專利名稱：混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于混合動(dòng)力汽車能量管理與控制領(lǐng)域，尤其是一種混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，隨著全球環(huán)境和能源問(wèn)題的日益突出，開發(fā)低排放、低油耗的新型汽車成為當(dāng)今汽車工業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。混合動(dòng)力汽車正是為解決能源危機(jī)和汽車排放問(wèn)題開發(fā)的新型清潔能源汽車，它融合純電動(dòng)汽車和傳統(tǒng)燃油汽車優(yōu)點(diǎn)，既具有純電動(dòng)汽車節(jié)能和環(huán)保的特點(diǎn)，改善了整車的燃油經(jīng)濟(jì)性能和排放性能，又繼承了傳統(tǒng)燃油汽車持續(xù)行駛里程長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)今最具應(yīng)用前景的低排放、低能耗汽車，代表了二十一世紀(jì)初汽車發(fā)展的一個(gè)重要方向。混合動(dòng)力汽車是指將發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)合用到同一輛汽車上，其具有兩個(gè)或兩個(gè)以上的能量源，通過(guò)能量管理策略協(xié)調(diào)各部件的運(yùn)行，將兩種或更多的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)(如發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī))和一種或多種能量存儲(chǔ)技術(shù)(如燃料、電池、飛輪)集合于一體，根據(jù)行駛工況的需求，切換不同的工作模式，以充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)汽車和純電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)現(xiàn)低排放和提高燃油經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)兼顧了駕駛舒適性和整車的動(dòng)力性，最終實(shí)現(xiàn)最佳的能源分配。能量管理策略根據(jù)駕駛員的操作，如加速踏板、制動(dòng)踏板等，判斷駕駛員的意圖，在滿足車輛動(dòng)力性的前提下，最優(yōu)分配發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)的功率輸出，實(shí)現(xiàn)能量的最優(yōu)管理與分配，提高汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性和排放性。混合動(dòng)力汽車能量管理策略還應(yīng)考慮動(dòng)力電池的荷電狀態(tài)平衡，以延長(zhǎng)電池壽命，降低車輛維護(hù)成本。目前已經(jīng)提出的混合動(dòng)力汽車控制策略主要有(1)簡(jiǎn)單地限定發(fā)動(dòng)機(jī)工作區(qū)的靜態(tài)邏輯門限控制策略；(2)通過(guò)實(shí)時(shí)計(jì)算比較確定發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)的最佳工作點(diǎn)的瞬時(shí)優(yōu)化控制策略；(3)應(yīng)用最優(yōu)控制理論和最優(yōu)化方法的全局最優(yōu)控制策略，該控制策略根據(jù)所使用的控制方法的不同，又分為基于多目標(biāo)數(shù)學(xué)規(guī)劃方法、基于古典變分法和基于Bellman動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略三種，其中研究最為成熟的是基于Bellman動(dòng)態(tài)規(guī)劃理論的能量管理策略；(4)基于模糊邏輯或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能控制策略。上述研究都在一定程度上改進(jìn)了混合動(dòng)力汽車能量管理策略，提高了車輛性能，但還不十分成熟。目前只有基于工程經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)的邏輯門限能量管理策略在實(shí)際商品化混合動(dòng)力汽車中得到了應(yīng)用，但是該方法主要依靠已有經(jīng)驗(yàn)設(shè)置參數(shù)初值，結(jié)合“試錯(cuò)法”對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，雖然具有一定的實(shí)用性，但是不能保證動(dòng)力系統(tǒng)的最佳匹配，無(wú)法使整車系統(tǒng)達(dá)到最大效率。全局最優(yōu)能量管理策略，可以求得控制變量(如發(fā)動(dòng)機(jī)/電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩)的全局最優(yōu)解，但是這些方法需要行駛工況已知，難以應(yīng)用于實(shí)車控制。瞬時(shí)優(yōu)化能量管理策略，在工況未知的情況下可以實(shí)現(xiàn)每個(gè)時(shí)刻的燃油消耗最小，但是需要大量的浮點(diǎn)運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)較為困難。此外，基于模糊邏輯的智能控制能量管理策略，雖然具有魯棒性強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)，但是其模糊控制器的建立主要依靠經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法獲得全局最優(yōu)。由于混合動(dòng)力汽車能量管理策略問(wèn)題是一類典型多變量(既包括連續(xù)變量又包括離散變量)的非線性動(dòng)態(tài)優(yōu)化問(wèn)題，故較難用某一種方法從理論上取得重大突破，目前仍無(wú)可應(yīng)用于實(shí)車控制的最優(yōu)解決方案來(lái)突破能量管理策略實(shí)用化、高性能化的技術(shù)瓶頸。隨著研究的深入，人們開始逐步認(rèn)識(shí)到混合動(dòng)力汽車離散與連續(xù)并存問(wèn)題的重要性和挑戰(zhàn)性。基于以上原因，其核心問(wèn)題在于如何設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單、實(shí)用的混合動(dòng)力汽車多能源管理系統(tǒng)，以降低汽車尾氣的排放量，節(jié)約燃油的使用，加速環(huán)保汽車、綠色汽車的發(fā)展。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決上述技術(shù)問(wèn)題的不足，提供一種混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法及系統(tǒng)，根據(jù)行駛環(huán)境和行駛路況結(jié)合電池組的電量反饋綜合控制最佳汽車驅(qū)動(dòng)模式以降低汽車尾氣的排放量，節(jié)省燃油的使用，加速環(huán)保汽車、綠色汽車的發(fā)展，提高混合動(dòng)力汽車的續(xù)航能力。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題的不足，所采用的技術(shù)方案是混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法，GPS定位模塊和傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車行駛的環(huán)境和路況，并將信號(hào)輸出至系統(tǒng)總控制器，同時(shí)電池組將剩余電量值反饋給系統(tǒng)總控制器，系統(tǒng)總控制器具有A、B、C、D四個(gè)信號(hào)輸出端，A信號(hào)輸出端輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，B信號(hào)輸出端輸入至電機(jī)控制器，C信號(hào)輸出端輸入變速控制器，D信號(hào)輸出端通過(guò)電池控制器輸入至電池組，系統(tǒng)總控制器根據(jù)行駛環(huán)境和行駛路況以及結(jié)合電池組的電量反饋綜合控制汽車驅(qū)動(dòng)模式；
GPS定位模塊根據(jù)行駛環(huán)境輸出E區(qū)或者F區(qū)兩種信號(hào)模式，當(dāng)GPS定位模塊檢測(cè)到該區(qū)域限速50km/h以下(包括50km/h)時(shí)發(fā)出E區(qū)的信號(hào)給系統(tǒng)總控制器，當(dāng)GPS定位模塊檢測(cè)到該區(qū)域限速50km/h以上時(shí)發(fā)出F區(qū)的信號(hào)給系統(tǒng)總控制器，傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊根據(jù)行駛路況輸出下坡、上坡、彎道或者平路四種信號(hào)模式；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值< 50%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)對(duì)電池組充電；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在50%—70%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的上坡信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的平路信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池組充電；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值> 90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的下坡或者彎道信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值<90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行能量回饋再生制動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值< 50%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池組充電；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在50%—70%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的上坡信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的平路信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池組充電；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值> 90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的下坡或者彎道信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值<90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行能量回饋再生制動(dòng)。該混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法所用的控制系統(tǒng)，主要由GPS定位模塊、傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊、系統(tǒng)總控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)、電池組、動(dòng)力合成裝置和變速器構(gòu)成，混合動(dòng)力汽車的加速信號(hào)、制動(dòng)信號(hào)以及GPS定位模塊和傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊輸出的信號(hào)均輸入至系統(tǒng)總控制器，系統(tǒng)總控制器具有A、B、C、D四個(gè)信號(hào)輸出端，A信號(hào)輸出端輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器的輸出端與發(fā)動(dòng)機(jī)相連，發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出端通過(guò)離合器與動(dòng)力合成裝置相連接，B信號(hào)輸出端輸入至再生制動(dòng)模塊，再生制動(dòng)模塊通過(guò)電機(jī)控制器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，電機(jī)的輸出端與動(dòng)力合成裝置相連接，動(dòng)力合成裝置的輸出端通過(guò)變速器輸出并將動(dòng)力提供給混合動(dòng)力汽車，C信號(hào)輸出端通過(guò)變速控制器輸入變速器，D信號(hào)輸出端通過(guò)電池控制器輸入至電池組，電池組和系統(tǒng)總控制器之間還設(shè)有信號(hào)傳輸線，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的剩余電量值。所述的再生制動(dòng)模塊9，其工作過(guò)程就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)4和電機(jī)5制動(dòng)產(chǎn)生的反向力矩使車輛減速或停車；同時(shí)在制動(dòng)時(shí)將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存起來(lái)為電池組7充電。本發(fā)明的有益效果是
該混合動(dòng)力汽車多工作模式下的多模型切換控制能量管理方法利用其車載GPS定位模塊和傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊到的汽車行駛環(huán)境和路況，控制器根據(jù)所檢測(cè)到的信息切換到相應(yīng)的工作模式，達(dá)到降低排放、節(jié)省燃油的目的。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，必將加速環(huán)保汽車、綠色汽車的發(fā)展，大大提高混合動(dòng)力汽車的續(xù)航能力。


圖1是本發(fā)明的混合動(dòng)力汽車的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明中的汽車行駛環(huán)境和路況劃分圖3是本發(fā)明的混合動(dòng)力汽車的能量切換控制原理圖。附圖標(biāo)記1、系統(tǒng)總控制器，2、GPS定位模塊，3、傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊，4、發(fā)動(dòng)機(jī)，5、電機(jī)，6、動(dòng)力合成裝置，7、電池組，8、發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，9、再生制動(dòng)模塊，10、電機(jī)控制器，11、變速控制器，12、變速器，13、電池控制器，14、電池組SOC預(yù)測(cè)模塊，15、加速信號(hào)，16、制動(dòng)信號(hào)，17、制動(dòng)器，18、主減速器，19、車輪，20、離合器。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，圖1中的粗實(shí)線為機(jī)械連接，帶箭頭為控制信號(hào)，虛線為電氣連接，混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法所用的控制系統(tǒng)，主要由系統(tǒng)總控制器1、GPS定位模塊2、傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊3、發(fā)動(dòng)機(jī)4、電機(jī)5、動(dòng)力合成裝置6、電池組7和變速器12構(gòu)成，混合動(dòng)力汽車的加速信號(hào)15、制動(dòng)信號(hào)16以及GPS定位模塊和傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊輸出的信號(hào)均輸入至系統(tǒng)總控制器1，系統(tǒng)總控制器1具有A、B、C、D四個(gè)信號(hào)輸出端，A信號(hào)輸出端輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器8，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器8的輸出端與發(fā)動(dòng)機(jī)4相連，發(fā)動(dòng)機(jī)4的輸出端通過(guò)離合器20與動(dòng)力合成裝置6相連接，B信號(hào)輸出端輸入至再生制動(dòng)模塊9，再生制動(dòng)模塊9通過(guò)電機(jī)控制器10驅(qū)動(dòng)電機(jī)5，電機(jī)5的輸出端與動(dòng)力合成裝置6相連接，動(dòng)力合成裝置6的輸出端通過(guò)變速器12輸出并將動(dòng)力提供給混合動(dòng)力汽車，C信號(hào)輸出端通過(guò)變速控制器11與變速器12的輸入端相連，D信號(hào)輸出端通過(guò)電池控制器13輸入至電池組7，電池組7和系統(tǒng)總控制器1之間還設(shè)有電池組SOC預(yù)測(cè)模塊14，統(tǒng)總控制器1通過(guò)電池組SOC預(yù)測(cè)模塊14實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池組7的剩余電量值，電機(jī)控制器10與電池組7電聯(lián)接，當(dāng)電量不足時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出給電池組充電的控制信號(hào)，系統(tǒng)總控制器1與制動(dòng)器17之間還設(shè)有信號(hào)傳輸線。本發(fā)明，該混合動(dòng)力汽車中所用的再生制動(dòng)模塊9為現(xiàn)有技術(shù)，該模塊在系統(tǒng)中有兩方面作用，其一，利用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)制動(dòng)產(chǎn)生的反向力矩使車輛減速或停車；其二，在制動(dòng)時(shí)把車輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)化及儲(chǔ)存起來(lái)，而不是變成無(wú)用的熱，如可以將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能，為電池充電。該系統(tǒng)通過(guò)電機(jī)的反向運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電，從而對(duì)電池組進(jìn)行充電，具有極性反轉(zhuǎn)保護(hù)、短路保護(hù)、過(guò)載保護(hù)和可自恢復(fù)功能，屬于現(xiàn)有技術(shù)。可根據(jù)電池組當(dāng)前的SOC值，采用預(yù)充、大電流、恒壓、小電流、脈沖、浮充六個(gè)充電階段。充電策略采用程序控制，對(duì)電池進(jìn)行自動(dòng)保護(hù)。本發(fā)明所述的傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊3分為坡道傳感器和彎道傳感器，坡道傳感器主要用來(lái)檢測(cè)上坡、下坡和平路三種路況，彎道傳感器主要用來(lái)檢測(cè)彎道，均屬現(xiàn)有成熟技術(shù)。坡道傳感器類似于電子水平儀，一般分為電感式水平儀和電容式水平儀。電感式水平儀工作原理為當(dāng)水平儀的基座(固定在汽車地盤上)因待測(cè)工件傾斜而傾斜時(shí)，其內(nèi)部擺錘因移動(dòng)所造成感應(yīng)線圈的電壓變化；電容式水平儀其測(cè)量原理為一圓形擺錘自由懸掛在細(xì)在線，擺錘受地心重力所影響，且懸浮于無(wú)摩擦狀況，擺錘的兩邊均設(shè)有電極且間隙相同時(shí)電容量是相等，若水平儀受待測(cè)工件所影響而造成兩間隙不同距離改變即產(chǎn)生電容不同，形成角度的差異。混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法，GPS定位模塊和傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車行駛的環(huán)境和路況，并將信號(hào)輸出至系統(tǒng)總控制器，同時(shí)電池組將剩余電量值反饋給系統(tǒng)總控制器，系統(tǒng)總控制器具有A、B、C、D四個(gè)信號(hào)輸出端，A信號(hào)輸出端輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器，B信號(hào)輸出端輸入至再生制動(dòng)模塊，C信號(hào)輸出端輸入變速器，D信號(hào)輸出端通過(guò)電池控制器輸入至電池組，系統(tǒng)總控制器根據(jù)行駛環(huán)境和行駛路況以及結(jié)合電池組的電量反饋綜合控制汽車驅(qū)動(dòng)模式；
GPS定位模塊根據(jù)行駛環(huán)境輸出E區(qū)或者F區(qū)兩種信號(hào)模式，當(dāng)GPS定位模塊檢測(cè)到該區(qū)域限速50km/h以下(包括50km/h)時(shí)發(fā)出E區(qū)的信號(hào)給系統(tǒng)總控制器，當(dāng)GPS定位模塊檢測(cè)到該區(qū)域限速50km/h以上時(shí)發(fā)出F區(qū)的信號(hào)給系統(tǒng)總控制器，傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊根據(jù)行駛路況輸出下坡、上坡、彎道或者平路四種信號(hào)模式，在實(shí)際使用過(guò)程中，行駛環(huán)境中的E區(qū)一般包括城市、鄉(xiāng)村和近郊區(qū)，F(xiàn)區(qū)遠(yuǎn)郊區(qū)和高速公路，近郊區(qū)和遠(yuǎn)郊區(qū)以限速標(biāo)志50km/h為分界線，因此根據(jù)汽車的行駛環(huán)境區(qū)分出E、F兩種行駛工況，針對(duì)E工況，優(yōu)先控制的重點(diǎn)應(yīng)考慮汽車的排放性指標(biāo)，針對(duì)F工況，優(yōu)先控制的重點(diǎn)應(yīng)考慮汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)。根據(jù)行駛環(huán)境和路況信息，汽車的工作模式包括發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)、能量回饋再生制動(dòng)四種，對(duì)各工作模式分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器，并設(shè)計(jì)有以行駛路況為驅(qū)動(dòng)的多模型切換控制規(guī)則，以便選擇相應(yīng)的工作模式和控制算法。
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值< 50% (包括50%)時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池組充電；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在50%—70% (包括70%)時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的上坡信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的平路信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)對(duì)電池組充電；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值> 90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的下坡或者彎道信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值<90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行能量回饋再生制動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值< 50% (包括50%)時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)對(duì)電池組充電；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在50%— 70% (包括70%)時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的上坡信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的平路信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)對(duì)電池組充電；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值> 90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；
當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的下坡或者彎道信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值<90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行能量回饋再生制動(dòng)；
本發(fā)明所涉及的混合動(dòng)力汽車采用發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)兩套獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的動(dòng)力在動(dòng)力合成裝置上進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的單獨(dú)驅(qū)動(dòng)和聯(lián)合驅(qū)動(dòng)，然后通過(guò)變速器和主減速器驅(qū)動(dòng)汽車的前輪。系統(tǒng)總控制器綜合各路信息，經(jīng)過(guò)分析運(yùn)算之后，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、電池控制器、變速器控制器和電機(jī)控制器等發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)汽車行駛過(guò)程中工作模式的切換，如發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)、再生制動(dòng)等。該混合動(dòng)力汽車多工作模式下的多模型切換控制能量管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，可有效降低汽車尾氣排放、節(jié)省燃油，大大提高了混合動(dòng)力汽車的續(xù)航能力。
權(quán)利要求
1.混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法，其特征在于GPS定位模塊(2)和傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊(3)用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)汽車行駛的環(huán)境和路況，并將信號(hào)輸出至系統(tǒng)總控制器(1)，同時(shí)電池組(7 )將剩余電量值反饋給系統(tǒng)總控制器(1)，系統(tǒng)總控制器(1)具有A、B、C、D四個(gè)信號(hào)輸出端，A信號(hào)輸出端輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(8)，B信號(hào)輸出端輸入至電機(jī)控制器(10)，C信號(hào)輸出端輸入變速器控制器(11)，D信號(hào)輸出端通過(guò)電池控制器(13)輸入至電池組(7)，系統(tǒng)總控制器根據(jù)行駛環(huán)境和行駛路況以及結(jié)合電池組的電量反饋綜合控制汽車驅(qū)動(dòng)模式；GPS定位模塊根據(jù)行駛環(huán)境輸出E區(qū)或者F區(qū)兩種信號(hào)模式，當(dāng)GPS定位模塊檢測(cè)到該區(qū)域限速50km/h以下(包括50km/h)時(shí)發(fā)出E區(qū)的信號(hào)給系統(tǒng)總控制器，當(dāng)GPS定位模塊檢測(cè)到該區(qū)域限速50km/h以上時(shí)發(fā)出F區(qū)的信號(hào)給系統(tǒng)總控制器，傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊根據(jù)行駛路況輸出下坡、上坡、彎道或者平路四種信號(hào)模式；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值< 50%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池組充電；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在50%—70%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的上坡信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的平路信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池組充電；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值> 90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的E區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的下坡或者彎道信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值<90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行能量回饋再生制動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值< 50%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池組充電；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在50%—70%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的上坡信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的平路信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值在70%—90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，同時(shí)對(duì)電池組充電；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值> 90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)；當(dāng)系統(tǒng)總控制器接收到GPS定位模塊發(fā)出的F區(qū)信號(hào)以及傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊發(fā)出的下坡或者彎道信號(hào)，同時(shí)系統(tǒng)總控制器檢測(cè)到電池組的SOC值<90%時(shí)，系統(tǒng)總控制器輸出信號(hào)控制發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)同時(shí)進(jìn)行能量回饋再生制動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法所用的控制系統(tǒng)，其特征在于該控制系統(tǒng)主要由系統(tǒng)總控制器(1)、GPS定位模塊(2)、傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊(3)、發(fā)動(dòng)機(jī)(4)、電機(jī)(5)、動(dòng)力合成裝置(6)、電池組(7)和變速器(12)構(gòu)成，混合動(dòng)力汽車的加速信號(hào)(15)、制動(dòng)信號(hào)(16)以及GPS定位模塊(2)和傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)模塊(3)輸出的信號(hào)均輸入至系統(tǒng)總控制器(1 )，系統(tǒng)總控制器具有A、B、C、D四個(gè)信號(hào)輸出端，A信號(hào)輸出端輸入至發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(8)，發(fā)動(dòng)機(jī)控制器(8)的輸出端與發(fā)動(dòng)機(jī)(4)相連，發(fā)動(dòng)機(jī)(4)的輸出端通過(guò)離合器(20)與動(dòng)力合成裝置(6)相連接，B信號(hào)輸出端輸入至再生制動(dòng)模塊(9)，再生制動(dòng)模塊(9)通過(guò)電機(jī)控制器(10)驅(qū)動(dòng)電機(jī)(5)，電機(jī)(5)的輸出端與動(dòng)力合成裝置(6)相連接，動(dòng)力合成裝置(6)的輸出端通過(guò)變速器(12)輸出并將動(dòng)力提供給混合動(dòng)力汽車，C信號(hào)輸出端通過(guò)變速控制器(11)輸入變速器(12)，D信號(hào)輸出端通過(guò)電池控制器(13)輸入至電池組(7)，電池組(7)和系統(tǒng)總控制器(1)之間還設(shè)有信號(hào)傳輸線，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電池的剩余電量值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法所用的控制系統(tǒng)，其特征在于所述的再生制動(dòng)模塊(9)，其工作過(guò)程就是利用發(fā)動(dòng)機(jī)(4)和電機(jī)(5)制動(dòng)產(chǎn)生的反向力矩使車輛減速或停車；同時(shí)在制動(dòng)時(shí)將汽車的動(dòng)能轉(zhuǎn)化并儲(chǔ)存起來(lái)為電池組(7)充電。
全文摘要
混合動(dòng)力汽車多工作模式下的能量切換控制方法及系統(tǒng)，包括以下步驟首先，根據(jù)車載GPS定位系統(tǒng)和傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)到的汽車行駛環(huán)境和路況，根據(jù)混合動(dòng)力汽車所處的當(dāng)前行駛路況信息，確定汽車相應(yīng)的工作模式，具體包括發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)混合驅(qū)動(dòng)、能量回饋再生制動(dòng)四種工作模式；然后，設(shè)計(jì)以行駛路況為驅(qū)動(dòng)的多模型切換控制規(guī)則，并對(duì)各工作模式分別設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制器。本發(fā)明根據(jù)行駛環(huán)境和行駛路況控制最佳汽車驅(qū)動(dòng)模式以降低汽車尾氣的排放量，節(jié)省燃油的使用，加速環(huán)保汽車、綠色汽車的發(fā)展，提高混合動(dòng)力汽車的續(xù)航能力。
文檔編號(hào)B60W10/06GK102556055SQ20121000711
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者付主木, 張松燦, 張聚偉, 李勛, 梁云朋, 梁坤峰, 高愛(ài)云 申請(qǐng)人:河南科技大學(xué)