CN109747624A - 一种混合动力汽车启停控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车启停控制系统，包括传动装置：用以将动力传递给驱动轮；原动力子系统：为原燃油车动力系统，用以产生源动力，并通过改装动力子系统与传动装置连接；改装动力子系统：用以实现混合动力汽车的启停和混合动力驱动；控制器：集成混合动力汽车启停控制方法，通过传感器采集输入信号，根据设定的条件范围，判断并控制原动力子系统和改装动力子系统，使混合动力汽车进入制动能量回收模式、驱动模式、主动滑行模式或空挡滑行模式。与现有技术相比，本发明具有便于改装、成本低、最大化动力性和经济性等优点。

Description

一种混合动力汽车启停控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车控制领域，尤其是涉及一种混合动力汽车启停控制系统及控制方法。

背景技术

随着经济的高速发展和城市化进程的加快，世界面临着解决能源危机和治理环境污染的双重压力。在所有化石能源消耗中，交通运输领域产生的能源消耗比例非常高，其中道路交通领域既时各种交通方式中能源消耗和排放量最大(占比70％以上)和增长最快的主体，也是大城市首要空气污染源。因此日益严格的环保和排放法规对汽车节能减排提出了更高要求。在眼下无法大规模使用电动车的前提下，混合动力汽车具备启停技术，相对传统燃油车可降低0.3-0.5L/100km，是目前综合满足排放性、动力性和经济性的最佳选择。

目前混合动力汽车启停系统主要存在的问题有：(1)无法直接在现有车型上进行改装，实现混合动力和启停功能；(2)需要在现成的混合动力汽车上实现，整个混合动力汽车开发周期长，且重新开发生产平台成本高；(3)应用对象的混合动力汽车动力系统和传动系统复杂，生产成本高。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种混合动力汽车启停控制系统及控制方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种混合动力汽车启停控制系统，该系统包括：

传动装置：用以将动力传递给驱动轮；

原动力子系统：为原燃油车动力系统，用以产生源动力，并通过改装动力子系统与传动装置连接；

改装动力子系统：用以实现混合动力汽车的启停和混合动力驱动；

控制器：集成混合动力汽车启停控制方法，通过传感器采集输入信号，根据设定的条件范围，判断并控制原动力子系统和改装动力子系统，使混合动力汽车进入制动能量回收模式、驱动模式、主动滑行模式或空挡滑行模式。

所述的改装动力子系统包括依次连接的48V电源、ISG电机和第一离合器。

所述的原动力子系统包括发动机、第二离合器和变速器，所述的发动机、第二离合器、第一离合器、变速器和传动装置依次连接，所述的发动机为汽油机或柴油机。

一种混合动力汽车启停控制方法，包括以下步骤：

1)通过传感器读取当前混合动力汽车的运行状态信号，用以获取混合动力汽车的运行状态；

2)根据接收到的混合动力汽车的运行状态信号，控制器确定混合动力汽车的运行模式，包括制动能量回收模式、驱动模式、主动滑行模式和空挡滑行模式，具体为：

21)判断驾驶员是否踩下刹车，若是，则执行步骤24)，若否，则执行步骤22)；

22)判断油门信号是否大于设定值，若是，则执行步骤25，若否，则执行步骤23)；

23)判断是否油门信号、48V电源的SoC信号和车速信号全部处于设定范围之内，若是，则执行步骤36)，若否，则执行步骤37)；

24)获取当前ISG电机的转速和变速箱挡位，进入制动能量回收模式，接合第一离合器，分离第二离合器，关闭发动机，车轮通过传动装置倒拖ISG电机，返回步骤21)；

25)进入驱动模式，判断当前车速和48V电源的SoC信号是否均处于设定范围内，若是，则执行步骤28)，若否，则执行步骤29)；

26)进入主动滑行模式，接合第一离合器，分离第二离合器，关闭发动机，开启ISG电机，返回步骤21)；

27)进入空挡滑行模式，分离第一离合器，接合第二离合器，关闭发动机，发动机倒拖ISG电机，返回步骤21)；

28)接合第一离合器，分离第二离合器，关闭发动机，开启ISG电机，返回步骤21)；

29)接合第一离合器，接合第二离合器，开启发动机，开启ISG电机，返回步骤21)。

所述的步骤1)中，运行状态信号包括油门信号、刹车信号、BMS系统的48V电源SoC信号、当前车速信号、发动机转速信号、ISG转速信号和当前挡位信号。

当混合动力汽车运行在制动能量回收模式下时，若整车处于紧急制动或电源SoC高于设定阈值时，则断开ISG电机的连接，停止制动能量回收。

所述的设定阈值为60％。

当混合动力汽车运行在驱动模式且处于发动机和ISG电机共同驱动时：

正常行驶时，控制器控制发动机工作在经济区域内，不足的扭矩由ISG提供；

当电源SoC不足以维持ISG运行时，控制器控制发动机以纯发动机模式运行。

当混合动力汽车运行在主动滑行模式下时，当电源SoC低于设定阈值时，控制发动机倒拖ISG发电.

所述的设定阈值为50％。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明可在基本保留传统燃油车配置的基础上，增加本发明改装成具有启停技术的混合动力汽车，几乎保留原有动力系统，在兼顾低排放性和高经济性的同时，对动力性还有一定的改善作用。

2)相较于直接的混合动力汽车，本发明改装而成的混合动力汽车改装成本不高，总成本远低于直接的混合动力汽车。

3)分成四种工况进行启停控制，有利于最大化优化其动力性和经济性。驱动模式可在保证动力性同时减少燃油消耗，制动能量回收模式可充分利用制动时的耗能，主动滑行模式有利于提高高速巡航的稳定，空挡滑行有利于停车动能回收。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

图2为本发明的控制系统原理图。

图3为本发明的控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图，详细阐述本发明的实施例。需要提出的是，以下附图所展示的内容只是用于解释本实施例，但并不局限于该实施例，任何没有其他创造性工作产生的其他实施例，任然属于本发明的保护范围。

实施例

图1为本发明一个实施例的弱混汽车的结构原理图。如图1所示，该弱混汽车的主要部件包括第二离合器1、第一离合器2、变速器3、传动装置4、发动机5、ISG电机6、48V电源7、车轮8a和8b以及控制器30，其中，改装动力子系统10包括48V电源7、ISG电机6和第一离合器2。原动力子系统包括发动机5、第二离合器1和变速器3。

本实施例采用的弱混汽车是在原传统燃油车的基础上改装而来，保留原动力子系统20，主要增加改装动力子系统10，控制器30通过总线与改装动力子系统10和原动力子系统20分别相连，可实现电信号的双向传递。该实施例中，发动机5的输出轴通过第二离合器1将动力传到第一离合器2，第一离合器2依次与变速器3和传动装置4连接，将动力传到车轮8a和8b。48V电源7由若干个超级电容器组合而成，与ISG电机6通过电气连接，可传导双向电流。ISG电机6依次通过第一离合器2、变速器3和传动装置4与车轮8a和8b相连，可实现车轮8a和8b到ISG6之间动力的双向传递。

图2为根据本发明实施例的一种弱混汽车启停系统的控制系统原理图。主要包括48V系统启停控制器201，输入信号220和输出信号230。输入信号220包括油门信号202、刹车信号203、48V电源SoC信号204、车速信号205、发动机转速信号206、ISG转速信号207和挡位信号208。输出信号包括发动机转矩信号209、发动机启停信号210、ISG转矩信号211、制动器压力信号212、第二离合器结合信号213和第一离合器结合信号214。

在本实施例的弱混汽车运行过程中，48V系统启停控制器201不断读取驾驶员操作产生的油门信号202和刹车信号203、来自BMS系统中的48V电源SoC信号204、由车速传感器采集的当前车速信号205、发动机内置转速传感器传来的发动机转速信号206、电机转速传感器传来的ISG转速信号207和变速器挡位传感器传来的当前挡位信号208，通过48V系统启停控制器201内部的能量管理方法，可自动判断并在驱动模式/制动能量回收模式/主动滑行模式/空挡滑行模式四种模式下切换，并输出控制信号。其中，输出的发动机转矩信号209和发动机启停信号210发送给发动机控制单元，分别控制发动机输出设定的转矩和启停；输出的ISG转矩信号211发送给电机控制单元，控制ISG产生设定转矩；输出的制动器压力信号212发送给制动器控制单元，控制制动器产生对应的制动力矩；输出的离合器1结合信号213发送给离合器1的控制单元，控制离合器1的结合和分离；输出的离合器2结合信号214发送给离合器2的控制单元，控制离合器2的结合和分离。

图3为根据本发明实施例的一种弱混汽车启停系统的控制方法流程图。如图3所示，本发明实施例的弱混汽车启停系统的控制方法的步骤如下：

S301，获取当前油门信号、刹车信号、48V电源的SoC信号和车速信号，将以上信号传递给48V启停控制器。

S302，判断驾驶员是否踩下刹车。如果是，则执行步骤S305；如果否，则执行步骤S303。

S303，判断油门信号是否大于设定值。如果是，则执行步骤S306；如果否，则执行步骤S304。

S304，判断是否油门信号、48V电源的SoC信号和车速信号均处于设定范围之内，例如油门小于20％，SoC大于50％且车速小于60km/h，如果是，则执行步骤S307；如果否，则执行步骤S308。

S305，获取当前ISG电机的转速和变速箱挡位。

S306，进入驱动模式。

S307，进入主动滑行模式。

S308，进入空挡滑行模式。

S309，进入制动能量回收模式。

S310，判断当前车速和48V电源的SoC信号均处于设定范围内，例如车速小于10km/h且SoC大于55％，如果是则执行步骤S314；如果否，则执行步骤S315。

S311，接合第一离合器2，分离第二离合器1，关闭发动机，开启ISG电机。

S312，分离第一离合器2，接合第二离合器1，关闭发动机，发动机倒拖ISG电机。

S313，接合第一离合器2，分离第二离合器1，关闭发动机，车轮通过传动装置倒拖ISG电机。

S314，接合第一离合器2，分离第二离合器1，关闭发动机，开启ISG电机。

S315，接合第一离合器2，接合第二离合器1，开启发动机，开启ISG电机。

在该实施例中，能量管理策略涵盖了四种模式，分别为制动能量回收模式、驱动模式、主动滑行模式和空挡滑行模式。其中，在制动能量回收模式下，将第一离合器2接合，第二离合器1分离，关闭发动机，此时车辆处于制动状态，车轮通过传动机构倒拖ISG电机转动，满足条件时为48V电源充电。ISG电机倒转的同时提供所需的部分制动力矩，辅助汽车制动。在驱动模式下，当车速和48V电源的SoC均处于设定范围内时，接合第一离合器2，分离第二离合器1，关闭发动机，开启ISG电机，ISG电机带动汽车运行，属于纯电动驱动；当车速和48V电源的SoC未全处于设定范围内时接合第一离合器2，接合第二离合器1，同时开启发动机和ISG电机，属于混合动力驱动。若48V电源的SoC不在范围内，发动机可倒拖ISG电机给48V电源充电。若48V电源的SoC充足，可通过调节ISG扭矩，保证发动机处于最经济的运行工况，降低油耗。在主动滑行模式，将第一离合器2接合，第二离合器1分离，关闭发动机，开启ISG电机。驾驶员未踩下油门和刹车，此时单靠ISG电机驱动车辆，可维持车辆速度稳定在该状态。在空挡滑行模式下，将第一离合器2分离，第二离合器1接合，关闭发动机，车辆处于自由滑行状态，此时发动机可倒拖ISG电机发电。

综上所述，本发明可直接运用在传统燃油车上，将其改装成具有启停技术的混合动力汽车，几乎保留原有动力系统，在兼顾低排放性和高经济性的同时，对动力性还有一定的改善作用。

以上具体内容是结合实施例对本发明的具体阐述，所用的实施例不能限制本发明和其法律保护的范围。对于本领域的技术人员，只要不超出本发明的构想实现其他类似的变型，原理和用法相同，都应该视为在本发明的法律保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车启停控制系统，其特征在于，该系统包括：

传动装置(4)：用以将动力传递给驱动轮；

原动力子系统(20)：为原燃油车动力系统，用以产生源动力，并通过改装动力子系统(10)与传动装置(4)连接；

改装动力子系统(10)：用以实现混合动力汽车的启停和混合动力驱动；

控制器(30)：集成混合动力汽车启停控制方法，通过传感器采集输入信号，根据设定的条件范围，判断并控制原动力子系统(20)和改装动力子系统(10)，使混合动力汽车进入制动能量回收模式、驱动模式、主动滑行模式或空挡滑行模式。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车启停控制系统，其特征在于，所述的改装动力子系统(10)包括依次连接的48V电源(7)、ISG电机(6)和第一离合器(2)。

3.根据权利要求2所述的一种混合动力汽车启停控制系统，其特征在于，所述的原动力子系统(20)包括发动机(5)、第二离合器(1)和变速器(3)，所述的发动机(5)、第二离合器(1)、第一离合器(2)、变速器(3)和传动装置(4)依次连接，所述的发动机(5)为汽油机或柴油机。

4.一种应用如权利要求1-3任一项所述的混合动力汽车启停控制系统的启停控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过传感器读取当前混合动力汽车的运行状态信号，用以获取混合动力汽车的运行状态；

2)根据接收到的混合动力汽车的运行状态信号，控制器确定混合动力汽车的运行模式，包括制动能量回收模式、驱动模式、主动滑行模式和空挡滑行模式，具体为：

21)判断驾驶员是否踩下刹车，若是，则执行步骤24)，若否，则执行步骤22)；

22)判断油门信号是否大于设定值，若是，则执行步骤25，若否，则执行步骤23)；

23)判断是否油门信号、48V电源的SoC信号和车速信号全部处于设定范围之内，若是，则执行步骤36)，若否，则执行步骤37)；

24)获取当前ISG电机的转速和变速箱挡位，进入制动能量回收模式，接合第一离合器，分离第二离合器，关闭发动机，车轮通过传动装置倒拖ISG电机，返回步骤21)；

25)进入驱动模式，判断当前车速和48V电源的SoC信号是否均处于设定范围内，若是，则执行步骤28)，若否，则执行步骤29)；

26)进入主动滑行模式，接合第一离合器，分离第二离合器，关闭发动机，开启ISG电机，返回步骤21)；

27)进入空挡滑行模式，分离第一离合器，接合第二离合器，关闭发动机，发动机倒拖ISG电机，返回步骤21)；

28)接合第一离合器，分离第二离合器，关闭发动机，开启ISG电机，返回步骤21)；

29)接合第一离合器，接合第二离合器，开启发动机，开启ISG电机，返回步骤21)。

5.根据权利要求4所述的启停控制方法，其特征在于，所述的步骤1)中，运行状态信号包括油门信号、刹车信号、BMS系统的48V电源SoC信号、当前车速信号、发动机转速信号、ISG转速信号和当前挡位信号。

6.根据权利要求4所述的启停控制方法，其特征在于，当混合动力汽车运行在制动能量回收模式下时，若整车处于紧急制动或电源SoC高于设定阈值时，则断开ISG电机的连接，停止制动能量回收。

7.根据权利要求6所述的启停控制方法，其特征在于，所述的设定阈值为60％。

8.根据权利要求4所述的启停控制方法，其特征在于，当混合动力汽车运行在驱动模式且处于发动机和ISG电机共同驱动时：

正常行驶时，控制器控制发动机工作在经济区域内，不足的扭矩由ISG提供；

当电源SoC不足以维持ISG运行时，控制器控制发动机以纯发动机模式运行。

9.根据权利要求4所述的启停控制方法，其特征在于，当混合动力汽车运行在主动滑行模式下时，当电源SoC低于设定阈值时，控制发动机倒拖ISG发电。

10.根据权利要求9所述的启停控制方法，其特征在于，所述的设定阈值为50％。