基于熱模型的混合動力汽車動態降額控制方法技術

本發明專利技術公開了一種基于熱模型的混合動力汽車動態降額控制方法；包括：建立整車運動模型、電驅動動力模型；建立熱模型，分為三個層次：第一層次是基于3D的零部件熱模型，測量各個零部件的溫升；第二層次是電驅動層次的熱模型，利用第一層次的分析結果，采用熱節點的簡化方法，建立各零部件的熱阻網絡系統模型，通過對電機、電池和控制器的系統熱模型的建立，構成電驅動系統熱模型；第三層次的熱模型是整車級的熱模型，它是在電驅動子系統熱模型的基礎上，加入電驅動零部件工作的環境模型，電驅動系統與整車接口的冷卻系統模型。本發明專利技術能夠針對某一特定車型的不同工況，計算溫度變化，并能夠把計算得到的溫度數值與傳感器采集到的數值進行比對，對溫度下一時刻的變化進行預測。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術專利涉及一種基于熱模型的動態降額控制策略的算法，尤其適用于混合動力汽車。
技術介紹
在混合動力汽車系統中電機、電池和控制器的溫升變化對控制策略提出了新的挑戰，使得混合動力汽車的控制策略較傳統汽車更為復雜。控制策略影響電機、電池和控制器的溫升，而溫升又影響電機、電池和控制器的壽命，壽命的要求又反過來影響控制策略；因此從系統的角度來看，控制策略、壽命要求和燃油經濟性這三者之間既是一對矛盾，又是動態的耦合關系，若要延長零部件壽命，電機輸出扭矩將受到限制，發動機分配的輸出扭矩將增大，這影響了電驅動系統性能，進而會影響燃油經濟性。目前已有的消減策略只考慮了最惡劣工況，是一個固定策略，不能隨實際行駛工況及系統各部件溫度變化進行動態調整。混合動力汽車現有的消減策略是憑經驗設定一個溫度閾值，當電機及控制器中某處溫度傳感器讀取值上升到閾值時，即進入消減模式；溫度降到閾值下，則退出消減模式。 這種固定策略有以下缺陷1.沒有考慮到溫度變化的瞬態性，由于熱容的存在，傳感器只能監測到當前的溫度，對下一時間的溫度變化不能做出判斷，這會造成實際的溫度高于設定的閾值溫度，影響電機、電池和控制器的壽命。2.當前的消減策略中溫度監測點的分布有限，關注在零部件級別的溫度，未考慮整個系統的熱分布。系統的熱模型包括整車級、電驅動級和零部件級，各級之間有密切聯系，引入熱模型后不僅可以對整車系統的溫度進行監測和預測，并且可以對不同位置采集到的溫度值進行管理等。3.某些零部件無法安裝溫度傳感器，若無與之對應的熱模型，則無法對該零部件的溫度進行判斷和預測，影響消減控制精度。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種基于熱模型的混合動力汽車動態消減控制方法，其能夠針對某一特定車型的不同工況，計算溫度變化，并能夠把計算得到的溫度數值與傳感器采集到的數值進行比對，對溫度下一時刻的變化進行預測，同時根據這些溫度變化，結合零部件的壽命曲線，制定動態消減策略，動態分配電機與發動機的輸出轉矩。為了解決以上技術問題，本專利技術提供了一種；包括建立整車運動模型、電驅動動力模型；建立熱模型，分為三個層次第一層次是基于3D的零部件熱模型，測量各個零部件的溫升；第二層次是電驅動層次的熱模型， 利用第一層次的分析結果，采用熱節點的簡化方法，建立各零部件的熱阻網絡系統模型，通過對電機、電池和控制器的系統熱模型的建立，構成電驅動系統熱模型；第三層次的熱模型是整車級的熱模型，它是在電驅動子系統熱模型的基礎上，加入電驅動零部件工作的環境模型，電驅動系統與整車接口的冷卻系統模型。本專利技術的有益效果在于能夠針對某一特定車型的不同工況，通過高壓電池，電機和控制器的熱模型，計算溫度變化，并能夠把計算得到的溫度數值與傳感器采集到的數值進行比對，對溫度下一時刻的變化進行預測，同時根據這些溫度變化，結合零部件的壽命曲線，制定動態消減策略，動態分配電機與發動機的輸出轉矩。附圖說明 下面結合附圖和具體實施方式對本專利技術作進一步詳細說明。圖1是動態消減控制策略原理圖；圖2是電驅動系統仿真模型；圖3是零部件熱仿真效果圖；圖4是整車熱模型原理圖；圖5是電池熱模型子系統；圖6是IGBT器件溫度——壽命曲線。具體實施例方式本專利的創新點就是通過引入熱模型把電機、電池、控制器的壽命與電驅動性能和燃油經濟性耦合起來，形成動態的消減控制策略算法。基于熱模型，結合整車運動模型和電驅動(E-drive)動力模型，可根據實際行駛工況實現動態消減策略，從而在零部件壽命和電驅動性能之間找到平衡點，實現最優控制。 相比于現有消減策略，在保證零部件使用壽命的前提下，能夠提高整車的性能和燃油經濟性。本專利技術所述的基于熱模型的混合動力汽車動態消減控制策略算法，能夠針對某一特定車型的不同工況，通過高壓電池，電機和控制器的熱模型，計算溫度變化，并能夠把計算得到的溫度數值與傳感器采集到的數值進行比對，對溫度下一時刻的變化進行預測，同時根據這些溫度變化，結合零部件的壽命曲線，制定動態消減策略，動態分配電機與發動機的輸出轉矩。本專利技術建立了三層熱仿真模型整車層、電驅動層和零部件層。同時將整車運動模型和電驅動動力模型納入整個系統。針對某一特定混合動力車型，在某一行駛工況下，通過分析駕駛員的扭矩需求， 得到各時刻的車速、加速度和剎車等數據，輸入整車運動模型中，分析得到發動機與電機各自所需提供的輸出扭矩。將其作為輸入，進入電驅動動力仿真模型進行分析，得到高壓電池、電機及控制器的工作點。再將這些數據作為電池、電機和控制器及其它熱模型的輸入， 計算這些熱模型在變化的工作環境下的溫升，由此推導電驅動層和整車層的動態熱分布。若部分零部件或電驅動環境溫度仿真結果過高，影響零部件使用壽命，則電驅動系統進入動態消減模式，并將信息發送給整車控制器(VCU)，減小電機輸出扭矩，同時增大發動機輸出扭矩，以保證整車性能；若局部熱環境恢復正常，則退出動態消減模式，并將信息發送給整車控制器(VCU)，增大電機輸出扭矩比例，同時減小發動機輸出扭矩，以提高整車節油率。若改變混合動力車型，則需要改變相應的參數，建立相應的整車運動模型進行仿真；若采用的混合動力拓撲結構不同，則需要改變相應的參數，建立相應的電驅動動力模型進行仿真；若改變行駛工況，可以通過仿真得到不同路況下(如城市、郊區、山地等路況)， 混合動力汽車的動態消減策略。 本專利技術可指導混合動力汽車各零部件選型及使用壽命評估，并優化整車控制策略，提高車輛的燃油經濟性和整車的動力性能。對本專利技術中的模型稍加改動，也可對IGBT、 DC-link、DC/DC變換器、冷卻水路等關鍵零部件進行溫度失效模式分析及風險評估。如圖1所示，本專利技術的方法為動態消減控制策略。共分為整車、電驅動和零部件三個層次，包括整車運動模型、電驅動動力模型和系統熱模型，其中系統熱模型又分為整車、 電驅動和零部件三個層次。整車運動控制模型由Matlab軟件建立。將行駛工況及整車裝備質量、發動機排量、空氣阻力系數、迎風面積、輪胎半徑、滾動阻力、傳動比、傳動機械效率、車輪轉動慣量等參數輸入模型中，可分析得出行駛過程中各時刻所需輸出扭矩。根據控制策略為發動機和電機分配各自的輸出扭矩。將該參數輸入電驅動動力模型中。電驅動動力模型由Portimus軟件建立，主要包括高壓電池、電機、電機控制器及冷卻系統，如圖2所示。其中，電機控制器的主要零部件有逆變器、水冷板及DC/DC變換器。 將整車仿真分析得到的行駛過程中各時刻電機需求扭矩及車速輸入電驅動動力模型，得到各時刻零部件的工作點，如高壓電池輸出功率、電機輸出扭矩、功率、轉速、電流、控制器輸出電流等。將這些參數輸入零部件熱模型中。熱模型分為三個層次第一層次是基于3D的零部件熱模型，由3D的熱仿真軟件建立，例如Ansys、CFD 工具軟件等，如圖3所示。通過第一層次的熱仿真分析不僅可以得到零部件在惡劣工況下的溫升，例如可得到關鍵零部件如電池單元、電機轉子永磁磁鋼、定子繞組、控制器IGBT、 DC-link電容及母線等處各自的溫升。同時，也可以梳理清楚每個零部件內部的熱傳遞關系。第二層次是電驅動層次的熱模型，利用第一層次的分析結果，采用熱節點的簡化方法，建立各零部件的熱阻網絡系統模型。通過對電機、電池和控制器的系統熱模本文檔來自技高網...

【技術保護點】
１．一種基于熱模型的混合動力汽車動態降額控制方法；其特征在于，包括：建立整車運動模型、電驅動動力模型；建立熱模型，分為三個層次：第一層次是基于３Ｄ的零部件熱模型，測量各個零部件的溫升；第二層次是電驅動層次的熱模型，利用第一層次的分析結果，采用熱節點的簡化方法，建立各零部件的熱阻網絡系統模型，通過對電機、電池和控制器的系統熱模型的建立，構成電驅動系統熱模型；第三層次的熱模型是整車級的熱模型，它是在電驅動子系統熱模型的基礎上，加入電驅動零部件工作的環境模型，電驅動系統與整車接口的冷卻系統模型。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：何海，王萑，陳思遠，陳江紅，
申請(專利權)人：聯合汽車電子有限公司，
類型：發明
國別省市：31