一种纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法
【专利摘要】本发明公开了一种纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，通过当前行驶车速，判断车速区间，进而得出电机转速区间，然后找出行驶车速所在区间内的系统效率最大值，控制电机输出转矩，将车辆在行驶时按速度区间保持在该区间的经济车速，对控制策略进行优化，实现最经济的控制方式，满足车辆经济性要求。建立控制器控制电机输出转矩，使车辆行驶时保持在该区间的经济车速，从而实现最经济的控制方式。整车控制器基于基本转矩需求和优化转矩需求控制电机输出转矩，实现纯电动汽车匀速行驶时动力性和经济性的兼顾。
【专利说明】—种纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及纯电动汽车驱动系统控制【技术领域】，具体涉及纯电动汽车匀速行驶驱动控制策略的制定方法。
【背景技术】
[0002]实现整车动力系统控制的算法称为驱动控制策略，驱动控制策略是纯电动车控制系统的核心内容。由于纯电动车的电驱动控制系统包括电机、功率转换器、动力电池、蓄电池、离合器、变速器等，是一个集成电气、电子、化学、机械系统的非线性动态系统，如何使这些部件协调、有效地工作，就是一个值得关注的问题。此外，不同的驾驶员有不同的驾驶习惯和风格，从而对车辆有不同的需求，这些都给驾驶意图的判断和整车控制策略的设计增加了难度。
[0003]匀速工况作为纯电动汽车驱动工况中一个重要的行驶工况，通常发生在路况较好、车况良好的行驶环境下，比如高速公路等。目前，我国正着力于高速纯电动汽车的研发，故对匀速行驶工况下的动力需求进行匹配及优化是个具有现实意义的问题。
[0004]针对这一问题，国内学者提出的观点主要集中在将匀速行驶工况与加速行驶工况统一考虑，结合加速踏板开度及变化率，反映驾驶员的操作意图，同时考虑车辆实时行驶速度来制定驱动控制策略，控制策略偏重于满足驾驶员操作意图。发表的文献包括:《产业与科技论坛》的《纯电动汽车整车控制策略的研究》；《中国高新技术企业》的《纯电动汽车转矩控制策略的研究》等。
[0005]以上方法的不足在于，并未对匀速行驶工况单独考虑，因为匀速行驶时加速踏板开度变化率很小，上述方法制定的控制策略会有一定的误差；另外仅仅考虑车速这个单一影响因素，虽然可以满足车辆的动力性需求，但忽略了电机及电池在车辆行驶过程中的工作状态，未能实现纯电动汽车匀速行驶时对经济性能的优化。
【发明内容】
[0006]为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，在满足车辆匀速行驶动力性要求的前提下，对车辆经济性能指标进行优化。
[0007]本发明是通过下述技术方案实现的:一种纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，包括如下步骤:
[0008]步骤I,设定纯电动汽车设计的最大车速,每5km/h设为一个速度区间；
[0009]步骤2，根据速度区间进而求解相应的电机转速区间；
[0010]步骤3，对纯电动汽车搭载电机进行特性测试，计算电机的效率η _，根据制作的电机MAP图，寻找电机最高效率区；
[0011]步骤4，对纯电动汽车搭载电池进行特性测试，计算电池的效率η ，根据制作的电池内阻MAP图及相关公式，寻找电池最高效率区；
[0012]步骤5，综合步骤3和步骤4所得电机的效率和电池的效率得到系统效率；
[0013]步骤6，根据纯电动车当前行驶车速所在车速区间对应的电机转速区间，计算每个相近转速下系统效率值；
[0014]步骤7，取系统效率最大值点处所对应的车速作为该车速区间内的最经济车速；
[0015]步骤8，控制器控制电机输出转矩，保持该转速不变，将车辆以最经济车速行驶，从而实现最经济的控制方式。
[0016]进一步,所述步骤2中电机转速η为:
「 nu.ig.i ο
[0017]Π =…H-
0.3 7 7.r
[0018]式中:n为电机转速；u为车辆行驶车速；18为变速器传动比Jtl为主减速器传动比；r为车轮半径。
[0019]进一步，所述步骤3的具体过程为:
[0020]a、使用台架实验对纯电动汽车搭载电机进行实测，得到关于电机转速T数据和转矩η数据以及输入电压U和电流I数据；
[0021]b、计算电机的机械功率和电功率，得到电动机的效率特性MAP图；
[0022]C、根据电机效率MAP图，可以在已知转速和转矩的情况下，得到电机效率值。
[0023]进一步，所述步骤4的具体过程为:
[0024]a、通过对纯电动汽车搭载动力电池组在同一湿度不同温度下的工作循环过程进行检测，测量整个过程中的时间、温度、电压、电流等之间变化关系的相关数据；
[0025]b、根据不同温度下，不同SOC值电池的内阻，可做出电池内阻MAP图，根据电池内阻MAP图，可查找各种温度下不同SOC值时的电池内阻，进而推算在不同温度下不同SOC值时电池的效率n电池:
[0026]
"电池—Yj
[0027]式中:η 为电池的效率；P为电池的剩余容量；1为放电电流洱为欧姆内阻和极化内阻；K为化学反应过程中所消耗的能量转换系数；Ε为电池的开路电压。
[0028]进一步,所述步骤5中系统效率η总计算公式为:η总=η电机η电池。
[0029]本发明的有益效果为:根据当前车辆行驶速度所处于的速度区间段，找到电机和电池最大效率点所对应的车速，此时的车速也就是该区间上的最经济车速。建立控制器控制电机输出转矩，使车辆行驶时保持在该区间的经济车速，从而实现最经济的控制方式。整车控制器基于基本转矩需求和优化转矩需求控制电机输出转矩，实现纯电动汽车匀速行驶时动力性和经济性的兼顾。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1为匀速行驶时优化输出转矩控制算法流程图。
[0031]图2为电机效率MAP图制作流程。
[0032]图3为电池效率MAP图制作流程。
[0033]图4为最经济输出转矩控制算法。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0035]本发明的基本思想是根据驾驶员操作意图对纯电动汽车匀速行驶时的动力需求进行匹配；在满足车辆动力性要求的前提下，根据纯电动汽车匀速行驶时车速、电机效率、电池效率等反馈信息，找出行驶车速所在区间内的系统效率最大值，控制电机输出转矩，将车辆在行驶时按速度区间保持在该区间的经济车速，对控制策略进行优化，实现最经济的控制方式，满足车辆经济性要求。
[0036]本发明提出的一种纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，包括如下步骤:
[0037]步骤I,设定纯电动汽车设计的最大车速,每5km/h设为一个速度区间；
[0038]步骤2，根据速度区间进而求解相应的电机转速区间；
[0039]步骤3，对纯电动汽车搭载电机进行特性测试，计算电机的效率η ，根据制作的电机MAP图，寻找电机最高效率区；
[0040]步骤4，对纯电动汽车搭载电池进行特性测试，计算电池的效率η ，根据制作的电池内阻MAP图及相关公式，寻找电池最高效率区；
[0041]步骤5，综合步骤3和步骤4所得电机的效率和电池的效率得到系统效率；
[0042]步骤6，根据纯电动车当前行驶车速所在车速区间对应的电机转速区间，计算每个相近转速下系统效率值；
[0043]步骤7，取系统效率最大值点处所对应的车速作为该车速区间内的最经济车速；
[0044]步骤8，控制器控制电机输出转矩，保持该转速不变，将车辆以最经济车速行驶，从而实现最经济的控制方式。
[0045]下面对于本发明的具体步骤进一步详细说明。
[0046]如图1所示，根据纯电动车设计的最大车速，设定为每5km/h为一个速度区间，由当前车辆的速度区间，根据式I得出当前车辆行驶速度区间所对应的电机转速区间:
u ' i § * i ο/1、
_7] n = 0.3 7 7-r⑴
[0048]式中:n为电机转速；u为车辆行驶车速；ig为变速器传动比Jtl为主减速器传动比；r为车轮半径。
[0049]通过查找该转速区间对应的系统效率值，系统包括电机和电池，综合系统效率最优化思想，将该区间中效率最大值点处所对应的转速设定为该转速区间的经济转速，保持该转速不变，根据式2得出最经济车速，即可实现在不同车速时经济性能最优化的选点。
[0050]μ = 0.3 77 r n(2)
Ig
[0051]如图2所示，系统效率包括电机的效率和电池的效率。其中电机的效率是使用台架实验对纯电动汽车搭载电机进行实测，得到关于电机转速T和转矩η的关系，根据公式3计算出电机的机械功率:
[0052]P = Tn(3)
[0053]电动机的电功率，可以根据测得的电机的输入电压U和电流I而计算出来，根据公式4，可以得到电动机的效率特性MAP图。
[0054]
U1...”电机
[0055]根据电机效率MAP图，可在已知转速和转矩的情况下，得到电机的效率值，以便于在将转速进行分区控制时，查找该区间内每点的效率值，用于总体效率的计算和比较，从而能够精确的选取最经济工作速度点。
[0056]如图3所示，电池效率是通过对纯电动汽车搭载动力电池组在同一湿度不同温度下的工作循环过程进行检测，测量整个过程中的时间、温度、电压、电流等之间的变化关系的相关数据。通过这些数据的确定，计算所需要的电池的内阻与外界变化的变化规律，从而测算不同温度下，不同SOC情况下，电池的内阻情况，进而测算各种条件下的电池的效率。
[0057]根据不同温度下，不同SOC值电池的内阻，可以做出电池内阻的MAP图，通过电池内阻MAP图，可以查到各种温度下不同SOC值时的电池内阻。根据公式5:
[0058]
"电池=(5)
Li
[0059]式中:η 为电池的效率；P为电池的剩余容量；1为放电电流洱为欧姆内阻和极化内阻；K为化学反应过程中，每A所消耗的能量转换系数；Ε为电池的开路电压。
[0060]由此可以推算出在不同温度下不同SOC值时的电池的效率。
[0061]结合公式6即可得到系统效率η总:
[0062]Π总=rI电机Π电池(6)
[0063]如图4所示，通过测量电机和电池的相关参数，将两个效率进行计算，得出对应当前车辆行驶速度区间所对应的各个效率值，将该区间中，效率最大值点处所对应的车速设定为该速度区间的经济车速，就能够实现在不同车速时对最经济车速的选点。
[0064]整个整车控制策略的过程需要如下几个信号:转矩信号Τ，转速信号n，温度信号t，电池的SOC值，电池的工作电压U,电池的工作电流I和化学反应消耗能量的转换系数K。根据可以测得的电机转矩信号T和转速信号n，可以在电机的MAP图中进行查点，找到对应的电机效率点。通过测得的电池工作时的环境温度和电池容量SOC值，可以在电池内阻MAP图中，查找对应的电池的内阻值(欧姆内阻和极化内阻之和)，与电动机的工作电流相乘，再与电流与和电压的乘积相加，电机的电压与电流的乘积再减掉转换系数与发电机工作电流的乘积，与之前的乘积相除，就得到了电池的工作效率。在一定的速度区间内，设定为每5km/h为一个速度区间，根据当前车辆的速度区间，计算每个相近车速下的系统效率值，取最大值，即为该车速区间内的经济车速控制器控制电机输出转矩，保持该转速不变，将车辆以最经济车速行驶，从而实现最经济的控制方式。
[0065]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤1，设定纯电动汽车设计的最大车速，每5km/h设为一个速度区间； 步骤2，根据速度区间进而求解相应的电机转速区间； 步骤3，对纯电动汽车搭载电机进行特性测试，计算电机的效率η ，根据制作的电机MAP图，寻找电机最高效率区； 步骤4，对纯电动汽车搭载电池进行特性测试，计算电池的效率η ，根据制作的电池内阻MAP图及相关公式，寻找电池最高效率区； 步骤5，综合步骤3和步骤4所得电机的效率和电池的效率得到系统效率； 步骤6，根据纯电动车当前行驶车速所在车速区间对应的电机转速区间，计算每个相近转速下系统效率值； 步骤7，取系统效率最大值点处所对应的车速作为该车速区间内的最经济车速； 步骤8，控制器控制电机输出转矩，保持该转速不变，将车辆以最经济车速行驶，从而实现最经济的控制方式。
2.根据权利要求1所述的纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，其特征在于，所述步骤2中电机转速η为:
u * ig ' i ο η =-
0.3 7 7 T 式中:η为电机转速；u为车辆行驶车速；ig为变速器传动比Jtl为主减速器传动比；r为车轮半径。
3.根据权利要求1所述的纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，其特征在于，所述步骤3的具体过程为: a、使用台架实验对纯电动汽车搭载电机进行实测，得到关于电机转速T数据和转矩η数据以及输入电压U和电流I数据； b、计算电机的机械功率和电功率，得到电动机的效率特性MAP图； C、根据电机效率MAP图，可以在已知转速和转矩的情况下，得到电机效率值。
4.根据权利要求1所述的纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，其特征在于，所述步骤4的具体过程为: a、通过对纯电动汽车搭载动力电池组在同一湿度不同温度下的工作循环过程进行检测，测量整个过程中的时间、温度、电压、电流等之间变化关系的相关数据； b、根据不同温度下,不同SOC值电池的内阻，可做出电池内阻MAP图，根据电池内阻MAP图，可查找各种温度下不同SOC值时的电池内阻，进而推算在不同温度下不同SOC值时电池的效率Η电池:
一 _ P —.1, (Ron + R,,n) — KI
”电池=~^j 式中:η 为电池的效率；ρ为电池的剩余容量为放电电流；Rm、Rpd分别为欧姆内阻和极化内阻；K为化学反应过程中所消耗的能量转换系数；Ε为电池的开路电压。
5.根据权利要求1所述的纯电动汽车匀速行驶时动力需求匹配和优化的方法，其特征在于，所述步骤5中系统效率n总的计算公式为:n总=η电机η电池。
【文档编号】B60L15/28GK104175905SQ201410419998
【公开日】2014年12月3日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】陈龙, 程伟, 孙晓东, 徐兴 申请人:江苏大学