CN103057393B - 一种液电复合混合动力系统控制策略及控制参数优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种液电复合混合动力系统控制策略及控制参数优化方法，属于混合动力领域。确定当前状况下整车的期望转矩，判定出当前整车状态下混合动力系统应该处于的运行模式，确定当前状态下液电混合动力系统的转矩分配，确定发动机的目标值，达到驾驶员操作目的要求；本发明实现了兼顾燃油经济性和蓄电池耐久性的液电复合混合动力系统的能量控制方法，并对关键控制参数进行优化。
Description
技术领域
本发明涉及一种液电复合混合动力系统控制策略及控制参数优化方法，属于混合动力领域。
背景技术
随着我国内工业技术的迅速发展，不合理的使用能源和大气等环境污染问题也日趋突出，混合动力技术被公认为是解决能源危机和环境污染的有效措施之一。目前，单一的能量存储装置很难同时满足混合动力系统的高功率密度和高能量密度要求，由于内阻的限制，蓄电池瞬间充放大电流小，造成电源系统效率低、制动能量回收不佳等，而超级电容和燃料电池又存在着明显的成本和技术安全性等问题，液压蓄能器虽然功率密度大、技术成熟，但相对较小的能量密度在一定程度上限制了该项技术在混合动力车辆上的广泛应用，因此液电复合混合动力将是未来混合动力发展的主要方向，目前国内还没有关于液电复合混合动力系统控制策略及控制参数优化方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种液电复合混合动力系统控制策略及控制参数优化方法，兼顾燃油经济性和蓄电池耐久性的液电复合混合动力系统的能量控制方法，并对关键控制参数进行优化。
为了实现上述目的，本液电复合混合动力系统控制策略及控制参数优化方法，包括以下步骤：
（1）根据驾驶员对加速踏板和制动踏板的操作行为，结合当前状态下的车速情况，确定当前状况下整车的期望转矩。
（2）根据传感器采集得到的车速、液压蓄能器压力信号等，判定出当前整车状态下混合动力系统应该处于的运行模式。液电复合混合动力车辆的运行模式分为：①发动机驱动模式，②行车充电模式，③电机驱动模式，④复合驱动模式，⑤液压蓄能器驱动模式，⑥液压再生制动模式和⑦复合制动模式。发动机驱动模式下，液电混合动力系统不工作，发动机的动力通过变速器和后桥驱动车辆。行车充电模式下，发动机工作于最佳燃油经济区，发动机的能量一部分用于驱动车辆，多余的部分用于为蓄电池充电；当车辆爬坡或急加速时，整车进入复合驱动模式，发动机和电机同时提供驱动功率；整车起动时采用液压蓄能器驱动模式，发动机和电机不工作，整车全部驱动能量由液压蓄能器和液压泵马达提供，通过前桥驱动车辆行驶，当液压蓄能器压力降到最低工作压力时，整车进入发动机驱动模式或行车充电模式；整车轻度制动时，整车进入液压再生制动模式，传动制动系统不工作，全部制动转矩由液压蓄能器和液压泵马达提供，非轻度制动时，整车进入复合制动模式，整车制动转矩由液压泵马达和摩擦制动系统提供，液压泵马达提供最大制动转矩，不足的由摩擦制动系统提供。
（3）根据传感器采集得到的液压蓄能器压力信号，结合液压泵马达效率曲线查找出当前转速下对应的液压泵马达最大转矩；根据传感器采集得到的蓄电池电压电流信号，结合电机效率曲线查找出当前转速下对应的电机最大转矩；根据传感器采集得到的发动机转速信号，查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机转矩，并与混合动力系统的目标转矩值对比，确定当前状态下液电混合动力系统的转矩分配。
（4）根据液电混合动力系统各动力元件的目标转矩，结合当前状态下储能元件的状态，确定发动机的目标节气门开度、液压泵马达排量、电机输出转矩、摩擦制动系统制动转矩等目标值。
（5）将步骤（4）得到的目标控制值视为各元件的对应控制指令，分别整车控制器分别控制液压泵马达、液压蓄能器、两位两通换向阀、电机、蓄电池、逆变器、发动机、摩擦制动系统等工作，达到驾驶员操作目的要求。
一种液电复合混合动力系统控制策略及参数优化方法，针对蓄电池最高/最低工作状态值及主动充电转矩，包括以下步骤：
（1）建立液电复合混合动力系统数学模型，已典型的城市车辆运行工况作为目标工况。
（2）根据总线电压和电池特性确定最佳稳态值。最佳稳态值的确定需要综合考虑电机效率特效、输出转矩特性和电池开路电压特性。
（3）选择合适的目标函数，采用遗传算法优化蓄电池最高/最低工作状态值及主动充电转矩。
本发明的有益效果是：兼顾燃油经济性和蓄电池耐久性的液电复合混合动力系统的能量控制方法，并对关键控制参数进行优化，液电复合混合动力系统采用蓄电池提供整车运行所需的平均功率，液压蓄能器用于满足车辆的起动、制动和加速时对大功率密度的需求，发动机一旦工作便做工作于最佳燃油经济区，通过参数优化确定蓄电池的最佳工作区域及主动充压转矩，兼顾整车的燃油经济性和蓄电池耐久性，因此能够大幅度降低车辆的油耗，提高混合动力系统工作效率。
附图说明
图1是本发明的控制方法的示意图；
图2是本发明的参数优化方法示意图；
图3是本发明的蓄电池效率与内阻和电压关系的示意图。
具体实施方式
实施例1：
本发明的目的在于提供一种液电复合混合动力系统控制策略及参数优化方法，包括以下步骤：
（1）根据驾驶员对加速踏板和制动踏板的操作行为，结合当前状态下的车速情况，确定当前状况下整车的期望转矩。
（2）根据传感器采集得到的车速、液压蓄能器压力信号等，判定出当前整车状态下混合动力系统应该处于的运行模式。液电复合混合动力车辆的运行模式分为：①发动机驱动模式，②行车充电模式，③电机驱动模式，④复合驱动模式，⑤液压蓄能器驱动模式，⑥液压再生制动模式和⑦复合制动模式。发动机驱动模式下，液电混合动力系统不工作，发动机的动力通过变速器和后桥驱动车辆。行车充电模式下，发动机工作于最佳燃油经济区，发动机的能量一部分用于驱动车辆，多余的部分用于为蓄电池充电；当蓄电池的电压达到工作压力后，整车进入电机驱动模式，蓄电池和电机提供动力，通过耦合器、变速器和后桥驱动车辆，同时发动机不工作。当车辆爬坡或急加速时，整车进入复合驱动模式，发动机和电机同时提供驱动功率。整车起动时采用液压蓄能器驱动模式，发动机和电机不工作，整车全部驱动能量由液压蓄能器和液压泵马达提供，通过前桥驱动车辆行驶，当液压蓄能器压力降到最低工作压力时，整车进入发动机驱动模式或行车充电模式。整车轻度制动时，整车进入液压再生制动模式，传动制动系统不工作，全部制动转矩由液压蓄能器和液压泵马达提供，非轻度制动时，整车进入复合制动模式，整车制动转矩由液压泵马达和摩擦制动系统提供，液压泵马达提供最大制动转矩，不足的由摩擦制动系统提供。
（3）根据传感器采集得到的液压蓄能器压力信号，结合液压泵马达效率曲线查找出当前转速下对应的液压泵马达最大转矩；根据传感器采集得到的蓄电池电压电流信号，结合电机效率曲线查找出当前转速下对应的电机最大转矩；根据传感器采集得到的发动机转速信号，查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机转矩，并与混合动力系统的目标转矩值对比，确定当前状态下液电混合动力系统的转矩分配。
（4）根据液电混合动力系统各动力元件的目标转矩，结合当前状态下储能元件的状态，确定发动机的目标节气门开度、液压泵马达排量、电机输出转矩、摩擦制动系统制动转矩等目标值；
（5）将步骤（4）得到的目标控制值视为各元件的对应控制指令，分别整车控制器分别控制液压泵马达、液压蓄能器、两位两通换向阀、电机、蓄电池、逆变器、发动机、摩擦制动系统等工作，达到驾驶员操作目的要求。
一种液电复合混合动力系统控制策略及参数优化方法，针对蓄电池最高/最低工作状态值及主动充电转矩，包括以下步骤：
（1）建立液电复合混合动力系统数学模型，已典型的城市车辆运行工况作为目标工况。
（2）根据总线电压和电池特性确定最佳稳态值。最佳稳态值的确定需要综合考虑电机效率特效、输出转矩特性和电池开路电压特性。
（3）选择合适的目标函数，采用遗传算法优化蓄电池最高/最低工作状态值及主动充电转矩。
Claims (2)
1.一种液电复合混合动力系统参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）根据驾驶员对加速踏板和制动踏板的操作行为，结合当前状态下的车速情况，确定当前状况下整车的期望转矩；
（2）根据传感器采集得到的车速、液压蓄能器压力信号，判定出当前整车状态下混合动力系统应该处于的运行模式；
液电复合混合动力车辆的运行模式分为：①发动机驱动模式，②行车充电模式，③电机驱动模式，④复合驱动模式，⑤液压蓄能器驱动模式，⑥液压再生制动模式和⑦复合制动模式；其中：发动机驱动模式下，液电混合动力系统不工作，发动机的动力通过变速器和后桥驱动车辆；
行车充电模式下，发动机工作于最佳燃油经济区，发动机的能量一部分用于驱动车辆，多余的部分用于为蓄电池充电；
当车辆爬坡或急加速时，整车进入复合驱动模式，发动机和电机同时提供驱动功率；
整车起动时采用液压蓄能器驱动模式，发动机和电机不工作，整车全部驱动能量由液压蓄能器和液压泵马达提供，通过前桥驱动车辆行驶，当液压蓄能器压力降到最低工作压力时，整车进入发动机驱动模式或行车充电模式；
整车轻度制动时，整车进入液压再生制动模式，传动制动系统不工作，全部制动转矩由液压蓄能器和液压泵马达提供，非轻度制动时，整车进入复合制动模式，整车制动转矩由液压泵马达和传动制动系统提供，液压泵马达提供最大制动转矩，不足的由传动制动系统提供；（3）根据传感器采集得到的液压蓄能器压力信号，结合液压泵马达效率曲线查找出当前转速下对应的液压泵马达最大转矩；根据传感器采集得到的蓄电池电压电流信号，结合电机效率曲线查找出当前转速下对应的电机最大转矩；根据传感器采集得到的发动机转速信号，查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机转矩，并与混合动力系统的目标转矩值对比，确定当前状态下液电混合动力系统的转矩分配；
（4）根据液电混合动力系统各动力元件的目标转矩，结合当前状态下储能元件的状态，确定发动机的目标节气门开度、液压泵马达排量、电机输出转矩、传动制动系统制动转矩目标值；
（5）将步骤（4）得到的目标控制值视为各元件的对应控制指令，整车控制器分别控制液压泵马达、液压蓄能器、两位两通换向阀、电机、蓄电池、逆变器、发动机、传动制动系统工作，达到驾驶员操作目的要求。
2.根据权利要求1所述的一种液电复合混合动力系统参数优化方法，其特征在于，针对蓄电池最高/最低工作状态值及主动充电转矩，包括以下步骤：
（A）建立液电复合混合动力系统数学模型，以典型的城市车辆运行工况作为目标工况；（B）根据总线电压和电池特性确定最佳稳态值，最佳稳态值的确定需要综合考虑电机效率特效、输出转矩特性和电池开路电压特性；
（C）选择合适的目标函数，采用遗传算法优化蓄电池最高/最低工作状态值及主动充电转矩。
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