基于负载补偿的功率分流混合动力系统模式切换性能测试方法

doi:10.19562/j.chinasae.qcgc.2023.10.012

Abstract

Abstract:

Due to the difference between the dynamic characteristics of the power split hybrid system performance test bench and the actual vehicle， it is difficult for the test bench to accurately emulate the driving load characteristics of the actual vehicle， so the accuracy of the mode transition performance test of the power split hybrid system is poor. Therefore， a test method based on load dynamic compensation is proposed for mode transition performance of power split hybrid system in this paper. Firstly， a bench system dynamics model is established， considering the actual vehicle road load， emulation engine， power split dedicated hybrid transmission， and bench driveline system. Secondly， the dynamic response of power source and the loading characteristics of bench system model are compared and analyzed for the mode transition process from pure electric to power split hybrid. Then， a speed feedforward correction compensator based on speed closed-loop tracking is designed to improve the anti-interference ability of the load emulation speed control， and combined with the torque feedforward correction compensator to reduce the dynamic error of the load torque. Finally， the off-line simulation and hardware-in-the-loop tests are carried out. The results show that the load dynamic compensation algorithm based on the bench system model can improve the load accuracy by more than 32.67%， which ensures the precision of the power split hybrid system mode transition performance test.

Key words: test bench model, power split hybrid system, mode transition, load compensation

Haodi Li,Zhiguo Zhao,Peng Tang,Yongping Hou. Power Split Hybrid System Mode Transition Performance Test Method Based on Load Compensation[J].Automotive Engineering, 2023, 45(10): 1908-1922.

Figures/Tables 29

符号	描述	数值
$p M G 1$	MG1电机极对数	6
$p M G 2$	MG2电机极对数	6
$ψ m M G 1$	MG1电机磁链/Wb	0.005 45
$L q M G 1$	MG1电机q轴电感/mH	0.4
$L d M G 1$	MG1电机d轴电感/mH	0.2
$ψ m M G 2$	MG2电机磁链/Wb	0.010 6
$L q M G 2$	MG2电机q轴电感/mH	0.6
$L d M G 2$	MG2电机d轴电感/mH	0.3

References 17

1	欧阳明高. 我国节能与新能源汽车发展战略与对策［J］. 汽车工程， 2006，28（4）： 317-321.
	OUYANG M G. Development strategies and countermeasures of energy saving and new energy vehicles in our country［J］. Automotive Engineering， 2006，28（4）： 317-321.
2	WU G， ZHANG X， DONG Z. Powertrain architectures of electrified vehicles： review， classification and comparison［J］. Journal of the Franklin Institute， 2015， 352（2）： 425-448.
3	ZHANG X， LI S E， PENG H， et al. Efficient exhaustive search of power-split hybrid powertrains with multiple planetary gears and clutches［J］. Journal of Dynamic Systems Measurement & Control， 2015， 137（12）： 121006.
4	赵治国，范佳琦，蒋蓝星，等. 复合功率分流系统发动机起动H_∞鲁棒优化控制［J］. 汽车工程， 2020， 42（4）： 417-423，430.
	ZHAO Z G， FAN J Q， JIANG L X， et al. Engine start-up H_∞ robust optimal control of the compound power-split system［J］. Automotive Engineering， 2020， 42（4）： 417-423，430.
5	赵治国，付靖，蒋蓝星，等. 复合功率分流系统发动机起动模型预测控制［J］.机械工程学报， 2020， 56（22）： 201-209.
	ZHAO Z G， FU J， JIANG L X， et al. Model predictive control of engine start-up for compound power-split hybrid powertrain［J］. Journal of Mechanical Engineering， 2020， 56（22）： 201-209.
6	赵治国，代显军，王晨，等. 复合功率分流混合电动轿车驱动模式切换的协调控制［J］. 汽车工程， 2015， 37（3）： 260-265，259.
	ZHAO Z G， DAI X J， WANG C， et al. Coordinated control of driving mode switching of compound power-split hybrid electric car［J］. Automotive Engineering， 2015， 37（3）： 260-265，259.
7	LIU W， SONG Q， LI Y， et al. A novel driver model for real-time simulation on electric powertrain test bench［C］. SAE Paper 2017-01-2460.
8	FAJRI P， PRABHALA V， FERDOWSI M. Emulating on-road operating conditions for electric-drive propulsion systems［J］. IEEE Transactions on Energy Conversion， 2016， 31（1）：1-11.
9	KAROL KYSLAN， FRANTIŠEK ĎUROVSKÝ. Control of a test bench for dynamic emulation of mechanical loads［J］. Procedia Engineering， 2012， 48： 352-357.
10	WANG Z， LV H L， ZHOU X J， et al. Design and modeling of a test bench for dual-motor electric drive tracked vehicles based on a dynamic load emulation method［J］. Sensors， 2018， 18（7）.
11	FAJRI P， AHMADI R， FERDOWSI M. Control approach based on equivalent vehicle rotational inertia suitable for motor-dynamometer test bench emulation of electric vehicles［C］. 2013 International Electric Machines & Drives Conference. IEEE， 2013.
12	LIU P， JIN Z， HUA Y， et al. Development of test-bed controller for powertrain of HEV［J］. Energies， 2020， 13（13）： 3372.
13	AKPOLAT Z H， ASHER G M. Experimental dynamometer emulation of nonlinear mechanical loads［J］. IEEE Transactions on Industry Applications， 1999， 35（6）： 1367-1373.
14	GAN C， TODD R， APSLEY J M. Drive system dynamics compensator for a mechanical system emulator［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics， 2015， 62（1）： 70-78.
15	刘和平，战祥真，李红新，等.惯量自补偿的纯电动汽车动力系统模拟试验台研究［J］.电机与控制学报， 2011， 15（10）： 55-62.
	LIU H P， ZHAN X Z， LI H X， et al. Research on self-compensated inertia test rig of pure electric vehicle dynamic system［J］. Electric Machines and Control， 2011， 15（10）： 55-62.
16	王冠峰，宋强，赵卢楷. 电驱动系统台架负载模拟精度补偿算法研究［J］. 汽车工程， 2022， 44（3）： 426-433.
	WANG G F， SONG Q， ZHAO L K. Research on compensation aalgorithm for load simulation accuracy of electric drive system test bench［J］. Automotive Engineering， 2022， 44（3）： 426-433.
17	LI H D， ZHAO Z G， TANG P. Load emulation compensation control of a test bench based on rigid-flexible coupling transmission for a vehicle electric drive system［J］. IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement， 2022， 71（1006516）： 1-16.［ 12 ］ LIU P， JIN Z， HUA Y， et al. Development of test-bed controller for powertrain of HEV［J］. Energies， 2020， 13（13）： 3372.

[1]	ZHOU Wei, ZHANG Cheng-Ning, LI Jun-Qiu. [J]. , 2016, 38(12): 1407 -1414 .
[2]	HAO Han, WANG Si-南, LI Xiao, LIU Zong-Wei, ZHAO Fu-Quan. [J]. , 2017, 39(1): 1 -8 .
[3]	XU Cheng-Shan, JIANG Fa-Chao, SONG Sen-Nan, TIAN Guang-Yu. [J]. , 2017, 39(1): 9 -14 .
[4]	LIU Hui, WANG Xiao-Jie, XIANG Chang-Le. [J]. , 2016, 38(12): 1483 -1487 .
[5]	CHU Liang, ZHAO Di, LI Wen-Hui. [J]. , 2017, 39(1): 61 -65 .
[6]	ZHANG Jian, ZHOU Dao-Kui, TONG Rui, QI Hao-Chen. [J]. , 2017, 39(1): 47 -51 .
[7]	ZUO Wen-Jie, CHEN Ji-Shun, LI Yi-Wen, LIU Nian. [J]. , 2017, 39(2): 145 -149 .
[8]	LI Jun, SU Yan-Zhao, KUI Han-Bing, HU Ming-Hui, ZHANG Sheng-Gen, LIU Heng-Shuo. [J]. , 2017, 39(3): 296 -303 .
[9]	ZHOU Kai, ZANG Jing-Lun. [J]. , 2017, 39(3): 317 -322 .
[10]	. [J]. , 0, (): 0 .

符号	描述	数值
m	车身质量/kg	1 530
f	滚动阻力系数	0.013 7
C_d	空气阻力系数	0.307
A	迎风面积/m²	2.19
R	车轮半径/m	0.31
i_FD	主减速比	3.529
ρ₁	前行星排传动比	3.174
ρ₂	后行星排传动比	2.355
J_MG1	MG1电机惯量/（kg·m²）	0.041
J_MG2	MG2电机惯量/（kg·m²）	0.072
J_ENG	发动机惯量/（kg·m²）	0.182
J_veh	车辆等效惯量/（kg·m²）	12.05
J_S1	前排太阳轮惯量/（kg·m²）	0.001
J_S2	后排太阳轮惯量/（kg·m²）	0.001
J_R	齿圈惯量/（kg·m²）	0.002
J_C	行星架惯量/（kg·m²）	0.002
c_veh	车辆等效阻尼/（N·m·s·rad^-1）	0.005
c_MG1	MG1电机输出轴阻尼/（N·m·s·rad^-1）	0.001
c_MG2	MG2电机输出轴阻尼/（N·m·s·rad^-1）	0.002
c_TDS	扭转减振器阻尼/（N·m·s·rad^-1）	0.1
k_MG1	MG1电机输出轴刚度/（N·m·rad^-1）	7 500
k_MG2	MG2电机输出轴刚度/（N·m·rad^-1）	12 500
k_TDS	扭转减振器刚度/（N·m·rad^-1）	619
k_L	DHT输出轴刚度/（N·m·rad^-1）	2 863.3

工作模式	发动机	MG1	MG2	B1	B2
纯电动模式	不工作	不工作	工作	工作	不工作
功率分流模式	工作	工作	工作	不工作	不工作
并联模式	工作	不工作	工作	不工作	工作

初始车速/（km·h^-1）	切换时间/s	方法	最大值/（N·m）	最小值/（N·m）	标准差/（N·m）	补偿效果/%
25	0.516	补偿前	59.36	-52.94	20.63	74.12
25	0.516	补偿后	14.94	-27.53	5.34	74.12
30	0.512	补偿前	60.11	-51.91	20.72	73.89
30	0.512	补偿后	14.98	-27.19	5.41	73.89
35	0.522	补偿前	61.09	-51.60	21.07	74.56
35	0.522	补偿后	15.43	-24.98	5.36	74.56

踏板开度χ/%	切换时间/s	方法	最大值/（N·m）	最小值/（N·m）	标准差/（N·m）	补偿效果/%
25	0.515	补偿前	56.83	-46.02	17.42	67.74
25	0.515	补偿后	16.85	-22.57	5.62	67.74
30	0.517	补偿前	60.51	-49.16	19.55	74.175
30	0.517	补偿后	15.16	-20.34	5.05	74.175
35%	0.521	补偿前	45.05	-42.19	14.36	58.29
35%	0.521	补偿后	12.49	-23.27	5.99	58.29

Power Split Hybrid System Mode Transition Performance Test Method Based on Load Compensation

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