并联式液压混合动力车辆转矩控制方法
技术领域
本发明涉及一种多能源车辆动力总成的转矩控制方法,特别是一种并联式液压混合动力车辆转矩控制方法。
背景技术
随着世界范围内工业技术的迅速发展,能源短缺和环境污染问题日趋严重。液压混合动力技术被认为是解决能源危机和环境污染问题的有效方案之一,相对于电动混合动力技术,液压混合动力具有功率密度大,能量循环效率高等优点,同时,液压混合动力的能量密度小,不可能长时间提供驱动转矩,因此其能量控制策略与电动混合动力截然不同。为了充分发挥液压混合动力车辆的节能潜力,必须充分考虑液压混合动力***的特点,设计能量控制策略,优化动力总成***的协调工作,使燃油经济性达到最佳。目前国内对液压混合动力车辆的研究较少,能量控制策略更是普遍采用基于发动机万有特性曲线的功率分配策略,简单地将整车的工作状态分为液压混合动力驱动、发动机驱动和混合驱动三种工况。但传统的功率分配策略只考虑了发动机的工作状态,却忽略了其他***的工作状态,导致整车的能量分配不合理,很难使发动机和液压混合动力***同时工作于最佳工况,无法使整车的燃油经济性最佳。
发明内容
本发明的目的是要提供一种:并联式液压混合动力车辆转矩控制方法,实现发动机和液压混合动力***的协调工作,使整车的燃油经济性达到最佳。
本发明的目的是这样实现的:该控制***及方法为液压混合动力车辆控制方法;
液压混合动力车辆的控制方法:
(1)根据驾驶员对加速踏板的操作行为,结合当前状态下的车速情况,确定当前状况下整车的车辆驱动目标转矩、当前状态下液压混合动力***转矩的估算、混合动力***目标输出转矩的确定、发动机目标输出转矩指令和液压泵马达目标输出转矩指令;
所述的车辆驱动目标转矩的实现方法是:根据油门踏板的开度和踏板变化速率折算为不同车速、不同档位下的车辆的目标驱动转矩;
所述的当前状态下液压混合动力***转矩的估算方法是:根据液压泵马达当前转速和液压蓄能器的工作压力,以及液压泵马达效率曲线,计算出当前转速下对应的液压泵马达的最大驱动转矩;
所述的混合动力***目标输出转矩的确定方法是:将驾驶员需求转矩换算为当前状态下混合动力***的目标转矩,查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机运行效率的转矩范围,并与混合动力***的目标转矩值对比,参考液压蓄能器压力,确定液压泵马达的目标转矩,发动机的目标转矩为车辆目标转矩值与液压泵马达目标转矩值的差值;
所述的发动机目标输出转矩指令,具体方法是:发动机万有特性数据中发动机输出转矩随节气门开度、转速变化的数据可整理成发动机节气门开度随输出转矩、转速变化的数据表;根据当前状态下发动机的目标转矩和转速查发动机节气门开度随输出转矩、转速变化数据表,得到发动机目标节气门开度目标值,根据当前状态下液压泵马达的目标转矩、转速、液压蓄能器的工作压力和液压泵马达工作效率曲线得出液压泵马达的排量值即为对应指令;
所述的液压泵马达目标输出转矩指令,具体方法是:根据当前状态下液压泵马达的目标转矩、转速、液压蓄能器的工作压力和液压泵马达工作效率曲线得出液压泵马达的排量值即为对应指令;
(2)根据传感器采集得到的当前车速信号、加速踏板开度信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号、液压蓄能器压力信号、以及液压泵马达转速信号,判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式;液压混合动力***的运行模式包括:①停机模式,②液压驱动模式,③怠速模式,④行车充压模式,⑤发动机驱动模式,⑥制动模式;
(3)根据传感器采集得到的液压泵马达转速信号和液压蓄能器压力信号,结合液压泵马达效率曲线查找出当前转速下对应的液压泵马达最大驱动转矩;
(4)将驾驶员需求转矩换算为当前状态下混合动力***的目标转矩,查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机运行效率的转矩范围,并与混合动力***的目标转矩值对比,参考液压蓄能器压力,确定当前状态下两个动力源发动机和液压泵马达的目标转矩;具体如下:
①启动时,液压蓄能器SOC≥0.5,液压蓄能器和液压泵马达提供全部目标转矩,发动机不工作;
②启动时,液压蓄能器SOC<0.5,液压泵马达和发动机共同提供驱动转矩;液压混合动力***提供最大驱动转矩,目标转矩值与液压泵马达目标转矩值的差值即为发动机的目标转矩值;
③正常行驶时,目标转矩处于高燃油经济性区域,液压混合动力***不工作,发动机单独驱动车辆;目标转矩小于高燃油经济区域最低阈值,液压泵马达工作于泵工况,调整发动机负荷,使发动机工作于高燃油经济性区域;液压泵马达以目标转矩回收发动机的多余能量;目标转矩小于发动机开启阈值,液压泵马达以目标转矩调整发动机的负荷,保证发动机工作于高燃油经济性区域,同时回收发动机的多余能量;目标转矩大于高燃油经济区域最高阈值,液压泵马达和发动机共同提供驱动转矩;液压混合动力***提供最大驱动转矩,目标转矩值与液压泵马达目标转矩值的差值即为发动机的目标转矩值;
(5)根据步骤(4)得到的发动机目标输出转矩,得到发动机目标节气门开度目标值指令;根据步骤(4)得到的液压泵马达的目标输出转矩指令;根据当前状态下发动机的目标转矩和转速查发动机节气门开度随输出转矩、转速变化数据表,得到发动机目标节气门开度目标值,根据当前状态下液压泵马达的目标转矩、转速、液压蓄能器的工作压力和液压泵马达工作效率曲线得出液压泵马达的排量值即为对应指令。
有益效果,由于采用了上述方案,将原本复杂的混合动力汽车整车多能源动力总成控制***的模块结构清晰化和通用化,本发明的控制方法根据液压混合动力***功率密度大、能量密度小的特点,合理地分配发动机和液压泵马达的输出转矩,降低了发动机工作于低效区的几率,保证发动机的输出转矩相对集中于最佳经济区,降低混合动力工作模式切换次数,避免了发动机和液压泵马达的频繁起停对元件造成的不良影响。实现发动机和液压混合动力***的协调工作,使整车的燃油经济性达到最佳,达到了本发明的目的。
本发明的优点是:本发明的控制方法和***结构具有较高可靠性,并易于实现,适用于并联式液压混合动力***的整车多能源动力总成控制***。
附图说明
图1是本发明提出的并联式混合动力车辆的转矩控制***基本结构示意图。
图2是本发明提出的并联式混合动力车辆的转矩控制***硬件连接图。
图3是本发明提出的并联式混合动力车辆的转矩控制***中发动机控制示意图。
具体实施方式
实施例1:该控制***及方法包括液压混合动力车辆控制方法;
液压混合动力车辆的控制方法:
(1)根据驾驶员对加速踏板的操作行为,结合当前状态下的车速情况,确定当前状况下整车的车辆驱动目标转矩、当前状态下液压混合动力***转矩的估算、混合动力***目标输出转矩的确定、发动机目标输出转矩指令和液压泵马达目标输出转矩指令;
所述的车辆驱动目标转矩的实现方法是:根据油门踏板的开度和踏板变化速率折算为不同车速、不同档位下的车辆的目标驱动转矩;
所述的当前状态下液压混合动力***转矩的估算方法是:根据液压泵马达当前转速和液压蓄能器的工作压力,以及液压泵马达效率曲线,计算出当前转速下对应的液压泵马达的最大驱动转矩;
所述的混合动力***目标输出转矩的确定方法是:将驾驶员需求转矩换算为当前状态下混合动力***的目标转矩,查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机运行效率的转矩范围,并与混合动力***的目标转矩值对比,参考液压蓄能器压力,确定液压泵马达的目标转矩,发动机的目标转矩为车辆目标转矩值与液压泵马达目标转矩值的差值;
所述的发动机目标输出转矩指令,具体方法是:发动机万有特性数据中发动机输出转矩随节气门开度、转速变化的数据可整理成发动机节气门开度随输出转矩、转速变化的数据表。根据当前状态下发动机的目标转矩和转速查发动机节气门开度随输出转矩、转速变化数据表,得到发动机目标节气门开度目标值,根据当前状态下液压泵马达的目标转矩、转速、液压蓄能器的工作压力和液压泵马达工作效率曲线得出液压泵马达的排量值即为对应指令;
所述的液压泵马达目标输出转矩指令,具体方法是:根据当前状态下液压泵马达的目标转矩、转速、液压蓄能器的工作压力和液压泵马达工作效率曲线得出液压泵马达的排量值即为对应指令;
(2)根据传感器采集得到的当前车速信号、加速踏板开度信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号、液压蓄能器压力信号、以及液压泵马达转速信号,判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式;液压混合动力***的运行模式包括:①停机模式,②液压驱动模式,③怠速模式,④行车充压模式,⑤发动机驱动模式,⑥制动模式;
(3)根据传感器采集得到的液压泵马达转速信号和液压蓄能器压力信号,结合液压泵马达效率曲线查找出当前转速下对应的液压泵马达最大驱动转矩;
(4)将驾驶员需求转矩换算为当前状态下混合动力***的目标转矩,查找当前状态下发动机万有特性曲线图对应的发动机运行效率的转矩范围,并与混合动力***的目标转矩值对比,参考液压蓄能器压力,确定当前状态下两个动力源发动机和液压泵马达的目标转矩;具体如下:
①启动时,液压蓄能器SOC≥0.5,液压蓄能器和液压泵马达提供全部目标转矩,发动机不工作;
②启动时,液压蓄能器SOC<0.5,液压泵马达和发动机共同提供驱动转矩;液压混合动力***提供最大驱动转矩,目标转矩值与液压泵马达目标转矩值的差值即为发动机的目标转矩值;
③正常行驶时,目标转矩处于高燃油经济性区域,液压混合动力***不工作,发动机单独驱动车辆;目标转矩小于高燃油经济区域最低阈值,液压泵马达工作于泵工况,调整发动机负荷,使发动机工作于高燃油经济性区域;液压泵马达以目标转矩回收发动机的多余能量;目标转矩小于发动机开启阈值,液压泵马达以目标转矩调整发动机的负荷,保证发动机工作于高燃油经济性区域,同时回收发动机的多余能量;目标转矩大于高燃油经济区域最高阈值,液压泵马达和发动机共同提供驱动转矩;液压混合动力***提供最大驱动转矩,目标转矩值与液压泵马达目标转矩值的差值即为发动机的目标转矩值;
(5)根据步骤(4)得到的发动机目标输出转矩,得到发动机目标节气门开度目标值指令;根据步骤(4)得到的液压泵马达的目标输出转矩指令;根据当前状态下发动机的目标转矩和转速查发动机节气门开度随输出转矩、转速变化数据表,得到发动机目标节气门开度目标值,根据当前状态下液压泵马达的目标转矩、转速、液压蓄能器的工作压力和液压泵马达工作效率曲线得出液压泵马达的排量值即为对应指令。
在本发明***中,管理层模块是整个控制***的基础,驾驶员受外界因素(交通灯、路面障碍、路面坡度以及其他车辆)和自身情况(预测能力、经验和判断)的影响,驾驶员会不断调整自己的驾驶行为(改变转向角度、加速踏板或制动踏板的位置、换档等),该模块通过接收反映驾驶意图的操作行为,并结合当前状态下的车速情况,进行计算确定当前状况下驾驶员希望在车轮上得到的驱动转矩作为整个控制***分配管理的依据和目标。
控制层模块的主要任务是根据***所允许的运行条件,合理分配发动机和液压泵马达的动力,并通过控制层与执行层之间的传送接口向各个部件的控制器发出控制命令。控制层包括模式判定及能力估计模块,主要完成混合动力***运行模式判定和有关部件总成能力的估计。
模式判定子模块根据当前车速信号、加速踏板开度信号、液压蓄能器压力信号、变速器档位信号、离合器结合状态信号、发动机转速信号,以及液压泵马达转速等信号,判定出当前整车状态下混合动力***应该处于的运行模式。混合动力***运行模式分为6种模式:①停机模式,②液压驱动模式,③怠速模式,④行车充压模式,⑤发动机驱动模式,⑥制动模式。
液压再生***转矩估计子模块接收液压蓄能器压力信号、液压泵马达转速信号和液压泵马达工作效率曲线,估计当前状态下液压泵马达最大转矩。这些转矩限制条件是液压泵马达在当前状态下驱动和回收能力的上限。进而确定混合动力***在各模式下两个动力源发动机和液压泵马达目标输出转矩。
执行层模块中各个部件的控制器则根据协同层的控制命令独立地控制各自的被控对象,并将各个部件的状态变量向协同层反馈。该模块中主要输出汽油机目标节气门开度指令,液压泵马达当前目标转矩指令,以及泵马达运行模式等指令。该模块输出的控制指令可以根据实际控制的需要,输出相应的控制指令以控制相应执行器。