CN106891899B - 纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法，以二档为初始档位，从某车速开始制动直至停车，以全过程电机回收再生制动能量作为评价指标，寻优最优降档点车速。与现有技术相比，本发明具有使电机在制动工况下最大程度回收再生制动能量等优点。

Description

纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法

技术领域

本发明涉及纯电动汽车技术领域，尤其是涉及一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法。

背景技术

纯电动汽车搭载多档自动变速器，不仅可以较好地利用驱动电机的高效率区间，增加纯电动汽车的续驶里程，而且还可以充分利用电机低速恒扭矩的驱动特性，缩短加速时间，提高爬坡能力。

为提高纯电动汽车的燃油经济性，多档自动变速器经济性换挡规律的制订显得尤为重要。一方面，由于纯电动汽车的动力源和能量源有别于传统汽车，不能直接使用传统汽车的换挡规律。另一方面，由于其动力源只有驱动电机，而电机能量由动力蓄电池提供，所以纯电动汽车的续驶里程完全由电池容量及电机工作效率所决定。在制定纯电动汽车多档自动变速器经济性换挡规律时必须充分考虑到以上两点，以提升纯电动汽车的能量经济性。

对现有纯电动汽车多档自动变速器经济性换挡规律制定方法的专利及文献检索发现，单参数换挡规律多选用车速作为控制参数，没有考虑加速踏板和制动踏板开度的影响，无法体现驾驶员的意图。而两参数换挡规律通常也只选取加速踏板开度和车速作为控制参数，对于制动工况下出现的降档需求，通常遵循与驱动工况相同的降档规律进行换挡决策，而所采用的降档规律仅对升档规律作一定的延迟处理，无法满足最大程度回收再生制动能量的需求。

综上，在制定制动降挡规律时，除充分考虑驾驶员意图和电液复合制动力分配策略之外，还必须兼顾电机的再生制动工作特性，以保证电机尽可能多地回收再生制动能量，增加纯电动汽车的能量经济性和续驶里程。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法，在制动工况下，充分考虑驾驶员意图及电机工作模式制定最佳经济性换挡规律，以保证电机能最大程度回收再生制动能量，以减少纯电动汽车动力蓄电池能量消耗，增加其续驶里程。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法，以二档为初始档位，从某车速开始制动直至停车，以全过程电机回收再生制动能量作为评价指标，寻优最优降档点车速。

该方法包括以下步骤：

S1、保持某一制动踏板开度不变，从一初始车速开始减速制动直至停车，针对所设计的不同降档点车速，计算整个制动过程内电机回收再生制动能量，求得使电机回收制动能量值最大所对应的降档点车速；

S2、按照S2的步骤，改变制动踏板开度以对不同制动强度下的减速制动过程进行最优降档点车速的寻优；

S3、对所得各制动踏板开度下两挡电控机械式自动变速箱e-MT的最佳经济性降档车速进行拟合处理，得到制动工况下经济性换挡规律的降档曲线。

所述的寻优通过PSO粒子群算法实现。

所述的两挡电控机械式自动变速箱e-MT与驱动电机之间无离合器，驱动电机输出轴与变速箱输入轴同轴布置，并采用固接方式。

所述的两挡电控机械式自动变速箱e-MT、整车控制器VCU、变速箱控制单元TCU、驱动电机控制单元MCU、动力蓄电池及其管理系统BMS构成纯电动汽车动力系统，所述的整车控制器VCU在制动工况下根据制动踏板信息和电液复合制动力分配策略决策出驱动电机需求制动转矩，所述的驱动电机控制单元MCU根据实际转矩请求对驱动电机转速、转矩进行控制，所述的变速箱控制单元TCU进行换挡决策并控制换挡执行机构的作动。

所述的电液复合制动力分配决策具体为：

首先，根据制动踏板信息决策出整车所需的总制动力矩；

其次，根据电机转速-转矩特性曲线及电机效率曲线计算驱动电机每一转速下，满足使电机制动功率最大的电机最优制动力矩；当需求总制动力矩的数值小于当前转速下电机最优制动力矩时，优先利用电机输出力矩进行制动；当需求总制动力矩大于电机最优制动力矩时，电机以最优制动力矩响应力矩请求，不足响应部分利用液压机械制动力矩进行补偿。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)所设计的经济性降挡规律充分考虑到了动力源的特殊性及驾驶员制动意图；

2)所设计的经济性降挡决策方法可保证制动工况下，每一瞬时以电机最优输出转矩响应整车制动力矩分配决策对再生制动电机的转矩请求，通过降挡使电机能最大程度回收再生制动能量，进一步提升纯电动汽车的能量经济性。

附图说明

图1是本发明所述纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性降档规律制定流程图；

图2是本发明所述PSO粒子群最优降档点车速寻优方法流程图；

图3是本发明所述制动工况下最佳降挡规律的降档曲线图；

图4为本发明纯电动汽车动力系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1和图4所示，本发明提供的使用两档自动变速箱的纯电动汽车动力系统，包括驱动电机及其电控单元(Motor Control Unit，MCU)、两挡电控机械式自动变速箱(Electrically Controlled Mechanical Transmission，e-MT)及其控制单元(Transmission Control Unit，TCU)，整车控制器(Vehicle Control Unit，VCU)、以及动力蓄电池及其管理系统(Battery Management System，BMS)，所述驱动电机与变速箱之间无离合器，驱动电机输出轴与变速箱输入轴同轴布置，并采用固接方式。VCU分别通过CAN总线连接MCU、BMS和TCU；VCU根据驾驶员踏板信息决策出驱动电机需求转矩，MCU根据实际转矩请求对驱动电机转速、转矩进行控制，TCU进行换挡决策并控制换挡执行机构的作动。换挡过程中，VCU发送相应指令至MCU和TCU，对驱动电机及变速箱换挡执行机构进行协调控制，以保证快速、有效降挡。

本发明中纯电动汽车两档变速箱最佳经济性降挡决策方法，首先需要根据制动踏板信息决策出整车所需的总制动力矩。当全制动踏板开度下的驾驶员需求总制动力矩为时，任意制动踏板开度α％对应的需求总制动力矩满足：

本发明以电机最大程度回收再生制动能量为原则，即保证电机在制动工况下，每一时刻的瞬时制动功率最大，由电机功率计算公式：

可知，电机瞬时制动功率与其每一时刻的转矩和转速有关，因此可以根据电机效率特性MAP图，结合上式计算每一特定转速下电机功率最大时对应的生成制动工况下的电机最优输出制动力矩MAP图，供整车控制器查表进行制动力分配决策。

整车控制器(VCU)根据需求总制动力矩以及电机最优输出制动力矩进行电液制动力分配。具体方法为：当需求总制动力矩T_req小于电机最优输出制动力矩时，由电机完全响应制动力矩请求，则电机输出力矩等于需求总制动力矩；当需求总制动力矩T_req大于电机最优输出制动力矩时，电机以最优输出制动力矩响应转矩请求，而液压制动系统以T_hyd补偿电机最优输出制动力矩不足响应的部分，电液制动力分配策略如图1所示。

制动工况下的最佳经济性降挡规律的制定主要为降档规律的设计。本发明中，以二档为初始档位，从某车速开始制动直至停车，针对所设计的不同降档点车速v_thres，利用软件计算整个过程内电机回收再生制动能量，并进行比较，求得使电机回收制动能量值最大所对应的降档点车速，制定流程如图2所示。

电机回收制动能量回收制动能量计算公式为：

W＝∫I_chargedt

I_charge为电池充电电流，假设电池在此过程的充电电压不变，为U_charge，则充电电流满足：

I_charge＝P/U_charge

通过以上公式计算在每一特定降档车速v_thres下，整个制动过程内电机回收再生制动能量值，进行比较，确定最优降档车速。为提高寻优效率，本发明中此过程通过粒子群(Particle Swarm Optimization,PSO)算法实现。

重复上述步骤，求得不同制动踏板开度下二档降一档的最优降档点车速，并进行拟合处理，所得曲线即为制动工况下最佳经济性降档曲线。

以一个非限制性例子来说明：取全制动踏板开度下对应的最大制动强度为0.3g，为满足该最大制动强度，结合整车参数可推知驾驶员需求总制动力矩的对应值。设置工况为制动踏板开度为20％，从70km/h起车辆开始制动直至停车。针对PSO粒子群算法，首先确定粒子速度及位置更新方程，如下：

速度更新公式：

位置更新公式：

其中：分别表示下一时刻及当前时刻的微粒的速度，分别表示第k个粒子，表示使该粒子达到最佳适应值的位置，表示能使群体中的粒子达到最佳适应值的位置，c₁，c₂为加速常数。

PSO算法流程如下：

1)初始化微粒，群体规模设为50，粒子维数为10；

2)评价微粒适应度，此处适应度函数设置考虑前述的回收制动能量；

3)对每个微粒，将它的适应值和它经历过的最优位置pbest的作比较，如果能求得更优的适应度函数，则将其作为当前的最优位置pbest；

4)对每个微粒，将它的适应值和全局所经历最优位置gbest的作比较，如果能求得更优的适应度函数，则重新设置gbest的索引号；

5)根据速度及位置更新方程变化微粒的速度和位置；

6)如果未达到结束条件(通常为预设的最大迭代次数)，则继续执行优化过程。

通过上述流程对不同制动踏板开度下的制动过程进行最佳换挡点车速的寻优，对所得的所有车速进行拟合，可以得到图3所示的换挡规律曲线。

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 (5)

1.一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法，其特征在于，以二档为初始档位，从某车速开始制动直至停车，以全过程电机回收再生制动能量作为评价指标，寻优最优降档点车速；

该方法包括以下步骤：

S1、保持某一制动踏板开度不变，从一初始车速开始减速制动直至停车，针对所设计的不同降档点车速，计算整个制动过程内电机回收再生制动能量，求得使电机回收制动能量值最大所对应的降档点车速；

S2、按照S2的步骤，改变制动踏板开度以对不同制动强度下的减速制动过程进行最优降档点车速的寻优；

S3、对所得各制动踏板开度下的最佳经济性降档车速进行拟合处理，得到制动工况下经济性换挡规律的降档曲线。

2.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法，其特征在于，所述的寻优通过PSO粒子群算法实现。

3.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法，其特征在于，两挡电控机械式自动变速箱e-MT与驱动电机之间无离合器，驱动电机输出轴与变速箱输入轴同轴布置，并采用固接方式。

4.根据权利要求1所述的一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法，其特征在于，两挡电控机械式自动变速箱e-MT、整车控制器VCU、变速箱控制单元TCU、驱动电机控制单元MCU、动力蓄电池及其管理系统BMS构成纯电动汽车动力系统，所述的整车控制器VCU在制动工况下根据制动踏板信息和电液复合制动力分配策略决策出驱动电机需求制动转矩，所述的驱动电机控制单元MCU根据实际转矩请求对驱动电机转速、转矩进行控制，所述的变速箱控制单元TCU进行换挡决策并控制换挡执行机构的作动。

5.根据权利要求4所述的一种纯电动汽车两档自动变速箱最佳经济性换挡规律计算方法，其特征在于，所述的电液复合制动力分配决策具体为：

首先，根据制动踏板信息决策出整车所需的总制动力矩；

其次，根据电机转速-转矩特性曲线及电机效率曲线计算驱动电机每一转速下，满足使电机制动功率最大的电机最优制动力矩；当需求总制动力矩的数值小于当前转速下电机最优制动力矩时，优先利用电机输出力矩进行制动；当需求总制动力矩大于电机最优制动力矩时，电机以最优制动力矩响应力矩请求，不足响应部分利用液压机械制动力矩进行补偿。