一种混合动力汽车的动力控制系统的制作方法

【技术领域】

本发明涉及一种混合动力汽车的动力控制系统，尤其涉及一种基于线路的交通状况的混合动力公共交通客车或公交车的动力控制系统。

背景技术：

当前，控制空气中pm2.5，是市内公共交通车辆节能减排的重要贡献。图1是一种混合动力客车的混合动力系统的示意图。对于图1的示意图，发动机及电机之间可增加离合器。另外图7显示了图7的高压电池荷电状态，其中电池允许最大值max和和最小值min来源于高压电池的限制，主动放电值d表明当荷电状态达到d时可以提高电助力在行驶中的比例；电助力允许值e表明当荷电状态低于e时，行驶中不可以使用电机助力，高压电池仅提供附件消耗使用；强制充电值b表明车辆优先进行充电，需满足能量管理。

该客车的混合动力系统，在传统的公共汽车动力总成基础上，包括发动机12、发动机控制器(ems)16、变速器10、变速器控制器(tcu)17、控制总线等，增加高压电动系统总成，包括高压电池18、高压电池管理系统(bms)19、发电-电动机(isg)11、动力力电子模块13、发电-电动机控制器(mcu)14、混合动力整车控制单元(hcu)15、can通讯总线等。

该客车的混合动力系统，增加以下功能：

1)自动启停。在红绿灯停车、交通堵塞停车时，自动停止发动机运转。

2)减速断油。踩制动踏板减速、踩制动踏板下坡滑行时，自动断开燃油。

3)能量回收。刹车、下坡滑行时，回收制动产生的能量，给高压电 池自动充电。

4)怠速充电。当高压电池荷电状态小于图7的高压电池荷电状态的特定值a时，停车过程中发动机对高压电池进行充电，保证起步加速后有足够电池电量的保留。

5)智能充电。当高压电池荷电状态小于图7的高压电池荷电状态的特定值c时，行车过程中考虑综合动力系统效率，发动机发出比车辆行进所需更多的能量，对高压电池充电。

6)电动助力。在低速区、急加速、大负荷，发电-电动机为发动机助力。发动机出现故障，扭矩能力不足时也可使用。

7)电机辅助调速。换挡过程当中电机辅助调速，减少动力中断时间，降挡时输出正扭矩、升挡时输出负扭矩。

8)行车模式切换。该款混合动力公交车可存在经济模式与山地模式，依据不同模式可调整电助力使用、能量回馈幅度等功能。

9)经济性换挡。同传统公交车不同，该款公交车升挡时综合考虑电机同发动机的综合效率，降挡时降挡点依照刹车深度综合考虑能量回收最大化。

10)坡道动力性提升。坡道行驶时，动力性等级优先于能量管理，即坡道行驶中到达预设车速前，控制空调断开状态，保证动力性，电机持续提供助力，直至高压电池荷电状态小于图7的高压电池荷电状态的特定值e时。

对于混合动力车辆来说，其动力系统的各个部分在相应的转速和负荷下具有最佳的工作范围，例如在图2和图3的发动机的万有特性和外特性中显示了发动机的油耗率和功率相对于转速和扭矩的变化关系，图2和图3所示的发动机的最高效率运行范围应当为油耗率为194-196g/kw*h的曲线包围的范围，其对应于转速大致为1400-1600r/min，相应的扭矩大致为600-650nm，功率大致为90-110kw；而相对高效率运行范围应当为油耗率为194-199g/kw*h的曲线包围的范围，其对应于转速大致为1200-1400r/min或者1600-1800r/min，相应的扭矩大致为600-650nm，功率大致为80-90kw或者110-130kw。同样，对于变速器和发电-电动机来说，也具有各自的最 高效率工作区域和相对高效率的工作区域，在此申请人不进行具体的描述。

但是，在现有的混合动力客车来说，由于其行驶的道路交通状况非常复杂。参见图4-图6所示。在图4、图5和图6分别显示了市区公交车的三种行驶工况：典型行驶工况、拥挤行驶工况、畅通行驶工况，其中纵坐标为公交车的车速，单位是公里/小时；横坐标为公交车的驾驶时间，单位是秒。图4是上海市区公交车典型行驶工况，在最初的1276秒，即21.3分钟内，公交车停车14次，14次行驶的最高车速是：最小的15公里/小时，最大的70公里/小时。图5是上海市区公交车畅通行驶工况，在最初的931秒，即15.5分钟内，公交车停车9次，9次行驶的最高车速是：最小的30公里/小时，最大的68公里/小时。图6是上海市区公交车拥挤行驶工况，在最初的1249秒，即20.8分钟内，公交车停车20次，20次行驶的最高车速是：最小的8公里/小时，最大的34公里/小时。

为了实现该类混合动力客车的动力系统优化目标，目前的方式是需要花费大量的人力物力，在各类城市，选择不同的行驶工况进行标定。国内城市众多，道路路况非常复杂多变，公共交通行驶工况千差万别，使得混合动力客车的混合动力系统的发动机、变速器和发电-电动机并没有工作各自的最高效率工作区域和相对高效率的工作区域。从而使得混合动力客车的油耗和能耗增加和排放变坏。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种混合动力客车的动力控制系统，能够使同一种车型的混合动力公共汽车适应于不同的城市、不同的线路、不同的日期、不同的时间的交通状况，达到节能减排、控制pm2.5的目的。

根据本发明的客车的混合动力系统包括：发动机和发电-电动机，所述发动机和发电-电动机中的至少一个用于驱动所述客车，高压电池，其用于向发电-电动机供电或者接收发电-电动机的充电，所述动力控制系统包括：线路交通状况确定模块，用于实时识别和确定客车运行线路中各个路段的实时 交通状况参数，混合动力系统工作状态的确认模块，用于确认所述混合动力系统的工作状态参数，以及混合动力系统总成状态的确认模块，用于确认混合动力系统总成状态参数，其中所述动力控制系统基于所述各个路段的实时交通状况参数、所述混合动力系统的工作状态参数和混合动力系统总成状态参数，对客车的混合动力系统进行优化。

【附图说明】

附图说明

图1显示了一种混合动力客车的混合动力系统的示意图

图2和图3分别显示了该客车的发动机的万有特性和外特性

图4、图5和图6分别显示了市区公交车的三种行驶工况：典型行驶工况、拥挤行驶工况、畅通行驶工况。

图7是显示了高压电池的荷电状态的示意图。

【具体实施方式】

根据本发明，提出了一种基于线路交通状况的混合动力公共汽车动力控制系统，能够使同一种车型的混合动力公共汽车适应于不同的城市、不同的线路、不同的日期、不同的时间的交通状况，达到节能减排、控制pm2.5的目的。

根据本发明的一个实施例，根据本发明的混合动力公共汽车的动力控制系统，能够对于任一城市任一条的公共交通线路，基于公共汽车实时运行的时间日期、线路交通状况、混合动力系统工作状态、混合动力系统总成状态等实时控制参数来实现对公共汽车的混合动力系统的工作优化。

根据本发明的实施例的混合动力公共汽车的混合动力系统包括：发动机12、发动机控制器(ems)16、变速器10、变速器控制器(tcu)17、控制总线，高压电池18、高压电池管理系统(bms)19、发电-电动机(isg)11、动力力电子模块13、发电-电动机控制器(mcu)14、混合动力整车控制单元(hcu)15、can通讯总线等，如图1所示。

根据本发明的动力控制系统包括：线路交通状况确定模块，用于实时识别和确定客车运行线路中各个路段的实时交通状况参数，混合动力系统工作状态的确认模块，用于确认所述混合动力系统的工作状态参数，以及混合动力系统总成状态的确认模块，用于确认混合动力系统总成状态参数，其中所述动力控制系统基于所述各个路段的实时交通状况参数、所述混合动力系统的工作状态参数和混合动力系统总成状态参数，对客车的混合动力系统进行优化。

所述公共汽车的工作时间和日期参数从混合动力客车的任一控制器上接收。

在上述的实施例中，线路交通状况确定模块实时识别和确定下面的公共交通线路的交通状况参数：

1)该线路总长度的识别，所述汽车钥匙开关打开和关闭时，车辆所行驶的距离。

2)该线路公交车站之间距离的识别，本次车速为零且乘客门开关打开，与上次车速为零且乘客门开关打开时，车辆所行驶的距离。

3)该线路的总车站数识别。

4)该线路各车站之间的交叉路口红绿灯识别，在凌晨和夜间，道路畅通，所述汽车为零时间大于15秒小于300秒，为一个红绿灯路口。

5)所述的客车路过该线路任一交叉路口红绿灯时，亮红灯或亮绿灯是随机的，长日期的在凌晨和夜间行驶，积累识别出各交叉路口红绿灯路口。

6)该线路各车站之间的交叉路口红绿灯距离识别，所述的客车，在各红绿灯路口之间行驶的距离。

7)该线路各车站之间的平坦路段识别，在凌晨和夜间，道路畅通，所述汽车在低扭矩、高车速、高档位工况下所连续行驶的距离。

8)该线路各车站之间的上坡路长度识别，在凌晨和夜间，道路畅通，所述汽车在大扭矩、低车速、低档位工况下所连续行驶的距离。

9)该线路各车站之间的下坡路长度识别，所述汽车在零扭矩、轻踩 制动、高车速工况下所连续行驶的距离

10)该线路各车站之间的交替上下坡路长度识别，所述汽车在大扭矩、低车速、低档位工况下所连续行驶的距离，所述汽车在低扭矩、高车速、高档位工况下所连续行驶的距离，两者交替出现。

11)该线路的各车站之间最高车速识别。

12)该线路的各车站之间堵车时间识别，各车站之间的堵车次数乘以每次堵车的时间。

13)该线路的各车站之间低车速行驶距离识别。车速小于10km/h、10--14km/h、15--19km/h、20--24km/h、25--30km/h的各时间段行驶的时间。取连续的速度区间的最长行驶时间。

14)每时间段的各车站之间的实时交通状况识别。依据上述1)到13)识别每半小时内交通状况。

15)按交通时段统计交通状况：早高峰、晚高峰、午间、夜间、黎明。

在上述的本发明的实施例中，所述交通状况参数还包括：

16)日期识别。包含日期的时间信号从所述汽车动力系统控制器获取。按日期分类统计：假日(周日至周六)，工作日(周一至周五)，节假日(过年长假7天、节日长假-7天、节日短假-3天)。

17)日交通状况识别。按上述的日期分类，按上述依据上述1)到15)，识别工作日、假日、节假日的日交通状况。

18)上述工作日、假日、节假日还可以细分，如周一到周五等，识别各类日期的日交通状况。

19)按交通日期和时段统计交通状况：早高峰、晚高峰、午间、夜间、黎明。

在本发明的实施例中，所述交通状况参数还包括：

20)交通状态识别：

6.饱和：常堵路段。

7.畅通：畅通路段。

8.维修：同一路段堵塞一站以上。

9.改道：新的路程，重新学习。

10.进站：门开关一次，且距离上次开关门时路程大于100米。

在本发明的实施例中，混合动力系统工作状态的确认模块确认所述混合动力系统的下面的工作状态参数：

1)在该实施例型中发动机与电机之间存在离合器，则存在纯电动模式。

2)上下电状态。所述混合动力系统收到钥匙开关打开信号并且高压系统上电完成，发动机启动成功。所述混合动力系统收到钥匙开关关闭信号且高压系统下电完成，发动机关闭成功。

3)自动停止状态。在红灯时或临时堵车停车、交通堵塞停车时，踩制动踏板，自动停止发动机运转。

4)自动启动状态。在绿灯放行、交通堵塞清除时，踩加速踏板或，松开制动踏板，自动启动发动机，开起车辆。

5)减速断油状态。踩制动踏板减速、踩制动踏板下坡滑行或松掉油门踏板时，自动断开燃油。

6)能量回收功能。刹车、下坡滑行或松掉油门踏板时，回收制动产生的能量，给高压电池自动充电。

7)智能充电。当高压电池荷电状态小于图7的高压电池荷电状态的特定值c时，行车过程中考虑综合动力系统效率，发动机发出比车辆行进所需更多的能量，对高压电池充电。

8)怠速充电。当高压电池荷电状态小于图7的高压电池荷电状态的特定值a时，停车过程中发动机对高压电池进行充电，保证起步加速后有足够电池电量的保留。

9)电动助力。在低速区、急加速、大负荷或者发动机出现故障模式、扭矩能力不足时，发电-电动机为发动机助力。

10)传统模式。发动机按传统方式工作，此时高压系统暂停工作。

在本发明的实施例中，混合动力系统总成状态的确认模块确认下面的混合动力系统总成状态参数：

1)发动机、发动机控制器ems工作状态，包括扭矩、转速、瞬时油耗、功率、冷却液温度，以及发动机各子系统的参数。

2)变速器、变速器控制器tcu，包括档位、输入轴转速、输出轴转速、扭矩，以及变速器各子系统的参数。

3)数据总线，发送接收传统动力系统的工作参数。

4)高压电池、高压电池管理系统bms，包括soc、可用功率、电池单元温度，以及高压电池管理系统各子系统的参数。

5)发电-电动机、动力力电子模块、发电-电动机控制器mcu，包括可用扭矩、转速、电机温度，以及发电-电动机控制器mcu各子系统的参数。

6)通讯总线，发送接收高压动力系统的工作参数。

在本发明的实施例中，所述各个路段的实时交通状况参数、所述混合动力系统的工作状态参数和混合动力系统总成状态参数包括：

1)路段类型识别：平坦路路，长上坡路段，长下坡路段，频繁上下坡路段

2)日期和时间的类型识别。按照所述新能源客车的混合动力系统运行的真实的日期和时间，识别的该日期和时间的类型。如周一，早高峰。

3)交通状况识别。按照所述日期和时间的类型。识别所述公交线路的任一车站之间的，交通状况。如周一，早高峰，第5与第6车站之间，车辆最高车速，以及车速小于10km/h、10--14km/h、15--19km/h、20--24km/h、25--30km/h的各时间段，最大的连续行驶的时间。

4)路段交通识别：畅通路段，堵塞路段，低速蠕动路段，达不到公交线路最高限速的路段，车辆最高车速，以及车速小于10km/h、10--14km/h、15--19km/h、20--24km/h、25--30km/h的各时间段， 最大的连续行驶的时间

5)混合动力系统总成状态识别。发动机、isg、变速器、高压电池的各自的状态，在2)所述的交通状况下，发动机、isg、变速器、高压电池的最佳工作参数，包括在所述最高车速下，发动机功率、转速、扭矩高效工作区间，isg最大扭矩、变速器档位、高压电池soc等。

6)混合动力系统工作状态识别：上电、下电、混合动力模式、传统发动机模式、纯电动模式。

根据本发明的实施例，基于上述混合动力特征优化过程中的1)到4)所述的路段类型和路段交通，根据3)混合动力系统总成状态，4)混合动力系统工作状态，本发明的动力控制系统对所述混合动力做如下优化：

1)针对平坦路段畅通路段混合动力优化。之前路段及本路段，高压电池放电下限为30％电池荷电状态soc，智能充电上下限为60％soc和80％soc，发动机、发电-电动机、变速器工作在最高效率区。例如，对于图2和图3所示的发动机的实例，发动机工作在最高效率工作区域。

2)针对平坦路段堵塞路段混合动力优化。在之前路段预先对电池充电到80％soc。在本路段，高压电池放电下限为10％soc，智能充电上下限为20％soc和90％soc，发动机、发电-电动机自动启停、变速器工作该限速下的相对高效率区。例如，对于图2和图3所示的发动机的实例，发动机工作在相对高效率的工作区域。

3)针对平坦路段蠕动路段混合动力优化。在之前路段智能充电上下限为90％soc和95％soc，预先为电池充电。在本路段，高压电池放电下限为10％soc，智能充电上下限为15％soc和60％soc，，变速器限制在1档和2档位。

4)针对长上坡路段畅通路段混合动力优化。在之前路段预先为电池充电智能充电95％soc。在本路段，放电下限为10％soc，发动 机、发电-电动机、变速器工作在大负荷的相对高效率区。例如，对于图2和图3所示的发动机的实例，发动机工作在相对高效率的工作区域。

5)针对长上坡路段堵塞路段混合动力优化。在之前路段预先为电池充电智能充电95％soc。在本路段，变速器限制在1档和2档位，发动机、发电-电动机自动启停。当高压电池soc低于10％,时，发动机、发电-电动机不进行自动启停。

6)针对长上坡路段蠕动路段混合动力优化。在之前路段预先为电池充电智能充电95％soc。在本路段，高压电池放电下限为10％soc，变速器限制在1档和2档位。

7)针对长下坡路段畅通路段混合动力优化。在之前路段，预先应用isg助力，电池放电为15％soc。在本路段，智能充电上下限为10％soc和20％soc，发动机、变速器工作在高速低负荷的相对高效率区。回收下坡滑行制动能量由发电-电动机为高压电池充电。

8)针对长下坡路段堵塞路段混合动力优化。在之前路段，预先应用isg助力，电池放电为30％soc。在本路段，智能充电上下限为10％soc和20％soc，高压电池放电下限为10％soc，发动机、变速器工作在低负荷的相对高效率区。回收下坡滑行制动能量由发电-电动机为高压电池充电。

9)针对长下坡路段蠕动路段混合动力优化。在之前路段，预先应用isg助力，电池放电为50％soc。在本路段，智能充电上下限为20％soc和40％soc，发动机、变速器工作在低负荷的相对高效率区。回收下坡滑行制动能量由发电-电动机为高压电池充电。

10)针对频繁上下坡路段畅通路段混合动力优化。之前路段，高压电池维护为30％soc。在本路段，智能充电上下限为60％soc和80％soc，发电-电动机进行能量回收，变速器、发动机工作在车速和负荷对应的效率区。

11)针对频繁上下坡路段堵塞路段混合动力优化。之前路段，高压电 池维护为80％soc。在本路段，智能充电上下限为20％soc和50％soc，发电-电动机进行能量回收，变速器、发动机工作在车速和负荷对应的效率区。

12)针对频繁上下坡路段蠕动路段混合动力优化。之前路段，高压电池维护为90％soc。在本路段，智能充电上下限为20％soc和50％soc，发电-电动机，变速器、发动机工作在车速和负荷对应的效率区。

以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的一种基于线路交通状况的新能源客车动力系统节能优化模式，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。