CN102275585B - 输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法 - Google Patents

输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法，引入发动机转速修正系数，根据传动系统效率随速比变化关系曲线，不同速比时采用不同的发动机转速修正系数,通过调整发动机转速,使传动系统工作于高效率的速比范围。可以在发动机最优工作曲线控制策略基础上，经过简单改进，提高燃油经济性，降低排放。并且，对原车动力控制系统改变少，结构简单、容易实现。

Description

输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法
技术领域
本发明涉及一种车辆动力控制方法，特别涉及一种输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法。
背景技术
目前，已知的输入分配型混合动力车辆发动机最优工作曲线控制策略,能使发动机的效率达到最大,但是,未考虑传动系统效率随速比的变化关系。因为传动系统的效率在一定的速比范围时最高。
发明内容
本发明是针对输入分配型混合动力车辆动力系统高速时效低率的问题，提出了一种输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法，不仅能改善输入分配型混合动力车辆高速时的“动力循环”问题，提高系统的燃油经济性,而且能降低排放。
本发明的技术方案为：一种输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法，具体步骤包括：
1）根据车速、加速踏板位置确定换算到电动机输出轴上的参考转矩，该转矩与电动机转速的乘积即为系统的参考功率；
2）当系统的参考功率大于预先设定的阈值时，发动机启动，系统计算出发动机的参考功率，根据发动机最优转矩与转速的关系曲线转换而成的发动机最优功率与转速的关系曲线，确定发动机的目标转速；
3）通过一个基于逆向的前馈控制器控制发动机目标转速，速比SR等于0.7222时，传动系统效率最高，                                               
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
，其中为电动机转速，
Figure 979421DEST_PATH_IMAGE006
为发动机转速，通过调节发动机转速使传动系统的速比保持在0.7222左右；
4）根据公式
Figure DEST_PATH_IMAGE008A
，其中：
Figure 632306DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 238867DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 419182DEST_PATH_IMAGE014
分别为太阳轮齿数和行星齿圈齿数，其中
Figure 173511DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 848206DEST_PATH_IMAGE018
分别为发电机目标转速和发动机目标转速，计算出使发动机保持步骤3）中转速的发电机目标转速，通过PID控制器对发电机转矩进行调节，控制发电机转速，根据公式，其中
Figure 558542DEST_PATH_IMAGE022
为发电机转矩，
Figure 988387DEST_PATH_IMAGE024
，确定的发电机转矩与发动机转矩的关系反求发动机转矩，发动机转矩确定后，不足的转矩由电动机提供。
本发明的有益效果在于：本发明输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法，可以在发动机最优工作曲线控制策略基础上，经过简单改进，提高燃油经济性，降低排放。并且，对原车动力控制系统改变少，结构简单、容易实现。
附图说明
图1为本发明输入分配型混合动力车辆速比SR与传动系统效率
Figure 167695DEST_PATH_IMAGE026
的关系图；
图2为本发明输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制框图；
图3为本发明速比SR与发动机转速修正系数
Figure 442819DEST_PATH_IMAGE028
之间的关系图；
图4为本发明输入分配型混合动力车辆动力系统控制框图。
具体实施方式
输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法，引入发动机转速修正系数，根据传动系统效率随速比变化关系曲线，不同速比时采用不同的发动机转速修正系数,通过调整发动机转速,使传动系统工作于高效率的速比范围。
如图1所示，输入分配型混合动力车辆速比SR与传动系统效率
Figure 273240DEST_PATH_IMAGE026
的关系图。curve1为
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE030
时，传动系统输出效率随SR的变化曲线；curve2为 、
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE034
和
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE036
、
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE038
时，传动系统效率随SR的变化曲线；curve3为
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE040
时，传动系统效率随SR的变化曲线。该图是根据公式(1)所画的曲线。当速比为0.7222时，传动系统效率达到最大。
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE042
      (1)
所研究的输入分配型混合动力车辆传动系统的效率随速比的变化关系曲线。当速比等于0.7222时，传动系统效率最高；速比小于0.7222时，传动系统效率随速比的减小而迅速下降，这是因为系统发生了“动力循环”；速比大于0.7222时，传动系统效率随速比的增大而降低，但降低的幅度很小。根据公式（2），通过调节发动机转速
Figure 857674DEST_PATH_IMAGE006
可以使传动系统的速比保持在0.7222左右，大于0.7222的区域，从而使传动系统工作于高效率区域。
（2）式中：
Figure 524279DEST_PATH_IMAGE004
为电动机转速，为发动机转速。
如图2所示输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制框图，虚线框内的部分是在发动机最优工作曲线控制策略基础上所作的改进。首先，系统级优化根据车速（与电动机转速成正比）、加速踏板位置确定换算到电动机输出轴上的参考转矩。该转矩与电动机转速的乘积即为系统的参考功率，该参考功率不包括蓄电池充电功率和系统损失的功率。包含系统损失和蓄电池功率的为系统总参考功率。
当参考功率大于预先设定的阈值时，发动机启动，系统计算出发动机的参考功率。然后发动机优化层次内置了根据发动机最优转矩与转速的关系曲线转换而成的发动机最优功率与转速的关系曲线，由此确定发动机的目标转速。该发动机目标转速为发动机最优工作曲线的发动机目标转速，然后根据速比SR的不同，对发动机转速采用不同的转速修正系数，如图3所示速比SR与发动机转速修正系数
Figure 288022DEST_PATH_IMAGE028
之间的关系图，系数
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE046
根据如下规则确定：如果SR大于0.7222，则系数
Figure 997352DEST_PATH_IMAGE046
小于1，以使速比向边界速比移动；如果SR小于0.7222，系数
Figure 947990DEST_PATH_IMAGE046
大于1，以使速比向边界速比移动。在调节的力度上，速比小于0.7222时，对发动机转速的修正较多。公式（3）中的发动机目标转速通过一个基于逆向的前馈控制器控制发动机目标转速确定后，需要确定发电机的转速。
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE050
（3）式中：
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE052
为只考虑发动机热效率时的发动机目标转速；
Figure 17446DEST_PATH_IMAGE048
为考虑发动机的热效率与传动系统效率的发动机目标转速。
根据公式（4）计算出使发动机保持该转速的发电机目标转速。一个PID控制器通过发电机转矩的调节来间接控制发电机转速。根据公式（5）确定的发电机转矩与发动机转矩的关系反求发动机转矩。发动机转矩确定后，不足的转矩由电动机提供。
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE054
（4）式中：和
Figure 250161DEST_PATH_IMAGE018
分别为发电机目标转速和发动机目标转速。
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE056
 5）式中：其中：
Figure 875047DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 295664DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 705916DEST_PATH_IMAGE014
分别为太阳轮齿数和行星齿圈齿数，
Figure 819366DEST_PATH_IMAGE022
为发电机转矩，
Figure 744597DEST_PATH_IMAGE024
。
图4所示输入分配型混合动力车辆动力系统控制框图，只有两个独立的状态变量：发动机转速
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE058
和车速表示动力系统动态特性。发动机转速
Figure 155855DEST_PATH_IMAGE058
可以通过四个输入参数：
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE062
、
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE064
、
Figure 155035DEST_PATH_IMAGE022
、来控制。然而，因为发动机转矩取决于驾驶员踏板位置操纵，路面载荷
Figure 38863DEST_PATH_IMAGE066
取决于车辆运行情况，如空气阻力和道路阻力。在四个控制输入中，只有
Figure 4545DEST_PATH_IMAGE064
和能用来控制状态变量
Figure 375801DEST_PATH_IMAGE058
和
Figure 462575DEST_PATH_IMAGE060
。
Figure 2011101279193100002DEST_PATH_IMAGE068
 作为系统的干扰。

Claims (1)

1.一种输入分配型混合动力车辆动力系统效率控制方法，其特征在于，具体步骤包括：
1）根据车速、加速踏板位置确定换算到电动机输出轴上的参考转矩，该转矩与电动机转速的乘积即为系统的参考功率；
2）当系统的参考功率大于预先设定的阈值时，发动机启动，系统计算出发动机的参考功率，根据发动机最优转矩与转速的关系曲线转换而成的发动机最优功率与转速的关系曲线，确定发动机的目标转速；
3）通过一个基于逆向的前馈控制器控制发动机目标转速，速比SR等于0.7222时，传动系统效率最高，                                               
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE002
，其中
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE004
为电动机转速， 
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE006
为发动机转速，通过调节发动机转速
Figure 778469DEST_PATH_IMAGE006
使传动系统的速比保持在0.7222左右；
4）根据公式
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE008
，其中：
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE010
，
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE012
和
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE014
分别为太阳轮齿数和行星齿圈齿数， 
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE016
和
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE018
分别为发电机目标转速和发动机目标转速，计算出使发动机保持步骤3）中转速的发电机目标转速，通过PID控制器对发电机转矩进行调节，控制发电机转速，根据公式
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE020
，其中
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE022
为发电机转矩，
Figure 2011101279193100001DEST_PATH_IMAGE024
，确定的发电机转矩与发动机转矩的关系反求发动机转矩，发动机转矩确定后，不足的转矩由电动机提供。
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