一种四轮驱动的增程式电动汽车动力系统及能效分层协调控制方法与流程

文档序号:12335461阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种四轮驱动的增程式电动汽车动力系统,其特征在于,包括增程器(1),整流器(4),动力电池(5),充电器(6),逆变器系统(7),第一变速器(8),第一驱动电机(9),第二驱动电机(10),第二变速器(11)和TCU(12);

所述的增程器(1)包括发动机(2)和发电机(3);发动机(2)输出端与发电机(3)输入端机械连接;发电机(3)输出端与整流器(4)输入端电气连接;充电器(6)输出端与动力电池(5)输入端电气连接;

整流器(4)输出端和动力电池(5)输出端共同与逆变器系统(7)输入端电气连接,

整流器(4)输出端与动力电池(5)输出端能够实现电气耦合;

逆变器系统(7)输出端分别与第一驱动电机(9)输入端和第二驱动电机(10)输入端电气连接;第一驱动电机(9)与第一变速器(8)机械连接,然后连接驱动前轴;第二驱动电机(10)与第二变速器(11)机械连接,然后连接驱动后轴;

TCU(12)与第一变速器(8)及第二变速器(11)信号连接,TCU(12)通过信号控制第一变速器(8)及第二变速器(11)。

2.一种四轮驱动的增程式电动汽车动力系统的能效分层协调控制方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、根据增程式双电机混合动力汽车实时运行情况,实时检测动力电池(5)SOC情况、车速及加速踏板信号,利用动力电池SOC情况及车辆运行参数确定车辆运行模式及增程器(1)的工作状态,利用实时车速及加速踏板开度计算车辆总需求转矩;

步骤二、根据步骤一获得的车辆总需求转矩,采用搜索法实时计算增程式双电机混合动力车辆第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)总效率最优时转矩分配系数,根据第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)总效率最优时的分配系数计算第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)的实时输出目标转矩;

步骤三、根据步骤二计算获得的第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)的实时输出目标转矩,向第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)发送转矩分配指令,控制第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)输出转矩,实现四轮驱动的增程式电动汽车转矩分配控制。

3.根据权利要求2所述的一种四轮驱动的增程式电动汽车能效分层协调控制方法,其特征在于,步骤二所述采用搜索法实时计算增程式双电机混合动力车辆第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)总效率最优时转矩分配系数,根据第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)总效率最优时的分配系数计算第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)的实时输出目标转矩之后第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)存在三种工作状态:第一驱动电机(9)单独驱动前轴工作状态,第二驱动电机(10)单独驱动后轴工作及第一驱动电机(9)与第二驱动电机(10)四驱状态。

4.根据权利要求2所述的一种四轮驱动的增程式电动汽车动力系统的能效分层协调控制方法,其特征在于,步骤一中所述的确定车辆运行模式及增程器(1)的工作状态包括以下步骤:

步骤1.1:检测汽车行驶工况参数及动力电池SOC情况;

步骤1.2:判定动力电池SOC是否大于增程器启动上限值SOC_high,若是则执行步骤1.3,否则执行步骤1.4;

步骤1.3:判定驾驶员是否输入启动增程器指令,若是执行步骤1.4,否则执行步骤1.5;

步骤1.4:判定增程器是否启动,若是则执行步骤1.6,否则继续控制增程器启动;

步骤1.5:汽车运行在纯电工作模式,由动力电池(5)单独为第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)供电;

步骤1.6:判定动力电池SOC是否大于增程器(1)停止发电时下限值SOC_low,若是则增程器(1)继续发电,增程器(1)与动力电池(5)共同为第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)提供驱动功率;否则停止发电,关闭增程器(1)。

5.根据权利要求4所述的一种四轮驱动的增程式电动汽车动力系统的能效分层协调控制方法,其特征在于,步骤1.6所述增程器(1)与动力电池(5)共同为第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)提供驱动功率的过程中,驱动功率在增程器(1)和动力电池(5)之间分配采用能效最优分配策略;

其中,增程器(1)输出功率Pre(i)通过公式(1)计算得出,

Pre(i)=δ·P(i) (1)

动力电池(5)输出功率Pbat(i)通过公式(2)计算得出,

Pbat(i)=(1-δ)·P(i) (2)

其中,i表示时刻,δ为能效最优时增程器(1)输出功率分配系数,P(i)为车辆运行需求总功率。

6.根据权利要求2或4或5所述的一种四轮驱动的增程式电动汽车动力系统的能效分层协调控制方法,其特征在于,步骤二所述的采用搜索法实时计算四轮驱动的增程式电动汽车第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)总效率最优时转矩分配系数的过程包括以下步骤:

步骤2.1、获得i时刻驱动电机输出总转矩Ttotal(i);

步骤2.2、设定转矩优化分配系数k,k为第一驱动电机(9)输出转矩与i时刻驱动电机输出总转矩Ttotal(i)的比,k的搜索区间[a,b],搜索区间[a,b]的初始化搜索区间为[0,1];设定搜索比例x,x<1;搜索收敛精度为ε;

步骤2.3、按转矩分配系数k=k1=a+x·(b-a)计算第一驱动电机(9)实时输出的目标转矩;获得转矩分配系数k=k1时前轴实时输出的目标转矩;

按转矩分配系数(1-k1)计算第二驱动电机实时输出目标总转矩,获得转矩分配系数k=k1时后轴实时输出的目标转矩;

按转矩分配系数k=k2=a+(1-x)·(b-a)计算第一驱动电机(9)实时输出的目标转矩;获得转矩分配系数k=k2时前轴实时输出的目标转矩;

按转矩分配系数(1-k2)计算第二驱动电机(10)实时输出目标总转矩,获得转矩分配系数k=k2时后轴实时输出的目标转矩;

步骤2.4、利用步骤2.3获得的k=k1时第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)实时输出的目标转矩和k=k2时第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)实时输出的目标转矩,计算第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)实时输出的目标转矩,结合第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)输入端总线电压、总线电流及输出转速,计算转矩分配系数k=k1和转矩分配系数k=k2时,第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)的实时输入功率、实时输出功率;

步骤2.5、根据步骤2.4获得的第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)的实时输入功率、实时输出功率,计算第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)输入总功率和输出总功率,并根据第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)输入总功率和输出总功率计算转矩分配系数k=k1时的实时总效率值η1=η(k1)和转矩分配系数k=k2时的实时总效率值η2=η(k2);

步骤2.6、对步骤2.5计算获得的转矩分配系数k=k1时的实时总效率值η1=η(k1)和转矩分配系数k=k2时的实时总效率值η2=η(k2)进行比较;

当η1<η2时,a=k1,k1=k2,η1=η2,k2=a+(1-x)·(b-a);计算实时总效率值η2=η(k2),执行步骤2.7;

当η1≥η2时,b=k2,k2=k1,η2=η1,k1=a+x·(b-a),计算实时总效率值η1=η(k1),执行步骤2.7;

步骤2.7、对转矩分配系数k搜索区间[a,b]进行收敛判定,若|a-b|<ε,则结束搜索,第一驱动电机(9)输出转矩为T1=k·Ttotal(i),第二驱动电机(10)输出转矩为T2=(1-k)·Ttotal(i),获得第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)的转矩最优分配系数;否则,返回执行步骤2.6。

7.根据权利要求6所述的一种四轮驱动的增程式电动汽车能效分层协调控制方法,其特征在于,步骤2.5所述的根据第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)输入总功率和输出总功率计算转矩分配系数k=k1时的实时总效率值η1=η(k1)和转矩分配系数k=k2时的实时总效率值η2=η(k2)的过程包括以下步骤:

通过公式(3)计算获得第一驱动电机(9)实时输入输出功率,

<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <msub> <mi>U</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>I</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mn>1000</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>o</mi> <mi>u</mi> <mi>t</mi> <mo>,</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>=</mo> <mi>T</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&CenterDot;</mo> <mi>k</mi> <mo>&CenterDot;</mo> <msub> <mi>n</mi> <mn>1</mn> </msub> <mrow> <mo>(</mo> <mi>i</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>/</mo> <mn>9550</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>

其中,Pin,1(i)为i时刻第一驱动电机实时输入功率,Pout,1(i)为i时刻第一驱动电机实时输出功率;U1(i)为i时刻第一驱动电机(9)输入端母线电压,I1(i)为i时刻第一驱动电机(9)输入端母线电流;n1(i)为i时刻第一驱动电机(9)的转速,T(i)为i时刻第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)输出总转矩;

通过公式(4)计算获得第二驱动电机(10)实时输入输出功率,

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其中,Pin,2(i)为i时刻第二驱动电机实时输入功率,Pout,2(i)为i时刻第二驱动电机实时输出功率;U2(i)为i时刻第二驱动电机(10)输入端母线电压,I2(i)为i时刻第二驱动电机(10)输入端母线电流;n2(i)为i时刻第二驱动电机(10)的转速;

通过公式(5)计算获得第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)实时总效率,

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当k=k1时,按照公式(5)计算η(k1),获得i时刻转矩分配系数k=k1时的实时总效率值η1=η(k1);

当k=k2时,按照公式(5)计算η(k2),获得i时刻转矩分配系数k=k1时的实时总效率值η2=η(k2)。

8.根据权利要求7所述的一种四轮驱动的增程式电动汽车能效分层协调控制方法,其特征在于,步骤二所述采用搜索法实时计算增程式双电机混合动力车辆第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)总效率最优时转矩分配系数,根据第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)总效率最优时的分配系数计算第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)的实时输出目标转矩之后第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)存在三种工作状态:第一驱动电机(9)单独驱动前轴工作状态,第二驱动电机(10)单独驱动后轴工作及第一驱动电机(9)与第二驱动电机(10)四驱状态。

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