WO2024045321A1 - 一种面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

提供一种面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法及系统。系统以整车能耗最优化为目标，根据实时获取的车速、加速度信息和电池储电值SOC，在满足动力性的前提下，利用能量输出控制方法动态调整驱动系统在"发动机-发电机组最优效率模式"和"发动机最优油耗模式"间切换，实现整车在复杂工况下的能耗实时调整。设计的能量输出控制策略无需繁杂的理论模型计算，策略参数仅需要根据驱动电池参数和发动机参数进行适配调整，便于策略移植和工程化应用，工况适应性和实时性好。

Description

一种面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法及系统 技术领域

本发明专利涉及一种面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法及系统，属于新能源领域。

背景技术

传统矿用卡车存在能耗高、排放大的弊端。目前，虽然纯电动矿用卡车可实现零排放和能量高效利用，但装载的驱动电池包会因环境温度及负载的突变等原因，降低整车的续航能力，无法保证整车持续高效作业。为此，增程式电传动矿用卡车充分发挥电能的零排放和燃油动力系统持续作业的优势，成为解决这一问题的有效途径之一。这个过程中，能否给整车适配合理的能量输出控制策略直接影响整车的燃油经济性。

目前，针对增程式电传动车辆已提出的典型能量输出控制策略主要分为两类：基于规则的能量输出控制策略和基于优化的能量输出控制策略，不同的能量输出控制策略能耗优化效果不尽相同。其中，基于规则的能量输出控制策略控制逻辑清晰、计算速度快、实时性好，但能耗的优化效果对专家经验依赖性强。基于优化的能量输出控制策略主要包括离线最优策略和实时优化策略。离线最优策略虽然可以实现全局能量最优，但其计算量大，需要提前准确获知车辆的全局作业状态信息，很难直接植入控制器进行工程化运用；此外，已提出的实时优化策略尽管可以实现在线能量输出控制，但其依旧需要借助繁杂的优化算法进行迭代计算，增加了策略的实现难度。

现有的已提出的能量输出控制策略尽管可以实现整车能量的优化控制，但策略仅围绕发动机的最优效率点或最优油耗点进行控制，并未根据工况整体考虑驱动总成的能量最优化控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法及系统，在满足动力性的前提下，实现整车在复杂工况下的能耗实时调整。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，，所述矿用卡车的驱动电机由发动机和/或驱动电池驱动；其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

实时获取车辆的系统状态参数；所述系统状态参数至少包括车速v、车辆加速度a和所述驱动电池的电池储电值SOC；

根据获取的车速v和车辆加速度a以及预存储的系统参数计算矿用卡车的驱动电机的需 求功率P _d；

根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算所述发动机的输出功率P _e和所述驱动电池的输出功率P _b；

根据计算得到的所述发动机的输出功率P _e控制所述发动机的输出功率，根据所述驱动电池的输出功率P _b控制驱动电池的输出功率。

进一步的，预存储的系统参数至少包括整车质量、重力加速度、滚动阻力系数、道路坡度、空气密度、风阻系数、迎风面积和旋转质量换算系数；

根据获取的车速v和车辆加速度a以及预存储的系统参数计算驱动电机的需求功率P _d，包括：

根据下式计算驱动电机的需求功率P _d：

式中，η _t为整个动力总成效率，行驶驱动力F _t表示为：

F _t＝mgf cosα+mg sinα+0.5ρC _dAv ²+sma      (2)

其中，m为整车质量，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，α为道路坡度，ρ为空气密度，C _d为风阻系数，A为迎风面积，s为旋转质量换算系数

进一步的，根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算出发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b，包括：

根据计算得到的驱动电机需求功率P _d和当前获取的电池储电值SOC大小确定不同的工作模式，根据工作模式确定发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b；

进一步的，根据计算得到的驱动电机需求功率P _d和当前获取的电池储电值SOC大小确定不同的工作模式，包括：

a.当电池储电值SOC在下限值SOC _min和上限值SOC _max之间时：

①当驱动电机需求功率P _d大于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式；

②当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，且电池储电值SOC小于等于下限滞回值SOC _{LLC_min}时，进入发动机单独驱动效率最优模式并为驱动电池充电；

③当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，电池储电值SOC 大于下限滞回值SOC _{LLC_min}，且驱动电机需求功率P _d小于等于驱动电池功率上限阈值P _{b_max}时，进入纯电模式；

④当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，电池储电值SOC大于下限滞回值SOC _{LLC_min}，且驱动电机需求功率P _d大于驱动电池功率上限阈值P _{b_max}时，发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式；

⑤当驱动电机需求功率P _d小于等于0且电池储电值SOC小于等于上限滞回值SOC _{ULC_max}，此时进入能量回收模式，为驱动电池充电；否则，通过机械制动或电阻栅将能量耗散掉。

b.当电池储电值SOC小于等于下限值SOC _min时，驱动电池电量过低，为保证驱动电池的使用寿命，此时驱动电池不参与工作：

①当驱动电机需求功率P _d小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机单独驱动效率最优模式并为驱动电池充电；

②当驱动电机需求功率P _d大于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机单独驱动模式。

进一步的，根据工作模式确定发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b，包括：

获取“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线和“发动机最佳功率-油耗模式”特性曲线；

(1)发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式：

①根据“发动机最佳功率-燃油模式”特性曲线，查表确定发动机油耗最优时对应的功率点P _{e_optfuel}；

②根据油耗最优功率点确定当前发动机的转速n _{e_optfuel}；

③发动机和驱动电池功率分配可表示为：P _e＝P _{e_optfuel},P _b＝min(P _d-P _{e_optfuel}·μ _g,P _{b_max})，n _e＝n _{e_optfuel}，μ _g为发电机的发电效率；

(2)发动机单独驱动效率最优模式：

①在保证满足整车需求功率P _d的前提下，根据“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线，寻找发动机-发电机组效率最优时对应的功率点P _{e_opteff}；

②根据效率最优功率点确定当前发动机转速n _{e_opteff}；

③发动机输出功率并为驱动电池充电，此时P _e＝P _{e_opteff}，n _e＝n _{e_opteff}；

(3)纯电模式：

此时仅驱动电池放电，驱动电池输出功率可表示为：P _b＝P _d；

(4)发动机单独驱动模式：

①确定发动机输出最大功率P _{e_max}；

②根据“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线，确定当前发动机转速n _{e_powermax}；

③此时仅发动机输出功率：P _e＝P _{e_max}，n _e＝n _{e_powermax}。

进一步的，获取“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线和“发动机最佳功率-油耗模式”特性曲线，包括：

首先根据发动机转速n _e-扭矩T _e-效率μ _e对应的map数据和发电机转速n _g-扭矩T _g-效率μ _g对应的map数据，按以下表达式确定发动机-发电机组最佳功率

-效率点μ ^*集合：

其中，T _g＝μ _eg·T _e,n _g＝n _e，μ _eg为发动机到发电机的机械效率。

根据获取到的发动机-发电机组最佳功率-效率点集合，拟合出“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线。

其次根据发动机转速n _e-扭矩T _e-油耗率

对应的map数据，按以下表达式确定发动机最佳功率

-油耗率点

集合：

根据获取到的发动机最佳功率-油耗率点集合，拟合出“发动机最佳功率-油耗模式”特性曲线。

进一步的，根据计算出的发动机输出功率控制发动机的控制输出，根据所述驱动电池输出功率控制驱动电池输出，包括：

控制驱动总成根据发动机输出功率和驱动电池输出功率控制驱动电机输出扭矩，经变速箱变速增扭后驱动行走系统正常工作。

第二方面，本发明提出的一种面向增程式电传动矿用卡车的能量控制系统，包括控制层和执行层；所述执行层包括发动机和驱动电池；

控制层包括车载数据采集器、需求功率计算模块、能量输出控制器、发动机控制器、BMS控制器；

车载数据采集器用于实时获取车辆的系统状态参数；所述系统状态参数至少包括车速v、车辆加速度a和所述驱动电池的电池储电值SOC；

需求功率计算模块用于根据获取的车速v和车辆加速度a以及预存储的系统参数计算矿用卡车的驱动电机的需求功率P _d；

能量输出控制器用于根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算所述发动机的输出功率P _e和所述驱动电池的输出功率P _b；

发动机控制器用于根据计算得到的所述发动机的输出功率P _e控制所述发动机的输出功率；

BMS控制器用于根据所述驱动电池的输出功率P _b控制驱动电池的输出功率。

进一步的，所述执行层还包括发电机、整流器、逆变器、驱动总成和变速箱；

所述发动机直接与发电机相连；

发电机将发动机产生的机械能转化为电能，并通过整流器整流、逆变器逆变后使驱动总成工作，并为驱动电池充电；

驱动总成包括驱动电机控制器和驱动电机，驱动电机控制器与BMS控制器连接，驱动电机根据驱动电机控制器的指令信号输出驱动扭矩来控制所述变速箱运转。

进一步的，所述执行层还包括电阻栅和用于控制所述电阻栅的开关；

当驱动电机需求功率P _d小于等于0且电池储电值SOC大于等于上限滞回值SOC _{ULC_max}时，通过能量输出控制器控制开关开启，利用电阻栅将电能耗散掉。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

1、本发明通过实时获取的车速、加速度信息和电池储电值SOC，实时计算发动机输出功率和驱动电池输出功率，可以根据工况整体考虑驱动总成的能量最优化控制，在满足动力性的前提下，实现整车在复杂工况下的能耗实时调整。

2、本发明提出一种“双模”能量输出控制系统及方法来解决现有技术中的问题。以整车能耗最优化为目标，根据实时获取的车速、加速度信息和电池储电值SOC，在满足动力性的前提下，通过动态调整驱动系统在“发动机-发电机组最优效率模式”和“发动机最优油耗模式”间切换，实现整车在复杂工况下的能耗实时调整。本发明设计的能量输出控制策略无需繁杂的理论模型计算，策略参数仅需要根据驱动电池参数和发动机参数进行适配调整，便于策略移植和工程化应用，工况适应性和实时性好。

3、本发明不仅能根据车辆驱动电池状态和需求功率大小，实时控制发动机在最优油耗模式和最优效率模式间动态切换，还可以进行能量回收，无需繁杂的理论模型计算，工况适应性和实时性好。

4、本发明策略参数仅需要根据驱动电池参数和发动机参数进行适配调整，便于策略移植和工程化应用。

5、为了降低驱动电池过充和过放对驱动电池使用寿命的影响，本发明在控制策略中增加了驱动电池上下限滞回区间，包括下限滞回区间(SOC _min,SOC _{LLC_min})和上限滞回区间(SOC _{ULC_max},SOC _max)，实现驱动电池放电和充电缓冲，对驱动电池进行保护。

附图说明

图1为能量输出控制策略控制系统图；

图2为系统构型图；

图3为能量输出控制策略控制方法图；

图4为电池储电值SOC工作滞回区间图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一：

本实施例提供一种面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，矿用卡车内设有驱动电机，并通过发动机和驱动电池为驱动电机供能；所述方法包括以下步骤：

实时获取车辆的系统状态参数；所述系统状态参数包括车速v、车辆加速度a和矿用卡车驱动电池的电池储电值SOC；

根据获取的车速v和车辆加速度a以及预存储的系统参数计算矿用卡车的驱动电机的需求功率P _d；

根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算出发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b；

根据计算出的发动机输出功率控制发动机的输出功率，根据所述驱动电池输出功率控制驱动电池的输出功率。

具体的，预存储的系统参数包括整车质量、重力加速度、滚动阻力系数、道路坡度、空气密度、风阻系数、迎风面积和旋转质量换算系数；预存储的系统参数一般由车辆铭牌和现场试验资料获得。

根据获取的车速v和车辆加速度a以及预存储的系统参数计算驱动电机的需求功率P _d，包括：

根据下式计算驱动电机的需求功率P _d：

式中，η _t为整个动力总成效率，行驶驱动力F _t表示为：

F _t＝mgf cosα+mg sinα+0.5ρC _dAv ²+sma     (2)

其中，m为整车质量，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，α为道路坡度，ρ为空气密度，C _d为风阻系数，A为迎风面积，s为旋转质量换算系数

具体的，根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算出发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b，包括：

根据计算得到的驱动电机需求功率P _d和当前获取的电池储电值SOC大小确定不同的工作模式，根据工作模式确定发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b；

基于提出的面向增程式电传动矿用卡车的能量控制系统，本发明还提出了一种能量输出控制方法如附图3所示。为了降低驱动电池过充和过放对驱动电池使用寿命的影响，本发明在控制策略中增加了驱动电池上下限滞回区间，包括下限滞回区间(SOC _min,SOC _{LLC_min})和上限滞回区间(SOC _{ULC_max},SOC _max)，实现驱动电池放电和充电缓冲，对驱动电池进行保护，如附图4所示。本发明提出的控制方法具体步骤如下：

具体的，根据计算得到的驱动电机需求功率P _d和当前获取的电池储电值SOC大小确定不同的工作模式，包括：

a.当电池储电值SOC在下限值SOC _min和上限值SOC _max之间时：

①当驱动电机需求功率P _d大于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式；

②当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，且电池储电值SOC小于等于下限滞回值SOC _{LLC_min}时，进入发动机单独驱动效率最优模式并为驱动电池充电；

③当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，电池储电值SOC大于下限滞回值SOC _{LLC_min}，且驱动电机需求功率P _d小于等于驱动电池功率上限阈值P _{b_max}时，进入纯电模式；

④当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，电池储电值SOC大于下限滞回值SOC _{LLC_min}，且驱动电机需求功率P _d大于驱动电池功率上限阈值P _{b_max}时，发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式；

⑤当驱动电机需求功率P _d小于等于0且电池储电值SOC小于等于上限滞回值SOC _{ULC_max}，此时进入能量回收模式，为驱动电池充电；否则，通过机械制动或电阻栅将能量耗散掉。

b.当电池储电值SOC小于等于下限值SOC _min时，驱动电池电量过低，为保证驱动电池的使用寿命，此时驱动电池不参与工作：

①当驱动电机需求功率P _d小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机单独驱动效率最优模式并为驱动电池充电；

②当驱动电机需求功率P _d大于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机单独驱动模式。

具体的，根据工作模式确定发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b，包括：

获取“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线和“发动机最佳功率-油耗模式”特性曲线；

(1)发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式：

①根据“发动机最佳功率-燃油模式”特性曲线，查表确定发动机油耗最优时对应的功率点P _{e_optfuel}；

②根据油耗最优功率点确定当前发动机的转速n _{e_optfuel}；

③发动机和驱动电池功率分配可表示为：P _e＝P _{e_optfuel},P _b＝min(P _d-P _{e_optfuel}·μ _g,P _{b_max})，n _e＝n _{e_optfuel}，μ _g为发电机的发电效率；

(2)发动机单独驱动效率最优模式：

①在保证满足整车需求功率P _d的前提下，根据“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线，寻找发动机-发电机组效率最优时对应的功率点P _{e_opteff}；

②根据效率最优功率点确定当前发动机转速n _{e_opteff}；

③发动机输出功率并为驱动电池充电，此时P _e＝P _{e_opteff}，n _e＝n _{e_opteff}；

(3)纯电模式：

此时仅驱动电池放电，驱动电池输出功率可表示为：P _b＝P _d；

(4)发动机单独驱动模式：

①确定发动机输出最大功率P _{e_max}；

②根据“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线，确定当前发动机转速n _{e_powermax}；

③此时仅发动机输出功率：P _e＝P _{e_max}，n _e＝n _{e_powermax}。

具体的，获取“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线和“发动机最佳功率-油耗模式”特性曲线，包括：

首先根据发动机转速n _e-扭矩T _e-效率μ _e对应的map数据和发电机转速n _g-扭矩T _g-效率μ _g对应的map数据，按以下表达式确定发动机-发电机组最佳功率

-效率点μ ^*集合：

其中，T _g＝μ _eg·T _e,n _g＝n _e，μ _eg为发动机到发电机的机械效率。

根据获取到的发动机-发电机组最佳功率-效率点集合，拟合出“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线。

其次根据发动机转速n _e-扭矩T _e-油耗率

对应的map数据，按以下表达式确定发动机最佳功率

-油耗率点

集合：

根据获取到的发动机最佳功率-油耗率点集合，拟合出“发动机最佳功率-油耗模式”特性曲线。

具体的，根据计算出的发动机输出功率控制发动机的控制输出，根据所述驱动电池输出功率控制驱动电池输出，包括：

控制驱动总成根据发动机输出功率和驱动电池输出功率精准控制驱动电机输出扭矩，经变速箱变速增扭后驱动行走系统正常工作。

以整车能耗最优化为目标，根据实时获取的车速、加速度信息和电池储电值SOC，在满足动力性的前提下，通过动态调整驱动系统在“发动机-发电机组最优效率模式”和“发动机最优油耗模式”间切换，实现整车在复杂工况下的能耗实时调整。

为了降低驱动电池过充和过放对驱动电池使用寿命的影响，本发明在控制策略中增加了驱动电池上下限滞回区间，包括下限滞回区间(SOC _min,SOC _{LLC_min})和上限滞回区间(SOC _{ULC_max},SOC _max)，实现驱动电池放电和充电缓冲，对驱动电池进行保护。

实施例二：

本实施例提出的一种面向增程式电传动矿用卡车的能量控制系统如附图1所示，包括控制层和执行层。控制层主要包括车载数据采集器、需求功率计算模块、能量输出控制器、发动机控制器、BMS控制器。其中，车载数据采集器用于实时获取车辆的系统状态参数；所述系统状态参数至少包括车速v、车辆加速度a和所述驱动电池的电池储电值SOC；需求功率计算模块用于根据获取的车速v和车辆加速度a以及预存储的系统参数计算矿用卡车的驱动电机的需求功率P _d；能量输出控制器用于根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算所述发动机的输出功率P _e和所述驱动电池的输出功率P _b；发动机控制器用于根据计算得到的所述发动机的输出功率P _e控制所述发动机的输出功率；BMS控制器用于根据所述驱动电池的输出功率P _b控制驱动电池的输出功率。

执行层主要包括发动机、发电机、驱动电池、整流器、逆变器、驱动总成、变速箱、电阻栅，对应的整机系统构型具体如附图2所示，其中发动机直接与发电机相连，没有直接连接驱动总成，大大消减了负载突变给发动机带来的冲击与振动；发电机将发动机产生的机械能转化为电能，并通过整流器整流、逆变器逆变后驱动总成工作，并在驱动电机需求功率较小 时为驱动电池充电；驱动电池起到削峰填谷的作用，在大功率需求时，与发电机一起驱动总成工作，并在制动时将回收的能量储存起来，如若电池储电值SOC较高时，不能进行能量回收时，通过能量输出控制器控制开关开启，利用电阻栅将动能耗散掉；驱动总成包括驱动电机控制器和驱动电机，驱动电机根据驱动电机控制器的指令信号精准输出驱动扭矩来控制车辆行驶。

SOC---State of Charge，含义为荷电状态，储电值。

基于提出的面向增程式电传动矿用卡车的能量控制系统，本发明还提出了一种能量输出控制方法如附图3所示。为了降低驱动电池过充和过放对驱动电池使用寿命的影响，本发明在控制策略中增加了驱动电池上下限滞回区间，包括下限滞回区间(SOC _min,SOC _{LLC_min})和上限滞回区间(SOC _{ULC_max},SOC _max)，实现驱动电池放电和充电缓冲，对驱动电池进行保护，如附图4所示。本发明提出的控制方法具体步骤如下：

步骤S1：根据发动机和发电机的工作特性，确定“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线和“发动机最佳功率-燃油模式”特性曲线；

步骤S2：利用车载数据采集器实时获取车辆的系统状态参数，包括车速v、车辆加速度a、电池储电值SOC；

步骤S3：根据获取的系统状态参数计算驱动电机的需求功率P _d，并设定发动机输出功率为P _e，驱动电池输出功率为P _b。具体需求功率计算如式：

式中η _t为整个动力总成效率，行驶驱动力F _t可表示为：

F _t＝mgf cosα+mg sinα+0.5ρC _dAv ²+sma      (2)

其中，m为整车质量，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，α为道路坡度，ρ为空气密度，C _d为风阻系数，A为迎风面积，s为旋转质量换算系数；

步骤S4：根据计算得到的驱动电机需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC大小确定不同的工作模式，具体如下：

a.当电池储电值SOC在下限值SOC _min和上限值SOC _max之间时：

①当驱动电机需求功率P _d大于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式；

②当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，且电池储电值SOC小于等于下限滞回值SOC _{LLC_min}时，进入发动机单独驱动效率最优模式并为驱动电池充电；

③当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，电池储电值SOC 大于下限滞回值SOC _{LLC_min}，且驱动电机需求功率P _d小于等于驱动电池功率上限阈值P _{b_max}时，进入纯电模式；

④当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，电池储电值SOC大于下限滞回值SOC _{LLC_min}，且驱动电机需求功率P _d大于驱动电池功率上限阈值P _{b_max}时，发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式；

⑤当驱动电机需求功率P _d小于等于0且电池储电值SOC小于等于上限滞回值SOC _{ULC_max}，此时进入能量回收模式，为驱动电池充电；否则，通过机械制动或电阻栅将能量耗散掉。

b.当电池储电值SOC小于等于下限值SOC _min时，驱动电池电量过低，为保证驱动电池的使用寿命，此时驱动电池不参与工作：

①当驱动电机需求功率P _d小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机单独驱动效率最优模式并为驱动电池充电；

②当驱动电机需求功率P _d大于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机单独驱动模式。

下面对上述所述工作模式的具体实现方式进行阐述：

(1)发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式：

①根据“发动机最佳功率-燃油模式”特性曲线，查表确定发动机油耗最优时对应的功率点P _{e_optfuel}；

②根据油耗最优功率点确定当前发动机的转速n _{e_optfuel}；

③发动机和驱动电池功率分配可表示为：P _e＝P _{e_optfuel},P _b＝min(P _d-P _{e_optfuel}·μ _g,P _{b_max})，n _e＝n _{e_optfuel}，μ _g为发电机的发电效率；

(2)发动机单独驱动效率最优模式：

①在保证满足整车需求功率P _d的前提下，根据“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线，寻找发动机-发电机组效率最优时对应的功率点P _{e_opteff}；

②根据效率最优功率点确定当前发动机转速n _{e_opteff}；

③发动机输出功率并为驱动电池充电，此时P _e＝P _{e_opteff}，n _e＝n _{e_opteff}；

(3)纯电模式：

此时仅驱动电池放电，驱动电池输出功率可表示为：P _b＝P _d；

(4)发动机单独驱动模式：

①确定发动机输出最大功率P _{e_max}；

②根据“发动机-发电机组最佳功率-效率模式”特性曲线，确定当前发动机转速n _{e_powermax}；

③此时仅发动机输出功率：P _e＝P _{e_max}，n _e＝n _{e_powermax}；

步骤S5：驱动总成根据发动机和驱动电池输出的功率精准控制驱动电机输出扭矩，经变速箱变速增扭后驱动行走系统正常工作。

本发明不仅能根据车辆驱动电池状态和需求功率大小，实时控制发动机在最优油耗模式和最优效率模式间动态切换，还可以进行能量回收，无需繁杂的理论模型计算，工况适应性和实时性好。

本发明策略参数仅需要根据驱动电池参数和发动机参数进行适配调整，便于策略移植和工程化应用。

另外，所述的驱动电池，还可以用超级电容来替代；所述的发动机-发电机组，还可以用燃料驱动电池来代替。

所述的能量输出控制策略控制方法不仅可以用于增程式油电混动车辆，还可用于多驱动电机纯电动系统构型，本策略仅对实现过程进行了基本描述，凡是依据本发明的技术实质对以上过程所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本技术的范围之内。

本发明可根据车辆驱动电池状态和需求功率大小，实时控制发动机在最优油耗模式和最优效率模式间动态切换，保证了发动机始终工作在高效区。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为 本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，所述矿用卡车的驱动电机由发动机和/或驱动电池驱动；其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

   实时获取车辆的系统状态参数；所述系统状态参数至少包括车速v、车辆加速度a和所述驱动电池的电池储电值SOC；

   根据获取的车速v和车辆加速度a以及预存储的系统参数计算矿用卡车的驱动电机的需求功率P _d；

   根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算所述发动机的输出功率P _e和所述驱动电池的输出功率P _b；

   根据计算得到的所述发动机的输出功率P _e控制所述发动机的输出功率，根据所述驱动电池的输出功率P _b控制驱动电池的输出功率。
2. 根据权利要求1所述的面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，其特征在于，预存储的系统参数至少包括整车质量、重力加速度、滚动阻力系数、道路坡度、空气密度、风阻系数、迎风面积和旋转质量换算系数；

   采用公式(1)计算驱动电机的需求功率P _d，

   

   式中，η _t为整个动力总成效率，行驶驱动力F _t表示为：

   F _t＝mgf cosα+mg sinα+0.5ρC _dAv ²+sma    (2)

   其中，m为整车质量，g为重力加速度，f为滚动阻力系数，α为道路坡度，ρ为空气密度，C _d为风阻系数，A为迎风面积，s为旋转质量换算系数。
3. 根据权利要求1所述的面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，其特征在于，根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算所述发动机的输出功率P _e和驱动电池的输出功率P _b，包括：

   根据计算得到的驱动电机需求功率P _d和当前获取的电池储电值SOC大小确定不同的工作模式，根据工作模式确定所述发动机的输出功率P _e和驱动电池的输出功率P _b。
4. 根据权利要求3所述的面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，其特征在于， 根据计算得到的驱动电机需求功率P _d和当前获取的电池储电值SOC大小确定不同的工作模式，包括：

   a.当电池储电值SOC在下限值SOC _min和上限值SOC _max以内时：

   当驱动电机需求功率P _d大于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式；

   当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，且电池储电值SOC小于等于下限滞回值SOC _{LLC_min}时，进入发动机单独驱动效率最优模式并为驱动电池充电；

   当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，电池储电值SOC大于下限滞回值SOC _{LLC_min}，且驱动电机需求功率P _d小于等于驱动电池功率上限阈值P _{b_max}时，进入纯电模式；

   当驱动电机需求功率P _d大于0且小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}，电池储电值SOC大于下限滞回值SOC _{LLC_min}，且驱动电机需求功率P _d大于驱动电池功率上限阈值P _{b_max}时，发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式；

   当驱动电机需求功率P _d小于等于0且电池储电值SOC小于等于上限滞回值SOC _{ULC_max}，此时进入能量回收模式，为驱动电池充电；当驱动电机需求功率P _d小于等于0且电池储电值SOC大于等于上限滞回值SOC _{ULC_max}，通过机械制动或电阻栅将电能耗散掉；

   b.当电池储电值SOC小于等于下限值SOC _min时，驱动电池不参与工作：

   当驱动电机需求功率P _d小于等于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机单独驱动效率最优模式并为驱动电池充电；

   当驱动电机需求功率P _d大于发动机功率上限阈值P _{e_max}时，进入发动机单独驱动模式。
5. 根据权利要求3所述的面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，其特征在于，根据工作模式确定发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b，包括：

   获取发动机-发电机组最佳功率-效率模式特性曲线和发动机最佳功率-油耗模式特性曲线；

   各工作模式的发动机输出功率P _e和驱动电池输出功率P _b的确定方法包括：

   A.发动机和驱动电池混合驱动油耗最优模式：

   根据发动机最佳功率-燃油模式特性曲线，查表确定发动机油耗最优时对应的功率点P _{e_optfuel}；

   根据油耗最优功率点确定当前发动机的转速n _{e_optfuel}；

   发动机和驱动电池功率分配表示为：P _e＝P _{e_optfuel},P _b＝min(P _d-P _{e_optfuel}·μ _g,P _{b_max})，n _e＝n _{e_optfuel}，μ _g为发电机的发电效率；

   B.发动机单独驱动效率最优模式：

   在保证满足整车需求功率P _d的前提下，根据发动机-发电机组最佳功率-效率模式特性曲线，寻找发动机-发电机组效率最优时对应的功率点P _{e_opteff}；

   根据效率最优功率点确定当前发动机转速n _{e_opteff}；

   发动机输出功率并为驱动电池充电，此时P _e＝P _{e_opteff}，n _e＝n _{e_opteff}；

   C.纯电模式：

   此时仅驱动电池放电，驱动电池输出功率表示为：P _b＝P _d；

   D.发动机单独驱动模式：

   确定发动机输出最大功率P _{e_max}；

   根据发动机-发电机组最佳功率-效率模式特性曲线，确定当前发动机转速n _{e_powermax}；

   此时仅发动机输出功率：P _e＝P _{e_max}，n _e＝n _{e_powermax}。
6. 根据权利要求5所述的面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，其特征在于，获取发动机-发电机组最佳功率-效率模式特性曲线，包括：

   根据发动机转速n _e-扭矩T _e-效率μ _e对应的map数据和发电机转速n _g-扭矩T _g-效率μ _g对应的map数据，按以下表达式确定发动机-发电机组最佳功率P _e ^*-效率点μ ^*集合：

   

   其中，T _g＝μ _eg·T _e,n _g＝n _e，μ _eg为发动机到发电机的机械效率；

   根据获取到的发动机-发电机组最佳功率-效率点集合，拟合出发动机-发电机组最佳功率-效率模式特性曲线。
7. 根据权利要求5所述的面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制方法，其特征在于，获取发动机最佳功率-油耗模式特性曲线，包括：

   根据发动机转速n _e-扭矩T _e-油耗率

   

   对应的map数据，按以下表达式确定发动机最佳功率P _e ⁺-油耗率点

   

   集合：

   

   根据获取到的发动机最佳功率-油耗率点集合，拟合出“发动机最佳功率-油耗模式”特性曲线。
8. 一种面向增程式电传动矿用卡车的能量控制系统，其特征在于，包括控制层和执行层；所述执行层包括发动机和驱动电池；

   控制层包括车载数据采集器、需求功率计算模块、能量输出控制器、发动机控制器、BMS控制器；

   车载数据采集器用于实时获取车辆的系统状态参数；所述系统状态参数至少包括车速v、车辆加速度a和所述驱动电池的电池储电值SOC；

   需求功率计算模块用于根据获取的车速v和车辆加速度a以及预存储的系统参数计算矿用卡车的驱动电机的需求功率P _d；

   能量输出控制器用于根据计算出的需求功率P _d和实时获取的电池储电值SOC，计算所述发动机的输出功率P _e和所述驱动电池的输出功率P _b；

   发动机控制器用于根据计算得到的所述发动机的输出功率P _e控制所述发动机的输出功率；

   BMS控制器用于根据所述驱动电池的输出功率P _b控制驱动电池的输出功率。
9. 根据权利要求8所述的面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制系统，其特征在于，所述执行层还包括发电机、整流器、逆变器、驱动总成和变速箱；

   所述发动机直接与发电机相连；发电机将发动机产生的机械能转化为电能，并通过整流器整流、逆变器逆变后使驱动总成工作，并为驱动电池充电；

   所述驱动总成包括驱动电机控制器和驱动电机，所述驱动电机控制器与BMS控制器连接，驱动电机根据驱动电机控制器的指令信号输出驱动扭矩来控制所述变速箱运转。
10. 根据权利要求8所述的面向增程式电传动矿用卡车的能量输出控制系统，其特征在于，所述执行层还包括电阻栅和用于控制所述电阻栅的开关；

    当驱动电机需求功率P _d小于等于0且电池储电值SOC大于等于上限滞回值SOC _{ULC_max}时，通过能量输出控制器控制开关开启，利用电阻栅将电能耗散掉。

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