一種混合動力客車amt最佳經濟性換檔控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種混合動力客車AMT最佳經濟性換檔控制系統,混合動力客車包括發動機、電機、變速箱ATM和整車控制器,所述發動機與電機之間由自動離合器連接,變速箱AMT輸入軸與電機輸出軸設計成一個整體,整車控制器HCU分別通過CAN總線連接發動機控制單元ECU、電機控制單元MCU和變速箱控制單元TCU;整車控制器HCU對發動機的油門開度、電機的轉矩、自動離合器分合狀態以及換檔執行動作進行協調控制。本實用新型結合插電式混合動力客車自身特點,進行經濟性換檔規律的研究與計算,依據插電式混合動力客車的各種工作模式,制定不同的經濟性換檔規律,在滿足動力性的前提下,更進一步提高插電式混合動力車的綜合燃油經濟性。
【專利說明】
一種混合動力客車AMT最佳經濟性換檔控制系統
技術領域
[0001 ]本實用新型涉及混合動力客車,特別涉及一種混合動力客車AMT最佳經濟性換檔 控制系統。
【背景技術】
[0002]近年來能源問題備受關注,為提高汽車的燃油經濟性,經濟性換檔規律的研究顯 得尤為重要。由于插電式混合動力客車的整車結構、工作模式以及控制系統都與傳統車有 很大區別,因此不能直接使用傳統車的換檔規律。
[0003]插電式混合動力客車的能量來源不同于傳統車,除了燃油消耗,也可以是電池發 電供給汽車能量。根據整車運行工況的需求,發動機和電機的能量輸出不斷變化,間接影響 到換檔規律的研究工作。混合動力汽車的最佳經濟性換檔規律具有自己的特點,需要結合 其自身特點進行相應的改進和創新。
[0004] 變速器的換檔規律是汽車各排檔間自動換檔時刻隨控制參數變化的規律。換檔規 律的好壞直接影響汽車的經濟性。換檔規律的合理設計,也可避免駕駛員對換檔時刻的不 當選擇,相比手動換檔車能夠明顯提高整車動力性能。
[0005] 單參數換檔規律多選用車速作為控制參數,控制系統結構簡單,但沒有考慮油門 開度的變化,不能實現駕駛員干預換檔;兩參數換檔規律多選用車速和油門開度聯合控制, 與單參數法相比,兩參數法能夠獲得更好的動力性,應用較廣泛;三參數換檔規律更符合車 輛實際運行工況。但其制定過程中,需要大量的發動機非穩態工作的試驗數據。在混合動力 車中,還要考慮電驅動系統的影響,大大增加了換檔策略的復雜程度,難以應用在實際車輛 上。 【實用新型內容】
[0006] 本實用新型目的是:由于插電式混合動力客車工作過程中增加了電機、電池等電 力系統,其工作模式與傳統汽車大不相同,能量來源也不僅僅局限于發動機,導致其經濟性 換檔規律具有區別于傳統車的特點。為解決這一問題,本實用新型提出了一種混合動力客 車AMT最佳經濟性換檔控制系統。
[0007] 本實用新型的技術方案是:
[0008] 一種混合動力客車AMT最佳經濟性換檔控制系統,適用于插電并聯式混合動力客 車,所述插電并聯式混合動力客車包括發動機、電機、變速箱ATM和整車控制器,所述發動機 與電機之間由自動離合器連接,所述換檔系統將變速箱AMT輸入軸與電機輸出軸設計成一 個整體,整車控制器HCU分別通過CAN總線連接發動機控制單元ECU、電機控制單元MCU和變 速箱控制單元TCU;駕駛員通過踏板和操縱桿向整車控制器表達控制意圖,由整車控制器 HCU對發動機的油門開度、電機的轉矩、自動離合器分合狀態以及換檔執行動作進行協調控 制。
[0009] -種混合動力客車AMT最佳經濟性換檔控制方法,以原地起步連續換η檔加速至某 一規定車速的綜合燃油消耗量為控制目標,以汽車行駛車速和油門開度為控制參數,制定 最佳經濟性換檔規律。
[0010]制定最佳經濟性換檔規律的方法具體步驟為:
[0011] Sl、發動機油耗量:根據發動機萬有特性曲線可知,發動機燃油消耗量與其轉速和 轉矩存在一定的函數關系,求取不同的轉速、轉矩所對應燃油量,并根據國家標準將其折合 為標準煤耗;
[0012] S2、電機的能量消耗:根據電機消耗或生成的電池功率,計算出電池、電機等電力 系統所消耗的電能,依據綜合能耗計算通則將耗電量等效折合成標準煤耗;
[0013] S3、求取換檔點:當油門開度固定不變時,根據原地起步連續換檔加速至某一要求 車速時的綜合燃油消耗量最小這一要求,利用MATLAB軟件編程求導計算,求出該油門開度 下的換檔占· W步渴的拖M主速Ua應滿足條件:
[0014]
[0015] 式中:-n+1檔的最低車速;-η檔的最高車速;
[0016] S4、求取η檔升η+1檔換檔曲線:重復步驟3,編制程序求出各油門開度對應的換檔 車速;將所得換檔點擬合為一條關于油門開度α和車速u a的曲線,即為η檔升到η+1檔的動力 性換檔規律;降檔規律則利用等延遲換檔規律,在升檔規律的基礎上制定即可;
[0017] S5、制定換檔規律:重復步驟3、4,求出并繪制出各檔的換檔曲線,即完成該模式下 換檔規律的制定;
[0018] S6、制定不同模式換檔規律:重復上述所有步驟,分別對發動機單獨驅動、純電動、 電機助力及發動機驅動電機發電工作這幾種模式的經濟性換檔規律進行制定。
[0019] 本實用新型的優點是:
[0020] 本實用新型所提供的混合動力客車AMT最佳經濟性換檔控制系統,結合插電式混 合動力客車自身特點,進行經濟性換檔規律的研究與計算,與現有的傳統車換檔規律相比, 本實用新型依據插電式混合動力客車的各種工作模式,制定不同的經濟性換檔規律。在滿 足動力性的前提下,更進一步提高插電式混合動力車的綜合燃油經濟性,應用范圍更具有 針對性。
【附圖說明】
[0021] 下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述:
[0022] 圖1是本實用新型所適用的插電并聯式混合動力客車整車系統圖;
[0023]圖2是本實用新型所述混合動力系統中AMT基本控制圖;
[0024] 圖3是本實用新型的混合動力客車AMT最佳經濟性換檔系統開發流程圖。
【具體實施方式】
[0025] 如圖1和2所示,本實用新型所揭示的混合動力客車AMT最佳經濟性換檔系統,適用 于插電并聯式混合動力客車,所述插電并聯式混合動力客車包括發動機、電機、變速箱ATM 和整車控制器,所述發動機與電機之間由自動離合器連接,所述換檔系統將變速箱AMT輸入 軸與電機輸出軸設計成一個整體,既提高了可靠性、減輕整車重量,又降低了成本,也是該 系統的典型特點。整車控制器HCU分別通過CAN總線連接發動機控制單元ECU、電機控制單元 MCU和變速箱控制單元TCU;駕駛員通過踏板和操縱桿向整車控制器表達控制意圖,由整車 控制器HCU對發動機的油門開度、電機的轉矩、自動離合器分合狀態以及換檔執行動作進行 協調控制,并最終通過電子控制系統實現對AMT系統的自動控制,以獲得優良的行駛性能、 平穩起步性能和迅速換檔的能力的前提下,更進一步提高插電式混合動力車的綜合燃油經 濟性,應用范圍更具有針對性。
[0026] 經濟性換檔規律的設計原則是在滿足車輛動力性的前提下使汽車燃油消耗量達 到最小。本實用新型以原地起步連續換η檔加速至某一規定車速的綜合燃油消耗量為控制 目標,以汽車行駛車速和油門開度為控制參數,制定最佳經濟性換檔規律,制定流程如圖3 所示。
[0027] 本實用新型以電機助力工作模式,即發動機與電機聯合驅動為例,具體介紹最佳 經濟性換檔規律的計算實施方案:
[0028] 1.發動機的小時油耗
[0029]根據發動機的臺架試驗數據,利用最小二乘法將其小時燃油消耗量表示為關于發 動機轉速的二次函數關系式:
[0030] Qfe = f M = ^itX-+Κλ+νψ,
[0031] 由于汽車行駛車速和發動機轉速存在一定換算關系,則發動機的小時燃油消耗量 也可表示為關于車速的二次曲線,精度可滿足計算要求。根據綜合能耗計算通則,選取Ikg 柴油折合成標準煤的系數,然后利用該系數將油耗轉換為標準煤耗。
[0032] 2.電機的能量消耗
[0033] 就插電式混合動力車而言,電池能量來源于外部電網。電機作為電池模型中的負 載,其輸入功率即為電池的輸出功率。根據圖3所示的電路關系,計算得到電池的耗電量,然 后將耗電量等效轉換為標準煤耗。
[0034] 3.綜合能耗
[0035]電機助力模式下,系統總能耗包括發動機的耗油量和電池的耗電量,即將油耗與 電能消耗的等效標準煤耗求和即為系統的綜合能耗。
[0036] 4.經濟性換檔規律的求取
[0037] 當油門開度固定不變時,插電式混合動力車的綜合能耗量最小即為其經濟性換檔 點,也就是說綜合油耗量的求極小值點對應的車速即為換檔車速,即^ = 0。 d'
[0038] 就相鄰兩檔來分析,求導后可得
[0039] Qh(n)5n(Ft(n+l)^+w)=Qh(n+l)5n+l(Ft(n)^+w)
[0040] 將上式中各項均表示為與車速的關系式帶入到上式中,最終獲得關于車速的一元 四次方程。利用軟件MATLAB編程計算求取符合該檔位范圍車速內的結果,即為該油門開度 下相鄰兩檔最佳燃油經濟性的升檔車速。降檔規律則按照等延遲規律在升檔規律的基礎上 進行制定。
[0041] 5.重復上述步驟,求得不同油門開度下各檔的換檔點。
[0042] 上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點,其目的在于讓熟悉此項技術 的人能夠了解本實用新型的內容并據以實施,并不能以此限制本實用新型的保護范圍。凡 根據本實用新型主要技術方案的精神實質所做的修飾,都應涵蓋在本實用新型的保護范圍 之內。
【主權項】
1. 一種混合動力客車AMT最佳經濟性換檔控制系統,適用于插電并聯式混合動力客車, 所述插電并聯式混合動力客車包括發動機、電機、變速箱ATM和整車控制器,所述發動機與 電機之間由自動離合器連接,其特征在于:所述換檔系統將變速箱AMT輸入軸與電機輸出軸 設計成一個整體,整車控制器HCU分別通過CAN總線連接發動機控制單元ECU、電機控制單元 MCU和變速箱控制單元TCU;駕駛員通過踏板和操縱桿向整車控制器表達控制意圖,由整車 控制器HCU對發動機的油門開度、電機的轉矩、自動離合器分合狀態以及換檔執行動作進行 協調控制。
【文檔編號】B60W20/30GK205440339SQ201521133368
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月31日
【發明人】李翠連, 韓曉東, 趙建彪, 萬仲
【申請人】清華大學蘇州汽車研究院(吳江)