今天打算以iMMD系统为例,谈谈混动系统模式切换的时机问题。
对IMMD而言,就是增程模式切入混动模式的切换点。其实,与传统变速箱档位切换原理基本一致,即在兼顾动力性的同时,尽量提高车辆经济性。简而言之,就是根据驾驶员的请求扭矩和实际车速来判断切换点。
车速影响车辆的一个稳态功率点,决定了整车的基本能耗;请求扭矩代表驾驶员的瞬态动力需求,会改变整车的瞬时功耗。所以,一般的模式或档位切换主要以车速切换点为基准,在此基础上考虑请求扭矩后再进行适当的偏移,最终形成模式或档位的切换线。
本文将重点介绍车速切换点的选择,扭矩对模式切换的影响后面有机会在继续探讨。
先复习一下之前介绍过的IMMD基本内容。iMMD系统构型如下图所示,该构型决定了通过控制离合器及发动机的状态,可以实现纯电、增程、混动三种模式。
纯电模式:电池给电机供电,电机单独驱动车辆行驶,发动机、发电机不工作,离合器也处于断开状态。增程模式:发动机仅带动发电机工作发电,依然电机单独驱动车辆行驶,离合器处于断开状态。混动模式:离合器处于接合状态,发动机扭矩可以通过离合器直接传递至轮端,与电机一起驱动车辆行驶。
模式切换主要是要实现最佳经济性的需求。增程模式下的优势是发动机工作点可调,缺点是能量转换次数太多,从发动机的机械能到发电机的电能,再从电能到电机的机械能;混动模式刚好相反,优点是能量转换次数少,发动机的机械能经过传动链直接到轮端,缺点是发动机转速与轮端耦合,转速不可调,扭矩也可以认为不可调。
所以,可以想到,如果电机、发电机整体工作效率较高,或者发动机的经济工作区间较窄,增程模式的优势就可以充分发挥出来;反之,混动模式可能会更好。
一般情况下,随着车速的上升,增程模式下电机的效率会逐渐降低,混动模式下发动机直驱的效率会逐渐提高,混动模式的优势会逐渐体现出来。所以,一般会存在一个增程切混动模式的车速切换点。
下面以之前介绍过的IMMD车辆模型及控制算法为基础,通过仿真的方式去寻找这个增程切混动模式的车速切换点。
为了仿真结果好看一点,对发动机、电机的效率Map会稍作调整,之前的Map毕竟是随便拍的。
基本思路就是,改变控制算法的部分条件,让车辆一直处于增程或混动模式,并阶梯调整车速,观察各车速下的车辆百公里油耗。
实际车速从30km/h开始,以阶梯的形式逐步增大至100km/h,每个车速保持100s运行时间,如下图。
仿真结果如下图:
可以看出,在1000s以前,即车速小于等于70km/h以前,增程模式的油耗一直低于混动模式;从1100s以后,即车速大于等于80km/h以后,混动模式的油耗开始低于增程模式,并且优势越来越大。所以车速切换点处于70至80km/h之间。
可以对车速继续进行细分,比如以2km/h阶梯递增,得到更加准确的切换点。
在400s以前,油耗很大且不太稳定,主要是该阶段处于SOC补充阶段,如下图。
以上,脚主以iMMD模型为基础,介绍了如何用仿真的方法去寻找模式切换的车速切换点,大家也可以继续探讨更多的方法。