时刻动力电池(7)的SOC(i′)，判定SOC(i′)是否小于发动机启动SOC门限值SOC_low，若是，则执行Step2，否则执行Step3；Step2、控制发动机启动，发动机持续工作，判定i′时刻汽车的总需求转矩Ttotal(i′)是否大于当前车速下发动机经济消耗区的上限，若是，则实行Step2A，否则执行Step2B；Step2A、进入第一HEV三动力混合模式，执行Step2A1至Step2A3：Step2A1、计算SOC(i′)时两台驱动电机允许输出最大转矩Temax(i′)及发动机输出最小转矩Ticemin(i′)＝Ttotal(i′)-Temax(i′)；Step2A2，根据节气门开度、换挡策略及油门踏板信号，确定发动机工作范围，Step2A3、按照发动机效率最优控制发动机输出转矩Ticeout1(i′)，将其记为发动机的实际输出转矩Tice(i′)；计算对应情况下两台驱动电机输出总转矩Tt(i′)＝Ttotal(i′)-Tice(i′)；当Tt(i′)<Temax(i′)时，将Tt(i′)分配至第一驱动电机和第二驱动电机；Step2B，判定i′时刻总需求转矩Ttotal(i′)是否大于当前车速下发动机经济消耗区的下限，若是，则执行Step2B1，否则实行Step2B2；Step2B1，进入发动机单驱模式；Step2B2，进入并联前驱模式，执行Step2B2A和Step2B2B：Step2B2A，根据节气门开度、换挡策略及油门踏板信号确定发动机工作范围；Step2B2B，按照发动机的燃油经济性最优输出转矩Ticeout2(i′)，将其记为发动机的实际输出转矩Tice(i′)，将Tice(i′)分配至前轮，将剩余转矩Tice(i′)-Ttotal(i′)经第一驱动电机给动力电池充电；Step3、判定i′时刻总需求转矩Ttotal(i′)是否小于第一驱动电机最大输出转矩与第二驱动电机最大输出转矩之和Tmax_m1(i′)+Tmax_m2(i′)，若是，则执行Step3A，否则实行Step3B；Step3A、...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玖玉，欧阳明高，李建秋，高明明，王佳，卢兰光，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11