CN109177968B - 一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，为了提升燃油经济性，目前混合动力汽车的系统构型复杂，模式丰富，因此探究工作模式的分配规则十分重要。本方法从整车传动效率的角度出发，提取标准工况循环的全部工作点进行需求功率分析，然后遍历工作点和工作模式，得到全工况具有最高传动效率工作模式分布图，然后以此为规则进行神经网络规则提取，得到可以实时应用的模式切换策略。本方法得到各个工作模式最优的工作区域，对实际工作模式的分配策略提供了依据，同时合理的模式控制策略有利于在满足当前动力性需求的前提下提升整车的能量利用效率和燃油经济性。

Description

一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车控制技术领域，特别涉及一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法。

背景技术

中国目前采用基于重量级的车辆法规结构，目前第三阶段法规已发布，规定NEDC条件下平均燃油消耗限制为6.9L/100km，该值在2020年第四阶段将减少到5L/100km，且对重型车燃油消耗的规定更加严格，新能源汽车尤其是插电式混合动力汽车具有优良的前景。

插电式混合动力汽车与非插电式混合动力汽车相比需要更高功率和能量的动力电池、和外部充电装置，具有更好的经济性和排放性，与纯电动汽车相比具有更长的行驶里程。

功率分流式混合动力构型具有优良的经济性的同时需要更加复杂的控制策略，尤其随着法规的日益严苛，基础的功率分流构型渐渐无法满足需求，各个厂商衍生出更加复杂的构型。伴随着驱动模式的增加，采用一定的规则合理的在各个模式间切换对于提升燃油经济性起十分重要的作用。

如公布号为CN 104139778 B的专利，根据踏板位置和车速的对应关系及其变化率，采用模糊推理和相关阈值的判定控制发动机油门的变化率以及控制电机调速进行工作模式的切换，该控制方法无法评估其能量利用效率的优劣。公布号为CN 105459798 A的专利，当接收到强制模式指令时，结合当前电池SOC和电机扭矩限制选择是否执行指令，同时增加时间的延迟，是从驾驶员的主观意图出发，在保证转矩分配不超过电机限制值时尽可能满足驾驶员需求。公布号为CN 107697063 A的专利，建立齿圈处所需转矩等式，通过传感器采集车速、加速度、踏板开度，得出逻辑门限值的控制方法，同时依据当前电池SOC阈值、车速阈值、和转矩阈值进行工作模式的选取，但该方法没有给出各阈值的求解方法和依据，而经济性的提升与工作模式的选取有直接关系，该方法的描述不够清楚。

针对以上的不足，本专利提出了一种基于效率分析的驱动模式控制方法，能够通过对各个模式效率的评估计算得出全工况下不同工作电最优的工作模式分布，为提出具体的模式切换策略提供了依据，该方法可以改善能量利用效率，提升车辆的燃油经济性。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了基于效率分析的模式控制方法，该方法对工况循环中每一个工作点可能采取的驱动模式进行了传动效率的计算和评估，对全部工作点和驱动模式效率进行了统计分析，得到全工作范围内具有最高效率的模式分布，然后通过神经网络的方法进行规则提取，得到可以实时应用的模式切换策略，为具体模式切换规则的制定提供了理论分析的依据，在满足整车驱动能量的前提下合理分配驱动模式，提升整车的经济性。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，包括以下步骤：

以所涉及的一种功率分流式混合动力汽车为例，该构型包含发动机、第一电机、第二电机三个动力源，以及动力电池、第一制动器、第二制动器、两档变速箱。

所述驱动模式包括：当发动机由第一制动器锁止时，第一电机和第二电机均可实现单独驱动的纯电动模式；当第一电机由第二制动器锁止时，发动机可以与第二电机并联驱动汽车行驶；当第一制动器与第二制动器均不起作用，发动机、第一电机与第二电机实现混合动力模式。

A.根据功率分流式混合动力汽车的参数选择标准循环工况，将循环工况离散为时间对应车速的数据点。

B.结合混合动力汽车的参数计算工况循环的各个数据点的在车轮处的驱动需求功率P_wh。将电池状态分为两种情况：当电池SOC低于临界值SOC_low，设定充电需求功率为P_ch，P_ch＞0；当电池SOC高于临界值SOC_low，设定充电需求功率P_ch＝0。总需求功率设为P_rq，P_rq＝P_wh+P_ch，分别得到两种电池情况下，各个工作点的车速与总需求功率的对应关系。

其中，根据车型对应的工况法中的循环工况进行离散化处理。驱动需求功率P_wh的计算方法：

式中，f为滚动阻力系数，i为坡度阻力系数，C_d和A分别为空气阻力系数和迎风面积，δ为旋转质量换算系数。

当电池SOC低于SOC_low，可采用并联模式或混合动力模式。当电池SOC高于SOC_low时，可采用纯电动模式、并联模式或混合动力模式。

C.针对一个工作点，在每种可实现的驱动模式下进行功率分配，并计算各个模式的传动效率，比较各个模式的传动效率，得到该工作点处效率最高的工作模式。

发动机参与动力输出的模式中，发动机工作在最优工作曲线上。

各个模式的传动效率可以表示，纯电动模式的传动效率为：η_tr＝E_wh/E_disch；并联模式的传动效率为：η_tr＝E_wh/(E_eng+E_disch)；混合动力模式的传动效率为：η_tr＝(E_wh+E_ch)/(E_eng+E_disch)。

其中，E_wh为车轮处的驱动能量，E_disch为电池放电能量，E_eng为发动机产生的能量，E_ch为电池充电能量。

D.针对每个工作点重复步骤C，得到全工况的效率最优的工作模式分布图。

E.对所得工作模式分布进行神经网络规则提取，得到可实时应用的模式切换策略。

以工作模式分布图作为模式切换的依据，随机提取70％的工作点进行神经网络训练，训练方式以车速和总需求功率P_rq为输入，以工作模式为输出，然后使用剩余的30％工作点进行验证，直到满足需求精度。使用神经网络模式控制可以实时自动选择工作模式。

与现有技术相比，以上方案不仅可以直观的表现各个模式的最优工作区域，还为具体模式切换策略的制定提供的参考，再不同的工作条件下都能得到工作模式的最高效率分布，得到了可以实时应用的模式切换策略，提升了整车的经济性。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述和附图部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例的混合动力汽车动力系统示意图；

图2为根据本发明实施例的一种功率分流式混合动力汽车的模式控制方法流程图；

图3为根据本发明实施例的驱动需求功率示意图；

图4为根据本发明实施例的第一电机单独驱动模式效率图；

图5为根据本发明实施例的第二电机单独驱动模式效率图；

图6为根据本发明实施例的并联驱动模式效率图；

图7为根据本发明实施例的并联驱动模式减速增扭档效率图；

图8为根据本发明实施例的混合动力模式效率图；

图9为根据本发明实施例的混合动力模式减速增扭档效率图；

图10为根据本发明实施例的各驱动模式高效工作点分布图；

图中：1、发动机；2、第一制动器；3、前行星排；4、第二制动器；5、动力电池；6、逆变器；7、第一电机；8、第二电机；9、后行星排；10、两档变速箱；11、车轮；12、主减速器。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的分析结果在附图中示出，同时下面通过参考附图所描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护范围。

如图1所示，为所研究混合动力汽车的动力系统示意图，包含发动机1、第一电机7、第二电机8三个动力源，可以实现多种驱动模式。两档变速箱10的档位分别为直接档和减速增扭档，增加动力系统的扭矩输出能力。

当第一制动器2锁止发动机1时，系统以纯电动模式工作，第一电机7和第二电机8可以分别驱动整车；当第二制动器4锁止第一电机7时，前行星排3为发动机1增加了固定速比，发动机1和第二电机7表现为并联的驱动形式；当第一制动器2和第二制动器4都不起作用，三个动力源实现功率分流的混合动力模式。

图2为所述基于效率的模式控制方法流程图，通过该过程可以得到全工况各工作点最优的驱动模式。

(1)根据本发明实施例，首先选取中国典型城市工况循环(C-WTVC)进行驱动模式的效率分析。以1s为时间步长得到工况的数据点，然后计算每一步长所需的驱动需求功率，得到的需求功率随时间变化的曲线如图3所示。

(2)针对每隔1s选取的工作点，采用各个工作模式进行功率分配，并计算该模式下的传动效率，此时假设第一电机7与第二电机8的能量全部来源于动力电池5。如图4和图5所示，分别对比了纯电动模式下第一电机7单独驱动和第二电机8单独驱动的传动效率；如图6和图7所示，并联驱动模式下，发动机1和第二电机8并联时，发动机1单独驱动的传动效率，以及发动机1和第二电机8并联驱动时位于减速增扭档的传动效率；如图8和图9所示，混合动力模式下直接档和减速增扭档的效率对比。同时各个模式的可行工作范围也在图中可见。

第一电机7单独驱动和第二电机8单独驱动模式的工作范围都集中在低功率区，但第一单机7单独驱动模式具有更宽的车速范围，在高速工况下仍然具有较高的传动效率。并联驱动模式下，两档变速箱10处于直接档时，发动机1工作在中高速区，需求功率较高的范围。处于减速增扭档时，工作在中等车速，中高需求功率区域。混合动力模式在两档变速箱10处于直接档时几乎可以覆盖绝大多数工作点，但是传动效率不高，减速增扭档时，可以工作在低速区域内，并且表现得是电池SOC高于设定阈值的情况。

统计各个工作模式在全工况范围内的工作效率，比较每个工作点处传动效率最大的工作模式并绘制在一张图内，如图10所示，可作为模式切换策略的依据。

然后针对图10进行神经网络规则提取，可以得到实时应用的模式切换策略。

综上，通过进行各个模式的效率分析，可以得到全工况范围内具有最优效率的模式分布，以此进行模式切换的策略应用可以提高能量利用效率，提升燃油经济性。

Claims (8)

1.一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

A．根据功率分流式混合动力汽车的参数选择标准循环工况，将循环工况离散为时间对应车速的数据点；

B．结合功率分流式混合动力汽车的参数计算工况循环的各个数据点的在车轮处的驱动需求功率P _wh ，将电池状态分为两种情况：当电池SOC低于临界值SOC _low ，设定充电需求功率为P _ch ， P _ch ＞0；当电池SOC高于临界值 SOC _low ，设定充电需求功率 P _ch =0，总需求功率设为P _rq ， P _rq = P _wh + P _ch ，分别得到两种电池情况下，各个工作点的车速与总需求功率的对应关系；

C．针对一个工作点，在每种可实现的驱动模式下进行功率分配，并计算各个模式的传动效率，比较各个模式的传动效率，得到单独工作点处效率最高的工作模式；

D．针对每个工作点重复步骤C，得到全工况的效率最优的工作模式分布图；

E．对所得工作模式分布进行神经网络规则提取，得到可实时应用的模式切换策略。

2.根据权利要求1所述的一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，其特征在于：所述的功率分流式混合动力汽车，包含发动机、第一电机、第二电机三个动力源，以及动力电池、第一制动器、第二制动器、两档变速箱。

3.根据权利要求1所述的一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，其特征在于：所述驱动模式包括，当发动机由第一制动器锁止时，第一电机和第二电机均可实现单独驱动的纯电动模式；当第一电机由第二制动器锁止时，发动机可以与第二电机并联驱动汽车行驶；当第一制动器与第二制动器均不起作用，发动机、第一电机与第二电机实现混合动力模式。

4.根据权利要求1所述的一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，其特征在于：当电池 SOC低于 SOC _low ，可采用并联模式或混合动力模式；当电池SOC 高于 SOC _low 时，可采用纯电动模式、并联模式或混合动力模式。

5.根据权利要求1所述的一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，其特征在于：各个模式的传动效率可以表示，纯电动模式的传动效率为： η _tr =E _wh /E _disch ；并联模式的传动效率为：η _tr =E _wh / (E _eng +E _disch )；混合动力模式的传动效率为：η _tr =( E _wh +E _ch )/ (E _eng + E _disch )，其中， E _wh 为车轮处的驱动能量， E _disch 为电池放电能量， E _eng 为发动机产生的能量， E _ch 为电池充电能量。

6.根据权利要求1所述的一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，其特征在于：发动机参与动力输出的模式中，发动机工作在最优工作曲线上。

7.根据权利要求1所述的一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，其特征在于：以工作模式分布图作为模式切换的依据，随机提取70%的工作点进行神经网络训练，训练方式以车速和总需求功率P _rq 为输入，以工作模式为输出，然后使用剩余的30%工作点进行验证，直到满足需求精度。

8.根据权利要求1所述的一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法，其特征在于：使用神经网络模式控制可以实时自动选择工作模式。

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