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CN113460030B - 混联式混合动力扭矩分配方法 - Google Patents

混联式混合动力扭矩分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混联式混合动力扭矩分配方法，包括：计算等效比油耗和等效发电系数；当满足设定条件后，得到发动机的最优工作点和驱动电机的最优工作点；所述设定条件为等效比油耗达到最低值或等效发电效率达到最大值。本发明的混联式混合动力扭矩分配方法，引入等效比油耗和等效发电系数的概念，等效比油耗最低或等效发电效率最高时则得到发动机和电机的最优工作点，从而降低了油耗。

Description

混联式混合动力扭矩分配方法
技术领域
本发明属于新能源汽车技术领域，具体地说，本发明涉及一种混联式混合动力扭矩分配方法。
背景技术
汽车作为主要的日常出行交通工具之一，随着汽车保有量的猛增，消耗能源占比大，CO2的排放占比高，对于温室效应的贡献大，针对全球变暖的问题，各国制定了汽车油耗及排放法规，目前我国已实施国六的标准，且油耗标准也在不断的提高要求，传统的燃油车已经无法满足国家2020年实施的5L/100KM的油耗标准，开发低油耗低排放的环境友好型，符合国家法规的新形式车辆十分迫切。混合动力汽车的出现可以解决油耗及排放的问题，同时可以消除纯电动汽车带来的里程焦虑。
就目前的混合动力架构主要为功率分流或串并联，但为了实现不同模式之间的有效平顺切换需要一种控制方法。现有技术的混合动力系统已基本具备混合动力相关的纯电行驶、混动模式行驶的功能，但是模式切换的平顺，驾驶感受还存在一定的不足，整车油耗较高。而且某些多档位混动方案的控制过于复杂，易产生控制逻辑漏洞，进而造成整车控制的不安全性。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种混联式混合动力扭矩分配方法，目的是降低油耗。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：混联式混合动力扭矩分配方法，包括：
计算等效比油耗和等效发电系数；
当满足设定条件后，得到发动机的最优工作点和驱动电机的最优工作点；所述设定条件为等效比油耗达到最低值或等效发电效率达到最大值。
整车处于纯电动驱动模式时，当整车需求扭矩小于驱动电机提供的扭矩时，由驱动电机提供整车驱动力；当整车需求扭矩大于驱动电机提供的扭矩且小于驱动电机提供的扭矩与ISG电机提供的扭矩之和时，由驱动电机和ISG电机共同提供整车驱动力。
将发动机的运转状态区分为发动机负荷相对高的高负荷区、发动机负荷比高负荷区域低的中负荷区、发动机负荷比中负荷区低的低负荷区；整车处于混合动力驱动模式且发动机工作于中负荷区时，电机请求扭矩＝整车需求扭矩-发动机请求扭矩，发动机请求扭矩＝发动机经济扭矩。
整车处于混合动力驱动模式且发动机工作于低负荷区时，若电池电量高于整车SOC最低设限值且整车需求扭矩小于驱动电机提供的扭矩，则整车进入纯电动驱动模式；若电池电量低于整车SOC最低设限值，则整车进入增程模式。
等效发电系数其中，F_(BSFC_B)为发动机万有特性曲线图中处于B点时的发动机比油耗，F_(BSFC_A)为发动机万有特性曲线图中处于A点时的发动机比油耗，ΔT为ISG电机的发电扭矩，η_B为ISG电机扭矩为ΔT时对应的电驱效率，T_Demand为整车需求扭矩。
整车处于混合动力驱动模式且发动机工作于高负荷区时，当整车需求扭矩大于发动机外特性扭矩时，需要驱动电机补偿额外的扭矩。
所述等效比油耗β_(Overall_Eqv_BSFC)＝F_(BSFC_B)*r+β_(Avr_BSFC)*(1-r)，发动机平均比油耗β_(Avr_BSFC)＝1/n*(∑m_(BSFC_TengDrvCharg)，比油耗加权系数r＝T_EngReq/T_Demand，其中，T_EngReq为发动机万有特性曲线图中处于B点时的发动机需求扭矩，T_Demand为整车需求扭矩。
本发明的混联式混合动力扭矩分配方法，引入等效比油耗和等效发电系数的概念，等效比油耗最低或等效发电效率最高时则得到发动机和电机的最优工作点，从而降低了油耗。
附图说明
图1为低负荷区扭矩分配示意图；
图2为高负荷区扭矩分配示意图；
图3为混动变速箱原理图；
上述图中的标记均为：1、双质量飞轮；2、第一离合器；3、第一齿轮；14、ISG电机；5、第二离合器；6、第二齿轮；7、第三齿轮；8、差速器；9、第七齿轮；10、驱动电机；11、第三离合器；12、第四齿轮；13、第五齿轮；14、第六齿轮。
具体实施方式
下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。
本发明提供了一种混联式混合动力扭矩分配方法，包括：
计算等效比油耗和等效发电系数；
当满足设定条件后，得到发动机的最优工作点和驱动电机的最优工作点；所述设定条件为等效比油耗达到最低值或等效发电效率达到最大值。
具体地说，混合动力整车控制及变速控制器接收人机交互指令，驾驶员通过换挡器、油门踏板、制动踏板将行驶需求输入，混合动力整车控制及变速控制器接收到换挡器输入信号后，判断驾驶员意愿，并转化为控制指令结合油门踏板指令，向双电机控制器，发动机管理系统发送扭矩需求，双电机控制器及发动机管理系统控制驱动电机及发动机输出扭矩，通过混合动力变速箱的齿轮机构将动力传递到车轮端，驱动车辆行驶。
本发明基于双电机单速比混合动力变速器构型，引入等效比油耗和等效发电系数的概念，等效比油耗最低或等效发电效率最高时则得到发动机和驱动电机的最优工作点，从而降低了油耗。本发明主要对纯电动模式和混合动力模式提出扭矩分配方法，主要是针对混合动力模式提出基于油耗最优的扭矩分配方法。驾驶员通过油门踏板输入整车扭矩请求，整车控制器根据请求的扭矩与各动力源可提供扭矩对比，在纯电动模式下比较驱动电机与驱动电机和发电机的扭矩，在混动模式下，分低负荷、中负荷和高负荷来依据等效比油耗最低或等效发电效率最高来合理分配各动力源的扭矩，进而在满足整车驱动需求的同时做到燃油最优。
车辆上采用的混动变速箱结构如图3所示，其包括壳体、输入轴、输出轴、第一离合器2、第一齿轮3、第二离合器4、第二齿轮6、第三齿轮7、第四齿轮12和第三离合器，输入轴的轴线与输入轴的轴线相平行，第一离合器2与双质量飞轮1和输入轴连接，双质量飞轮1与发动机的输出端连接，第一齿轮3与ISG电机的电机轴固定连接，输入轴上设置与第一齿轮3相啮合的第四齿轮12，第四齿轮12与输入轴为同轴固定连接，第四齿轮12位于第一离合器2和第二离合器4之间。第二离合器4与输入轴和第五齿轮13连接，第二离合器4用于实现第五齿轮13与输入轴之间的结合与分离，第二齿轮6为固定设置在输出轴上，第二齿轮6与第五齿轮13相啮合。第三离合器与第六齿轮14和输出轴连接，第三离合器用于实现第六齿轮14与输出轴之间的结合与分离，第七齿轮9与驱动电机的电机轴固定连接，第七齿轮9与第六齿轮14相啮合。输出轴上设置输出齿轮，输出齿轮与第三齿轮7相啮合，第三齿轮7固定设置在差速器8上，输出齿轮位于第二齿轮6和第三离合器之间。
整车处于纯电动驱动模式时，驾驶员需求整车扭矩Tdemand(整车需求扭矩)小于等于TTM_notor(驱动电机提供扭矩)，由驱动电机提供整车驱动力；驾驶员需求整车扭矩Tdemand(整车需求扭矩)大于TTM_notor(驱动电机提供扭矩)但小于TTM_notor(驱动电机提供扭矩)与TISG_notor(ISG电机提供扭矩)的和，由驱动电机和ISG电机共同提供整车驱动力。
当有发动机参与驱动时，根据需求扭矩的大小和发动机的经济线及外特性扭矩线将整车的负荷分成3个区域，即低负荷区、中负荷区和高负荷区。也即将发动机的运转状态区分为发动机负荷相对高的高负荷区、发动机负荷比高负荷区域低的中负荷区、发动机负荷比中负荷区低的低负荷区。当Tdemand(整车需求扭矩)小于TEngEffiLine(发动机经济扭矩)时，此时为低负荷区；当Tdemand(整车需求扭矩)大于TEngEffiLine(发动机经济扭矩)且小于TEngwottLine(发动机外特性扭矩)时，此时为中负荷区；当Tdemand(整车需求扭矩)大于TEngwottLine(发动机外特性扭矩)时，此时为高负荷区。
整车处于混合动力驱动模式且发动机工作于中负荷区时，电机请求扭矩＝整车需求扭矩-发动机请求扭矩，发动机请求扭矩＝发动机经济扭矩。
中负荷区扭矩分配：发动机经济线与发动机外特性曲线之间的间隔相对来说较小，该区域的扭矩分配策略可按照发动机工作在经济线上、剩余的需求由驱动电机补偿，TEngReq(发动机请求扭矩)等于TEngEffiLine(发动机经济扭矩)，TMot_Req(电机请求扭矩)等于Tdemand(整车需求扭矩)减去TEngReq(发动机请求扭矩)，可让发动机工作在发动机经济线，进而实现油耗最优。
低负荷区扭矩分配：当Tdemand(整车需求扭矩)小于TEngEffiLine(发动机经济扭矩)时，目前多数控制方法是让发动机工作在经济线上、多余扭矩用于电机发电，但这样并不能做到系统的效率最高。
本发明中引入等效发电系数。通过等效发电系数的衡量判断整个系统的最优状态，进而决定发动机的工作点和ISG电机的发电扭矩值。如果此时SOC(电池电量)高于整车SOC最低设限值，且Tdemand(整车需求扭矩)小于TTM_notor(驱动电机提供扭矩)，则整车进入纯电动模式。如果此时SOC(电池电量)低于整车SOC最低设限值，整车进入增程模式，按照等效发电系数最高分配发动机工作点及ISG电机的发电扭矩值。
当前Tdemand(整车需求扭矩)在发动机万有特性曲线图中处于A点，此时可以适当的提高发动机的工作点从A到B，此时发动机的油耗也由F_(BSFC_A)增加到F_(BSFC_B)，同时额外增加了扭矩ΔT用于ISG电机的发电扭矩值。
为了找到点B，让发动机及电驱系统效率最高，需要计算等效发电系数Eqv_GenFator，分子部分为有效发电扭矩所消耗的油耗，即有效油耗，分母部分为发电实际消耗的油耗由A至B的油耗。
等效发电系数其中，F_(BSFC_B)为发动机万有特性曲线图中处于B点时的发动机比油耗，F_(BSFC_A)为发动机万有特性曲线图中处于A点时的发动机比油耗，ΔT为ISG电机的发电扭矩，η_B为ISG电机扭矩为ΔT时对应的电驱效率，T_Demand为整车需求扭矩。
逐渐增加ISG发电扭矩ΔT，并实时的计算等效发电系数α_(Eqv_GenFator)，求出该组等效发电系数中的最大值点即当前转速下发动机和电驱系统效率最高的点，此时的发电需求既能满足驱动的需求，又可以做到油耗最低。
高负荷区扭矩分配：当Tdemand(整车需求扭矩)大于TEngwottLine(发动机外特性扭矩)时，需要驱动电机补偿额外的扭矩。由于此时发动机负荷特别大，单纯地将发动机工作在外特性、额外增加的驱动电机补偿不能很好的降低油耗，本发明中引入等效比油耗，综合考虑发动机万有特性和电驱系统效率，通过调节发动机与驱动电机工作点并用等油耗衡量整个系统何时处于最优，确定最终发动机的工作点及驱动电机的助力矩值。
当前Tdemand(整车需求扭矩)处于点A，发动机最大能力为外特性上的点C，当发动机工作在点C时，驱动电机提供最小的助力扭矩，值为TMot_base；为了优化燃油经济性，适当的将发动机的工作点下移到B点，此时驱动电机需要额外增加ΔTMot_add，此时应当衡量当前的发动机比油耗F_(BSFC_B)和驱动电机额外增加的扭矩ΔTMot_add，ΔTMot_add可以通过公式折算得到一个平均的比油耗β_(Avr_BSFC)，根据该油耗再和点B发动机比油耗F_(BSFC_B)做个加权则可得到总的等效比油耗β_(Overall_Eqv_BSFC)，当总的等效比油耗β_(Overall_Eqv_BSFC)取得最小值时，则找到了最优的发动机工作点和驱动电机助力扭矩值。
等效比油耗β_(Overall_Eqv_BSFC)＝F_(BSFC_B)*r+β_(Avr_BSFC)*(1-r)，发动机平均比油耗β_(Avr_BSFC)＝1/n*(∑m_(BSFC_TengDrvCharg)，比油耗加权系数r＝T_EngReq/T_Demand，其中，T_EngReq为发动机万有特性曲线图中处于B点时的发动机需求扭矩，T_Demand为整车需求扭矩。
逐渐增加驱动电机助力扭矩ΔTMot_add，发动机需求扭矩逐渐下降，发动机工作点逐渐由外特性向经济线靠近，实时的计算总的等效比油耗β_(Overall_Eqv_BSFC)，直到达到发动机经济线上时为止，求出该组总得等效比油耗中的最小值点即为当前转速下发动机和驱动电机的工作点，此时的扭矩既可以满足驱动需求，亦可以保证油耗最低。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.混联式混合动力扭矩分配方法，其特征在于，包括：
计算等效比油耗和等效发电系数；
当满足设定条件后，得到发动机的最优工作点和驱动电机的最优工作点；所述设定条件为等效比油耗达到最低值或等效发电效率达到最大值；
其中，将发动机的运转状态区分为发动机负荷相对高的高负荷区、发动机负荷比高负荷区域低的中负荷区、发动机负荷比中负荷区低的低负荷区；整车处于混合动力驱动模式且发动机工作于中负荷区时，电机请求扭矩=整车需求扭矩-发动机请求扭矩，发动机请求扭矩=发动机经济扭矩；
等效发电系数，其中，F_(BSFC_B)为发动机万有特性曲线图中处于B点时的发动机比油耗，F_(BSFC_A)为发动机万有特性曲线图中处于A点时的发动机比油耗，∆T为ISG电机的发电扭矩，η_ B为ISG电机扭矩为∆T时对应的电驱效率， T_Demand为整车需求扭矩；
所述等效比油耗，发动机平均比油耗/>，比油耗加权系数r=T_EngReq/T_Demand，其中，T_EngReq为发动机万有特性曲线图中处于B点时的发动机需求扭矩， T_Demand为整车需求扭矩。
2.根据权利要求1所述的混联式混合动力扭矩分配方法，其特征在于，整车处于纯电动驱动模式时，当整车需求扭矩小于驱动电机提供的扭矩时，由驱动电机提供整车驱动力；当整车需求扭矩大于驱动电机提供的扭矩且小于驱动电机提供的扭矩与ISG电机提供的扭矩之和时，由驱动电机和ISG电机共同提供整车驱动力。
3.根据权利要求1所述的混联式混合动力扭矩分配方法，其特征在于，将发动机的运转状态区分为发动机负荷相对高的高负荷区、发动机负荷比高负荷区域低的中负荷区、发动机负荷比中负荷区低的低负荷区；整车处于混合动力驱动模式且发动机工作于中负荷区时，电机请求扭矩=整车需求扭矩-发动机请求扭矩，发动机请求扭矩=发动机经济扭矩。
4.根据权利要求3所述的混联式混合动力扭矩分配方法，其特征在于，整车处于混合动力驱动模式且发动机工作于低负荷区时，若电池电量高于整车SOC最低设限值且整车需求扭矩小于驱动电机提供的扭矩，则整车进入纯电动驱动模式；若电池电量低于整车SOC最低设限值，则整车进入增程模式。
5.根据权利要求2或3所述的混联式混合动力扭矩分配方法，其特征在于，等效发电系数，其中，F_(BSFC_B)为发动机万有特性曲线图中处于B点时的发动机比油耗，F_(BSFC_A)为发动机万有特性曲线图中处于A点时的发动机比油耗，∆T为ISG电机的发电扭矩，η_ B为ISG电机扭矩为∆T时对应的电驱效率， T_Demand为整车需求扭矩。
6.根据权利要求3所述的混联式混合动力扭矩分配方法，其特征在于，整车处于混合动力驱动模式且发动机工作于高负荷区时，当整车需求扭矩大于发动机外特性扭矩时，需要驱动电机补偿额外的扭矩。
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