CN112356819A - 一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法 - Google Patents

一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法。为了克服功率跟随算法使用开环控制不能很好地跟随最优控制曲线，使用闭环控制会减慢响应速度的问题；本发明采用包括以下步骤：S1：整车控制器计算需求功率；S2：根据最优控制曲线分解需求功率为目标转矩和目标转速；S3：将目标转矩发送给发动机控制器，将目标转速发送给发电机控制器；S4：发动机控制器闭环控制发动机达到目标转矩，发电机控制器开环控制发电机达到目标转速。结合开环控制和闭环控制，既能使发动机很好地跟随最优控制曲线，提高了控制的准确性；又能拥有良好的响应速度，减少油耗和排放，提升了经济性能。

Description

一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法
技术领域
本发明涉及一种增程器控制领域，尤其涉及一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法。
背景技术
目前对于增程器的控制有增程器定点控制与功率跟随控制。
增程器定点控制方法，在不同的行驶情况下采用相同的功率点，在功率需求较低时采用定点控制，剩余的能量会用来给电池充电。这种方法造成驾驶感受较差；在功率需求较低时采用定点控制，会造成功率损失降低整车效率和电池寿命。增程器功率跟随控制方法中，发动机查询固定曲线值或从固定曲线值中挑选出几个固定点进行功率跟随，通过实时开环控制发动机与发电机的扭矩与转速，改变增程器功率值。由于整车的功率需求变化较快，致使发动机的转速响应难以及时跟随功率的变化，并且随着发动机转速的频繁调整会使发动机运行远离最优控制曲线，导致整车的燃油经济性下降，排放升高。
也有使用闭环控制的功率跟随算法，例如，一种在中国专利文献上公开的“一种纯电动汽车增程器的功率跟随控制方法”，其公告号“CN 104477041B”，包括整车控制器根据车速与驱动功率的关系表，得到增程器的需求发电功率，并根据动力电池当前状态允许的最大充电电流计算出动力电池当前状态允许的最大充电功率；若需求发电功率大于最大发电功率，则通过整车控制器限制需求发电功率为最大充电功率；比较根据S2得到的需求发电功率和增程器的当前发电功率：若不相等，则整车控制器根据当前的加速踏板开度和制动踏板信号，将增程器的当前发电功率以梯度形式过渡到增程器的目标发电功率。仅使用闭环控制，响应时间和稳定时间有所增加，响应速度减慢。
发明内容
本发明主要解决现有技术使用开环控制不能很好地跟随最优控制曲线，使用闭环控制会减慢响应速度的问题；提供一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，结合开环控制和闭环控制，使发动机能很好地跟随最优控制曲线，且拥有良好的响应速度。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
本发明采用的系统包括整车控制器和与整车控制器连接的发动机控制器和发电机控制器，所述的控制方法包括以下步骤：
S1：整车控制器计算需求功率；
S2：根据最优控制曲线分解需求功率为目标转矩和目标转速；
S3：将目标转矩发送给发动机控制器，将目标转速发送给发电机控制器；
S4：发动机控制器闭环控制发动机达到目标转矩，发电机控制器开环控制发电机达到目标转速。
闭环控制发动机的转矩，开环控制发电机的转速；结合开环控制和闭环控制，既能使发动机很好地跟随最优控制曲线，又能拥有良好的响应速度。减少油耗和排放，提升了经济性能。
作为优选，所述的需求功率包括电机驱动功率、电池的充电功率和高压附件消耗功率；Pg＝Pt+Pa+Pb；
其中，Pg为需求功率；Pt为电机驱动功率；Pa为高压附件消耗功率；Pb为电池的充电功率。
高压附件包括DC/DC转换模块和电动压缩机。整车的需求功率考虑周全，包括了驱动电机的功率需求、维持电池SOC的功率需求和高压附件的功率需求，体现数据的严谨性，为之后的需求功率的分解提供严谨、全面的数据基础，提高了之后控制的准确性。
作为优选，所述的最优控制曲线综合发动机和发电机的最优效率、油耗以及NVH得到；由发动机效率与发电机效率合成增程器效率图，选出最佳的效率曲线从而确定发动机目标转矩与发电机目标转速。
在产生电力的过程中，电机应在最佳状态下运行，以达到最佳效率。电机子系统具有最佳功率速度，功率转矩以实现最佳效率运行。由发动机效率与发电机效率合成增程器效率图，由有限次实验选出最佳的效率曲线从而确定发动机控制的目标转矩和发电机控制的目标转速。理想的发电机组功率曲线应定义发电机组在整个运行范围内运行的速度和功率组合。功率曲线和相应的转矩曲线应随着速度单调增加，以便从一个功率级到另一个功率级的转换不涉及功率增加或减小的方向的多个变化。功率曲线应通过发电机组效率图的峰值效率区域绘制的线来近似。保证从需求功率确定的目标转速和目标扭矩能处在最优的控制曲线上，提高了系统的效率，减少了油耗，提高了经济效应。
作为优选，所述的发电机控制器接收整车控制器的目标转速，发电机控制器将目标转速进行转速限值后控制发电机达到限值后的目标转速。
增程器需求转速应小于发动机最大允许转速与发动机最大允许转速较小值。目标转速进行最大值限制，使得目标转速符合实际的数据，发电机能够安全达到的数据，保证了系统的科学性、可行性和安全性，延长发电机的寿命。使用开环控制，保证了电机的响应速度不受控制过程的影响，有良好的响应速度。
作为优选，所述的发动机控制器接收整车控制器的目标转矩，实时功率作为反馈值，需求功率作为设定值与PID控制器构成负反馈系统；PID控制器的输出转矩与目标转矩之和经过发动机控制器限值后控制发动机达到限值后的目标转矩。
增程器需求转矩应小于发动机最大允许转矩与发动机最大允许转矩较小值。把转矩作为被控对象，实时功率最为反馈值，需求功率作为设定值，与PID控制器构成一个负反馈控制系统，实时功率与需求功率的偏差值作为输入，输入给PID控制器，PID控制器进行PID运算，输出转矩的值，PID的输出值与目标转矩相加，得到新的目标转矩，经过发动机控制器的限制，发动机控制器控制发动机到达限制后的转矩。使用闭环控制，使得增程器能够到达最优的目标值，控制更加精准。对相加后的目标转矩进行限值，保证得到的目标转矩电机的性能能够达到，保证了系统的科学性、可行性和安全性。
作为优选，所述的实时功率根据实际转速和目标转矩得到：
P＝n*T/9550；
其中，P为实时功率，n为电机实际转速；T为电机目标转矩。
经过检测电机的实时转速，通过电机的目标转矩进行实时功率的计算，实时功率作为反馈值与需求功率做差来进行PID控制。通过检测电机转速得到电机功率的数据，转速的测试方法简单，计算方便。
作为优选，所述的整车控制器通过CAN总线实时发送目标转速给发电机控制器，整车控制器通过CAN总线实时发送目标转矩给发动机控制器。
通过CAN总线分别发送目标转速和目标转矩，传输速率快，进一步加快电机的响应速度。
本发明的有益效果是：
1.综合开环控制和闭环控制，既能够保证的电机的响应速度，又能保证控制电机的准确度，运行在最优的速度和转矩下，减少了油耗、延长了电机的寿命，减少经济损失。
2.整车控制器通过CAN总线发送目标转速数据和目标转矩数据，保证功率传输的速率，保证了响应速率。
3.发电机控制器对目标转速限值，发动机对加和后的目标转矩限值，保证了目标转速和目标转矩在电机的性能达到的范围内，保证了控制目标的科学性、可行性和安全性。
附图说明
图1是本发明的一种功率跟随控制方法流程图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1：整车控制器计算需求功率。
需求功率包括电机驱动功率、电池的充电功率和高压附件消耗功率。
Pg＝Pt+Pa+Pb；
其中，Pg为需求功率；Pt为电机驱动功率；Pa为高压附件消耗功率；Pb为电池的充电功率。
高压附件包括DC/DC转换模块和电动压缩机。电机驱动功率可以根据电机的性能得到，电机驱动最大功率限制为一个标定值，初始为260kw。电池SOC保持在恒定水平，该水平称为SOC设定值，电池的充电功率与实际电池SOC和SOC设定值之间的误差成比例。如果电池SOC小于设定值，则电池电力需求应为正电源需求，如果电池SOC大于设定值，则电池电量需求应为负或零。
整车的需求功率考虑周全，包括了驱动电机的功率需求、维持电池SOC的功率需求和高压附件的功率需求，体现数据的严谨性，为之后的需求功率的分解提供严谨、全面的数据基础，提高了之后控制的准确性。
S2：根据最优控制曲线分解需求功率为目标转矩和目标转速。
最优控制曲线综合发动机和发电机的最优效率、油耗以及NVH得到；由发动机效率与发电机效率合成增程器效率图，选出最佳的效率曲线从而确定发动机目标转矩与发电机目标转速。
在产生电力的过程中，电机应在最佳状态下运行，以达到最佳效率。
电机子系统具有最佳功率速度，功率转矩以实现最佳效率运行。由发动机效率与发电机效率合成增程器效率图，由有限次实验选出最佳的效率曲线从而确定发动机控制的目标转矩和发电机控制的目标转速。理想的发电机组功率曲线应定义发电机组在整个运行范围内运行的速度和功率组合。
功率曲线和相应的转矩曲线应随着速度单调增加，以便从一个功率级到另一个功率级的转换不涉及功率增加或减小的方向的多个变化。功率曲线应通过发电机组效率图的峰值效率区域绘制的线来近似。
保证从需求功率确定的目标转速和目标扭矩能处在最优的控制曲线上，提高了系统的效率，减少了油耗，提高了经济效应。
S3：将目标转矩发送给发动机控制器，将目标转速发送给发电机控制器。
整车控制器通过CAN总线实时发送目标转速给发电机控制器，整车控制器通过CAN总线实时发送目标转矩给发动机控制器。
通过CAN总线分别发送目标转速和目标转矩，传输速率快，进一步加快电机的响应速度。
S4：发动机控制器闭环控制发动机达到目标转矩，发电机控制器开环控制发电机达到目标转速。
发电机控制器接收整车控制器的目标转速，发电机控制器将目标转速进行转速限值后控制发电机达到限值后的目标转速。
增程器需求转速应小于发动机最大允许转速与发动机最大允许转速较小值。
目标转速进行最大值限制，使得目标转速符合实际的数据，发电机能够安全达到的数据，保证了系统的科学性、可行性和安全性，延长发电机的寿命。
使用开环控制，保证了电机的响应速度不受控制过程的影响，有良好的响应速度。
根据实际转速和目标转矩计算实时功率：
P＝n*T/9550；
其中，P为实时功率，n为电机实际转速；T为电机目标转矩。
发动机控制器接收整车控制器的目标转矩，实时功率作为反馈值，需求功率作为设定值与PID控制器构成负反馈系统；PID控制器的输出转矩与目标转矩之和经过发动机控制器限值后控制发动机达到限值后的目标转矩。
增程器需求转矩应小于发动机最大允许转矩与发动机最大允许转矩较小值。
把转矩作为被控对象，实时功率最为反馈值，需求功率作为设定值，与PID控制器构成一个负反馈控制系统，实时功率与需求功率的偏差值作为输入，输入给PID控制器，PID控制器进行PID运算，输出转矩的值，PID的输出值与目标转矩相加，得到新的目标转矩，经过发动机控制器的限制，发动机控制器控制发动机到达限制后的转矩。
使用闭环控制，使得增程器能够到达最优的目标值，控制更加精准。对相加后的目标转矩进行限值，保证得到的目标转矩电机的性能能够达到，保证了系统的科学性、可行性和安全性。
本发明综合开环控制和闭环控制，闭环控制发动机的转矩，开环控制发电机的转速；既能使发动机很好地跟随最优控制曲线，提高控制的准确性，又能拥有良好的响应速度。减少油耗和排放，提升了经济性能。发电机控制器对目标转速限值，发动机对加和后的目标转矩限值，保证了目标转速和目标转矩在电机的性能达到的范围内，保证了控制目标的科学性、可行性和安全性。

Claims (7)

1.一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，采用的系统包括整车控制器和与整车控制器连接的发动机控制器和发电机控制器，其特征在于，所述的控制方法包括以下步骤：
S1：整车控制器计算需求功率；
S2：根据最优控制曲线分解需求功率为目标转矩和目标转速；
S3：将目标转矩发送给发动机控制器，将目标转速发送给发电机控制器；
S4：发动机控制器闭环控制发动机达到目标转矩，发电机控制器开环控制发电机达到目标转速。
2.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，其特征在于，所述的需求功率包括电机驱动功率、电池的充电功率和高压附件消耗功率；
Pg＝Pt+Pa+Pb；
其中，Pg为需求功率；Pt为电机驱动功率；Pa为高压附件消耗功率；Pb为电池的充电功率。
3.根据权利要求1所述的一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，其特征在于，所述的最优控制曲线综合发动机和发电机的最优效率、油耗以及NVH得到；由发动机效率与发电机效率合成增程器效率图，选出最佳的效率曲线从而确定发动机目标扭矩与发电机目标转速。
4.根据权利要求3所述的一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，其特征在于，所述的发电机控制器接收整车控制器的目标转速，发电机控制器将目标转速进行转速限值后控制发电机达到限值后的目标转速。
5.根据权利要求3所述的一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，其特征在于，所述的发动机控制器接收整车控制器的目标转矩，实时功率作为反馈值，需求功率作为设定值与PID控制器构成负反馈系统；PID控制器的输出扭矩与目标扭矩之和经过发动机控制器限值后控制发动机达到限值后的目标转矩。
6.根据权利要求5所述的一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，其特征在于，所述的实时功率根据实际转速和目标转矩计算得到：
P＝n*T/9550；
其中，P为实时功率，n为电机实际转速；T为电机目标转矩。
7.根据权利要求1或4或5所述的一种新能源汽车用增程器功率跟随控制方法，其特征在于，所述的整车控制器通过CAN总线实时发送目标转速给发电机控制器，整车控制器通过CAN总线实时发送目标转矩给发动机控制器。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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GR01 Patent grant
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