四驱混合动力汽车的控制方法
【专利摘要】本发明提出一种四区混合动力汽车的控制方法，包括以下步骤：A：在四驱混合动力汽车行驶过程中，检测制动踏板是否被踩下；B：如果制动踏板被踩下，则进一步判断是否满足第一电机制动条件；C：如果满足第一电机制动条件，则进一步判断车辆的后轴驱动电机可提供的最大电机制动力矩是否大于或等于制动需求力矩；D：如果是，则由后轴驱动电机提供与制动需求力矩相同的电机制动力矩以对车辆进行制动，并进行电机制动能量回收。本发明的控制方法可实现完全由电机进行再生制动回收，在保证整车制动安全的前提下最大化地进行制动能量回收，提高了整车制动能量回收效率。
【专利说明】四驱混合动力汽车的控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及新能源汽车制造【技术领域】，特别涉及一种四驱混合动力汽车的控制方 法。
【背景技术】
[0002] 有研究表明，车辆在城市驾驶工况下，大约有1/3到1/2的能量被消耗在制动过程 中。而与传统内燃机汽车相比较，混合动力汽车由于具备再生制动的能力，在车辆制动或减 速时，通过整车控制系统把车辆的动能，通过电机转化成电能，电机工作在发电机模式提供 再生制动力矩，使车辆减速。再生制动回收的制动能量将储存在高压动力蓄电池中，从而可 利用再生制动功能回收原本被消耗于摩擦制动的能量，可显著降低能耗，改善汽车的燃油 经济性能，降低排放。由于电机提供的再生制动扭矩有限，因此，在附着系数较大的路面上， 无法满足对于制动效能的要求，故当前最为常见的是复合制动技术，即电机再生制动和液 压制动技术的联合使用。
[0003] 目前的混合动力轿车大多数是在不改变原有制动系统的条件下，额外的由电动机 向驱动车辆施加一定的制动扭矩，采用电机制动力与常规液压制动力的简单叠加，原有的 液压制动系统和电机制动系统共同作用，完成制动过程，实现制动能量回收功能。
[0004] 在中国申请号为201110022220.0的专利中，公开了一种混合动力汽车能量回收 方法。其中涉及到在制动能量回收系统中，在制动能量回收系统中，传统的液压制动则与电 机制动力矩相互配合完成整个制动过程。为了维护恒定的车辆减速器，一个稳定的制动力 矩需要持续作用在车轮上。前期，液压制动不能满足总的制动力矩时，整车控制器解析出具 体的电机制动力矩值，并将此值发送给电机控制器。这样得到电机力矩及时增加来满足总 的制动力矩需求。
[0005] 然而，现有技术在制动时，液压制动会一直存在，而电机再生制动仅仅是在驾驶员 制动需求较大时，才使电机力矩及时增加来满足总的制动力矩需求，无法实现完全由电机 再生制动回收，因此不能使电机的制动能量回收能力充分发挥，整车制动能量回收效率较 低，无法最大化地进行制动能量回收，对燃油经济性的贡献不是很大，且制动舒适性较差。
【发明内容】
[0006] 本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
[0007] 为此，本发明的目的在于提出一种四驱混合动力汽车的控制方法，该方法可实现 完全由电机进行再生制动回收，在保证整车制动安全的前提下最大化地进行制动能量回 收，提高了整车制动能量回收效率，另外，该方法还可提高汽车制动舒适性。
[0008] 为了实现上述目的，本发明的实施例提出了一种四驱混合动力汽车的控制方法， 包括以下步骤:A :在四驱混合动力汽车行驶过程中，检测制动踏板是否被踩下；B :如果所 述制动踏板被踩下，则进一步判断是否满足第一电机制动条件；C :如果满足所述第一电机 制动条件，则进一步判断所述车辆的后轴驱动电机可提供的最大电机制动力矩是否大于或 等于制动需求力矩；以及D :如果是，则由所述后轴驱动电机提供与所述制动需求力矩相同 的电机制动力矩以对所述车辆进行制动，并进行电机制动能量回收。
[0009] 根据本发明实施例的四驱混合动力汽车的控制方法，可实现完全由电机进行再生 制动回收，在保证整车制动安全的前提下最大化地进行制动能量回收，提高了整车制动能 量回收效率。
[0010] 另外，根据本发明上述实施例的四驱混合动力汽车的控制方法还可以具有如下附 加的技术特征：
[0011] 在一些示例中，所述方法还包括：如果判断所述车辆的后轴驱动电机可提供的最 大电机制动力矩小于所述制动需求力矩，则所述后轴驱动电机以所述最大电机制动力矩对 所述车辆进行制动，并进行电机制动能量回收，同时，由液压制动对车辆进行制动补偿以满 足所述车辆的制动需求。
[0012] 在一些示例中，在所述步骤B之后，还包括：如果判断不满足所述第一电机制动条 件，则由液压制动对所述车辆进行液压制动以满足所述车辆的制动需求。
[0013] 在一些示例中，当符合以下条件时，判定满足所述第一电机制动条件：所述车辆的 动力蓄电池的荷电状态小于或等于第一预设荷电状态、所述车辆的当前车速大于或等于第 一预设速度、所述车辆的高压系统正常且所述车辆的ABS防抱死系统未激活。
[0014] 在一些示例中，在所述步骤A之后，还包括：如果检测所述制动踏板未被踩下且所 述油门踏板未被踩下，则进一步判断是否满足第二电机制动条件；如果判断满足所述第二 电机制动条件，则由所述后轴驱动电机提供滑行制动需求扭矩以对所述车辆进行制动，并 进行电机制动能量回收。
[0015] 在一些示例中，所述方法还包括：如果判断不满足所述第二电机制动条件，则禁止 对所述车辆进行制动。
[0016] 在一些示例中，当符合以下条件时，判定满足所述第二电机制动条件：所述车辆的 动力蓄电池的荷电状态小于或等于第二预设荷电状态、所述车辆的当前车速大于或等于第 二预设速度且所述车辆的高压系统正常。
[0017] 在一些示例中，所述制动需求力矩是通过制动踏板深度值计算得到的。
[0018] 在一些示例中，所述制动踏板深度值根据制动踏板行程传感器检测得到。
[0019] 在一些示例中，当制动减速度小于或等于预设制动减速度时，判定所述车辆的后 轴驱动电机可提供的最大电机制动力矩大于或等于制动需求力矩。
[0020] 本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变 得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0021] 本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变 得明显和容易理解，其中 ：
[0022] 图1为根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的流程图；
[0023] 图2为根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的汽车制动能量 回收系统结构示意图；
[0024] 图3为根据本发明另一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的流程图；
[0025] 图4为根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的汽车电机制动 力矩与摩擦制动力矩、总制动力矩的关系图；
[0026] 图5为根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的制动力矩计算 方法示意图；
[0027] 图6为根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的滑行时电机进 行能量回收的扭矩曲线示意图；和
[0028] 图7为根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的根据当前车速 及制定踏板开度计算电机再生制动力矩的方法示意图。
【具体实施方式】
[0029] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0030] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"上"、"下"、"前"、 "后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"等指示的方位或位置关系为基于 附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所 指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发 明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要 性。
[0031] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相 连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可 以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是 两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本 发明中的具体含义。
[0032] 以下结合附图描述根据本发明实施例的四驱混合动力汽车的控制方法。
[0033] 图1为根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的流程图。如图1 所示，根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法，包括以下步骤：
[0034] 步骤S101，在四驱混合动力汽车行驶过程中，检测制动踏板是否被踩下。具体而 言，在车辆行驶过程中，如果驾驶员踩下制动踏板，则表示驾驶员欲对车辆进行制动或减速 行为。
[0035] 步骤S102,如果制动踏板被踩下，则进一步判断是否满足第一电机制动条件。具 体而言，在本发明的一个优选实施例中，当满足以下条件时，判定车辆满足第一电机制动条 件：车辆的动力蓄电池的荷电状态小于或等于第一预设荷电状态、车辆的当前车速大于或 等于第一预设速度、车辆的高压系统正常且所述车辆的ABS (Anti-lock Braking System, 防抱死制动系统)防抱死系统未激活。其中，第一预设荷电状态即为车辆蓄电池的最大荷电 量，当蓄电池的荷电状态大于该最大荷电量时，蓄电池充电效率会很低，此时，电机不进行 制动能量回收，否则，可能导致蓄电池过充。第一预设速度预先设定，其反映了汽车电机的 转速，当电机转速小于一定阈值时，即电机转速比较小，电机由于其反电势的作用，不能制 动发电，因此，只有当电机转速大于一定阈值时才能进行能量回收。车辆高压系统主要包括 关键零部件，如驱动电机、高压蓄电池等，当上述关键零部件出现绝缘故障、过温、过压、过 流和电机转速最大值限制时，为了保证系统工作的安全性，禁止制动能量回收功能，因此， 需保证车辆的高压系统正常。当ABS开始作用时，车轮已经趋于抱死，此时再施加额外的 制动力会导致整车处于不稳定的工况，因此，在ABS开始作用时，需要禁止制动能量回收功 能。
[0036] 进一步地，在步骤SlOl中，如果检测到制动踏板未被踩下且油门踏板也未被踩下 时，则进一步判断是否满足第二电机制动条件。如果判断满足第二电机制动条件，则由后轴 驱动电机提供滑行制动需求扭矩以对车辆进行制动，并进行电机制动能量回收；如果判断 不满足第二电机制动条件，则禁止对车辆进行制动。其中，在本发明的一个优选实施例中， 当符合以下条件时，判定满足第二电机制动条件：车辆的动力蓄电池的荷电状态小于或等 于第二预设荷电状态、车辆的当前车速大于或等于第二预设速度且车辆的高压系统正常。 第二预设荷电状态即为汽车蓄电池的最大荷电量。第二预设速度预先设定，优选地，例如等 同于第一预设速度。
[0037] 步骤S103,如果满足第一电机制动条件，则进一步判断车辆的后轴驱动电机可提 供的最大电机制动力矩是否大于或等于制动需求力矩。进一步地，如果判断不满足第一电 机制动条件，则由液压制动对车辆进行液压制动以满足车辆的制动需求。其中，制动需求力 矩是通过制动踏板深度值计算得到的，而制动踏板深度值根据制动踏板行程传感器检测得 到。
[0038] 进一步地，在上述步骤S103中，当制动减速度小于或等于预设制动减速度时，判 定车辆的后轴驱动电机可提供的最大电机制动力矩大于或等于制动需求力矩。其中，预设 制动减速度的获取依据为：在城市工况下，因平均车速和最高车速较低，且需要频繁制动减 速等原因，制动减速度小于lm/s2的情况大约占了 75%以上，同时在制动减速度彡lm/s2时 驾驶员需求制动扭矩可以完全由电机完成，因此将预设制动减速度设为lm/s2。
[0039] 步骤S104,如果是，则由后轴驱动电机提供与制动需求力矩相同的电机制动力矩 以对车辆进行制动，并进行电机制动能量回收。
[0040] 另外，在上述步骤S103中，如果判断车辆的后轴驱动电机可提供的最大电机制动 力矩小于制动需求力矩，则后轴驱动电机以最大电机制动力矩对车辆进行制动，并进行电 机制动能量回收，同时，由液压制动对车辆进行制动补偿以满足车辆的制动需求。
[0041] 本发明实施例的四驱混合动力汽车的控制方法，基于制动能量回收最大化原则， 从电机获取尽可能多的回馈能量，减少减速、制动能量损失，尽可能维持动力电池的能量收 支平衡，提高整车制动能量回收效率，提高燃油经济性，降低排放。
[0042] 为了更加清楚、具体地描述本发明上述实施例的四驱混合动力汽车的控制方法， 以下结合图2-7作为具体的示例，对上述控制方法进行详细描述。
[0043] 图2为根据本发明一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的汽车制动能量 回收系统结构示意图。
[0044] 如图2所示，该制动能量回收系统包括硬件装置：制动踏板、制动踏板行程传感 器、整车控制器、电机控制器、液压制动控制器和ABS系统。
[0045] 具体而言，如图2所示，发动机曲轴与ISG电机转子固联在一起，通过离合器将动 力传递给变速器，后轴驱动主要依靠电子驱动后桥，由驱动电机和一级减速器组成。
[0046] 基于该动力系统结构，使得前轴ISG电机和后轴驱动电机均可以参与制动能量回 收。但是由于发动机曲轴与ISG电机转子固联，导致ISG电机制动能量回收时发动机倒拖 需要消耗一部分动能，因此后轴驱动电机进行制动能量回收的效率要高于前轴ISG电机， 为了提高整车制动能量回收效率，最大化能量回收原则，在制动能量回收时优先采用后轴 驱动电机进行制动能量回收。
[0047] 在图2中，整车控制器通过整车CAN网络接收ISG电机、后驱电机、高压蓄电池和 ABS系统等各项数据参数，并通过数据采集接收车速信号、整车档位信号、油门踏板信号、制 动踏板开度信号等。整车控制器根据驾驶员制动需求计算所需的制动力矩大小，并将液压 制动力矩指令和电机制动力矩指令分别发送给液压制动控制器和电机控制器，再由液压制 动控制器和电机控制器执行制动工作。
[0048] 该制动能量回收系统的具体工作原理主要包括两个阶段：
[0049] 1)当车速大于一定值，油门踏板和制动踏板均未踩下，进入制动能量回收过程的 第一阶段，即滑行能量回收。
[0050] 具体而言，在滑行能量回收阶段，电机制动主要是为了模拟传统发动机牵引制动 过程。传统车制动时，在未踩下制动踏板时，由于发动机的摩擦及惯性阻力作用，能够使整 车速度在一定时间内降下来，从而达到减速的目的。而在四驱混合动力汽车滑行时，由于驱 动电机的摩擦阻力非常小，在驾驶员松开油门踏板的情况下整车减速只能依靠地面摩擦阻 力来降低车速，这会让驾驶员感到不适，因此需要进行滑行能量回收。
[0051] 2)当车速大于一定值，且制动踏板踩下，则进入制动能量回收过程的第二阶段，即 制动能量回收阶段。
[0052] 制动能量回收在混合动力汽车上具有重要的意义，但也不是每次滑行或踩下制动 踏板都能将制动能量进行回收，而要考虑到其他约束条件：
[0053] 1)满足制动的安全要求，符合驾驶员的刹车习惯；
[0054] 2)考虑驱动电机的发电工作特性和输出能力；
[0055] 3)确保电池组在充电过程中的安全，防止过充；
[0056] 4 )结合当前电机转速；
[0057] 5)结合当前高压系统故障；
[0058] 6)结合当前ABS工作情况；
[0059] 具体而言，当电池 SOC (即电池荷电状态）大于一定阀值时，高压电池充电效率很 低，电机不进行制动能量回收。
[0060] 当电机转速小于一定阀值时，电机不进行制动能量回收。由于在电机转速比较小 的情况下，电机由于其反电动势的作用，不能够进行制动发电。因此，当电机转速大于一定 阀值时才能进行能量回收，否则，禁止制动能量回收。
[0061] 监测高压系统故障，主要包括关键零部件，如驱动电机、高压蓄电池出现绝缘故 障、过温、过压、过流和电机转速最大值限制，在关键零部件出现故障时，为了保证系统工作 的安全性，禁止制动能量回收。
[0062] 当ABS开始作用时，车轮已经趋于抱死，此时再施加额外的制动力会导致整车处 于不稳定的工况，因此，在ABS开始作用时，禁止制动能量回收。
[0063] 为了在保证制动安全性的前提下最大化回收制动能量，需要制定一个合理的制动 减速度门限值α (即预设制动减速度)，此制动减速度门限值α的设定必须满足：1)当制动 减速度小于α时，优先利用后轴驱动电机进行制动能量回收，剩余制动扭矩分配给前轴液 压制动；2)当制动减速度大于α时，先进行前后轴制动扭矩的分配以保证制动扭矩分配点 处在制动稳定区域，前轴采用纯液压制动，后轴优先采用后轴驱动电机进行制动能量回收， 当后轴驱动电机无法满足后轴制动扭矩需求时，再由电制动与后轴液压制动共同完成。其 中，在城市工况下，α优选地为Im/ S2。电机制动力矩、摩擦制动力矩和总制动力矩的关系 示意图如图4所示。
[0064] 图3为根据本发明另一个实施例的四驱混合动力汽车的控制方法的流程图。如图 3所示，该方法包括以下步骤：
[0065] 步骤S301，即汽车处于行驶状态。
[0066] 步骤S302,整车控制器检测车速、油门踏板、制动踏板、汽车蓄电池 SOC、ABS等信 号。
[0067] 步骤S303,判断油门踏板是否大于0。即判断汽车油门踏板是否踩下，如果是，则 执行步骤305,否则执行步骤S304。
[0068] 步骤S304,在判断汽车油门踏板未踩下时，进一步判断汽车制动踏板是否踩下，如 果是，则执行步骤S306,否则执行步骤S314。
[0069] 步骤S305,在检测到汽车油门踏板踩下时，则退出流程。
[0070] 步骤S306,在判断制动踏板踩下时，进一步判断汽车的SOC是否小于或等于S0C_ max (即电池最大荷电量)，如果是，则执行步骤S307,否则执行步骤S319。
[0071] 步骤S307,在判定SOCS S0C_max时，进一步判断汽车车速是否大于或等于第一预 定车速Vel_min，如果是，则执行步骤S308,否则执行步骤S319。
[0072] 步骤S308,判断汽车高压系统是否无故障，如果是，则执行步骤S309,否则执行步 骤 S319。
[0073] 步骤S309,在判定汽车高压系统正常时，进一步判断ABS是否未激活，如果是，则 执行步骤S310,否则执行步骤S319。
[0074] 具体而言，步骤S306至步骤S309即为判断是否满足第一电机制动条件的过程。
[0075] 步骤S310,在确定汽车ABS未激活时，即判定满足第一电机制动条件，则进一步判 断汽车制动减速度是否小于或等于预设制动减速度α，如果是，则执行步骤S311，否则执 行步骤S313。
[0076] 步骤S311，在判定汽车制动减速度< α时，进一步判断电机扭矩能力是否满足制 动需求扭矩要求，如果是，则执行步骤S312,否则执行步骤S313。
[0077] 步骤S312,如果电机扭矩能力可以满足制动需求扭矩时，则仅由后驱动电机进行 制动能量回收。
[0078] 步骤S313,如果电机扭矩能力不能满足制动需求扭矩时，则电机按最大扭矩能力 进行制动能量回收，而不足的制动力矩由液压制动补充。
[0079] 步骤S314,在判定油门踏板未踩下且制动踏板也未踩下时，进一步判断SOC是否 小于或等于S0C_max，如果是，则执行步骤S315,否则执行步骤S318。
[0080] 步骤S315,在确定SOC < S0C_max时，进一步判断车速是否大于或等于Vel_min, 如果是，则执行步骤S316,否则执行步骤S318。
[0081] 步骤S316,在判定车速> Vel_min时，进一步判断高压系统是否无故障，如果是， 则执行步骤S317,否则执行步骤S318。
[0082] 具体而言，上述步骤S314至步骤S316,即判断是否满足第二电机制动条件的过 程。
[0083] 步骤S317,在判定满足第二电机制动条件时，进行滑行能量收回。
[0084] 步骤S308,在判断不满足第二电机制动条件时，禁止滑行能量回收，且电机制动力 矩为0,液压制动力矩为0。
[0085] 步骤S319,在判断不满足第一电机制动条件时，采用液压制动，并禁止制动能量收 回。
[0086] 关于制动力矩的计算方法如图5所示，具体包括：
[0087] 1、滑行扭矩需求计算方法为：
[0088] 1)确定当前车辆是否处于滑行状态。
[0089] 2)若处于滑行状态，则根据车速与滑行制动扭矩间的关系曲线，由当前车速通过 查询表1得到相应的滑行扭矩需求，其中，下表1反映了车速与滑行制动扭矩间的关系。
【权利要求】
1. 一种四驱混合动力汽车的控制方法，其特征在于，包括以下步骤： A :在四驱混合动力汽车行驶过程中，检测制动踏板是否被踩下； B :如果所述制动踏板被踩下，则进一步判断是否满足第一电机制动条件； C:如果满足所述第一电机制动条件，则进一步判断所述车辆的后轴驱动电机可提供的 最大电机制动力矩是否大于或等于制动需求力矩；以及 D:如果是，则由所述后轴驱动电机提供与所述制动需求力矩相同的电机制动力矩以对 所述车辆进行制动，并进行电机制动能量回收。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤C之后，还包括： 如果判断所述车辆的后轴驱动电机可提供的最大电机制动力矩小于所述制动需求力 矩，则所述后轴驱动电机以所述最大电机制动力矩对所述车辆进行制动，并进行电机制动 能量回收，同时，由液压制动对车辆进行制动补偿以满足所述车辆的制动需求。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤B之后，还包括： 如果判断不满足所述第一电机制动条件，则由液压制动对所述车辆进行液压制动以满 足所述车辆的制动需求。
4. 根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，其中，当符合以下条件时，判定 满足所述第一电机制动条件： 所述车辆的动力蓄电池的荷电状态小于或等于第一预设荷电状态、所述车辆的当前车 速大于或等于第一预设速度、所述车辆的高压系统正常且所述车辆的ABS防抱死系统未激 活。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤A之后，还包括： 如果检测所述制动踏板未被踩下且所述油门踏板未被踩下，则进一步判断是否满足第 二电机制动条件； 如果判断满足所述第二电机制动条件，则由所述后轴驱动电机提供滑行制动需求扭矩 以对所述车辆进行制动，并进行电机制动能量回收。
6. 根据权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括： 如果判断不满足所述第二电机制动条件，则禁止对所述车辆进行制动。
7. 根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，其中，当符合以下条件时，判定满足所 述第二电机制动条件： 所述车辆的动力蓄电池的荷电状态小于或等于第二预设荷电状态、所述车辆的当前车 速大于或等于第二预设速度且所述车辆的高压系统正常。
8. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述制动需求力矩是通过制动踏板深度 值计算得到的。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述制动踏板深度值根据制动踏板行程 传感器检测得到。
10. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，其中，当制动减速度小于或等于预设制 动减速度时，判定所述车辆的后轴驱动电机可提供的最大电机制动力矩大于或等于制动需 求力矩。
【文档编号】B60W20/00GK104512410SQ201310456408
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2013年9月29日 优先权日:2013年9月29日
【发明者】董长静, 李远杰, 章郁斌 申请人:北汽福田汽车股份有限公司