CN110210098A - 增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法 - Google Patents

增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110210098A
CN110210098A CN201910444034.2A CN201910444034A CN110210098A CN 110210098 A CN110210098 A CN 110210098A CN 201910444034 A CN201910444034 A CN 201910444034A CN 110210098 A CN110210098 A CN 110210098A
Authority
CN
China
Prior art keywords
parameter
speed
vehicle
fuel consumption
acceleration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910444034.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110210098B (zh
Inventor
王良模
鞠飞
王亚进
陆嘉伟
王陶
陈刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Science and Technology
Original Assignee
Nanjing University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Science and Technology filed Critical Nanjing University of Science and Technology
Priority to CN201910444034.2A priority Critical patent/CN110210098B/zh
Publication of CN110210098A publication Critical patent/CN110210098A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110210098B publication Critical patent/CN110210098B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/17—Mechanical parametric or variational design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/06—Power analysis or power optimisation
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Abstract

本发明公开一种增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法，包括如下步骤：(10)动力模型建立：根据动力元件的实验数据，建立发动机、发电机、驱动电机的准静态模型，以及动力电池的RC等效模型；(20)行驶方程建立：根据汽车行驶中的滚动阻力、空气阻力、加速阻力，建立车辆在平面道路上的行驶方程；(30)参数匹配：定义待优化参数，构建基于带精英策略的非支配排序的遗传算法框架，计算车辆0‑100km/h的加速时间和城市工况下的百公里等效油耗，执行参数进化；(40)参数输出：输出匹配后的优化参数。本发明的增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法，计算效率高、车辆性能优化效果显著。

Description

增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法
技术领域
本发明属于混合动力汽车动力传动装置技术领域，特别是一种计算效率高、车辆性能优化效果显著的增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法。
背景技术
随着石油资源的日益枯竭和环境污染的日益加重，各国均采取相关的措施来减少排放。这使得新能源汽车的发展已经成为必然的趋势。增程式四驱混合动力汽车兼具混合动力汽车和纯电动车的优点，成为比较热门的研究对象。
在车企开发增程式混合动力车型时，传动系统的参数匹配是一个关键问题。大多厂商一般利用理论计算以及商业仿真软件进行分析。然而一般商业软件中燃油经济性的计算是以几种固定的规则策略进行仿真计算，难以保证每一种参数组合能算出最佳的燃油经济性。同时类似于穷举的匹配算法计算成本也较高。
因此，现有技术存在的问题是：增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配计算效率低、车辆性能优化效果不明显。
发明内容
本发明的目的在于提供一种增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法，计算效率高、车辆性能优化效果显著。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法，包括如下步骤：
(10)动力模型建立：根据动力元件的实验数据，建立发动机、发电机、驱动电机的准静态模型，以及动力电池的RC等效模型；
(20)行驶方程建立：根据汽车行驶中的滚动阻力、空气阻力、加速阻力，建立车辆在平面道路上的行驶方程；
(30)参数匹配：定义待优化参数包括发电机减速器速比、前轴主减速器速比和后轴主减速器速比，并给定参数优化范围及初始值，构建基于带精英策略的非支配排序的遗传算法框架，依据整车参数计算车辆0-100km/h的加速时间和车辆在城市工况下的百公里等效油耗，执行参数的进化直至满足迭代要求；
(40)参数输出：输出匹配后的优化参数。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：
1、优化效果显著：在给定标准汽车循环驾驶工况的条件下，利用离散型动态规划求解最优控制律，即动力源发动机，驱动电机的最优输出扭矩。同时，由于动态规划是一种最优控制方法，求得的混合动力汽车的经济性即为该参数组合下混合动力汽车的经济性上限。
2、计算效率高：相较于商业软件中一些固有的规则控制策略，基于最优方法的经济性计算能够保证结果的最优性，避免因为商业软件中策略试用度低对参数匹配的干扰。同时带有精英策略的非支配遗传方法相比穷举搜索法，能够大幅节省计算成本。
3、适应性强：增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法，可以适用于其他混合动力构型，满足车型开发中参数匹配的设计要求。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法的主流程图。
图2为增程式四驱混合动力汽车的结构示意图。
图3为图1中参数匹配步骤的流程图。
图4为图1中加速时间计算步骤的流程图。
图5为图1中等效油耗计算步骤的流程图。
图6为发电机减速器的速比优化过程示意图。
表1为增程式四驱混合动力汽车基本参数。
表2为参数优化范围以及初始值及参数优化前后对比。
图中：1.发动机，2.发电机减速器，3.发电机，4.第一驱动电机，5.前轴主减速器，6.前车轮，7.油箱，8.动力电池，9.第二驱动电机，10.后轴主减速器，11.后车轮。
具体实施方式
如图1所示，本发明增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法，适用于如图2所示的增程式四驱混合动力汽车。
如图2所示，作为现有技术，增程式四驱混合动力汽车通常包括：发动机1、发电机速器2、发电机3、第一驱动电机4、前轴主减速器5、前车轮6、油箱7、动力电池8、第二驱动电机9、后轴主减速器10和后车轮11。
如图1所示，本发明增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法，包括如下步骤：
(10)动力模型建立：根据动力元件的实验数据，建立发动机、发电机、驱动电机的准静态模型，以及动力电池的RC等效模型；
(20)行驶方程建立：根据汽车行驶中的滚动阻力、空气阻力、加速阻力，建立车辆在平面道路上的行驶方程；
(30)参数匹配：定义待优化参数包括发电机减速器速比、前轴主减速器速比和后轴主减速器速比，并给定参数优化范围及初始值，构建基于带精英策略的非支配排序的遗传算法框架，依据整车参数计算车辆0-100km/h的加速时间和车辆在城市工况下的百公里等效油耗，执行参数的进化直至满足迭代要求；
如图3所示，所述(30)参数匹配步骤包括：
(31)遗传算法框架建立：采用带精英策略的非支配排序的遗传算法，建立遗传算法框架；
采用带精英策略的非支配排序的遗传算法，其快速非支配排序法能够降低算法的计算复杂度同时保存种群的多样性并提高种群水平。
(32)加速时间计算：通过单位速度变化时间的积累，计算车辆0-100km/h的加速时间；
如图4所示，所述(32)加速时间计算步骤包括：
(321)驱动电机转速计算：取速度[1:1:100]m/s，以速度首先依次计算每个速度对应的驱动电机转速；
(322)输出扭矩确定：根据电机外特性得出各驱动电机转速下的最大输出扭矩；
(323)最大加速度计算：计算车辆在各速度下的最大加速度；
(324)单位速度变化时间确定：由车辆加速度求得该单位车速变化的时间；
(325)加速时间累积：将所有速度变化的时间累积得出加速时间。
在给定标准城市工况FUDS下，利用离散型动态规划求解最优控制律，即动力源发动机，驱动电机的最优输出扭矩。同时，由于动态规划是一种最优控制方法，求得的混合动力汽车的经济性即为该参数组合下混合动力汽车的经济性上限。
(33)等效油耗计算：通过计算变量网格的代价函数、最优控制集，求解工况燃油消耗，换算得到百公里等效油耗；
如图5所示，所述(33)等效油耗计算步骤包括：
(331)确定变量网格：取发动机扭矩[0:5:270]Nm，前轴驱动电机转矩[-207:5:207]Nm，发动机转速[0:200:5200]rpm，电池荷电状态[0.4:0.001:0.7]；
(332)计算代价函数：依据行驶工况的要求确定车辆的速度和需求扭矩，计算每一个网格点对应的燃油消耗值；
(333)求解最优控制集：考虑电池荷电状态的平衡，按照工况逆序计算每一时刻累积燃油消耗，并记录最低燃油消耗对应的控制集；
(334)求解工况燃油消耗：按照工况正序，根据当前时刻的速度和扭矩需求插值求出当前最优控制量即发动机转矩输出和前轴驱动电机转矩，同时计算燃油消耗量；
(335)百公里油耗换算：将总的行驶里程和总燃油消耗质量换算成百公里燃油消耗升数。
(34)迭代次数判断：判断遗传算法迭代次数是否超出预设值，若没超出，则返回(31)遗传算法框架建立步骤。
(40)参数输出：输出匹配后的优化参数。
表1所示为实施例中增程式四驱混合动力汽车的基本参数。其中，车辆特性参数，包括整车质量、空气阻力系数、迎风面积、滚动摩擦系数、车轮半径，发动机1的最大功率、扭矩，发电机3的最大功率、扭矩、转速，驱动电机4的最大功率、扭矩、转速，驱动电机9的最大功率、扭矩、转速，动力电池的容量以及工作电压。
表1增程式四驱混合动力汽车的基本参数
表2给出了待优化参数发电机减速器速比、前轴主减速器速比、后轴主减速器速比的参数优化范围以及初始值，初始值依次分别设为1.00、5.00、5.00。依据初始值，计算出初始参数下的车辆性能，具体为百公里等效油耗4.79L、百公里加速时间11.11s。
表2参数优化范围以及初始值及参数优化前后对比
采用本发明方法，根据迭代次数要求进行参数的进化，满足要求后得出优化后的参数，依次分别是0.69、7.83、7.83。
图6为发电机减速器速比的优化过程，一共进行了302次进化，其中黑色五星所在点为优化后结果，对应数值为0.69。
依据优化后的参数，计算出对应的车辆性能，具体为百公里等效油耗4.25L、百公里加速时间9.10s。两项性能分别提升了11.27％和18.09％，优化效果显著。
从实施例可以看出，本发明综合了遗传智能算法和最优控制算法，提供了一种计算效率高、优化效果显著的参数匹配方法，该方法同样适用于其他新能源车型动力原件、传动参数的匹配优化工作。

Claims (4)

1.一种增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)动力模型建立：根据动力元件的实验数据，建立发动机、发电机、驱动电机的准静态模型，以及动力电池的RC等效模型；
(20)行驶方程建立：根据汽车行驶中的滚动阻力、空气阻力、加速阻力，建立车辆在平面道路上的行驶方程；
(30)参数匹配：定义待优化参数包括发电机减速器速比、前轴主减速器速比和后轴主减速器速比，并给定参数优化范围及初始值，构建基于带精英策略的非支配排序的遗传算法框架，依据整车参数计算车辆0-100km/h的加速时间和车辆在城市工况下的百公里等效油耗，执行参数的进化直至满足迭代要求；
(40)参数输出：输出匹配后的优化参数。
2.根据权利要求1所述的传动参数匹配方法，其特征在于，所述(30)参数匹配步骤包括：
(31)遗传算法框架建立：采用带精英策略的非支配排序的遗传算法，建立遗传算法框架；
(32)加速时间计算：通过单位速度变化时间的积累，计算车辆0-100km/h的加速时间；
(33)等效油耗计算：通过计算变量网格的代价函数、最优控制集，求解工况燃油消耗，换算得到百公里等效油耗；
(34)迭代次数判断：判断遗传算法迭代次数是否超出预设值，若没超出，则返回(31)遗传算法框架建立步骤。
3.根据权利要求2所述的匹配方法，其特征在于，所述(32)加速时间计算步骤包括：
(321)驱动电机转速计算：取速度[1:1:100]m/s，以速度首先依次计算每个速度对应的驱动电机转速；
(322)输出扭矩确定：根据电机外特性得出各驱动电机转速下的最大输出扭矩；
(323)最大加速度计算：计算车辆在各速度下的最大加速度；
(324)单位速度变化时间确定：由车辆加速度求得该单位车速变化的时间；
(325)加速时间累积：将所有速度变化的时间累积得出加速时间。
4.根据权利要求2所述的匹配方法，其特征在于，所述(33)等效油耗计算步骤包括：
(331)确定变量网格：取发动机扭矩，前轴驱动电机转矩作为控制变量按网格大小(5Nm)划分变量，取发动机转速和电池荷电状态为状态变量分别以200rpm和0.001划分变量；
(332)计算代价函数：依据行驶工况的要求确定车辆的速度和需求扭矩，计算每一个网格点对应的燃油消耗值；
(333)求解最优控制集：考虑电池荷电状态的平衡，按照工况逆序计算每一时刻累积燃油消耗，并记录最低燃油消耗对应的控制集；
(334)求解工况燃油消耗：按照工况正序，根据当前时刻的速度和扭矩需求插值求出当前最优控制量即发动机转矩输出和前轴驱动电机转矩，同时计算燃油消耗量；
(335)百公里油耗换算：将总的行驶里程和总燃油消耗质量换算成百公里燃油消耗升数。
CN201910444034.2A 2019-05-27 2019-05-27 增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法 Active CN110210098B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910444034.2A CN110210098B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910444034.2A CN110210098B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110210098A true CN110210098A (zh) 2019-09-06
CN110210098B CN110210098B (zh) 2022-09-06

Family

ID=67788814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910444034.2A Active CN110210098B (zh) 2019-05-27 2019-05-27 增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110210098B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110667566A (zh) * 2019-10-17 2020-01-10 清华大学苏州汽车研究院（吴江） 混合动力汽车匹配参数及控制策略协同组合优化方法
CN111339681A (zh) * 2020-03-23 2020-06-26 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法
CN111563312A (zh) * 2020-03-11 2020-08-21 中国汽车技术研究中心有限公司 一种重型商用车燃料消耗量模拟计算系统
CN112389211A (zh) * 2020-12-03 2021-02-23 吉林大学 一种增程式电动汽车传动参数匹配及优化方法
CN112849145A (zh) * 2021-02-23 2021-05-28 吉林大学 一种增程式电动汽车动力总成参数匹配方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103631149A (zh) * 2013-09-26 2014-03-12 奇瑞汽车股份有限公司 一种增程式电动汽车续驶里程的仿真系统及其仿真方法
CN106895981A (zh) * 2017-02-22 2017-06-27 重庆理工大学 一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法
CN108595853A (zh) * 2018-04-28 2018-09-28 吉林大学 一种基于遗传算法的并联混合动力汽车参数优化设计方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103631149A (zh) * 2013-09-26 2014-03-12 奇瑞汽车股份有限公司 一种增程式电动汽车续驶里程的仿真系统及其仿真方法
CN106895981A (zh) * 2017-02-22 2017-06-27 重庆理工大学 一种汽车传动系试验台架加速惯量电模拟控制方法
CN108595853A (zh) * 2018-04-28 2018-09-28 吉林大学 一种基于遗传算法的并联混合动力汽车参数优化设计方法

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110667566A (zh) * 2019-10-17 2020-01-10 清华大学苏州汽车研究院（吴江） 混合动力汽车匹配参数及控制策略协同组合优化方法
CN111563312A (zh) * 2020-03-11 2020-08-21 中国汽车技术研究中心有限公司 一种重型商用车燃料消耗量模拟计算系统
CN111339681A (zh) * 2020-03-23 2020-06-26 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法
CN111339681B (zh) * 2020-03-23 2020-11-06 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所 一种采用空气介质模拟发动机燃气介质喷流气动干扰效应的喷管出口参数匹配方法
CN112389211A (zh) * 2020-12-03 2021-02-23 吉林大学 一种增程式电动汽车传动参数匹配及优化方法
CN112389211B (zh) * 2020-12-03 2022-02-15 吉林大学 一种增程式电动汽车传动参数匹配及优化方法
CN112849145A (zh) * 2021-02-23 2021-05-28 吉林大学 一种增程式电动汽车动力总成参数匹配方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110210098B (zh) 2022-09-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110210098A (zh) 增程式四驱混合动力汽车传动参数匹配方法
CN110304044B (zh) 基于ecms的phev四驱转矩分配方法
CN104842996B (zh) 一种混合动力汽车换挡方法及系统
Ren et al. Effect of transmission design on electric vehicle (EV) performance
CN106080585B (zh) 一种双行星排式混合动力汽车非线性模型预测控制方法
CN108595853B (zh) 一种基于遗传算法的并联混合动力汽车参数优化设计方法
CN111301398B (zh) 一种cvt插电式混合动力汽车能量管理方法及系统
CN105539423A (zh) 结合环境温度保护电池的混合动力车转矩分配控制方法及系统
CN108466544A (zh) 一种双模功率分流式混合动力系统的参数匹配方法
CN103600742A (zh) 一种混合动力汽车能量管理控制装置及能量管理控制方法
CN106055830A (zh) 基于动态规划的phev控制门限参数优化方法
CN106347133B (zh) 一种四轮驱动的增程式电动汽车能效分层协调优化控制方法
CN110356397A (zh) 基于道路坡度的能量归一最小化的混合动力汽车优化方法
CN109177968B (zh) 一种功率分流式混合动力汽车的驱动模式控制方法
CN110667565B (zh) 一种智能网联插电式混合动力汽车协同优化能量管理方法
Zhou et al. Pure electric vehicle power-train parameters matching based on vehicle performance
CN105207241A (zh) 一种基于荷电状态检测的电动汽车调频优化控制方法
Hu et al. CVT discrete speed ratio optimizations based on energy efficiency for PHEV
Yasin Modelling and control of hybrid vehicle
Hou et al. Modeling and simulation of hybrid electric vehicles using HEVSIM and ADVISOR
Correa et al. Gear shifting strategy to improve the parallel hybrid vehicle fuel consumption
Lv et al. Research of parameter design and matching of powertrain system in plug-in hybrid electric vehicle
Janulin et al. Energy Minimization in City Electric Vehicle using Optimized Multi-Speed Transmission
Lai et al. Design study of parallel HEV drive train with full size engine
CN116834613B (zh) 一种动力电池辅助的氢燃料电池汽车系统能量管理方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Application publication date: 20190906

Assignee: WEICHAI POWER YANGZHOU DIESEL ENGINE Co.,Ltd.

Assignor: NANJING University OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

Contract record no.: X2023980032347

Denomination of invention: Matching method of transmission parameters for incremental 4WD hybrid electric vehicle

Granted publication date: 20220906

License type: Common License

Record date: 20230222