[发明专利]混合动力汽车多工作模式下的能量切换控制方法及系统

说明书

 

技术领域

本发明属于混合动力汽车能量管理与控制领域，尤其是一种混合动力汽车多工作模式下的能量切换控制方法及系统。

背景技术

近年来，随着全球环境和能源问题的日益突出，开发低排放、低油耗的新型汽车成为当今汽车工业发展的首要任务。混合动力汽车正是为解决能源危机和汽车排放问题开发的新型清洁能源汽车，它融合纯电动汽车和传统燃油汽车优点，既具有纯电动汽车节能和环保的特点，改善了整车的燃油经济性能和排放性能，又继承了传统燃油汽车持续行驶里程长的优点，成为当今最具应用前景的低排放、低能耗汽车，代表了二十一世纪初汽车发展的一个重要方向。 

混合动力汽车是指将发动机驱动和电动机驱动合用到同一辆汽车上，其具有两个或两个以上的能量源，通过能量管理策略协调各部件的运行，将两种或更多的能量转换技术（如发动机、发电机、电动机）和一种或多种能量存储技术（如燃料、电池、飞轮）集合于一体，根据行驶工况的需求，切换不同的工作模式，以充分发挥发动机汽车和纯电动汽车的优点，在实现低排放和提高燃油经济性的同时兼顾了驾驶舒适性和整车的动力性，最终实现最佳的能源分配。

能量管理策略根据驾驶员的操作，如加速踏板、制动踏板等，判断驾驶员的意图，在满足车辆动力性的前提下，最优分配发动机、电机的功率输出，实现能量的最优管理与分配，提高汽车的燃油经济性和排放性。混合动力汽车能量管理策略还应考虑动力电池的荷电状态平衡，以延长电池寿命，降低车辆维护成本。

目前已经提出的混合动力汽车控制策略主要有：（1）简单地限定发动机工作区的静态逻辑门限控制策略；（2）通过实时计算比较确定发动机和电动机的最佳工作点的瞬时优化控制策略；（3）应用最优控制理论和最优化方法的全局最优控制策略，该控制策略根据所使用的控制方法的不同，又分为基于多目标数学规划方法、基于古典变分法和基于Bellman动态规划理论的能量管理策略三种，其中研究最为成熟的是基于Bellman动态规划理论的能量管理策略；（4）基于模糊逻辑或神经网络的智能控制策略。上述研究都在一定程度上改进了混合动力汽车能量管理策略，提高了车辆性能，但还不十分成熟。目前只有基于工程经验进行设计的逻辑门限能量管理策略在实际商品化混合动力汽车中得到了应用，但是该方法主要依靠已有经验设置参数初值，结合“试错法”对这些参数进行调整，虽然具有一定的实用性，但是不能保证动力系统的最佳匹配，无法使整车系统达到最大效率。全局最优能量管理策略，可以求得控制变量（如发动机/电动机转矩）的全局最优解，但是这些方法需要行驶工况已知，难以应用于实车控制。瞬时优化能量管理策略，在工况未知的情况下可以实现每个时刻的燃油消耗最小，但是需要大量的浮点运算，实现较为困难。此外，基于模糊逻辑的智能控制能量管理策略，虽然具有鲁棒性强、实时性好的优点，但是其模糊控制器的建立主要依靠经验，无法获得全局最优。由于混合动力汽车能量管理策略问题是一类典型多变量（既包括连续变量又包括离散变量）的非线性动态优化问题，故较难用某一种方法从理论上取得重大突破，目前仍无可应用于实车控制的最优解决方案来突破能量管理策略实用化、高性能化的技术瓶颈。随着研究的深入，人们开始逐步认识到混合动力汽车离散与连续并存问题的重要性和挑战性。

基于以上原因，其核心问题在于如何设计一种简单、实用的混合动力汽车多能源管理系统，以降低汽车尾气的排放量，节约燃油的使用，加速环保汽车、绿色汽车的发展。

发明内容

本发明的目的是为解决上述技术问题的不足，提供一种混合动力汽车多工作模式下的能量切换控制方法及系统，根据行驶环境和行驶路况结合电池组的电量反馈综合控制最佳汽车驱动模式以降低汽车尾气的排放量，节省燃油的使用，加速环保汽车、绿色汽车的发展，提高混合动力汽车的续航能力。 

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：混合动力汽车多工作模式下的能量切换控制方法，GPS定位模块和传感器实时检测模块用于实时监测汽车行驶的环境和路况，并将信号输出至系统总控制器，同时电池组将剩余电量值反馈给系统总控制器，系统总控制器具有A、B、C、D四个信号输出端，A信号输出端输入至发动机控制器，B信号输出端输入至电机控制器，C信号输出端输入变速控制器，D信号输出端通过电池控制器输入至电池组，系统总控制器根据行驶环境和行驶路况以及结合电池组的电量反馈综合控制汽车驱动模式；