用于混合动力系统的操作方法、控制器和计算机程序产品

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力系统的操作方法、一种用于控制混合动力系统的控制器和一种计算机程序产品。

背景技术

近年来，为了满足提高燃油经济性的需求和应对各国不断收紧的废气排放法规，人们越来越希望采用环境友好型动力系统。混合动力系统作为环境友好型动力系统的一种现实可行的方案备受关注，并已被应用于混动车辆和船舶等领域。

混合动力系统是经由通过燃烧燃油产生扭矩的发动机以及经由通过消耗电池的电能产生扭矩的电动机来提供动力的动力系统。

为了更好地发挥发动机和电动机两者的优势，混合动力系统的控制策略得到广泛研究。混合动力系统的控制策略的主要目标是在满足预期驾驶性能的同时提高燃油经济性。已知的控制策略包括基于规则的控制方法、全局优化方法和等效消耗最小策略(ECMS)，其中，等效消耗最小策略是基于计算发动机的燃油消耗和电力驱动部分的等效燃油消耗的实时优化控制策略。

然而，在已知的等效消耗最小策略中仅考虑到了燃油经济性，可能导致不合适的换挡选择，并产生不希望出现的换挡行为，例如在车辆低速行驶时升挡到较高的挡位、未遵从驾驶员需求或在低速时缺失加速度。

因此，期望提供一种改进的混合动力系统的控制策略以克服上述不足中的至少一者。

发明内容

本发明的目的在于提供一种改进的混合动力系统的操作方法，使得混合动力系统能以适当的挡位操作。

根据本发明的一个方面，提出了一种用于混合动力系统的操作方法，所述混合动力系统包括：电动机，其用于通过消耗电池的电能提供第一部分动力；发动机，其用于通过消耗燃料提供第二部分动力，第二部分动力与第一部分动力构成混合动力系统的输出动力；以及变速器，用于传输由发动机提供的动力，其中，所述操作方法包括：从变速器的多个可选挡位i中选择能够产生目标函数P

根据本发明的另一个方面，提出了—种用于控制混合动力系统的控制器，其中，所述控制器配置为能够执行根据本发明的操作方法，其中，控制器包括用于获取对混合动力系统的动力需求的监测单元、用于确定目标挡位的分析单元和用于生成操作指令的指示单元。

根据本发明的另一个方面，提出了一种计算机程序产品，其包括计算器程序指令，其中，当所述计算机程序指令被一个或多于一个处理器执行时，所述处理器能够执行根据本发明的操作方法。

根据本发明，基于目标函数P

附图说明

下面，通过参看附图更详细地描述本发明，可以更好地理解本发明的原理、特点和优点。附图包括：

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的混合动力系统的示意图；

图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的操作方法的流程图；

图3示出了图2所示操作方法的一部分的流程图。

图4示意性地示出了发动机燃油消耗图；以及

图5示意性地示出了根据本发明的一个实施例确定第二权重系数p的流程图。

附图标记列表

1车辆

10 混合动力系统

11 电动机

12 电池

13 发动机

14 变速器

15 离合器

16 减速机构

17 控制器

20 驱动轮

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案以及有益的技术效果更加清楚明白，以下将结合附图以及多个示例性实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，而不是用于限定本发明的保护范围。

图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的混合动力系统10的示意图。在图1所示的实施例中，混合动力系统10是车辆1的驱动系统，为此，混合动力系统10操作性地连接至车辆1的驱动轮20。然而，在其它实施例中，混合动力系统10可用于为其它类型的机器提供动力，例如，船舶、飞行器或农业机械等。

从图1可以看出，混合动力系统10至少包括用于通过消耗电能提供第一部分动力的电动机11、用于为电动机11提供电能的电池12、通过消耗燃油提供动力的发动机13以及用于传输发动机13提供的动力的变速器14，所述变速器14的挡位i能够被调整以改变用于传输发动机13提供的动力的传动比。

混合动力系统10中可设有发电机，使得所述发电机能够由发动机13驱动并向电池12提供电能，以便为电池12充电。也可以将电动机11配置为还可作为发电机操作的电机，其能够向电池12提供电能以便为电池12充电。发动机13是能够通过消耗燃油将能量转化为机械力或运动的机器，特别是构造成内燃机。变速器14可构造成5挡AMT。混合动力系统10还可包括布置在发动机13与变速器14之间并用于连接或断开从发动机13到变速器14的动力联接的离合器15以及用于电动机11的减速机构16，电动机11可通过减速机构16连接至变速器14的输出端。

尽管图1所示的混合动力系统10是并联式混合动力系统10，但本发明也可应用于其它类型的混合动力系统10，例如，串联式混合动力系统10、混联式混合动力系统10或传统AMT车辆。

为了提供能够满足例如从加速踏板位移得出的驾驶员需求的输出动力，混合动力系统10可将需求的输出动力分成将由电动机11通过消耗电池12的电能提供的第一部分动力以及将由发动机13通过消耗燃油提供的第二部分动力。混合动力系统10可在不同的操作模式下操作，在不同的操作模式下，分别由电动机11和发动机13提供输出动力的比例相应地不相同。对于操作混合动力系统10，关键在于为变速器14选择优化的挡位i以及确定分别通过消耗电池12的电能和消耗燃油提供的第一部分动力与第二部分动力之间的动力分配。

为此，本发明提出了一种用于混合动力系统10的操作方法。所述操作方法包括：从变速器14的多个可选挡位i中选择能够产生目标函数P

借助于所述操作方法，挡位选择能够与ECMS结合在一起，并将燃油经济性和驾驶性能都考虑在内。一般来说，ECMS可能倾向于选择较高的挡位，因为发动机13在较高的挡位上会以较高的效率操作。在常规的挡位选择中，可能会发生一些不期望的选择结果，如在车辆低速行驶时升挡到较高的挡位、未遵从驾驶员需求或在低速时缺失加速度。例如，当车辆1以30km/h的车速行驶时，根据ECMS可能发现在变速器处于5挡的情况下会产生最小的等效燃油消耗，因此将选择在此不适合车辆1的5挡。在这种情况下，司机会注意到不期望的加速度缺失，并且可能增大动力需求，使得再次发生换挡。

根据本发明，挡位选择的目标函数P

可设置控制器17来控制混合动力系统10的操作。控制器17可经由通信线路接收相应部件、例如一些传感器的操作状态或检测数据，以监测或控制混合动力系统10的操作。控制器17可包括用于获取混合动力系统10的动力需求和操作状态的监测单元、用于确定目标挡位的分析单元以及用于生成包括用于变速器14的换挡指令的操作指令的指令单元。控制器17被配置成能够执行根据本发明的操作方法。

下面，参照图2和图3进一步详细说明所述操作方法。图2示出了根据本发明的一个示例性实施例的操作方法的流程图。具体而言，所述操作方法包括以下步骤：

-S1，获取对混合动力系统10的动力需求；

-S2，确定目标挡位，其包括以下步骤；

-S21，针对每个可选挡位i，确定满足动力需求并产生最小等效燃油消耗的第一部分动力与第二部分动力的动力分配；

-S22，针对每个可选挡位i，计算目标函数P

-S23，选择使目标函数P

-S3，根据目标挡位生成用于变速器14的操作指令。

如图2所示例性地示出的那样，对于所有可选挡位i＝1、2、3、4和5，分别确定产生最小等效燃油消耗的动力分配并进而确定目标函数P

在步骤S21中，针对每个可选挡位i，动力分配的确定只考虑最小的等效燃油消耗，从而考虑燃油经济性。

图3示出了图2所示的操作方法中的步骤S21的流程图。在步骤S21中，针对每个可选挡位i执行以下步骤：

-S211，基于动力需求，确定在可选挡位i下电动机11的工况范围；

-S212，将电动机11的工况范围内的电动机扭矩离散为N

-S213，针对每个离散的电动机扭矩，计算在电动机11以所述离散的电动机扭矩工作的情况下发动机13和电动机11的等效消耗功率P

更具体地说，在步骤S211中，电动机11的从最小电动机需求扭矩T

T

T

其中，T

然后，在步骤S212中，将电动机11的工况范围内的电动机扭矩根据下式离散化：

其中，T

在步骤S213中，为了计算针对每个离散的电动机扭矩的等效消耗功率P

T

其中，T

然后可基于发动机工作点，根据下式计算出发动机13的燃油消耗功率P

其中，Q

另外，基于离散的电动机扭矩根据下式计算电池功率P

P

其中，电动机11输出的功率P

功率损失P

P

其中，R代表电池12的电阻，VOC代表电池12的开路电压。

然后，针对离散的电动机扭矩的等效消耗功率P

P

其中，z是等效因子。

如图3所示，上述等效消耗功率P

最后，在步骤S214中，从针对各个离散的电动机扭矩计算出的等效消耗功率中选择最小的一个作为可选挡位i下的最小等效消耗功率P

再次参照图2，用于挡位选择的目标函数P

在本发明的一个示例性实施例中，与可选挡位i正相关的所述分量定义为产生可选挡位i下的最小等效燃油消耗的发动机工作点的功率储备P

P

其中，T

在本发明的另外的实施例中，与可选挡位i正相关的所述分量也可定义为其它变量，

图4示意性地示出了发动机13的发动机燃油消耗图。在图4中，横轴表示发动机转速ω，纵轴表示发动机扭矩T，线L1表示发动机最大扭矩-转速曲线，线L2表示发动机燃油消耗map图，线L3表示发动机13所要提供的动力的等功率线，标记M1表示可选挡位，标记M2表示每个可选挡位的扭矩储备T

在目标函数P

第一权重系数s可基于混合动力系统10的输出转速、可选挡位i和变速器14的当前挡位中的至少一个来确定。特别地，对于用于驱动车辆1的混合动力系统10，第一权重系数s可根据车速和变速器14的当前挡位来确定。第一权重系数s越小，越优先考虑驾驶性能。例如，对于一定范围内的车速，第一权重系数s可设定为使得保留当前挡位的挡位选择具有最大优先级但同时允许进行降挡。

在本发明的一个实施例中，使目标函数P

P

在本发明的另一示例性实施例中，目标函数P

-针对离合器转速N

-针对需求扭矩T

-针对发动机工作功率的第三条件C3：产生最小等效燃油消耗的发动机工作点的发动机工作功率小于发动机13的当前发动机工作功率，并且至少相差发动机工作功率阈值，即，P(T

图5示意性地示出了根据本发明的一个示例性实施例确定第二权重系数p的流程图。

如图5所示，首先检查离合器转速N

如果离合器转速N

如果离合器转速N

可设置标志位SpeedFlag

p

借助于第二权重系数p，最优先检查离合器转速。不能满足对离合器转速的检查的可选挡位将被分配非常高的第二权重系数p，使得该可选挡位根本不会被选。然后，依次检测需求扭矩T

本发明还涉及一种计算机程序产品，其包括计算器程序指令，其中，当所述计算机程序指令被一个或多于一个处理器执行时，所述处理器能够执行根据本发明的操作方法。所述计算机程序指令可存储在计算机可读存储介质中，所述计算机可读存储介质例如可包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(SMC)，安全数字(SD)卡，闪存卡、至少一个磁盘存储器件、或其它易失性固态存储器件。处理器可以是中央处理单元，还可以是其它通用处理器、数字信号处理器、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其它可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。上述操作方法在由处理器执行时，可通过硬件实现，也可通过由硬件执行相应的软件来实现。

尽管这里详细描述了本发明的特定实施方式，但它们仅仅是为了解释的目的而给出的，而不应认为它们对本发明的范围构成限制。在不脱离本发明精神和范围的前提下，各种替换、变更和改造可被构想出来。