CN103863311A - 基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,它包括步骤:提供发动机在全工况下的离线的比油耗Map图;使发动机与电机共同参与响应行车时的需求扭矩,电机与发动机在同一转速下协调工作使得工作效率最优化;获取车载动力电池当前的电池荷电状态SOC,并且根据如下情形来分配发动机扭矩和电机扭矩:当SOC大于第一预设值时则进入第一分配模式,当SOC小于第二预设值时则进入第二分配模式,否则保持当前工作状态。采用本发明方法可以充分发挥发动机、电机各自的性能优势,使系统始终工作在高效区域,降低车辆的能耗成本,并且大幅降低有害气体排放而有助于节能环保。
Description
技术领域
本发明属于混合动力汽车控制技术领域,尤其涉及一种基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法。
背景技术
在现有技术中,针对采用发动机和电机组成混合动力源的混合动力汽车系统,目前还没有例如专利文献等涉及如何在混动技术方案中的发动机和电机之间进行扭矩分配和控制。因此,需要提供相应的控制方法以便在发动机、电机之间合理地分配扭矩,从而充分发挥发动机和电机各自的性能优势、延长它们的使用寿命,并且在有效保证混合动力系统动力性能的情况下尽可能地节省燃油消耗,使得系统始终工作在高效区域。
发明内容
有鉴于此,本发明主要目的是提供一种基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,以便解决现有技术中存在的上述问题以及其他方面的问题。
为了实现上述的发明目的,本发明采用了以下技术方案:
一种基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,它包括以下步骤:
A. 提供发动机在全工况下的离线的比油耗Map图,其中所述离线的比油耗Map图是以发动机转速和发动机扭矩为坐标轴所绘制出的发动机的比油耗的等高线,所述全工况是指在发动机转速为零值到发动机最大转速n Eng 之间、发动机扭矩为零值到发动机在各转速下的外特性扭矩 之间的所有覆盖区域,所述外特性扭矩 是指发动机指示扭矩减去摩擦扭矩的净扭矩;
B. 使发动机与电机共同参与响应行车时的需求扭矩T D ,所述电机与发动机在同一转速下协调工作使得工作效率最优化;以及
c1. 当电池荷电状态SOC大于第一预设值时进入第一分配模式,即若T D <则使得=0,=T D ,若T D >则使得=,=T D -,其中是通过车载网络实时获取的所述电机的最大扭矩限制值;否则,保持当前工作状态;或者
c2. 当电池荷电状态SOC小于第二预设值时进入第二分配模式,即使得=,= T D -,其中是根据发动机的当前转速在所述离线的比油耗Map图查出的比油耗最低点所对应的发动机扭矩;否则,保持当前工作状态。
在上述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法中,优选地,所述步骤c2进一步包括:
在上述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法中,优选地,所述步骤c2进一步包括:
通过车载网络实时获取所述电机的最大扭矩限制值和最小扭矩限制值,并且获得计算值T D -+(-),接着将该计算值与二者中的最小值确定为T Mac_Lim ,再将T Mac_Lim 与二者中的最大值确定为,然后使得=。
在上述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法中,优选地,所述第一预设值不等于所述第二预设值。
在上述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法中,优选地,所述车载网络是CAN网络。
本发明的有益效果在于:采用本发明的基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,能够在发动机、电机之间合理、高效地分配扭矩,即在动力电池电量较高时尽量先将需求扭矩分配给电机,然后由发动机来补足剩余扭矩,这样就可以在易于充电的工作环境或动力电池电量经常维持较高值情况下尽量少让发动机出力,从而避免了燃油消耗。另外,当动力电池电量较低时尽量保证发动机运行在最佳工作点下,通过与电机相结合而使得燃油消耗量可降到最低。因此,采用本发明方法就可以充分发挥发动机、电机各自的性能优势,使系统始终工作在高效区域,降低车辆的能耗成本,并且大幅降低有害气体排放而有助于节能环保。
附图说明
以下将结合附图和实施例,对本发明的技术方案作进一步的详细描述。
图1是本发明的基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法的原理说明示意图。
图2是本发明的基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法一个实施例中第一分配模式、第二分配模式之间的转换逻辑示意图。
具体实施方式
需要说明的是,以下将以示例方式来具体说明本发明的基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法的原理、特点以及优点,然而所有的描述仅是用来进行说明的,而不应将它们理解为对本发明形成任何的限制。此外,在本文所提及的各实施例中予以描述或隐含的任意单个技术特征,或者被显示或隐含在各附图中的任意单个技术特征,仍然可以在这些技术特征(或其等同物)之间继续进行任意组合或者删减,从而获得可能未在本文中直接提及的本发明的更多其他实施例。
为了便于更好地理解本发明方法,还需要进行以下一些解释和说明。首先,实施本发明技术方案需要提供发动机在全工况下的离线的比油耗Map图(即以发动机转速和发动机扭矩为坐标轴,绘制出的发动机的比油耗BSFC(g/kWh)的等高线)作为基础参量。上述用语“全工况”就是指在发动机的最大工作转速范围和发动机扭矩外特性组成的矩阵内所有的工况点。举例而言,当发动机最大转速为n Eng ,发动机在各个转速下的外特性扭矩为T Eng_max (即发动机指示扭矩减去摩擦扭矩的净扭矩),那么全工况就是发动机转速从零值到之间、发动机扭矩为零值到T Eng_max 之间的所有覆盖区域。
其次,在本发明中使发动机与电机(可能是单电机或多电机)共同参与响应行车时的需求扭矩TD,电机与发动机共同出力并且在同一转速下协调工作以使得工作效率最优化。如上所述,在本发明中是将发动机的工作效率简化理解为比油耗,这是因为发动机比油耗在不同转速及扭矩下的变化较大,它是影响能耗的主要因素。
请参考图1,下面继续说明对于发动机最佳工作点扭矩的计算。如果在一定工况下转速为和动力源的需求扭矩为T D ,那么可以通过上述离线的比油耗Map图可以查出转速所对应的比油耗最低的点的扭矩。这样,在转速的情况下,如果令发动机的工作扭矩等于的话,那么电机分配到的扭矩就是T D -。当T D ->0时,那么就意味着动力源需求扭矩大于发动机最佳工作点,因此需要电机驱动来提供正力,以便补充发动机扭矩。当T D -<0时,那么就意味着动力需求扭矩小于发动机最佳工作点,因此发动机的扭矩除了用于响应动力源扭矩外还有多余的扭矩,这就需要使电机进行发电,由电机来提供负力,以便将发动机多余的扭矩转化成电能储存起来。
下面将介绍本发明的基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法。总体而言,本发明方法包括以下步骤:
如前所述,需要提供发动机在全工况下的离线的比油耗Map图;
此外,需要使得发动机与电机共同参与响应行车时的需求扭矩TD,它们在同一转速下协调工作,以便使得工作效率最优化;
步骤a. 当电池荷电状态SOC大于第一预设值时,则进入第一分配模式,所谓第一分配模式的含义是:当混合动力汽车中的动力电池电量较高的时候,应尽量将需求扭矩优先地全部分配给电机由其来提供,然后再将剩余的需求扭矩由发动机来补足,这样在易于充电的工作环境中、在电量经常维持较高值情况下应当尽可能少让发动机出力,从而避免了燃油消耗,具体而言就是如果T D <则使得=0,=T D ,如果T D >则使得=,=T D -,上述参数表示的是通过例如CAN等车载网络所实时获取到的电机的最大扭矩限制值;当电池荷电状态SOC不大于第一预设值时,则保持当前工作状态,即维持发动机、电机之间的现有扭矩分配格局不变;或者
步骤b. 当电池荷电状态SOC小于第二预设值,则进入第二分配模式,所谓第二分配模式的含义是:当混合动力汽车中的动力电池电量较低的时候,需要考虑发动机最佳工作点,并且将电机来作为辅助动力源,使其与发动机扭矩共同提供行车所需要的扭矩,从而通过二者相结合来使得油耗降至最低,具体而言就是使得=(该是根据发动机的当前转速在离线的比油耗Map图查出的比油耗最低点所对应的发动机扭矩),= T D -;当电池荷电状态SOC不小于第二预设值时,则保持当前工作状态,即维持发动机、电机之间的现有扭矩分配格局不变。
在优选情形下,可以将上述的第一预设值设置成不等于第二预设值,以避免在混合动力系统的发动机和电机的扭矩分配过程中频繁发生切换。此外,可以在混合动力汽车运行初始时,就根据上述的电池荷电状态SOC大于第一预设值的条件是否成立,从而判断确定是从初始状态进入第一分配模式、还是进入第二分配模式,这在图2中进行了图示。
除以上所述以外,还可以对本发明的基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法做出进一步改变。
作为举例,在一些可选情形下,可在上述的步骤b中进一步地实时获取发动机的最大扭矩限制值(例如,可以通过如CAN等车载网络从混合动力汽车上的发动机子系统获得该参数值,或者从混合动力汽车上的其他部件、模块或装置等处获得),然后比较和二者,并将它们当中的最小值作为实际分配给发动机的扭矩,然后按照前述示例说明来进一步确定电机的扭矩= T D -。
再举例而言,在另一些可选情形下,如图3所示,可在上述的步骤b中首先实时获取发动机的最大扭矩限制值(例如,可以通过如CAN等车载网络从混合动力汽车上的发动机子系统获得,或者从混合动力汽车上的其他部件、模块或装置等处获得),然后比较和二者,并将它们当中的最小值作为实际分配给发动机的扭矩;
然后,通过对进行滤波处理(例如,通过将的变化率限制为不大于发动机的扭矩变化率或其他适宜数值等方式来实现),以便防止该数值出现剧烈变化(即为了避免变工况下出现扭矩变化剧烈),从而得到并将其作为发动机的扭矩;
接着,实时获取电机的最大扭矩限制值和最小扭矩限制值(例如,可以通过如CAN等车载网络从混合动力汽车上的电机子系统获得这些参数值,或者从混合动力汽车上的其他部件、模块或装置等处获得);由于以上针对发动机的扭矩进行了滤波处理,这样就造成了经滤波处理后得到的与原始的之间产生了偏差,所以需要针对电机扭矩进行相应的补偿处理,即得到计算值(T D -)+(-),接着将该计算值与进行比较并且将其中的最小值作为T Mac_Lim ,随后再比较T Mac_Lim 与并将二者中的最大值作为实际分配给电机的扭矩。
以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用,而非对本发明的限制,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此,所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。
Claims (9)
1.一种基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,其特征在于,它包括以下步骤:
A. 提供发动机在全工况下的离线的比油耗Map图,其中所述离线的比油耗Map图是以发动机转速和发动机扭矩为坐标轴所绘制出的发动机的比油耗的等高线,所述全工况是指在发动机转速为零值到发动机最大转速nEng之间、发动机扭矩为零值到发动机在各转速下的外特性扭矩TEng_max之间的所有覆盖区域,所述外特性扭矩 是指发动机指示扭矩减去摩擦扭矩的净扭矩;
B. 使发动机与电机共同参与响应行车时的需求扭矩TD,所述电机与发动机在同一转速下协调工作使得工作效率最优化;以及
c1. 当电池荷电状态SOC大于第一预设值时进入第一分配模式,即若TD<则使得=0,=TD,若TD>则使得=,=TD-,其中是通过车载网络实时获取的所述电机的最大扭矩限制值;否则,保持当前工作状态;或者
3.根据权利要求2所述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,其特征在于,所述最大扭矩限制值是通过车载网络从混合动力汽车上的发动机子系统获得的。
5.根据权利要求4所述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,其特征在于,所述滤波处理是将的变化率限制为不大于发动机的扭矩变化率。
6.根据权利要求4或5所述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,其特征在于,所述最大扭矩限制值是通过车载网络从混合动力汽车上的发动机子系统获得的。
8.根据权利要求1-5中任一项所述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,其特征在于,所述第一预设值不等于所述第二预设值。
9.根据权利要求1-5中任一项所述基于能量优化的混合动力汽车发动机与电机扭矩分配方法,其特征在于,所述车载网络是CAN网络。
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