专利名称：一种cvt混合动力汽车动力源转矩优化分配方法
技术领域：
本发明涉及混合动力电动汽车领域，特别是一种关于CVT (无级自动变速器)混合动力电动汽车的驱动工况下动力源转矩优化分配方法。
背景技术：
混合动力汽车驱动工况下，制定合理的能量管理策略可以改善整车工作特性，进而提高其燃油经济性。对于装配CVT (无级自动变速器)的混合动力汽车，CVT速比能够在一定范围内连续变化，因此可以通过综合控制发动机、电机以及CVT，更优地实现动力源转矩分配以及整车工作特性优化。针对CVT混合动力汽车能量优化分配问题，目前大部分的研究均以发动机工作在高效区为控制目标，忽略了电机、电池和传动系统自身效率对混合动力系统能量利用率的影响。也有少数研究者以系统效率最高为目标开展了相关研究，但是其状态变量是车速和加速度，而加速度难以直观地反映驾驶员意图和感受。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种以系统效率最高为目标，以车速、加速踏板开度和电池SOC为优化状态变量，在满足整车动力性的前提下，尽可能提高整车工作效率，优化求解动力源目标转矩，解决驱动工况下转矩优化分配问题的CVT混合动力汽车动力源转矩优化分配方法。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案一种CVT混合动力汽车动力源转矩优化分配方法，其步骤如下(I)以加速踏板开度值、车速及电池的荷电状态为优化状态变量，以需求转矩值为基础，建立一个与加速踏板开度值相关的整车传动系统动力学方程;
(2)将发动机功率作为整车系统的需求输入功率，将克服车辆行驶阻力消耗的功率和蓄电池功率设定为系统的输出功率，结合步骤(I)中的整车传动系统动力学方程得到最终的系统需求输出功率；(3)根据需求输出功率和需求输入功率的比值定义系统效率，以系统效率最高为优化目标，优化得到发动机单独驱动模式、发动机驱动加发电模式和电机助力模式这三种驱动工作模式下动力源目标转矩。所述步骤(I)中，所述整车传动系统动力学方程为
C Au1 du(mgf cos a + mg^ma+ ^ ^ + m —)r = TJ0 - JΓω- (Je ωΒ + Jm ωη )/CfT ηα^ {)，式中，m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；α为道路坡度角；CD为空气阻力系数；A为迎风面积；u为车速；du/dt为车辆加速度；r为车轮半径；Td为需求转矩为主减速比为车轮转动惯量；为车轮转速为发动机转动惯量；为发动机转速；Jm为电机转动惯量；ω m为电机转速；iCVT为CVT传动比；η CTT为CVT效率。所述步骤(3)中，所述发动机单独驱动模式、发动机驱动加发电模式和电机助力模式三种驱动工作模式下系统效率Hsys分别为发动机单独工作模式Hsys = Pout/Pin =Tdi0u ne/(Tecoer)，发动机驱动加发电模式nsys = Pout/Pin = (Tdi0u/r+Pbatl nbat charge) ne/ (Τεωε)，电机助力工作模式
U sys Pout/Pin (Tdi〇u/r Pbat。/ 打 bat—discharge )ne/0>e),式
中，Pout为系统需求输出功率；pin为系统需求输入功率；pbatl为电池输入功率；pbat2为电池输出功率；iibat—Ctoge为蓄电池的充电效率；1Ibat-disdiaw为蓄电池的放电效率；Te为发动机输出转矩；为发动机效率。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点1、本发明由于采用由驾驶员操作平台、CVT混合动力汽车整车控制系统、发动机控制器、电机控制器、无级自动变速器控制器、主减速器和蓄电池组构成的CVT混合动力汽车系统，根据动力源转矩分配模块内预先设定的目标函数和约束条件对CVT混合动力汽车动力源进行优化，其优化效率较高。2、本发明由于采用基于CVT混合动力汽车整车控制系统来实现动力源转矩的优化分配，是针对装配CVT的混合动力电动汽车在驱动工况下的动力源转矩优化分配方法，该方法能够紧密地将驾驶员操作与车辆控制关联到实际应用中。3、本发明由于采用的优化状态变量是车速、加速踏板开度值和电池S0C，并结合车辆传动系统动力学方程，得出整车系统的需求输出功率和需求输入功率，从而得到系统效率的表达式，以系统效率最高为目标，在满足整车动力性的前提下，提高了整车工作效率，优化得出确保系统效率最高的发动机、电机目标输出转矩和CVT目标速比随车速和加速踏板开度值APS的变化规律，具体解决驱动工况下的转矩分配问题。本发明可以广泛应用于混合动力电动汽车领域中。
图I是本发明的CVT混合动力汽车系统结构示意图；图2是本发明的混合动力汽车动力源转矩分配示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图I所示，本发明的CVT(无级自动变速器)混合动力汽车系统包括驾驶员操作平台1、CVT混合动力汽车整车控制系统2、发动机控制器(E⑶)3、电机控制器(IPU)4、无级自动变速器控制器(TCT) 5、主减速器6和电池7。驾驶员操作平台I内设置有加速踏板位置传感器11和制动踏板位置传感器12，加速踏板位置传感器11将采集到的加速踏板开度值APS发送至CVT混合动力汽车整车控制系统2 ;制动踏板位置传感器12将采集到的制动踏板开度值BPS也发送至CVT混合动力汽车整车控制系统2。CVT混合动力汽车整车控制系统2根据加速踏板开度值APS及由E⑶ 3反馈至的车速进行优化处理后，分别向E⑶3发送发动机转矩信号Te，向IPU 4发送电机转矩信号Tm，向TCU 5发送传动比信号iWT。ECU 3根据发动机转矩信号Te控制发动机工作，IPU 4根据电机转矩信号Tm控制电机工作，T⑶5根据传动比信号iCTT控制CVT工作， T⑶5输出信号传输至主减速器6，最终将动力传递至车轮驱动车辆行驶。其中，电池7为电机供电。上述实施例中，CVT混合动力汽车整车控制系统2包括驾驶员意图识别模块21和动力源转矩分配模块22，驾驶员意图识别模块21接收加速踏板开度值APS及车速后，根据驾驶员意图识别模块21可得到需求转矩与加速踏板开度值APS和车速相关，并将所得需求转矩发送至动力源转矩分配模块22内，由动力源转矩分配模块22内预先设定的目标函数和约束条件对本发明的CVT混合动力汽车动力源转矩进行优化。如图2所示，本发明的CVT混合动力汽车动力源转矩优化分配方法主要是基于 CVT混合动力汽车整车控制系统2来实现动力源的优化分配，是针对装配CVT的混合动力电动汽车在驱动工况下的动力源转矩优化分配方法，该方法能够紧密地将驾驶员操作与车辆控制关联到实际应用中，采用的优化状态变量是车速、加速踏板开度值APS和电池7的 SOC (电池的荷电状态)，并结合车辆传动系统动力学方程，得出整车系统的需求输出功率和需求输入功率，从而得到系统效率的表达式，以系统效率最高为目标，在满足整车动力性的前提下，提高整车工作效率，优化得出确保系统效率最高的发动机、电机目标输出转矩和 CVT目标速比随车速和加速踏板开度值APS的变化规律，具体解决驱动工况下的转矩分配问题，其中，驱动工况包括三种工作模式发动机单独驱动模式、发动机驱动加发电模式以及电机助力模式。CVT混合动力汽车动力源转矩优化分配方法的具体步骤如下I)驾驶员意图识别模块21根据接收到的加速踏板开度值APS及车速，可以得到符合驾驶需求的需求转矩Td，并将需求转矩值发送至动力源转矩分配模块22内。2)动力源转矩分配模块22以接收到的需求转矩Td为基础，根据汽车动力学理论， 建立一个与需求转矩Td相关联的整车传动系统动力学方程，由于驾驶员意图识别模块21 发送至的需求转矩Td与加速踏板开度值APS相关，因此，动力源转矩分配模块22内实际上是建立了一个与加速踏板开度值APS相关的整车传动系统动力学方程，该方程如下
C Au2 du
(mgf cos a + mg%ma+ ^ ^ + m —)r = TJ0-JrOr-(Je me + Jm ωΜ ) αντηαντ 0， (I)如图I所示，实施例中由于发动机和电机是同轴连接，所以两者的转速之间存在如下关系(Oe=O)m= Or i0iCVT + mri0diCVT 丨 dt，(2)Cor=U I r.，COr= (du I dt) I r，(3)式中，m为整车质量；g为重力加速度；f为滚动阻力系数；α为道路坡度角；CD为空气阻力系数；A为迎风面积；u为车速；du/dt为车辆加速度；r为车轮半径；Td为需求转矩为主减速比为车轮转动惯量；为车轮转速为发动机转动惯量；为发动机转速；Jm为电机转动惯量；ω m为电机转速；iCVT为CVT传动比；η CTT为CVT效率。3)将发动机功率作为整个CVT混合动力汽车系统的需求输入功率Pin，其表达式为Pin = TeWe/ne,(4)式中，Te为发动机输出转矩；为发动机转速；为发动机效率。4)将克服车辆行驶阻力消耗的功率(包括滚动阻力、坡度阻力、空气阻力和加速阻力)和蓄电池功率看作系统的输出功率，并且考虑电池电机子系统充电或放电助力驱动的需求功率,则在发动机单独驱动模式、发动机驱动加发电模式和电机助力模式这三种驱动工况工作模式下，系统的需求输出功率Ptjutl可分别表示为发动机单独工作模式时，系统的需求输出功率Pwtl为
权利要求
1.一种CVT混合动力汽车动力源转矩优化分配方法，其步骤如下(1)以加速踏板开度值、车速及电池的荷电状态为优化状态变量，以需求转矩值为基础，建立一个与加速踏板开度值相关的整车传动系统动力学方程；(2)将发动机功率作为整车系统的需求输入功率，将克服车辆行驶阻力消耗的功率和蓄电池功率设定为系统的输出功率，结合步骤(I)中的整车传动系统动力学方程得到最终的系统需求输出功率；(3)根据需求输出功率和需求输入功率的比值定义系统效率，以系统效率最高为优化目标，优化得到发动机单独驱动模式、发动机驱动加发电模式和电机助力模式这三种驱动工作模式下动力源目标转矩。
2.如权利要求I所述的一种CVT混合动力汽车动力源转矩优化分配方法，其特征在于 所述步骤(I)中，所述整车传动系统动力学方程为
3.如权利要求I或2所述的一种CVT混合动力汽车动力源转矩优化分配方法，其特征在于所述步骤(3)中，所述发动机单独驱动模式、发动机驱动加发电模式和电机助力模式三种驱动工作模式下系统效率Hsys分别为发动机单独工作模式Hsys = Pout/Pin = Tdi0une/(Te ωεΓ)，发动机驱动加发电模式Ilsys = Pout/Pin = (Tdi0u/r+pbatl n bat charge) n e/ (Te ω e)，电机助力工作模式rIsys = Pout/Pin = (Tdi0u/rPbat。/ 打 bat—discharge )ne/0>e)，式中，Ptjut为系统需求输出功率；Pin为系统需求输入功率；Pbatl为电池输入功率；Pbat2为电池输出功率；打 bat_charge为蓄电池的充电效率；打 bat_discharge为蓄电池的放电效率-Je为发动机输出转矩；I为发动机效率。
全文摘要
本发明涉及一种CVT混合动力汽车动力源转矩优化分配方法，其步骤如下(1)以加速踏板开度值、车速及电池SOC为优化状态变量，以需求转矩值为基础，建立一个与加速踏板开度值相关的整车传动系统动力学方程；(2)将发动机功率作为整车系统的需求输入功率，将克服车辆行驶阻力消耗的功率和蓄电池功率设定为系统的输出功率，结合步骤(1)中的整车传动系统动力学方程得到最终的系统需求输出功率；(3)根据需求输出功率和需求输入功率的比值定义系统效率，以系统效率最高为优化目标，优化得到动力源目标转矩。本发明能提高整车工作效率，解决驱动工况下转矩分配问题，可以广泛应用于混合动力电动汽车领域中。
文档编号B60W20/00GK102582616SQ201210042198
公开日2012年7月18日 申请日期2012年2月22日 优先权日2012年2月22日
发明者严钦山, 李克强, 李宗华, 洪木南, 罗禹贡, 苏岭, 赵峰, 连小珉, 郑永霞 申请人:清华大学, 重庆长安新能源汽车有限公司