一种基于海拔自适应变化的功率跟随控制方法技术

一种基于海拔自适应变化的功率跟随控制方法，包括以下步骤：随海拔变化的发动机匹配功率自适应计算；随海拔变化的发电机等效输出功率自适应计算；根据发动机匹配功率、发电机的等效输出功率，以及车载电池的SOC数值，进行整车动力系统的功率跟随匹配控制。该控制方法能够实现复杂环境下的车辆能源平稳输出与稳定维持，以适应动态环境变化下的能源系统功率匹配设计需求。匹配设计需求。匹配设计需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于海拔自适应变化的功率跟随控制方法


[0001]本专利技术涉及车辆能源动力系统控制
，特别涉及一种基于海拔自适应变化的功率跟随控制方法。

技术介绍

[0002]随着海拔高度的变化，外部环境也在同步发生变化，此时车辆系统的工作环境与平原地区存在显著差异，尤其对于发动机而言，高海拔带来的温度、空气密度等的变化也会导致其在平原地区同等负载下的燃油效率、输出功率、需求转速等参数同步发生变化。同时，高原地区的跑车环境相对更加恶劣，此时平原地区的动力系统需要跟随环境变化进行自适应调节，单一的动力性能匹配已无法满足混合工况下的多层级系统动力能源性能需求。
[0003]在平原地区行驶时，车辆仅需考虑负载变化，此时温度和空气密度对动力系统的影响较小。如果负载发生变化，动力系统通过调节发动机转速即可满足使用需求。而随着海拔的升高，二者的变化会导致车辆动力系统的输出功率和能量利用率急剧下降，此时需要综合考虑发动机和发电机之间的功率匹配关系。同时由于混合动力系统的构成，电池也在此过程中发挥储能与赋能的功能，在功率跟随匹配过程中需要综合考虑三者之间的关系。
[0004]作为功率控制方法的一种，功率跟随控制方法能够在保证能量利用率的前提下实现发动机的高效工作，同时避免发动机反复启停所带来的冲击和其对使用寿命的影响。对发电机而言，在完成外环功率需求匹配的条件下，可以维持车辆能源的平稳输出，防止由于能量断续所造成的行驶顿挫感。

技术实现思路

[0005]本公开基于“发动机—发电机—电池”综合能源动力系统，提供了一种基于海拔自适应变化的功率跟随控制方法，以适应动态环境变化下的能源系统功率匹配设计需求。该控制方法充分考虑了环境因素对发动机输出功率的影响、周期范围内发电机等效功率的实际需求以及综合工况下的发动机—发电机—电池功率协同匹配策略设计过程，能够实现复杂环境下的车辆能源平稳输出与稳定维持。
[0006]本公开涉及的动力能源系统架构如图1所示，主要包括：车载发动机及其控制系统、车载发电机及其控制系统、车载电池包及其控制系统，以及相应的机械部件和电气部件。三者的协同工作可以满足整车负载的性能需求。本公开主要针对变海拔工况下的系统功率跟随控制进行开发设计。
[0007]本公开提供的功率跟随控制方法主要由发动机功率自适应计算、发电机功率自适应计算和动力系统的功率跟随匹配三部分所组成。其中：
[0008]发动机功率自适应计算过程主要在发动机额定输出功率的基础上，考虑海拔变化同步带来的功率损耗以及加温预热能量损耗，由此提出功率损耗系数λ
a
和预热功率系数γ的概念。并结合实际输出功率P
a
和目标功率P
g
，最终得到有效匹配功率值P
m
。
[0009]发电机功率自适应计算过程主要在发电机额定功率的基础上，结合功率修正系数σ
g
计算得到实际输出功率P
ga
。此时考虑周期范围内发电机有效工作时限内的做功总量，结合最优时间节点数N
*
，计算得到等效输出功率P
gaS
。
[0010]根据所得到的匹配功率P
m
、等效输出功率P
gaS
以及电池SOC(State of charge，荷电状态)值，开展功率差异化情况下的系统能源能量匹配与计算，最终完成动力系统能源功率跟随控制策略设计。
[0011]与现有技术相比，本公开的有益效果是：(1)通过对海拔变化、温度变化、空气密度变化等信息的实时获取，对动力能源系统的发动机节气门开度、发动机转速以及电池SOC进行动态综合调控，能够满足目标负载、目标扭矩、目标功率需求下的发电机功率动态匹配；(2)在高海拔地区下，通过匹配结果反向优化系统状态参数，在能耗最低和利用率最高的条件下实现系统性能的阶段性最优，并完成驾驶员目标性能和动力控制单元需求的总体优化，最终搭建完成三位一体能源系统供能体系；(3)实现复杂环境下的车辆能源平稳输出与稳定维持；(4)控制方法简洁，具有良好的工程实用性。
附图说明
[0012]通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
[0013]图1为本公开涉及的动力能源系统架构示意图；
[0014]图2为基于海拔自适应变化的功率跟随控制策略。
具体实施方式
[0015]下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
[0016]本公开基于发动机、发电机、电池包及其相关部件串联所组成的集成化动力单元开展研究，提供的功率跟随调节控制方法，主要涉及海拔变化下的车辆功率跟随匹配与控制问题。
[0017]在实际工况下，车辆能源动力系统需要根据海拔、环境、温度以及负载情况等条件的变化来进行综合判定，在动态工况下根据车辆发动机、发电机和电池的具体状态来对具体工况下的功率需求进行匹配，从而实现时变条件下的能量协调以及车辆动力调节。其中，海拔自适应变化的功率跟随调节控制方法涉及发动机输出功率计算、发电机输出功率计算、二者与电池协同工作的功率匹配工作机制，在不同的需求和能量储备条件下，对车辆动力系统进行综合调控，在维持系统稳定性能、使用寿命、安全性能的基础上构建得到智能功率跟随系统，实现行驶过程中车辆动力性能的整体最优。
[0018]下面结合附图2，基于一种空气悬架的车辆高度动态调节控制系统，对本公开作进一步说明。
[0019]如图2所示，基于海拔自适应变化的功率跟随控制方法，包括以下步骤：
[0020]步骤一、海拔变化的发动机功率自适应计算
[0021]1.1发动机实际输出功率计算
[0022]高海拔地区温度较低，此时发动机需要预先进行预热处理，预热功率为P
t
。同时，由于电动机的反复启停会对其性能和寿命产生较大影响，因此设置海拔H米时其怠速状态下的功率对应为P
i
，发动机根据车辆功率需求来决定其具体的工作区间。而在正常海拔条件下，发动机的正常工作温度范围设置为[T
d
,T
u
]，其对应的正常工作功率范围为[P
d
,P
u
]，随着海拔的变化，温度和空气密度的变化同步影响发动机的输出功率。此时，假设实际转速n
a
下发动机的工作功率对应为P
w
，考虑附加损耗值P
al
，那么其实际输出的功率P
a
为：
[0023][0024]式中，λ
a
为与海拔相关的功率损耗系数，其与当前海拔高度H本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于海拔自适应变化的功率跟随控制方法，包括以下步骤：S1，随海拔变化的发动机功率自适应计算，包括：建立与海拔相关的，发动机转速和实际输出功率之间的计算关系；根据目标扭矩和发动机输出功率之间的计算关系，计算与海拔相关的、目标扭矩对应的发动机匹配功率；S2，随海拔变化的发电机等效输出功率自适应计算；S3，根据所述发动机匹配功率、发电机等效输出功率，以及车载电池的SOC数值，进行整车动力系统的功率跟随匹配控制。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，发动机转速和实际输出功率之间的计算关系为：其中，P
a
为实际输出功率；[P
d
,P
u
]为发动机的正常工作功率范围；λ
a
为与当前海拔高度H相关的功率损耗系数；P
w
为转速n
a
下发动机的工作功率；P
i
为海拔高度H时发动机在怠速状态下的功率；P
al
为附加损耗值；γ为预热功率系数，其与相应海拔下的温度T
H
相关；其中：H为当前海拔高度，单位为米；在预热时间范围为[1/6h,12h]的条件下，发动机对应的预热功率系数γ为：T
H
＝T
‑
0.006H；T为地面温度。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中，发动机实际匹配功率的计算方法包括：目标扭矩T
g
与发动机目标功率P
g
之间的对应关系为：n
g
为目标转速；在高海拔情况下，对应目标扭矩T
m
(T
m
＝T
g
)的发动机实际匹配功率P
m
应为：式中，ξ
a
为高海拔地区下对实际转速n
a
的转速补偿系数，其与功率饱和度η和系统功率差异变化量(P
g
‑
P
a
)相关；设发动机的最大功率转速为n
wm
，在固定周期Δt内，系统功率差异变化量(P
g
‑
P
a
)对应的
功率饱和度η为：则补偿系数ξ
a
的计算方式为：4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：设发电机输出功率为P
g
，其对应实际输出功率P
ga
为：P
ga
＝σ
g
P
g
式中，σ
g
为功率修正系数，其与海拔高度有关，计算公式为：设在时间0
‑
S内发电机的实际工作时间长度为S
e
，且S
e
≤S，将S
e
平均分成N个时间节点，第M个(M∈[0,N])节点下的发电机实际输出功率为P
ga|M
；则0
‑
S时间内系统做的功W
S
及其等效输出功率P
gaS
表示为：式中，N
*
为最优时间节点数。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述最优时间节点数N
*
的选取，包括以下步骤：先预设一个N值，通过调节N值的大小来保证相邻两时刻下发电机实际输出功率差值的最大值P
ga|M_max
和最小值P
ga|M_min
的差异保持在一定变化范围内，以此得到N
*
的次优值N
*s
，取值可表示为：
式中，ε为极小的正整数，以防止计算结果失稳；对N
...

【专利技术属性】
技术研发人员：高泽鹏，张涛，王超，赵凯，李梦梦，崔华盛，
申请(专利权)人：中国北方车辆研究所，
类型：发明
国别省市：