一种多档机电复合传动系统换挡点优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多档机电复合传动系统换挡点优化方法，属于混合动力汽车变速器领域。选取某具有多档机电复合传动系统的并联插电式混合动力汽车为研究对象，以车速、踏板开度、运行模式为控制参数，考虑发动机、电机双动力源和电池荷电状态的影响，在初始换挡规律的基础上，以系统工作效率最优为目标，针对纯电模式EV、混合动力模式HEV、发动机单独驱动模式Eng、行车充电模式Chg不同模式不同踏板开度下的换挡车速，采用DIRECT的全局优化方法进行离线优化。该方法相比其他全局优化算法能够在更少的迭代次数内找到最优解，提高计算效率，从而显著改善多档混合动力汽车的整车燃油经济性。性。性。

【技术实现步骤摘要】
一种多档机电复合传动系统换挡点优化方法


[0001]本专利技术涉及混合动力汽车变速器技术，具体涉及一种多档机电复合传动系统换挡点优化方法。

技术介绍

[0002]汽车保有量的逐年增加，导致了日益严重的能源短缺和环境污染问题，对我国“碳达峰”和“碳中和”的战略目标的实现带来严峻挑战。为此，节能与新能源汽车技术路线图提出，到2035年，传统能源乘用车全部为混合动力汽车。混合动力汽车作为传统汽车向纯电动汽车过渡时期的理想产品，与传统车辆相比，其优良的节能与供电能力主要受到两方面的影响，一方面需要优化能量管理策略，另一方面需要制定合理的换挡策略，使发动机和电机工作在高效区。而换挡策略的好坏主要依赖于传动系统，又可称为机电复合传动系统。目前，在插电式混合动力系统中采用多档的电机和变速器一体化集成的机电复合传动系统不仅可以显著提高驾驶性能，还可以显著提高节能性能，成为混合动力发展的趋势之一。提高插电式混合动力汽车的机电复合传动系统档位数的设计使整车结构更加紧凑、性能表现更优、便于控制，同时使发动机和电机在高效率范围内工作，因此合理的换挡策略对提高整车的经济性、动力性、舒适性等至关重要。
[0003]传统的换挡问题控制通常基于动力源静态离线的换挡表，换挡表是根据以往经验或台架试验校准结果手动确定的。由于进行了大量的启发式试验和调整来实现传输的最优控制，因此该方法具有较强的有效性和鲁棒性，在工业实施中发挥着重要作用。然而，这样的过程是耗时且成本昂贵的，并且通常依赖于专家知识，应用到实车还需进行大量的标定工作。此外，它很难充分利用一体化集成的机电复合传动系统的潜力来提高整体性能，这导致了对提高燃油经济性和驾驶性能的最优性限制。对于电机与变速器一体化集成的机电复合传动系统结构而言，由于换挡过程中需要进行工作模式的识别，还要确保换挡的平顺性。整个过程既有工作模式的变化，又有某一个模式下系统状态的改变，使得插电式混合动力汽车工作模式的切换和换挡策略之间具有典型的耦合特性，这对多档化的混合动力系统换挡规律的制定提出了挑战。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是改善整车的经济性、动力性和舒适性，为此本专利技术提出一种多档机电复合传动系统换挡点优化方法，针对配备一体化集成的机电复合传动系统的某多档并联插电式混合动力汽车合理的换挡策略的需求，以系统综合效率最优和电池充放电平衡为出发点，在分析各部件效率模型的基础上，通过建立不同工作模式下的效率模型，结合DIRECT全局优化算法的优势，提出能量管理和换挡策略耦合的经济性换挡策略设计方法，并改善车辆的燃油经济性，为基于一体化集成的机电复合传动系统的插电式混合动力汽车的经济性换挡策略提供一种新的思路。
[0005]本专利技术所采用的技术方案为一种多档机电复合传动系统换挡点优化方法，包括：
整车需求转矩模块、模式判别模块、转矩分配模块、各模式系统综合效率计算模块、各模式经济性换挡规律制定模块、DIRECT算法换挡规律优化模块以及挡位决策模块。整车需求转矩模块根据加速踏板开度、车速信号进行解析，驱动模式判别模块根据整车需求转矩以及电池SOC判断车辆处于纯电模式EV、混合动力模式HEV、发动机单独驱动模式Eng、行车充电模式Chg，转矩分配模块进一步根据不同部件转矩阈值以及模式判别模块确定的车辆工作模式信号求解各部件的输出转矩。各模式系统综合效率计算模块根据各模式下的转矩分配，计算各工作模式下的系统综合效率。通过机械路径挡位、电动路径挡位和加速踏板开度的遍历，制定了各模式下的初始经济性换挡规律。DIRECT算法优化经济性换挡规律模块通过DIRECT算法对初始经济性换挡规律进行修正，并将优化后的经济性换挡规律输出到挡位决策模块。挡位决策模块根据优化后的经济性换挡规律实现各模式下机械路和电动路的挡位切换。
[0006]优选地，整车需求转矩模块由于多档机电复合传动系统构型混合挡位的存在，机械路和电动路传动比与工作模式和挡位相关，同时发动机和电机输出的转矩在变速箱内部进行耦合，需要将需求转矩解析到主减速器前端，并转化为车速和踏板开度的函数。
[0007]优选地，驱动模式判别模块所需要的输入为整车需求转矩T
r
、电池SOC、车速v、机械路速比i
ge
和电动路速比i
gm
，将整车运行模式划分为5种模式：纯电动模式EV、混合动力模式HEV、发动机单独驱动模式Eng、行车充电模式Chg。根据需求转矩T
r
判断车辆进入驱动模式和制动模式，同时根据动力电池电量SOC的变化过程将驱动模式划分为电量消耗模式CD和电量维持模式CS。
[0008]优选地，转矩分配模块由于多档机电复合传动系统混合挡位的存在，需考虑机械路速比i
ge
和电动路速比i
gm
，通过发动机和电机的转矩阈值以及发动机最佳燃油经济性曲线和需求转矩之间的差值实现能量管理和换挡策略的耦合特性。
[0009]优选地，各模式系统综合效率计算模块根据EV模式、HEV模式、Eng模式、Chg模式下的多档机电复合传动系统的功率流进行计算。整车系统综合效率的定义为：系统输出功率与输入功率的比值，根据车辆在不同模式下运行时，不同功率流的流动方向，计算不同模式下的效率。
[0010]优选地，各模式经济性换挡规律制定模块通过遍历挡位，求解各模式下相邻挡位的系统综合效率的交点获取换挡车速，同时遍历踏板开度，获取不同踏板开度下的换挡车速，制定出不同模式下的踏板开度
‑
升档规律曲线。采用等延迟型降档策略，以6km/h的降档速差获取降档规律，并根据仿真结果进行换挡规律曲线的修正，制定获取初始经济性升降挡换挡规律。
[0011]优选地，基于DIRECT全局最优算法优化经济性换挡规律包括以下步骤：
[0012](1)确定多档机电复合传动系统的拓扑结构和工作模式，建立车辆驱动模式下发动机、电机的转矩分配；
[0013](2)根据加速踏板、车速信号确定模式判别模块的混合动力汽车工作模式判断方法，并将确定的车辆驱动模式信号输送给转矩分配模块；
[0014](3)根据发动机、电机分配的工作转矩建立各工作模式下系统的综合效率模型；
[0015](4)遍历挡位和踏板开度，求解相邻挡位下系统综合效率曲线的交点，获取初始换挡升档规律；
[0016](5)采用等延迟型降档策略，以6km/h的降档速差获取降档规律，并根据仿真结果进行换挡规律曲线的修正，获取初始经济性升降挡换挡规律；
[0017](6)针对经济性换挡规律，分别以不同模式不同踏板开度下相邻挡位的换挡车速为优化变量，以系统工作效率最优为目标，以初始换挡规律的升降挡阈值作为不同踏板开度下各个优化变量的约束条件，建立的目标函数。约束条件包括发动机、电机等不同动力源的转速、转矩限值，初始经济换挡规律下换挡车速的阈值以及电池的工作电流和电压限值；
[0018](7)采用DIRECT的方法在可行域内进行优化求解，获取挡位合理工作的速度区间，进一步本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多档机电复合传动系统换挡点优化方法，其特征在于，包括：整车需求转矩模块、驱动模式判别模块、转矩分配模块、各模式系统综合效率计算模块、各模式经济性换挡规律制定模块、DIRECT算法换挡规律优化模块以及挡位决策模块；整车需求转矩模块根据加速踏板开度、车速信号进行解析，驱动模式判别模块根据输入将整车运行模式划分为5种模式，转矩分配模块进一步根据不同部件转矩阈值以及模式判别模块确定的车辆工作模式信号求解各部件的输出转矩，各模式系统综合效率计算模块根据各模式下的转矩分配，计算各工作模式下的系统综合效率，通过机械路径挡位、电动路径挡位和加速踏板开度的遍历，制定了各模式下的初始经济性换挡规律，DIRECT算法优化经济性换挡规律模块通过DIRECT算法对初始经济性换挡规律进行修正，并将优化后的经济性换挡规律输出到挡位决策模块，挡位决策模块根据优化后的经济性换挡规律实现各模式下机械路和电动路的挡位切换。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述整车需求转矩模块由于多档机电复合传动系统构型混合挡位的存在，机械路径和电动路径传动比与工作模式和挡位相关，同时发动机和电机输出的转矩在变速箱内部进行耦合，需要将需求转矩解析到主减速器前端，并转化为车速和踏板开度的函数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模式判别模块根据输入的整车需求转矩T
r
、电池电量SOC、车速v、机械路速比i
ge
和电动路速比i
gm
将整车运行模式划分为5种模式：纯电动模式EV、混合动力模式HEV、发动机单独驱动模式Eng、行车充电模式Chg；其中，驱动模式判别模块根据整车需求转矩T
r
判断车辆进入驱动模式和制动模式，当整车需求转矩T
r
大于0时，车辆进入驱动模式；当整车需求转矩Tr小于等于0时，车辆进入制动模式；同时，驱动模式判别模块根据电池电量SOC的变化过程划分为电量消耗模式CD和电量维持模式CS；其中，电量消耗模式CD划分为CD
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EV模式和CD
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HEV模式，电量消耗模式CS划分为CS
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EV模式、CS
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HEV模式、CS
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Eng模式、CS
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Chg模式。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，由于多档机电复合传动系统混合挡位的存在，所述转矩分配模块需考虑机械路速比i

【专利技术属性】
技术研发人员：汪少华，张开美，施德华，殷春芳，李春，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：