电动化车辆的节能型纵向运动控制方法、装置及车辆与流程

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种电动化车辆的节能型纵向运动控制方法、装置及电动化车辆。

背景技术：

能源节约与环境保护已成为当今世界两大主题，为克服由于交通运输带来的能源消耗和环境污染问题，世界各国政府与学者提出了多种应对方案，包括车辆限购、推行更为严格的排放法规、提高传统车辆的能源利用效率、开发新能源汽车技术等等。其中，新能源汽车技术范畴中的混合动力技术是20世纪末期发展起来的一项旨在降低燃油消耗和污染物排放的新技术，是目前阶段交通运输节能减排的重要实现方式。现阶段，车辆节能主要从以下几个方面入手：提高车辆组件效率，如近年来vvt(variablevalvetiming，可变气门正时)、dct(dualclutchtransmission，双离合器传动系)、gdi(gasolinedirectinjection，汽油缸内直喷)等技术的研发与应用；智能化交通系统，如欧美日等国家和地区的path、eco-euro等探索性项目；新能源开发与利用，如纯电动汽车、燃料电池汽车、氢能源汽车等；经济性驾驶技术，如日产公司的eco-pedal技术、“加速-滑行”式巡航策略等。其中，经济性驾驶技术是目前的科研热点，也是车辆节能减排领域的重要发展方向。

周期性控制策略是目前经济性驾驶中的研究热点，关于车辆的周期性巡航控制策略，近年来引起了世界各国学者的广泛关注。相关技术中，将车辆周期性巡航的策略命名为png(pulseandglide，加速-滑行)，并通过仿真分析了此策略对燃油经济性的影响。针对山区环境下的下坡工况，有学者提出了利用png策略减小燃油消耗的方法。进一步地，将png策略应用于跟车工况下，以提高车辆的燃油经济性，并提出了发动机“s”型喷油曲线，首次从机理上解释了应用png策略提高经济性的原因。相关技术中针对挡位离散性车辆，提出了一种近似最优的实用png策略，并提出了加速时的“强制降档”策略。另外，并联式混合动力车辆在巡航工况下的png应用，分为两种子类型：首先是固定车速，波动电池soc(stateofcharge，电池荷电状态)；其次是波动车速，固定电池soc，从而得出后者节油能力更强的结论，并从能量利用效率的角度给出了定性解释。

虽然电动化车辆是车辆中节能潜力最大的车辆类型，但是其周期性巡航控制策略的研究目前尚处于空白。作为一类典型多学科交叉系统，电动化车辆深度集成了电气、机械、化学和热力学系统，在系统能源利用效率提升的同时，由于多动力源的存在也使得系统的管理和协调更加复杂，此时系统的能量与动力管理策略便直接对系统性能直接产生了影响，亟待解决。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的问题。

为此，本发明的一个目的在于提出一种电动化车辆的节能型纵向运动控制方法，该方法可以提高车辆的经济性、智能性，进而提高车辆的可靠性和实用性。

本发明的另一个目的在于提出一种电动化车辆的节能型纵向运动控制装置。

本发明的再一个目的在于提出一种电动化车辆。

为达到上述目的，本发明一方面实施例提出了一种电动化车辆的节能型纵向运动控制方法，电动化车辆的动力系统包括发动机、第一电机和第二电机，其中，方法包括以下步骤：接收车辆巡航速度、速度波动量与行驶总里程，并根据所述车辆巡航速度、速度波动量与行驶总里程得到车速上界和车速下界；根据所述车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并启动所述发动机和所述第一电机，且关闭所述第二电机；在当前车速大于或等于所述车速上界时，控制所述车辆进入第二巡航阶段，并启动所述第一电机和所述第二电机，且关闭所述发动机。

本发明实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法，可以根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，根据车速的上界和下界智能地规划车辆的巡航速度，合理分配车辆发动机和/或多个电机间的动力，从而提高车辆的经济性、智能性，进而提高车辆的可靠性和实用性。

另外，根据本发明上述实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述根据所述车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并启动所述发动机和所述第一电机，且关闭所述第二电机，进一步包括：调节所述发动机的输出力矩至最优效率区域内，并调节所述第一电机的转速与转矩以使所述发动机的转速处于所述最优效率区域内，并使得车辆加速；判断当前行驶里程是否小于所述行驶总里程；如果是，则继续调节所述发动机的输出力矩、所述第一电机的转速与转矩，否则进入所述第二巡航阶段。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述在当前车速大于或等于所述车速上界时，控制所述车辆进入第二巡航阶段，并启动所述第一电机和所述第二电机，且关闭所述发动机，进一步包括：调节所述第一电机的转速与转矩以使所述发动机的转速保持在所述最优效率区域内，并由所述第二电机提供小于车辆阻力力矩的驱动力矩，使得车辆速度和电池soc同步下降至第一巡航阶段的初始值；判断所述当前行驶里程是否小于所述行驶总里程；如果是，则继续调节所述第一电机的转速与转矩，并由所述第二电机提供小于车辆阻力力矩的驱动力矩，否则结束周期性动力分配；判断所述当前车速是否大于所述车速下界；以及如果是，则继续调节所述第一电机的转速与转矩，否则再次进入所述第一巡航阶段。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述最优效率区域根据所述发动机的最优效率工作点得到。

为达到上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电动化车辆的节能型纵向运动控制装置，电动化车辆的动力系统包括发动机、第一电机和第二电机，其中，装置包括：接收模块，用于接收车辆巡航速度、速度波动量与行驶总里程，并根据所述车辆巡航速度、速度波动量与行驶总里程计算得到车速上界和车速下界；控制模块，用于根据所述车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并启动所述发动机和所述第一电机，且关闭所述第二电机，并且在当前车速大于或等于所述车速上界时，控制所述车辆进入第二巡航阶段，并启动所述第一电机和所述第二电机，且关闭所述发动机。

本发明实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制装置，可以根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，根据车速的上界和下界智能地规划车辆的巡航速度，合理分配车辆发动机和/或多个电机间的动力，从而提高车辆的经济性、智能性，进而提高车辆的可靠性和实用性。

另外，根据本发明上述实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制装置还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块包括：第一调节单元，用于调节所述发动机的输出力矩至最优效率区域内，并调节所述第一电机的转速与转矩以使所述发动机的转速处于所述最优效率区域内；第一判断单元，用于判断当前行驶里程是否小于所述行驶总里程；第一控制单元，用于在小于所述行驶总里程时，继续调节所述发动机的输出力矩、所述第一电机的转速与转矩，否则进入所述第二巡航阶段。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述控制模块还包括：第二调节单元，用于调节所述第一电机的转速与转矩以使所述发动机的转速保持在所述最优效率区域内，并由所述第二电机提供小于车辆阻力力矩的驱动力矩；第二判断单元，用于判断所述当前行驶里程是否小于所述行驶总里程，并判断所述当前车速是否大于所述车速下界；第二控制单元，用于在小于所述行驶总里程时，继续调节所述第一电机的转速与转矩，并由所述第二电机提供小于车辆阻力力矩的驱动力矩，否则结束周期性动力分配，并且在大于所述车速下界时，继续调节所述第一电机的转速与转矩，否则再次进入所述第一巡航阶段。

可选地，在本发明的一个实施例中，所述最优效率区域根据所述发动机的最优效率工作点得到。

为达到上述目的，本发明再一方面实施例提出了一种电动化车辆，该车辆包括动力系统和上述电动化车辆的节能型纵向运动控制装置。其中，动力系统包括发动机、第一电机和第二电机。该车辆可以根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并在在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，根据车速的上界和下界智能地规划车辆的巡航速度，合理分配车辆发动机和/或多个电机间的动力，从而提高车辆的经济性、智能性，进而提高车辆的可靠性和实用性。

本发明附加的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。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的受控对象的机械结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法流程图；

图3为根据本发明另一个实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法流程图；

图4为根据本发明一个实施例的节能巡航策略操作示意；

图5为根据本发明一个实施例的车辆状态和控制变量示意图；

图6为根据本发明一个实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制装置结构示意图。

具体实施方式

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，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在根据附图描述本发明实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法、装置及车辆之前，先简单描述一下相关技术中电动化车辆的动力系统的结构。

如图1所示，电动化车辆的动力系统包括发动机100、第一电机mg1、第二电机mg2、功率分配器和减速器200，其中，功率分配器可以为单个功率分配器300，或者功率分配器包括第一功率分配器400和第二功率分配器500。其中，发动机100、第一电机mg1、第二电机mg2和功率分配器的作用及其结构对于本领域技术人员都是已知的，为减少冗余，在此不做具体赘述。

该电动化车辆的动力系统的结构可以分为单排行星轮系和双排行星轮系两类，下面本发明实施例将以单排行星轮系为例进行说明，但相同的方法也适用于双排行星轮系的情况。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法、装置及车辆，首先将参照附图描述根据本发明实施例提出的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法。

图2是本发明一个实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法流程图。

如图2所示，该电动化车辆的节能型纵向运动控制方法包括以下步骤：

在步骤s201中，接收车辆巡航速度、速度波动量与行驶总里程，并根据车辆巡航速度、速度波动量与行驶总里程计算得到车速上界和车速下界。

可以理解是，如图3所示，首先驾驶员输入巡航速度vdes、速度波动量δ与行驶总里程sf，ecu(electroniccontrolunit，电子控制单元)计算车速上界vmax、车速下界vmin：

vmax＝vdes·(1+δ)，

vmin＝vdes·(1-δ)。

在步骤s202中，根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并启动发动机和第一电机，且关闭第二电机。

其中，在本发明的一个实施例中，根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并启动发动机和第一电机，且关闭第二电机，进一步包括：调节发动机的输出力矩至最优效率区域内，并调节第一电机的转速与转矩以使发动机的转速处于最优效率区域内，并使得车辆加速；判断当前行驶里程是否小于行驶总里程；如果是，则继续调节发动机的输出力矩、第一电机的转速与转矩，否则进入第二巡航阶段。

可选地，在本发明的一个实施例中，本发明实施例的方法还包括：最优效率区域根据发动机的最优效率工作点得到。例如，若记发动机最优效率工作点为则本发明的实施例中，最优效率区域的定义可以为

可以理解的是，如图3所示，在收到ecu传到发动机的信号，开始执行周期性策略，从而将车速调整至第一巡航阶段的初始车速vmin，并开始执行第一巡航阶段：启动发动机、第一电机，关闭第二电机，其中，第一电机处于发电机状态。

在本发明的实施例中，本发明实施例的第一巡航阶段具体的调节步骤包括：

步骤1：调节发动机输出力矩teng(需大于阻力力矩，使车辆加速)至发动机最优效率区域内；调节第一电机转速ωmg1与转矩tmg1，使得发动机转速ωeng亦处于最高效率区域内；

步骤2：比较当前行驶里程s与预设总行驶里程sf，若s<sf，则继续执行步骤1；否则两段式模式结束；

步骤3：比较当前车速v与预设车速上界vmax，若v<vmax，则继续执行步骤1；否则第一巡航阶段结束，开始进入第二巡航阶段。

在步骤s203中，在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，并启动第一电机和第二电机，且关闭发动机。

其中，在本发明的一个实施例中，在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，并启动第一电机和第二电机，且关闭发动机，进一步包括：调节第一电机的转速与转矩以使发动机的转速保持在最优效率区域内，并由第二电机提供小于车辆阻力力矩的驱动力矩；判断当前行驶里程是否小于行驶总里程；如果是，则继续调节第一电机的转速与转矩，并由第二电机提供驱动力矩，使得车辆速度和电池soc同步下降至第一阶段初始值车辆阻力力矩的驱动力矩，否则结束周期性动力分配；判断当前车速是否大于车速下界；如果是，则继续调节第一电机的转速与转矩，否则再次进入第一巡航阶段。

可以理解的是，如图3所示，在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，并启动第一电机和第二电机，且关闭发动机其中，第一电机和第二电机均处于驱动电机状态。

在本发明的实施例中，本发明实施例的第二巡航阶段具体的调节步骤包括：

步骤1：调节第一电机转速ωmg1与转矩tmg1，以将发动机转速保持在最优效率区域内；第二电机提供驱动力矩tmg2(需小于阻力力矩，使车辆无制动滑行减速)；

步骤2：比较当前行驶里程s与预设总行驶里程sf，若s<sf，则继续执行步骤1；否则两段式模式结束；

步骤3：比较当前车速v与预设车速下界vmin，若v＞vmin，则继续执行步骤1；否则第二巡航阶段结束，继续执行第一巡航阶段。

举例而言，当vdes＝60km/h，且仿真中使用的车辆的主要参数如下表1所示时。其中，表1为车辆主要参数表。

表1

首先，确定车辆巡航速度、车速波动量及计算车速波动上下界。例如，设vdes＝60km/h，δ＝10％，则vmax＝vdes·(1+δ)＝66km/h，vmin＝vdes·(1-δ)＝54km/h。其次，按上述算法定义进行设置并求解，从而可以得到车辆状态和控制变量随时间的变化曲线，如图4和图5所示。进一步地，60km/h情况下的百公里油耗为3.12升/百公里，合75.45英里/加仑。在相同巡航车速下，百公里油耗取决于不同动力分配策略，匀速巡航时的百公里油耗至少为3.48升/百公里，合67.50英里/加仑。在此车速下，根据本发明实施例的控制方法优化得到的策略可以使得燃油经济性提高至少10.41％，有效提高车辆的经济性。

可以理解的是，当本发明实施例的方法应用到实际中时，本发明实施例的方法可以作为一种驾驶辅助策略为电动化车辆提供一种周期性车速与soc上升车速与soc下降两段式巡航方法。本发明实施例的方法在考虑车辆功率分配器运动学约束的基础上，提出了电动化车辆的节能型纵向运动控制算法，从而优化得到的动力分配方式具有更好的燃油经济性，进而提高车辆的节能性，提高车辆的实用性。

根据本发明实施例提出的电动化车辆的节能型纵向运动控制方法，可以根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，根据车速的上界和下界智能地规划车辆的巡航速度，合理分配车辆发动机和/或多个电机间的动力，从而提高车辆的经济性、智能性，进而提高车辆的可靠性和实用性。

图6是本发明一个实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制装置的结构示意图。

如图6所示，该电动化车辆的节能型纵向运动控制装置10包括：接收模块101和控制模块102。

其中，接收模块101用于接收车辆巡航速度、速度波动量与行驶总里程，并根据车辆巡航速度、速度波动量与行驶总里程得到车速上界和车速下界。控制模块102用于根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并启动发动机和第一电机，且关闭第二电机，并且在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，并启动第一电机和第二电机，且关闭发动机。本发明实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制装置10可以根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，根据车速的上界和下界智能地规划车辆的巡航速度，合理分配车辆发动机和/或多个电机间的动力，从而提高车辆的经济性、智能性，进而提高车辆的可靠性和实用性。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制模块102包括：第一调节单元、第一判断单元和第一控制单元。

其中，第一调节单元用于调节发动机的输出力矩至最优效率区域内，并调节第一电机的转速与转矩以使发动机的转速处于最优效率区域内。第一判断单元用于判断当前行驶里程是否小于行驶总里程。第一控制单元，用于在小于行驶总里程时，继续调节发动机的输出力矩、第一电机的转速与转矩，否则进入第二巡航阶段。

进一步地，在本发明的一个实施例中，控制模块102还包括：第二调节单元、第二判断单元和第二控制单元。

其中，第二调节单元用于调节第一电机的转速与转矩以使发动机的转速保持在最优效率区域内，并由第二电机提供小于车辆阻力力矩的驱动力矩。第二判断单元用于判断当前行驶里程是否小于行驶总里程，并判断当前车速是否大于车速下界。第二控制单元用于在小于行驶总里程时，继续调节第一电机的转速与转矩，并由第二电机提供小于车辆阻力力矩的驱动力矩，否则结束周期性动力分配，并且在大于车速下界时，继续调节第一电机的转速与转矩，否则再次进入第一巡航阶段。

进一步地，在本发明的一个实施例中，最优效率区域根据发动机的最优效率工作点得到。

需要说明的是，前述对电动化车辆的节能型纵向运动控制方法实施例的解释说明也适用于该实施例的电动化车辆的节能型纵向运动控制装置，此处不再赘述。

根据本发明实施例提出的电动化车辆的节能型纵向运动控制装置，可以根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，根据车速的上界和下界智能地规划车辆的巡航速度，合理分配车辆发动机和/或多个电机间的动力，从而提高车辆的经济性、智能性，进而提高车辆的可靠性和实用性。

此外，本发明的实施例还提出一种电动化车辆，该电动化车辆包括动力系统和上述的电动化车辆的节能型纵向运动控制装置。其中，动力系统包括发动机、第一电机和第二电机。该车辆可以根据车速下界控制车辆进入第一巡航阶段，并在当前车速大于或等于车速上界时，控制车辆进入第二巡航阶段，根据车速的上界和下界智能地规划车辆的巡航速度，合理分配车辆发动机和/或多个电机间的动力，从而提高车辆的经济性、智能性，进而提高车辆的可靠性和实用性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。