CN113428131B - 一种兼顾cdpf主动再生的发动机工作点选择及调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择及调整方法，选择方法中，计算工况点下发动机的各个候选工作点在当前CDPF碳载量下的平均系统有效燃料消耗率，选择平均系统有效燃料消耗率最小的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，按照最佳电功率进行CDPF电加热主动再生。与现有技术相比，本发明通过计算平均系统有效燃料消耗率来选择发动机最优工作点，除了CDPF碳载量对燃油经济性的影响外，还考虑了CDPF主动再生的功率消耗，得到的发动机最优工作点考虑未来一段时间内的燃油经济性，更加贴合实车行驶状况，得到的发动机最优工作点更加准确、贴合实际，更好地提高了燃油经济性，实现对整车油耗的优化。

Description

一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择及调整方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车控制领域，尤其是涉及一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择及调整方法。

背景技术

对于传统的汽车，整车驱动功率始终等于发动机功率，当整车驱动功率低的时候，所需的发动机功率也低。而发动机的一个显著特点就是在负荷比较大，功率比较大的工况下，发动机的比油耗比较低，在低功率的工况下，发动机的比油耗很高，经济性不好。混合动力汽车既有发动机，又有动力电池，因此相同工况下，结合动力电池的充放电，发动机的候选工作点更多，可以找到满足汽车驱动功率、同时燃料消耗率最低的发动机工作点。

发动机的尾气排放是受国家排放法规严格限制的，一般通过尾气后处理装置对尾气进行处理，其中，颗粒捕集器DPF是目前最为有效的控制颗粒物排放的装置。但是，DPF中不断增加的碳颗粒会逐渐堵塞DPF的空隙，造成发动机的背压增加，从而导致发动机排气功的增加，有效功的减小，因此需要进行DPF再生。

DPF再生即氧化燃烧DPF滤芯上沉积的碳颗粒物，减少DPF内的碳载量，包括主动再生和被动再生，主动再生即通过喷油或加热提高DPF内的温度，氧化燃烧碳颗粒物，被动再生(CDPF)即在DPF内通过催化剂降低反应的活化能，使得不需要增温就能进行碳颗粒物氧化。但是，由于发动机的工况无法选择，可能会出现碳积累速度大于被动再生速率的情况，因此完全依靠被动再生无法保证避免DPF堵塞，常用的手段是采用主动再生与被动再生相结合的方式，一方面通过催化型DPF(CDPF)替代传统的DPF，增加DPF再生速率，另一方面在被动再生无法满足要求的情况下，进行主动再生。

传统的柴油机往往通过喷射燃油进行主动再生，也有的尾气处理系统通过电加热器对DPF内部进行加热实现主动再生。在混合动力汽车领域，由于其本身具有高压动力电池，因此电加热式CDPF再生系统得到了较多的应用，使用动力电池堆整体式陶瓷CDPF实现再生。

此前，申请人已向中国专利局提交了名称为“一种兼顾CDPF碳载量的发动机工作点选择及调整方法”，申请号为“CN2021107247768”，申请日为“2021/6/29”的中国发明专利申请，考虑了发动机的比油耗、发动机和动力电池之间的能量转换损失以及CDPF碳载量对发动机燃油消耗量的影响，并考虑了未来一段时间的CDPF碳载量增加速率，将平均系统有效燃料消耗率最小的候选工作点作为发动机最优工作点。但是，考虑到混合动力汽车行驶过程中会进行主动再生，即使用一定程度的电功率加热CDPF进行主动再生。申请人在先申请的专利没有考虑主动再生的功率消耗，也无法提供当前工况下的最佳CDPF电加热功率，因此需要一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择及调整方法。

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兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择及调整方法，通过计算平均系统有效燃料消耗率来选择发动机最优工作点，除了CDPF碳载量对燃油经济性的影响外，还考虑了CDPF主动再生的功率消耗，得到的发动机最优工作点考虑未来一段时间内的燃油经济性，更加贴合实车行驶状况，得到的发动机最优工作点更加准确、贴合实际，更好地提高了燃油经济性，实现对整车油耗的优化。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，具体为：

混合动力汽车行驶过程中包括多个不同的工况点，每个工况点下存在不同的发动机候选工作点，对于混合动力汽车的一个工况点，获取当前CDPF碳载量，组合不同候选工作点和不同电加热功率，得到该工况点在当前CDPF碳载量下平均系统有效燃料消耗率最小的最佳组合，将所述最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将所述最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用；所述平均系统有效燃料消耗率be^pre2的计算公式如下：

其中，be^ef3表示该候选工作点考虑CDPF碳载量及CDPF主动再生后的系统有效燃料消耗率，Δt表示预设置的时间长度，

表示在当前CDPF碳载量下该候选工作点的燃料消耗率，P^val2表示该候选工作点下考虑能量转换损耗和CDPF主动电加热再生后发动机的系统有效输出功率，系统有效燃料消耗率对时间的导数为：

Q_{PM_inc}＝Q·C_in-Q·C_out

其中，m_PM表示CDPF碳载量，Q_{PM_inc}表示发动机原始的PM质量流量，即CDPF内的PM质量累计速率，Q_{PM_dec}表示CDPF内的PM质量因CDPF被动再生而减少的速率，Q为CDPF实际的排气体积流量(m³/s)，C_in和C_out分别等于CDPF实际的入口碳烟颗粒排放浓度和实际的出口碳烟颗粒排放浓度(kg/m³)，m_PM1是t₁时刻根据CDPF两端的压力差Δp_PM1估计的碳载量，m_PM2是t₂时刻根据CDPF两端的压力差Δp_PM2估计的碳载量，燃料消耗率

对CDPF碳载量m_PM的导数通过实验近似计算得到；

P^val2的公式如下：

当动力电池的充放电功率为零时，P^val2的公式为：

P^val2＝P-P_PM

其中，P表示候选工作点下混合动力汽车的驱动功率；

当动力电池的充放电功率为充电时，P^val2的公式为：

P^val2＝P+η_Gen×η_chg×ΔP_e-P_PM

其中，ΔP_e表示该候选工作点下发动机除驱动功率以外的剩余有效输出功率，P_PM表示该候选工作点下动力电池对CDPF进行电加热主动再生所消耗的电功率，η_Gen表示该候选工作点下电机的发电效率，η_Chg表示该候选工作点下动力电池的充电效率；

当动力电池的充放电功率为放电时，P^val2的公式为：

其中，ΔP_s表示该候选工作点下由电机助力替代的发动机有效输出功率，P_PM表示该候选工作点下动力电池对CDPF进行电加热主动再生所消耗的电功率，η_Mot表示该候选工作点下电机的助力效率，η_Dchg表示该候选工作点下动力电池的放电效率。

进一步的，燃料消耗率对CDPF碳载量的导数计算方法如下：

选定一个CDPF碳载量，测试各个候选工作点在该CDPF碳载量下的燃料消耗率，按照预设置的步长Δm改变CDPF的碳载量，重复上述步骤，得到不同CDPF碳载量下各个候选工作点的燃料消耗率；对于一个候选工作点R，基于该候选工作点在不同CDPF碳载量下的燃料消耗率近似计算得到在候选工作点R下燃料消耗率对CDPF碳载量的导数：

m2＝m+Δm

m1＝m-Δm

其中，Q_{fuel_R_m}表示CDPF碳载量为m时，发动机在候选工作点R下的燃料消耗率。

进一步的，包括以下步骤：

S1：确定工况点的车速和变速箱目标输出扭矩；

S2：将CDPF的碳载量调整为当前CDPF碳载量；

S3：调整发动机的扭矩和电机的扭矩，使得发动机和电机的扭矩分配满足工况点的变速箱目标输出扭矩，得到发动机的多个候选工作点，组合不同候选工作点和不同电加热功率；

S4：分别计算每个组合下的平均系统有效燃料消耗率，得到平均系统有效燃料消耗率最小的最佳组合，将所述最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将所述最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用。

更进一步的，步骤S3具体为：

按照预设置的调整间隔增加发动机扭矩并减小电机扭矩，或者按照预设置的间隔减小发动机扭矩并增加电机扭矩，使得发动机和电机的扭矩分配满足变速箱目标输出扭矩，得到多个候选工作点，组合不同候选工作点和不同电加热功率，在每个组合下获取下列参数：动力电池的充放电功率、燃料消耗率对CDPF碳载量的导数以及当前CDPF碳载量下发动机的燃料消耗率。

更进一步的，预设置的调整间隔为5Nm。

更进一步的，在调整过程中发动机扭矩小于最大扭矩，所述最大扭矩是在满足工况点的前提下发动机扭矩达到外特性的最大扭矩。

更进一步的，在调整过程中发动机扭矩大于最小扭矩，所述最小扭矩为0Nm。

一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点调整方法，包括工况表建立阶段和工况表应用阶段，工况表建立阶段为：

确定混合动力汽车行驶过程中的多个工况点，分别获取每个工况点在不同CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为CDPF电加热主动再生的最佳电功率写入工况表中，所述最佳组合是基于如权利要求1-7中任一所述的兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法获取的；

工况表应用阶段为：

获取混合动力汽车的当前车速、当前变速箱目标输出扭矩、CDPF背压和排气流量，基于CDPF背压和排气流量确定当前CDPF碳载量，基于工况表、当前车速、当前变速箱目标输出扭矩和当前CDPF碳载量得到发动机最优工作点和最佳电功率并应用。

进一步的，工况表建立阶段包括以下步骤：

T1：确定一个CDPF碳载量，确定一个工况点的车速和变速箱输出扭矩；

T2：调整发动机的扭矩和电机的扭矩，组合不同候选工作点和不同电加热功率，得到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T3：保持车速不变，改变变速箱目标输出扭矩，得到一个新的工况点，重复步骤T2-T3，直至得到该车速下所有工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T4：改变车速，得到一个新的工况点，重复步骤T2-T4，直至得到所有工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T5：调整CDPF碳载量，确定一个工况点的车速和变速箱输出扭矩，重复步骤T2-T5，直至得到所有工况点在不同CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中。

进一步的，工况表应用阶段具体为：

将工况表写入混合动力汽车的控制器；

获取混合动力汽车的动力电池SOC、当前车速、当前变速箱目标输出扭矩、CDPF背压和排气流量，基于CDPF背压和排气流量确定当前CDPF碳载量；

如果动力电池SOC的值在预设置的阈值范围内，则找到工况表中与当前车速和当前变速箱目标输出扭矩最接近的工况点，找到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将所述最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将所述最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用；

如果动力电池SOC的值不在预设置的阈值范围内，则找到工况表中与当前车速和当前变速箱目标输出扭矩最接近的工况点，找到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，以最佳组合中的候选工作点为基准，以动力电池SOC与阈值范围的差值为比例，增加或减少用于为动力电池充电的发动机有效功率，得到发动机最优工作点并应用，以最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用。

更进一步的，预设置阈值范围为40％～60％。

与现有技术相比，本发明通过计算平均系统有效燃料消耗率来选择发动机最优工作点，除了CDPF碳载量对燃油经济性的影响外，还考虑了CDPF主动再生的功率消耗，得到的发动机最优工作点考虑未来一段时间内的燃油经济性，更加贴合实车行驶状况，得到的发动机最优工作点更加准确、贴合实际，更好地提高了燃油经济性，实现对整车油耗的优化。

附图说明

图1为发动机工作点选择方法的流程图；

图2为实施例中发动机的候选工作点示意图；

图3为实施例中考虑碳载量的系统有效燃料消耗率和考虑CDPF主动再生的系统有效燃料消耗率的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，具体为：

混合动力汽车行驶过程中包括多个不同的工况点，每个工况点下存在不同的发动机候选工作点，对于混合动力汽车的一个工况点，获取当前CDPF碳载量，组合不同候选工作点和不同电加热功率，得到该工况点在当前CDPF碳载量下平均系统有效燃料消耗率最小的最佳组合，将最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用；平均系统有效燃料消耗率be^pre2的计算公式如下：

其中，be^ef3表示该候选工作点的系统有效燃料消耗率，单位为g/kWh，Δt表示预设置的时间长度，

表示该候选工作点在当前CDPF碳载量下发动机的燃料消耗率，单位为g/h，P^val2表示该候选工作点下考虑能量转换损耗和CDPF主动电加热再生后发动机的系统有效输出功率，单位为kW。

本申请中考虑到CDPF中的碳载量会造成发动机的背压增加，从而导致发动机排气功的增加，有效功的减小，要维持目标功率输出，需要喷更多的燃油，从而造成发动机燃料消耗量的增长。因此在同一工况同一候选工作点下，不同的CDPF碳载量下的燃料消耗率是不同的。不同CDPF碳载量下的燃料消耗率可以通过基础实验获取，如保持发动机的候选工作点不变，测试不同CDPF碳载量下的燃料消耗率。

在CDPF的两端安装压力传感器，可以通过CDPF的前后压差以及排气流量估算CDPF碳载量，在此处不多加赘述，相关行业从业者可以理解。本申请在选择一个工况点的发动机最优工作点时，考虑到不同CDPF碳载量对燃油消耗率的影响，也考虑了不同工况和不同CDPF碳载量下进行主动再生消耗的电功率，因此对于一个具体的工况点，将该工况点下不同的候选工作点与不同的电加热功率进行组合，选择一个平均系统有效燃料消耗率最低的组合为最佳组合并应用，得到发动机最优工作点的同时，也得到与发动机最优工作点配合的最佳电功率用于CDPF主动电加热再生。

在计算平均系统有效燃料消耗率be^pre2时，系统有效燃料消耗率be^ef3对时间t的导数为：

Q_{PM_inc}＝Q·C_in-Q·C_out

其中，m_PM表示CDPF碳载量，Q_{PM_inc}表示发动机原始的PM质量流量，即CDPF内的PM质量累计速率，Q_{PM_dec}表示CDPF内的PM质量因CDPF被动再生而减少的速率，Q为CDPF实际的排气体积流量(m³/s)，C_in和C_out分别等于CDPF实际的入口碳烟颗粒排放浓度和实际的出口碳烟颗粒排放浓度(kg/m³)，m_PM1是t₁时刻根据CDPF两端的压力差Δp_PM1估计的碳载量，m_PM2是t₂时刻根据CDPF两端的压力差Δp_PM2估计的碳载量，Q_{PM_inc}和Q_{PM_dec}同样通过基础实验获得，与工况和CDPF碳载量有关，相关行业从业者可以理解，不再赘述。燃料消耗率对CDPF碳载量的导数通过实验近似计算，计算方法如下：

选定一个CDPF碳载量，测试各个候选工作点在该CDPF碳载量下的燃料消耗率，按照预设置的步长Δm改变CDPF的碳载量，重复上述步骤，得到不同CDPF碳载量下各个候选工作点的燃料消耗率；对于一个候选工作点R，基于该候选工作点在不同CDPF碳载量下的燃料消耗率近似计算得到在候选工作点R下燃料消耗率对CDPF碳载量的导数：

m2＝m+Δm

m1＝m-Δm

其中，Q_{fuel_R_m}表示CDPF碳载量为m时，发动机在候选工作点R下的燃料消耗率。

电加热器加热CDPF进行主动再生的这部分功率由动力电池提供，在计算发动机的系统有效输出功率P^val2时考虑这部分电功率，P^val2的公式如下：

当动力电池的充放电功率为零时，P^val2的公式为：

P^val2＝P-P_PM

其中，P表示候选工作点下混合动力汽车的驱动功率；

当动力电池的充放电功率为充电时，P^val2的公式为：

P^val2＝P+η_Gen×η_Chg×ΔP_e-P_PM

其中，ΔP_e表示该候选工作点下发动机用于充电的有效输出功率，发动机除了提供整车驱动功率以外，多余的功率ΔP_e用于为动力电池充电，ΔP_e经过能量转换，损失了一部分能量，最终充入动力电池中的是η_Gen×η_Chg×ΔP_e，η_Gen表示该候选工作点下电机的发电效率，η_Chg表示该候选工作点下充电过程中的电池效率，η_Gen和η_Chg可以通过查表获得；此外，动力电池还会提供功率P_PM用于进行CDPF电加热主动再生，在充电模式下，考虑发动机的系统有效输出功率时，除了用于驱动车辆的功率和最终存入电池中的功率外，还考虑了主动再生的电加热功率；

当动力电池的充放电功率为放电时，P^val2的公式为：

其中，ΔP_s表示该候选工作点下电机助力替代的发动机有效输出功率，发动机用于驱动车辆的功率与ΔP_S之和等于混合动力汽车的整车功率，动力电池的放电功率经过能量转换，损失一部分能量后为ΔP_s，ΔP_s与发动机的有效输出功率一起作为整车的驱动功率，则动力电池实际放电的功率为(ΔP_s)/(η_Mot×η_Dchg)，η_Mot表示该候选工作点下电机的助力效率，η_Dchg表示该候选工作点下放电过程中的电池效率，η_Mot和η_Dchg可以通过查表获得，P_PM表示该候选工作点下动力电池对CDPF进行电加热主动再生所消耗的电功率。在放电模式下，考虑发动机的系统有效输出功率时，除了用于驱动车辆的功率、动力电池的能量转换损失外，还考虑了主动再生的电加热功率。

如图1所示，兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法包括以下步骤：

S1：确定工况点的车速和变速箱目标输出扭矩；

S2：将CDPF的碳载量调整为当前CDPF碳载量；

S3：调整发动机的扭矩和电机的扭矩，使得发动机和电机的扭矩分配满足工况点的变速箱目标输出扭矩，得到发动机的多个候选工作点，组合不同候选工作点和不同电加热功率；

步骤S3具体为：

按照预设置的调整间隔增加发动机扭矩并减小电机扭矩，或者按照预设置的间隔减小发动机扭矩并增加电机扭矩，使得发动机和电机的扭矩分配满足变速箱目标输出扭矩，得到多个候选工作点，组合不同候选工作点和不同电加热功率，在每个组合下获取下列参数：动力电池的充放电功率、燃料消耗率对CDPF碳载量的导数以及当前CDPF碳载量下发动机的燃料消耗率。

本实施例中，预设置的调整间隔为5Nm；在调整过程中发动机扭矩应当小于最大扭矩，且大于最小扭矩，最大扭矩是在满足工况点的前提下发动机扭矩达到外特性的最大扭矩，最小扭矩为0Nm。电机的扭矩可以为负值，电机的扭矩为负值表示向动力电池内充电。在其他实施方式中，可以根据需要改变调整间隔、最大扭矩和最小扭矩的值。

具体的，本实施例在调整发动机扭矩和电机扭矩时，先令电机扭矩为0，发动机扭矩满足变速箱目标输出扭矩，再增加发动机扭矩、减小电机扭矩，只依靠发动机输出，直至发动机扭矩达到最大扭矩。之后，令电机扭矩为0，发动机扭矩满足变速箱目标输出扭矩，再减小发动机扭矩、增加电机扭矩，直至发动机扭矩达到最小扭矩。这样，先为动力电池充电，使得动力电池先充满电，再使用动力电池助力，最大程度上减少了测试时间。

S4：分别计算每个组合下的平均系统有效燃料消耗率，得到平均系统有效燃料消耗率最小的最佳组合，将最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用。

一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点调整方法，包括工况表建立阶段和工况表应用阶段，工况表建立阶段为：

确定混合动力汽车行驶过程中的多个工况点，分别获取每个工况点在不同CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为CDPF电加热主动再生的最佳电功率写入工况表中，包括以下步骤：

T1：确定一个CDPF碳载量，确定一个工况点的车速和变速箱输出扭矩；

T2：调整发动机的扭矩和电机的扭矩，组合不同候选工作点和不同电加热功率，得到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T3：保持车速不变，改变变速箱目标输出扭矩，得到一个新的工况点，重复步骤T2-T3，直至得到该车速下所有工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T4：改变车速，得到一个新的工况点，重复步骤T2-T4，直至得到所有工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T5：调整CDPF碳载量，确定一个工况点的车速和变速箱输出扭矩，重复步骤T2-T5，直至得到所有工况点在不同CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中。本实施例中，最终得到的工作表是工况点-碳载量-发动机最优工作点-最佳电功率MAP图。

因为CDPF的碳载量是由于发动机尾气中的碳烟颗粒在滤网中沉淀慢慢形成的，不能随便的添加改变，因此基础试验的顺序是这样的，让发动机工作一段时间，CDPF积累了一定的碳载量，然后进行一轮扫点测试，扫点测试的步骤可以为：令发动机工作在一个候选工作点下，使用不同的电加热功率主动再生，记录平均系统有效燃料消耗率，再调整为其他的候选工作点，使用不同的电加热功率主动再生，记录平均系统有效燃料消耗率，重复执行，得到了一个工况点下不同候选工作点与不同电加热功率的各种组合，选择平均系统有效燃料消耗率最小的为最佳组合，得到一个工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，然后仍然在当前CDPF碳载量下，测试得到其他的工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，完成一轮扫点测试后，得到每个工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合。之后，让发动机工作一段时间(继续累积碳颗粒)，当CDPF碳载量又增加了一定质量后，再进行一轮扫点测试，得到不同的工况点在该CDPF碳载量下的最佳组合；此后，也重复上述操作，CDPF每增加一定量的碳载量，就进行一轮扫点测试，最终得到工况点-碳载量-最佳组合-MAP图，最佳组合中的候选工作点为工况点和CDPF碳载量对应的发动机最优工作点，最佳组合中的电加热功率为工况点和CDPF碳载量对应的CDPF电加热主动再生的最佳电功率。

工况表应用阶段为：

获取混合动力汽车的当前车速、当前变速箱目标输出扭矩、CDPF背压和排气流量，基于CDPF背压和排气流量确定当前CDPF碳载量，基于工况表、当前车速、当前变速箱目标输出扭矩和当前CDPF碳载量得到发动机最优工作点和最佳电功率并应用。

工况表应用阶段具体为：

将工况表写入混合动力汽车的控制器；

获取混合动力汽车的动力电池SOC、当前车速、当前变速箱目标输出扭矩、CDPF背压和排气流量，基于CDPF背压和排气流量确定当前CDPF碳载量；

如果动力电池SOC的值在预设置的阈值范围内，则找到工况表中与当前车速和当前变速箱目标输出扭矩最接近的工况点，找到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用；

如果动力电池SOC的值不在预设置的阈值范围内(本实施例中，预设置阈值范围为40％～60％)，则找到工况表中与当前车速和当前变速箱目标输出扭矩最接近的工况点，找到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，以最佳组合中的候选工作点为基准，以动力电池SOC与阈值范围的差值为比例，增加或减少用于为动力电池充电的发动机有效功率，得到发动机最优工作点并应用，以最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用。

在实车驾驶时，获取当前的动力电池SOC，如果动力电池SOC在40％-60％之间，则不对混合动力系统的充放电功率做严格的阈值限制，这样减少了最优候选工作点问题求解的约束限制，扩大了求解空间，可以充分选择燃油经济性最高的候选工作点。

如果电池SOC低于40％，或高于60％，则可以通过适当调整发动机的启停门限来控制电池的SOC，SOC低的时候，发动机启停的功率门限自适应减少，增加混动工况，增加混动模式下的充电功率；相反，SOC高的时候，发动机启停的功率门限自适应增加，增加纯电动工况，减少混动模式下的充电功率。

如图2所示，同一个工况点下，车速和变速箱目标输出扭矩是确定的，有3个发动机的候选工作点，A点为默认模式下的候选工作点，B点为充电模式(发动机输出，动力电池充电)下的候选工作点，C点为助力模式(发动机和动力电池均输出)下的候选工作点，P_A、P_B和P_C分别表示在A点、B点和C点下发动机的有效输出功率。

在A点，考虑用于CDPF电加热主动再生的功率P_PM，则A点的系统有效燃料消耗率

为：

在B点，考虑用于CDPF电加热主动再生的功率P_PM，则B点的系统有效燃料消耗率

为：

在C点，考虑用于CDPF电加热主动再生的功率P_PM，则C点的系统有效燃料消耗率

为：

如图3所示，相较于专利CN2021107247768“一种兼顾CDPF碳载量的发动机工作点选择及调整方法”中只考虑CDPF碳载量影响的得到系统有效燃料消耗率be^ef2，本申请进一步的考虑了对CDPF主动再生所需的电功率，得到系统有效燃料消耗率be^ef3，二者的大小和最值位置是不同的。毫无疑问，本申请在选择工作点时考虑了CDPF主动再生所需的功率，更加贴合实车行驶状况，得到的发动机最优工作点更加准确、贴合实际，更好地提高了燃油经济性，实现对整车油耗的优化。

更进一步的，为了综合考虑未来一段时间的发动机工作，本申请使用了平均系统有效燃料消耗率be^pre2来找到发动机最优工作点，本实施例中以未来2Δt时间的平均系统有效燃料消耗率be^pre2作为候选工作点的选择依据：

本申请通过计算平均系统有效燃料消耗率be_mean来选择发动机最优工作点，考虑了发动机功率充入动力电池的能量损失、动力电池实际的放电功率到驱动整车的能量损失、不同CDPF碳载量对燃油经济性的影响，还考虑了对CDPF主动再生的功率消耗，相比于只考虑瞬态油耗的策略，本申请的平均系统有效燃料消耗率be^pre2还考虑未来一段时间内的燃油经济性。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，其特征在于，具体为：

混合动力汽车行驶过程中包括多个不同的工况点，每个工况点下存在不同的发动机候选工作点，对于混合动力汽车的一个工况点，获取当前CDPF碳载量，组合不同候选工作点和不同电加热功率，得到该工况点在当前CDPF碳载量下平均系统有效燃料消耗率最小的最佳组合，将所述最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将所述最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用；所述平均系统有效燃料消耗率be^pre2的计算公式如下：

其中，be^ef3表示该候选工作点考虑CDPF碳载量及CDPF主动再生后的系统有效燃料消耗率，Δt表示预设置的时间长度，

表示在当前CDPF碳载量下该候选工作点的燃料消耗率，P^val2表示该候选工作点下考虑能量转换损耗和CDPF主动电加热再生后发动机的系统有效输出功率，系统有效燃料消耗率对时间的导数为：

Q_{PM_inc}＝Q·C_in-Q·C_out

其中，m_PM表示CDPF碳载量，Q_{PM_inc}表示发动机原始的PM质量流量，即CDPF内的PM质量累计速率，Q_{PM_dec}表示CDPF内的PM质量因CDPF被动再生而减少的速率，Q为CDPF实际的排气体积流量，C_in和C_out分别等于CDPF实际的入口碳烟颗粒排放浓度和实际的出口碳烟颗粒排放浓度，m_PM1是t₁时刻根据CDPF两端的压力差Δp_PM1估计的碳载量，m_PM2是t₂时刻根据CDPF两端的压力差Δp_PM2估计的碳载量，燃料消耗率

对CDPF碳载量m_PM的导数通过实验近似计算得到；

P^val2的公式如下：

当动力电池的充放电功率为零时，P^val2的公式为：

P^val2＝P-P_PM

其中，P表示候选工作点下混合动力汽车的驱动功率；

当动力电池的充放电功率为充电时，P^val2的公式为：

P^val2＝P+η_Gen×η_Chg×ΔP_e-P_PM

其中，ΔP_e表示该候选工作点下发动机除驱动功率以外的剩余有效输出功率，P_PM表示该候选工作点下动力电池对CDPF进行电加热主动再生所消耗的电功率，η_Gen表示该候选工作点下电机的发电效率，η_Chg表示该候选工作点下动力电池的充电效率；

当动力电池的充放电功率为放电时，P^val2的公式为：

其中，ΔP_s表示该候选工作点下由电机助力替代的发动机有效输出功率，P_PM表示该候选工作点下动力电池对CDPF进行电加热主动再生所消耗的电功率，η_Mot表示该候选工作点下电机的助力效率，η_Dchg表示该候选工作点下动力电池的放电效率。

2.根据权利要求1所述的一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，其特征在于，燃料消耗率对CDPF碳载量的导数计算方法如下：

选定一个CDPF碳载量，测试各个候选工作点在该CDPF碳载量下的燃料消耗率，按照预设置的步长Δm改变CDPF的碳载量，重复上述步骤，得到不同CDPF碳载量下各个候选工作点的燃料消耗率；对于一个候选工作点R，基于该候选工作点在不同CDPF碳载量下的燃料消耗率近似计算得到在候选工作点R下燃料消耗率对CDPF碳载量的导数：

m2＝m+Δm

m1＝m-Δm

其中，Q_{fuel_R_m}表示CDPF碳载量为m时，发动机在候选工作点R下的燃料消耗率。

3.根据权利要求1所述的一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：确定工况点的车速和变速箱目标输出扭矩；

S2：将CDPF的碳载量调整为当前CDPF碳载量；

S3：调整发动机的扭矩和电机的扭矩，使得发动机和电机的扭矩分配满足工况点的变速箱目标输出扭矩，得到发动机的多个候选工作点，组合不同候选工作点和不同电加热功率；

S4：分别计算每个组合下的平均系统有效燃料消耗率，得到平均系统有效燃料消耗率最小的最佳组合，将所述最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将所述最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用。

4.根据权利要求3所述的一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，其特征在于，步骤S3具体为：

按照预设置的调整间隔增加发动机扭矩并减小电机扭矩，或者按照预设置的间隔减小发动机扭矩并增加电机扭矩，使得发动机和电机的扭矩分配满足变速箱目标输出扭矩，得到多个候选工作点，组合不同候选工作点和不同电加热功率，在每个组合下获取下列参数：动力电池的充放电功率、燃料消耗率对CDPF碳载量的导数以及当前CDPF碳载量下发动机的燃料消耗率。

5.根据权利要求4所述的一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，其特征在于，预设置的调整间隔为5Nm。

6.根据权利要求4所述的一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，其特征在于，在调整过程中发动机扭矩小于最大扭矩，所述最大扭矩是在满足工况点的前提下发动机扭矩达到外特性的最大扭矩。

7.根据权利要求4所述的一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法，其特征在于，在调整过程中发动机扭矩大于最小扭矩，所述最小扭矩为0Nm。

8.一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点调整方法，其特征在于，包括工况表建立阶段和工况表应用阶段，工况表建立阶段为：

确定混合动力汽车行驶过程中的多个工况点，分别获取每个工况点在不同CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为CDPF电加热主动再生的最佳电功率写入工况表中，所述最佳组合是基于如权利要求1-7中任一所述的兼顾CDPF主动再生的发动机工作点选择方法获取的；

工况表应用阶段为：

获取混合动力汽车的当前车速、当前变速箱目标输出扭矩、CDPF背压和排气流量，基于CDPF背压和排气流量确定当前CDPF碳载量，基于工况表、当前车速、当前变速箱目标输出扭矩和当前CDPF碳载量得到发动机最优工作点和最佳电功率并应用。

9.根据权利要求8所述的一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点调整方法，其特征在于，工况表建立阶段包括以下步骤：

T1：确定一个CDPF碳载量，确定一个工况点的车速和变速箱输出扭矩；

T2：调整发动机的扭矩和电机的扭矩，组合不同候选工作点和不同电加热功率，得到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T3：保持车速不变，改变变速箱目标输出扭矩，得到一个新的工况点，重复步骤T2-T3，直至得到该车速下所有工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T4：改变车速，得到一个新的工况点，重复步骤T2-T4，直至得到所有工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中；

T5：调整CDPF碳载量，确定一个工况点的车速和变速箱输出扭矩，重复步骤T2-T5，直至得到所有工况点在不同CDPF碳载量下的最佳组合，将最佳组合中的候选工作点作为发动机最优工作点写入工况表中，将最佳组合中的电加热功率作为最佳电功率写入工况表中。

10.根据权利要求8所述的一种兼顾CDPF主动再生的发动机工作点调整方法，其特征在于，工况表应用阶段具体为：

将工况表写入混合动力汽车的控制器；

获取混合动力汽车的动力电池SOC、当前车速、当前变速箱目标输出扭矩、CDPF背压和排气流量，基于CDPF背压和排气流量确定当前CDPF碳载量；

如果动力电池SOC的值在预设置的阈值范围内，则找到工况表中与当前车速和当前变速箱目标输出扭矩最接近的工况点，找到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，将所述最佳组合的候选工作点作为当前CDPF碳载量下的发动机最优工作点并应用，将所述最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用；

如果动力电池SOC的值不在预设置的阈值范围内，则找到工况表中与当前车速和当前变速箱目标输出扭矩最接近的工况点，找到该工况点在当前CDPF碳载量下的最佳组合，以最佳组合中的候选工作点为基准，以动力电池SOC与阈值范围的差值为比例，增加或减少用于为动力电池充电的发动机有效功率，得到发动机最优工作点并应用，以最佳组合的电加热功率作为当前CDPF碳载量下CDPF电加热主动再生的最佳电功率并应用。

Images