CN112660102B - 一种基于能耗分析理论的行星多挡混合动力系统控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于能效分析理论的行星多档混合动力系统控制方法，旨在提升行星多档混合动力汽车燃油经济性，包括以下步骤：首先，根据能耗、效率分析理论，从燃油和电池出发推导得到混合动力汽车整车效率表达式；其次，离散车辆在驱动力外特性条件约束下的所有工况点；然后，计算每个工况点下所有发动机工作点和变速器可选挡位组合的效率；最后，遍历所有工况点，得到每个工况点整车效率最优的发动机工作点和变速器挡位组合，即可制定整车效率最优的发动机工作点控制规则和换挡规则。

Description

一种基于能耗分析理论的行星多挡混合动力系统控制方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车技术领域，更确切地说，本发明涉及一种基于能耗效率分析理论的行星多挡混合动力系统控制策略优化方法。

背景技术

随着新能源时代的到来，各大车企正在逐渐转型，混合动力汽车作为汽车领域的重要组成部分，具有良好的节能减排性能，是国家大力推广的新能源汽车中的重要分支，因此混合动力汽车的研发成为各大车企及高校的重要研究内容，而行星混联式混合动力汽车可以实现发动机转速转矩的双解耦，显著提高车辆的动力性和经济性，是当前主流的混合动力汽车构型之一。然而，混合动力汽车的实际行驶性能与其采用的控制策略类型的选取密切相关，目前尚缺乏一种方法，从源头规划混合动力汽车的控制策略。

本发明提出新的混合动力汽车车辆效率定义，抛弃发动机效率以及传动系统效率等局部定义，从车辆能量来源的最原始起点即燃油和电池出发推导得到混合动力汽车整车效率表达式，并以此作为控制策略的制定标准对行星多挡混合动力系统制定换挡规则与发动机工作点控制规则。

发明内容

本发明基于行星多挡混合动力系统试验样车，提出一种基于能耗效率分析理论的行星多挡混合动力系统控制策略优化方法，其特征在于，包括以下内容：

步骤一：根据能耗、效率分析理论，从燃油和电池出发推导得到混合动力汽车整车效率表达式；

系统工作的最基本能量守恒方程可表述为：系统输入能量减去系统损耗能量等于用于完成相应目的消耗的有用能量。系统平均效率为有用能量与输入能量的比值。由于混合动力汽车具有多个能量源，在不同工作模式下车辆的能量输入不同，因此将各工作模式下的能量守恒方程相加，得到整个工况下车辆的能量平衡方程(1)：

E_oil+(E_b,d-E_b,c)+E_brake-E_l＝E_drive (1)

其中E_b,d为电池放电能量，E_b,d等于纯电动模式与电助力模式下的电池释放能量之和，E_b,c为电池充电能量，E_b,c等于驱动并发电模式与再生制动模式下的电池充电电能之和，E_b,d-E_b，c为工况结束时电池的净放电能量，E_oil为燃油热能，可由燃油量m_oil与燃油低热值C计算，E_l为损耗能量，E_drive为工况驱动能量，进而得到公式(2)。

由公式(2)可知混合动力汽车整个工况中车辆的能量输入由三部分组成：燃油热能E_oil、电池的净放电能量E_b,d-E_b，c、工况制动能量E_brake。

当电池电量平衡时，电池的净放电能量E_b,d-E_b,c为零，可以得到公式(3)，该式清晰地反映了电量维持型混合动力汽车油耗m_oil、损耗E_l、工况需求(E_drive,E_brake)间的定量关系：在工况需求一定的条件下车辆的油耗与整车损耗线性相关，若要降低车辆油耗需降低整车损耗。

m_oilC+(E_b,d-E_b,c)+E_brake-E_l＝E_drive (2)

m_oilC+E_brake-E_l＝E_drive (3)

由公式(2)可以提出在整个工况下的整车效率计算公式(4)：

步骤二：离散车辆在驱动力外特性条件约束下的所有工况点；

以车速与地面驱动力/制动力的组合定义车辆行驶的工况，则车辆能够实现的所有可能工况为其轮端驱动力外特性曲线与制动力外特性曲线包围的部分；

步骤三：计算每个工况点下所有发动机工作点和变速器可选挡位组合的效率；

在各动力源外特性的限制下，针对车辆所处的任意工况，离散出所有满足该工况需求的挡位、发动机工作点组合，利用各部件的效率map数据可以计算出每一个挡位、工作点组合对应的损耗功率，进而由步骤一中的整车效率计算公式(4)计算出每一个挡位、动力源工作点组合对应的车辆整车效率；

步骤四：遍历所有工况点，得到每个工况点整车效率最优的发动机工作点和变速器挡位组合，即可制定整车效率最优的发动机工作点控制规则和换挡规则；

最高整车效率对应的挡位、发动机工作点组合即为该工况下最佳的挡位与发动机工作点控制目标，将整个工况下所有离散工况点对应的最佳挡位与发动机工作点组合计算出来，得到整个工况下最佳挡位、最佳发动机工作点的分布，便可计算出每个工况点(车速-驱动力)对应的最佳发动机转速、转矩，将驱动力等比例对应得到油门开度，则求解得到的基于车速-油门的发动机转速、转矩控制map和双参数换挡策略；

与现有技术相比本发明的有益效果是：

(1)该发明所述的一种基于能耗效率分析理论的行星多挡混合动力系统控制策略优化方法提出了新的混合动力汽车车辆效率定义，抛弃发动机效率以及传动系统效率等局部定义，从车辆能量来源的最原始起点即燃油和电池出发推导得到混合动力汽车整车效率表达式，因此该方法制定的控制策略具有更佳的油耗水平，并且对控制策略开发具有理论指导意义；

(2)该发明所述的一种基于能耗效率分析理论的行星多挡混合动力系统控制策略优化方法可在控制策略中通过发动机工作点查表实现，因此更容易应用于实际开发。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明：

图1为本发明提出的一种基于能耗效率分析理论的行星多挡混合动力系统控制策略优化方法的总流程图；

具体实施方式：

下面结合附图对本发明做更细致的描述：

本发明提出一种基于能耗效率分析理论的行星多挡混合动力系统控制策略优化方法，如图1所示，其特征在于，包括以下内容：

步骤一：根据能耗、效率分析理论，从燃油和电池出发推导得到混合动力汽车整车效率表达式；

系统工作的最基本能量守恒方程可表述为：系统输入能量减去系统损耗能量等于用于完成相应目的消耗的有用能量。系统平均效率为有用能量与输入能量的比值。由于混合动力汽车具有多个能量源，在不同工作模式下车辆的能量输入不同，因此将各工作模式下的能量守恒方程相加，得到整个工况下车辆的能量平衡方程(1)：

E_oil+(E_b,d-E_b,c)+E_brake-E_l＝E_drive (1)

其中E_b,d为电池放电能量，E_b,d等于纯电动模式与电助力模式下的电池释放能量之和，E_b,c为电池充电能量，E_b,c等于驱动并发电模式与再生制动模式下的电池充电电能之和，E_b,d-E_b，c为工况结束时电池的净放电能量，E_oil为燃油热能，可由燃油量m_oil与燃油低热值C计算，E_l为损耗能量，E_drive为工况驱动能量，进而得到公式(2)。

由公式(2)可知混合动力汽车整个工况中车辆的能量输入由三部分组成：燃油热能E_oil、电池的净放电能量E_b,d-E_b，c、工况制动能量E_brake。

当电池电量平衡时，电池的净放电能量E_b,d-E_b,c为零，可以得到公式(3)，该式清晰地反映了电量维持型混合动力汽车油耗m_oil、损耗E_l、工况需求(E_drive,E_brake)间的定量关系：在工况需求一定的条件下车辆的油耗与整车损耗线性相关，若要降低车辆油耗需降低整车损耗。

m_oilC+(E_b,d-E_b,c)+E_brake-E_l＝E_drive (2)

m_oilC+E_brake-E_l＝E_drive (3)

由公式(2)可以提出在整个工况下的整车效率计算公式(4)：

步骤二：离散车辆在驱动力外特性条件约束下的所有工况点；

以车速与地面驱动力/制动力的组合定义车辆行驶的工况，则车辆能够实现的所有可能工况为其轮端驱动力外特性曲线与制动力外特性曲线包围的部分。

步骤三：计算每个工况点下所有发动机工作点和变速器可选挡位组合的效率；

在各动力源外特性的限制下，针对车辆所处的任意工况，离散出所有满足该工况需求的挡位、发动机工作点组合，利用各部件的效率map数据可以计算出每一个挡位、工作点组合对应的损耗功率，进而由步骤一中的整车效率计算公式(4)计算出每一个挡位、动力源工作点组合对应的车辆整车效率。

步骤四：遍历所有工况点，得到每个工况点整车效率最优的发动机工作点和变速器挡位组合，即可制定整车效率最优的发动机工作点控制规则和换挡规则；

最高整车效率对应的挡位、发动机工作点组合即为该工况下最佳的挡位与发动机工作点控制目标，将整个工况下所有离散工况点对应的最佳挡位与发动机工作点组合计算出来，得到整个工况下最佳挡位、最佳发动机工作点的分布，便可计算出每个工况点(车速-驱动力)对应的最佳发动机转速、转矩，将驱动力等比例对应得到油门开度，则求解得到的基于车速-油门的发动机转速、转矩控制map和双参数换挡策略。

Claims (1)

1.一种基于能耗分析理论的行星多挡混合动力系统控制方法，其特征在于，包括以下内容：

步骤一：根据能耗、效率分析理论，从燃油和电池出发推导得到混合动力汽车整车效率表达式；

系统工作的最基本能量守恒方程可表述为：系统输入能量减去系统损耗能量等于用于完成相应目的消耗的有用能量，系统平均效率为有用能量与输入能量的比值，由于混合动力汽车具有多个能量源，在不同工作模式下车辆的能量输入不同，因此将各工作模式下的能量守恒方程相加，得到整个工况下车辆的能量平衡方程(1)：

E_oil+(E_b,d-E_b,c)+E_brake-E_l＝E_drive (1)

其中E_b,d为电池放电能量，E_b,d等于纯电动模式与电助力模式下的电池释放能量之和，E_b,c为电池充电能量，E_b,c等于驱动并发电模式与再生制动模式下的电池充电电能之和，E_b,d-E_b，c为工况结束时电池的净放电能量，E_oil为燃油热能，可由燃油量m_oil与燃油低热值C计算，E_l为损耗能量，E_drive为工况驱动能量，进而得到公式(2)；

由公式(2)可知混合动力汽车整个工况中车辆的能量输入由三部分组成：燃油热能E_oil、电池的净放电能量E_b,d-E_b，c、工况制动能量E_brake；

当电池电量平衡时，电池的净放电能量E_b,d-E_b,c为零，可以得到公式(3)，该式清晰地反映了电量维持型混合动力汽车油耗m_oil、损耗E_l、工况需求(E_drive,E_brake)间的定量关系：在工况需求一定的条件下车辆的油耗与整车损耗线性相关；

m_oilC+(E_b,d-E_b,c)+E_brake-E_l＝E_drive (2)

m_oilC+E_brake-E_l＝E_drive (3)

由公式(2)可以提出在整个工况下的整车效率计算公式(4)：

步骤二：离散车辆在驱动力外特性条件约束下的所有工况点；

以车速与地面驱动力/制动力的组合定义车辆行驶的工况，则车辆能够实现的所有可能工况为其轮端驱动力外特性曲线与制动力外特性曲线包围的部分；

步骤三：计算每个工况点下所有发动机工作点和变速器可选挡位组合的效率；

在各动力源外特性的限制下，针对车辆所处的任意工况，离散出所有满足该工况需求的挡位、发动机工作点组合，利用各部件的效率map数据可以计算出每一个挡位、工作点组合对应的损耗功率，进而由步骤一中的整车效率计算公式(4)计算出每一个挡位、动力源工作点组合对应的车辆整车效率；

步骤四：遍历所有工况点，得到每个工况点整车效率最优的发动机工作点和变速器挡位组合，即可制定整车效率最优的发动机工作点控制规则和换挡规则；

最高整车效率对应的挡位、发动机工作点组合即为该工况下最佳的挡位与发动机工作点控制目标，将整个工况下所有离散工况点对应的最佳挡位与发动机工作点组合计算出来，得到整个工况下最佳挡位、最佳发动机工作点的分布，便可计算出每个工况点(车速-驱动力)对应的最佳发动机转速、转矩，将驱动力等比例对应得到油门开度，则求解得到的基于车速-油门的发动机转速、转矩控制map和双参数换挡策略。

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