CN112394755A - 一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法，包括以下步骤：建立车辆纵向动力学仿真模型；建立PID控制算法；将PID控制算法中的PID控制驱动扭矩输入车辆纵向动力学仿真模型，得到仿真的实际车速；计算实际车速与怠速目标车速的差值，将该差值输入PID控制算法，构成闭环控制；调节PID控制算法的比例系数、积分系数、微分系数获取加速度和冲击率符合量化指标及整车性能要求的怠速扭矩加载曲线；将怠速扭矩加载曲线移植入车辆程序进行实车的验证和主观评价，验证实车效果是否满足量化指标及整车性能的要求，若满足则说明怠速扭矩加载曲线符合要求，若不满足则微调怠速扭矩加载曲线，直至满足要求。

Description

一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法
技术领域
本发明涉及氢能技术领域，尤其涉及一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法。
背景技术
氢燃料电池汽车的驱动电机怠速转速的控制是以实际转速和目标转速之差为参考进行转速闭环控制。利用PID调节的作用原理得到怠速控制时的扭矩，然后对这个怠速控制扭矩进行滤波计算，并且将最终的滤波值写入自适应控制量中。传统方式的怠速扭矩匹配标定需要依靠匹配标定工程师的丰富经验和反复试值，时间成本较高。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法。
本发明提供一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法，包括以下步骤：
步骤S1，基于Matlab软件环境建立车辆纵向动力学仿真模型，车辆纵向动力学仿真模型的参数包括整车质量、重力加速度、滚动摩擦阻力系数、转动惯量系数、风阻面积、风阻系数、空气密度、路面坡度、变速箱速比、传动系统效率、轮胎半径、目标车速；
步骤S2，建立PID控制算法，PID控制算法的公式为：
Torque＝Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]，
式中，Kp表示比例系数，Ki表示积分系数，Kd表示微分系数，e(k)表示本次偏差，e(k-1)表示上一次的偏差，∑e(k)表示本次偏差以及之前的偏差的累计和；K为1,2，n；n为自然数；Torque表示PID控制驱动扭矩；
步骤S3，将PID控制算法中的PID控制驱动扭矩输入车辆纵向动力学仿真模型，得到仿真的实际车速；
步骤S4，计算实际车速与怠速目标车速的差值，将该差值作为偏差输入PID控制算法，构成闭环控制；结合《PID与车辆纵向动力学模型闭环控制框图》查看，扭矩作用的结果反映在实际车速上，实际车速值与怠速目标车速值做差值作为PID控制算法的输入量，以此构成了闭环；
步骤S5，调节PID控制算法的比例系数、积分系数、微分系数获取加速度和冲击率符合量化指标条件及整车性能要求的怠速扭矩加载曲线；其中，以车速、加速度、冲击率为怠速扭矩匹配优劣的量化指标，例如：怠速目标车速与实际车速稳态误差在±0.5km/h(TBD)以内为优，符合量化指标，怠速目标车速与实际车速稳态误差不在±0.5km/h(TBD)以内为劣，不符合量化指标；怠速起步加速过程中加速度不大于0.7m/s2(TBD)为优，符合量化指标，怠速起步加速过程中加速度大于0.7m/s2(TBD)为劣，不符合量化指标；怠速起步加速过程中冲击率不大于1.2m/s3(TBD)为优，符合量化指标，怠速起步加速过程中冲击率大于1.2m/s3(TBD)为劣，不符合量化指标；
步骤S6，将怠速扭矩加载曲线以车速(或电机转速)-怠速扭矩二维查表的方式移植入车辆程序进行实车的验证和主观评价，验证实车效果是否满足量化指标及整车性能的要求，若满足则说明怠速扭矩加载曲线符合要求，若不满足则微调怠速扭矩加载曲线，直至满足要求。
本发明提供的方法将PID控制与车辆纵向动力学仿真模型相结合，通过闭环仿真获取怠速扭矩加载曲线；通过车辆动力学参数(包括车辆载荷、转动惯量系数、速比、轮胎半径、滚动摩擦阻力系数)和环境参数(包括路面坡度、风阻面积、风阻系数)的修改可以仿真不同的车型和工况；通过修改PID参数就可以获得不同加速度和冲击率的怠速扭矩加载曲线；将仿真结果指导于实车匹配，可缩短匹配时间，降低研发成本。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：本发明提供的方法运用模型仿真得到与实车效果相近的怠速扭矩加载曲线，通过实车的怠速工况验证和怠速扭矩加载曲线微调，可以快速地完成怠速扭矩标定匹配，从而缩短整车控制器软件的研发周期，也有利于降低车型软件开发的成本。
附图说明
图1是本发明一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法的流程示意图。
图2是PID与车辆纵向动力学仿真模型闭环控制框图。
图3是车辆纵向动力学仿真模型框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1-图3，本发明的实施例提供了一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法，包括以下步骤：
步骤S1，基于Matlab软件环境建立车辆纵向动力学仿真模型，车辆纵向动力学仿真模型的参数包括整车质量、重力加速度、滚动摩擦阻力系数、转动惯量系数、风阻面积、风阻系数、空气密度、路面坡度、变速箱速比、传动系统效率、轮胎半径、目标车速；本实施例中，主要基于汽车动力学的一些计算公式例如滚动摩擦力计算、风阻力计算、坡度阻力计算、电机输出端到轮边扭矩换算、轮胎切地点的纵向受力分析等公式建立车辆纵向动力学仿真模型；
步骤S2，建立PID控制算法，PID控制算法的公式为：
Torque＝Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]，
式中，Kp表示比例系数，Ki表示积分系数，Kd表示微分系数，e(k)表示本次偏差，e(k-1)表示上一次的偏差，∑e(k)表示本次偏差以及之前偏差的累计和；k为1,2，n；n为大于1的自然数；Torque表示PID控制驱动扭矩；
步骤S3，将PID控制算法中的PID控制驱动扭矩作用于车辆纵向动力学仿真模型，得到仿真的实际车速；
步骤S4，计算实际车速与怠速目标车速的差值，将该差值作为偏差输入PID控制算法，构成闭环控制；结合《PID与车辆纵向动力学模型闭环控制框图》查看，扭矩作用的结果反映在实际车速上，实际车速值与怠速目标车速值做差值作为PID控制算法的偏差输入量，以此构成了闭环；
步骤S5，调节PID控制算法的比例系数、积分系数、微分系数获取加速度和冲击率符合量化指标条件及整车性能要求的怠速扭矩加载曲线；其中，以车速、加速度、冲击率为怠速扭矩匹配优劣的量化指标，例如：怠速目标车速与实际车速稳态误差在±0.5km/h(TBD)以内为优，符合量化指标，怠速目标车速与实际车速稳态误差不在±0.5km/h(TBD)以内为劣，不符合量化指标；怠速起步加速过程中加速度不大于0.7m/s2(TBD)为优，符合量化指标，怠速起步加速过程中加速度大于0.7m/s2(TBD)为劣，不符合量化指标；怠速起步加速过程中冲击率不大于1.2m/s3(TBD)为优，符合量化指标，怠速起步加速过程中冲击率大于1.2m/s3(TBD)为劣，不符合量化指标；
步骤S6，将怠速扭矩加载曲线以车速(或电机转速)-怠速扭矩二维查表的方式移植入车辆程序进行实车的验证和主观评价，验证实车效果是否满足量化指标及整车性能的要求，若满足则说明怠速扭矩加载曲线符合要求，怠速扭矩匹配完成，若不满足则微调怠速扭矩加载曲线，直至满足要求。
以上未涉及之处，适用现有技术。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，建立车辆纵向动力学仿真模型；
S2，建立PID控制算法，PID控制算法的公式为：
Torque＝Kp*e(k)+Ki*∑e(k)+Kd[e(k)-e(k-1)]，
式中，Kp表示比例系数，Ki表示积分系数，Kd表示微分系数，e(k)表示本次偏差，e(k-1)表示上一次的偏差，∑e(k)表示本次偏差以及之前的偏差的累计和；K为1，2，n；n为自然数；Torque表示PID控制驱动扭矩；
S3，将PID控制算法中的PID控制驱动扭矩输入车辆纵向动力学仿真模型，得到仿真的实际车速；
S4，计算实际车速与怠速目标车速的差值，将该差值输入PID控制算法，构成闭环控制；
S5，调节PID控制算法的比例系数、积分系数和微分系数获取加速度和冲击率符合量化指标及整车性能要求的怠速扭矩加载曲线；
S6，将怠速扭矩加载曲线移植入车辆程序进行实车的验证和主观评价，验证实车效果是否满足量化指标及整车性能的要求，若满足则说明怠速扭矩加载曲线符合要求，若不满足则微调怠速扭矩加载曲线，直至满足要求。
2.根据权利要求1所述的氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法，其特征在于，所述车辆纵向动力学仿真模型的参数包括整车质量、重力加速度、滚动摩擦阻力系数、转动惯量系数、风阻面积、风阻系数、空气密度、路面坡度、变速箱速比、传动系统效率、轮胎半径、目标车速。
3.根据权利要求1所述的氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法，其特征在于，以车速为怠速扭矩匹配优劣的量化指标，怠速目标车速与实际车速稳态误差在±0.5km/h以内时为优，符合量化指标；怠速目标车速与实际车速稳态误差不在±0.5km/h以内时为劣，不符合量化指标。
4.根据权利要求1所述的氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法，其特征在于，以加速度为怠速扭矩匹配优劣的量化指标，怠速起步加速过程中加速度不大于0.7m/s2为优，符合量化指标；怠速起步加速过程中加速度大于0.7m/s2为劣，不符合量化指标。
5.根据权利要求1所述的氢燃料电池车的怠速扭矩匹配方法，其特征在于，以冲击率为怠速扭矩匹配优劣的量化指标，怠速起步加速过程中冲击率不大于1.2m/s3为优，符合量化指标；怠速起步加速过程中冲击率大于1.2m/s3为劣，不符合量化指标。
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Effective date of registration: 20230201

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Pledgee: China Construction Bank Corporation Wuhan Gangcheng sub branch

Pledgor: Grove Hydrogen Energy Technology Group Co.,Ltd.

Registration number: Y2023420000015

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