1-第4章 混合動力汽車能量管理控制策略

第4章混合動力汽車能量管理控制策略第4章混合動力汽車能量管理控制策略4.1混合動力總成的控制策略

4.2混合動力總成控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案設計

4.3轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序

4.4并聯(lián)混合動力總成的控制算法

4.5串聯(lián)混合動力總成的控制算法

4.6混聯(lián)混合動力總成的控制算法

4.7控制策略的優(yōu)化算法4.1混合動力總成的控制策略

4.2混合動力總成控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方案設計4.2.1控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)方案設計

4.2.2控制系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)方案設計4.2.1控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)方案設計1.硬件結(jié)構(gòu)功能要求

2.混合動力總成控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)方案1.硬件結(jié)構(gòu)功能要求1)混合動力總成必須按照駕駛?cè)艘鈭D輸出驅(qū)動或制動轉(zhuǎn)矩。

2)混合動力總成各個動力元件的動力輸出必須可控。

3)混合動力總成控制系統(tǒng)必須根據(jù)踏板開度信號和動力元件的反饋信號，計算各個動力元件的工作狀態(tài)和動力輸出要求，輸出控制指令給動力元件的控制單元。1)混合動力總成必須按照駕駛?cè)艘鈭D輸出驅(qū)動或制動轉(zhuǎn)矩。

2)混合動力總成各個動力元件的動力輸出必須可控。

3)混合動力總成控制系統(tǒng)必須根據(jù)踏板開度信號和動力元件的反饋信號，計算各個動力元件的工作狀態(tài)和動力輸出要求，輸出控制指令給動力元件的控制單元。

2.混合動力總成控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)方案圖4-1并聯(lián)混合動力總成控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖2.混合動力總成控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)方案圖4-2串聯(lián)混合動力總成控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖4.2.2控制系統(tǒng)軟件的結(jié)構(gòu)方案設計1.并聯(lián)系統(tǒng)控制軟件的功能要求

2.串聯(lián)系統(tǒng)控制軟件的功能要求

3.控制軟件的結(jié)構(gòu)方案1.并聯(lián)系統(tǒng)控制軟件的功能要求1)將踏板開度信號轉(zhuǎn)換為混合動力總成的轉(zhuǎn)矩輸出要求。

2)確定發(fā)動機的工作狀態(tài)。

3)確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出。

4)確定電機的轉(zhuǎn)矩輸出。1)將踏板開度信號轉(zhuǎn)換為混合動力總成的轉(zhuǎn)矩輸出要求。

2)確定發(fā)動機的工作狀態(tài)。

3)確定發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出。

4)確定電機的轉(zhuǎn)矩輸出。

2.串聯(lián)系統(tǒng)控制軟件的功能要求1)將踏板開度信號轉(zhuǎn)換為混合動力總成的轉(zhuǎn)矩輸出要求。

2)確定電動機的電功率輸入和轉(zhuǎn)矩輸出。

3)確定發(fā)動機-發(fā)電機組的工作狀態(tài)。

4)確定發(fā)動機-發(fā)電機組的轉(zhuǎn)矩輸出。1)將踏板開度信號轉(zhuǎn)換為混合動力總成的轉(zhuǎn)矩輸出要求。

2)確定電動機的電功率輸入和轉(zhuǎn)矩輸出。

3)確定發(fā)動機-發(fā)電機組的工作狀態(tài)。

4)確定發(fā)動機-發(fā)電機組的轉(zhuǎn)矩輸出。

3.控制軟件的結(jié)構(gòu)方案圖4-3并聯(lián)混合動力總成控制軟件的結(jié)構(gòu)框圖3.控制軟件的結(jié)構(gòu)方案圖4-4串聯(lián)混合動力總成的控制軟件結(jié)構(gòu)框圖4.3轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序1.驅(qū)動工況

2.制動工況4.3轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序圖4-5轉(zhuǎn)矩輸出指令子

程序輸入和輸出信號1.驅(qū)動工況

2.制動工況

4.4并聯(lián)混合動力總成的控制算法4.4.1限制發(fā)動機工作區(qū)間的控制算法

4.4.2調(diào)節(jié)發(fā)動機工作區(qū)間的控制算法4.4.1限制發(fā)動機工作區(qū)間的控制算法1.發(fā)動機的開關(guān)控制子程序

2.發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序

3.電機的轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序1.發(fā)動機的開關(guān)控制子程序1)T>0或n>nidel。

2)n>neidle或eidle=1。

3)n>或SOC<SOClo。

4)SOC<SOClo或T>Teoff=feoff×Tmax。1.發(fā)動機的開關(guān)控制子程序圖4-6發(fā)動機開關(guān)控制

子程序輸入和輸出信號1)T>0或n>nidel。

2)n>neidle或eidle=1。

3)n>或SOC<SOClo。

4)SOC<SOClo或T>Teoff=feoff×Tmax。圖4-7發(fā)動機開關(guān)控制子程序框圖2.發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序(1)電池組電量狀態(tài)的上限值SOChi和下限值SOClo為了限制電池的工作區(qū)間，需要設定電池組電量狀態(tài)的上限值SOChi和下限值SOClo。

(2)發(fā)動機的額外轉(zhuǎn)矩TSOC為了使發(fā)動機運行于高效率區(qū)間，需要確定發(fā)動機的額外轉(zhuǎn)矩TSOC。

(3)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩限值Temax為限制發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出，需要確定發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩限值Temax。

(4)發(fā)動機最小轉(zhuǎn)矩限值Temin和關(guān)斷轉(zhuǎn)矩限值Teoff為限制發(fā)動機的工作區(qū)間，需要設定發(fā)動機最小轉(zhuǎn)矩限值Temin和關(guān)斷轉(zhuǎn)矩限值Teoff兩個限值，如圖4-10所示。2.發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序(5)制動工況和驅(qū)動工況下的發(fā)動機關(guān)斷轉(zhuǎn)速限值nde1和nele在驅(qū)動工況下，為了避免發(fā)動機工作在低效率區(qū)，設定發(fā)動機關(guān)斷轉(zhuǎn)速限值nele。

(6)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令Le將發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令Le(0≤Le≤1)定義為發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩與最大轉(zhuǎn)矩限值的比值，即Le=Teout/Temax。2.發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序圖4-8發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令

子程序輸入輸出信號(1)電池組電量狀態(tài)的上限值SOChi和下限值SOClo為了限制電池的工作區(qū)間，需要設定電池組電量狀態(tài)的上限值SOChi和下限值SOClo。圖4-9電池組充放電內(nèi)阻與SOC關(guān)系曲線(2)發(fā)動機的額外轉(zhuǎn)矩TSOC為了使發(fā)動機運行于高效率區(qū)間，需要確定發(fā)動機的額外轉(zhuǎn)矩TSOC。

(3)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩限值Temax為限制發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出，需要確定發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩限值Temax。圖4-10發(fā)動機特性曲線(3)發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩限值Temax為限制發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出，需要確定發(fā)動機的最大轉(zhuǎn)矩限值Temax。表4-1發(fā)動機最大轉(zhuǎn)矩限值數(shù)據(jù)表(4)發(fā)動機最小轉(zhuǎn)矩限值Temin和關(guān)斷轉(zhuǎn)矩限值Teoff為限制發(fā)動機的工作區(qū)間，需要設定發(fā)動機最小轉(zhuǎn)矩限值Temin和關(guān)斷轉(zhuǎn)矩限值Teoff兩個限值，如圖4-10所示。表4-2發(fā)動機關(guān)斷轉(zhuǎn)矩限值和最小轉(zhuǎn)矩限值數(shù)據(jù)表(4)發(fā)動機最小轉(zhuǎn)矩限值Temin和關(guān)斷轉(zhuǎn)矩限值Teoff為限制發(fā)動機的工作區(qū)間，需要設定發(fā)動機最小轉(zhuǎn)矩限值Temin和關(guān)斷轉(zhuǎn)矩限值Teoff兩個限值，如圖4-10所示。圖4-11發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序

控制算法框圖(5)制動工況和驅(qū)動工況下的發(fā)動機關(guān)斷轉(zhuǎn)速限值nde1和nele在驅(qū)動工況下，為了避免發(fā)動機工作在低效率區(qū)，設定發(fā)動機關(guān)斷轉(zhuǎn)速限值nele。

(6)發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令Le將發(fā)動機的發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令Le(0≤Le≤1)定義為發(fā)動機的輸出轉(zhuǎn)矩與最大轉(zhuǎn)矩限值的比值，即Le=Teout/Temax。

3.電機的轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序(1)電機的峰值轉(zhuǎn)矩限值和為了限制電機的轉(zhuǎn)矩輸出，需要確定電機的峰值轉(zhuǎn)矩限值，電機特性曲線如圖4-13所示。

(2)電機的輸出轉(zhuǎn)矩Tm

(3)電機的轉(zhuǎn)矩輸出指令Lm3.電機的轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序圖4-12電機轉(zhuǎn)矩輸出指令

子程序的輸入輸出變量3.電機的轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序圖4-13電機的機械特性曲線(1)電機的峰值轉(zhuǎn)矩限值和為了限制電機的轉(zhuǎn)矩輸出，需要確定電機的峰值轉(zhuǎn)矩限值，電機特性曲線如圖4-13所示。表4-3電機峰值轉(zhuǎn)矩數(shù)據(jù)表(2)電機的輸出轉(zhuǎn)矩Tm

(3)電機的轉(zhuǎn)矩輸出指令Lm圖4-14電機轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序控制算法框圖4.4.2調(diào)節(jié)發(fā)動機工作區(qū)間的控制算法1.發(fā)動機開關(guān)控制子程序

2.發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序

3.電機轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序1.發(fā)動機開關(guān)控制子程序1)SOC<SOC0或T>Teoff=ftloTemax。

2)n>nele或SOC<SOClo。

3)T>0或n>ndel。

4)n>neidle或eidle=1。1)SOC<SOC0或T>Teoff=ftloTemax。

2)n>nele或SOC<SOClo。

3)T>0或n>ndel。

4)n>neidle或eidle=1。圖4-15調(diào)節(jié)發(fā)動機工作區(qū)間——發(fā)動機開關(guān)控制子程序控制算法框圖2.發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序(1)發(fā)動機負荷率fte

(2)電池組的電量狀態(tài)SOC

(3)發(fā)動機的額外轉(zhuǎn)矩TSOC和輸出轉(zhuǎn)矩Teout2.發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序圖4-16發(fā)動機特性圖(1)發(fā)動機負荷率fte

(2)電池組的電量狀態(tài)SOC

(3)發(fā)動機的額外轉(zhuǎn)矩TSOC和輸出轉(zhuǎn)矩Teout①SOC>SOC0。

②SOC<SOC0。

①ft>fthi。

②ft0<ft<fthi。

③ft0>ft>ftlo。

④ft<ftlo。對于不同SOC和ft，kk的確定分以下四種情況分別討論。

1)SOC>SOC0且ft>ft0。

2)SOC<SOC0且ft<ft0。

3)SOC>SOC0且ft<ft0。(3)發(fā)動機的額外轉(zhuǎn)矩TSOC和輸出轉(zhuǎn)矩Teout①ft0>ft>ftlo。此時為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=ft0-ft，，kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk=0。

②ft<ftlo。此時根據(jù)發(fā)動機開關(guān)控制子程序，發(fā)動機停機，由電機單獨驅(qū)動。

4)SOC<SOC0且ft>ft0。

①fthi>ft>ft0。此時為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=fthi-ft，k2=1，k3=kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk的表達式為(3)發(fā)動機的額外轉(zhuǎn)矩TSOC和輸出轉(zhuǎn)矩Teout②ft>fthi。在上述條件下，為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=ft0-ft，k2=0，k3=kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk=0。①SOC>SOC0。

②SOC<SOC0。

①ft>fthi。

②ft0<ft<fthi。

③ft0>ft>ftlo。

④ft<ftlo。對于不同SOC和ft，kk的確定分以下四種情況分別討論。

1)SOC>SOC0且ft>ft0。圖4-17kk與ft的關(guān)系曲線1)SOC>SOC0且ft>ft0。圖4-18f與ft的關(guān)系曲線1)SOC>SOC0且ft>ft0。圖4-19kk與k的關(guān)系曲線1)SOC>SOC0且ft>ft0。圖4-20f與k的關(guān)系曲線2)SOC<SOC0且ft<ft0。圖4-21kk與ft的關(guān)系曲線2)SOC<SOC0且ft<ft0。圖4-22f與ft的關(guān)系曲線2)SOC<SOC0且ft<ft0。圖4-23kk與k關(guān)系曲線2)SOC<SOC0且ft<ft0。圖4-24f與k關(guān)系曲線3)SOC>SOC0且ft<ft0。

①ft0>ft>ftlo。此時為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=ft0-ft，，kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk=0。

②ft<ftlo。此時根據(jù)發(fā)動機開關(guān)控制子程序，發(fā)動機停機，由電機單獨驅(qū)動。

4)SOC<SOC0且ft>ft0。

①fthi>ft>ft0。此時為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=fthi-ft，k2=1，k3=kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk的表達式為圖4-25kk與ft的關(guān)系曲線①fthi>ft>ft0。此時為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=fthi-ft，k2=1，k3=kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk的表達式為圖4-26f與ft的關(guān)系曲線①fthi>ft>ft0。此時為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=fthi-ft，k2=1，k3=kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk的表達式為圖4-27kk與k的關(guān)系曲線①fthi>ft>ft0。此時為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=fthi-ft，k2=1，k3=kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk的表達式為圖4-28f與k的關(guān)系曲線①fthi>ft>ft0。此時為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=fthi-ft，k2=1，k3=kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk的表達式為圖4-29調(diào)節(jié)發(fā)動機工作區(qū)間——發(fā)動機轉(zhuǎn)矩輸出子程序控制算法框圖②ft>fthi。在上述條件下，為實現(xiàn)發(fā)動機工作區(qū)間調(diào)節(jié)，設定系數(shù)k1=ft0-ft，k2=0，k3=kΔft+ΔSOC=k（ft0-ft）/ft00+（SOC0-SOC）/SOC00，則kk=0。

3.電機轉(zhuǎn)矩輸出指令子程序

4.5串聯(lián)混合動力總成的控制算法4.5.1電動機的輸入輸出指令子程序

4.5.2發(fā)動機-發(fā)電機組的狀態(tài)控制子程序

4.5.3發(fā)動機-發(fā)電機組的輸出指令子程序4.5.1電動機的輸入輸出指令子程序１.電動機的轉(zhuǎn)矩輸出指令Lm

2.電動機的效率eff

3.電機的峰值轉(zhuǎn)矩限值

4.電動機的輸入端電功率指令Pmc4.5.1電動機的輸入輸出指令子程序圖4-30電動機輸入輸出

指令子程序的輸入和輸出量１.電動機的轉(zhuǎn)矩輸出指令Lm

2.電動機的效率eff表4-4電機效率數(shù)據(jù)表3.電機的峰值轉(zhuǎn)矩限值

4.電動機的輸入端電功率指令Pmc圖4-31電動機的輸入和輸出指令子程序框圖4.5.2發(fā)動機-發(fā)電機組的狀態(tài)控制子程序1)運行工況滿足下列條件之一，發(fā)動機-發(fā)電機組運行(engineon=1)。

①SOC>SOClo，Pmc>0。

②SOClo<SOC<SOChi，engineon(t-1)=1，Pmc>0。

③SOC<SOChi，Pmc>。

2)運行工況滿足下列條件之一，發(fā)動機-發(fā)電機組停機(engineon=0)。

①SOC>SOClo，engineon(t-1)=0。

②SOC>SOChi，Pmc<。

③Pmc<0。4.5.2發(fā)動機-發(fā)電機組的狀態(tài)控制子程序圖4-32發(fā)動機-發(fā)電機組狀態(tài)

控制子程序的輸入和輸出量1)運行工況滿足下列條件之一，發(fā)動機-發(fā)電機組運行(engineon=1)。

①SOC>SOClo，Pmc>0。

②SOClo<SOC<SOChi，engineon(t-1)=1，Pmc>0。

③SOC<SOChi，Pmc>。

2)運行工況滿足下列條件之一，發(fā)動機-發(fā)電機組停機(engineon=0)。

①SOC>SOClo，engineon(t-1)=0。

②SOC>SOChi，Pmc<。

③Pmc<0。圖4-33發(fā)動機-發(fā)電機組開關(guān)控制子程序框圖4.5.3發(fā)動機-發(fā)電機組的輸出指令子程序１.設定電池組電量狀態(tài)的上限值SOChi和下限值SOClo

２.發(fā)動機-發(fā)電機組提供的額外功率PSOC

3.發(fā)動機-發(fā)電機組的最大和最小功率限值和

4.發(fā)動機-發(fā)電機組的輸出指令Le１.設定電池組電量狀態(tài)的上限值SOChi和下限值SOClo圖4-34發(fā)動機-發(fā)電機組輸出

指令子程序的輸入和輸出量２.發(fā)動機-發(fā)電機組提供的額外功率PSOC

3.發(fā)動機-發(fā)電機組的最大和最小功率限值和圖4-35發(fā)動機-發(fā)電機組

輸出指令子程序框圖4.發(fā)動機-發(fā)電機組的輸出指令Le

4.6混聯(lián)混合動力總成的控制算法4.6.1耦合方式分析

4.6.2整車控制模式控制程序4.6.1耦合方式分析圖4-36普