基于WLTC工况的电量平衡控制系统及方法与流程

基于wltc工况的电量平衡控制系统及方法
技术领域
1.本发明涉及的是一种车辆动力控制领域的技术，具体是一种基于gb18753国六排放循环的基于wltc工况的电量平衡控制系统及方法。


背景技术：

2.随着排放要求的逐步严苛，整车厂家的排放压力逐步增加，为了满足逐步增加的国家法规。从国六开始，法规逐步增加更多对phev、hev车辆电量平衡的要求。要求法规wltc驾驶循环的能量变化量δ
eress
小于整个驾驶循环总能量e
total
的0.5％，而不同的驾驶习惯、不同的转毂都将对试验结果的鲁棒性产生较大的影响，造成电量超过法规的要求，导致试验失败。
3.现有电量平衡控制方法的缺陷和不足在于：目前存在的wltc的电量平衡的控制方法多是基于高压电池控制器bms反馈的soc进行电量平衡计算，但是bms反馈的soc是高压电池电流基于时间的积分结算结果，不能反馈高压系统的实际能量，高压系统的实际能量是高压电池系统的功率基于时间的积分结果。
4.bms反馈的soc不能真实反馈电池的实际能量状态，电池频繁的充放电后，容易出现 soc的跳变，如果采用soc进行电量平衡的计算，容易导致实验结果超出法规要求，实验失败。


技术实现要素：

5.本发明针对gb18352国六法规要求过渡循环以及确认循环的电量需要满足wltc驾驶循环的能量变化量δ
eress
小于整个驾驶循环总能量e
total
的0.5％，提出一种基于wltc工况的电量平衡控制系统及方法，能够避免驾驶员的驾驶操作以及试验台架的差异，提升试验的鲁棒性。
6.本发明通过以下技术方案来实现：
7.本发明涉及一种基于wltc工况的电量平衡控制系统，包括：输入模块、soc(电池电量) 存储模块、动态能量计算模块、电量平衡识别模块、电量平衡惩罚模块和电量平衡扭矩分配模块，其中：动态能量计算模块实时对电池电量进行监控，并在wltc超高速段进行电池电量闭环控制，根据驾驶循环开始的电量与激活了wltc超高速段的闭环控制区间的电量之间的差值，进行发动机的扭矩动态补偿，实现整个驾驶循环的能量平衡；soc存储模块判断整车上电时刻电池电量soc是否处于平衡区间，并将其存储于vcu eeprom中，作为动态能量计算的soc 初始值；动态能量计算模块根据车辆运行过程中can上实时反馈的bms(电池管理系统)的电流和电压对时间进行积分，计算得到电池总能量变化bms_energy，同时将bms_energy除以电池的总容量，计算出该能量变化对应的soc变化；电量平衡识别模块是在超高速段设置soc闭环flag，vcu检测当前的车速大于车速阈值上限，满足以上条件vcu激活闭环一次，当车速低于车速阈值下限，则退出闭环控制；电量平衡惩罚计算模块当vcu每一次闭环flag激活，将会调用一次扭矩惩罚系数，根据动态能量计算模块算出的soc差值查表得到
不同的发动机扭矩惩罚系数soc_fa；电量平衡扭矩分配模块vcu根据soc的差值，查表得到的扭矩惩罚系数。当查表得到的扭矩惩罚系数等于0，vcu查表原始的发动机扭矩分配策略，发动机扭矩直接驱动轮端，电机不发电不助力。当扭矩惩罚系数小于0，vcu查表修正发动机扭矩分配策略，采用发电补偿vcu_charge_map*soc_fac+发动机扭矩原始map*(1-soc_fac)，进行发动机扭矩分配，当soc_fac大于0，vcu查表修正发动机扭矩分配策略，采用放电补偿 vcu_discharge_map*soc_fac+发动机扭矩原始map*(1-soc_fac)，进行发动机扭矩分配，通过以上功能实现soc的动态协调，保证车辆能量的平衡。
8.所述的输入模块中的vcu(整车控制器)接收车辆基本参数信息为之后的动态能量计算模块提供信息输入。
9.所述的车辆基本参数信息包括：当前车速、动力电池soc及电流电压值，整车高压状态、加速踏板和制动踏板开度。
10.所述的电量平衡扭矩分配模块中的原始发动机扭矩分配策略是基于发动机万有特性曲线，确定发动机的最佳工作负荷点区间，并根据输出轴转速和轮端需求扭矩确定各个挡位下的发动机扭矩。
11.所述的电量平衡扭矩分配模块中的发电补偿vcu_charge_map是基于原始的发动机扭矩分配策略上增加一定的发动机扭矩，从而使得分配给电机的发电扭矩更多。
12.所述的电量平衡扭矩分配模块中的放电补偿vcu_discharge_map是基于原始的发动机扭矩分配策略上减少一定的发动机扭矩，从而使得电机需要消耗电能去满足轮端需求扭矩。技术效果
13.本发明技术效果包括：
14.1、利用对车辆行驶过程中电池的充放电电流和电压对时间的积分值，实时计算电池的能量变化，对电池电量变化的控制更加精确，从而避免了由于电池自身状态差异反馈的电池电量soc不准导致整个能量平衡控制失败。另外基于bms反馈的soc是高压电池电流基于时间的积分结算结果，不能反馈高压系统的实际能量，而本系统是通过高压电池的功率基于时间的积分结果进行电量平衡的计算，试验可信度高。
15.2、在超高速段采用闭环控制，根据当前soc变化量查表得到相应的发动机扭矩惩罚系数，对发动机扭矩进行补偿，从而达到整个wltc电量平衡。由于本发明在wltc试验最后阶段采用闭环控制，能够避免由于驾驶员操作差异和试验台架的影响，控制的鲁棒性好。
附图说明
16.图1为本发明流程图；
17.图2为实施例示意图。
18.图3为实施例试验结果。
具体实施方式
19.如图1所示，为本实施例涉及的一种基于wltc工况的电量平衡控制系统，包括：输入模块、soc存储模块、动态能量计算模块、电量平衡识别模块、电量平衡惩罚模块和电量平衡扭矩分配模块。
20.所述的输入模块包括整车控制器vcu、电机控制器mcu、变速器控制器tcu、发动机管理系统ems、电池管理系统bms等获取到的整车状态信息。整车控制器vcu通过整车通讯 can网络与各个单元控制器交互，接收车辆当前的基本参数信息，如当前车速，动力电池soc 及电流电压值，电池总容量，整车高压状态，加速踏板和制动踏板开度，当前发动机挡位和电机挡位等，为其余模块提供软件输入信息。
21.所述的soc存储模块包括判断整车上电时刻电池电量soc是否处于平衡区间，并将该真实soc在电池的可用电量区间内进行归一化处理，作为动态能量计算的soc初始值，并将其存储于vcu eeprom中。
22.所述的动态能量计算模块包括电池瞬时功率计算模块，功率计算模块，动态能量计算模块。电池瞬时功率计算模块将车辆运行过程中can上实时反馈的bms的电流和电压进行相乘得到每一时刻的电池充放电功率。功率计算模块是将电池瞬时功率计算模块得到的电池充放电功率对时间进行积分，计算得到电池总能量变化bms_energy。动态能量计算模块是将 bms_energy除以电池的总容量，计算出该能量变化对应的soc变化。
23.所述的电量平衡识别模块在超高速段设置soc闭环flag，当vcu检测当前的车速大于车速阈值上限，满足以上条件vcu激活闭环一次，当车速低于车速阈值下限或超过一定时间，则退出闭环控制。
24.所述的电量平衡惩罚计算模块当vcu每一次闭环flag激活，将会调用一次扭矩惩罚系数，根据动态能量计算模块算出的soc差值查表得到不同的发动机扭矩惩罚系数soc_fac。
25.所述的电量平衡扭矩分配模块vcu根据soc的差值，查表得到的扭矩惩罚系数soc_fac。当查表得到的扭矩惩罚系数等于0，vcu查表原始的发动机扭矩分配策略，发动机扭矩直接驱动轮端，电机不发电不助力。当扭矩惩罚系数小于0，vcu查表修正发动机扭矩分配策略，采用发电补偿vcu_charge_map*(-soc_fac)+发动机扭矩原始map*(1+soc_fac)，进行发动机扭矩分配，当soc_fac大于0，vcu查表修正发动机扭矩分配策略，采用放电补偿vcu_discharge_map*soc_fac+发动机扭矩原始map*(1-soc_fac)，进行发动机扭矩分配，通过以上功能实现soc的动态协调，保证车辆能量的平衡。
26.所述的电量平衡扭矩分配模块中的原始发动机扭矩分配策略是基于发动机万有特性曲线，确定发动机的最佳工作负荷点区间，并根据转速和轮端需求扭矩换挡线确定各个挡位下的发动机扭矩。
27.所述的电量平衡扭矩分配模块中的发电补偿vcu_charge_map是基于原始的发动机扭矩分配策略上增加一定的发动机扭矩，从而使得分配给电机的发电扭矩更多。
28.所述的电量平衡扭矩分配模块中的放电补偿vcu_discharge_map是基于原始的发动机扭矩分配策略上减少一定的发动机扭矩，从而使得电机需要消耗电能去满足轮端需求扭矩。
29.所述的电量平衡扭矩分配模块中的电机扭矩计算模块等于当前轮端需求扭矩减去发动机扭矩传递到轮端的扭矩后再除以当前电机挡位速比可得到，即(轮端需求扭矩-发动机传递到轮端扭矩)/电机挡速比。
30.如图1所示，为本实施例涉及上述系统的基于wltc工况的电量平衡控制方法，具体包括：
31.步骤1、soc存储：vcu检测到驾驶员激活当前驾驶循环，同时高压电池soc在一定范围[a-2,a+2]之内，vcu存储此时接收到电池的实际bms_act_soc＝a在vcu eeprom中；
[0032]
步骤2、动态能量计算：自驾驶员按peps整车上电使能开始计时，vcu基于can通讯网络接收到的bms实际电流bms_current和bms实际电压bms_voltage进行积分计算出电池总能量bms_energy，同时将bms_energy除以电池的总容量，计算出该能量对应的soc变化δ
soc
，计用电为负，发电为正。
[0033]
步骤3、soc闭环识别：根据wltc法规cs模式电量平衡的要求δ
eress
/e
fuelcs
小于4％的要求，所以vcu在超高速段设置激活闭环控制的flag。当vcu检测当前的车速大于120kph，满足以上条件vcu激活闭环一次，当车速小于100kph或者持续30s后退出soc闭环识别。
[0034]
步骤4、soc闭环惩罚系数计算：vcu每一次闭环flag激活，将会调用一次扭矩惩罚系数，根据动态能量计算模块算出的soc差异的大小惩罚不同的系数soc_fac以弥补扭矩的增减。
[0035]
步骤5、soc闭环扭矩补偿：vcu根据soc的差值，查表扭矩惩罚系数。soc差值δ
soc
＝[-2
ꢀ‑
1.5 1 1 1.5 2]查表soc_fac＝[-1-0.5 0 0 0.5 1]。当soc_fac等于0，vcu查表原始的发动机扭矩分配策略，发动机扭矩能够直接满足轮端扭矩需求，电机不发电不助力。当soc_fac小于0， vcu查表修正发动机扭矩分配策略，采用发电补偿vcu_charge_map*(-soc_fac)+发动机扭矩原始map*(1+soc_fac)，进行发动机扭矩分配，此时，电机扭矩等于轮端需求扭矩减去发动机扭矩传递到轮端扭矩后再除以电机挡位速比得到。当soc_fac大于0，vcu查表修正发动机扭矩分配策略，采用放电补偿vcu_discharge_map*soc_fac+发动机扭矩原始map*(1-soc_fac)，进行发动机扭矩分配，同样此时的电机扭矩等于轮端需求扭矩减去发动机扭矩传递到轮端扭矩后再除以电机挡位速比得到。通过以上功能实现soc的动态协调，保证车辆能量的平衡。
[0036]
如图2所示，按照gbt 19753-2013轻型混合动力电动汽车能量消耗试验方法进行wltc 试验，试验室温度应设置为23℃，允许偏差
±
5℃。开始前，车辆在20℃～30℃的温度条件下在室内放置至少6h，直到发动机机油温度和冷却液温度应在23℃
±
2℃范围内。
[0037]
如图2所示，通过上述的基于wltc电量平衡的控制系统及方法，在wltc超高速段激活了4次soc闭环控制，当soc的差值大于0时，在闭环激活2阶段查表得到的soc_fac系数为0.5，发动机的实际扭矩则等于该挡位6挡下的原始发动机扭矩*(1-0.5)+放电补偿map下的发动机扭矩值*0.5，此时电机扭矩等于轮端需求扭矩减去发动机传递到轮端扭矩后再除以电机挡位速比。当soc的差值小于0时，在闭环激活3阶段查表得到的soc_fac系数为-0.3，发动机的实际扭矩则等于该挡位6挡下的原始发动机扭矩*(1-0.3)+放电补偿map下的发动机扭矩值*0.3，此时电机扭矩等于轮端需求扭矩减去发动机传递到轮端扭矩后再除以电机挡位速比。在闭环激活4阶段查表得到的soc_fac系数为-0.9，发动机的实际扭矩则等于该挡位6挡下的原始发动机扭矩*(1-0.9)+放电补偿map下的发动机扭矩值*0.9，此时电机扭矩等于轮端需求扭矩减去发动机传递到轮端扭矩后再除以电机挡位速比。试验结果表明整个试验结束后能够达到 cs电量平衡的要求，并且油耗指标也比较理想。
[0038]
与现有技术相比，本控制系统及方法性能指标提升在于：通过本控制系统及方法，不仅满足了wltc国六排放要求而且满足了cs模式电量平衡的要求δ
eress
/e
fuelcs
小于4％的要求，并且在不同试验者进行试验后试验结果的一致性高，说明本控制系统及方法鲁棒性
好，应用性强。
[0039]
如图3所示，通过与现有技术的10组试验进行对比，在按照cs模式电量平衡的要求δ
eress
/e
fuelcs
小于4％的要求下(即表中的消耗电量要小于能量消耗限值)，采用本发明下的控制系统及方法可以显著提高试验的鲁棒性和成功性。
[0040]
上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。