混合动力车辆的动力系统控制方法、控制系统及车辆与流程

1.本发明涉及车辆控制技术领域，特别是涉及一种混合动力车辆的动力系统控制方法、控制系统及车辆。


背景技术：

2.随着国家法规对油耗和排放要求的日益严格，以及电气化系统的发展，混合动力技术是实现节能减排的关键。为了适应国家政策和满足排放法规，整车厂与零部件供应商均在寻找解决方案。但目前纯电动车技术系统电池技术复杂、成本较高，因此混合动力系统受到大力推广。一般而言，双电机混动系统电机有三种模式：分别是纯电模式、串联模式和并联模式。串联模式下第二电机驱动车轮，串联模式下离合器不结合，发动机通过第一电机给动力电池充电，第二电机驱动车轮。在并联模式下，离合器结合，发动机直接驱动车轮。
3.在实际使用过程中，在动力电池故障发生时或动力电池功率受限严重，控制系统对动力系统的处理流程非常关键，影响着车辆的安全性和鲁棒性。
4.当车辆处于一些极端情况，如低温(温度在-30度到-35度)等情况下时，动力电池的充放电功率会受到很大的限制。有事实表明，一般在-35度以下，动力电池充放电限制功率可以到0。而在这些动力电池功率受限的情况下，动力电池无法放电驱动第二电机。且此时即使发动机起机后，也无法通过第一电机给动力电池充电，此时一旦动力电池实际充放电功率超过限制，会导致动力电池故障。


技术实现要素：

5.本发明的第一方面的一个目的是要提供一种混合动力车辆的动力系统控制方法，解决现有技术中的在动力电池发生了功率受限故障时因动力电池无法充放电导致电池故障的问题。
6.本发明的第一方面的另一个目的是要解决现有技术中的第一电机的电压波动大导致车辆安全性低的问题。
7.本发明的第二方面的一个目的是要提供一种混合动力车辆的动力系统控制系统。
8.本发明的第三方面的一个目的是要提供一种包含有该混合动力车辆的动力系统控制系统的车辆。
9.特别地，本发明提供一种混合动力车辆的动力系统控制方法，所述车辆的动力系统包括动力电池、发动机、第一电机、第二电机、离合器和变速器，其中，所述发动机连接所述第一电机，所述第一电机连接离合器后与所述变速器连接，所述第二电机与所述变速器直接连接；所述动力系统控制方法包括：
10.判断所述动力电池是否发生功率受限故障；
11.在判定所述动力电池发生功率受限故障时，对所述第一电机和所述第二电机进行扭矩控制，同时关闭所述第二电机的防抖功能，以使得所述第一电机的发电和负载用电保持一致，且保持所述动力电池母线端电流为零；
12.对所述第一电机进行电压控制以使得所述第一电机的实际电压与设定电压的差值在预设差值范围内。
13.可选地，判断所述动力电池是否发生功率受限故障后还包括：
14.在所述动力电池满足以下条件中所有时，则判定所述动力电池发生功率受限故障，所述条件包括：
15.所述动力电池的最高温度小于预设温度阈值；
16.所述动力电池的最大放电功率小于第一功率阈值；
17.所述动力电池的最大充电功率绝对值小于第二功率阈值。
18.可选地，所述车辆还包括dcdc转换器，所述dcdc转换器设置在所述第一电机与所述变速器之间；
19.对所述第一电机和所述第二电机进行扭矩控制的步骤包括：
20.获取所述车辆的驱动模式，其中，所述驱动模式包括纯电驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式和怠速模式；
21.在所述车辆处于所述纯电驱动模式、所述串联驱动模式或所述怠速模式时，控制所述车辆进入所述串联驱动模式；或在所述车辆处于所述并联驱动模式时，控制所述车辆保持所述并联驱动模式，并对所述发动机进行限速；
22.对所述发动机、所述第一电机和所述第二电机进行扭矩控制；
23.在所述第一电机的发电扭矩对应的功率为所述dcdc转换器的低压端的消耗功率和所述第二电机的消耗功率之和，并且所述动力电池的输出或输入电流基本上为0时，将所述第一电机的扭矩加载到所述发动机的曲轴扭矩上。
24.可选地，所述动力系统还包括冷却系统，所述冷却系统包括冷却泵，所述冷却系统用于冷却所述第一电机和所述第二电机；
25.对所述发动机、所述第一电机和所述第二电机进行扭矩控制的步骤包括：
26.限制所述发动机转速在预设转速范围内；
27.在所述发动机的转速被限制在预设转速范围内时，控制所述车辆进入所述并联驱动模式或所述串联驱动模式；
28.将所述冷却泵转速调至最大，并且控制调节所述dcdc转换器的低压端的电压为第一预设电压(14v)；
29.控制所述第二电机的扭矩调节至驾驶员请求扭矩；
30.控制调节所述第一电机的输出扭矩，使得所述第一电机的输出扭矩所对应的功率为所述dcdc转换器的低压端消耗的功率和所述第二电机消耗的功率之和，同时控制所述动力电池的输出或输入电流为0；
31.控制将所述第一电机的实际扭矩添加到所述发动机的曲轴箱上。
32.可选地，在所述发动机的转速被限制在预设范围内时控制所述车辆进入所述并联驱动模式或所述串联驱动模式的步骤包括：
33.在所述发动机的转速在所述预设范围内时，判断所述车辆的车速是否大于预设速度；
34.在所述车速大于所述预设速度时，控制所述车辆进入所述并联驱动模式；
35.在所述车速小于所述预设速度时，控制所述车辆进入所述串联驱动模式。
36.可选地，对所述第一电机的电压进行控制的步骤包括：
37.获取车辆的电池继电器的开闭状态，所述电池继电器每间隔预设时间在打开和关闭之间切换；
38.在所述电池继电器处于闭合状态时，以前一时刻所述第一电机的实际电压为当前时刻的第一目标电压，将所述第一目标电压和当前时刻反馈的实际电压的差值作为闭环pid控制器的输入，从而计算出所述第一电机当前时刻的第一目标扭矩；
39.以前一时刻所述第一电机的第一前馈扭矩加上第一前馈扭矩得到所述第一电机当前时刻的第一实际扭矩；
40.在所述动力电池的继电器打开时，以设定电压为当前时刻的第二目标电压，按照前述计算所述第一实际扭矩相同的计算方式得到所述第一电机的第二实际扭矩；
41.在进行上述动作的同时判断所述第一电机的实际电压和设定电压的差值是否在设定范围内，若不在，则超过设定的时间阈值后报警。
42.可选地，所述前馈扭矩为dcdc转换器低压负载功率与第二电机的实际功率之和再除以所述第一电机的实际转速。
43.可选地，根据所述故障信号确定所述动力电池的故障是否是功率受限故障后还包括：
44.在确定所述动力电池的故障为所述功率受限故障时，接收所述动力电池控制器发送的控制信号，控制所述动力电池的电压在预设电压阈值范围内，控制所述动力电池的充放电功率小于预设功率阈值。
45.特别地，本发明还提供一种混合动力车辆的动力系统控制系统，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现上面所述的混合动力车辆的动力系统控制方法。
46.特别地，本发明还提供一种车辆，包括上面所述的混合动力车辆的动力系统控制系统。
47.本方案中，在动力电池发生功率受限故障时，对第一电机、第二电机进行扭矩控制，并进一步的对第一电机的电压进行控制，从而保证车辆正常运行的同时，避免因车辆动力电池的功率受限导致车辆无法行驶甚至导致动力电池出现故障的问题，提高车辆在功率受限情况下的行车安全性。
48.本方案中，通过不断的调节目标电压的值，使得调节后的实际扭矩在预设实际扭矩范围内时，则达到了本实施例的目的，即第一电机的扭矩在预设实际扭矩范围内，使得车辆的动力电池在发生功率受限故障时，让第一电机的发电和负载用电持平，保持电池母线端电流为0，同时第一电机的实际电压维持在目标电压的阈值范围内，避免了第一电机的电压波动大导致车辆安全性低的问题。
49.根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
50.后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些
附图未必是按比例绘制的。附图中：
51.图1是根据本发明的一个具体的实施例的双电机混合动力车辆的动力系统的示意性结构图；
52.图2是根据本发明的一个具体的实施例的串联驱动模式驱动车辆运行的动力传递路径示意图；
53.图3是根据本发明的一个具体的实施例的并联驱动模式驱动车辆运行的动力传递路径示意图；
54.图4是根据本发明的一个具体的实施例的纯电驱动模式驱动车辆运行的动力传递路径示意图；
55.图5是根据本发明的一个具体的实施例的双电机混合动力车辆的动力系统的控制方法示意性流程图；
56.图6是根据本发明的一个具体的实施例的对第一电机和第二电机进行扭矩控制的步骤的示意性流程图；
57.图7是根据本发明的一个具体的实施例的对发动机、第一电机和第二电机进行扭矩控制步骤的示意性流程图；
58.图8是根据本发明的另一个具体的实施例的对第一电机的电压进行控制的步骤的示意性流程图。
具体实施方式
59.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的双电机混合动力车辆的动力系统控制方法是基于双电机混合动力车辆100。如图1所示，该双电机混合动力车辆100可以包括动力电池10、发动机20、第一电机30、第二电机40、离合器50和变速器60，其中，发动机20连接第一电机30，第一电机30连接离合器50后与变速器60连接，第二电机40与变速器60直接连接。此外，该双电机混合动力车辆的驱动模式可以包括并联驱动模式、串联驱动模式、纯电驱动模式和怠速模式。在串联驱动模式下，如图2所示，第一电机30为第二电机40供电，由第二电机40直接驱动变速器60从而驱动车辆运行。在并联驱动模式下，如图3所示，发动机20带动第一电机30再驱动变速器60，从而驱动车辆运动。在纯电驱动模式下，如图4所示，动力电池10可以直接给第二电机40充电，再利用第二电机40驱动变速器60运行，从而驱动车辆运动。
60.具体地，如图5所示，本实施例的混合动力车辆的动力系统控制方法，该控制方法可以包括：
61.步骤s100，判断动力电池是否发生功率受限故障，若是则执行步骤s200，若不是，则结束程序。
62.步骤s200，在判定动力电池发生功率受限故障时，对第一电机和第二电机进行扭矩控制，同时关闭第二电机的防抖功能，以使得第一电机的发电和负载用电保持一致，且保持动力电池母线端电流为零；
63.步骤s300对第一电机进行电压控制以使得第一电机的实际电压与设定电压的差值在预设差值范围内。
64.本实施例中，在动力电池发生功率受限故障时，对第一电机、第二电机进行扭矩控制，并进一步的对第一电机的电压进行控制，从而保证车辆正常运行的同时，避免因车辆动
力电池的功率受限导致车辆无法行驶甚至导致动力电池出现故障的问题，提高车辆在功率受限情况下的行车安全性。
65.在步骤s100后还可以包括：在确定动力电池的故障为功率受限故障时，接收动力电池控制器发送的控制信号，控制动力电池的电压在预设电压阈值范围内，控制动力电池的充放电功率小于预设功率阈值。
66.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的步骤s100，判断动力电池是否发生功率受限故障后还可以包括：
67.在动力电池满足以下条件中所有时，则判定动力电池发生功率受限故障，条件包括：
68.动力电池的最高温度小于预设温度阈值。动力电池的最大放电功率小于第一功率阈值。动力电池的最大充电功率绝对值小于第二功率阈值。
69.本实施例中，只有动力电池同时满足上面的条件时才能判定动力电池为功率受限故障。具体预设温度阈值为-30度，并且电池的充放电功率表均小于阈值。其中第一功率阈值和第二功率阈值均小于7kw。
70.一般而言，整车控制器会不断的检测动力电池的具体情况并将该信号传递给本实施例的控制系统中。在本实施例的控制系统根据整车控制器的信号判定动力电池为功率受限故障时，在对第一电机进行电压控制的同时还会对动力电池的电压和充放电功率进行控制。具体表现在，控制动力电池的电压在一定范围内波动，具体为设定的电压阈值。该设定的电压阈值可以根据情况进行设定。同时，限制动力电池的充放电功率也在一预设功率阈值范围内。如此，保证了动力电池电压和充放电功率在一定的范围内，避免动力电池出现过压或充放电功率过高导致燃烧甚至爆炸的情况。
71.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的车辆还包括dcdc转换器，dcdc转换器设置在第一电机与变速器之间。该dcdc转换器是将高压转化为低压。
72.具体地如图6所示，在步骤s200中，对第一电机和第二电机进行扭矩控制的步骤可以包括：
73.步骤s201，获取车辆的驱动模式，其中，驱动模式包括纯电驱动模式、串联驱动模式、并联驱动模式和怠速模式。
74.步骤s202，在车辆处于纯电驱动模式、串联驱动模式或怠速模式时，控制车辆进入串联驱动模式；或在车辆处于并联驱动模式时，控制车辆保持并联驱动模式，并对发动机进行限速；
75.步骤s203，对发动机、第一电机和第二电机进行扭矩控制；
76.步骤s204，在第一电机的发电扭矩对应的功率为dcdc转换器的低压端的消耗功率和第二电机的消耗功率之和，并且动力电池的输出或输入电流基本上为0时，将第一电机的扭矩加载到发动机的曲轴扭矩上。
77.具体地，由于动力电池在功率受限故障时，其动力电池无法为第二电机进行充电。因此，在车辆处于不同的驱动模式时需要将其切换至合适的驱动模式才能够满足车辆正常的形式需求。
78.本实施例中，步骤s201获取车辆的驱动模式的目的是根据每一不同的驱动模式进行不同的控制。一般驱动模式都是整车控制器在进行控制，因此可以直接从整车控制器中
来得到。
79.在步骤s202中，对于车辆处于串联驱动模式、纯电驱动模式和怠速模式时，可以将车辆驱动模式切换至或者保持串联驱动模式，从而保证通过第一电机发电给第二电机和整车用电器，进而可以让母线电流为0保证车辆用电正常和行驶正常。而在车辆处于并联驱动模式时，由于并联驱动模式下，车辆无需使用动力电池，因此可以保持并联模式驱动车辆运行。但是若此时车辆的速度过高，车辆对于能量的要求较高，很容易切换成其它驱动模式，因此需要对车辆进行限速。
80.步骤s203中，对于发动机、第一电机和第二电机扭矩控制主要是在驱动模式切换过程中，扭矩需要相互切换，因此需要主动控制。
81.而步骤s204中，主要是为了满足在车辆切换至合适的驱动模式后，第一电机的发电功率能够供整车使用，并且动力电池处的电流尽量保持为0，以避免动力电池损坏。
82.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的动力系统还包括冷却系统，冷却系统包括冷却泵，冷却系统用于冷却第一电机和第二电机。
83.具体地，如图7所示，步骤s203中，对发动机、第一电机和第二电机进行扭矩控制的步骤包括：
84.步骤s2031，限制发动机转速在预设转速范围内；
85.步骤s2032，在发动机的转速被限制在预设转速范围内时，控制车辆进入并联驱动模式或串联驱动模式；
86.步骤s2033，将冷却泵转速调至最大，并且控制调节dcdc转换器的低压端的电压为第一预设电压(14v)；
87.步骤s2034，控制第二电机的扭矩调节至驾驶员请求扭矩；
88.步骤s2035，控制调节第一电机的输出扭矩，使得第一电机的输出扭矩所对应的功率为dcdc转换器的低压端消耗的功率和第二电机消耗的功率之和，同时控制动力电池的输出或输入电流为0；
89.步骤s2036，控制将第一电机的实际扭矩添加到发动机的曲轴箱上。
90.本实施例中的步骤s2031中预设转速范围可以为0-5000转/min。
91.当发动机转速被限制在预设转速范围内时，再根据车辆的速度来控制车辆的驱动模式，如此可以使得驱动更能满足车辆的需求。
92.步骤s2033中，对于冷却泵的调整是为了冷却第一电机和第二电机，避免第一电机和第二电机过热。本实施例还将dcdc转换器的低压端的电压保持在第一预设电压，该第一预设电压大概为14v，而该第一预设电压的值是根据实际车辆的用电电压来设定。
93.作为本发明一个具体的实施例，本实施例的步骤s2032在发动机的转速被限制在预设范围内时控制车辆进入并联驱动模式或串联驱动模式的步骤包括：
94.在发动机的转速在预设范围内时，判断车辆的车速是否大于预设速度；
95.在车速大于预设速度时，控制车辆进入并联驱动模式；
96.在车速小于预设速度时，控制车辆进入串联驱动模式。
97.预设车速一般为20km/h，此预设车速的值为进如并联驱动模式的阈值车速。
98.作为本发明一个具体的实施例，如图8所示，本实施例的步骤s300对第一电机的电压进行控制的步骤包括：
99.步骤s301，获取车辆的电池继电器的开闭状态，电池继电器每间隔预设时间在打开和关闭之间切换；
100.步骤s302，在电池继电器处于闭合状态时，以前一时刻第一电机的实际电压为当前时刻的第一目标电压，将第一目标电压和当前时刻反馈的实际电压的差值作为闭环pid控制器的输入，从而计算出第一电机当前时刻的第一目标扭矩；
101.步骤s303，以前一时刻第一电机的第一前馈扭矩加上第一前馈扭矩得到第一电机当前时刻的第一实际扭矩；
102.步骤s304，在动力电池的继电器打开时，以设定电压为当前时刻的第二目标电压，按照前述计算第一实际扭矩相同的计算方式得到第一电机的第二实际扭矩；
103.步骤s305，在进行上述动作的同时判断第一电机的实际电压和设定电压的差值是否在设定范围内，若不在，则超过设定的时间阈值后报警。
104.本实施例的步骤s302中，实际扭矩等于目标扭矩加上前馈扭矩。而前馈扭矩则等于前馈扭矩为dcdc转换器低压负载功率与第二电机的实际功率之和再除以第一电机的实际转速。如此可以让第一点胶机的发电和负载用电持平，并且保持动力电池母线端电流为0。此时发动机扭矩等于第一电机的扭矩与-1相乘。
105.同样地，在动力电池的继电器打开时，以上述同样的计算方法，即此时的第一电机的实际扭矩等于前馈扭矩和闭环pid控制器计算出的扭矩之和。而前馈扭矩也同样为dcdc转换器低压负载功率与第二电机的实际功率之和再除以第一电机的实际转速。如此可以得到在动力电池继电器打开时的实际扭矩。
106.不断的调节目标电压的值，由于设定的电压进行调整，则在继电器打开和关闭时输出的实际扭矩也会不完全相同。当调节后的实际扭矩在预设实际扭矩范围内时，则达到了本实施例的目的，即第一电机的扭矩在预设实际扭矩范围内，使得车辆的动力电池在发生功率受限故障时，让第一电机的发电和负载用电持平，保持电池母线端电流为0，同时第一电机的实际电压维持在目标电压的阈值范围内，避免了第一电机的电压波动大导致车辆安全性低的问题。
107.具体地，在调节后，若第一电机的实际电压和设定电压的差值不在预设范围内，则会进行故障报警，此时也间接说明了通过控制调节无法消除动力电池的功率受限故障，需要驾驶员或维修人员知晓故障的情况进而进行主动维修以确保车辆的安全性。
108.本实施例的控制方法使得在动力电池充放电功率限值受限严重，甚至到0的情况下，提出功率闭环的控制策略，避免了低温下动力电池功率低无法驱动车辆行驶，以及低温下因超电池功率限制而报故障使得车辆无法行驶的问题，提高了车辆的安全性以及低温驾驶性能。
109.作为本发明一个具体的实施例，本实施例还提供一种混合动力车辆的动力系统控制系统，包括存储器和处理器，存储器内存储有控制程序，控制程序被处理器执行时用于实现上面的混合动力车辆的动力系统控制方法。处理器可以是一个中央处理单元(central processing unit，简称cpu)，或者为数字处理单元等等。处理器通过通信接口收发数据。存储器用于存储处理器执行的程序。存储器是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何介质，也可以是多个存储器的组合。上述计算程序可以从计算机可读存储介质下载到相应计算/处理设备或者经由网络(例如因特网、
局域网、广域网和/或无线网络)下载到计算机或外部存储设备。
110.作为本发明一个具体的实施例，本实施例还可以提供一种车辆，该车辆可以包括上面所述的混合动力车辆的动力系统控制系统。
111.至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。