一种并联混合动力牵引车的电机参数匹配方法与流程

1.本发明涉及电机参数匹配的技术领域，具体为一种并联混合动力牵引车的电机参数匹配方法。


背景技术：

2.牵引车作为高速运输的主力车型，消耗了大量的燃料。降低牵引车的能耗，具有重大意义。当前较为有效的一种节能方式是采用混合动力系统。根据电机位置的不同，混合动力系统可以分为p0、p1、p2、p3、p4、ps等构型，而最适合牵引车的构型为p2构型，也即并联混合动力构型(见图1)，但是如何进行电机参数匹配，使混合动力系统既能够满足整车性能需求，降低能耗，又不至于增加太多成本，是混合动力牵引车开发和应用的关键问题。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明提供了一种并联混合动力牵引车的电机参数匹配方法，其针对混合动力系统，建立特定工况下制动回收能量和峰值扭矩的函数关系，从整车综合收益角度进行电机参数匹配，建立了收益和峰值扭矩的定量关系，从而可以量化计算最优电机参数。
4.一种并联混合动力牵引车的电机参数匹配方法，其特征在于，其包括如下步骤：
5.a根据构型约束，计算峰值扭矩t
peak
上限；
6.b根据整车动力需求，计算峰值扭矩t
peak
和峰值功率p
peak
下限；
7.c选定牵引车常用工况，计算电机回收能量ebrk和电机峰值功率、峰值
8.扭矩的关系：e
brk
＝f(p
peak
,t
peak
)；
9.d建立牵引车电机峰值功率和峰值扭矩的函数关系：
10.p
peak
＝f(t
peak
)
11.e结合c、d，获得电机回收能量和峰值扭矩的关系：
12.f在步骤a、b中计算的边界范围内对上述关系进行拟合，建立电机回收能量和峰值扭矩的函数e
brk
(t
peak
)；
13.g电机回收能量，最终转换为机械能，替代发动机输出。因此回收能量带来的百公里燃料消耗的减少近似为
14.δfuel＝e
brk
(t
peak
)η
br
η
cha
η
dis
η
drbe
/ρ
fuel
15.式中，η
br
、η
cha
、η
dis
、η
dr
、be、ρ
fuel
依次为电机系统制动效率、电池充电效率、电池放电效率、电机系统驱动效率、发动机比能耗、燃料密度；
16.h给定评价整车综合收益时的行驶里程s和燃料价格p
fuel
，则回收能量带来的使用成本降低δc
fuel
为：
[0017][0018]
i建立系统增加的成本和电机峰值扭矩的函数关系：c
add
＝f(t
peak
)；
[0019]
j综合步骤h、i，整车综合收益为δc
fuel-c
add
，将其视为关于电机峰值扭矩的函数，求解函数的极值点，即可获得最优的电机峰值扭矩。结合步骤d，进一步获得最优电机峰值功率。
[0020]
其进一步特征在于：
[0021]
步骤a中，电机扭矩不应超过变速箱的最大输入扭矩限制，即
[0022]
t
peak
≤t
gb_max
；
[0023]
式中，t
peak
为电机峰值扭矩，单位nm；t
gd_max
为变速箱的最大输入扭矩限制。
[0024]
步骤b中，电机的峰值转矩和功率应当满足车辆在平路及常用坡道上起步加速至最低稳定车速的需求；
[0025]
在坡度α的坡道上起步所需的电机转矩和功率为：
[0026][0027]
p
peak
≥t
peaknmin
/9550
[0028]
式中，
[0029]
f0、f1、f2分别为行驶阻力系数的常数项、一次项和二次项；
[0030]vmin
为最低稳定车速，单位km/h；
[0031]
m为整车质量，r
wh
为车轮半径，单位m；
[0032]
i0为主减速比，i
g1
为变速箱1挡速比，η为传动效率；
[0033]
p
peak
为电机峰值功率，单位kw；
[0034]nmin
为发动机可以稳定输出动力的最低转速，单位rpm。
[0035]
步骤c中，计算电机回收能量ebrk和电机峰值功率、峰值扭矩的关系，其关系汇总为坐标图形式，最终通过构建函数获得：e
brk
＝f(p
peak
,t
peak
)。
[0036]
步骤e中，结合步骤c和d中的数据，获得电机回收能量和峰值扭矩的关系坐标图、建立关系，之后通过步骤f优化范围值，获取在范围值内的坐标关系图，然后拟合，建立电机回收能量和峰值扭矩的函数e
brk
(t
peak
)。
[0037]
采用本发明后，针对混合动力系统，建立特定工况下制动回收能量和峰值扭矩的函数关系，从整车综合收益角度进行电机参数匹配，建立了收益和峰值扭矩的定量关系，从而可以量化计算最优电机参数，可以较为快速、准确地计算出并联混合动力牵引车收益最优的电机峰值扭矩、峰值功率。对混合动力牵引车的选型设计具有指导意义，对推进混动牵引车的产业化发展具有应用价值。
附图说明
[0038]
图1为并联混合动力构型示意简图；
[0039]
图2为本发明的具体实施例中chtc-tt工况速度示意图；
[0040]
图3为本发明的图2的工况下的回收能量和峰值扭矩、峰值功率的关系图；
[0041]
图4为图2的工况下获得回收能量和回收扭矩的坐标关系图；
[0042]
图5为图2工况下的拟合函数关系图。
具体实施方式
[0043]
一种并联混合动力牵引车的电机参数匹配方法，其所对应的具体实施例的牵引车的参数如表1、以及牵引车行驶阻力系数见表2：
[0044][0045][0046]
表1
[0047][0048]
表2
[0049]
具体实施例中，发动机能够稳定输出动力的最低转速为800rpm，牵引车常用坡道4％；
[0050]
具体实施步骤如下：
[0051]
a根据构型约束，计算峰值扭矩t
peak
上限；
[0052]
b根据整车动力需求，计算峰值扭矩t
peak
和峰值功率p
peak
下限；；综合步骤a和b获得
[0053][0054]
c在chtc-tt工况下(见图2)计算电机回收能量ebrk和电机峰值功率、峰值扭矩的关系，其关系汇总为坐标图形式见图3，最终通过构建函数获得e
brk
＝f(p
peak
,t
peak
)；
[0055]
d考虑变速箱换挡点为1300rpm，则电机转速常用范围为1100-1300rpm，
[0056]
近似取平均值为1200rpm，则有电机峰值功率和峰值转矩的关系式：：
[0057]
p
peak
≈t
peak
/7.96
[0058]
e结合步骤c和d，获得电机回收能量和峰值扭矩的关系坐标图见图4：
[0059]
f在步骤a和b中计算的边界范围内对上述关系进行拟合，获得拟合坐标关系图见图5，建立电机回收能量和峰值扭矩的函数e
brk
(t
peak
)；
[0060]
g电机回收能量，最终转换为机械能，替代发动机输出，因此回收能量带来的百公里燃料消耗的减少近似为
[0061]
δfuel＝e
brk
(t
peak
)η
br
η
cha
η
dis
η
drbe
/ρ
fuel
[0062]
式中，η
br
、η
cha
、η
dis
、η
dr
、be、ρ
fuel
依次为电机系统制动效率、电池充电效率、电池放电效率、电机系统驱动效率、发动机比能耗、燃料密度；
[0063]
h给定评价整车综合收益时的行驶里程s和燃料价格p
fuel
，则回收能量带来的使用成本降低δc
fuel
为：
[0064][0065]
i建立系统增加的成本和电机峰值扭矩的函数关系：c
add
＝f(t
peak
)；包含电机成本、电机控制器成本和电池成本，则成本和峰值扭矩的函数关系如下：
[0066][0067]
整车的公式中的各项参数如表3：
[0068]
[0069][0070]
表3
[0071]
j综合(h)、(i)，整车综合收益为δc
fuel-c
add
，将其视为关于电机峰值扭矩的函数，求解函数的极值点，即可获得最优的电机峰值扭矩；结合步骤d，获得最优电机峰值功率，t
peak
＝1402.6nm。
[0072]
其针对混合动力系统，建立特定工况下制动回收能量和峰值扭矩的函数关系，从整车综合收益角度进行电机参数匹配，建立了收益和峰值扭矩的定量关系，从而可以量化计算最优电机参数，可以较为快速、准确地计算出并联混合动力牵引车收益最优的电机峰值扭矩、峰值功率。对混合动力牵引车的选型设计具有指导意义，对推进混动牵引车的产业化发展具有应用价值。
[0073]
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
[0074]
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。