本發(fā)明屬于新能源汽車控制領(lǐng)域，尤其涉及一種基于瞬時(shí)能量消耗最小的雙電機(jī)純電動(dòng)汽車能量管理方法。

背景技術(shù)：

當(dāng)前純電動(dòng)汽車研究的熱點(diǎn)主要是集中在電動(dòng)汽車的關(guān)鍵技術(shù)上，純電動(dòng)汽車的控制方法就是其中的一個(gè)很重要的部分。制定合理的控制方法，能夠使能量得到最大限度的使用，有效的提高純電動(dòng)汽車的能源效率，從而來延長電動(dòng)汽車的行駛里程數(shù)。

相比于傳統(tǒng)的采用單臺電機(jī)提供動(dòng)力的方式，雙電機(jī)不僅能提高電機(jī)的功率密度，均衡電機(jī)的質(zhì)量，另外它方便總體布置，提高整車零部件布局的靈活性。雙電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)不僅能彌補(bǔ)單電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)同時(shí)滿足最高車速和加速性要求的缺點(diǎn)，而且還能夠解決單電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)只有通過增加電機(jī)體積才能提高電機(jī)功率的局限性。通過雙電機(jī)多種運(yùn)行模式的優(yōu)化和切換，實(shí)現(xiàn)純電動(dòng)汽車在起步、加減速、上下坡等工況下的運(yùn)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于瞬時(shí)能量消耗最小的雙電機(jī)純電動(dòng)汽車能量管理方法，該方法能夠減小雙電機(jī)電動(dòng)汽車的能量損耗，延長其行駛里程。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于瞬時(shí)能量消耗最小的雙電機(jī)純電動(dòng)汽車能量管理方法，包括如下步驟，

S1：電動(dòng)汽車啟動(dòng)階段，讓行星齒輪處于轉(zhuǎn)矩耦合模式下進(jìn)行啟動(dòng)；

S2：當(dāng)電動(dòng)汽車行駛的過程中，根據(jù)電動(dòng)汽車在第一單電機(jī)模式、第二單電機(jī)模式、轉(zhuǎn)矩耦合模式、轉(zhuǎn)速耦合模式四種模式下的轉(zhuǎn)矩T_req及轉(zhuǎn)速n_req，再依據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率圖以及電池放電效率圖來計(jì)算在四種模式下各自所需功率，并比較得出四種模式下所需功率中的最小功率P_min；

S3：判定計(jì)算出來的最小功率P_min是否大于當(dāng)前模式下所需功率P_curren，當(dāng)P_min＞P_curren，則返回當(dāng)前模式，即繼續(xù)保持電動(dòng)汽車在轉(zhuǎn)矩耦合模式行駛，否則執(zhí)行步驟S4；

S4：若行星齒輪模式改變的時(shí)間間隔t_g小于設(shè)置的時(shí)間閾值T_s，則返回當(dāng)前模式，即繼續(xù)保持轉(zhuǎn)矩耦合模式行駛，否則執(zhí)行步驟S5；

S5：若在這時(shí)刻電動(dòng)汽車正處于急剎車階段，則返回當(dāng)前模式，即繼續(xù)保持轉(zhuǎn)矩耦合模式行駛，否則設(shè)置所需功率中的最小功率P_min的模式為當(dāng)前模式。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率圖以及電池放電效率圖，可得電動(dòng)汽車在第一單電機(jī)模式、第二單電機(jī)模式、轉(zhuǎn)矩耦合模式、轉(zhuǎn)速耦合模式四種模式下各自所需功率計(jì)算公式如下：

依據(jù)上式可得，四種模式下所需功率中的最小功率P_min：

P_min＝min(P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc)

其中，P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc分別是電動(dòng)汽車在第一單電機(jī)模式、第二單電機(jī)模式、轉(zhuǎn)矩耦合模式、轉(zhuǎn)速耦合模式下所需功率，P_m1、P_m2是第一單電機(jī)、第二單電機(jī)所需功率，η_{pg_sm1},η_{pg_sm2},η_{pg_tc},η_{pg_sc}是行星齒輪的傳動(dòng)效率，η_b是電池的放電效率。

在本發(fā)明一實(shí)施例中，在所述的步驟S2中，在計(jì)算瞬時(shí)能量消耗最小，即計(jì)算四種模式下所需功率中的最小功率P_min的約束條件如下：

所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速不能超過電機(jī)的最大限值，并且電池所需的功率不能超過電池最大放電功率，即：

P_{bat_req}<P_{bat_max}

其中，是第一單電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，是第一單電機(jī)最大的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速；是第二單電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，是第二單電機(jī)最大的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速；P_{bat_req}是電池所需功率，P_{bat_max}是電池最大放電功率。

相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明能每時(shí)每刻的計(jì)算四種模式下電池所需功率，找出其瞬時(shí)能量消耗最小的那模式并與當(dāng)前模式進(jìn)行比較，因此具有比較好的實(shí)時(shí)性，能使汽車的能量消耗達(dá)到一個(gè)比較小的狀態(tài)，從而提高汽車的行駛里程，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排和美化環(huán)境。

附圖說明

圖1為驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率圖，其中：x軸為電機(jī)的轉(zhuǎn)矩值，y軸為電機(jī)的速度值，z軸則是代表電機(jī)效率值。

圖2為動(dòng)力電池放電效率圖，其中：圖x軸為電池SOC值，y軸為電池放電功率值，z軸為電池效率值。

圖3單電機(jī)模式下電機(jī)需求功率計(jì)算流程圖。

圖4雙電機(jī)轉(zhuǎn)矩耦合模式下電機(jī)需求功率計(jì)算流程圖。

圖5雙電機(jī)轉(zhuǎn)速耦合模式下電機(jī)需求功率計(jì)算流程圖。

圖6為控制策略的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行具體說明。

本發(fā)明的一種基于瞬時(shí)能量消耗最小的雙電機(jī)純電動(dòng)汽車能量管理方法，包括如下步驟，

S1：電動(dòng)汽車啟動(dòng)階段，讓行星齒輪處于轉(zhuǎn)矩耦合模式下進(jìn)行啟動(dòng)；

S2：當(dāng)電動(dòng)汽車行駛的過程中，根據(jù)電動(dòng)汽車在第一單電機(jī)模式、第二單電機(jī)模式、轉(zhuǎn)矩耦合模式、轉(zhuǎn)速耦合模式四種模式下的轉(zhuǎn)矩T_req及轉(zhuǎn)速n_req，再依據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率圖以及電池放電效率圖來計(jì)算在四種模式下各自所需功率，并比較得出四種模式下所需功率中的最小功率P_min；

S3：判定計(jì)算出來的最小功率P_min是否大于當(dāng)前模式下所需功率P_curren，當(dāng)P_min＞P_curren，則返回當(dāng)前模式，即繼續(xù)保持電動(dòng)汽車在轉(zhuǎn)矩耦合模式行駛，否則執(zhí)行步驟S4；

S4：若行星齒輪模式改變的時(shí)間間隔t_g小于設(shè)置的時(shí)間閾值T_s，則返回當(dāng)前模式，即繼續(xù)保持轉(zhuǎn)矩耦合模式行駛，否則執(zhí)行步驟S5；

S5：若在這時(shí)刻電動(dòng)汽車正處于急剎車階段，則返回當(dāng)前模式，即繼續(xù)保持轉(zhuǎn)矩耦合模式行駛，否則設(shè)置所需功率中的最小功率P_min的模式為當(dāng)前模式。

根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)效率圖以及電池放電效率圖，可得電動(dòng)汽車在第一單電機(jī)模式、第二單電機(jī)模式、轉(zhuǎn)矩耦合模式、轉(zhuǎn)速耦合模式四種模式下各自所需功率計(jì)算公式如下：

依據(jù)上式可得，四種模式下所需功率中的最小功率P_min：

P_min＝min(P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc)

其中，P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc分別是電動(dòng)汽車在第一單電機(jī)模式、第二單電機(jī)模式、轉(zhuǎn)矩耦合模式、轉(zhuǎn)速耦合模式下所需功率，P_m1、P_m2是第一單電機(jī)、第二單電機(jī)所需功率，η_{pg_sm1},η_{pg_sm2},η_{pg_tc},η_{pg_sc}是行星齒輪的傳動(dòng)效率，η_b是電池的放電效率。

在所述的步驟S2中，在計(jì)算瞬時(shí)能量消耗最小，即計(jì)算四種模式下所需功率中的最小功率P_min的約束條件如下：

所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速不能超過電機(jī)的最大限值，并且電池所需的功率不能超過電池最大放電功率，即：

P_{bat_req}<P_{bat_max}

其中，是第一單電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，是第一單電機(jī)最大的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速；是第二單電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，是第二單電機(jī)最大的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速；P_{bat_req}是電池所需功率，P_{bat_max}是電池最大放電功率。

以下為本發(fā)明的具體實(shí)現(xiàn)過程。

本發(fā)明提供了一種基于瞬時(shí)能量消耗最小的雙電機(jī)純電動(dòng)汽車能量管理方法，首先計(jì)算出在SM1(第一單電機(jī)模式)、SM2(第二單電機(jī)模式)、TC(轉(zhuǎn)矩耦合模式)、SC(轉(zhuǎn)速耦合模式)這四種模式下，電機(jī)所需要的轉(zhuǎn)矩T_req以及轉(zhuǎn)速n_req，其次根據(jù)圖1、圖3、圖4、圖5，計(jì)算出在各模式下電機(jī)驅(qū)動(dòng)所需要的功率，也就是電池所需要的輸出功率。最后再根據(jù)圖2，計(jì)算出在四種模式下電池所需要的功率P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc，也就是它們各自的能量消耗量。除此之外，汽車的一些附件比如空調(diào)、燈光等也會(huì)必不可少的損耗一些能量，在這里將這部分消耗的能量記為P_s。控制策略的主要的目的就是計(jì)算出min(P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc)。

在本實(shí)施例中，如圖6所示為本發(fā)明的控制策略的流程圖，當(dāng)車在停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，行星齒輪是處于轉(zhuǎn)矩耦合模式，以便提供大轉(zhuǎn)矩來驅(qū)動(dòng)汽車。

在本實(shí)施例中，如圖3所示，要確定在單電機(jī)SM1、SM2模式下所需的電機(jī)的功率，首先計(jì)算電機(jī)SM1(SM2)在當(dāng)前轉(zhuǎn)速下所能提供的最大轉(zhuǎn)矩T_max，再與需求轉(zhuǎn)矩T_req進(jìn)行比較，當(dāng)大于需求轉(zhuǎn)矩T_req時(shí)，則說明電機(jī)可以單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，否則即結(jié)束。

在本實(shí)施例中，如圖4所示，要確定在雙電機(jī)TC(轉(zhuǎn)矩耦合)模式下所需要的電機(jī)功率，首先要確定電機(jī)的需求轉(zhuǎn)速n_req是否大于SM1、SM2的最大轉(zhuǎn)速n_max，若大于則結(jié)束，否則計(jì)算在SM1和SM2當(dāng)前轉(zhuǎn)速下的最大轉(zhuǎn)矩T_max，進(jìn)而確定SM1、SM2的電功率，通過找當(dāng)前模式下的最優(yōu)工作點(diǎn)來確定TC模式下所需的最小電功率。

在本實(shí)施例中，如圖5所示，要確定在雙電機(jī)SC(轉(zhuǎn)速耦合)模式下所需要的電機(jī)功率，首先要確定電機(jī)的需求轉(zhuǎn)矩是否大于SM1、SM2的最大轉(zhuǎn)矩T_max，若大于則結(jié)束，否則計(jì)算在SM1和SM2當(dāng)前轉(zhuǎn)矩下的最大轉(zhuǎn)速n_max，進(jìn)而確定SM1、SM2的電功率，通過找當(dāng)前模式下的最優(yōu)工作點(diǎn)來確定SC模式下所需的最小電功率。

在本實(shí)施例中，確定出在各模式下電機(jī)所需要的功率，再根據(jù)電池放電效率圖，則所需電池的功率可通過如下方式獲?。?/p>

其中，P_sm1,P_sm2,P_tc,P_sc分別是電動(dòng)汽車在SM1、SM2、TC、SC模式下所需功率，P_m1、P_m2是M1(第一單電機(jī))、M2(第二單電機(jī))所需功率，η_{pg_sm1},η_{pg_sm2},η_{pg_tc},η_{pg_sc}是行星齒輪的傳動(dòng)效率，η_b是電池的放電效率。

在本實(shí)施例中，在計(jì)算瞬時(shí)能量消耗最小的時(shí)候，由于汽車附件如空調(diào)、燈等所消耗的能量是必不可少并且不可改變的，因此將這部分消耗的能量記為P_s。

在本實(shí)施例中，在計(jì)算能量消耗最小的時(shí)候有一些約束條件如下：

所需要的電機(jī)轉(zhuǎn)矩以及轉(zhuǎn)速不能超過電機(jī)的最大限值，并且電池所需要的功率不能超過電池最大放電功率。

即：

P_{bat_req}<P_{bat_max}

其中，是第一單電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，是第一單電機(jī)最大的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速；是第二單電機(jī)所需的轉(zhuǎn)矩及轉(zhuǎn)速，是第二單電機(jī)最大的轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速；P_{bat_req}是電池所需功率，P_{bat_max}是電池最大放電功率。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，如圖3，模式改變的時(shí)間間隔t_g應(yīng)該比設(shè)置的閾值T_s要大，如果模式改變的太頻繁，機(jī)械磨損增大，并且在模式改變的過程中功率損耗加大。

進(jìn)一步的，在本實(shí)施例中，如圖3，當(dāng)汽車處于急加速狀態(tài)，模式不改變，目的是為了避免功率損耗。同時(shí)當(dāng)汽車制動(dòng)時(shí)，模式也不改變，其目的則是為了行駛安全性。

以上是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明技術(shù)方案所作的改變，所產(chǎn)生的功能作用未超出本發(fā)明技術(shù)方案的范圍時(shí)，均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。