CN109948225A - 一种基于行星液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于行星液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法，属于新能源车辆领域，分离因子作为发动机输出到机械路径上的功率占发动机总输出功率的比例指标，是混合动力车辆系统中重要的控制变量。该发明提供的方法从车辆的需求功率出发，根据车速计算发动机转速并结合系统中两液压泵马达效率的影响，逆向迭代求出使整个混合动力系统具有最优效率的发动机的工作点，存在三次迭代修正，分别是分离因子迭代、转矩迭代、效率迭代。本方法所描述的最优分离因子的求取考虑了液压泵的效率使得到最优分离因子的值更加精确，使能量的分配得到更好的优化控制，整车经济性表现更佳。

Description

一种基于行星液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车技术领域，特别涉及一种基于行星液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法。

背景技术

随着能源危机问题的日益突出，节能与新能源汽车的发展越来越被人们所重视。作为新能源汽车的主力军混合动力汽车，较纯电动汽车来讲受电池技术的约束相对小，且较燃料电池汽车来讲发展地更为成熟可靠，再加上其优异的动力性和良好的经济性表现，一致备受市场青睐。但是近些年，串联和并联构型的混合动力汽车都因为其动力结构的局限性无法充分地发挥其节能的作用，而基于行星排式的混联式汽车结合了串联和并联构型两者的优点，独特的转矩转速双解耦的特点使发动机在各种工作条件下都能保证良好的经济性，同时也正是因为这种构型特点，其能量管理策略也多种多样，而瞬时最优的能量管理策略较发动机最优有更好的节油效果，较全局最优有较好的实用性和可操控性，广泛应用于各种构型的混联式混合动力汽车上，其中包括行星液驱混合动力车辆上。

在专利《一种混联式混合动力车辆的动力控制方法》(授权公告号为CN102815295B)中，公布了一种基于车速与整车功率需求大小判断车辆所处工作模式的能量管理控制方法，发动机工作时将其控制在最优工作曲线上，但是这种方法仅考虑了发动机这一个动力部件的效率问题而未考虑其它动力部件的不同工作条件下的效率差异，很难在每一时刻都保证系统在工作在最优的经济性的条件下。

在专利《一种行星混联混合动力系统分层优化控制方法》(公开号为CN108545075A)中，公布了一种利用瞬时最优控制策略实现底层控制的最优，并外加全局优化控制策略实现顶层控制的最优，实现了较好的节能效果，但是未详细描述瞬时控制策略中关键参数分离因子的求取方法。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明提供了一种基于行星液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法，其既兼顾了发动机的热效率同时有考虑了液压元件的工作效率以及系统的传动效率，使系统总体的效率达到最优，进而实现优异的节油效果。

为实现上述目的，根据本发明实施例的一种行星混联式混合动力汽车驾驶员需求转矩计算方法，包括以下步骤：

步骤1、确定动力系统所处工况条件：在车辆行驶过程中，依据实时车速v、加速或制动踏板开度解析获得驾驶员对动力系统需求的驱动功率P_o，同时，记录实时的蓄能器压力状态P_res及SOC控制目标可计算获得蓄能器充能或者放能功率P_Accu。进而可获得对发动机的需求功率P_e，即P_e＝f(P_o,P_Accu,η_t)；

步骤2、确定分离因子的范围并离散化：依据车速对应的前行星排齿圈转速ω_R1、允许的发动机转速范围确定分离因子λ的可取数值范围，并在此范围内离散获得数组[λ_1,minλ₂λ₃…λ_n…λ_m,max]，为最外层的分离因子迭代计算做铺垫；

步骤3、确定发动机工作点：本步骤中包括两个子步骤，分别为步骤3(a)和步骤3(b)；

步骤3(a)对于步骤2数组中每一元素λ_n都对应一个发动机转速ω_e,n，发动机转速ω_e,n的基础上，可知此时发动机外特性所允许的最大转矩对于发动机最小转矩其应使发动机功率满足当前车辆的动力需求，即P_o+P_Accu，因而可确定允许的发动机转矩范围，如式(1)所示：

就获得了在任意车速(车辆状态)、任意可取的分离因子λ_n下的发动机转矩取值范围，即数组后续计算将针对每一车辆状态及分离因子下所允许的每一发动机转矩T_e,n,m值开展，即进行发动机转矩迭代计算；

步骤3(b)为液压泵马达效率迭代，由步骤3(a)可知分离因子λ_n、发动机转速ω_e,n、发动机转矩序列T_e,n，以及与其中每一转矩值T_e,n,m所对应的液压泵马达转矩T_A/B,n,m、效率η_A/B,n,m，进而，对于液压系统分别计算液压泵马达A、B的液压功率如式(2)、(3)所示：

实际可取的发动机工作点应使液压系统的液压泵马达A液压功率、蓄能器充能或者放能功率、液压泵马达B液压功率三者实现液压路径功率平衡，如式(4)所示；

与液压泵马达的效率迭代计算相类似，定义液压路径功率差ΔP_Hybrid，然后取功率差最小所对应的发动机转矩T_e,n,m值作为当前迭代的分离因子λ_n条件下可取的发动机工作转矩T_e,n；

步骤4、计算发动机燃油消耗率：依据液压路径功率守恒确定当前分离因子下可取的发动机工作点，然后可确定所对应发动机可取工作点处的燃油消耗率，插值发动机的map图得到发动机燃油消耗率b_e,i；

步骤5、计算发动机燃油喷射率：由步骤3得到的发动机的转速ω_e,n及转矩T_e,n和步骤4中得到的发动机燃油消耗率b_e,n可得此时发动机的喷油率B_e,n，如式(5)所示；

B_e,n＝b_e,nω_e,nT_e,n (5)

步骤6、求取最优分离因子：当前车辆状态下序列B_e中的最小值所对应的分离因子λ即为此车辆状态下的最优值λ_Opt，如式(6)所示；

λ_Opt(v)＝λ(Min(B_e)) (6)

本发明与现有技术相比较，有益效果如下：

1、本专利所述的基于行星液驱混合动力车辆，有效地融合了行星混联车辆转矩转速双解耦的特点，以及液压系统功率密度大、质量小、系统成本低、储能器的寿命相对于动力电池的寿命较长，且其性能受温度影响较小，可以克服电池低温环境性能差的缺点；

2、本专利所述的基于液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法，首先确定分离因子的取值范围并离散得到一组在允许范围内的分离因子序列，进而求解出该序列中每一个分离因子对应的发动机工作点，计算得到一组发动机工作点的喷油率，那么，该组发动机喷油率中最小值对应的分离因子即为最优分离因子，经过3次嵌套迭代有效地兼顾了发动机热效率、液压元件效率以及传动效率，使系统总体效率达到精确可靠的瞬时最优，得到更好的车辆经济性表现；

3、本专利所述的基于液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法，在求取过程中巧妙地将循环嵌套在内层，发动机转矩循环迭代改为数组向量插值计算，节省了计算时间、提高了实时性和具有便捷易调试的特点。

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一种基于行星液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法的流程图；

图2为根据本发明实施例的行星液驱混合动力车辆的构型图；

图3为根据本发明实施例的行星液驱混合动力车辆的功率分流示意图；

图4为根据本发明实施例的迭代过程示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

由于行星混联式混合动力汽车和行星齿轮的基本结构为本领域技术人员所悉知的，因此在此不再一一赘述。

下面参考附图来描述基于行星液驱混合动力车辆的最优分离因子的求取方法，但本发明并不限于这些实施例。

首先分析行星液驱混合动力车辆的构型特征，如图2所示统由三个动力源组成，分别是发动机、液压泵马达A、液压泵马达B，储能装置为一个高压蓄能器，其中发动机的输出端连接前行星排的行星架，锁止离合器1用来锁止发动机，液压泵马达A连接前行星排的太阳轮，前行星排齿圈作为动力输出与后行星架相连接，液压泵马达B连接后排的太阳轮，后排齿圈锁死相当于一个固定速比结构，后行星架连接主减速器向车轮传输动力。由此确定系统各部件之间的运作关系，为后续最优分离因子的求取做基础铺垫。

而后需知分离因子为发动机输出到机械路径上的功率占发动机总输出功率的比例，如图3所示，在求取功率时需要特别注意各个部件效率的影响。

然后再确定分离因子的范围并将其离散化，此时要注意法定及允许的转速范围一方面受发动机自身的转速的限制，另一方面也受到液压泵马达A的限制。

如图4所示，宏观上分为3个迭代步骤，分别是一次分离因子迭代、二次转矩迭代、三次效率迭代，具体是依据车速对应的前行星排齿圈转速ω_R1、允许的发动机转速范围确定分离因子λ的可取数值范围；在此范围内离散获得数组λ，对于数组中每一元素λ_n都对应一个发动机转速ω_e,n，再离散发动机在转速ω_e,n下允许的转矩值为数组T_e,n；则对于数组T_e,n中的每一个元素T_e,n,m都可确定一个发动机工作点(ω_e,n、T_e,n,m)及液压泵马达A或B的目标转速或转矩，由η＝f(ω,P_res,β)通过在可能范围内离散液压泵马达初始机械效率迭代求解当前转速或转矩下液压泵马达的实际可取斜盘开度β_A/B；在此基础上即可确定液压泵马达效率η_A/B及传动系统效率η_t，求得液压泵马达液压功率P_A/B；可依据液压路径功率守恒确定当前分离因子λ_n下可取的发动机工作点；然后可确定λ_n所对应发动机可取工作点处的燃油消耗率b_e,n、喷油率B_e；据喷油率最小原则即可确定此车辆状态下分离因子的最优值λ_Opt，从而实现瞬时最优控制。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、步骤、方法或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、步骤、方法或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管本文中较多的使用了诸如向量插值、循环迭代、分离因子、P_res、P_Accu、ω_R1、ω_e,n、等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (1)

1.一种基于行星液驱混合动力车辆的最优分离因子求取方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤1、确定动力系统所处工况条件：在车辆行驶过程中，依据实时车速v、加速或制动踏板开度解析获得驾驶员对动力系统需求的驱动功率P_o，同时，记录实时的蓄能器压力状态P_res及SOC控制目标可计算获得蓄能器充能或者放能功率P_Accu，进而可获得对发动机的需求功率P_e，即P_e＝f(P_o,P_Accu,η_t)；

步骤2、确定分离因子的范围并离散化：依据车速对应的前行星排齿圈转速ω_R1、允许的发动机转速范围确定分离因子λ的可取数值范围，并在此范围内离散获得数组[λ_1,minλ₂λ₃…λ_n…λ_m,max]，为最外层的分离因子迭代计算做铺垫；

步骤3、确定发动机工作点：本步骤中包括两个子步骤，分别为步骤3(a)和步骤3(b)；

步骤3(a)对于步骤2数组中每一元素λ_n都对应一个发动机转速ω_e,n，发动机转速ω_e,n的基础上，可知此时发动机外特性所允许的最大转矩对于发动机最小转矩其应使发动机功率满足当前车辆的动力需求，即P_o+P_Accu，因而可确定允许的发动机转矩范围，如式(1)所示：

就获得了在任意车速(车辆状态)、任意可取的分离因子λ_n下的发动机转矩取值范围，即数组后续计算将针对每一车辆状态及分离因子下所允许的每一发动机转矩T_e,n,m值开展，即进行发动机转矩迭代计算；

步骤3(b)为液压泵马达效率迭代，由步骤3(a)可知分离因子λ_n、发动机转速ω_e,n、发动机转矩序列T_e,n，以及与其中每一转矩值T_e,n,m所对应的液压泵马达转矩T_A/B,n,m、效率η_A/B,n,m，进而，对于液压系统分别计算液压泵马达A、B的液压功率如式(2)、(3)所示：

实际可取的发动机工作点应使液压系统的液压泵马达A液压功率、蓄能器充能或者放能功率、液压泵马达B液压功率三者实现液压路径功率平衡，如式(4)所示：

与液压泵马达的效率迭代计算相类似，定义液压路径功率差ΔP_Hybrid,n,m＝|P_A,n,m-P_B,n,m-P_Accu|，然后取功率差最小所对应的发动机转矩T_e,n,m值作为当前迭代的分离因子λ_n条件下可取的发动机工作转矩T_e,n；

步骤4、计算发动机燃油消耗率：依据液压路径功率守恒确定当前分离因子下可取的发动机工作点，然后可确定所对应发动机可取工作点处的燃油消耗率，插值发动机的map图得到发动机燃油消耗率b_e,i；

步骤5、计算发动机燃油喷射率：由步骤3得到的发动机的转速ω_e,n及转矩T_e,n和步骤4中得到的发动机燃油消耗率b_e,n可得此时发动机的喷油率B_e,n，如式(5)所示：

B_e,n＝b_e,nω_e,nT_e,n (5)

步骤6、求取最优分离因子：当前车辆状态下序列B_e中的最小值所对应的分离因子λ即为此车辆状态下的最优值λ_Opt，如式(6)所示：

λ_Opt(v)＝λ(Min(B_e)) (6)。