CN109515429A - 一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法,基于串联式气电混合动力***,按照驾驶员的牵引功率的指令,来自各组件、驱动系和预置控制策略的反馈,车辆控制器根据控制方法在纯电驱动、纯气驱动、混合驱动、行车充电模式、停车充电模式、再生制动、混合充电模式七种模式中选择特定的工作模式,以充分利用传统车辆中无法利用的能量,提高整车的能量利用率,提升车辆续驶里程。
Description
技术领域
本发明属于新能源汽车设计领域,涉及一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法。
背景技术
串联式气电混合动力***可以延长车辆续驶里程,缓解对新能源车辆的续航焦虑。由于串联式混合动力***具备多种工作模式,根据不同的驾驶需求及车辆状态,选择最佳的工作模式才能最大程度的提升车辆的续驶里程。电驱动***的运行模式和控制方法密切相关,车辆控制器接收来自驾驶员的运行指令,以及来自各组件和驱动系的反馈,根据预置的控制方法来应用特定的工作模式做出决策。驱动***的性能主要取决于控制的质量,其中控制方法起着决定性的作用。
发明内容
本发明提供一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法,基于串联式气电混合动力***,按照驾驶员的牵引功率的指令,来自各组件、驱动系和预置控制策略的反馈,车辆控制器根据控制方法在纯电驱动、纯气驱动、混合驱动、行车充电模式、停车充电模式、再生制动、混合充电模式等七种模式中选择特定的工作模式,以充分利用传统车辆中无法利用的能量,提高整车的能量利用率,提升车辆续驶里程。
为实现上述目的,本发明通过下列技术方案来实现:
一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法,其特征在于,所述***包括依次连接并形成能量传递通道的动力电池、电耦合装置、电动机控制器、电机、传动装置和轮胎;所述***还包括充气筒、压缩气瓶、气动发电机和整车控制器,所述充气筒利用车辆的振动和冲击驱动自身工作、对压缩气瓶进行随车充气,所述气动发电机利用压缩气瓶中的气压驱动自身工作,并向所述电耦合装置输出电能;所述方法包括:
整车控制器实时监测压缩气瓶的气压值以及车辆状态,并根据压缩气瓶的气压值以及车辆状态来控制气动发电机的工作状态以及车辆的工作模式,其中包括监测压缩气瓶的气压值、监测车速、计算车辆需求功率、计算电机的最大发电功率、根据监测及计算出来的上述值确定车辆的工作模式。
优选地,包括以下步骤:
S1:判断压缩气瓶的气压值P气瓶是否大于驱动气动发电机输出功率的最小阈值Pmin,若判断为是,则执行步骤S6;若判断为否,执行步骤S2;
S2:根据车速判断车辆行驶状态,若车速V>0,则执行步骤S3,若车速V=0,则车辆进入停车模式,气动发电机和电机均处于OFF状态;
S3:计算车辆需求功率Pcom,若Pcom>0,车辆处于驱动状态,则车辆进入纯电驱动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在电动机状态,且输出功率PM=Pcom;若Pcom<0,车辆处于制动状态,则执行步骤S4;
S4:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则进入机械制动模式,由机械制动***完全提供车辆制动所需要的能量,气动发电机和电机均处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则执行步骤S5,上述SOCmax为电池充电截止SOC;
S5:根据电机特性MAP得到电机处于发电机工作状态时能够提供的最大发电功率P发电max,若Pcom<P发电max,则车辆进入再生制动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=P发电max;若Pcom≥P发电max,则车辆进入再生制动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=Pcom;
S6:根据车速判断车辆行驶状态,若车速V>0,则执行步骤S8,若车速V=0,则车辆进入停车模式,执行步骤S7;
S7:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则车辆进入停车模式,气动发电机和电机均处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则车辆进入停车充电模式,气动发电机工作,给动力电池以最大功率进行充电,直至SOC>SOCmax或P气瓶<Pmin,此时气动发电机输出功率P气动=P气动max;电机处于OFF状态;
S8:计算车辆需求功率Pcom,若Pcom<0,车辆处于制动状态,则执行步骤S9;若Pcom>0,车辆处于驱动状态,则执行步骤S11。
S9:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,车辆进入机械制动模式,气动发电机和电机都不工作,处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则执行步骤S10。
S10:根据电机特性MAP得到电机处于发电机工作状态时能够提供的最大发电功率P发电max,若Pcom<P发电max,则车辆进入混合充电模式,气动发电机工作,且P气动=P气动max,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=P发电max;若Pcom≥P发电max,则进入混合充电模式,气动发电机工作,且P气动=P气动max,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=Pcom;
S11:若整车需求功率Pcom>P气动max·η1,则车辆进入混合驱动模式,气动发电机和电机都工作,且气动发电机输出功率P气动=P气动max,电机输出功率PM=Pcom;若Pcom≤P气动max·η1,则执行步骤S12,其中η1为电机和电耦合器的工作效率;
S12:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则进入纯气驱动模式,气动发电机处于工作状态,输出功率P气动=Pcom/η1,电机处于电动机工作状态,输出功率PM=Pcom;若电池SOC≤SOCmax,则进入行车充电模式,气动发动机处于工作状态,输出功率P气动=P气动max,电机处于电动机工作状态,输出功率PM=Pcom。
优选地,按照以下公式计算车辆需求功率Pcom:
式中:Pcom—车辆需求功率,kW;V—车速,km/h;η—传动***效率;m—整车质量,kg;g—重力加速度,m/s2;f—滚动阻力系数;α—坡度角,°;ρ—空气密度,kg/m3;Cd—空气阻力系数;A—车辆迎风面积,m2;δ—转动惯量系数;dv/dt—车辆加速度,m/s2。
本发明与现有技术相比具有以下优点:
1.本发明在满足车辆驾驶需求的前提下,可最大程度保持动力电池的荷电状态,保证车辆的加速性能及爬坡性能;
2.本发明所涉及的气体能量来自于车辆行驶过程中产生的振动能量、冲击能量,不需要外接能量供给,节约成本。
附图说明
图1为商用车串联式气电混合动力***结构示意图。
图2为商用车串联式气电混合动力***控制方法流程图。
具体实施方式
本发明公开一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法,其中串联式混合动力***主要由动力电池、电耦合装置、电动机控制器、电动机、传动装置、轮胎、安装于驾驶室悬置的充气筒、安装于底盘悬架的充气筒、压缩气瓶、整车控制器、气动发电机组成,见图1。所述动力电池、电耦合装置、电动机控制器、电动机、传动装置、轮胎形成能量传递通道,传动装置包括变速箱、传动轴和后驱动桥。充气筒利用车辆的振动和冲击驱动自身工作、对压缩气瓶进行随车充气,所述气动发电机利用压缩气瓶中的气压驱动自身工作,并向所述电耦合装置输出电能。该***可以将悬架***的振动和冲击能量回收,并储能在压缩气瓶中,完成自充气过程,然后再通过气动发电机将能量释放至动力***驱动车辆行驶,充分利用传统车辆中无法利用的能量,提高整车的能量利用率,提升车辆续驶里程。该混合动力传动***可以实现车辆在纯电驱动、纯气驱动、混合驱动、行车充电模式、停车充电模式、再生制动模式、混合充电模式七种模式工作。
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的控制方法进行进一步描述。
本发明提供一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法,由整车控制器实时监测压缩气瓶的气压值以及车辆状态,并根据压缩气瓶的气压值以及车辆状态来控制气动发电机的工作状态以及车辆的工作模式,其中包括监测压缩气瓶的气压值、监测车速、计算车辆需求功率、计算电机的最大发电功率、根据监测及计算出来的上述值确定车辆的工作模式。具体包括以下步骤:
S1:判断压缩气瓶的气压值P气瓶是否大于驱动气动发电机输出功率的最小阈值Pmin,若判断为是,则执行步骤S6;若判断为否,执行步骤S2;
S2:根据车速判断车辆行驶状态,若车速V>0,则执行步骤S3,若车速V=0,则车辆进入停车模式,气动发电机和电机均处于OFF状态;
S3:计算车辆需求功率Pcom,若Pcom>0,车辆处于驱动状态,则车辆进入纯电驱动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在电动机状态,且输出功率PM=Pcom;若Pcom<0,车辆处于制动状态,则执行步骤S4;
S4:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则进入机械制动模式,由机械制动***完全提供车辆制动所需要的能量,气动发电机和电机均处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则执行步骤S5,上述SOCmax为电池充电截止SOC;
S5:根据电机特性MAP得到电机处于发电机工作状态时能够提供的最大发电功率P发电max,若Pcom<P发电max,则车辆进入再生制动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=P发电max;若Pcom≥P发电max,则车辆进入再生制动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=Pcom;
S6:根据车速判断车辆行驶状态,若车速V>0,则执行步骤S8,若车速V=0,则车辆进入停车模式,执行步骤S7;
S7:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则车辆进入停车模式,气动发电机和电机均处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则车辆进入停车充电模式,气动发电机工作,给动力电池以最大功率进行充电,直至SOC>SOCmax或P气瓶<Pmin,此时气动发电机输出功率P气动=P气动max;电机处于OFF状态;
S8:计算车辆需求功率Pcom,若Pcom<0,车辆处于制动状态,则执行步骤S9;若Pcom>0,车辆处于驱动状态,则执行步骤S11。
S9:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,车辆进入机械制动模式,气动发电机和电机都不工作,处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则执行步骤S10。
S10:根据电机特性MAP得到电机处于发电机工作状态时能够提供的最大发电功率P发电max,若Pcom<P发电max,则车辆进入混合充电模式,气动发电机工作,且P气动=P气动max,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=P发电max;若Pcom≥P发电max,则进入混合充电模式,气动发电机工作,且P气动=P气动max,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=Pcom;
S11:若整车需求功率Pcom>P气动max·η1,则车辆进入混合驱动模式,气动发电机和电机都工作,且气动发电机输出功率P气动=P气动max,电机输出功率PM=Pcom;若Pcom≤P气动max·η1,则执行步骤S12,其中η1为电机和电耦合器的工作效率;
S12:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则进入纯气驱动模式,气动发电机处于工作状态,输出功率P气动=Pcom/η1,电机处于电动机工作状态,输出功率PM=Pcom;若电池SOC≤SOCmax,则进入行车充电模式,气动发动机处于工作状态,输出功率P气动=P气动max,电机处于电动机工作状态,输出功率PM=Pcom。
其中,按照以下公式计算车辆需求功率Pcom:
式中:Pcom—车辆需求功率,kW;V—车速,km/h;η—传动***效率;m—整车质量,kg;g—重力加速度,m/s2;f—滚动阻力系数;α—坡度角,°;ρ—空气密度,kg/m3;Cd—空气阻力系数;A—车辆迎风面积,m2;δ—转动惯量系数;dv/dt—车辆加(减)速度,m/s2,处于减速状态时为负值。
最后应当说明的是:以上实施实例仅阐述了本案的一种技术方案,虽然本文通过附图等对本方案进行了详细说明,但所属领域的普通技术人员应当理解:通过对本案的一些具体实施方式进行修改或对其部分技术特征进行等同替换,而不脱离本技术方案的设计思路,由此产生的类似方案依然属于本案请求保护范围当中。
Claims (3)
1.一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法,其特征在于,所述***包括依次连接并形成能量传递通道的动力电池、电耦合装置、电动机控制器、电机、传动装置和轮胎;所述***还包括充气筒、压缩气瓶、气动发电机和整车控制器,所述充气筒利用车辆的振动和冲击驱动自身工作、对压缩气瓶进行随车充气,所述气动发电机利用压缩气瓶中的气压驱动自身工作,并向所述电耦合装置输出电能;所述方法包括:
整车控制器实时监测压缩气瓶的气压值以及车辆状态,并根据压缩气瓶的气压值以及车辆状态来控制气动发电机的工作状态以及车辆的工作模式,其中包括监测压缩气瓶的气压值、监测车速、计算车辆需求功率、计算电机的最大发电功率、根据监测及计算出来的上述值确定车辆的工作模式。
2.根据权利要求1所述的一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1:判断压缩气瓶的气压值P气瓶是否大于驱动气动发电机输出功率的最小阈值Pmin,若判断为是,则执行步骤S6;若判断为否,执行步骤S2;
S2:根据车速判断车辆行驶状态,若车速V>0,则执行步骤S3,若车速V=0,则车辆进入停车模式,气动发电机和电机均处于OFF状态;
S3:计算车辆需求功率Pcom,若Pcom>0,车辆处于驱动状态,则车辆进入纯电驱动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在电动机状态,且输出功率PM=Pcom;若Pcom<0,车辆处于制动状态,则执行步骤S4;
S4:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则进入机械制动模式,由机械制动***完全提供车辆制动所需要的能量,气动发电机和电机均处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则执行步骤S5,上述SOCmax为电池充电截止SOC;
S5:根据电机特性MAP得到电机处于发电机工作状态时能够提供的最大发电功率P发电max,若Pcom<P发电max,则车辆进入再生制动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=P发电max;若Pcom≥P发电max,则车辆进入再生制动模式,气动发电机处于OFF状态,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=Pcom;
S6:根据车速判断车辆行驶状态,若车速V>0,则执行步骤S8,若车速V=0,则车辆进入停车模式,执行步骤S7;
S7:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则车辆进入停车模式,气动发电机和电机均处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则车辆进入停车充电模式,气动发电机工作,给动力电池以最大功率进行充电,直至SOC>SOCmax或P气瓶<Pmin,此时气动发电机输出功率P气动=P气动max;电机处于OFF状态;
S8:计算车辆需求功率Pcom,若Pcom<0,车辆处于制动状态,则执行步骤S9;若Pcom>0,车辆处于驱动状态,则执行步骤S11。
S9:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,车辆进入机械制动模式,气动发电机和电机都不工作,处于OFF状态;若电池SOC≤SOCmax,则执行步骤S10。
S10:根据电机特性MAP得到电机处于发电机工作状态时能够提供的最大发电功率P发电max,若Pcom<P发电max,则车辆进入混合充电模式,气动发电机工作,且P气动=P气动max,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=P发电max;若Pcom≥P发电max,则进入混合充电模式,气动发电机工作,且P气动=P气动max,电机工作在发电机状态,且输出功率PM=Pcom;
S11:若整车需求功率Pcom>P气动max·η1,则车辆进入混合驱动模式,气动发电机和电机都工作,且气动发电机输出功率P气动=P气动max,电机输出功率PM=Pcom;若Pcom≤P气动max·η1,则执行步骤S12,其中η1为电机和电耦合器的工作效率;
S12:电池荷电状态SOC判断,若电池SOC>SOCmax,则进入纯气驱动模式,气动发电机处于工作状态,输出功率P气动=Pcom/η1,电机处于电动机工作状态,输出功率PM=Pcom;若电池SOC≤SOCmax,则进入行车充电模式,气动发动机处于工作状态,输出功率P气动=P气动max,电机处于电动机工作状态,输出功率PM=Pcom。
3.根据权利要求2所述的一种商用车串联式气电混合动力***的控制方法,其特征在于,按照以下公式计算车辆需求功率Pcom:
式中:Pcom—车辆需求功率,kW;V—车速,km/h;η—传动***效率;m—整车质量,kg;g—重力加速度,m/s2;f—滚动阻力系数;α—坡度角,°;ρ—空气密度,kg/m3;Cd—空气阻力系数;A—车辆迎风面积,m2;δ—转动惯量系数;dv/dt—车辆加速度,m/s2。
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