基于能效分析与效率最优的混合动力汽车能量管理方法

摘要

本发明旨在解决针对重型商用车动态规划能量管理方法计算负荷大的问题，设计基于能效分析与效率最优的混合动力汽车能量管理方法，并与动态规划能量管理方法进行对比。本方法通过对混合动力汽车进行整车级别的能量流分析得到整车能量守恒方程，定义整车平均效率和瞬时效率，描述了如何以瞬时效率最优为目标选择发动机工作点和挡位的计算过程，针对重型商用车制定了模式切换规则。本发明将基于规则的能量管理方法与动态规划的能量管理方法进行对比，提出从油耗、电机发动机扭矩对比、发动机工作点的三个维度进行对比，证明本文所提出的管理方法的有效性。

权利要求

1.基于能效分析与效率最优的混合动力汽车能量管理方法，其特征在于包括下列步骤：

第一步，整车能量守恒方程的确定

首先确定汽车总能量守恒方程与汽车功率的关系：汽车行驶方程式两边乘以车速可以得到汽车功率平衡方程Pt如公式(1)所示：Pt＝Pr+Pw+Pi+Pj              (1)式中，Pr——轮端驱动/制动力功率Pw——空气阻力功率

Pi——坡度阻力功率

Pj——加速阻力功率

Pt的积分就是车辆在按照某一工况行驶需要的有效能量即汽车总能量守恒方程，当Pt＞0时车辆处于驱动状态，Pt＜0时车辆处于制动状态，如公式(2)所示：式中，Ed——车辆用于驱动的有效能量Eb——车辆用于制动的有效能量

然后明确混合动力汽车的典型模式，列写不同模式的能量守恒方程，明确不同模式下不同的能量输入与输出；将各模式能量守恒方程式合并，同时将各模式燃油热能、电池放电能量、电池充电能量、损耗项、驱动能量、制动能量合并同类项得到车辆在整个运行过程中的能量守恒方程Ed中，得到整合后的汽车总能量守恒方程与汽车功率的关系；

第二步，确定车辆平均效率与瞬时效率车辆在整个运行过程中的平均效率为用于驱动消耗的有效能量Ed与输入总能量的比值，输入总能量为Eb与发动机输入能量Eoil与电池净输入/输出能量(Ebat,d‑Ebat,c)的和，如公式(3)所示：

能量管理方法是要在车辆行驶的每一时刻根据工况的瞬时需求给出诸如发动机工作点、电机工作点、挡位等的控制目标，是针对瞬时需求而言的，根据各模式的能量守恒方程可以列写出各模式的瞬时功率守恒方程从而推导出各模式的瞬时效率计算式；

第三步，确定发动机工作点控制规则和换挡规则车辆动力需求常根据当前踏板开度与车速解析得到轮端的一个驱动力需求，进行模式的判别和动力的分配；已知一个工况点的车速和驱动力，已知在外特性中的位置，可以对应满足该动力要求的不同挡位，对应不同的电机、发动机工作点；

每一个工作点组合可由其中发动机的转速、转矩查表计算发动机的燃油消耗率进而计算该点发动机燃油热功率，由两个电机的转速、转矩可查表计算两个电机的效率并计算两个电机的电功率，得到电池端的需求功率，在得到燃油热功率和电池功率后可计算得到当前工作点组合下系统输入功率，由工况点车速、驱动力需求可计算当前有用功率，进而由式(3)计算该组工作点组合对应的车辆瞬时效率；

找出最高瞬时效率对应的工作点组合，再将各挡位下的最优工作点组合对比选出最高效率的工作点组合以及对应挡位，便求得了当前工况下，最佳的发动机工作点控制目标和目标挡位；

按照以上步骤可逐一计算驱动力外特性曲线下每一个工况点对应的最佳发动机工作点和挡位，形成控制map；对于本文描述的计算方式由踏板开度和车速来进行查表，给出发动机转速转矩控制目标和挡位目标；

第四步，混合动力重型商用车能量管理方法分析针对重型商用车的不同系统的各模式间的切换问题，制定了不同的工作模式；重型商用车并联混合动力系统，制定了纯电动、发动机单独驱动、驱动并电助力、再生制动、机械制动五个模式；驱动时当电池电量充足且功率需求较小时采用纯电驱动，反之进入发动机单独驱动模式，若发动机单独驱动模式不足以提供足够动力进入电助力模式；制动时电池电量未超过允许SOC上限时允许再生制动，否则进入机械制动模式仅依靠机械制动器实现制动；

重型商用车EVT混合动力系统基本模式包括纯电动、混动EVT、再生制动、机械制动四个模式；驱动时当电池电量充足且功率需求较小时采用纯电驱动，反之进入混动EVT模式；制动时当电池电量未达到SOC上限时允许再生制动，否则进入机械制动模式，仅依靠机械制动器实现制动；

第五步，混合动力系统能量管理方法验证对所提出的能量管理方法进行验证，与动态规划能量管理方法计算得到的理论最低油耗对比，对P2、P3、EVT两种构型进行最优控制律的计算；两种构型优化计算的目标函数均为燃油消耗量，约束条件为始末SOC偏差在允许范围，P2构型的输入变量为电机扭矩和挡位，EVT构型的输入变量选择MG2扭矩、MG1转速、挡位；同时，以P2、EVT两个构型对计算结果中扭矩分配规律、发动机工作范围进行对比分析，从而证明本能量管理方法的有效性。

说明书

基于能效分析与效率最优的混合动力汽车能量管理方法

技术领域

[0001] 本发明属于汽车能量管理方法，更确切地说，本发明涉及混合动力汽车基于能效分析与效率最优的能量管理方法。

背景技术

[0002] 面对日益严苛的油耗法规限制和环保需求以及当前技术水平的限制，采用混合动力技术是当前阶段重型商用车发展的必经路线。相比于传统乘用车，重型商用车采用了非
常高效的柴油发动机，因此混合动力系统能量管理方法的制定应与乘用车不同而有新的侧
重。基于系统能效分析，确定整车能量守恒方程及车辆平均效率与综合效率值；同时寻找混
合动力系统的效率最优的工作点，对发动机工作点控制规则和换挡规则进行设计选择，从
而进行混合动力重型商用车能量管理方法的分析，是重型商用车的一种全面完善的能量管
理方法。

[0003] 目前对混合动力汽车整车能量效率最大化展开了相关的研究。中国专利公布号为CN2018109927514，授权公告日为2020‑04‑24，公开了一种基于能量效率最大化的多模混合
动力汽车能量管理策略。该策略分两层，内层是效率归一化最大化策略，外层是动态规划，
外层与内层相互协调，在实现能量管理控制策略优化的同时,能够保证模式切换的平顺性
与合理的模式切换频率。本专利从另一个角度制定了基于规则的能量管理方法，寻找混合
动力系统的效率最优的工作点，同时将基于规则的控制方法与动态规划的控制方法以P2、
P3、EVT三种构型进行了燃油性、发动机工作点等多方面的对比，侧面验证了方法的可行性
和有效性，更加具有说服力。

发明内容

[0004] 本发明提出了基于能效分析与效率最优的混合动力汽车能量管理方法，探究在特定需求工况点下基于最优瞬时效率的发动机、挡位工作点，同时制定了最优的能量管理方
法并进行验证。通过对混合动力汽车进行整车级别的能量流分析得到整车能量守恒方程，
定义整车平均效率和瞬时效率，描述了如何以瞬时效率最优为目标选择发动机工作点和挡
位的计算过程，针对重型商用车制定了模式切换规则。本发明设计的基于规则的能量管理
方法与动态规划的能量管理方法的计算结果的对比，以三种不同构型从油耗、电机工作点、
发动机工作点的不同维度进行对比，证明本文所提出的方法的有效性。

[0005] 为实现上述目的，根据本发明实施例的基于能效分析与效率最优的混合动力汽车能量管理方法，包括以下内容：

[0006] 基于能效分析与效率最优的混合动力汽车能量管理方法，其特征在于包括下列步骤：

[0007] 第一步，整车能量守恒方程的确定

[0008] 首先确定汽车总能量守恒方程与汽车功率的关系：汽车行驶方程式两边乘以车速可以得到汽车功率平衡方程Pt如公式(1)所示：

[0009] Pt＝Pr+Pw+Pi+Pj  (1)

[0010] 式中，Pr——轮端驱动/制动力功率

[0011] Pw——空气阻力功率

[0012] Pi——坡度阻力功率

[0013] Pj——加速阻力功率

[0014] Pt的积分就是车辆在按照某一工况行驶需要的有效能量即汽车总能量守恒方程，当Pt＞0时车辆处于驱动状态，Pt＜0时车辆处于制动状态，如公式(2)所示：

[0015]

[0016] 式中，Ed——车辆用于驱动的有效能量

[0017] Eb——车辆用于制动的有效能量

[0018] 然后明确混合动力汽车的典型模式，列写不同模式的能量守恒方程，明确不同模式下不同的能量输入与输出；将各模式能量守恒方程式合并，同时将各模式燃油热能、电池
放电能量、电池充电能量、损耗项、驱动能量、制动能量合并同类项得到车辆在整个运行过
程中的能量守恒方程Ed中，得到整合后的汽车总能量守恒方程与汽车功率的关系；

[0019] 第二步，确定车辆平均效率与瞬时效率

[0020] 车辆在整个运行过程中的平均效率为用于驱动消耗的有效能量Ed与输入总能量的比值，输入总能量为Eb与发动机输入能量Eoil与电池净输入/输出能量(Ebat,d‑Ebat,c)的和，
如公式(3)所示：

[0021]

[0022] 能量管理方法是要在车辆行驶的每一时刻根据工况的瞬时需求给出诸如发动机工作点、电机工作点、挡位等的控制目标，是针对瞬时需求而言的，根据各模式的能量守恒
方程可以列写出各模式的瞬时功率守恒方程从而推导出各模式的瞬时效率计算式；

[0023] 第三步，确定发动机工作点控制规则和换挡规则

[0024] 车辆动力需求常根据当前踏板开度与车速解析得到轮端的一个驱动力需求，进行模式的判别和动力的分配；已知一个工况点的车速和驱动力，已知在外特性中的位置，可以
对应满足该动力要求的不同挡位，对应不同的电机、发动机工作点；

[0025] 每一个工作点组合可由其中发动机的转速、转矩查表计算发动机的燃油消耗率进而计算该点发动机燃油热功率，由两个电机的转速、转矩可查表计算两个电机的效率并计
算两个电机的电功率进而得到电池端的需求功率，在得到燃油热功率和电池功率后可计算
得到当前工作点组合下系统输入功率，由工况点车速、驱动力需求可计算当前有用功率，进
而由式(3)计算该组工作点组合对应的车辆瞬时效率；

[0026] 找出最高瞬时效率对应的工作点组合，再将各挡位下的最优工作点组合对比选出最高效率的工作点组合以及对应挡位，便求得了当前工况下最佳的发动机工作点控制目标
和目标挡位；

[0027] 按照以上步骤可逐一计算驱动力外特性曲线下每一个工况点对应的最佳发动机工作点和挡位，形成控制map。对于本文描述的计算方式由踏板开度和车速来进行查表，给
出发动机转速转矩控制目标和挡位目标；

[0028] 第四步，混合动力重型商用车能量管理方法分析

[0029] 针对重型商用车的不同系统的各模式间的切换问题，制定了不同的工作模式。并联混合动力系统，制定了纯电动、发动机单独驱动、驱动并电助力、再生制动、机械制动五个
模式，EVT混合动力系统基本模式包括纯电动、混动EVT、再生制动、机械制动四个模式，并对
不同构型各个模式之间的切换规则进行描述；

[0030] 第五步，混合动力系统能量管理方法验证

[0031] 对所提出的能量管理方法进行验证，与动态规划能量管理方法计算得到的理论最低油耗对比，对P2、P3、EVT两种构型进行最优控制律的计算。两种构型优化计算的目标函数
均为燃油消耗量，约束条件为始末SOC偏差在允许范围，P2构型的输入变量为电机扭矩和挡
位，EVT构型的输入变量选择MG2扭矩、MG1转速、挡位。同时，以P2、EVT两个构型对计算结果
中扭矩分配规律、发动机工作范围进行对比分析，从多角度说明该方法的有效性和适用性
均较好；

[0032] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0033] 1.本发明所述的系统能效分析，确定了汽车总能量与汽车功率的关系方程，同时系统效率以能量形式进行表示，明确了整车级的能量流动关系。

[0034] 2.本发明对车辆平均效率与瞬时效率进行了区分，瞬时效率以瞬时输入输出功率来表示，针对重型商用车混合动力系统几种典型的工作模式列出了对应的瞬时功率公式并
进行了说明。

[0035] 3.本发明以一个具体的重型商用车在某一车速的需求扭矩作为一工况点，对制定发动机工作点控制规则与换挡规则的过程进行叙述，该过程对其他工况点同样使用，具有
普遍性。

[0036] 4.本发明在制定能量管理方法时，将重型商用车与乘用车在整车部件及运行工况的进行对比，说明管理方法的不同；针对重型商用车并联和混联两种不同的混合动力构型
的模式切换规则进行了对比分析。

[0037] 5.本发明将制定的能量管理方法与动态规划管理方法进行对比，以并联、混联三种构型，分别从油耗、发动机工作点、电机工作点进行比较，证明本能量管理方法的有效性。

附图说明

[0038] 下面结合附图对本发明作进一步的说明：

[0039] 图1为本发明所述整车基于规则的能量管理方法制定流程。

[0040] 图2为本发明所述并联构型的模式切换基本规则，驱动时当电池电量充足(超过SOC门限SOC_EV)且功率需求(Pow_req)较小时(低于功率门限Pow_EV)采用纯电驱动，否则
进入发动机单独驱动模式；发动机单独驱动模式不足(需求功率大于功率门限Pow_ICE)进
入电助力模式，发动机和电机一起提供动力。制动时当电池电量未超过允许SOC上限时(低
于SOC门限SOC_RGB)允许再生制动，反之进入机械制动模式，仅依靠机械制动器实现制动。

[0041] 图3为本发明所述混联构型的模式切换基本规则，驱动时当电池电量充足(超过SOC门限SOC_EV)且功率需求(Pow_req)较小时(低于功率门限Pow_EV)采用纯电驱动，否则
进入混动EVT模式。制动时当电池电量未达到SOC上限时允许再生制动，反之进入机械制动
模式，仅依靠机械制动器实现制动。

具体实施方式

[0042] 下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0043] 第一步，整车能量守恒方程的确定

[0044] 首先确定汽车总能量守恒方程与汽车功率的关系：汽车行驶方程式两边乘以车速可以得到汽车功率平衡方程Pt如公式(1)所示：

[0045] Pt＝Pr+Pw+Pi+Pj                                  (1)

[0046] 式中，Pr——轮端驱动/制动力功率

[0047] Pw——空气阻力功率

[0048] Pi——坡度阻力功率

[0049] Pj——加速阻力功率

[0050] Pt的积分就是车辆在按照某一工况行驶需要的有效能量即汽车总能量守恒方程，当Pt＞0时车辆处于驱动状态，Pt＜0时车辆处于制动状态，如公式(2)所示：

[0051]

[0052] 式中，Ed——车辆用于驱动的有效能量

[0053] Eb——车辆用于制动的有效能量

[0054] 然后明确混合动力汽车的典型模式纯电动模式、发动机单独驱动模式、驱动并电助力模式、驱动并发电模式、再生制动模式、机械制动模式。

[0055] (1)纯电动模式：输入能量为电池放电能量Ebat,EV，输出能量为驱动能量Ed,EV。电池放电能量指的是包含电池端输出能量和电池自身内阻消耗能量的总的能量，电池的自身内
阻消耗与其他部件的损耗一并算到损耗项中，纯电动模式能量守恒方程如(3)所示。

[0056] Ebat,EV‑Eloss,EV＝Ed,EV                                  (3)

[0057] (2)发动机单独驱动模式：输入能量为燃油热能Eoil,ICE，输出能量为驱动能量Ed,ICE，能量守恒方程如(4)所示。

[0058] Eoil,ICE‑Eloss,ICE＝Ed,ICE                                 (4)

[0059] (3)驱动并电助力模式：该模式下发动机和电机同时产生驱动扭矩共同驱动车辆，输入能量为电池放电能量Ebat,HEVD和燃油热能Eoil,HEVD，输出能量为Ed,HEVD。电池放电能量为
电池端输出能量和电池自身内阻消耗能量之和，能量守恒方程如(5)所示。

[0060] Eoil,HEVD+Ebat,HEVD‑Eloss,HEVD＝Ed,HEVD                             (5)

[0061] (4)驱动并发电模式：该模式下发动机动力一部分用于驱动车辆行驶，一部分用于带动电机发电，输入能量为燃油热能Eoil，HEVC，输出能量为驱动能量Ed，HEVC与电池充电能量
Ebat，HEVC。电池充入的能量Ebat，HEVC为电池端输入能量减去电池内阻消耗部分剩下的部分，能
量守恒方程如式(6)所示。

[0062] Eoil,HEVC‑Eloss,HEVC＝Ed,HEVC+Ebat,HEVC                             (6)

[0063] (5)再生制动模式：该模式下输入能量为制动能量Eb，RGB，输出能量为电池充入的能量Ebat，RGB，能量守恒方程如式(7)所示。

[0064] Eb,RGB‑Eloss,RGB＝Ebat,RGB                                (7)

[0065] (6)机械制动模式：该模式下输入能量为制动能量Eb,MB，但全部被机械制动器转换为热量损失，输出能量为零，能量守恒方程如式(8)所示。

[0066] Eb,MB‑Eloss,MB＝0                                    (8)

[0067] 将各模式能量守恒方程式合并，即将各模式燃油热能、电池放电能量、电池充电能量、损耗项、驱动能量、制动能量合并同类项得到车辆在整个运行过程中的能量守恒方程如
式(9)所示。

[0068] Eoil+(Ebat,d‑Ebat,c)+Eb‑Eloss＝Ed                              (9)

[0069] 式(10)为整个车辆运行过程的能量守恒方程：

[0070]

[0071] Ebatd表示电池总放电能量，Ebatc表示电池总充电能量。该式说明对整个车辆运行过程而言混合动力汽车能量输入来自三部分：燃油热能、电池净输出能量Ebatd‑Ebatc、制动能
量。将燃油热能表示为燃油质量moil与燃油低热值C的乘积得到式(11)，这个式子表达了油
耗、电耗、工况能量参数Ed、Eb间的定量关系，当电耗为零时，式(11)变为式(12)，在式(12)
中，当工况确定时Ed、Eb不变，油耗与整车损耗线性相关。

[0072] moilC+(Ebat,d‑Ebat,c)+Eb‑Eloss＝Ed                            (11)

[0073] moilC+Eb‑Eloss＝Ed                                  (12)

[0074] 第二步，确定车辆平均效率与瞬时效率

[0075] 车辆在整个运行过程中的平均效率为用于驱动消耗的有效能量Ed与输入总能量的比值，输入总能量为Es，Es为Eb与发动机输入能量Eoil与电池净输入/输出能量(Ebat,d‑
Ebat,c)的和，如公式所示：

[0076]

[0077] 式(13)是混合动力汽车在整个运行过程运行效率的一个总评价，无法应用到能量管理方法中，式(13)中的各项都是能量的统计项。能量管理方法指在车辆行驶的每一时刻
根据工况的瞬时需求时刻给出诸如发动机工作点、电机工作点、挡位等的控制目标，是针对
瞬时需求而言的。式(9)和(10)表明，降低车辆油耗就要降低整车的损耗能量，对应到瞬时
过程控制中为时刻降低车辆的瞬时损耗，提高车辆的瞬时效率。类比各模式的能量守恒方
程可以列写出各模式的瞬时功率守恒方程。

[0078] (1)纯电动模式：输入功率为电池放电功率Pbat，EV，输出能量为驱动能量Pd，EV。该模式下系统瞬时效率如式(14)所示。

[0079]

[0080] (2)发动机单独驱动模式：该模式下输入功率为燃油热能Poil，ICE，输出功率为驱动能量Pd，ICE，发动机单独驱动模式系统瞬时效率如式(15)(15)所示。

[0081]

[0082] (3)驱动并电助力模式：输入功率为电池放电功率Pbat，HEVD和燃油热功率Poil，HEVD，输出功率为Pd，HEVD，发动机驱动并电助力模式系统瞬时效率如式(16)所示。

[0083]

[0084] (4)驱动并发电模式：输入功率为燃油热功率Poil,HEVC，输出功率为驱动功率Pd，HEVC和Pbat，HEVC，但电池充入的功率并非有用功，需将电池充入功率转化为驱动功率，因此输出功
率为当前驱动功率Pd，HEVC和电池充入的电功率在未来转化得到的驱动功率Pd，HEVC，future之
和。驱动并发电模式下系统瞬时效率如式(17)所示，由于Pd，HEVC，future对应的电机效率未知，
可取电机平均效率＝0.9进行简单计算。

[0085]

[0086] (5)再生制动模式：该模式下输入功率为制动功率Pb，RGB，输出功率为电池充入的功率Pbat，RGB，该模式下系统瞬时效率如式(18)所示，类比驱动并发电模式把Pbat，RGB乘以一个电
机平均效率转化为有用功率计算瞬时效率。

[0087]

[0088] (6)机械制动模式：输入功率为制动功率Pb，MB，但全部被机械制动器转换为热功率损失，输出功率为零，该模式下瞬时效率为零。

[0089] ηMB＝0                    (19)

[0090] 第三步，确定发动机工作点控制规则和换挡规则

[0091] 车辆动力需求常根据当前踏板开度与车速解析得到轮端的一个驱动力需求，进行模式的判别和动力的分配。已知任一个工况点在混动模式下的驱动力外特性图的位置，可
以确定满足该动力要求的几个挡位。每个挡位下可离散出若干满足该工况点动力需求的发
动机与电机工作点组合，为了保证SOC的平衡规定发动机输出功率应该满足功率跟随原则
即发动机功率不小于驱动需求功率。每一个离散三动力源工作点组合，根据发动机的转速、
转矩查表计算发动机的燃油消耗率，确定该点发动机燃油热功率。根据两个电机的转速、转
矩查表计算两个电机的效率，确定两个电机的电功率，得到电池端的需求功率。得到燃油热
功率和电池功率，计算得到当前工作点组合下系统输入功率，由工况点车速、驱动力需求计
算当前有用功率，由式(17)计算该组工作点组合对应的车辆瞬时效率，对每一个挡位计算
所有离散工作点组合对应的车辆瞬时效率并找出最高瞬时效率对应的工作点组合，将各挡
位下的最优工作点组合对比选出最高效率的工作点组合以及对应挡位，求得当前工况下最
佳的发动机工作点控制目标和目标挡位。

[0092] 按照以上步骤计算驱动力外特性曲线下每一个离散工况点对应的最佳发动机工作点和挡位，形成控制map，对于本文描述的计算方式是得到车速、驱动力的二维数据，而驱
动力根据踏板开度来表征，得到的控制map根据踏板开度和车速查表确定发动机转速转矩
控制目标和挡位目标。

[0093] 第四步，混合动力重型商用车能量管理方法分析

[0094] 以P2构型为例，对重型商用车的模式划分进行分析。

[0095] 当发动机仅用于驱动时，有如式(20)所示功率平衡方程，其中Poil1为燃油热功率，等于当前瞬时油耗与燃油低热值的乘积，ηe1为当前发动机热效率，ηmech为到轮端的机械传
动效率，Pd为当前车辆驱动功率，此时车辆瞬时效率如(20)式所示；当发动机驱动并发电
时，发动机满足当前驱动功率需求的同时，还需要多输出功率供给电机发电，实际的输出功
率Pd，future为当前驱动功率与电机充入的功之和，驱动并发电下车辆的燃油利用效率如式
(21)所示，其中δ代表发动机输出功率用于直接驱动部分的比重，ηg代表电机发电效率，ηm代
表电机电动效率。两种动力分配方式的瞬时效率比值如式(22)所示。

[0096] Poil1ηe1ηmech＝Pd→ηv1＝ηe1ηmech            (20)

[0097]

[0098]

[0099] 假设电机发电与电动的效率均为0.9，该效率比值是对应发动机热效率的比值ηe2/ηe1与直驱功率占比δ的函数。按照发动机最高效率45％，最低效率38％来计算可得ηe2/ηe1的
范围在1～1.2之间，δ的范围为0～1。发动机热效率提升幅度不变时，发动机直驱功率占比δ
越小，ηv2/ηv1越大；δ不变时，发动机热效率提升幅度ηe2/ηe1越大，ηv2/ηv1越大。在整个直驱功
率，占比δ与发动机热效率提升幅度ηe2/ηe1形成的二维空间内，驱动并发电的动力分配方式
在发动机效率提升幅度较大、直驱功率需求占比很小的条件下更具优势。在中高负荷工况
下，发动机通过多挡变速器可以保证处于较高的热效率，负荷需求直驱功率占比会占据中
高比重，驱动并发电的功率利用方式经济性没有优势。在低负荷工况使用纯电驱动的模式
运行，驱动并发电的模式在重型商用车上不常用，燃油的最佳利用方式是直接驱动。

[0100] 针对EVT系统，发动机通过电路径和机械路径两个路径传递至轮端，发动机功率有一部分是发电再电动被利用的。发动机效率的提升幅度相比并联构型如果没有提高，EVT系
统的节油效果不再最好。

[0101] 重型商用车并联混合动力系统，制定了纯电动、发动机单独驱动、驱动并电助力、再生制动、机械制动五个模式，并联系统模式切换基本规则如图2所示。驱动时电池电量充
足且功率需求较小时采用纯电驱动，反之进入发动机单独驱动模式。发动机单独驱动模式
不足以提供足够动力进入电助力模式。制动时当电池电量未超过允许SOC上限时允许再生
制动，反之进入机械制动模式仅依靠机械制动器实现制动。

[0102] 重型商用车EVT混合动力系统基本模式包括纯电动、混合动力EVT、再生制动、机械制动四个模式。EVT系统模式切换基本规则如图3所示。驱动时电池电量充足且功率需求较
小时采用纯电驱动，反之进入混合动力EVT模式。制动时电池电量未SOC上限允许再生制动，
反之入机械制动模式仅依靠机械制动器实现制动。

[0103] 第五步，混合动力系统能量管理方法验证

[0104] 对所提出的系统能量管理方法进行验证，与动态规划控制方法计算得到的理论最低油耗对比，对P2、EVT两种构型进行最优控制律的计算。两种构型优化计算的目标函数均
为燃油消耗量，约束条件为始末SOC偏差在允许范围，P2构型的输入变量为电机扭矩和挡
位，EVT构型的输入变量选择MG2扭矩、MG1转速、挡位。对比两种构型不同方法的油耗计算结
果从而说明本发明的有效性和适用性。同时，对计算结果中扭矩分配规律、发动机工作范围
进行对比分析，通过观察发动机扭矩与电机扭矩的控制轨迹确定不同工作模式下电机与发
动机的工作模式占比。确定重型商用车的基于规则的能量管理方法的典型工作模式，通过
观察发动机工作点保证发动机尽量工作在高效区。