CN105539425A - 一种混合动力客车amt最佳经济性换档控制系统及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力客车AMT最佳经济性换档控制系统及控制方法，混合动力客车包括发动机、电机、变速箱ATM和整车控制器，所述发动机与电机之间由自动离合器连接，变速箱AMT输入轴与电机输出轴设计成一个整体，整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制单元ECU、电机控制单元MCU和变速箱控制单元TCU；整车控制器HCU对发动机的油门开度、电机的转矩、自动离合器分合状态以及换档执行动作进行协调控制。本发明结合插电式混合动力客车自身特点，进行经济性换档规律的研究与计算，依据插电式混合动力客车的各种工作模式，制定不同的经济性换档规律，在满足动力性的前提下，更进一步提高插电式混合动力车的综合燃油经济性。

Description

一种混合动力客车AMT最佳经济性换档控制系统及控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力客车，特别涉及一种混合动力客车AMT最佳经济性换档控制系统及控制方法。

背景技术

近年来能源问题备受关注，为提高汽车的燃油经济性，经济性换档规律的研究显得尤为重要。由于插电式混合动力客车的整车结构、工作模式以及控制系统都与传统车有很大区别，因此不能直接使用传统车的换档规律。

插电式混合动力客车的能量来源不同于传统车，除了燃油消耗，也可以是电池发电供给汽车能量。根据整车运行工况的需求，发动机和电机的能量输出不断变化，间接影响到换档规律的研究工作。混合动力汽车的最佳经济性换档规律具有自己的特点，需要结合其自身特点进行相应的改进和创新。

变速器的换档规律是汽车各排档间自动换档时刻随控制参数变化的规律。换档规律的好坏直接影响汽车的经济性。换档规律的合理设计，也可避免驾驶员对换档时刻的不当选择，相比手动换档车能够明显提高整车动力性能。

单参数换档规律多选用车速作为控制参数，控制系统结构简单，但没有考虑油门开度的变化，不能实现驾驶员干预换档；两参数换档规律多选用车速和油门开度联合控制，与单参数法相比，两参数法能够获得更好的动力性，应用较广泛；三参数换档规律更符合车辆实际运行工况。但其制定过程中，需要大量的发动机非稳态工作的试验数据。在混合动力车中，还要考虑电驱动系统的影响，大大增加了换档策略的复杂程度，难以应用在实际车辆上。

发明内容

本发明目的是：由于插电式混合动力客车工作过程中增加了电机、电池等电力系统，其工作模式与传统汽车大不相同，能量来源也不仅仅局限于发动机，导致其经济性换档规律具有区别于传统车的特点。为解决这一问题，本发明提出了一种混合动力客车AMT最佳经济性换档控制系统及控制方法。

本发明的技术方案是：

一种混合动力客车AMT最佳经济性换档控制系统，适用于插电并联式混合动力客车，所述插电并联式混合动力客车包括发动机、电机、变速箱ATM和整车控制器，所述发动机与电机之间由自动离合器连接，所述换档系统将变速箱AMT输入轴与电机输出轴设计成一个整体，整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制单元ECU、电机控制单元MCU和变速箱控制单元TCU；驾驶员通过踏板和操纵杆向整车控制器表达控制意图，由整车控制器HCU对发动机的油门开度、电机的转矩、自动离合器分合状态以及换档执行动作进行协调控制。

一种混合动力客车AMT最佳经济性换档控制方法，以原地起步连续换n档加速至某一规定车速的综合燃油消耗量为控制目标，以汽车行驶车速和油门开度为控制参数，制定最佳经济性换档规律。

制定最佳经济性换档规律的方法具体步骤为：

S1、发动机油耗量：根据发动机万有特性曲线可知，发动机燃油消耗量与其转速和转矩存在一定的函数关系，求取不同的转速、转矩所对应燃油量，并根据国家标准将其折合为标准煤耗；

S2、电机的能量消耗：根据电机消耗或生成的电池功率，计算出电池、电机等电力系统所消耗的电能，依据综合能耗计算通则将耗电量等效折合成标准煤耗；

S3、求取换档点：当油门开度固定不变时，根据原地起步连续换档加速至某一要求车速时的综合燃油消耗量最小这一要求，利用MATLAB软件编程求导计算，求出该油门开度下的换档点，所求得的换档车速u_a应满足条件：

$u_{\min }^{n+1}\≤u_a\≤u_{max}^n$

式中：档的最低车速；档的最高车速；

S4、求取n档升n+1档换档曲线：重复步骤3，编制程序求出各油门开度对应的换档车速；将所得换档点拟合为一条关于油门开度α和车速u_a的曲线，即为n档升到n+1档的动力性换档规律；降档规律则利用等延迟换档规律，在升档规律的基础上制定即可；

S5、制定换档规律：重复步骤3、4，求出并绘制出各档的换档曲线，即完成该模式下换档规律的制定；

S6、制定不同模式换档规律：重复上述所有步骤，分别对发动机单独驱动、纯电动、电机助力及发动机驱动电机发电工作这几种模式的经济性换档规律进行制定。

本发明的优点是：

本发明所提供的混合动力客车AMT最佳经济性换档控制系统及控制方法，结合插电式混合动力客车自身特点，进行经济性换档规律的研究与计算，与现有的传统车换档规律相比，本发明依据插电式混合动力客车的各种工作模式，制定不同的经济性换档规律。在满足动力性的前提下，更进一步提高插电式混合动力车的综合燃油经济性，应用范围更具有针对性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1是本发明所适用的插电并联式混合动力客车整车系统图；

图2是本发明所述混合动力系统中AMT基本控制图；

图3是本发明的混合动力客车AMT最佳经济性换档系统开发流程图。

具体实施方式

如图1和2所示，本发明所揭示的混合动力客车AMT最佳经济性换档系统，适用于插电并联式混合动力客车，所述插电并联式混合动力客车包括发动机、电机、变速箱ATM和整车控制器，所述发动机与电机之间由自动离合器连接，所述换档系统将变速箱AMT输入轴与电机输出轴设计成一个整体，既提高了可靠性、减轻整车重量，又降低了成本，也是该系统的典型特点。整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制单元ECU、电机控制单元MCU和变速箱控制单元TCU；驾驶员通过踏板和操纵杆向整车控制器表达控制意图，由整车控制器HCU对发动机的油门开度、电机的转矩、自动离合器分合状态以及换档执行动作进行协调控制，并最终通过电子控制系统实现对AMT系统的自动控制，以获得优良的行驶性能、平稳起步性能和迅速换档的能力的前提下，更进一步提高插电式混合动力车的综合燃油经济性，应用范围更具有针对性。

经济性换档规律的设计原则是在满足车辆动力性的前提下使汽车燃油消耗量达到最小。本发明以原地起步连续换n档加速至某一规定车速的综合燃油消耗量为控制目标，以汽车行驶车速和油门开度为控制参数，制定最佳经济性换档规律，制定流程如图3所示。

本发明以电机助力工作模式，即发动机与电机联合驱动为例，具体介绍最佳经济性换档规律的计算实施方案：

1.发动机的小时油耗

根据发动机的台架试验数据，利用最小二乘法将其小时燃油消耗量表示为关于发动机转速的二次函数关系式：

$Q_{he}=f\left(n_e\right)=a_{qe}{n}_e^2+b_{qe}{n}_e+c_{qe}$

由于汽车行驶车速和发动机转速存在一定换算关系，则发动机的小时燃油消耗量也可表示为关于车速的二次曲线，精度可满足计算要求。根据综合能耗计算通则，选取1kg柴油折合成标准煤的系数，然后利用该系数将油耗转换为标准煤耗。

2.电机的能量消耗

就插电式混合动力车而言，电池能量来源于外部电网。电机作为电池模型中的负载，其输入功率即为电池的输出功率。根据图3所示的电路关系，计算得到电池的耗电量，然后将耗电量等效转换为标准煤耗。

3.综合能耗

电机助力模式下，系统总能耗包括发动机的耗油量和电池的耗电量，即将油耗与电能消耗的等效标准煤耗求和即为系统的综合能耗。

4.经济性换档规律的求取

当油门开度固定不变时，插电式混合动力车的综合能耗量最小即为其经济性换档点，也就是说综合油耗量的求极小值点对应的车速即为换档车速，即

就相邻两档来分析，求导后可得

Q_h(n)δ_n(F_t(n+1)-F_ψ+w)＝Q_h(n+1)δ_n+1(F_t(n)-F_ψ+w)

将上式中各项均表示为与车速的关系式带入到上式中，最终获得关于车速的一元四次方程。利用软件MATLAB编程计算求取符合该档位范围车速内的结果，即为该油门开度下相邻两档最佳燃油经济性的升档车速。降档规律则按照等延迟规律在升档规律的基础上进行制定。

5.重复上述步骤，求得不同油门开度下各档的换档点。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明主要技术方案的精神实质所做的修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混合动力客车AMT最佳经济性换档控制系统，适用于插电并联式混合动力客车，所述插电并联式混合动力客车包括发动机、电机、变速箱ATM和整车控制器，所述发动机与电机之间由自动离合器连接，其特征在于：所述换档系统将变速箱AMT输入轴与电机输出轴设计成一个整体，整车控制器HCU分别通过CAN总线连接发动机控制单元ECU、电机控制单元MCU和变速箱控制单元TCU；驾驶员通过踏板和操纵杆向整车控制器表达控制意图，由整车控制器HCU对发动机的油门开度、电机的转矩、自动离合器分合状态以及换档执行动作进行协调控制。

2.一种混合动力客车AMT最佳经济性换档控制方法，其特征在于：以原地起步连续换n档加速至某一规定车速的综合燃油消耗量为控制目标，以汽车行驶车速和油门开度为控制参数，制定最佳经济性换档规律。

3.根据权利要求2所述的混合动力客车AMT最佳经济性换档控制方法，其特征在于：制定最佳经济性换档规律的方法具体步骤为：

S1、发动机油耗量：根据发动机万有特性曲线可知，发动机燃油消耗量与其转速和转矩存在一定的函数关系，求取不同的转速、转矩所对应燃油量，并根据国家标准将其折合为标准煤耗；

S2、电机的能量消耗：根据电机消耗或生成的电池功率，计算出电池、电机等电力系统所消耗的电能，依据综合能耗计算通则将耗电量等效折合成标准煤耗；

S3、求取换档点：当油门开度固定不变时，根据原地起步连续换档加速至某一要求车速时的综合燃油消耗量最小这一要求，利用MATLAB软件编程求导计算，求出该油门开度下的换档点，所求得的换档车速u_a应满足条件：

$u_{\min }^{n+1}\≤u_a\≤u_{max}^n$

式中：—n+1档的最低车速；—n档的最高车速；

S4、求取n档升n+1档换档曲线：重复步骤3，编制程序求出各油门开度对应的换档车速；将所得换档点拟合为一条关于油门开度α和车速u_a的曲线，即为n档升到n+1档的动力性换档规律；降档规律则利用等延迟换档规律，在升档规律的基础上制定即可；

S5、制定换档规律：重复步骤3、4，求出并绘制出各档的换档曲线，即完成该模式下换档规律的制定；

S6、制定不同模式换档规律：重复上述所有步骤，分别对发动机单独驱动、纯电动、电机助力及发动机驱动电机发电工作这几种模式的经济性换档规律进行制定。