CN112477633A - 一种用于增程式电动汽车的多点控制方法及控制*** - Google Patents

一种用于增程式电动汽车的多点控制方法及控制*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种用于增程式电动汽车的多点控制方法及控制***，属于增程式车辆控制领域。该多点控制方法包括：计算增程器的最大需求功率点和最小需求功率点；在所述最小需求功率点和所述最大需求功率点之间选取多个初选功率点；根据每一所述初选功率点的经济性确定经济功率点；在所述经济功率点和所述最大需求功率点之间确定其他需求功率点；以所述最小需求功率点、所述经济功率点、所述其他需功率点和所述最大需求功率点控制所述车辆的增程器工作。本发明的多点控制方法和控制***能够更好地满足整车性能，实现增程器设计的系列化，并缩短开发周期。

Description

一种用于增程式电动汽车的多点控制方法及控制***
技术领域
本发明属于增程式车辆控制领域，特别是涉及一种用于增程式电动汽车的多点控制方法及控制***。
背景技术
增程式电动汽车是在纯电动汽车的基础上加装增程器***，这样既保留了纯电动汽车起步和加速快的优点，又通过增程器补充电能，克服了纯电动汽车续航里程不足的缺点。同时，因增程器和驱动端的机械解耦，发动机可以不受行驶工况的影响，从而提升中低速工况的经济性和排放性能等。
增程器控制策略总体上分为定点控制和功率跟随控制两类。功率跟随控制对整车的功率响应较好，但发动机无法长时间运行在高效区域。定点控制是指增程器按恒定功率工作，它相比功率跟随控制，定点控制的控制难度较小，发动机可以长时间运行在高效区域。而通过多点控制，在保留了单点控制优势的同时，还可以适当改良对整车的功率响应，是产业化的优选方案之一。
已有增程器的性能匹配方法仅识别了增程器需求最大功率，即增程器的最大输出功率应满足车辆最高稳定车速所需功率加上车辆其他耗能附件功率(如空调压缩机等)需求，主要通过策略设计来满足整车性能。对于增程器的性能要求相对简单。
发明内容
本发明第一方面的一个目的是提供一种用于增程式电动汽车的多点控制方法，能够更好地满足整车性能。
本发明的另一个目的是要实现增程器设计的系列化。
本发明第二方面的一个目的是提供一种用于执行上述多点控制方法的多点控制***。
本发明进一步的一个目的是大幅缩短开发周期。
特别地，本发明提供了一种用于增程式电动汽车的多点控制方法，包括：
计算增程器的最大需求功率点和最小需求功率点；
在所述最小需求功率点和所述最大需求功率点之间选取多个初选功率点；
根据每一所述初选功率点的经济性确定经济功率点；
在所述经济功率点和所述最大需求功率点之间确定其他需求功率点；
以所述最小需求功率点、所述经济功率点、所述其他需功率点和所述最大需求功率点控制所述车辆的增程器工作。
可选地，根据每一所述初选功率点的经济性确定经济功率点的步骤，包括：
在所述增程器的万有特性图中选取每一所述初选功率点对应的等功率线上比油耗最小的工作点；
将所述比油耗最小的工作点代入仿真模型进行经济性分析，以获取油耗最小的工作点；
将所述油耗最小的工作点对应的功率选定为所述经济功率点。
可选地，根据每一所述初选功率点的经济性确定经济功率点的步骤，还包括：
在所述增程器的万有特性图中选取每一所述初选功率点对应的等功率线上比油耗最小的工作点；
根据预设条件在各个所述比油耗最小的工作点的周边选取最佳工作点，所述预设条件包括动力性、排放要求、NVH特性；
将所述最佳工作点代入仿真模型进行经济性分析，以获取油耗最小的工作点；
将所述油耗最小的工作点对应的功率选定为所述经济功率点。
可选地，在所述经济功率点和所述最大需求功率点之间确定其他需求功率点的步骤，包括：
根据增程模式下所述增程器的等效发电量、启停次数、电池总电量计算每次启动所述增程器后所述增程器的单次最小发电量；
根据所述单次最小发电量和预设增量计算每次关闭所述增程器后所述增程器的单次最小放电量；
根据所述经济功率点、所述最大需求功率点、所述经济功率点对应的第一放电阈值、所述最大需求功率点对应的第二放电阈值以及所述单次最小放电量确定所述其他需求功率点。
可选地，根据增程模式下所述增程器的等效发电量、启停次数、电池总电量计算每次启动所述增程器后所述增程器的单次最小发电量的步骤，包括：
根据以下公式计算所述单次最小发电量ΔSOC发电：
Figure BDA0002813753380000031
其中，W增程器,等效为所述增程器的等效发电量、n起停次数为所述启停次数、W电池,总为所述电池总电量。
可选地，根据所述单次最小发电量和预设增量计算每次关闭所述增程器后所述增程器的单次最小放电量的步骤，包括：
所述单次最小放电量为所述单次最小发电量和所述预设增量之和，所述预设增量为经验值。
可选地，根据所述经济功率点、所述最大需求功率点、所述经济功率点对应的第一放电阈值、所述最大需求功率点对应的第二放电阈值以及所述单次最小放电量确定所述其他需求功率点的步骤，包括：
在所述第一放电阈值和所述第二放电阈值之间以所述单次最小放电量为增量***多个中间值；
计算所述单次最小放电量占所述第一放电阈值和所述第二放电阈值的差值的比例；
按所述比例在所述最大需求功率点和所述经济功率点之间***与所述多个中间值数量相同的所述其他需求功率点。
可选地，计算增程器的最大需求功率点和最小需求功率点的步骤，包括：
根据车辆的电机最大需求机械功率和附件需求电气功率计算所述最大需求功率。
可选地，计算增程器的最大需求功率点和最小需求功率点的步骤，包括：
根据车辆的加热需求功率和附件需求电气功率计算所述最小需求功率。
可选地，在所述最小需求功率点和所述最大需求功率点之间选取多个初选功率点的步骤，包括：
在所述最小需求功率点和所述最大需求功率点之间以预设步长***多个所述初选功率点。
特别地，本发明还提供了一种用于增程式电动汽车的多点控制***，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现上述任一项所述的多点控制方法。
本发明提供了一种采用多点控制的增程器的性能匹配方法，对增程器提出了更加精细的要求，并将增程器的选点系列化。在功率点的选取过程中增加了增程器的最小需求功率点，以经济性为条件确定了经济功率点，在经济功率点和最大需求功率点之间确定了其他功率点，能够更好地满足整车性能，有利于实现增程器设计的系列化，使得一增程器匹配多车的设想变成可能。
进一步地，本发明通过功率点的经济性分析，能够快速地优选出增程器的需求功率点，大幅缩短开发周期。
进一步地，本发明还根据动力性、排放要求、NVH特性经济性在各个比油耗最小的工作点的周边选取最佳工作点，然后代入仿真模型进行经济性分析，选取经济功率点，因此本发明所选择的功率点综合性能更优。
根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。
附图说明
后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：
图1是根据本发明一个实施例的用于增程式电动汽车的多点控制方法的流程图；
图2是根据本发明另一个实施例的用于增程式电动汽车的多点控制方法的流程图；
图3是根据本发明再一个实施例的用于增程式电动汽车的多点控制方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据本发明一个实施例的用于增程式电动汽车的多点控制方法的流程图。如图1所示，一个实施例中，该多点控制方法包括：
步骤S10：计算增程器的最大需求功率点和最小需求功率点。例如整车的最大需求功率和最小需求功率所对应的增程器的功率。
步骤S20：在最小需求功率点和最大需求功率点之间选取多个初选功率点。例如在最小需求功率点和最大需求功率点之间按照预设步长等间隔的***多个初选功率点，例如预设步长取经验值为5kW。预设步长还可以根据综合控制精度和开发周期来确定，例如预设步长太小，实际***的初选功率点增加，综合控制精度虽然有所提高，但开发周期延长，因此可以综合控制精度和开发周期来确定预设步长。
步骤S30：根据每一初选功率点的经济性确定经济功率点。这里的经济性即本领域常规认知的油耗。
步骤S40：在经济功率点和最大需求功率点之间确定其他需求功率点。在经济功率点不能满足整车运行需求时还需要提供其他需求功率点来满足车辆的需要，例如动力性需求。
步骤S50：以最小需求功率点、经济功率点、其他需功率点和最大需求功率点控制车辆的增程器工作。其中增程器的最小需求功率点仅用于低温加热工况，与电池SOC无关联，其他功率点为正常工作时所用到的点，与电池SOC相关联。也就是说，在增程器工作时，根据具体的整车功率需求，增程器的功率在上述功率点中选择匹配的功率点运行，在整车功率需求变化，根据变化在上述功率点之间进行切换。
本实施例提供了一种采用多点控制的增程器的性能匹配方法，对增程器提出了更加精细的要求，并将增程器的选点系列化。在功率点的选取过程中增加了增程器的最小需求功率点，以经济性为条件确定了经济功率点，在经济功率点和最大需求功率点之间确定了其他功率点，能够更好地满足整车性能，有利于实现增程器设计的系列化，使得一增程器匹配多车的设想变成可能。
进一步地，通过功率点的经济性分析，能够快速地优选出增程器的需求功率点，大幅缩短开发周期。
一个实施例中，步骤S10包括：
根据车辆的电机最大需求机械功率和附件需求电气功率计算最大需求功率；根据车辆的加热需求功率和附件需求电气功率计算最小需求功率。一般地，最大需求功率出现在某一载荷下(如满载，或自定义载荷)的持续最高车速的工况，最小需求功率出现在车辆静止时的低温加热工况。
一个实施例中，通过公式(1)和公式(2)计算最大需求功率P增程器,max和最小需求功率P增程器,min：
Figure BDA0002813753380000051
P增程器,min＝PPTC+P附件 (2)
其中，P增程器,max为增程器的最大需求功率，单位kW；P电机,持续max为电机最大需求机械功率，单位kW；η为电机电能转化为机械能的效率，无量纲；P附件为附件(如空调、打气泵等)需求电气功率，单位kW；PPTC为PTC加热需求电气功率。
图2是根据本发明另一个实施例的用于增程式电动汽车的多点控制方法的流程图。如图2所示，在本发明的一些实施例中，步骤S30包括：
步骤S31：在增程器的万有特性图中选取每一初选功率点对应的等功率线上比油耗最小的工作点。
步骤S32：将比油耗最小的工作点代入仿真模型进行经济性分析，以获取油耗最小的工作点。
步骤S33：将油耗最小的工作点对应的功率选定为经济功率点。
工作点用于表征某一功率下对应的转速和扭矩。具体为将各个比油耗最小的工作点对应的功率按从小到大的顺序排列，带入仿真模型中进行经济性的分析，仿真过程中的运行工况选择具有代表性的工况(如CWTVC工况，或自定义工况)，还应考虑电池的充电能力限制，即增程模式下电机的回馈功率+增程器的发电功率不得超过电池的充电功率。以增程模式下开始和结束时SOC相等的油耗最低的功率点作为经济功率点。经济功率点为正常工作时增程器启动运行的首个功率点。
图3是根据本发明再一个实施例的用于增程式电动汽车的多点控制方法的流程图。另一个实施例中，步骤S30包括：
步骤S34：在增程器的万有特性图中选取每一初选功率点对应的等功率线上比油耗最小的工作点。
步骤S35：根据预设条件在各个比油耗最小的工作点的周边选取最佳工作点，预设条件包括动力性、排放要求、NVH特性。
步骤S36：将最佳工作点代入仿真模型进行经济性分析，以获取油耗最小的工作点。
步骤S37：将油耗最小的工作点对应的功率选定为经济功率点。
例如，根据比油耗最小的原则选取的功率点20kW对应的转速为2100rpm、扭矩为91Nm，实测比油耗为261g/kWh，NOX排放为3400ppm。实测另一个功率点20kW对应的转速为2000rpm、扭矩为95.5Nm、比油耗为261.2g/kWh、NOX为3320ppm。因转速2000rpm、扭矩95.5Nm的点相比转速2100rpm、扭矩91Nm的点，油耗劣化较少，排放提升较多，实际取转速2000rpm、扭矩95.5Nm作为20kW的运行点(即最佳工作点)。
本实施例以经济性为优先考虑因素，在小范围内根据实际情况在选取综合性能更优的功率点。
在整车需求功率增大时，经济功率点的发电量不能够维持电池电量平衡，需切换到更大的功率点，但受最大功率点的限制。由此还需要在经济功率点和最大需求功率点之间确定其他需求功率点。
进一步的一个实施例中，步骤S40包括：
根据增程模式下增程器的等效发电量、启停次数、电池总电量计算每次启动增程器后增程器的单次最小发电量。可选地，用公式(3)计算单次最小发电量ΔSOC发电：
Figure BDA0002813753380000071
其中，ΔSOC发电的单位％；W增程器,等效为增程模式下开始和结束时SOC相等对应的增程器的等效发电量，单位kWh；W电池,总为电池总电量，单位kWh；n起停次数为起停次数，无量纲。
根据单次最小发电量和预设增量计算每次关闭增程器后增程器的单次最小放电量。可选地，单次最小放电量为单次最小发电量和预设增量之和，预设增量为经验值，如公式(4)所示：
ΔSOC放电＝ΔSOC发电+ΔSOC增量 (4)
其中，ΔSOC放电为增程器后增程器的单次最小放电量，ΔSOC增量为预设增量，为了实现各个功率点之间的正常切换，相邻两个功率点中，小功率点的ΔSOC放电应比大功率点的ΔSOC发电高出某一间隔，即上述的ΔSOC增量。ΔSOC增量可以取经验值4％。
根据经济功率点、最大需求功率点、经济功率点对应的第一放电阈值、最大需求功率点对应的第二放电阈值以及单次最小放电量确定其他需求功率点。
根据ΔSOC放电和增程模式下电池的SOC上下限(以纯电模式运行一定里程(如50km)对应的SOC为上限，以电池功率开始明显受限时对应的SOC为下限)确定其他需求功率点的个数。其中增程模式下电池的SOC上限是对应经济功率点的SOC放电时的阈值，增程模式下电池的SOC下限是对应最大需求功率点的SOC放电时的阈值。根据ΔSOC放电确定其他功率点对应的SOC放电时的阈值。
进一步的一个实施例中，根据以下步骤确定其他需求功率点：
在第一放电阈值和第二放电阈值之间以单次最小放电量为增量***多个中间值。
计算单次最小放电量占第一放电阈值和第二放电阈值的差值的比例。
按比例在最大需求功率点和经济功率点之间***与多个中间值数量相同的其他需求功率点。
在一个具体的实施例中，以某增程器匹配某车型为例，假设增程器的初选功率点已确定，各点及对应的比油耗见下表1，其中5kW和40kW分别为增程器的最小需求功率和最大需求功率。
表1
初选功率点kW 5 10 15 20 25 30 35 40
比油耗g/kWh 300 275 265 260 263 268 272 275
上述8个功率点的经济性仿真分析结果见下表2。当增程器启动的需求功率点为20kW时，对应的经济性最优。因此，确认经济功率点为20kW。
表2
初选功率点kW 5 10 15 20 25 30 35 40
油耗L/100km 16 14.7 14.1 13.9 14.1 14.5 14.7 14.9
假设运行工况下增程器需求的等效发电量为7.2kWh，起停次数要求为5次，电池总电量为25kWh，则
Figure BDA0002813753380000081
可设定ΔSOC发电＝6％，假设增程模式下电池的下限为20％，上限为40％，ΔSOC增量为4％(项目开发经验值)，则ΔSOC放电＝10％。SOC＝40％作为经济功率点即20kW对应的SOC放电时的阈值，以SOC＝20％作为最大功率点即40kW对应的SOC放电时的阈值。因此，只需增加SOC＝30％的一个点，对应的功率取20kW和40kW的中间值，即30kW。确定各个功率点和SOC下行时的阈值后，再根据ΔSOC发电，就可以确定SOC发电时的阈值了。
表3
需求功率点kW 20 30 40
SOC放电时的阈值％ 40 30 20
SOC发电时的阈值％ 46 36 26
最终确定的增程器需求功率点为5kW、20kW、30kW和40kW4个点。
本发明还提供了一种用于增程式电动汽车的多点控制***，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现上述任一项所述的多点控制方法。
本实施例对增程器提出了更加精细的要求，并将增程器的选点系列化。在功率点的选取过程中增加了增程器的最小需求功率点，以经济性为条件确定了经济功率点，在经济功率点和最大需求功率点之间确定了其他功率点，能够更好地满足整车性能，有利于实现增程器设计的系列化，使得一增程器匹配多车的设想变成可能。
进一步地，该***通过功率点的经济性分析，能够快速地优选出增程器的需求功率点，大幅缩短开发周期。
至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，包括：
计算增程器的最大需求功率点和最小需求功率点；
在所述最小需求功率点和所述最大需求功率点之间选取多个初选功率点；
根据每一所述初选功率点的经济性确定经济功率点；
在所述经济功率点和所述最大需求功率点之间确定其他需求功率点；
以所述最小需求功率点、所述经济功率点、所述其他需功率点和所述最大需求功率点控制所述车辆的增程器工作。
2.根据权利要求1所述的用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，根据每一所述初选功率点的经济性确定经济功率点的步骤，包括：
在所述增程器的万有特性图中选取每一所述初选功率点对应的等功率线上比油耗最小的工作点；
将所述比油耗最小的工作点代入仿真模型进行经济性分析，以获取油耗最小的工作点；
将所述油耗最小的工作点对应的功率选定为所述经济功率点。
3.根据权利要求1所述的用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，根据每一所述初选功率点的经济性确定经济功率点的步骤，还包括：
在所述增程器的万有特性图中选取每一所述初选功率点对应的等功率线上比油耗最小的工作点；
根据预设条件在各个所述比油耗最小的工作点的周边选取最佳工作点，所述预设条件包括动力性、排放要求、NVH特性；
将所述最佳工作点代入仿真模型进行经济性分析，以获取油耗最小的工作点；
将所述油耗最小的工作点对应的功率选定为所述经济功率点。
4.根据权利要求3所述的用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，在所述经济功率点和所述最大需求功率点之间确定其他需求功率点的步骤，包括：
根据增程模式下所述增程器的等效发电量、启停次数、电池总电量计算每次启动所述增程器后所述增程器的单次最小发电量；
根据所述单次最小发电量和预设增量计算每次关闭所述增程器后所述增程器的单次最小放电量；
根据所述经济功率点、所述最大需求功率点、所述经济功率点对应的第一放电阈值、所述最大需求功率点对应的第二放电阈值以及所述单次最小放电量确定所述其他需求功率点。
5.根据权利要求4所述的用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，根据增程模式下所述增程器的等效发电量、启停次数、电池总电量计算每次启动所述增程器后所述增程器的单次最小发电量的步骤，包括：
根据以下公式计算所述单次最小发电量ΔSOC发电：
Figure FDA0002813753370000021
其中，W增程器,等效为所述增程器的等效发电量、n起停次数为所述启停次数、W电池,总为所述电池总电量。
6.根据权利要求5所述的用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，根据所述单次最小发电量和预设增量计算每次关闭所述增程器后所述增程器的单次最小放电量的步骤，包括：
所述单次最小放电量为所述单次最小发电量和所述预设增量之和，所述预设增量为经验值。
7.根据权利要求6所述的用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，根据所述经济功率点、所述最大需求功率点、所述经济功率点对应的第一放电阈值、所述最大需求功率点对应的第二放电阈值以及所述单次最小放电量确定所述其他需求功率点的步骤，包括：
在所述第一放电阈值和所述第二放电阈值之间以所述单次最小放电量为增量***多个中间值；
计算所述单次最小放电量占所述第一放电阈值和所述第二放电阈值的差值的比例；
按所述比例在所述最大需求功率点和所述经济功率点之间***与所述多个中间值数量相同的所述其他需求功率点。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，计算增程器的最大需求功率点和最小需求功率点的步骤，包括：
根据车辆的电机最大需求机械功率和附件需求电气功率计算所述最大需求功率；
根据车辆的加热需求功率和附件需求电气功率计算所述最小需求功率。
9.根据权利要求8所述的用于增程式电动汽车的多点控制方法，其特征在于，在所述最小需求功率点和所述最大需求功率点之间选取多个初选功率点的步骤，包括：
在所述最小需求功率点和所述最大需求功率点之间以预设步长***多个所述初选功率点。
10.一种用于增程式电动汽车的多点控制***，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器内存储有控制程序，所述控制程序被所述处理器执行时用于实现根据权利要求1-9中任一项所述的多点控制方法。
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