用于混合动力车辆的驾驶模式控制的系统和方法与流程

本发明涉及混合动力车辆的驾驶模式控制系统及其方法。

背景技术：

通常，根据每个国家的对车辆的提高燃料经济性要求和排气条例的强化，对环境友好型车辆的需求已经增加，而混合动力车辆(混合动力电动车辆/插电式混合动力电动车辆：HEV/PHEV)作为实际选择被提供。

混合动力车辆通过高效地操作发动机和电动机作为混合动力车辆的两种动力源，可以提供最佳输出扭矩。

即，混合动力车辆的驾驶模式包括基于电力的电动车辆(EV)模式和使用两种或更多种动力源(例如，发动机和电力)来驱动车辆的HEV模式。此外，在混合动力车辆中，为了实现车辆的可驾驶性和燃料经济性的提高，确定将EV模式转换到HEV模式的时刻是非常重要的。

将参考图1和图2描述现有技术的混合动力车辆的驾驶模式转换方法及其问题。

图1(现有技术)是示出根据现有技术的第一方法确定EV-HEV模式转换时刻的曲线图。

参考图1，在现有技术中，为了确定EV-HEV模式，监测并且计算驾驶者的需求扭矩，并且当驾驶者的需求超过预定扭矩基准值(阈值)时，模式切换到HEV模式，将发动机的动力连接到驱动轴。即，根据现有技术的第一方法，仅当在EV模式中驾驶者的需求超过预定扭矩基准值(阈值)时，模式才转换到HEV模式。

然而，像现有技术的第一方法一样，当使用单个驾驶模式转换基准值时，如果以低驾驶者需求持续驱动车辆，则电池可能过放电。

图2(现有技术)是示出根据现有技术的第二方法确定EV-HEV 模式转换时刻的曲线图。

参考图2，在现有技术的第二方法中，驾驶者的需求扭矩通过第一高扭矩基准值(第一阈值)和第二低扭矩基准值(第二阈值)限定，从而通过利用这两个值(即，分两个步骤)来转换模式。

首先，当混合动力车辆的驾驶者的需求扭矩超过第一高扭矩基准值时，模式立即转换到HEV模式以连接发动机动力(power)。

此外，当驾驶者的需求扭矩超过第二低扭矩基准值时，在需求扭矩超过第二扭矩基准值的状态下经过预定时间t1之后，混合动力车辆驱动发动机。

然而，在现有技术的第二方法中，未准确反映EV模式的行驶能量，使得难以确定预定时间t1，并且基准值是使用扭矩来确定的，使得未有效地管理高压电池。

在该背景部分中公开的上述信息仅仅是为了增强对本发明的背景的理解，因此它可能包含不构成在本国中对本领域技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现要素：

本发明提供混合动力车辆的驾驶模式控制系统和方法，其使用考虑了驾驶者需求功率和车辆的电气负载系统的需求功率的系统需求功率，控制从EV模式到HEV模式的转换，以连接混合动力车辆的发动机动力。

本发明的示例性实施例提供一种混合动力车辆的驾驶模式控制系统，其包括：驾驶信息检测单元，其检测在混合动力车辆移动时驾驶者对加速踏板的操纵信息和电气负载的操作状态；第二电动机，其根据将驾驶状态转换到混合动力电动车辆(HEV)模式的控制信号生成启动扭矩，以启动发动机；以及混合动力控制器，其通过对驾驶者需求功率和电气负载需求功率进行求和来计算系统需求功率，以根据预定基准值的设定来确定连接发动机动力的时刻，其中驾驶者需求功率是由基于加速踏板操纵信息的映射值计算出的，电气负载需求功率基于电气负载的操作状态，其中当系统需求功率超过设定的上限功率基准值(P-阈值1)时，混合动力控制器进行控制以将驾驶模式转换到HEV模式， 并且在系统需求功率超过下限功率基准值(P-阈值2)的低功率需求状态下，当累积了系统需求功率的累积需求能量超过预定能量基准值(E-阈值)时，混合动力控制器进行控制以将驾驶模式转换到HEV模式。

混合动力车辆的驾驶模式控制系统还包括：逆变器，其将从电池供应的直流电压转换成交流电压，以驱动生成驱动扭矩的第一电动机和所述第二电动机；电池管理单元，其管理电池的荷电状态(SOC)；以及发动机控制器，其根据混合动力控制器的命令来控制发动机扭矩，并且监测发动机的操作状态，以将操作状态传输到混合动力控制器。

此外，当混合动力车辆由巡航控制进行反馈控制时，混合动力控制器可以考虑为了自动导航控制而输入的需求扭矩和驱动轴的旋转速度，计算驾驶者需求功率。

另外，混合动力控制器可以将电池的每种荷电状态(SOC)的加权因子与混合动力车辆中的电气设备的消耗功率相乘，以计算电气负载需求功率，电气设备包括空调、加热器、AVN和LDC中的至少一个。

此外，电池的每种SOC的加权因子改变系统需求功率，使得当电池的SOC低时，系统需求功率低，而当SOC高时，系统需求功率高。

另外，混合动力控制器可以考虑电池的荷电状态(SOC)、电池的最大可用功率和第一电动机的可用功率，分别设定上限功率基准值，并且将多个功率基准值中的最小值确定为最终上限功率基准值(P-阈值1)。

此外，当混合动力控制器考虑电池的SOC设定上限功率基准值时，混合动力控制器可以在当前SOC状态低时将基准值设定为低，在SOC高时将基准值设定为高。

另外，电池的可用功率可以考虑根据电池硬件规格的电池温度、SOC和用于保护电池的裕量来设定，并且第一电动机的可用功率可以考虑根据第一电动机的硬件规格的电动机逆变器温度和用于保护第一电动机的裕量来设定。

此外，下限功率基准值可以通过根据电池的SOC改变设定值来设定，并且被设定为比考虑了SOC的上限功率基准值低。

另外，下限功率基准值可以是主要以比轻踩加速踏板(LTI)的预 定角度小的角度踩压加速踏板时为基准进行设定的。

此外，累积的需求能量可以是从系统需求功率超过下限功率基准值(P-阈值2)的时刻起维持超过状态的同时所累积的值。

另外，可以通过以下方式设定能量基准值：当电池的SOC小时，将设定基准值改变为小，当SOC高时，将设定基准值改变为高。

根据本发明的另一示例性实施例提供一种混合动力车辆的驾驶模式控制方法，所述混合动力车辆以电动车辆(EV)模式行驶，其中用于启动发动机的基准值由两个值来设定，即上限功率基准值(P-阈值1)和下限功率基准值(P-阈值2)，所述方法包括以下步骤：a)通过对驾驶者需求功率和电气负载需求功率进行求和来计算系统需求功率，所述驾驶者需求功率是由基于驾驶者的加速踏板操纵信息的映射值计算的，所述电气负载需求功率基于电气负载的操作状态；b)当系统需求功率超过上限功率基准值(P-阈值1)时，控制驾驶模式转换到混合动力电动车辆(HEV)模式；或c)在系统需求功率小于上限功率基准值但超过下限功率基准值(P-阈值2)的低功率需求状态下，累积系统需求功率；以及d)当累积了系统需求功率的累积需求能量超过预定能量基准值(E-阈值)时，控制驾驶模式转换到HEV模式。

此外，在步骤a)之前，该方法还可以包括：将根据电池的荷电状态(SOC)设定的第一上限功率基准值(P-阈值a)、根据电池系统的最大可用功率设定的第二上限功率基准值(P-阈值b)和根据第一电动机的最大可用功率设定的第三上限功率基准值(P-阈值c)之中的最小值确定为最终上限功率基准值(P-阈值1)；以及根据电池的SOC设定下限功率基准值，设定为低于考虑了SOC的第一上限功率基准值。

根据本发明的示例性实施例，当混合动力车辆持续行驶在低驾驶者需求状态下时，模式根据系统需求功率的累积转换到HEV模式，从而防止高压电池过放电。

此外，与简单地确定低需求扭矩是否超过预定基准时间的现有技术不同，在本发明中，基于实际需求能量的量确定是否启动发动机，使得有利于高压电池的SOC平衡。

附图说明

图1(现有技术)是示出根据现有技术的第一方法确定EV-HEV模式转换时刻的曲线图。

图2(现有技术)是示出根据现有技术的第二方法确定EV-HEV模式转换时刻的曲线图。

图3是示意性示出根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆的驾驶模式控制系统的方框图。

图4是示出根据本发明的示例性实施例的计算系统需求功率的方法的曲线图。

图5是示出根据本发明的示例性实施例的转换EV-HEV模式的时刻的图示。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于设定上限功率基准值的方法的流程图。

图7是示出根据本发明的示例性实施例的用于设定下限功率基准值的方法的流程图。

图8是示出根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆的驾驶模式控制方法的流程图。

具体实施方式

在以下具体实施方式中，仅以说明方式示出并描述了本发明的某些示例性实施例。如本领域技术人员应当认识到的，所述实施例可以以各种不同方式进行修改而均不背离本发明的精神或范围。因此，附图和说明实质上将被认为是示例性而非限制性的。贯穿说明书，相同的参考编号指示相同的元件。

应当理解，在此使用的术语“车辆”或“车辆的”或者其他类似的术语包括一般机动车辆，例如客运汽车(包括运动型多功能车辆(SUV))、公共汽车、卡车、各种商用车辆、水运工具(包括各种艇和船)、飞机等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，从石油以外的资源得到的燃料)。如在此提到的，混合动力车辆是具有两个或更多个动力源的车辆，例如，既有汽油动力又有电动力的车辆。

在此使用的术语只是出于描述特定实施例的目的，并非意图限制本 发明。如在此使用的，单数形式“一”、“一个/一种”以及“该/所述”意在也包括复数形式，除非上下文另行清楚地指出。还应当理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”指明所叙述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或它们的群组。如在此使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项目中的一个或多个的任何组合以及全部组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，否则词语“包括”及其变形例如“含有”或“包含”应理解为暗示包括所叙述的元素但不排除任何其他元素。此外，说明书中描述的术语“单元”、“部/器/件(-er)(-or)”、“模块”是指用于处理至少一个功能和操作的单元，并且能够通过硬件、软件或其组合来实现。

此外，本发明的控制逻辑可以被体现为计算机可读介质上的非暂时性计算机可读媒介，其包含可执行程序指令，可执行程序指令由处理器、控制器/控制单元等执行。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读记录介质也可以分布在联网的计算机系统中，使得计算机可读媒介以分布式方式例如由远程信息处理服务器或者控制器局域网(CAN)存储和执行。

现在，将参考附图详细描述根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆的驾驶模式控制系统及其方法。

图3示意性示出根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆的驾驶模式控制系统。

参考图3，根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆的驾驶模式控制系统包括驾驶信息检测单元101、混合动力控制器102、逆变器103、电池104、电池管理器105、发动机控制器106、第一电动机107、发动机108、第二电动机109、发动机离合器110和变速器111。

驾驶信息检测单元101检测伴随着混合动力车辆的驾驶的信息，包括车辆速度、档位、加速踏板的位移(APS)、制动踏板的位移(BPS)和电气负载的操作状态，并且将这些信息提供到混合动力控制器102。

混合动力控制器102是混合动力车辆的最高层控制器，并且统一控制通过网络连接的各控制器，确定EV-HEV模式转换并控制扭矩。

特别地，混合动力控制器102通过对驾驶者需求功率(power)和车辆中包括空调、加热器、AVN和LDC的电气负载系统的需求功率(在下文中被称为电气负载需求功率)进行求和，以此计算系统需求功率，从而在发动机动力被连接时利用系统需求功率，这将在以下详细描述。

逆变器103由多个功率切换元件构成，并且根据从混合动力控制器102施加的控制信号，将从电池104供应的直流(DC)电压转换成三相交流(AC)电压，以驱动第一电动机107和第二电动机109。

构成逆变器103的功率切换元件可以由绝缘栅双极晶体管(IGBT)、MOSFET、晶体管和继电器中的任何一种构成。

电池104由多个单位电池单元构成，并且供给到第一电动机107的高压(例如，400V和450V的DC电压)可以被存储在电池104中。

电池管理器105检测在电池104的操作区域中的电池单元的电流、电压和温度，以管理荷电状态(SOC)，并且控制电池104的充电电压和放电电压，以防止电池过放电到低于极限电压或过充电到高于极限电压从而缩短寿命。

发动机控制器106根据混合动力控制器102的命令控制发动机108的扭矩，并且监测发动机的操作状态以将操作状态传输到混合动力控制器102。

第一电动机107通过从电动机控制器103施加的三相AC电压进行操作以生成驱动扭矩，并且当车辆以滑行模式行驶时作为发电机进行操作，以将再生能量供给到电池104。

在启动状态中，发动机108输出发动机动力作为动力源。

第二电动机109是电气电动机，其也被称为混合动力启动发电机(HSG)，并且作为混合动力车辆的启动机和发电机进行操作。

第二电动机109根据从混合动力控制器102施加的控制信号启动发动机108，并且在维持发动机108启动的同时作为发电机进行操作以生成电压，并通过逆变器103将生成的电压供给到电池104作为充电电压。

第二电动机109根据将车辆的EV模式转换到HEV模式的控制信号生成启动扭矩，以启动发动机。

发动机离合器110设置在发动机108与第一电动机107之间，从而以EV模式和HEV模式驱动车辆。

变速器111由自动变速器(AT)或多级变速器(例如，DCT)构成，并且通过根据发动机离合器的控制操作液压来操作接合元件和释放元件，以接合目标档位。

如上所述，为了满足驾驶者的需求功率，混合动力车辆要求发动机108和第一电动机的动力耦合，并且为了提高在该过程期间的可驾驶性和燃料经济性，确定将EV模式转换到HEV模式的时刻是非常重要的。

因此，在下文中，将详细描述根据本发明的示例性实施例的如下方法，由混合动力控制器102通过对驾驶者需求功率和车辆中的电气负载需求功率进行求和，以计算系统需求功率，从而确定连接最优发动机动力的时刻。

图4示出根据本发明的示例性实施例的计算系统需求功率的方法。

参考图4，在步骤S101中，混合动力控制器102使用在车辆以EV模式行驶时驾驶者踩压加速踏板的踏板力而导致的APS位移映射值来计算驾驶者需求功率。

在这种情况下，混合动力控制器102可以考虑基于加速踏板力的驾驶者需求扭矩和驱动轴的旋转速度来计算驱动需求功率。

此外，当车辆不是由驾驶者的踏板力控制而是由反馈控制器(未示出)控制(例如，巡航控制或先进智能巡航控制)时，混合动力控制器102可以考虑为了自动导航控制而输入的需求扭矩和驱动轴的旋转速度来计算驾驶者需求功率。

在步骤S102中，混合动力控制器102将诸如LDC、空调、加热器和AVN的电气负载消耗功率乘以电池104的每种荷电状态(SOC)的加权因子，以计算电气负载需求功率。在此，每种SOC的加权因子可以改变系统需求功率，使得在当前SOC低时，系统需求功率低，而在当前荷电状态(SOC)高时，系统需求功率高。

在步骤S103中，混合动力控制器102通过对由基于加速踏板操纵信息的映射值计算出的驾驶者需求功率和电气负载需求功率进行求和，以计算系统需求功率。如上所述被计算出的系统需求功率用于确 定是否连接发动机动力。

另一方面，图5是示出根据本发明的示例性实施例的转换EV-HEV模式的时刻的曲线图。

参考图5，混合动力控制器102按照两个值，即上限功率基准值(P-阈值1)和下限功率基准值(P-阈值2)，设定用于启动发动机的基准值，并且将基准值与系统需求功率进行比较，以确定连接发动机动力的时刻。

当系统需求功率超过设定的上限功率基准值(P-阈值1)时，混合动力控制器102进行控制以将EV模式立即切换到HEV模式。在这种情况下，混合动力控制器102将控制信号传输到第二电动机109，以启动发动机，其中控制信号将车辆的EV模式转换到HEV模式。

此外，在系统需求功率超过设定的下限功率基准值(P-阈值2)的低功率需求状态下，混合动力控制器102累积系统需求功率以计算累积的需求能量。另外，当计算出的累积需求能量超过预定能量基准值(E-阈值)时，混合动力控制器102控制模式切换到HEV模式。

另一方面，图6示出根据本发明的示例性实施例的用于设定上限功率基准值的方法。

参考图6，在步骤201中，混合动力控制器102考虑电池104的SOC来设定上限功率基准值(P-阈值a)。

在这种情况下，上限功率基准值(P-阈值a)可以考虑电池104的SOC而改变，使得在当前SOC较低时，基准值被设定为较低，而当SOC较高时，基准值被设定为较高。

即，当电池104的SOC较低时，混合动力控制器102将向HEV模式的切换基准设定为较低，使得即使在与通常的SOC相比为小的系统需求功率中，也可以连接发动机动力。

此外，在步骤S202中，混合动力控制器102考虑电池系统的最大可用功率来设定上限功率基准值(P-阈值b)，并且在步骤S203中，混合动力控制器102考虑第一电动机的最大可用功率来设定上限功率基准值(P-阈值c)。

在这种情况下，电池104的可用功率可以考虑根据电池硬件规格的电池温度、SOC和用于保护电池的裕量来设定。

此外，第一电动机107的可用功率可以考虑根据第一电动机的硬件规格的电动机逆变器温度和用于保护第一电动机的裕量来设定。

在步骤S204中，混合动力控制器102将根据电池SOC设定的上限功率基准值(P-阈值a)、根据电池系统的最大可用功率设定的上限功率基准值(P-阈值b)和根据电动机系统的最大可用功率设定的上限功率基准值(P-阈值c)之中的最小值确定为最终上限功率基准值(P-阈值1)。

另一方面，图7示出根据本发明的示例性实施例的用于设定下限功率基准值的方法。

参考图7，类似于以上描述，在步骤S301中，混合动力控制器102根据电池的SOC设定下限功率基准值(P-阈值a′)，并且根据当前的SOC状态改变设定值。然而，基于电池SOC的下限功率基准值(P-阈值a′)被设定为低于考虑SOC状态设定的上限功率基准值(P-阈值a)。例如，下限功率基准值(P-阈值a′)可以主要以像轻踩加速踏板(LTI)一样的、以小于预定角度的角度踩压加速踏板时为基准进行设定。

在步骤S302中，混合动力控制器102将基于电池SOC的下限功率基准值(P-阈值a′)确定为最终下限功率基准值(P-阈值2)。

另一方面，混合动力控制器102可以考虑电池104的SOC来设定能量基准值(E-阈值)，并且类似地，能量基准值被设定为，当电池104的SOC低时，将设定基准值改变为低，当电池104的SOC高时，将设定基准值改变为高。

另一方面，将参考图8描述基于以上已经描述的混合动力车辆的驾驶模式控制系统的构成的EV-HEV模式转换控制方法。

图8是示出根据本发明的示例性实施例的混合动力车辆的驾驶模式控制方法的流程图。

参考图8，根据本发明的示例性实施例的混合动力控制器102按照上限功率基准值(P-阈值1)和下限功率基准值(P-阈值2)这两个值设定用于启动发动机的基准值，并且假定车辆行驶在EV模式下。

首先，混合动力控制器102通过对驾驶者需求功率和电气负载需求功率进行求和来计算系统需求功率，以将系统需求功率与上限功率基准值(P-阈值1)进行比较。

在这种情况下，当系统需求功率超过上限功率基准值(P-阈值1)时(在步骤401为“是”)，在步骤S406中，混合动力控制器102进行控制以将EV模式转换到HEV模式，以便立即传输发动机动力。

相反，当系统需求功率小于上限功率基准值(P-阈值1)(在S401为“否”)，但超过下限功率基准值(P-阈值2)(在S402为“是”)时，在步骤S403中，混合动力控制器102累积系统需求功率以计算累积的需求能量。

当在超过下限功率基准值(P-阈值2)的状态下持续累积系统需求功率中累积的需求能量超过预定能量基准值(E-阈值)(在404为“是”)时，在步骤S406中，混合动力控制器102进行控制以将EV模式转换到HEV模式，以便传输发动机动力。

相反，在步骤S402中，当系统需求功率小于下限功率基准值(P-阈值2)(在步骤S402为“否”)时，在步骤S405中，混合动力控制器102维持作为当前状态的EV模式行驶。

此外，在步骤S404中，当累积的需求能量小于能量基准值(E-阈值)(在步骤S404为“否”)时，在步骤S405中，混合动力控制器102维持作为当前状态的EV模式行驶。

如上所述，根据本发明的示例性实施例，当混合动力车辆持续在低驾驶者需求条件下行驶时，模式根据系统需求功率的累积而被转换到HEV模式，从而防止高压电池过放电。

此外，与仅确定低需求扭矩超过预定基准时间的现有技术(仅存在时间的概念而没有反映考虑到能量的准确值)不同的是，本发明基于实际需求能量确定是否启动发动机，使得在平衡高压电池的SOC方面是有利的。

本发明的示例性实施例不仅通过上述的装置和方法来实施，而且可以通过执行对应本发明示例性实施例配置的功能的程序或在其中写入程序的记录介质实施，并且本领域技术人员可以根据示例性实施例的描述容易地实施本发明的示例性实施例。

尽管已经结合当前被认为是实际的示例性实施例对该发明进行了描述，但应该理解，该发明不限于所公开的实施例，相反，该发明旨在覆盖包括在随附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效布置。