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原文传递一种重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法

专利名称：	一种重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法
摘要：	本发明属于车载复合电源的能量管理领域，具体为一种重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，包括发电机定功率模式、寻优模式1、超级电容强制充电模式、超级电容待充电模式和寻优模式五种工作模式，在确定工作模式切换参数、发电机最优工作区间以及超级电容的临界电压基础上，由控制器判定复合电源的工作模式并确定发电机和超级电容的功率分配。本发明可以实时分配发电机的输出功率与超级电容的充放电功率，并且在支持EPS在重型商用车中的应用的同时可以尽可能的使发电机工作在其最优工作区间，从而实现高效的应用发电机与超级电容的输出功率。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	江苏;32
申请人：	江苏大学
发明人：	唐斌;张迪;江浩斌;黄映秋;曹冬;尹晨辉;尹玥;林子晏;朱宸
专利状态：	有效
申请日期：	2019-01-30T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-10T00:00:00+0800
申请号：	CN201910093005.6
公开号：	CN109733470A
分类号：	B62D5/04(2006.01);B;B62;B62D;B62D5
申请人地址：	212013 江苏省镇江市学府路301号
主权项：	1.一种重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于包括以下步骤： 1)确定上层门限值工作模式切换参数，包括临界转向车速v0与临界转角θh0； 2)根据发电机的规格说明书确定发电机的最优功率区间，记为[Pg-low,Pg-high]； 3)计算超级电容临界电压Usc0； 4)判断是否v＜v0∩θh＞θh0；若是则转步骤5)，否则转步骤8)； 5)判断是否P＞Pg-high；若是则转步骤6)，否则转步骤7)； 6)发电机切换为定功率输出模式，转步骤4)； 7)发电机切换为寻优模式1，转步骤4)； 8)判断是否Usc＜Usc0；若是则转步骤9)，否则转步骤10)； 9)发电机切换为超级电容强制充电模式，转步骤4)； 10)判断是否Pg＞Phigh；若是转步骤11)；否则转步骤12)； 11)发电机切换为超级电容待充电模式，转步骤4)； 12)发电机切换为寻优模式2；转步骤4)。 2.如权利要求1所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于所述步骤1)中，确定临界转向车速v0与临界转角θh0包括以下步骤； 1.1)通过车速仪、测力方向盘以及转向阻力矩传感器，进行实车试验，采集在不同车速v以及方向盘转角θh时所对应的转向阻力矩Tr，得到样本数据N： N＝{(v1,θh1,Tr1),(v2,θh2,Tr2),...,(vi,θhi,Tri)} 其中，v1,v2,...,vi为采集的车速，θh1,θh2,...,θhi为采集的方向盘转角，Tr1,Tr2,...,Tri为采集的转向阻力矩； 1.2)利用最小二乘法拟合样本数据N，得到转向阻力矩与车速和方向盘转角的关系Tr＝f(v,θh)； 1.3)计算Tr＝f(v,θh)的梯度，取梯度的模最大时所对应的车速和方向盘转角为临界转向车速v0与临界方向盘转角θh0；其中梯度的模的计算方法如下：式中，为梯度的模。 3.如权利要求1所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于所述步骤3)中，超级电容临界电压Usc0的计算包括以下步骤： 3.1)采集试验车辆运营周期T的实时方向盘转角θh、车速v与实时转向阻力矩Tr； 3.2)计算EPS助力电机实时输出功率Peps，计算公式如下：式中，Tr为转向阻力矩，Td为期望转向手力，ωm为助力电机的额定转速，ηr为转向器的传动效率，Gr为转向器传动比，Gm为减速机构与EPS助力电机的传动比，ηm为减速机构与EPS助力电机的效率，ηeps为EPS助力电机的效率； 3.3)计算运营周期T内，EPS助力电机所需的平均功率Peps-avg，计算公式如下： 3.4)统计出低于车速v0时最高频的助力电机需求功率Pepsx及其所对应的转向车速vx和车速vx时转向的平均时长Δt； 3.5)计算超级电容临界电压Usc0；超级电容临界电压Usc0表示在EPS助力电机的需求功率为Pepsx时，对超级电容端电压的要求；满足如下关系：式中，Umin表示超级电容的最低电压；Umax表示超级电容的最高电压。 4.如权利要求1所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于所述步骤6)中，在定功率输出模式下，发电机输出功率为Pg-high，超级电容放电补充其余功率，功率分配如下式：式中，Pg表示发电机的输出功率，Pgload表示车载其他用电器的总功率需求，Psc-D表示超级电容的放电功率。 5.如权利要求1所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于所述步骤7)中，寻优模式1的功率分配方法如下： 7.1)设定优化目标，优化目标为复合电源系统损耗最小，其中系统功率损耗包括超级电容放电的功率损耗Lsc-D(t)、超级电容端DC/DC变换器的功率损耗LDC1(t)以及发电机端DC/DC变换器的功率损耗LDC-g(t)，计算公式如下：式中，Isc-D表示超级电容的放电电流；Rsc表示超级电容的内阻；Psc-D表示超级电容端DC/DC变换器的输出功率，Pg表示发电机端DC/DC变换器的输出功率；ηDC1表示超级电容端DC/DC变换器的转换效率；ηDC-g表示发电机端DC/DC变换器的转换效率； 7.2)制定约束条件，约束条件如下：式中，Psc-D-min；Psc-D-max根据超级电容的放电功率区间确定； 7.3)根据约束条件得出不同[Pg(t),Psc-D(t)]可行解组合，分别代入优化目标，得出最优解[Pg-best(t),Psc-D-best(t)]，即为当前整车电源与超级电容的功率分配。 6.如权利要求1所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于所述步骤9)中，超级电容强制充电模式下，功率分配方法如下： 7.如权利要求1所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于所述步骤11)中，超级电容待充电模式功率分配方法如下： 8.如权利要求1所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于所述步骤12)中，寻优模式2的功率分配方法包括如下步骤： 12.1)制定优化目标，优化目标为复合电源系统损耗最小；在发电机工作在其高效区间的前提下，系统功率损失包括超级电容充电功率损失Lsc-C、超级电容端DC/DC变换器的功率损失LDC2及发电机端DC/DC变换器的功率损失LDC-g，计算方法如下：其中，Isc-C(t)表示超级电容的充电电流，Psc-C(t)表示DC/DC变换器的输入功率； 12.2)制定约束条件；约束条件如下：其中，Psc-C-min；Psc-C-max根据超级电容的充电功率区间确定； 12.3)根据约束条件得出不同[Pg(t),Psc-C(t)]可行解组合，分别代入优化目标，得出最优解[Pg-best(t),Psc-C-best(t)]，即为当前整车电源与超级电容的功率分配。 9.如权利要求3所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于所述步骤3.4)中，统计Pepsx、vx和Δt的方法包括如下步骤： 3.4.1)筛选出运营周期T内低于车速v0时，不同车速v及其所对应的Peps-req； 3.4.2)统计v∈[0,v0]时助力电机需求功率Peps-req的频次f1,f2,...,fn，比较得出最高频fmax，将fmax所对应的助力电机需求功率以及转向车速分别记做Pepsx和vx； 3.4.3)根据采集得到的方向盘转角θh，得出车速vx时的转向时间长度t1,t2,...,tn，取平均值得到平均转向时长，记做Δt： 10.如权利要求1所述的重型商用车EPS复合电源的多模式能量管理方法，其特征在于通过重型商用车EPS复合电源的多模式装置实现，所述重型商用车EPS复合电源的多模式装置包括EPS助力电机、控制器、发电机、超级电容、DC/DC变换器、其他用电器、转角传感器和车速传感器；其中，所述发电机与超级电容先各串联一个DC/DC变换器，然后二者并联组成复合电源，为EPS助力电机、车载其他用电器以及控制器供电，同时发电机与超级电容分别将其功率信号与端电压信号发送至控制器；所述转角传感器用于实时采集转角信号，输出端与控制器相连；所述车速传感器用于实时采集车速信号，输出端与控制器相连；所述EPS助力电机发送需求功率信号至控制器，输入端与控制器相连；所述其它用电器发送实时功率信号至控制器，输入端与发电机相连，输出端与控制器相连；所述控制器由根据采集到的转角信号、车速信号、EPS助力电机发送需求功率和其它用电器发送实时功率，判定复合电源所处的工作模式，通过控制DC/DC变换器以分配整车电源的输出功率以及超级电容的放电/充电功率，实现高效的复合电源能量管理。
所属类别：	发明专利