混合動力綜合控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種混合動力綜合控制系統(tǒng)，屬于混合動力技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]節(jié)能、環(huán)保與安全是當今汽車發(fā)展的三大主題。近十多年來，人們在積極探索新型節(jié)能環(huán)保汽車的研宄與開發(fā)，純電動汽車(EV)、混合動力汽車(HEV)和燃料電池汽車(FCEV)成為研宄的熱點。由于電池技術(shù)的限制，純電動汽車續(xù)駛里程短，在價格和使用性能方面短時間內(nèi)都難滿足人們的要求；燃料電池電動汽車前景雖好，但還存在技術(shù)和成本問題。所以，以成熟技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)的油電混合動力汽車得到日益廣泛的研宄與應用。
[0003]混合動力包括串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)等多種結(jié)構(gòu)型式，通過控制技術(shù)使發(fā)動機和電機協(xié)同工作，各自工作在最佳效率狀態(tài)，從而改善純內(nèi)燃機驅(qū)動的效率低、污染重等問題?？刂撇呗允菍崿F(xiàn)混合動力系統(tǒng)性能的關(guān)鍵，其性能的優(yōu)劣直接影響著車輛的動力性和燃油經(jīng)濟性等重要性能。國內(nèi)外眾多研宄者針對混合動力系統(tǒng)控制策略開展了廣泛與深入的研宄，一些著名的汽車企業(yè)，如豐田、本田、福特、通用等已經(jīng)開發(fā)出用于批量生產(chǎn)車型的混合動力控制系統(tǒng)。國內(nèi)清華大學、吉林大學、同濟大學、上海交通大學、重慶大學等著名高校與汽車生產(chǎn)企業(yè)合作，研宄了多種混合動力系統(tǒng)控制策略，有的已經(jīng)開發(fā)出控制器并在進行實車試驗。這些控制策略主要針對輕型乘用車輛，以燃油經(jīng)濟性為主要目標進行模式切換與能量分配控制，電池工作主要為燃油經(jīng)濟性目標服務，電池荷電狀態(tài)(SOC)可能發(fā)生較大的變化。大驅(qū)動功率需求的重型車輛，對于加速與爬坡有其特殊的轉(zhuǎn)矩要求，電池需要經(jīng)常保持較高的SOC以便電動機進行助力，這些策略一般難以滿足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種混合動力綜合控制系統(tǒng)，其軟硬件滿足混合動力系統(tǒng)信號處理與控制決策的要求，其控制軟件以保持電池SOC在較高水平為出發(fā)點進行能量管理與分配，使電池具有較高的功率與能量裕度，從而使電動機可以較大的功率和較長的時間在急加速等大驅(qū)動功率需求工況對發(fā)動機進行助力，實現(xiàn)重型車輛更高的動力性指標。提出的控制策略在滿足燃油經(jīng)濟性和車輛驅(qū)動等基本要求的前提下，實現(xiàn)了混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)能量管理功能與預期的電池SOC保持目標。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下。
[0006]一種混合動力綜合控制系統(tǒng)，其功能包括模擬信號、車速脈沖信號、開關(guān)信號采集與處理，控制軟件存儲與運行，系統(tǒng)換擋與模式切換操作元件液壓電磁閥驅(qū)動，與系統(tǒng)其它E⑶的CAN總線通訊，以及與上位機通訊等；在驅(qū)動功率流優(yōu)化管理基礎(chǔ)上，盡量將電池SOC保持在較高水平，提高車輛動力性能并滿足其它系統(tǒng)大功率用電需求。能量管理策略的實現(xiàn)方式為，采用C語言編制的算法程序嵌入混合動力系統(tǒng)綜合控制器ECU中；ECU軟件主要包括:系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊，上電過程控制模塊，信息讀入與處理模塊，在線故障診斷模塊，故障處理模塊，參考車速計算模塊，冷卻風扇電機控制模塊，控制決策模塊，控制指令輸出模塊等；在控制決策模塊中包含了基于SOC保持的能量管理策略。
[0007]基于電池SOC保持的能量管理策略具體內(nèi)容如下:
[0008]I)驅(qū)動需求功率計算
[0009]實際駕駛車輛時，車輛的驅(qū)動功率需求完全由駕駛員踩下加速踏板的程度、SP加速踏板行程值決定。為了避免混合動力系統(tǒng)對加速踏板行程的功率響應過于敏感，本發(fā)明采用“拋物線模型”描述需求功率與踏板行程的關(guān)系，拋物線模型表達式為
[0010]Pn=Ax2 (I)
[0011]其中，Pn為需求功率;A為混合動力系統(tǒng)額定功率，其值由設(shè)計的車輛牽引特性決定為加速踏板行程，以占總行程的百分比表示。
[0012]根據(jù)驅(qū)動需求功率和當前車速可計算出需求轉(zhuǎn)矩，即
[0013]Tn= PN/(v/r) (2)
[0014]其中，1為驅(qū)動需求轉(zhuǎn)矩；v為當前車速；r為驅(qū)動輪滾動半徑。
[0015]2)電池需求功率計算
[0016]設(shè)電池SOC保持的目標值為SOCtl。電池功率計算方法為:
[0017]①當SOC值低于SOCtl時，電池采用恒流充電模式，充電電流目標值I 0.6C(C為電池容量)。所以電池目標充電功率為
[0018]Pb — _U OI charge/ charge ⑶
[0019]其中，PbS電池需求功率為系統(tǒng)直流母線電壓；η 為電池充電效率。
[0020]由于混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)各部件功率相互影響，電池功率受發(fā)動機、發(fā)電機和電動機等功率的多重制約，所以實際充電功率不會和目標值完全吻合，在動態(tài)調(diào)節(jié)過程中偏差會相對較大。
[0021]②當SOC不低于SOCtl時，電池電量保持。電池需求功率Pb= O。
[0022]③當車輛急加速或爬坡時，如果發(fā)動機不能單獨滿足車輛驅(qū)動需求時，電池放電。放電功率為驅(qū)動需求功率與發(fā)動機可提供功率的差值，同時滿足電池額定功率和峰值功率工作制的限制。即
[0023]Pb — (P N_Pe_f) / discharge ⑷
[0024]其中，Pe f為發(fā)動機可提供的功率；n disdmge為電池放電效率。
[0025]3)發(fā)動機工作點確定
[0026]發(fā)動機功率根據(jù)驅(qū)動需求功率和電池需求功率計算，即
[0027]Pe= PN+PB (5)
[0028]當車輛處于急加速或爬坡工況，且驅(qū)動需求功率大于發(fā)動機可提供的最大功率時，發(fā)動機以可提供的最大功率工作，其它驅(qū)動需求功率由電池功率補充。
[0029]發(fā)動機工作點根據(jù)發(fā)動機最優(yōu)工作曲線進行查表得到，即得到特定的發(fā)動機功率對應的發(fā)動機轉(zhuǎn)速I與轉(zhuǎn)矩T eo發(fā)動機最優(yōu)工作曲線根據(jù)發(fā)動機萬有特性中的最低燃油消耗區(qū)域確定。
[0030]4)發(fā)電機工作點確定
[0031]在混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)電機是發(fā)動機的負載之一，根據(jù)功率耦合裝置的約束關(guān)系，發(fā)電機轉(zhuǎn)矩和發(fā)動機轉(zhuǎn)矩滿足固定的比例關(guān)系，所以發(fā)電機目標工作轉(zhuǎn)矩為
[0032]Tg= TeIf n e g/(I+K) (6)
[0033]其中，Tg為發(fā)電機需求轉(zhuǎn)矩；i f為系統(tǒng)前傳動比；n e g為發(fā)動機到發(fā)電機的傳動效率；κ為行星機構(gòu)特性參數(shù)。
[0034]由于發(fā)動機與電動機在某一時刻都有固定的轉(zhuǎn)速值，所以發(fā)電機的工作轉(zhuǎn)速由功率耦合裝置中的行星機構(gòu)轉(zhuǎn)速約束關(guān)系決定。
[0035]5)電動機工作點確定
[0036]電動機工作轉(zhuǎn)矩由驅(qū)動需求轉(zhuǎn)矩和發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩在功率耦合裝置輸出軸處的分量共同決定。即
[0037]Tm — T N/ir/iT/ rI r/ rI T-Te axis (7)
[0038]其中，Tni為電動機需求轉(zhuǎn)矩為后傳動比τ為當前擋位傳動比；n 后傳動效率；η τ為變速器效率；τ e axis為發(fā)動機輸出轉(zhuǎn)矩在輸出軸上的分量。
[0039]Te _與發(fā)動機、發(fā)電機轉(zhuǎn)矩的關(guān)系由功率耦合裝置決定，其值為
[0040]Te axis= T eif Tl e axisK/(l+K) (8)
[0041 ] 電動機和車輪有固定的機械連接，所以其工作轉(zhuǎn)速由當前車速決定。
[0042]該發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明以保持電池SOC在較高水平為出發(fā)點進行能量管理與分配，使電池具有較高的功率與能量裕度，從而使電動機可以較大的功率和較長的時間在急加速等大驅(qū)動功率需求工況對發(fā)動機進行助力，實現(xiàn)重型車輛更高的動力性指標。提出的控制策略在滿足燃油經(jīng)濟性和車輛驅(qū)動等基本要求的前提下，實現(xiàn)了混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)能量管理功能與預期的電池SOC保持目標。
【附圖說明】
[0043]圖1為本發(fā)明實施例中的綜合控制器ECU硬件結(jié)構(gòu)圖。
[0044]圖2為本發(fā)明實施例中綜合控制器E⑶軟件流程圖。
[0045]圖3為本發(fā)明實施例中SOC保持能量管理策略流程圖。
【具體實施方式】
[0046]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進行描述，以便更好的理解本發(fā)明。
[0047]實施例
[0048]本發(fā)明實施例中的混合動力綜合控制系統(tǒng)，其功能包括模擬信號、車速脈沖信號、開關(guān)信號采集與處理，控制軟件存儲與運行，系統(tǒng)換擋與模式切換操作元件液壓電磁閥驅(qū)動，與系統(tǒng)其它ECU的CAN總線通訊，以及與上位機通訊等。硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。
[0049]ECU軟件主要包括系統(tǒng)參數(shù)初始化模塊，上電過程控制模塊，信息讀入與處理模塊，在線故障診斷模塊，故障處理模塊，參考車速計算模塊，冷卻風扇電機控制模塊，控制決策模塊，控制指令輸出模塊等。在控制決策模塊中包含了基于SOC保持的能量管理策略?？刂栖浖绦蚩傮w流程如圖2所示。
[0050]該系統(tǒng)中的混合動力系統(tǒng)基于SOC保持的能量管理策略為，在驅(qū)動功率流優(yōu)化管理基礎(chǔ)上，盡量將電池SOC保持在較高水平，提高車輛動力性能并滿足其它系統(tǒng)大功率用電需求。能量管理策略的實現(xiàn)方式為，采用C語言編制的算法程序嵌入混合動力系統(tǒng)綜合控制器E⑶中。SOC保持能量管理策略流程圖如圖3所示