专利名称：一种履带式混合动力车辆的功率前向控制方法
技术领域：
本发明涉及一种履带式混合动力车辆，尤其是采用发动机-发电机组和动力电池组混合供 电即提供功率且采用两个电动机分别驱动两侧主动轮的履带车辆。特别地，本发明涉及根据 加速踏板信号和发动机转速、双侧电机转速信号对发动机-发电机组和动力电池组输出功率进 行协调控制的方法。
背景技术：
随着科技的进步，大功率电力电子器件等技术的发展非常迅速，电传动技术在履带车辆 上的应用优势愈益明显。采用电传动技术的履带车辆同时具备发动机-发电机组、动力电池组 和电动机，需要通过对多个动力部件的协调控制来实现整车行驶的动力性和经济性，因此混 合动力履带车辆的功率控制方法或策略是非常关键的问题。
传统的应用于轮式混合动力车辆上的动力部件，如发动机-发电机组、动力电池组和电动 机的协调功率控制虽然有了一定的发展，但由于履带车辆和轮式车辆的行走机构的根本性的 差异，使得直接从混合动力的轮式车辆上的功率控制方法直接应用到履带车辆上先得尤为困 难。
在下面文件1中，公开了一种履带式混合动力车辆采用发动机-发电机组和动力电池组提 供电能，动力电池组可控的输出电能，两个电动机把电能转化为机械能，通过分别驱动两侧 主动轮和履带实现车辆行驶，然后，根据不同运行工况和驾驶需求确定发动机-发电机组和动 力电池组的几种工作模式的控制方法。但是文件1中并未解决有关提供功率的发动机-发电机 组和动力电池组、以及消耗功率的电动机的功率控制问题。其它现有技术中也未公开针对履 带式混合动力车辆的功率控制方法，以使得履带车辆具有高的动力性能和经济性能。
文件l:公开号CN1944139A。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种适用于双电机分别驱动两侧履带的主动轮的、 履带式混合动力车辆的功率前向控制方法。功率控制单元综合车辆的各个部件状态及车辆行 驶状况，在发动机-发电机组和动力电池组之间合理分配驱动功率，使发动机-发电机组和动 力电池组这两个能量源都在高效率区工作，从而使车辆在保证动力性的前提下，提高燃油经 济性、延长动力电池的循环使用寿命。
本发明提供了一种履带式混合动力车辆的功率前向控制方法，所述履带式混合动力车辆
的双侧履带分别由电动机i和电动机n独立驱动，所述车辆具有由发动机一发电机组和蓄能 装置构成的动力输出部件，其中，发动机驱动发电机而构成所述发动机一发电机组，所述控制方法实现从所述动力输出部件向所述电动机I和电动机II提供功率的控制，所述控制方法 具有如下步骤
a. 确定车辆需求功率；
b. 确定发动机-发电机组最大输出功率； C.确定蓄能装置最大输出功率；
d.获得发动机-发电机组最大输出功率与蓄能装置最大输出功率之和，当上述功率之和 大于车辆需求功率时，将车辆的需求功率重新设定为上述功率之和。
优选地，车辆的需求功率为电动机I的目标运行功率和电动机II的目标运行功率之和。 优选地，所述电动机I和电动机II的目标运行功率为电动机的目标运行转矩和该电动机 的实际转速的乘积。
优选地，所述车辆还具有功率控制单元，该功率控制单元实现从所述动力输出部件向所 述电动机I和电动机II提供功率的控制。
优选地，所述功率控制单元具有存储单元，其存储有所述发动机一发电机组的最低燃油 消耗曲线，所述步骤b还包括测量发动机的实际转速，所述发动机-发电机组最大输出功率为 在最低燃油消耗曲线上所述实际转速所对应的功率值。
优选地，还包括确定发动机的目标转速的步骤；该目标转速为在发动机一发电机组的 最低燃油消耗曲线上，将车辆的需求功率作为发动机-发电机组的输出功率所对应的发动机转 速。
优选地，如果车辆需求功率不在发动机-发电机最佳燃油消耗曲线对应的功率范围，则取 发动机-发电机最佳燃油消耗曲线上与车辆需求功率最接近点的功率所对应的发动机转速作 为发动机目标转速。
优选地，还包括确定蓄能装置的目标输出功率的步骤，蓄能装置的目标输出功率等于车 辆需求功率与发动机-发电机组最大输出功率的差值。
优选地，在蓄能装置进行功率输出时，若蓄能装置的最大输出功率小于蓄能装置的目标 输出功率，则将蓄能装置的最大输出功率重新设定为蓄能装置的目标输出功率。
优选地，所述蓄能装置为蓄电池组、电容或两者的组合。
优选地，所述车辆还包括电压变换器，所述蓄能装置通过该电压变换器连接到电动机I 和电动机II上。
优选地，所述电压变换器能够将蓄能装置的电压变化地施加到电动机I和电动机II上。 优选地，所述电压变换器为直流电压变换器。
5优选地，所述车辆还包括整流器，其用于将发动机一发电机输出的交流电整流为直流电， 并将上述直流电输出到电动机I和电动机II上。
优选地，动力电池组目标输出功率除以整流器输出电压获得电池组目标输出电流，所述 直流电压变换器还具有控制单元，该控制单元对动力电池组输出电流进行控制。
履带车辆的功率前向控制方法为首先确定电动机I和电动机II的总的需求功率即车辆
需求功率，然后确定发动机-发电机组最大输出功率与蓄能装置最大输出功率之和，当上述功 率之和大于车辆需求功率时，将车辆的需求功率重新设定为上述功率之和，即以车辆的需求 功率为基础进行的控制方法、
该方法包括确定车辆需求功率和发动机-发电机组可提供功率即最大输出功率，然后获得 动力电池组目标输出功率，根据电池组状态和总线电压确定动力电池组输出电流并通过对直 流变换器电流量的控制实现该功率输出。
该方法还包括当判断车辆需求功率大于发动机-发电机组和动力电池组最大输出功率之 和时，限制两侧驱动电机功率输出为发动机-发电机组和动力电池组最大功率之和。当判断动 力电池组的输出功率大于当前动力电池组状态下的峰值功率时，限制动力电池组的输出功率， 使其不大于峰值功率。
附图1为一种应用本发明的履带式混合动力车辆及其控制系统的示意图，
附图2为描述本发明的控制流程图。
图中
1-加速踏板，2-功率控制单元，3_侧减速器及主动轮I , 4_驱动电动机I ， 5-驱动
电动机i控制单元，6-驱动电动机n控制单元，7-驱动电动机n, 8-侧减速器及主动轮n,
9-动力电池组，10-直流变换器，11-直流变换器控制单元，12-直流母线，13-发动机-发电机组，13a-整流器，14-发动机控制单元，15-CAN通讯总线。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明进行进一步的描述。
图1是应用于本发明的功率控制方法的履带式混合动力车辆的结构图。该结构对本发明 背景技术中的文件1的车辆结构做了进一步的改进。履带式混合动力车辆，其具有位于车辆 两侧的履带，两侧的履带均单独被一个主动轮驱动，电动机I4和电动机II7分别布置在车辆 的两侧，其中，电动机I4布置在车辆的左侧，电动机II7布置在车辆的右侧，上述电机也可 以如下的方式布置，电动机I4布置在车辆的右侧，电动机II7布置在车辆的左侧；但为了更 清楚的描述本发明的实施方式，在下面的记载中，统一规定电动机I4布置在车辆的左侧， 电动机II7布置在车辆的右侧。电动机I4通过机械结构连接至左侧的主动轮，进而驱动左侧履带，电动机II7通过机械 结构连接至右侧的主动轮，进而驱动右侧履带，上述机械结构可以为侧减速器，但也可以根 据电动机的性能省略上述侧减速器；上述左侧的主动轮和与之相连接的减速器共同构成附图 1中的侧减速器及主动轮1，右侧的主动轮和与之相连接的减速器共同构成侧减速器及主动轮 2。
该车辆还具有动力输出部件，其用于向电动机14和电动机II7提供电能即功率。 该动力输出部件由两部分组成
其中一部分具有发动机，及与发动机机械连接的发电机，发动机和发电机共同构成发动 机-发电机组13;
另一部分由蓄能装置构成，优选地，该蓄能装置由蓄电池组尤其是动力电池组9构成。 通常情况下，动力电池组输出直流电，发动机-发电机组13输出交流电，发动机-发电机 13组还连接有整流器13a，其用于将发动机-发电机组13输出的交流电整流为直流电，以便 于与动力电池组9相并联，在此连接的情况下，发动机-发电机13和整流器13a共同构成发 动机-发电机-整流器总成，直流母线12连接于电动机I4和电动机II7上，用于向电动机I4 和电动机I17提供功率，动力电池组9和发动机-发电机-整流器总成共同连接在直流母线12 上；在此连接结构下，当动力电池组9的电能较低时，通过发动机-发电机-整流器总成向动 力电池组9充电。
为了控制动力电池组9的输出电压，动力电池组9通过直流变换器10连接到直流母线 12上，在此连接结构下，动力电池组9的输出电压可控的与电动机I4和电动机II7连接， 并同时与发动机-发电机-整流器总成13相匹配，从而能够在保护动力电池组9的使用寿命的 情况下，更加高效的向动力电池组9提供功率。
直流变换器10优选为直流电压变换器。
上述发动机还具有发动机控制单元14，电动机I4还具有电动机I控制器5，电动机I17 还具有电动机II控制器6，直流变换器10具有直流变换器控制单元U，该车辆还具有功率控 制单元2，功率控制单元2接收来自加速踏板1、直流变换器控制单元11、发动机控制单元 14、控制器5和控制器6的信号，例如电动机转速、发动机转速、踏板旋转角度、直流变换 器的变压比等，功率控制单元2还向直流变换器控制单元11、发动机控制单元14、控制器5 和控制器6发送控制信号，例如电动机目标转速、电动机目标转矩、电动机目标功率、发动 机目标转速、发动机目标功率、发动机目标转矩、直流变换器目标变压比例等，上述发送和 接受信号的传输可以通过CAN通讯总线15传输。
功率控制单元14，具有以CPU为核心的微处理器，其还具有存储单元，在该存储单元中， 存储有发动机一发电机组的最低燃油消耗曲线，其存储方式为，首先将发动机-发电机组的最 低燃油消耗曲线上的发动机转速与发动机-发电机组的输出功率的对应关系建立数据库，进而将该数据库存储到存储器中；发动机一发电机组的最低燃油消耗曲线可以通过常规的试验手 段即可获得，在最低燃油消耗曲线上，具有发动机的转速与发动机一发电机组的输出功率的 对应关系，最低燃油消耗曲线的获得方式不在本发明的范围之内，在此不作详细描述；存储 单元还存储有发电机的输出参数对应关系，在该对应关系上，具有在不同的发动机的转速下， 发电机的输出电压和电流的对应变化曲线，优选地，由于发电机输出电压和电流通过整流器 13a整流，从而，上述对应变化曲线可以转化为整流器输出的电流和电压的对应变化曲线， 即通过常规的试验和计算方法，既可以获得在不同的发动机转速下，整流器的输出电流和电 压的对应变化曲线。
功率控制单元2、驱动电动机I 4控制单元5、驱动电动机I17控制单元6和发动机控制 单元14、直流变换器控制单元U优选为现有技术中公知的基于微处理器的控制装置。功率 控制单元2通过传统的电气信号接收来自加速踏板1的转角位置，通过CAN通讯总线15接收 驱动电动机I 4控制单元5、驱动电动机I17控制单元6、发动机控制单元14的转速反馈信号。
加速踏板1通过功率控制单元2对发动机的运转进行控制，其控制信号通过通讯总线15 进行传递。
通常情况下，整流器能够较高效率的将发动机-发电机输出的交流电转化为直流电，为了 更清除的描述本发明的实施例，忽略整流器13a的转化损失，即整流器的转化效率为100%， 从而，发动机-发电机组13通过整流器13a向直流母线上提供的功率等于发动机-发电机组 13提供的功率，即在任一时刻，如果发动机-发电机组13提供的功率为W，则发动机-发电机 -整流器总成提供的功率也为W;但本领域技术人员可知，在实际应用情况下，本领域技术人 员很容易通过常规的试验手段得出整流器13a在不同使用条件下的转换效率，进而通过发动 机-发电机组13提供的功率获得发动机-发电机-整流器总成提供的功率，因此，在下面对履 带车辆的功率控制方法的描述中，将实施例中的发动机-发电机组提供的功率替换为发动机-发电机-整流器总成提供的功率，或将发动机-发电机组输出的功率替换为发动机-发电机-整 流器总成输出的功率也落入本实施例的描述范围之内。
附图2为描述本发明的控制程序流程图。
在步骤20,电动机I和电动机II的实际转速通过CAN通讯总线15传送到功率控制单元2， 功率控制单元2根据两个电机的实际转速分别与两个电机的目标运行转矩相乘获得电动机I 和电动机II的目标运行功率，然后功率控制单元将电动机I和电动机II目标运行功率通过CAN 通讯总线15发送给驱动电动机I控制单元5和驱动电动机II控制单元6;电动机I和电动机 II的各自的目标运行转矩可以根据车辆的使用环境以及驾驶员的输入信息获得，例如利用加 速踏板的旋转角度和方向盘的位置来确定电动机I和电动机II的目标运行转矩，但其确定方 式是本领域技术人员熟知的内容，其不在本发明的范围之内，在此不作详细描述。电动机I
和电动机n的目标运行功率的和作为车辆需求功率。
8在步骤21，功率控制单元2具有存储单元，其存储有发动机一发电机组的最低燃油消耗 曲线，车辆需求功率的值在发动机-发电机最佳燃油消耗曲线上对应的发动机转速作为发动机
目标转速，功率控制单元2将该目标转速通过CAN通讯总线15发送给发动机控制单元14。 如果车辆需求功率不在发动机-发电机最佳燃油消耗曲线对应的功率范围，则取发动机-发电 机最佳燃油消耗曲线上与车辆需求功率最接近点所对应的转速作为发动机目标转速。
在步骤22,测量发动机转速，按发动机实际转速下在发动机-发电机最佳燃油消耗曲线 上对应的发动机功率作为发动机-发电机的最大输出功率。
在步骤23，用车辆需求功率与发动机-发电机组最大输出功率的差作为动力电池组目标 输出功率。
在步骤24，根据公知的计算电池荷电状态的方法确定电池组当前状态下的最大输出功率。 在步骤25，对动力电池组目标输出功率和动力电池组当前状态下的最大功率进行比较，
取较小者作为动力电池组目标输出功率。动力电池组目标输出功率除以直流母线12电压获得
电池组目标输出电流。直流变换器控制单元采用公知的控制方法对动力电池组输出电流进行
控制以实现动力电池按需求功率进行功率输出。
在步骤26，对电动机I和电动机II的目标运行功率之和与当前发动机-发电机组最大运
行功率与动力电池组最大运行功率之和进行比较，取较小者作为电动机I和电动机II的目标
运行功率之和。
权利要求
1、一种履带式混合动力车辆的功率前向控制方法，所述履带式混合动力车辆的双侧履带分别由电动机I和电动机II独立驱动，所述车辆具有由发动机-发电机组和蓄能装置共同构成的动力输出部件，其中，发动机驱动发电机而构成所述发动机-发电机组，所述控制方法实现从所述动力输出部件向所述电动机I和电动机II提供功率的控制，所述控制方法具有如下步骤a.确定车辆需求功率；b.确定发动机-发电机组最大输出功率；c.确定蓄能装置最大输出功率；d.获得发动机-发电机组最大输出功率与蓄能装置最大输出功率之和，当上述功率之和大于车辆需求功率时，将车辆的需求功率重新设定为上述功率之和。
2、 如权利要求l所述方法，其中车辆的需求功率为电动机I的目标运行功率和电动机n的目标运行功率之和。
3、 如权利要求2所述方法，其中所述电动机I和电动机II的目标运行功率为电动机的目标运行转矩和该电动机的实际转 速的乘积。
4、 如权利要求1或2或3所述的方法，其中所述车辆还具有功率控制单元，该功率控制单元实现从所述动力输出部件向所述电动机 I和电动机II提供功率的控制。
5、 如权利要求4所述的方法，其中-所述功率控制单元具有存储单元，其存储有所述发动机一发电机组的最低燃油消耗曲线， 所述步骤b还包括测量发动机的实际转速，所述发动机-发电机组最大输出功率为在最低燃油 消耗曲线上所述实际转速所对应的功率值。
6、 如权利要求5所述的方法，其中还包括确定发动机的目标转速的步骤；该目标转速为在发动机一发电机组的最低燃油 消耗曲线上，将车辆的需求功率作为发动机-发电机组的输出功率所对应的发动机转速。
7、 如权利要求6所述的方法，其中如果车辆需求功率不在发动机-发电机最佳燃油消耗曲线对应的功率范围，则取发动机-发电机最佳燃油消耗曲线上与车辆需求功率最接近点的功率所对应的发动机转速作为发动机 目标转速。
8、 如权利要求1或2所述的方法，其中还包括确定蓄能装置的目标输出功率的步骤，蓄能装置的目标输出功率等于车辆需求功 率与发动机-发电机组的最大输出功率的差值；还包括在蓄能装置进行功率输出时，若蓄能装置的最大输出功率小于蓄能装置的目标输 出功率，则将蓄能装置的最大输出功率重新设定为蓄能装置的目标输出功率； 还包括判定蓄能装置的峰值功率的步骤；当蓄能装置的最大输出功率大于蓄能装置的峰值功率时，蓄能装置的最大运行功率被重 新设置为所述峰值功率。
9、如权利要求1至8中任一项所述的方法，其中 所述蓄能装置为蓄电池组、电容或两者的组合；所述车辆还包括电压变换器，所述蓄能装置通过该电压变换器连接到电动机I和电动机 II上；所述电压变换器能够将蓄能装置的电压变化地施加到电动机I和电动机n上； 所述电压变换器为直流电压变换器；所述车辆还包括整流器，其用于将发动机一发电机输出的交流电整流为直流电，并将上 述直流电输出到电动机I和电动机II上；动力电池组目标输出功率除以整流器输出电压获得电池组目标输出电流，所述直流电压 变换器还具有控制单元，该控制单元对动力电池组输出电流进行控制。
全文摘要
本发明涉及一种履带式混合动力车辆的功率前向控制方法，尤其是采用发动机-发电机组和动力电池组混合供电且采用两个电机分别驱动两侧主动轮的履带车辆。为了能够更加有效的利用发动机-发电机组和动力电池组提供的功率，本发明根据加速踏板信号和发动机转速、双侧电机转速信号对发动机和动力电池组输出功率进行协调控制的方法。该方法包括确定车辆需求功率和发动机-发电机组可提供功率，然后获得动力电池组需求功率，根据电池组状态和总线电压确定电池组目标输出电流并通过控制直流变换器电流量实现需求功率输出。该方法还包括当判断车辆需求功率大于发动机-发电机组和动力电池组可提供功率之和时，限制两侧驱动电机功率输出为发动机-发电机组和动力电池组可提供功率之和。
文档编号B60W10/26GK101590850SQ20081011661
公开日2009年12月2日 申请日期2008年7月14日 优先权日2008年7月14日
发明者吴静波, 孙逢春, 张承宁, 李军求, 渊 邹 申请人:北京理工大学