[发明专利]一种面向能耗的纯电动汽车两挡变速系统控制策略

摘要

本发明的目的是面向能耗对两挡变速系统在不同行驶模式下电机的转矩输出特性及换挡规律进行分析，制定符合两挡变速系统结构的换挡规律，以提高电动汽车的续航里程，即公开了一种面向能耗的纯电动汽车两挡变速系统控制策略。首先分析了电动汽车的三种常见的工作模式，基于驾驶员意图和加速踏板信息对经济性驱动模式制定了面向低能耗的基本转矩和补偿转矩的获取方法。然后分别制定了最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律，并建立了综合考虑经济性和动力性的换挡规律优化模型，利用交叉粒子群算法对模型进行求解，得到了综合性能换挡规律。

主权项

1.一种面向能耗的纯电动汽车两挡变速系统控制策略，其特征在于包括以下步骤：步骤1：对电动汽车在三种常见工作模式下的需求扭矩进行分析，基于驾驶员意图和加速踏板信息对经济性驱动模式制定面向低能耗的基本转矩和补偿转矩的获取方法；基于加速踏板信息、车辆状态、电机状态以及电池信息等对电动机需求转矩进行实时计算的过程为：需求转矩的获取实质上为不同道路情况下对驾驶员意图进行解析，以获得汽车行驶所需求的转矩，包括基本转矩和补偿转矩，其关系为：Treq＝Tb+Tadd其中，Tb表示电动汽车行驶所需的基本转矩、Tadd表示为提高电动汽车动力性能增加的补偿转矩；(1)基本转矩的确定Tb＝l(k)Tvmax其中，Tvmax表示汽车以车速v行驶时电机所能提供的最大转矩、l(k)表示转矩载荷系数(取值0‑100％)，在正常驱动模式下与加速踏板开度k可以从正常驱动模式、动力性驱动模式、经济性驱动模式下的l‑k曲线中获取；(2)考虑踏板信息信息，对转矩补偿时应该满足：其中，Tvmax表示车速v下电机所能提供的最大扭矩，Tb(k)表示加速踏板开度为k、车辆以车速v行驶时所需要的基础转矩、a表示加速踏板开度变化率系数、m1表示急加速比例系数，取值大小由加速踏板性能决定；(3)考虑道路信息，对转矩补偿时应该满足：Tadd2＝(Tvmax‑Tb(k))·b＝(Tvmax‑Tb(k))·m2α其中，设置爬坡度α与爬坡补偿系数b呈线性关系，m2为爬坡比例系数；(4)考虑电池信息，对转矩补偿时应该满足：其中，SOC(t)为动力电池在t时刻的剩余电量、SOClim为电池可以对电机进行能量补偿的临界剩余电量，本发明取20％、T(t)为电池在t时刻的温度、Tlim表示电池可正常为电机提供能量的最高温度；(5)考虑电机信息，对转矩补偿时应该满足：其中，Tvmax为车速v下电动汽车能够提供的最大扭矩、γ表示电机负荷率；(6)基于低能耗原则进行补偿转矩后，获得两挡变速系统的需求转矩Treq如下式所示：步骤2：根据追求目标的不同，在分析转矩获取策略的基础上提出最佳动力性换挡规律和最佳经济性换挡规律，基于经济性驱动模式下的l‑k曲线制定最佳动力性换挡规律，基于电机效率MAP图制定最佳经济性换挡规律；综合考虑车辆行驶状况、驾驶员意图及道路信息等因素，选择使得汽车某个性能最优或综合性能最优挡位的过程为：(1)最佳动力性换挡规律换挡过程中忽略道路坡度的影响，可以得到车辆的加速度为其中，Ft为车辆驱动力、Ff为路面的滚动阻力、Fw为空气产生的空气阻力、g表示重力加速度、ik表示第k挡时变速器的传动比、T表示电机输出转矩、ηT表示传动系统效率、r表示车轮半径、CD表示风阻系数、A表示汽车迎风面积；将不同踏板开度下两挡加速度相等的点作为换挡点，得到不同踏板开度下各挡位的加速度随车速的变化；通过分析各挡在不同加速踏板开度下的加速度曲线，将不同挡位加速度相等的点作为汽车的升挡点，从而做出升挡曲线；为了避免车辆的非期望频繁换挡需设置一定的降挡速差，一般取2‑8km/h，从而根据得到的升挡曲线获得相应的降挡曲线，最终得到动力性换挡规律；(2)最佳经济性换挡规律最佳经济性换挡将两个挡位之间电机效率相同的工作点作为换挡点；通过电机效率MAP图仿真结果图，得到车辆在每个工作点的效率，寻求同一加速踏板开度下相邻两个挡位效率相同的点作为经济性换挡规律的换挡点；车辆的降挡点与升挡点之间具有一定的换挡速差，取2‑8km/h，从而根据得到的升挡曲线获得相应的降挡曲线，最终得到经济性换挡规律曲线；在最佳动力性和最佳经济性换挡规律的基础上，以加速时间和工况比能耗为目标，建立综合考虑经济性和动力性的换挡规律优化模型，利用交叉粒子群算法对模型进行求解，得到综合性能换挡规律；为兼顾电动汽车的动力性和经济性，对电动汽车动力系统进行控制策略优化的建模过程为：(1)优化目标1)百公里加速时间其中，tak表示踏板开度为k时汽车的百公里加速时间、vc表示汽车的换挡车速、δ1和δ2分别表示车辆在一挡和二挡时的旋转质量惯性系数、Ft1k和Ft2k分别表示踏板开度为k时工作在一挡和二挡的车轮驱动力，可表示为l(k)表示转矩载荷系数(取值0‑100％)，在正常驱动模式下与加速踏板开度k呈线性关系；2)汽车比能耗汽车比能耗应为电动汽车工作在不同挡位下的比能耗之和，即E＝E1+E2其中，E1和E2分别为车辆工作在一挡和二挡时的能耗、t1和t2分别为车辆工作在一挡和二挡的时间、η(t)为电机在t时刻的效率；(2)优化变量纯电动汽车换挡规律制定主要是根据追求的不同目标确定汽车换挡点的车速，因此，将电动汽车在不同踏板开度下换挡点的车速作为优化变量；(3)约束条件电机效率是衡量电机利用率的一个重要指标，也是影响汽车经济性的重要因素之一，因此，将不同踏板开度下电机效率在80％以上的车速范围作为综合性能换挡规律优化的约束条件。