专利名称：一种增程式电动汽车的驱动控制方法
技术领域：
本发明涉及一种增程式电动汽车的驱动控制方法，属于增程式电动汽车动カ系统控制方法领域。
背景技术：
由于动カ电池的能量密度不能满足车用需求，目前纯电动汽车的续驶里程短，不能被用户接受。增程式电动汽车在纯电动汽车的基础上增加发动机驱动系统，在电量充足时，增程式电动汽车具有全性能纯电动能力，车辆以纯电动行驶；在电量不足时，通过发动机提供整车行驶能量，提高整车续驶里程。根据动カ系统结构不同，增程式电动汽车可以分为串联增程式电动汽车、并联增程式电动汽车、混联增程式电动汽车。串联驱动方式在高速时的燃油经济性差，并联驱动方式在低速时的燃油经济性差。兼具串联工作和并联工作方式的增程式电动汽车可以取得综合燃油经济性最佳的效果。增程式电动汽车常用的电能使用方式是电能充足时车辆纯电动行驶，直到动カ电池荷电状态(SOC)达到下限后才让发动机工作。但电能不足时，整车持续大功率工作的性能下降，动カ性受到影响，不适合需要高功率的长距离行驶エ况。
发明内容
发明的目的在于提供一种增程式电动汽车的驱动控制方法，其针对兼具串联工作和并联工作方式的增程式电动汽车，可以充分利用发动机直接驱动的优点，保持长途行驶的动カ性，并能提高续驶里程。本发明的技术方案是这样实现的一种增程式电动汽车的驱动控制方法，由发动机(I)、发电机(2)、离合器(3)、驱动电机(4)和两挡变速器(5)等组成；其特征在于发电机(2)可实现起动发动机(I)和发电的功能，发动机(I)和驱动电机(4)之间有ー个离合器
(3)，通过离合器(3)的分离或接合可以实现发动机(I)直接驱动车辆或串联行驶；驱动电机(4)与主減速器之间有ー个两挡变速器(5)；其中，两挡变速器的一挡速比由驱动电机最大转矩与整车最大爬坡度的关系确定，ニ挡速比由发动机最高转速与整车最高车速的关系确定，并且一挡传动比与ニ挡传动比之比小于驱动电机最高转速与额定转速之比；驱动电机是车辆主要动カ源，满足整车驱动功率的需求，包括百公里加速时间、整车最高车速和整车最大爬坡度等需求；发动机是辅助动カ源，只需满足最高巡航车速的功率和附件功率的需求；发电机在动カ电池SOC达到下限后平衡动カ电池SOC ;驱动电机、发动机和发电机的最高转速相同。增程式电动汽车根据动カ电池荷电状态(SOC)将整车工作状态分为电量消耗(Charge Depleting,⑶)阶段和电量维持(Charge Sustaining,CS)阶段。在动カ电池SOC较高时，增程式电动汽车工作在CD阶段。由于整车高速时需求功率高，如果以纯电动行驶，电能消耗很快，不利于提高续驶里程和保持长途行驶的动力性。同时该增程式电动汽车动カ系统具有大功率驱动电机和小功率发动机，高速时发动机可以高效直接驱动。所以，在CD阶段，低速时纯电动，高速时发动机在其高效区直接驱动。在动力电池SOC达到下限后，增程式电动汽车进入CS阶段，低速时串联工作，高速时并联工作，可以得到最佳的燃油经济性。下面详细描述本发明提出的增程式电动汽车驱动控制方法。如图2所示，增程式电动汽车在动力电池SOC到达门限值SOC1前处于⑶阶段，然后进入CS阶段。在CS阶段，动力电池SOC维持在SOC1附近。通过外接充电为动力电池补充电能后，增程式电动汽车再次进入CD阶段。本发明提出的增程式电动汽车驱动控制方法包括CD阶段转矩分配、CD阶段挡位控制、CS阶段转矩分配和CS阶段挡位控制共四部分。1、CD阶段转矩分配CD阶段，根据驾驶员的目标行驶里程和工况的平均车速确定发动机是否参与工 作。判断逻辑如图3所示。在目标行驶里程大于行驶里程阈值且工况平均车速大于平均车速阈值时，发动机参与工作，否则整车一直以纯电动模式行驶。工况平均车速高时，整车功率需求较高，如果以纯电动行驶，⑶阶段里程较短；如果此时目标行驶里程长，进入CS模式后，整车动力性受到动力电池的限制，不能在整个行驶里程内都保持很好的动力性。目标行驶里程较长且工况平均车速较高时，可以通过发动机参与工作，在整个行驶里程内都保持很好的动力性。工况平均车速高时，整车工作在高速区间的时间段较长，并且由于发动机功率较小，此时发动机可以在其经济区间工作，提供一部分整车驱动力。CD阶段不需要主动为动力电池补充电量，没有发电损失和动力电池充放电损失。CS阶段，需要一直维持电量平衡，存在发电损失和动力电池充放电损失。目标行驶里程较长且工况平均车速较高时，可以通过发动机参与工作，可以延长CD阶段里程，实现电能的最佳使用，提高整车经济性。图4所示是CD阶段发动机参与工作时的驱动模式控制方法。图4中，Tdrv代表驾驶员需求的变速器输入轴驱动转矩，vCD是CD阶段发动机工作的最低车速，TEV；CD是CD阶段车速大于时的纯电动最大转矩，TEng,h是发动机经济区最大转矩，v*CD是CD阶段由并联驱
动切换到纯电动的车速限制，T；KCD是CD阶段由并联驱动到纯电动模式的转矩限制/ ,
是CD阶段由联合驱动模式切换到发动机单独驱动的转矩限制。为了保证整车平稳工作，不
出现模式频繁切换，Tm-'CD ^Er,CD，TEng h TEng h，并且 与匕之差、Tev cd与γ*
1 EV 'CD
之差和TEng，h与rEngJl之差都在较小的范围内。⑶阶段，整车以纯电动模式起步。直到车速大于Vm后，如果驾驶员需求转矩Ttv超出纯电动转矩上限TEV，m，则发动机起动，整车并联工作。并联工作时有两种工作模式，如果驾驶员需求转矩处于发动机经济区间，即TEV，m〈Ttv ( TEng,h时，整车进入发动机单独驱动模式；如果需求转矩超出发动机最大转矩，即Ttv>TEn&h，整车进入联合驱动模式。整车在联
合驱动模式下工作时，如果驾驶员需求转矩进入发动机经济区间，即，则进入发
动机单独驱动模式。在并联工作时，如果车速降低到一定限制或驾驶员需求转矩降低到一定限制，即v〈/m或Tdn'<T;r'CD，则发动机关闭，进入纯电动模式。不同工作模式下的部件目标转矩控制方法如下。a.纯电动模式该模式下，离合器分离，发动机和发电机不工作，驱动电机单独满足驾驶员需求。b.发动机单独驱动模式该模式下，离合器接合，发动机与车轮具有直接连接，发电机和驱动电机不工作，发动机单独满足驾驶员需求。c.联合驱动模式 该模式下，离合器接合，发电机不工作，发动机与驱动电机共同满足驾驶员需求。由于电机在低转矩区的效率较低，根据驱动电机效率特性确定驱动电机最小转矩限制Tm，min。如果驾驶员需求转矩Ttov与发动机燃油经济性最佳的转矩之差大于驱动电机最小转矩限制Tm，min，即Ttov-Te_ > Tm；min,则发动机目标转矩为其燃油经济性最佳的转矩!；_，驱动电机目标转矩为Τ&ν- ；_。如果驾驶员需求转矩Ttv与发动机燃油经济性最佳转矩Tecon之差小于或等于驱动电机最小转矩限制Tm，min，即Itov-Teran ( Tfflifflin,则发动机目标转矩为，驱动电机目标转矩为I^niint52、⑶阶段挡位控制在该增程式电动汽车动力系统处于CD阶段时，电能充足，驱动电机是主要动力源，可以单独满足所有的动力性要求。如果需要发动机工作，发动机也只是辅助动力源。所以，按照驱动电机在不同挡位工作的驱动能力和效率确定变速器挡位。变速器挡位根据主减速器输入轴转速和主减速器输入轴需求转矩确定。设变速器一挡速比为I1，二挡速比为ih。设主减速器输入轴需求转矩为Ttov，fd，主减速器输入轴转速为η。以主减速器输入轴转速为横坐标，主减速器输入轴需求转矩为纵坐标，可以根据一挡和二挡下的电机驱动能力将主减速器输入轴转速-主减速器输入轴转矩平面分为三个区域，如图5所示。①区域Ii!^< rJn-其中，Tm，max，h(n)是二挡时驱动电机作用在主减速器输入轴的最大转矩，Tm，ma!U(n)是一挡时驱动电机作用在主减速器输入轴的最大转矩，如式(7)。
max, A|T；!max/( ) = Tmjnax(i, ·η)-i,主减速器输入轴转速为η时，二挡时驱动电机的转速为ih · n，此时驱动电机最大转矩为Tm，max(ih ·η)，可得到二挡时驱动电机作用在主减速器输入轴的最大转矩。主减速器输入轴转速为η时，一挡时驱动电机的转速为I1 ·η，此时驱动电机最大转矩为·η)，可得到一挡时驱动电机作用在主减速器输入轴的最大转矩。此时需求转矩超出了二挡时驱动电机的驱动能力，但在一挡时驱动电机的驱动能力范围内，所以此时变速器工作在一挡。
②区域2 :
权利要求
1.一种增程式电动汽车的驱动控制方法，根据动力电池荷电状态(SOC)将整车工作阶段分为电量消耗(Charge Depleting,⑶)阶段和电量维持(Charge Sustaining,CS)阶段，包括CD阶段转矩分配、CD阶段挡位控制、CS阶段转矩分配和CS阶段挡位控制四部分，其特征在于 (1)CD阶段转矩分配，根据驾驶员目标行驶里程和工况平均车速确定是否需要发动机参与工作；在目标行驶里程大于行驶里程阈值且工况平均车速大于平均车速阈值时，需要发动机参与工作，否则整车一直以纯电动模式行驶；如果需要发动机参与工作，整车驱动模式分为纯电动、发动机单独驱动和联合驱动，发动机只在其经济区间工作，且不主动补充电倉泛; (2)CD阶段挡位控制，根据驱动电机在一挡和二挡的驱动能力和工作效率确定挡位； (3)CS阶段转矩分配，低速行驶时动力系统串联工作，高速行驶时动力系统并联工作； (4)CS阶段挡位控制根据发动机在高效率区运行的要求确定工作挡位。
2.根据权利要求I所述的增程式电动汽车驱动控制方法，其特征在于所述的CD阶段的驱动模式如下 (1)在车速低于CD阶段发动机最低接入车速，或整车转矩需求低于发动机经济区间下限时，整车工作在纯电动模式； (2)当车速高于CD阶段发动机最低接入车速且整车需求转矩进入发动机经济区间时，整车工作在发动机单独驱动模式； (3)当车速高于CD阶段发动机最低接入车速且整车需求超出发动机经济区间上限时，整车工作在联合驱动模式；由于电机在低转矩时的效率较低，根据驱动电机效率特性确定驱动电机最小转矩限制Tm，min ;如果驾驶员需求转矩Ttv与发动机燃油经济性最佳转矩之差大于驱动电机最小转矩限制Tm，min，即Itov-Teran > Tm，min，则发动机目标转矩是其燃油经济性最佳的转矩!；_，驱动电机目标转矩为Ttov-I；_。如果驾驶员需求转矩Ttov与发动机燃油经济性最佳转矩之差小于或等于驱动电机最小转矩限制Tm，min，即Ttov-Te_ ( Tm；min,则发动机目标转矩为T&v-Tm，min，驱动电机目标转矩为Tm，min。
3.根据权利要求I所述的增程式电动汽车驱动控制方法，其特征在于所述的在CD阶段根据驱动电机在一挡和二挡的驱动能力和工作效率确定挡位的具体步骤如下 (1)主减速器输入轴需求转矩大于二挡时驱动电机作用在主减速器输入轴的最大转矩且小于或等于一挡时驱动电机作用在主减速器输入轴的最大转矩时，变速器工作在一挡； (2)如果横坐标为主减速器输入轴转速、纵坐标为主减速器输入轴转矩的驱动系统工作点在一挡和二挡都可以驱动的区域内，根据驱动电机的效率确定理想换挡曲线，如果工作点位于换挡曲线左侧或上方时，变速器的理想挡位是一挡；如果工作点位于换挡曲线右侧或下方时，变速器的理想挡位是二挡； (3)如果主减速器输入轴转速超出一挡时驱动电机最大转速对应的主减速器输入轴转速时，变速器工作在二挡。
4.根据权利要求I所述的增程式电动汽车驱动控制方法，其特征在于所述的在CS阶段的驱动方式为 (O车速低于CS阶段发动机可以接入的最低车速时，根据SOC确定发动机是否工作。如果SOC低于门限值SOC1，整车进入串联模式；在串联模式下，如果SOC高于门限值SOCh,整车进入纯电动模式。串联模式下，发动机工作点选为发动机燃油经济性、发电机效率和动力电池效率综合最佳的点； (2)车速大于CS阶段发动机接入车速时，根据驾驶员需求转矩和SOC确定工作模式。如果SOC较高，且驾驶员需求转矩较小，则工作在纯电动模式。在纯电动模式下，当SOC降低到一定门限值或者驾驶员需求转矩超出发动机最小工作转矩后，整车进入行车发电模式；在行车发电模式下，当SOC高于一定门限值且需求转矩低于发动机最小工作转矩后，整车进入纯电动模式；在行车发电模式下，当驾驶员需求转矩进入发动机经济区间时，整车进入发动机单独驱动模式；在发动机单独驱动模式下，当驾驶员需求转矩小于发动机经济区间下限时，整车进入行车发电模式；在发动机单独驱动模式下，如果驾驶员需求转矩超出了发动机经济区间上限，整车进入联合驱动模式；在联合驱动模式下，如果驾驶员需求转矩进入发动机经济区间，整车进入发动机单独驱动模式； (3)行车发电模式下，驱动电机随转，发电机发电调整发动机负荷；如果SOC高于门限值SOCm,发动机单独驱动，直到SOC低于门限值SOCml ;然后发动机工作在其经济区间下限 ΤΕη&1，直到SOC等于或大于门限值SOCm ;其中，SOC1 < SOCml < SOCm < SOCh ； (4)发动机单独驱动模式下，驱动电机随转；该模式下，如果SOC高于门限值SOC1，发动机单独驱动；如果SOC低于门限SOC1，发动机为动力电池补充电量，直到SOC高于门限值SOC11。并且 SOC^SOCnGOQ^SOQ/SOCh ； (5)联合驱动模式下，发动机与电机共同提供驾驶员需求转矩；发动机工作在最佳经济区间上限TEng，h ;如果需要电机助力的转矩小于驱动电机最小转矩限制Tm，min，则驱动电机随转，发电机助力；如果需要电机助力的转矩大于或等于驱动电机最小转矩限制Tm，min，驱动电机助力。
5.根据权利要求I所述的增程式电动汽车驱动控制方法，其特征在于所述的在CS阶段，根据发动机在高效率区运行的要求确定工作挡位的具体步骤如下 (1)主减速器输入轴转速低于一挡时发动机最低转速对应的主减速器输入轴转速时，发动机不能直接驱动，此时按照驱动电机的驱动能力和驱动效率选择挡位，即按照与CD阶段挡位控制相同的方法确定挡位； (2)主减速器输入轴转速大于二挡时发动机最低转速对应的主减速器输入轴转速时，且主减速器输入轴转矩小于二挡联合驱动经济区上限时，由于该区域内二挡工作的发动机负荷更高，燃油经济性比一挡好，此时变速器的理想挡位是二挡； (3)主减速器输入轴转速在一挡时发动机工作转速对应的主减速器输入轴转速区间内，且主减速器输入轴转矩大于二挡联合驱动经济区上限时，发动机可以在一挡高效驱动，此时变速器的理想挡位是一挡； (4)主减速器输入轴转速大于一挡时发动机最高工作转速对应的主减速器输入轴转速时，此时已超出一挡时发动机工作范围，变速器选择二挡。
全文摘要
本发明涉及一种增程式电动汽车的驱动控制方法，其特征在于电量消耗阶段根据驾驶员目标行驶里程和工况平均车速确定是否需要发动机参与工作。在目标行驶里程大于行驶里程阈值且工况平均车速大于平均车速阈值时，需要发动机参与工作，否则一直以纯电动模式行驶。需要发动机参与工作时，发动机只在整车需求进入其经济区时工作，且不主动补充电能。电量消耗阶段，根据驱动电机在一挡和二挡的驱动能力和工作效率确定挡位。电量维持阶段，动力系统低速行驶时串联工作，高速行驶时并联工作；电量维持阶段，根据发动机在高效率区运行的要求确定工作挡位。其实现了整车能量的高效使用，提高了整车续驶里程；并提高了整车行驶工况适应性，实现了发动机高效工作。
文档编号B60W10/115GK102849062SQ20121034679
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者李骏, 刘明辉, 罗国鹏, 赵子亮, 杨兴旺, 李川, 李元 申请人:中国第一汽车股份有限公司