CN113126593B - 一种增程式电动汽车能量管理策略测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增程式电动汽车能量管理策略测试系统及方法，其中系统包括仿真平台和试验平台，其中：仿真平台，用于针对增程式电动汽车，通过不同的能量管理策略进行仿真测试并得到对应策略下增程器油耗及动力部件工作表现，同时将仿真计算过程数据导入至所述试验平台中；试验平台，用于针对来自仿真平台的仿真计算过程数据进行试验验证仿真模型的准确度，同时将试验测得数据与仿真结果对比，修正仿真模型。同时本发明还提供与增程式电动汽车能量管理策略测试系统相对应的测试方法，与现有技术相比，本发明具有确保仿真系统的精度和准确性，使其可以较好的模拟出增程器在整车搭载中的油耗与控制表现，作为选择能量管理策略方案的可靠依据等优点。

Description

一种增程式电动汽车能量管理策略测试系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车测试技术领域，尤其是涉及一种增程式电动汽车能量管理策略测试系统及方法。

背景技术

增程式电动汽车作为新能源汽车发展中的一条技术路线，具有降低整车能耗、减少排放的优点，并且相较于纯电动汽车，解决了里程焦虑的问题，是现阶段解决车辆能源问题的一个高效、低成本、易于实现的手段。由于增程式电动汽车复杂的动力系统，需要制定能量管理策略，解决如何优化多动力源之间能量分配的问题。能量管理策略也是增程器控制器的核心部分。在控制器的开发阶段，需要对能量管理策略进行测试和验证。

目前，广泛使用的能量管理策略测试方法主要有以下三种：软件仿真测试方法、HIL测试方法和实车测试方法。

在软件仿真测试方法下，仿真模型运行于高性能计算机中，仿真策略不受整车控制器硬件限制，可以验证复杂算法。软件仿真测试方法中较为常见的是基于Cruise/CarSim/MATLAB/CarMaker/Autonomie等软件建立整车物理模型，基于Matlab/Simulink建立能量管理策略模型，作为增程式电动汽车能量管理策略的仿真测试系统。

在HIL测试方法下，控制策略实时运行在控制器中，可以验证策略在控制器中的实时性。在HIL测试方法中，较常用的是使用DSPACE设备进行整车模拟测试。在该方法下，整车模型实时运行于DSPACE控制器中，和整车控制器硬件相连组成HIL台架，DSPACE控制器模拟整车信号给整车控制器，随后整车控制器将控制信号传递给DSPACE控制器。

在实车测试方法下，车辆运行在转鼓实验室，通过驾驶员驾驶完成整车循环测试，之后得出整车油耗。该测试方法更多的应用在整车企业中，用来验证和优化整车控制策略并得出车辆的实际测试油耗。

增程器开发阶段需要对能量管理策略进行测试及验证，但是使用软件仿真测试方法和增程器控制器HIL测试方法测试结果存在误差，且通常需要另外的台架试验提供物理模型的参数；使用实车测试方法，测试设备价格高昂、成本高，且测试时间长，通常更多的应用于整车企业中。

另外，在不同驾驶循环、环境温度下，能量管理策略的能耗及控制效果表现存在差异，可能影响最终能量管理策略方案的选择。然而，目前的能量管理策略测试方法通常不考虑驾驶工况及环境温度两个因素的影响。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种增程式电动汽车能量管理策略测试系统及方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种增程式电动汽车能量管理策略测试系统，该系统包括仿真平台和试验平台，其中：

所述仿真平台，用于针对增程式电动汽车，通过不同的能量管理策略进行仿真测试并得到对应策略下增程器油耗及动力部件工作表现，同时将仿真计算过程数据导入至所述试验平台中；

所述试验平台，用于针对来自所述仿真平台的仿真计算过程数据进行试验验证准确度，同时将试验测得数据再次返回导入至所述仿真平台中。

进一步地，所述的仿真平台包括：

驾驶工况模块，用于向所述整车物理模型输入增程式电动汽车的速度-时间曲线；

整车物理模型，用于根据增程式电动汽车的速度-时间曲线解析得到驱动电机需求功率、电池SOC和实际车速，并输入至所述能量管理策略模型；

能量管理策略模型，用于根据输入自身的信息计算得到增程器目标工作点，并反馈发动机和ISG电机控制信号至所述整车物理模型中。

进一步地，所述的能量管理策略模型中内置的能量管理策略包括：单点控制策略、多点控制策略、车速跟随控制策略、功率跟随控制策略和ECMS等效油耗最小策略。

进一步地，所述的试验平台包括增程器，所述增程器分别与发动机控制器ECU、ISG电机控制器GCU、油耗仪、功率分析仪和模拟电源通过CAN线相连接，所述发动机控制器ECU和ISG电机控制器GCU还与增程器控制器RCU相连接，所述油耗仪、功率分析仪和模拟电源还与台架控制系统通过CAN线相连接，所述增程器控制器RCU还与CAN卡和标定电脑相连接。

本发明还提供一种基于所述的增程式电动汽车能量管理策略测试系统的测试方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：建立用于组成所述仿真平台所需的实际待测增程式电动车整车物理模型和对应的能量管理策略模型；

步骤2：建立所述试验平台，针对增程式电动汽车，通过不同的能量管理策略进行仿真测试并得到对应功率结果，同时将仿真计算过程数据导入至所述试验平台中；

步骤3：针对来自所述仿真平台的仿真计算过程数据进行试验验证准确度，同时将试验测得数据与仿真模型对比以对所述仿真平台进行修正；

步骤4：基于修正的所述仿真平台对比测试多种能量管理策略在不同驾驶工况和环境温度的影响下的能耗及控制效果表现。

进一步地，所述步骤1中的仿真平台包括：

驾驶工况模块，用于向所述整车物理模型输入增程式电动汽车的速度-时间曲线；

整车物理模型，用于根据增程式电动汽车的速度-时间曲线解析得到驱动电机需求功率、电池SOC和实际车速，并输入至所述能量管理策略模型；

能量管理策略模型，用于根据输入自身的信息计算得到增程器目标工作点，并反馈发动机和ISG电机控制信号至所述整车物理模型中。

进一步地，所述步骤1中的能量管理策略模型中内置的能量管理策略包括：单点控制策略、多点控制策略、车速跟随控制策略、功率跟随控制策略和ECMS等效油耗最小策略。

进一步地，所述的步骤1具体包括：分别通过AVL Cruise软件和Matlab/Simulink软件建立用于组成所述仿真平台所需的实际待测增程式电动车整车物理模型和对应的能量管理策略模型。

进一步地，所述的步骤4中的能耗及控制效果表现包括不同策略的单个驾驶循环的百公里油耗和电池充放电损失的值；以及增程器扭矩、转速、发电功率和电池SOC随时间的变化曲线。

进一步地，所述的步骤4具体包括：基于修正的所述仿真平台对比测试多种能量管理策略在仿真环境温度为25℃、WLTC工况、CS模式下的整车能耗及控制表现。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)与软件仿真测试方法和增程器控制器HIL测试方法相比，本测试方法结合仿真测试及试验研究，使用仿真平台对比研究不同的能量管理策略方案，使用试验验证仿真平台的准确性，减小测试结果的误差。并且，本测试系统不需要整车物理模型商业实时控制器及其上位机软件，测试成本低。与实车测试方法相比，本测试方法不需要昂贵的试验设备，提高了测试效率，降低了测试对软硬件系统的要求。

(2)同时，本测试方法考虑了驾驶工况和环境温度的变化对能量管理策略在某一车型上能耗及控制表现的影响。通过仿真比较不同的能量管理策略在NEDC循环工况、WLTC循环工况以及25℃和-10℃环境温度下在某一车型上的表现，选择综合整车能耗表现和控制效果最优的能量管理策略方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的测试系统及方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本测试方法包括仿真平台和试验平台两部分，见图1，仿真平台主要包括：驾驶工况模块、整车物理模型和能量管理策略模型。

本测试方法主要搭建了五个能量管理策略模型，分别是单点控制策略、多点控制策略、车速跟随控制策略、功率跟随控制策略和ECMS等效油耗最小策略。

仿真平台工作时，驾驶工况模块向整车物理模型输入速度-时间曲线，整车物理模型将解析后的驱动电机需求功率P_mot(t)、电池SOC(t)、实际车速；能量管理策略根据输入信息计算增程器目标工作点，并反馈发动机控制信号和ISG电机控制信号给整车物理模型，整车物理模型响应输入控制信号。试验平台主要包括：标定电脑、CAN卡、增程器控制器RCU、发动机控制器ECU、ISG电机控制器GCU、增程器、油耗仪、功率分析仪、台架控制系统、模拟电源等。试验平台中零部件通过硬线连接，控制信号与观测信号通过CAN线发出。标定电脑与CAN卡连接到RCU系统中进行实时标定。试验时，预先将能量管理策略与控制策略刷写于增程器控制器RCU，RCU通过CAN线控制ECU和GCU；ECU和GCU分别向发动机和ISG电机发出控制指令。油耗仪与功率分析仪实时记录着增程器的电功率与油耗，并通过CAN信号发送至标定电脑中储存起来。

本测试方法的主要步骤如图1所示：

首先，针对某一具体车型，基于AVL Cruise软件建立增程式电动汽车整车物理模型，基于Matlab/Simulink软件建立五种实时能量管理策略模型(单点、多点、功率跟随、车速跟随、ECMS)。然后搭建增程器试验台架，对单点和功率跟随两种策略的仿真计算和试验结果进行对比，以验证仿真模型的准确性，并对仿真模型进行修正。接着，基于仿真平台对比研究四种能量管理策略(单点、多点、车速跟随、ECMS)在仿真环境温度25℃(影响电池模型内阻值)、WLTC工况、CS模式(驾驶循环始末的SOC值误差小于0.1％)下的整车能耗及控制表现。具体地说，整车能耗的研究主要包括对比不同策略的百公里油耗(L/100km)和此循环下电池充放电损失(kWh)的值。控制表现的研究主要包括对比一个驾驶循环中增程器扭矩、转速、发电功率、电池SOC随时间的变化曲线：增程器启停次数越少、工作点变化约平稳，对整车NVH、排放有利；电池SOC波动越小，对电池的循环使用寿命有利。综合整车能耗及控制表现，择优选择能量管理策略方案，针对本车型最终选择的是单点控制策略方案。最后，为了探究选择的能量管理策略方案在不同驾驶工况和环境温度的影响下是否具有普适性，基于仿真平台研究了在仿真环境温度25℃、NEDC工况、CS模式下的不同控制策略能耗及控制效果表现；以及在仿真环境温度零下10℃、WLTC工况、CS模式下不同控制策略的能耗表现。在本车型中，单点控制策略均表现最优，具有普适性。

本发明的创新点在于：

(1)此方法包含仿真计算和试验验证，通过将仿真计算过程数据导入整车控制器，在试验平台上对仿真模型的准确性进行验证，并将试验测得的增程器比油耗导入仿真平台，确保仿真系统的精度和准确性，使其可以较好的模拟出增程器在整车搭载中的油耗与控制表现，作为选择能量管理策略方案的可靠依据。

(2)此方法中，集成整车模型及控制策略模型于同一控制器中，不仅结构简单、成本低廉，还可以同时刷写模型至控制器中，减少编译步骤。

(3)此方法不仅可以模拟整车循环油耗，还可以研究多种能量管理策略对增程式电动汽车能耗及控制效果的影响；并且针对不同车型，考虑驾驶循环工况及环境温度的影响，选择综合整车能耗及控制效果表现最优的能量管理策略方案。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种增程式电动汽车能量管理策略测试系统，其特征在于，该系统包括仿真平台和试验平台，其中：

所述仿真平台，用于针对增程式电动汽车，通过不同的能量管理策略进行仿真测试并得到对应策略下油耗及动力部件工作表现，同时将仿真计算过程数据导入至所述试验平台中；

所述试验平台，用于针对来自所述仿真平台的仿真计算过程数据进行试验验证准确度，同时将试验测得数据与仿真结果对比，修正仿真模型；

所述的仿真平台包括：

驾驶工况模块，用于向整车物理模型输入增程式电动汽车的速度-时间曲线；

整车物理模型，用于根据增程式电动汽车的速度-时间曲线解析得到驱动电机需求功率、电池SOC和实际车速，并输入至所述能量管理策略模型；

能量管理策略模型，用于根据输入自身的信息计算得到增程器目标工作点，并反馈发动机和ISG电机控制信号至所述整车物理模型中，

所述的试验平台包括增程器，所述增程器分别与发动机控制器ECU、ISG电机控制器GCU、油耗仪、功率分析仪和模拟电源通过CAN线相连接，所述发动机控制器ECU和ISG电机控制器GCU还与增程器控制器RCU相连接，所述油耗仪、功率分析仪和模拟电源还与台架控制系统通过CAN线相连接，所述增程器控制器RCU还与CAN卡和标定电脑相连接。

2.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车能量管理策略测试系统，其特征在于，所述的能量管理策略模型中内置的能量管理策略包括：单点控制策略、多点控制策略、车速跟随控制策略、功率跟随控制策略和ECMS等效油耗最小策略。

3.一种基于如权利要求1所述的增程式电动汽车能量管理策略测试系统的测试方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：建立用于组成所述仿真平台所需的实际待测增程式电动车整车物理模型和对应的能量管理策略模型；

步骤2：建立所述试验平台，针对增程式电动汽车，通过不同的能量管理策略进行仿真测试并得到增程器油耗及各动力部件工作表现，同时将仿真计算过程数据导入至所述试验平台中；

步骤3：针对来自所述仿真平台的仿真计算过程数据进行试验验证准确度，同时根据试验数据对仿真模型进行修正；

步骤4：基于修正的所述仿真平台对比测试多种能量管理策略在不同驾驶工况和环境温度的影响下的能耗及控制效果表现。

4.根据权利要求3所述的一种基于所述的增程式电动汽车能量管理策略测试系统的测试方法，其特征在于，所述步骤1中的仿真平台包括：

驾驶工况模块，用于向所述整车物理模型输入增程式电动汽车的速度-时间曲线；

整车物理模型，用于根据增程式电动汽车的速度-时间曲线解析得到驱动电机需求功率、电池SOC和实际车速，并输入至所述能量管理策略模型；

能量管理策略模型，用于根据输入自身的信息计算得到增程器目标工作点，并反馈发动机和ISG电机控制信号至所述整车物理模型中。

5.根据权利要求3所述的一种基于所述的增程式电动汽车能量管理策略测试系统的测试方法，其特征在于，所述步骤1中的能量管理策略模型中内置的能量管理策略包括：单点控制策略、多点控制策略、车速跟随控制策略、功率跟随控制策略和ECMS等效油耗最小策略。

6.根据权利要求3所述的一种基于所述的增程式电动汽车能量管理策略测试系统的测试方法，其特征在于，所述的步骤1具体包括：分别通过AVL Cruise软件和Matlab/Simulink软件建立用于组成所述仿真平台所需的实际待测增程式电动车整车物理模型和对应的能量管理策略模型。

7.根据权利要求3所述的一种基于所述的增程式电动汽车能量管理策略测试系统的测试方法，其特征在于，所述的步骤4中的能耗及控制效果表现包括不同策略的单个驾驶循环的百公里油耗和电池充放电损失的值；以及增程器扭矩、转速、发电功率和电池SOC随时间的变化曲线。

8.根据权利要求3所述的一种基于所述的增程式电动汽车能量管理策略测试系统的测试方法，其特征在于，所述的步骤4具体包括：基于修正的所述仿真平台对比测试多种能量管理策略在仿真环境温度为25℃、WLTC工况、CS模式下的整车能耗及控制表现。

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