基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法技术方案

本申请涉及一种基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法，通过选取样本车辆中的样本动力系统，确定了对标车辆，确立了节能分析的对标目标。通过洞察不同插电式混合动力系统构型对应的插电式混合动力系统的能量流动情况，从根本上透视了节能的机理。通过能量守恒准则推导出节能率的计算公式，并采用极限条件计算极限节能率，可以初步掌握插电式混合动力系统相对于样本动力系统的最大节能潜力，计算量降低极其明显。此外，本方法可被车企掌握，通过运用本方法，很容易对插电式混合动力系统构型的节能潜力进行探底，以便制定新的研发策略。

【技术实现步骤摘要】
基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法
本申请涉及插电式混合动力汽车
，特别是涉及一种基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法。
技术介绍
插电式混合动力汽车(PHEV，Plug-inHybridElectricVehicle)能够有效的降低油耗、减少污染物排放，被世界范围内的各大厂商研究和开发，其市场占有率也在逐年迅速攀升。PHEV的研发需要研发厂商同时具备传统内燃机机械传动技术和电传动技术，技术难度大、开发周期长。PHEV具有多种形式的插电式混合动力系统构型，插电式混合动力系统构型代表了PHEV的总体技术框架。PHEV中各部件参数匹配、控制策略的制定都需要依据于插电式混合动力系统构型。因此插电式混合动力系统构型的确定也被称为PHEV的技术路线。插电式混合动力系统构型总体上包括串联式构型、并联式构型和混联式构型三大类。具体来说，根据电机位置不同、动力耦合位置不同或是机构形式不同可分的构型种类非常多。汽车厂商每研发出一套插电式混合动力系统，都会将该插电式混合动力系统依次适配于不同车型。例如丰田将其功率分流系统适配于其普锐斯全系车型，上汽将串并联P1+P2动力系统适配于荣威e550、e950和eRX5车型等。因此，插电式混合动力系统构型的确定对于车企来说是开展PHEV研发进程中的第一步，也是最为重要的一步。PHEV最重要研发目标就是节能。传统方案中，对于插电式混合动力系统构型的选择主要是根据研发高层技术人员的经验和调研进行。针对于节能的研究，传统方案也只是针对不同构型创建不同的仿真模型，计算模拟油耗。传统方案会产生一个问题：没有基于插电式混合动力系统相对于传统动力系统的极限节能率或最大的节能可能性进行构型的选取。传统方案在选取插电式混合动力系统构型时，只单纯的比较当前油耗，没有考虑各个构型对应的插电式混合动力系统相对于对标车的最大节能潜力，即极限节能率，导致对插电式混合动力系统构型的节能分析并不全面。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统方案中没有基于插电式混合动力系统相对于传统动力系统的极限节能率进行构型的选取的问题，提供一种基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法。本申请提供一种基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法，包括：获取研发资源数据中的待开发车型，作为基本目标车型，并选取适配于所述基本目标车型的N个插电式混合动力系统构型；N为正整数；选取一个插电式混合动力系统构型对应的插电式混合动力系统，作为待测动力系统，获取所述待测动力系统的结构数据，并分析所述待测动力系统的结构数据，得出所述待测动力系统的能量流；将基于所述待测动力系统构建的插电式混合动力汽车，作为待测车辆；选取样本车辆，分析所述样本车辆中样本动力系统的结构数据，得出所述样本动力系统的能量流；依据能量守恒准则，推导得出在相同的整车行驶工况下，所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率的表达式，记为公式1；其中，δ为所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率，Ef,p1为所述待测车辆在所述整车行驶工况下行驶预设时间段所消耗的燃油能量，Eb,p1为所述待测车辆在所述整车行驶工况下行驶所述预设时间段所消耗的电量，Ef,p0为所述样本车辆在所述整车行驶工况下行驶所述预设时间段所消耗的燃油能量，Eb,p0为所述样本车辆在所述整车行驶工况下行驶所述预设时间段所消耗的电量；依据所述待测动力系统的能量流和所述样本动力系统的能量流，对所述公式1进一步推导，得到公式2；在所述公式2中，所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率δ等于在所述整车行驶工况下行驶所述预设时间段后，所述样本动力系统中每一个样本车辆部件的平均效率、所述待测动力系统中每一个待测车辆部件的平均效率、所述样本车辆车轮输出的驱动能量、所述样本车辆车轮输出的制动能量、所述待测车辆车轮输出的驱动能量和所述待测车辆车轮输出的制动能量之间的复合函数；其中，所述样本车辆部件至少包括所述样本车辆的发动机、所述样本车辆的发电机、所述样本车辆的驱动电机、所述样本车辆的电池、所述样本车辆的变速箱和所述样本车辆的车轮；所述样本车辆部件的平均效率至少包括所述样本车辆发动机的平均效率、所述样本车辆发电机的平均效率、所述样本车辆驱动电机的平均驱动效率、所述样本车辆驱动电机的平均制动效率、所述样本车辆电池的平均放电效率、所述样本车辆电池的平均充电效率、所述样本车辆变速箱在驱动状态下的平均效率、所述样本车辆变速箱在制动状态下的平均效率、所述样本车辆车轮在驱动状态下的平均效率、以及所述样本车辆车轮在制动状态下的平均效率；所述待测车辆部件至少包括所述待测车辆的发动机、所述待测车辆的发电机、所述待测车辆的驱动电机、所述待测车辆的电池和所述待测车辆的变速箱和所述待测车辆的车轮；所述待测车辆部件的平均效率至少包括所述待测车辆发动机的平均效率、所述待测车辆发电机的平均效率、所述待测车辆驱动电机的平均驱动效率、所述待测车辆驱动电机的平均制动效率、所述待测车辆电池的平均放电效率、所述待测车辆电池的平均充电效率、所述待测车辆变速箱在驱动状态下的平均效率和所述待测车辆变速箱在制动状态下的平均效率、所述待测车辆车轮在驱动状态下的平均效率、以及所述待测车辆车轮在制动状态下的平均效率；其中，δ为所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率，为所述样本车辆车轮输出的驱动能量，为所述样本车辆车轮输出的制动能量，为所述待测车辆车轮输出的驱动能量，为所述待测车辆车轮输出的制动能量；其中，ηe，p0为所述样本车辆发动机的平均效率，ηg，p0为所述样本车辆发电机的平均效率，为所述样本车辆驱动电机的平均驱动效率，为所述样本车辆驱动电机的平均制动效率，为所述样本车辆电池的平均放电效率，为所述样本车辆电池的平均充电效率，为所述样本车辆变速箱在驱动状态下的平均效率，为所述样本车辆变速箱在制动状态下的平均效率，为所述样本车辆车轮在驱动状态下的平均效率，为所述样本车辆车轮在制动状态下的平均效率；其中，ηe，p1为所述待测车辆发动机的平均效率，ηg，p1为所述待测车辆发电机的平均效率，为所述待测车辆驱动电机的平均驱动效率，为所述待测车辆驱动电机的平均制动效率，为所述待测车辆电池的平均放电效率，为所述待测车辆电池的平均充电效率，为所述待测车辆变速箱在驱动状态下的平均效率，为所述待测车辆变速箱在制动状态下的平均效率，为所述样本车辆车轮在制动状态下的平均效率,为所述待测车辆车轮在驱动状态下的平均效率；基于所述样本动力系统创建样本车辆仿真模型，将所述整车行驶工况输入至所述样本车辆仿真模型，启动所述样本车辆仿真模型，以使所述样本车辆仿真模型模拟在所述预设时间段内所述样本车辆的车辆行驶过程，输出样本车辆部件运行数据；基于所述待测动力系统创建待测车辆仿真模型，将所述整车行驶工况输入至所述待测车辆仿真模型，启动所述待测车辆仿真模型，以使所述待测车辆仿真模型模拟在所述预设时间段内所述待测车辆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法，其特征在于，包括：/nS100，获取研发资源数据中的待开发车型，作为基本目标车型，并选取适配于所述基本目标车型的N个插电式混合动力系统构型；N为正整数；/nS200，选取一个插电式混合动力系统构型对应的插电式混合动力系统，作为待测动力系统，获取所述待测动力系统的结构数据，并分析所述待测动力系统的结构数据，得出所述待测动力系统的能量流；/n其中，将基于所述待测动力系统构建的插电式混合动力汽车，作为待测车辆；/nS300，选取样本车辆，分析所述样本车辆中样本动力系统的结构数据，得出所述样本动力系统的能量流；/nS400，依据能量守恒准则，推导得出在相同的整车行驶工况下，所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率的表达式，记为公式1；/n

【技术特征摘要】
1.一种基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法，其特征在于，包括：
S100，获取研发资源数据中的待开发车型，作为基本目标车型，并选取适配于所述基本目标车型的N个插电式混合动力系统构型；N为正整数；
S200，选取一个插电式混合动力系统构型对应的插电式混合动力系统，作为待测动力系统，获取所述待测动力系统的结构数据，并分析所述待测动力系统的结构数据，得出所述待测动力系统的能量流；
其中，将基于所述待测动力系统构建的插电式混合动力汽车，作为待测车辆；
S300，选取样本车辆，分析所述样本车辆中样本动力系统的结构数据，得出所述样本动力系统的能量流；
S400，依据能量守恒准则，推导得出在相同的整车行驶工况下，所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率的表达式，记为公式1；



其中，δ为所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率，Ef,p1为所述待测车辆在所述整车行驶工况下行驶预设时间段所消耗的燃油能量，Eb,p1为所述待测车辆在所述整车行驶工况下行驶所述预设时间段所消耗的电量，Ef,p0为所述样本车辆在所述整车行驶工况下行驶所述预设时间段所消耗的燃油能量，Eb,p0为所述样本车辆在所述整车行驶工况下行驶所述预设时间段所消耗的电量；
S500，依据所述待测动力系统的能量流和所述样本动力系统的能量流，对所述公式1进一步推导，得到公式2；
在所述公式2中，所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率δ等于在所述整车行驶工况下行驶所述预设时间段后，所述样本动力系统中每一个样本车辆部件的平均效率、所述待测动力系统中每一个待测车辆部件的平均效率、所述样本车辆车轮输出的驱动能量、所述样本车辆车轮输出的制动能量、所述待测车辆车轮输出的驱动能量和所述待测车辆车轮输出的制动能量之间的复合函数；
其中，所述样本车辆部件至少包括所述样本车辆的发动机、所述样本车辆的发电机、所述样本车辆的驱动电机、所述样本车辆的电池、所述样本车辆的变速箱和所述样本车辆的车轮；所述样本车辆部件的平均效率至少包括所述样本车辆发动机的平均效率、所述样本车辆发电机的平均效率、所述样本车辆驱动电机的平均驱动效率、所述样本车辆驱动电机的平均制动效率、所述样本车辆电池的平均放电效率、所述样本车辆电池的平均充电效率、所述样本车辆变速箱在驱动状态下的平均效率、所述样本车辆变速箱在制动状态下的平均效率、所述样本车辆车轮在驱动状态下的平均效率、以及所述样本车辆车轮在制动状态下的平均效率；
所述待测车辆部件至少包括所述待测车辆的发动机、所述待测车辆的发电机、所述待测车辆的驱动电机、所述待测车辆的电池和所述待测车辆的变速箱和所述待测车辆的车轮；所述待测车辆部件的平均效率至少包括所述待测车辆发动机的平均效率、所述待测车辆发电机的平均效率、所述待测车辆驱动电机的平均驱动效率、所述待测车辆驱动电机的平均制动效率、所述待测车辆电池的平均放电效率、所述待测车辆电池的平均充电效率、所述待测车辆变速箱在驱动状态下的平均效率和所述待测车辆变速箱在制动状态下的平均效率、所述待测车辆车轮在驱动状态下的平均效率、以及所述待测车辆车轮在制动状态下的平均效率；



其中，δ为所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的节能率，为所述样本车辆车轮输出的驱动能量，为所述样本车辆车轮输出的制动能量，为所述待测车辆车轮输出的驱动能量，为所述待测车辆车轮输出的制动能量；
其中，ηe，p0为所述样本车辆发动机的平均效率，ηg，p0为所述样本车辆发电机的平均效率，为所述样本车辆驱动电机的平均驱动效率，为所述样本车辆驱动电机的平均制动效率，为所述样本车辆电池的平均放电效率，为所述样本车辆电池的平均充电效率，为所述样本车辆变速箱在驱动状态下的平均效率，为所述样本车辆变速箱在制动状态下的平均效率，为所述样本车辆车轮在驱动状态下的平均效率，为所述样本车辆车轮在制动状态下的平均效率；
其中，ηe，p1为所述待测车辆发动机的平均效率，ηg，p1为所述待测车辆发电机的平均效率，为所述待测车辆驱动电机的平均驱动效率，为所述待测车辆驱动电机的平均制动效率，为所述待测车辆电池的平均放电效率，为所述待测车辆电池的平均充电效率，为所述待测车辆变速箱在驱动状态下的平均效率，为所述待测车辆变速箱在制动状态下的平均效率，为所述样本车辆车轮在制动状态下的平均效率,为所述待测车辆车轮在驱动状态下的平均效率；
S600，基于所述样本动力系统创建样本车辆仿真模型，将所述整车行驶工况输入至所述样本车辆仿真模型，启动所述样本车辆仿真模型，以使所述样本车辆仿真模型模拟在所述预设时间段内所述样本车辆的车辆行驶过程，输出样本车辆部件运行数据；
基于所述待测动力系统创建待测车辆仿真模型，将所述整车行驶工况输入至所述待测车辆仿真模型，启动所述待测车辆仿真模型，以使所述待测车辆仿真模型模拟在所述预设时间段内所述待测车辆的车辆行驶过程，输出待测车辆部件运行数据；
S700，依据所述样本车辆部件运行数据和所述待测车辆部件运行数据，验证所述公式2的正确性；
S800，若所述公式2正确，则分析与所述待测车辆部件的平均效率对应的极限条件，将与所述待测车辆部件的平均效率对应的极限条件代入至所述公式2，其余参数保持不变，计算得出所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的极限节能率；
与所述待测车辆部件的平均效率对应的极限条件至少包括：所述待测车辆发动机的平均效率的极限条件、所述待测车辆发电机的平均效率、所述待测车辆驱动电机的平均驱动效率的极限条件、所述待测车辆驱动电机的平均制动效率的极限条件、所述待测车辆电池的平均放电效率的极限条件，以及所述待测车辆电池的平均充电效率的极限条件；
S900，反复执行所述步骤S200至所述步骤S800，得出N个插电式混合动力系统构型各自对应的极限节能率，比较N个插电式混合动力系统构型对应的极限节能率，选取数值最大的极限节能率对应的插电式混合动力系统构型，作为待开发插电式混合动力系统构型。


2.根据权利要求1所述的基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法，其特征在于，所述步骤S700包括：
S710，依据所述样本动力系统的能量流和所述样本车辆部件运行数据，计算第一数据、第二数据和第三数据；
所述第一数据为，每一个样本车辆部件的平均效率；
所述第二数据为，所述样本车辆车轮输出的驱动能量；
所述第三数据为，所述样本车辆车轮输出的制动能量；
S720，依据所述待测动力系统的能量流和所述待测车辆部件运行数据，计算第四数据、第五数据和第六数据；
所述第四数据为，每一个待测车辆部件的平均效率；
所述第五数据为，所述待测车辆车轮输出的驱动能量；
所述第六数据为，所述待测车辆车轮输出的制动能量；
S730，将所述第一数据至所述第六数据代入所述公式2中，计算得出所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的第一节能率；
S740，获取所述待测车辆仿真模型输出的Ef,p1和Eb,p1，以及所述样本车辆仿真模型输出的Ef,p0和Eb,p0，依据所述公式1计算得出所述待测动力系统相对于所述样本动力系统的第二节能率；
S750，判断所述第一节能率的数值是否与所述第二节能率的数值相等；
S760，若所述第一节能率的数值与所述第二节能率的数值相等，则确定所述公式2正确。


3.根据权利要求2所述的基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法，其特征在于，所述样本车辆部件运行数据包括第七数据和第八数据；
所述第七数据为，每一个样本车辆部件在不同时间节点下的输出功率；
所述第八数据为，每一个样本车辆部件在不同时间节点下的输入功率。


4.根据权利要求3所述的基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法，其特征在于，所述待测车辆部件运行数据包括第九数据和第十数据；
所述第九数据为，每一个待测车辆部件在不同时间节点下的输出功率；
所述第十数据为，每一个待测车辆部件在不同时间节点下的输入功率。


5.根据权利要求4所述的基于极限节能率评估的插电式混合动力系统构型选择方法，其特征在于，所述步骤S710包括：
S711，选取一个样本车辆部件，判断所述样本车辆部件的部件类型，具体为传递单向能量流的部件、传递双向能量流的部件和可积累能量的部件中的哪一种；
S712，若所述样本车辆部件为传递单向能量流的部件，则依据所述第七数据和所述第八数据和公式3计算所述第一数据；



其中，ηi,p0为传递单向能量流的样本车辆部件对应的第一数据，为在能量流方向上，流出所述传递单向能量流的样本车辆部件的能量值，为在能量流方向上，流入所述传递单向能量流的样本车辆部件的能量值，为所述传递单向能量流的样本车辆部件对应的第七数据，为所述传递单向能量流的样本车辆部件对应的第八数据，tcyc为所述预设时间段的时长；
S713，若所述样本车辆部件为传递双向能量流的部件，继续判断所述样本车辆部件的能量流方向为驱动方向和制动方向中的哪一种；
S713a，若所述样本车辆部件的能量流方向为驱动方向，则依据所述第七数据、所述第八数据和公式4.1计算所述第一数据；
当所述样本车辆部件的能量流方向为驱动方向时，所述第七数据为所述样本车辆部件在不同时间节点下沿所述驱动方向的输出功率，所述第八数据为所述样本车辆部件在不同时间节点下沿所述驱动方向的输入功率；



其中，为当能量流方向为驱动方向时，传递双向能量流的样本车辆部件对应的第一数据，为所述传递双向能量流的样本车辆部件在所述驱动方向上，流出所述样本车辆部件的能量值，为所述传递双向能量流的样本车辆部件在驱动方向上，流入所述样本车辆部件的能量值，为当能量流方向为驱动方向时，传递双向能量流的样本车辆部件对应的第七数据，为当所述能量流方向为驱动方向时，传递双向能量流的样本车辆部件对应的第八数据，tcyc为所述预设时间段的时长；
S713b，若所述样本车辆部件的能量流方向为制动方向，则依据所述第七数据、所述第八数据和公式...

【专利技术属性】
技术研发人员：张宝迪，杨福源，胡耀东，贾姝超，张金羽，欧阳明高，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11