阅读说明：本技术 机动车辆的混合动力系统的控制方法 (Method for controlling a hybrid drive train of a motor vehicle ) 是由 G·科林 S·哈吉-赛义德 A·凯特菲-谢里夫 于 2019-07-09 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于控制机动车辆(1)的混合动力系统的方法,所述动力系统包括热驱动链(20)和电驱动链(30),所述电驱动链包括动力电池(31)、电压调节装置(33)、逆变器(35)、第一电机(36a)和第二电机(36b),该电压调节装置适于调制由动力电池输出并供应给机动车辆的第一电机和第二电机的电流的供电电压。根据本发明,该方法包括：-使用数学表达式解析地计算最优供电电压的步骤,该数学表达式对应于以表示的方程式的解,其中U_e是供电电压,P_(bat)是由动力电池提供的电功率,其中由动力电池提供的所述电功率(P_(bat))表示为供电电压的二次函数；以及-控制该电压调节装置以使其输出该最优供电电压的步骤。(The invention relates to a method for controlling a hybrid drive train of a motor vehicle (1), comprising a thermal drive train (20) and an electric drive train (30) comprising a power battery (31), a voltage regulation device (33), an inverter(35) A first electric machine (36a) and a second electric machine (36b), the voltage regulation device being adapted to modulate a supply voltage of the current output by the power battery and supplied to the first and second electric machines of the motor vehicle. According to the invention, the method comprises: -a step of calculating analytically an optimal supply voltage using a mathematical expression corresponding to Solution of the equation of expression, where U e Is the supply voltage, P bat Is the electric power provided by the power battery, wherein the electric power (P) provided by the power battery bat ) Expressed as a quadratic function of the supply voltage; and-a step of controlling the voltage regulating means to output the optimal supply voltage.)

机动车辆的混合动力系统的控制方法

技术领域

本发明整体上涉及配备有混合动力系统的机动车辆，特别是配备有包括若干电机和内燃机的动力系统的机动车辆。

它更具体地涉及一种用于控制机动车辆的混合动力系统的方法，所述动力系统包括热驱动链和电驱动链，所述电驱动链包括动力电池(牵引电池)、电压调节装置、逆变器(换流器)、第一电机和第二电机，该电压调节装置适于调制(调节)由动力电池输出并且被供应给机动车辆的第一电机和第二电机的电流的供电电压。

技术背景

混合动力汽车包括传统的热驱动链(带有内燃机、油箱和变速箱)和电驱动链(带有动力电池、升压器、逆变器和一个或多个电机)。

当涉及到并联混合时，这种机动车辆能由其单个的电传动链牵引，或者由其单个的热传动链牵引，或者同时由其电传动链和热传动链二者牵引。

始终尝试将两个动力系统的电流和燃油消耗降到最低，以便最好地减少排放到大气中的污染物，并保证车辆的最优行驶里程。

为达到这一目的，一种解决方案是寻找逆变器的最优供电电压，也就是使电传动链中的电损耗最小的电压。

为此，从文献US8324856中已知一种方法，该方法包括通过与电机的每个转矩和转速相关联的电压值的映射来确定该最优供电电压。

然而，为在机动车辆的真实交通条件下实施，阅读映射来确定最优供电电压是一个漫长而复杂的步骤。当有数个电机存在时，该步骤尤其复杂，因为要开发的映射包括两个以上的维度。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺点，本发明提出解析地计算最优供电电压。

更具体地，根据本发明，提供了一种如引言中所限定的用于控制机动车辆的混合动力系统的方法，该方法包括：

-通过数学表达式解析地计算最优供电电压的步骤，该数学表达式对应于以的形式表示的方程式的解，其中U_e是供电电压，P_bat是由动力电池提供的电功率，并且其中，由动力电池提供的所述电功率表示为所述供电电压的二次函数(二元函数)的形式，以及

-控制所述电压调节装置以使它提供所述最优供电电压的步骤。

因此，由于本发明，使用解析模型来合成最优供电电压的精确值。

使用这种解析模型主要有两个原因，即它给出的结果的可靠性和它在不同类型的混合动力机动车辆上实现的容易性。

所提出的方案的其他优点如下。该方法需要非常低的计算功率。它确保了电压调节装置的控制的连续性(以避免电动力系统的任何退化和车辆乘客突然不适)。它允许在任何驾驶情况下享受机动车辆的全部性能。

根据本发明的用于控制机动车辆的混合动力系统的方法的其他非限制性和有利的特征(独立地采用或以任何技术上可能的结合)如下所述：

-如果所述最优供电电压处于动力电池的端子处的电压和预定的最大电压阈值之间，则所述最优供电电压的数学表达式由公式给出，其中，K₁和K₂是取决于第一电机的第一速度、第二电机的第二速度、由第一电机产生的第一电转矩和由第二电机产生的第二电转矩的预定函数；

-如果表达式低于动力电池的端子处的所述电压，则所述最优供电电压的数学表达式被选择为等于动力电池的端子处的电压；

-如果表达式大于所述最大电压阈值，则所述最优供电电压的数学表达式被选择为等于该最大电压阈值；

-由动力电池提供的功率由以下公式表示：其中U_e是供电电压，K₀、K₁和K₂是取决于第一电机的第一速度、第二电机的第二速度、由第一电机产生的第一电转矩和由第二电机产生的第二电转矩的预定函数；

-该方法还包括在解析地计算最优供电电压的步骤之前的、确定第一电机必须产生的第一最优电转矩和第二电机必须产生的第二最优电转矩的步骤，该第一最优电转矩和该第二最优电转矩是推进机动车辆所需能量的值和与动力电池相关的当量因子的函数；

-如果作为机动车辆的内燃机的燃料消耗和至少包括电压调节装置的组件的电流消耗的函数的哈密顿量被最小化，则所述第一最优电转矩、所述第二最优电转矩和所述最优电压使所述组件中的电损耗最小；

-该方法还包括在解析地计算最优供电电压的步骤之前的、确定由动力电池提供的电功率的步骤；以及

-电压调节装置中的电损耗被表示为所述供电电压的线性函数的形式。

附图说明

通过下面参照附图以非限制性示例的方式进行的说明，将清楚本发明包括什么以及如何实施。

在附图中：

-图1是混合动力机动车辆的驱动链的示意图；以及

-图2以流程图的形式示出根据本发明的方法。

具体实施方式

通常地，机动车辆包括底盘，该底盘尤其用于支承动力系统、车身元件和乘客舱元件。

如图1所示，在混合动力型机动车辆1中，混合动力系统包括热驱动链20和电驱动链30。

热驱动链20尤其包括燃料箱21和内燃机22，该内燃机由燃料箱供应燃料并且该内燃机的输出轴联结到机动车辆的驱动轮10。

电驱动链30则包括动力电池31、电压调节装置33、逆变器35和两个(或者，两个以上)电机：第一电机36a和第二电机36b。在此将认为第一电机36a和第二电机36b是不相同的。

电压调节装置33在此是升压器，它在输入端连接到动力电池31并且在输出端连接到逆变器35。

逆变器35被设计成由从电压调节装置33接收的直流电产生交流电。

在此第一电机36a和第二电机36b为电动马达，它们的输出轴与机动车辆1的驱动轮10联结。

逆变器35、第一电机36a和第二电机36b在此组合成一个整体机构34。

电压调节装置33、逆变器35、第一电机36a和第二电机36b在此被定义为“电流消耗组件32”。

两个驱动链20、30连接在一起，以允许通过传动装置40使机动车辆1的驱动轮10旋转。

机动车辆1还包括电子控制单元(或ECU)，在此称为计算器50，其允许控制上述两个驱动链(尤其是由电压调节装置33产生的电压以及由第一电机36a、第二电机36b和内燃机22产生的功率)。

计算器50包括处理器和存储器，该储存器记录在下面描述的方法的场景中使用的数据。

该存储器还存储由包括指令的计算机程序组成的计算机应用程序，处理器执行该应用程序以允许计算器50实现下面描述的方法。

为了实现本发明，计算器50连接到传感器。

它尤其连接到适于测量转速—即内燃机22、第一电机36a和第二电机36b的速度—的传感器。

它还连接到允许确定车辆应加速或减速的距离的传感器。该传感器可以是测量车辆的加速踏板位置的传感器，也可以是测量车辆的速度的传感器(在车辆必须遵循驾驶员设定的速度设定值的情况下)。

因此，计算器50能确定与车辆驾驶员所需能量有关的数据的值，该能量用于使车辆以期望的动态向前移动。在此将考虑计算器50更精确地确定驱动轮10必须接收的功率值，以下被称为“车轮所需功率P_r”。

在此，可以定义允许对本发明进行良好理解的其他概念。

由动力电池31提供给电压调节装置33的电功率值在此被称为“电池功率P_bat”。

由电压调节装置33提供给逆变器35的电功率的值在此将被称为“电功率供应P_elec”。根据以下数学公式将其分解为第一电机36a的第一电功率供应P_elec1和第二电机36b的第二电功率供应P_elec2：P_elec＝P_elec1+P_elec2。

由电压调节装置33输出的电流的电压值将被称为“供电电压U_e”。

由第一电机36a提供给驱动轮10的功率值在此被称为“第一机电功率P_m1”。由第二电机36b提供给驱动轮10的功率值在此被称为“第二电功率P_m2”。由这两个电机提供给驱动轮10的总功率值被称为“机电功率P_m”，其可以用下面的数学公式表示：P_m＝P_m1+P_m2。

内燃机22单独提供给驱动轮10的功率值在此称为“热机械功率P_th”。

内燃机22的燃油消耗将被称为“燃油流量Q”。

动力电池31中存储的电能的“能量成本”比上热能成本将被称为“动力电池31的当量因子λ”。其值的选择取决于更优选第一电机36a和第二电机36b或内燃机22哪个来驱动机动车辆1。该当量因子用g/Wh表示。

本发明的目的是确定第一电机36a、第二电机36b和内燃机22为了满足驾驶员要求的车轮所需功率P_r且同时保证电流消耗组件32中的电损耗最小而各自必须作出的贡献。然后，更具体地说，目的是找到由电压调节装置33提供给逆变器35以便允许保证降低电损耗的最优供电电压值

另外可设计为，下面描述的方法的目的是找出作为车轮所需功率值P_r、内燃机22的速度ω_th、第一电机36a的第一速度ω_e1和第二电机36b的第二速度ω_e2的函数的三元组以保证这些的最小电损耗(上标“opt”表示它是最优值)。

为了确保对本发明的良好理解，将在说明书的第一部分中详细说明允许机动车辆1上的计算器50产生三元组的计算的方法。

对本发明的推理可在本说明书的第二部分中详细说明。

因此，在第一部分中，可以描述当机动车辆1起动时将由计算器50执行的方法。

该方法包括在下面描述并在图2中示出的不同步骤。这些步骤将递归地实现，也就是说，在一个循环中，以规则的时间间隔执行。

如图2中所示，该方法从第一步E2开始。在该步骤中，计算器50获取车轮所需功率P_r，例如考虑机动车辆的加速踏板的位置。

它还例如通过角速度传感器获取第一电机36a的第一速度ω_e1、第二电机36b的第二速度ω_e2和内燃机22的速度ω_th。

它还读取存储器中的动力电池31的当量因子λ的值。这个值是预先确定的(这意味着它从一个时间间隔到另一个时间间隔是不变的)。

该方法继续至步骤E4。在该步骤中，计算器50计算第一电机36a必须产生的第一最优电转矩和第二电机36b必须产生的第二最优电转矩以满足驾驶员的需要，主要考虑车轮所需功率P_r和当量因子λ(可以想起，它对于计算各驱动链20、30的为使车辆向前移动的贡献而言是决定性的)。

为此，计算器50首先确定最优机电功率具体而言，计算器50根据下面详细说明的方法，从第一电机36a的第一电功率供应P_elec1和第二电机36b的第二电功率供应P_elec2解析地确定该功率。

然后，在步骤E6中，以设定点的形式将第一最优电转矩和第二最优电转矩的两个值分别传送到第一电机36a和第二电机36b。该指令的发出不是瞬时的(两个电机具有约十毫秒的响应时间)，在实践中，此时第一电机36a和第二电机36b分别产生第一当前电转矩和第二当前电转矩

在步骤E8中，计算器50随后通过考虑第一当前电转矩和第二当前电转矩及第一电机36a的第一速度ω_e1和第二电机36b的第二速度ω_e2来估计电流消耗组件32中的电损耗。

随后，在步骤E10中计算器50使用电损耗的该数值，以解析地计算最优供应电压即，电压调节装置33必须提供以使电流消耗组件32中的这些损耗降最小的电压。

为此，计算器50计算形式为的中间电压，其中K₁和K₂是预定函数。这些预定函数取决于第一电机36a的第一速度ω_e1、第二电机36b的第二速度ω_e2、由第一电机36a产生的第一电转矩T_e1、由第二电机36b产生的第二电转矩T_e2。它们尤其取决于第一电机36a的第一当前电转矩和第二电机36b的第二当前电转矩实际上，这些函数K₁和K₂是根据实验结果在上游确定的。然后函数K₁和K₂被存储在计算器50的存储器中。

如果此中间电压包含在动力电池31端子处的电压U_bat和最大电压阈值之间，则最优供电电压被认为等于该中间电压

电压阈值是在测试台上预先确定的，并且例如被记录在计算器50的存储器中。实际上，这是电流消耗组件32(尤其是逆变器35)能够支持的最大电压值。

另一方面，如果中间电压低于动力电池31的端子处的电压U_bat，则最优供电电压被认为等于动力电池31的端子处的电压U_bat。

最后，如果中间电压大于最大电压阈值则最优供电电压被认为等于该最大电压阈值

综上所述，最优供电电压由以下得出：

在步骤E12中，最优供电电压值的设定点被传送到电压调节装置33。然而，此设定点不是瞬时产生的，电压调节装置33具有约十毫秒的响应时间。实际上，此时，电压调节装置33接着提供被称为当前供应电压U_e ^c的供电电压。

然后，计算器50重新使用该当前供应电压值以便估计第一电机36a必须产生的新的第一最优电转矩以及第二电机36b必须产生的新的第二最优电转矩以此方式从而满足驾驶员的需求，主要考虑车轮所需功率P_r、当量因子λ和当前供应电压(返回步骤E4)。

重复这些步骤，以便将供电电压的当前值、第一电转矩的当前值和第二电转矩的当前值收敛到其最优值，从而使电损耗最小。

实际上，在每一个循环中，参数值都会根据当前值进行重新估算，然后重新调整各种最优值。然后进行控制，以使这些值收敛到使电损耗最小。

最后，根据本发明的控制方法结束于控制电压调节装置33以使其提供最优供电电压的步骤。

现在可以在本说明书的第二部分中描述产生上述方法的推理。

所采用的方法基于庞特利雅金极小值原理(Pontriaguine’s minimum)。该原理适用于一个特定的数学算符，即哈密顿量。

哈密顿量在此定义为一方面是燃料流量Q的函数，另一方面是消耗的电功率P_bat(由动力电池31供电)和当量因子λ的乘积的函数。它表示为以下形式：H_hyb＝Q+λ.P_bat。

根据庞特利雅金最小值原理极小值原理，为了找到所寻求的最优值，必须使哈密顿量最小。

与上述方法相对应的优化过程可以分解为两个主要部分。

第一部分在于优化供电电压U_e。利用上面定义的哈密顿量，最优供电电压因此就是以下方程的解：

根据哈密顿量的定义，该方程也可以写为：最后，通过对应于以表示的方程式的解的数学表达式得到最优供电电压

通过限定，由动力电池31提供的电功率P_bat分解为电功率供应P_elec和与电损耗相关的功率Ps，即，P_bat＝P_elec+P_s。

一般来说，解析地求解方程是复杂的。这里使用的方法包括使用由动力电池31提供的电功率P_bat的近似。

根据该近似，模型化的电功率被描述为电功率供应P_elec和与电损耗相关的模型化的功率的函数，即，

利用实验结果，申请人观察到，在一个很好的近似下，与升压器的电损耗有关的模型化功率表示为供电电压U_e的线性函数的形式。

根据该建模，该功率随后被写为：其中U_e是供电电压，β₀和β₁是取决于第一电机36a的第一速度ω_e1、第二电机36b的第二速度ω_e2、第一电机36a的第一电转矩T_e1和第二电机36b的第二电转矩T_e2的预定函数。

在该近似的框架内，求解方程然后进而求解方程

利用实验结果，申请人还发现，作为一个很好的近似，由动力电池31提供的模型化的电功率表示为供电电压U_e的二次函数。

实际上，由以下公式得出：

其中U_e是供电电压，K₀、K₁和K₂是取决于第一电机36a的第一速度ω_e1、第二电机36b的第二速度ω_e2、第一电机36a产生的第一电转矩T_e1和第二电机36b产生的第二电转矩T_e2的预定函数。实际上，函数K₀、K₁和K₂来自于实验结果的最优二次调整。

最后，利用由动力电池31提供的模型化电功表达式的二次形式，方程的解写成以下形式：其中为先前引入的中间电压，K₁、K₂为由动力电池31提供的模型化电功率的预定函数。

当其对应由动力电池31提供的模型化电功率的最小值时，此解是最优的。这意味着由动力电池31提供的模型化电功率是相对于供电电压U_e的凸函数。因此，这意味着预定函数K₂是正的。

最优供电电压的确定还必须满足有效性约束。该约束条件可写为以下形式：其中U_bat为动力电池31的端子处的电压，为最大电压阈值。最后，如上所述，供电电压的优化在以下不同情况下发生：

优化过程的第二部分包括优化第一电机36a和第二电机36b之间的电转矩的分配。

通过方程P_m1＝T_e1×ω_e1和P_m1＝T_e1×ω_e1，已知电转矩T_e1和T_e2与机电功率有关，电转矩的优化相当于机电功率P_m1和P_m2的优化。

该优化首先包括第一电机36a和第二电机36b之间的“局部”优化。首先，要确定第一电机36a和第二电机36b之间的电功率的最优分配。

为此，根据第一机电功率P_m1和第二机电功率P_m2的二次函数分别对第一电机36a的第一电功率供应P_elec1和第二电机36b的第二电功率供应P_elec2进行模拟。换言之，第一电机36a的第一电功率供应P_elec1和第二电机36b的第二电功率供应P_elec2根据以下公式表示：以及其中P_m1为第一机电功率，P_m2为第二机电功率，a₁、b₁、c₁、a₂、b₂和c₂是预定的参数。

通过在电功率供应P_elec的定义中引入这两个等式并且还使用机电功率的定义P_m＝P_m1+P_m2，可以将电功率供应P_elec表示为仅是机电功率供应P_m和第一机电功率P_m1的函数。

然后，通过对电功率供应P_elec的优化，通过以下公式确定作为机电功率P_m函数的第一最优机电功率

或者

或者，可以将电功率供应P_elec表示为仅是机电功率P_m和第二机电功率P_m2的函数。然后，可以通过确定第二最优机电功率来实现电功率供应P_elec的优化。

电转矩的优化以“全局”优化继续进行，其旨在确定两个电机36a、36b与内燃机之间的最优功率分配。

如前所述，寻求最小化哈密顿量，这取决于模型化的电功率

然而，通过使用确定的第一机电功率根据以下公式，可以将由动力电池31提供的模型化电功率表示为机电功率P_m的函数：其中参数α₀、α₁、α₂取决于预定的参数a₁、b₁、c₁、a₂、b₂和c₂。

哈密顿量最小化允许从以下方程中推导出最优机电功率即，其也可写为

最后，已知和(或者已知和)，可以推导出(或者)。然后根据方程和推导出最优电转矩。