本發(fā)明屬于混合動力車輛，具體涉及一種重型車輛串聯(lián)式混合動力控制系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、混合動力車輛是全球汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、綠色發(fā)展的主要方向之一。重型車輛作為工程作業(yè)、非結(jié)構(gòu)道路運輸和軍事應用中的關(guān)鍵力量，對社會發(fā)展和國防建設起著重要作用，進行重型車輛混合動力轉(zhuǎn)型因此成為了當前主要發(fā)展趨勢。串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)是重型車輛中主要采用的動力系統(tǒng)構(gòu)型之一，控制方法是實現(xiàn)串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)發(fā)動機、電機和電池協(xié)調(diào)運行，保障重型混合動力車輛高效、穩(wěn)定行駛的關(guān)鍵。開展適用于重型車輛的串聯(lián)式混合動力控制系統(tǒng)研究是當前的首要任務。

2、當前重型車輛串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)控制方法主要基于中輕型車輛串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)或增程式混合動力系統(tǒng)的控制方法拓展而來，例如發(fā)電機穩(wěn)壓控制方法、恒溫器控制方法和功率跟隨控制方法等。然而，重型車輛相比中輕型車輛，具有行駛環(huán)境復雜、整車功率等級高、電池能量占比小和機電耦合特性更為突出等特點。在進行大范圍功率調(diào)控時，采用中輕型車輛串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制方法難以保障機動工況下的系統(tǒng)運行穩(wěn)定性，導致發(fā)動機轉(zhuǎn)速和母線電壓等機電狀態(tài)波動增加，甚至失穩(wěn)停機。為了解決上述問題，改善重型混合動力車輛在復雜行駛環(huán)境下的機動性和穩(wěn)定性，本發(fā)明提出一種適用于重型車輛的串聯(lián)式混合動力控制系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所為了解決背景技術(shù)中存在的技術(shù)問題，目的在于提供了一種重型車輛串聯(lián)式混合動力控制系統(tǒng)。

2、為了解決技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

3、一種重型車輛串聯(lián)式混合動力控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)包括：發(fā)動機控制模塊、能量管理模塊、發(fā)電機控制模塊和驅(qū)動電機控制模塊；

4、所述發(fā)動機控制模塊，用于接收加速踏板開度指令、制動踏板開度指令和電池soc信號，經(jīng)過計算處理后生成發(fā)動機油門開度指令；

5、所述能量管理模塊，用于接收加速踏板開度指令和電池soc信號，根據(jù)發(fā)動機效率map圖，經(jīng)計算處理后生成發(fā)電機目標轉(zhuǎn)速指令；

6、所述發(fā)電機控制模塊，用于接收能量管理模塊發(fā)送的發(fā)電機目標轉(zhuǎn)速指令，采集發(fā)動機和發(fā)電機之間的轉(zhuǎn)速傳感器反饋信號，經(jīng)計算處理后生成發(fā)電機轉(zhuǎn)矩指令；

7、所述驅(qū)動電機控制模塊，用于接收加速踏板開度指令、制動踏板開度指令和電池soc信號，采集高壓直流母線上的電壓傳感器反饋信號，經(jīng)計算處理后生成驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩指令。

8、進一步，所述發(fā)動機控制模塊負責生成發(fā)動機油門開度指令，具體的方法包括：

9、首先，讀取加速踏板開度指令、制動踏板開度指令和電池soc信號；然后，判斷電池soc是否大于給定的參考soc；若大于，則認為電池不需要額外電能供給，不對油門開度進行補償，即ucom＝0，否則認為電池需要進行額外電能供給，則按照公式ucom＝k1×(socref-soc)計算油門開度補償指令,k1為可以調(diào)整的常系數(shù)，socref為電池soc的參考值，進一步判斷制動踏板開度是否大于零，若大于，則認為當前車有制動需求，將加速踏板開度指令強制轉(zhuǎn)換為0，否則將加速踏板開度指令轉(zhuǎn)化為控制指令uacc，根據(jù)公式uthr＝uacc+ucom計算發(fā)動機油門開度指令uthr。

10、進一步，所述能量管理模塊負責生成發(fā)電機的目標轉(zhuǎn)速指令，具體方法包括：

11、首先，讀取加速踏板開度指令和電池soc信號；然后，根據(jù)公式pdem＝k4×加速踏板開度計算駕駛員需求功率，k4為加速工況下功率系數(shù)，可根據(jù)系統(tǒng)最大功率計算，下一步，根據(jù)公式pchar＝k5×(socref-soc)計算電池需要的充放電功率，k5為電池充放電功率系數(shù)，可根據(jù)電池充放電能力計算，下一步，pall＝pdem+pchar根據(jù)公式計算總的需求功率pall；下一步，根據(jù)發(fā)動機效率map圖和總需求功率尋找發(fā)動機最佳工作轉(zhuǎn)速，并轉(zhuǎn)化為發(fā)電機目標轉(zhuǎn)速；最后，輸出發(fā)電機目標轉(zhuǎn)速。

12、進一步，所述發(fā)電機控制模塊負責生成發(fā)電機轉(zhuǎn)矩指令，以此來控制發(fā)電機和發(fā)動機轉(zhuǎn)速；具體的方法包括：

13、首先，讀取能量管理模塊發(fā)送的發(fā)電機目標轉(zhuǎn)速指令和轉(zhuǎn)速傳感器信號，然后，判斷發(fā)電機轉(zhuǎn)速是否大于目標轉(zhuǎn)速，若大于，則執(zhí)行發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制算法，生成發(fā)電機轉(zhuǎn)矩指令ugm；否則，將發(fā)電機轉(zhuǎn)矩指令設置為0，即ugm＝0；最后，輸出發(fā)電機轉(zhuǎn)矩指令ugm；通過發(fā)電機、發(fā)電機控制模塊和轉(zhuǎn)速傳感器構(gòu)成了發(fā)電機的轉(zhuǎn)速控制方案。

14、進一步，所述發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制算法采用pd算法，具體公式如下：

15、

16、式中，kp為pd控制算法的比例系數(shù)，kd為pd控制算法的微分系數(shù)，eω為發(fā)電機轉(zhuǎn)速誤差，即eω＝目標轉(zhuǎn)速-發(fā)動機轉(zhuǎn)速。

17、進一步，所述驅(qū)動電機控制模塊負責生成驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩指令，具體的方法包括：

18、首先，讀取加速踏板開度指令、制動踏板開度指令、電池soc信號和電壓傳感器信號；下一步，根據(jù)加速踏板開度和制動踏板開度計算驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩約束，轉(zhuǎn)矩上限約束按照tmax＝k2×加速踏板開度計算，k2為大于0的常系數(shù)；轉(zhuǎn)矩下限約束按照tmin＝k3×制動踏板開度計算，k3為小于0的常系數(shù)；下一步，判斷制動踏板開度是否大于零，若大于，則進一步判斷電池soc是否大于參考socref，否則判斷母線電壓是否大于目標母線電壓；如果電池soc大于參考socref，將驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩指令udm設置為0并進入下一步，否則按公式udm＝k4×電池充電電流上限計算驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩指令udm，k4為小于0的常系數(shù)，進一步判斷udm>tmin是否成立，若不成立，將udm設置為tmin，否則進入下一步；如果母線電壓大于目標母線電壓不成立，將驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩指令udm設置為0并進入下一步，否則執(zhí)行驅(qū)動電機控制算法，生成驅(qū)動電機轉(zhuǎn)矩指令udm，進一步判斷udm>tmin是否成立，若成立，將udm設置為tmax，否則直接進入下一步；進一步，輸出最后得到的驅(qū)動電機轉(zhuǎn)指令udm；通過驅(qū)動電機、驅(qū)動電機控制模塊和電壓傳感器構(gòu)成了驅(qū)動電機的電壓控制方案。

19、進一步，所述驅(qū)動電機控制算法采用pd控制算法；pd算法公式如下所示：

20、

21、式中，kpp為pd控制算法的比例系數(shù)，kdd為pd控制算法的微分系數(shù)，ev為直流母線電壓誤差，即ev＝目標電壓-電壓傳感器反饋電壓。

22、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

23、1.本發(fā)明設計了一種重型車輛串聯(lián)式混合動力控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用電池直掛母線的方式，不帶有dc-dc和制動電阻的等設備，簡化了系統(tǒng)復雜性，降低了生產(chǎn)成本和維護成本。

24、2.本發(fā)明設計了發(fā)動機油門控制方案、發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制方案、驅(qū)動電機電壓控制方案和能量管理方案，結(jié)合這幾種控制方案設計了重型車輛串聯(lián)混合動力系統(tǒng)控制方法。該方法駕駛需求直接控制發(fā)動機，發(fā)電機和驅(qū)動電機負責調(diào)整系統(tǒng)轉(zhuǎn)速和電壓狀態(tài)，充分利用了電機比發(fā)動機調(diào)控能力強的特性，防止了發(fā)動機動力響應延遲導致系統(tǒng)狀態(tài)失穩(wěn)等問題。

25、3.本發(fā)明了設計了一種重型車輛混合動力系統(tǒng)控制方法，該方法可以實現(xiàn)驅(qū)動、制動能量回收和能量管理功能，保障系統(tǒng)穩(wěn)定性的前提下可以改善混合動力系統(tǒng)的運行效率。