本发明公开了一种混合动力汽车控制方法，包括以下步骤：根据混合动力汽车传动部件布置形式进行工作模式划分；确定各工作模式的效率计算公式；根据需求扭矩Tr的大小和蓄电池荷电状态SOC值范围确定可能的工作模式，分别计算出不同工作模式下的系统效率，通过比较不同工作模式下混合动力系统的效率，得出最高效率下对应的发动机转矩和电动机转矩的分配情况。本发明在满足需求转矩过程中，基于系统效率最优的混合动力汽车控制方法，使传动部件运行在各自的高效率区，从而使整个传动系统的总体效率最高，这样就减少了系统的功率损失，降低了整车的燃油消耗和排放，也在一定程度上保障了润滑条件和传动部件的使用寿命。
1.一种混合动力汽车控制方法，所述的混合动力汽车是发动机（1）和电动机（8）并联的混合动力汽车，其特征在于：其控制方法包括以下步骤： A、工作模式划分
根据并联混合动力汽车传动部件布置形式，将该车的工作模式划分为五种模式，分别是：纯电动机（8）模式；纯发动机（1）模式；发动机（1）、电动机（8）联合驱动模式；发动机（1）驱动、电动机（8）发电模式；怠速/停车模式； B、确定各工作模式的效率计算公式
在各工作模式中，由于每个传动部件的效率随着路况及使用条件的不同而不同，这就决定了不同工作模式下的传动系统效率计算公式不同；不同模式下混合动力传动系统总体效率具体计算如下： B1、纯电动机（8）模式下的效率计算公式为：
B3、发动机（1）、电动机（8）联合驱动模式下的效率计算公式为： （5）
B4、发动机（1）驱动、电动机（8）发电模式下的效率计算公式为： （12）
式中，Pw为驱动轮功率，单位kW；Pr为需求功率，单位kW；Pb为蓄电池（9）放电功率，单位kW；P′b为发动机（1）驱动、电动机（8）发电时蓄电池（9）充电功率，单位kW；P″b为怠速/停车模式时蓄电池（9）充电功率，单位kW；Pm为电动机（8）驱动功率，单位kW；P′m为电动机（8）发电功率，单位kW'；P油为燃油箱功率，单位kW；ηt为传动系的效率，取平均值，为常数；η′t为发动机（1）到电动机（8）的传动效率，取平均值，为常数；ηe为发动机（1）的效率；ηm为电动机（8）的效率；ηdis为蓄电池（9）放电效率；ηchg为蓄电池(9)充电效率；k为发动机(1)驱动，电动机(8)发电时发动机(1)分配到电动机(8)的分配比;ic为扭矩合成器传动比，为常数；Ie为发动机（1）转矩，单位N·m；Te-min为发动机（1）高效区最小转矩，单位N·m；Te-max为发动机（1）高效区的最大转矩，单位N·m；Tm为电动机（8）驱动时的转矩，单位N·m；Tm-max为电动机（8）的最大驱动转矩，单位N·m；T′m为电动机（8）发电时的转矩，单位N·m；T′m-max为电动机（8）的最大发电转矩，单位N·m；Tr为需求转矩，单位N·m；ne为发动机（1）的转速，单位r/min；nm为电动机（8）的转速，单位r/min；η′m为电动机处于发电状态时的效率； C、转矩分配
根据需求扭矩Tr的大小和蓄电池（9）荷电状态SOC值范围确定可能的工 作模式，分别计算出不同工作模式下的系统效率，通过比较不同工作模式下混合动力系统的效率，得出最高效率下对应的发动机（1）转矩和电动机（8）转矩的分配情况；这里可以看作是一个数学优化问题，通过需求扭矩和蓄电池（9）SOC值范围确定可能的工作区域，这些可能的工作区域就位于若干个工作模式下的约束范围内，目标函数为不同工作模式下传动系统效率计算公式，通过线性约束优化方法获得目标函数最优值，从而得到最优效率下对应的发动机（1）和电动机（8）转矩值；因为根据效率MAP图可以得到发动机（1）或电动机（8）每一工作点对应的转矩和转速；在这个过程中，会用到发动机（1）和电动机（8）、蓄电池（9）的效率值；发动机（1）效率的获取是通过查询存储在控制器中的发动机（1）效率MAP图，该效率MAP图是通过实验已经标定好的；有电动机（8）参与工作时，不论驱动或发电，总会有蓄电池（9）放电或充电，可以把电动机（8）和蓄电池（9）的效率看成一个整体，这里命名为电池电动机系统；电池电动机系统效率的获取也是通过查询存储在控制器中的电池电动机系统效率MAP图，该效率MAP图是根据蓄电池（9）、电动机（8）实验数据的拟合函数关系得到；由分配的发动机（1）转矩和电动机（8）转矩大小得到相应的控制命令，控制器根据此控制命令，控制发动机（1）和电动机（8）输出相应的转矩；从而在系统效率最优的情况下满足混合动力汽车需求转矩的要求。
一种混合动力汽车控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种汽车控制技术，特别是一种混合动力汽车控制方法。
背景技术
[0002] 节能与环保是当今汽车工业发展的两大主题。混合动力汽车具有两种车载能量源，一种是具有高能量密度的能量源——发动机，一种是具有高功率密度的能量源——电动机，再和作为能量存储装置的蓄电池组合在一起，它们之间的良好匹配和优化控制，可充分发挥传统汽车和纯电动汽车的优点，避免各自的不足，是当今最具开发实际意义的低排放和低油耗汽车。
[0003] 在现有混合动力汽车控制方法上，往往考虑的是发动机的效率，而对整个传动系统的效率考虑不足，导致了功率损失大，较高的功率损失会使传动装置效率下降，使润滑油过早变质，恶化润滑条件，还会缩短传动部件的使用寿命。由于混合动力系统中发动机、电动机、蓄电池和变速器等的最优效率工作区各不相同，只有使混合动力传动系统工作时的总体效率达到最大，才能使整车功率损失最小，整车的燃油消耗和排放理想，润滑条件和传动部件寿命良好。为了解决上述问题，需要综合考虑混合动力系统各部件效率以使其总体效率达到最优从而降低油耗和排放，确保润滑条件和传动部件寿命。
发明内容
[0004] 为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种使汽车的整个混合动力传动系统总体效率最优、整车功率损失最小的混合动力汽车控制方法。
[0005] 为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种混合动力汽车控制方法，所述的混合动力汽车是发动机和电动机并联的混合动力汽车，其控制方法包括以下步骤：
[0006] A、工作模式划分
[0007] 根据并联混合动力汽车传动部件布置形式，将该车的工作模式划分为五种模式，分别是：纯电动机模式；纯发动机模式；发动机、电动机联合驱动模式；发动机驱动、电动机发电模式；怠速/停车模式；
[0008] B、确定各工作模式的效率计算公式
[0009] 在各工作模式中，由于每个传动部件的效率随着路况及使用条件的不同而不同，这就决定了不同工作模式下的传动系统效率计算公式不同。不同模式下混合动力传动系统总体效率具体计算如下：
[0010] B1、纯电动机模式下的效率计算公式为：
[0011]
[0012] 其限制条件为：
[0013]
[0014] B2、纯发动机模式下的效率计算公式为：
[0015]
[0016] 其限制条件为：
[0017]
[0018] B3、发动机、电动机联合驱动模式下的效率计算公式为：
[0019]
[0020] (Pe+Pm)ηt＝Pr (6)
[0021]
[0022]
[0023] nm＝icne (9)
[0024] 由式(5)、(6)、(7)、(8)、(9)可得，
[0025]
[0026] 其限制条件为：
[0027]
[0028] B4、发动机驱动、电动机发电模式下的效率计算公式为：
[0029]
[0030]
[0031] 由式(12)、(13)可得，
[0032]
[0033] 其限制条件为：
[0034]
[0035] B5、怠速/停车模式下的效率计算公式为：
[0036]
[0037] 其限制条件为：
[0038]
[0039] 式中，Pw为驱动轮功率，单位kW；Pr为需求功率，单位kW；Pb为蓄电池放电功率，单位kW；P′b为发动机驱动、电动机发电时蓄电池充电功率，单位kW；P″b为怠速/停车模式时蓄电池充电功率，单位kW；Pm为电动机驱动功率，单位kW；P′m为电动机发电功率，单位kW；P油为燃油箱功率，单位kW；ηt为传动系的效率，取平均值，为常数；η′t为发动机到电动机的传动效率，取平均值，为常数；ηe为发动机的效率；ηm为电动机的效率；ηdis为蓄电池放电效率；ηchg为蓄电池充电效率；k为发动机驱动，电动机发电时发动机分配到电动机的分配比；ic为扭矩合成器传动比，为常数；Te为发动机转矩，单位N·m；Te-min为发动机高效区最小转矩，单位N·m；Te-max为发动机高效区的最大转矩，单位N·m；Tm为电动机驱动时的转矩，单位N·m；Tm-max为电动机的最大驱动转矩，单位N·m；T′m为电动机发电时的转矩，单位N·m；T′m-max为电动机的最大发电转矩，单位N·m；Tr为需求转矩，单位N·m；ne为发动机的转速，单位r/min；nm为电动机的转速，单位r/min；
[0040] C、转矩分配
[0041] 根据需求扭矩Tr的大小和蓄电池荷电状态SOC值范围确定可能的工作模式，分别计算出不同工作模式下的系统效率，通过比较不同工作模式下混合动力系统的效率，得出最高效率下对应的发动机转矩和电动机转矩的分配情况；这里可以看作是一个数学优化问题，通过需求扭矩和蓄电池SOC值范围确定可能的工作区域，这些可能的工作区域就位于若干个工作模式下的约束范围内，目标函数为不同工作模式下传动系统效率计算公式，通过线性约束优化方法获得目标函数最优值，从而得到最优效率下对应的发动机和电动机转矩值；因为根据效率MAP图可以得到发动机或电动机每一工作点对应的转矩和转速；在这个过程中，会用到发动机和电动机、蓄电池的效率值；发动机效率的获取是通过查询存储在控制器中的发动机效率MAP图，该效率MAP图是通过实验已经标定好的；有电动机参与工作时，不论驱动或发电，总会有蓄电池放电或充电，可以把电动机和蓄电池的效率看成一个整体，这里命名为电池电动机系统；电池电动机系统效率的获取也是通过查询存储在控制器中的电池电动机效率MAP图，该效率MAP图是根据蓄电池、电动机实验数据的拟合函数关系得到；由分配的发动机转矩和电动机转矩大小得到相应的控制命令，控制器根据此控制命令，控制发动机和电动机输出相应的转矩；从而在系统效率最优的情况下满足混合动力汽车需求转矩的要求。
[0042] 本发明的有益效果是：
[0043] 1、本发明在满足需求转矩过程中，基于系统效率最优的混合动力汽车控制方法，使传动部件运行在各自的高效率区，从而使整个传动系统的总体效率最高，这样就减少了系统的功率损失，降低了整车的燃油消耗和排放，也在一定程度上保障了润滑条件和传动部件的使用寿命。
[0044] 2、混合动力汽车的燃油经济性和排放水平主要取决于整车的控制方法，针对在混合动力汽车控制方法上常常考虑发动机的效率，而对整个传动系统总体效率考虑不足的问题，本发明提出了一种基于系统效率最优的控制方法，通过分析传动系统各部件的结构和效率特性，在此基础上确定各部件运行的最优效率区，根据汽车的运行状态控制它们运行在高效率点，使整个混合动力传动系统总体效率最优使整车功率损失最小，从而降低整车的燃油消耗和排放；功率损失减小，散热量减小，在一定程度上确保了润滑条件和传动部件寿命。
附图说明
[0045] 本发明共有附图2张，其中：
[0046] 图1是本发明基于系统效率最优控制方法流程图。
[0047] 图2是本发明双轴并联式混合动力传动系统示意图。
[0048] 图中，1、发动机，2、离合器，3、机械式自动变速器，4、主减速器，5、驱动轮，6、扭矩合成器，7、逆变器，8、电动机，9、蓄电池。
具体实施方式
[0049] 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
[0050] 图2是本发明双轴并联式混合动力传动系统示意图，主要包括：发动机1、离合器2、机械式自动变速器3、主减速器4、驱动轮5、扭矩合成器6、逆变器7、电动机8、蓄电池9。
发动机1通过离合器2与扭矩合成器6的一个输入轴连接，电动机8与扭矩合成器6的另一个输入轴连接，扭矩合成器6的输出轴与机械式自动变速器3连接，然后通过主减速器4连接到驱动轮5，前述连接均为机械连接，蓄电池9通过电线与逆变器7连接，然后再通过电气连接到电动机8上。
[0051] 实施例
[0052] 本发明基于系统效率最优的控制方法流程图如图1所示。它包含工作模式的划分、确定各模式效率计算公式和转矩分配三个部分。
[0053] 首先是工作模式的划分。根据并联混合动力汽车的传动部件布置形式，将该车的工作模式划分为五种模式，分别是：纯电动机8模式；纯发动机1模式；发动机1、电动机8联合驱动模式；发动机1驱动、电动机8发电模式；怠速/停车模式。
[0054] 划分了工作模式之后，由于每个传动部件的效率随着路况及使用情况的不同而不同，这就决定了不同模式下的传动系统总体效率计算公式不同。以双轴并联式混合动力传动系统为例进行说明，如图2所示。不同工作模式下混合动力传动系统效率计算公式如下：
[0055] (a)纯电动机8模式下的效率计算公式为：
[0056] η＝ηdis·ηm·ηt (1)[0057] 其限制条件为：
[0058]
[0059] (b)纯发动机1模式下的效率计算公式为：
[0060] η＝ηe·ηt (3)[0061] 其限制条件为：
[0062]
[0063] (c)发动机1、电动机8联合驱动模式下的效率计算公式为：
[0064]
[0065] 其限制条件为：
[0066]
[0067] (d)发动机1驱动、电动机8发电模式下的效率计算公式为：
[0068]
[0069] 其限制条件为：
[0070]
[0071] (e)怠速/停车模式下的效率计算公式为：
[0072] η＝ηe·η′m·η′t·ηchg (16)[0073] 其限制条件为：
[0074]
[0075] 式中，ηt为传动系的效率，取平均值，为常数；η′t为发动机1到电动机8的传动效率，取平均值，为常数；ηe为发动机1的效率；ηm为电动机8的效率；ηdis为蓄电池9放电效率；ηchg为蓄电池9充电效率；ic为扭矩合成器6传动比，为常数；Te为发动机1转矩，单位N·m；Te-min为发动机1高效区最小转矩，单位N·m；Te-max为发动机1高效区的最大转矩，单位N·m；Tm为电动机8驱动时的转矩，单位N·m；Tm-max为电动机8的最大驱动转矩，单位N·m；T′m为电动机8发电时的转矩，单位N·m；T′m-max为电动机8的最大发电转矩，单位N·m；Tr为需求转矩，单位N·m。
[0076] 接下来，根据需求扭矩Tr的大小和蓄电池9SOC值范围确定发动机1和电动机8转矩分配情况。可以看作是一个数学优化问题，目标函数为各模式下的效率计算公式，约束条件为各模式下的限制条件。
[0077] 当蓄电池9的电量充足，即SOC＞SOCmax时(SOCmax为设定的蓄电池9荷电状态最大值)，可能的工作模式为纯电动机8模式、纯发动机1模式和发动机1、电动机8联合驱动模式，通过查询该区域下发动机1的效率MAP图和电池电动机系统效率MAP图，计算这三种模式在约束区域内的目标函数，由于在MAP图中，任意一个效率点对应着相应的转矩和转速，故可得到最高效率模式下对应的发动机1转矩和电动机8转矩值。
[0078] 当蓄电池9的电量SOCmin＜SOC＜SOCmax时(SOCmin为设定的蓄电池9荷电状态最小值)，五种工作模式都有可能，通过查询该区域下发动机1的效率MAP图和电池电动机系统效率MAP图，计算这五种模式在约束区域内的目标函数，然后比较可得到最高效率模式下对应的发动机1转矩和电动机8转矩值。
[0079] 当蓄电池9的电量不足，即SOC＜SOCmin时，可能的工作模式为纯发动机1模式、发动机1驱动、电动机8发电模式和怠速/停车模式，通过查询该区域下发动机1的效率MAP图和电池电动机系统效率MAP图，计算这三种模式在约束区域内的目标函数，然后比较可得到最高效率模式下对应的发动机1转矩和电动机8转矩值。
[0080] 由分配的发动机1转矩和电动机8转矩大小得到相应的控制命令，控制器根据此控制命令，控制发动机1和电动机8输出相应的转矩。从而在系统效率最优的条件下满足混合动力汽车需求转矩的要求。
[0081] 电池电动机系统效率MAP图的获得：根据蓄电池9和电动机8的特性，蓄电池9的充放电效率是关于电池SOC和充放电电流的函数。在一定的初始SOC值下，充放电电流与电池效率存在函数关系，ηdis/chg＝f(I)，可以通过实验数据进行拟合得到。根据电动机8试验，可以确定在不同转速下转矩和电流的关系：在一定转速下，电动机8转矩和电流存在函数关系，Tm＝g(I)，通过实验数据拟合得到；在一定转速下，电动机8的效率和转矩存在函数关系，ηm＝h(Tm)，通过实验数据拟合得到。电动机8和蓄电池9的整体效率ηbm＝f(I)·h[g(I)]。由此可得到在一定SOC、转速下的最佳效率。同理，可得到不同SOC和转速下的最佳效率图，最终获得基于最优效率的电动机8转矩和转速MAP图。
[0082] 本发明同样适用于单轴并联式混合动力驱动系统，具体控制过程与双轴并联式一致，在此不再赘述。
