CN111409623A - 混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法 - Google Patents

混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法，首先驾驶员模型解析得到整车需求功率，并根据车速得到驱动轮转速；之后应用观测器方法估算得到第一离合器的滑摩锁止扭矩、第二离合器的滑摩锁止扭矩和驱动轴驱动扭矩；接着将整车需求功率平滑处理得到滤波后整车需求功率，将滤波后整车需求功率进行限制得到整车限制需求功率，计算得到整车最终需求扭矩；再然后构建线性规划问题，计算得到小电机、大电机的需求扭矩；最后根据小电机、大电机的需求扭矩及发动机实际功率应用第一离合器、第二离合器的分阶段控制及标定方法，相应得到发动机、第一离合器和第二离合器需求扭矩。本发明方法简单可行，实现双电机需求扭矩的安全、高效分配。

Description

混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法
技术领域
本发明涉及汽车控制领域，特别涉及一种混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法。
背景技术
在混合动力汽车行驶过程中，会根据工况以及驾驶员意图进行档位切换，相应地，混合动力汽车使用的混合动力***的工作模式也就相应地变化，对于不同的工作模式之间的切换，会涉及到扭矩分配，扭矩分配是否合适，最终会影响到动力***的***效率以及整车油耗。而扭矩分配中最关键的是两个电机的扭矩分配，分配的扭矩若存在超出电机能力限制的情况，将导致输出扭矩偏离驾驶员功率需求，杠杆姿态无法有效调节至发动机最优工作点，还可能出现传动系扭转振动问题。
发明内容
本发明旨在提供一种简单可行的混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法，可实现双电机需求扭矩的安全、高效分配，避免整车最终需求扭矩响应偏离、杠杆姿态调节失控等问题。
本发明通过以下方案实现：
一种混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法，车辆在任意两种混合动力驱动模式之间进行切换时，按以下步骤进行：
S1驾驶员模型根据油门踏板开度和车速解析得到整车需求功率，并根据车速得到驱动轮转速；
S2根据步骤S1得到的整车需求功率和驱动轮转速，依据混动动力驱动模式相对应的动力学、运动学约束关系及第一离合器、第二离合器的状态，应用观测器方法估算得到第一离合器的滑摩锁止扭矩、第二离合器的滑摩锁止扭矩和驱动轴驱动扭矩；
S3将步骤S1得到的整车需求功率平滑处理得到滤波后整车需求功率，将滤波后整车需求功率进行限制得到整车限制需求功率，根据整车限制需求功率和预设的整车限制转速计算得到整车最终需求扭矩；整车限制需求功率的获取方法按现有常规方法获得，一般会考虑发动机实际输出功率、电池最大充电功率、电池最大放电功率、整车总功率损耗(包括电池内阻损耗、电机损耗、整车弱电损耗、机械损耗等)和预设的驱动轴端主动阻尼扭矩对滤波后整车需求功率进行限制；
S4根据步骤S2得到的第一离合器的滑摩锁止扭矩、第二离合器的滑摩锁止扭矩、驱动轴驱动扭矩和步骤S3得到的整车最终需求扭矩构建以小电机端角加速度和大电机端角加速度为优化变量、小电机需求扭矩和大电机需求扭矩为自变量的线性规划问题，计算得到小电机、大电机的需求扭矩；
S5根据步骤S4得到的小电机、大电机的需求扭矩及发动机实际功率应用第一离合器、第二离合器的分阶段控制及标定方法，相应得到发动机需求扭矩、第一离合器需求扭矩和第二离合器需求扭矩。
进一步地，所述步骤S4中的线性规划问题算法具体为：
Ⅰ按公式(1)的等式关系计算得到小电机、大电机的需求扭矩，之后执行步骤Ⅱ；
Figure BDA0002405794210000021
Ⅱ将步骤Ⅰ中得到的小电机、大电机的需求扭矩使用公式(2)的不等式约束条件进行判断，若其中一个电机的需求扭矩超出相对应的不等式约束条件，则将该电机的需求扭矩取值为饱和值(饱和值即最靠近的边界值)并将其值返回执行步骤Ⅰ(即后续循环执行步骤Ⅰ-Ⅱ，直至小电机、大电机的需求扭矩均满足相对应的不等式约束条件)，此时在步骤Ⅰ中计算得到对应的大电机端角加速度和另一个电机的需求扭矩；若小电机、大电机的需求扭矩均超出相对应的不等式约束条件，则将小电机的需求扭矩取值为饱和值并将其值返回执行步骤Ⅰ(即后续循环执行步骤Ⅰ-Ⅱ，直至小电机、大电机的需求扭矩均满足相对应的不等式约束条件)，此时在步骤Ⅰ中计算得到对应的大电机端角加速度和大电机的需求扭矩；若小电机、大电机的需求扭矩均满足相对应的不等式约束条件，则小电机、大电机的需求扭矩按步骤Ⅰ得到的值取值且对应的大电机端角加速度确定为下一次线性规划问题算法中大电机端角加速度的初始值；
Figure BDA0002405794210000031
其中，TMG1_des为小电机的需求扭矩，TMG2_des为大电机的需求扭矩，
Figure BDA0002405794210000032
为第一离合器的滑摩锁止扭矩，
Figure BDA0002405794210000033
为第二离合器的滑摩锁止扭矩，i1为第一单行星排传动比，i2为第二单行星排传动比，Js1r为第一太阳轮等效转动惯量，Js2r为第二太阳轮等效转动惯量，Js1l为第一单行星排的第一太阳轮轴上惯量，Js2l为第二单行星排的第二太阳轮轴上惯量，TMG1_min为小电机最小扭矩限值，TMG1_max为小电机最大扭矩限值，TMG2_min为大电机最小扭矩限值，TMG2_max为大电机最大扭矩限值，Tr_des为整车最终需求扭矩，Tr_dmp为预设的驱动轴端主动阻尼扭矩；
Figure BDA0002405794210000041
为小电机端角加速度，其值按公式(3)计算得到；
Figure BDA0002405794210000042
为大电机端角加速度，其最初的初始值根据发动机在目标混合动力驱动模式下处于最优工作点的标定表格确定；
Figure BDA0002405794210000043
其中，
Figure BDA0002405794210000044
为输出齿圈角加速度，其值按公式(4)计算得到：
Figure BDA0002405794210000045
其中，
Figure BDA0002405794210000046
为驱动轴驱动扭矩，i0为主减速器传动比，Jr为输出齿圈等效转动惯量。
进一步地，所述步骤S2中，观测器方法包括输入观测器方法、降阶观测器方法和分层观测器方法。
本发明的混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法，简单可行，具有以下优点：
1、以整车需求功率为起点，通过功率限制条件来实现整车最终需求扭矩，更加符合混合动力***特点，同时引入了功率损耗、驱动轴端主动阻尼功率等；
2、在模式切换过程中，主要由电***在发动机当前输出功率下尽可能满足整车最终需求扭矩，更加符合电***和发动机***在响应速度上的差别。在稳态模式下，发动输出功率主要依靠最优工作点来满足整车功率需求，并维持电池荷电状态保持在预期范围内；
3、大电机端角加速度初始值由转速跟踪控制或者标定表格确定，但电机需求扭矩超出电机扭矩限值时，则应用线性规划问题算法得到最优的大电机端角加速度及对应的电机需求扭矩，使得小电机、大电机的需求扭矩更为准确，实现双电机需求扭矩的安全、高效分配，避免整车最终需求扭矩响应偏离，杠杆姿态调节失控等问题。
附图说明
图1为本发明使用的混合动力***的结构示意图；
图2为实施例1中混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法的控制流程图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。
如图1所示，本发明使用的混合动力***包括发动机1、第一单行星排PG1、第二单行星排PG2、小电机MG1、大电机MG2、第一离合器C0、第二离合器C1、第一制动器B1(为多模离合器结构)、第二制动器B2、主减速器2和驱动轴3，第一单行星排PG1与第二单行星排PG2并排放置形成行星齿轮机构，第一单行星排PG1的第一齿圈R1与第二单行星排PG2的第二行星架PC2相连接且第一齿圈R1作为行星齿轮机构的输出齿圈，所述第一单行星排PG1的第一行星架PC1与第二单行星排PG2的第二齿圈R2相连接，第一单行星排PG1的第一太阳轮S1连接小电机MG1，第二单行星排PG2的第二太阳轮S2连接大电机MG2,发动机1通过扭转减震器5连接输入轴4，所述输入轴分别连接第一离合器C0的一端、第二离合器C1的一端，所述第一离合器C0的另一端连接在第一行星架PC1上，所述第二离合器C1的另一端连接在第二太阳轮S2上，第一制动器B1的一端、第二制动器B2的一端分别固定在混合动力***的外壳上，第一制动器B1的另一端连接在第一行星架PC1上，第二制动器B2的另一端连接在第一太阳轮S1上，第一制动器B1为第一行星架PC1端提供了正向自由、反向自由和双向自由三种工作模式，第一齿圈R1即行星齿轮机构的输出齿圈依次连接主减速器2、驱动轴3，第一齿圈R1将动力依次经过主减速器2、驱动轴3传输至驱动轮端6，牵引车辆行驶。
本发明使用的混合动力***在设计时将小电机MG1作为辅助动力源，大电机MG2作为主要动力源。
其中，第一单行星排、第二单行星排的组成和连接方式同现有常规的单行星排，单行星排一般都包括太阳轮、行星轮、行星架和齿圈，行星轮安装在行星架上，行星轮分别和太阳轮和齿圈相啮合。
实施例1
一种混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法，其控制流程图如图2所示，车辆在任意两种混合动力驱动模式之间进行切换时，按以下步骤进行：
S1驾驶员模型根据油门踏板开度和车速解析得到整车需求功率，并根据车速得到驱动轮转速；
S2根据步骤S1得到的整车需求功率和驱动轮转速，依据混动动力驱动模式相对应的动力学、运动学约束关系及第一离合器、第二离合器的状态，应用观测器方法估算得到第一离合器的滑摩锁止扭矩、第二离合器的滑摩锁止扭矩和驱动轴驱动扭矩；其中，观测器方法包括输入观测器方法、降阶观测器方法和分层观测器方法；
S3将步骤S1得到的整车需求功率平滑处理得到滤波后整车需求功率，将滤波后整车需求功率进行限制得到整车限制需求功率，根据整车限制需求功率和预设的整车限制转速计算得到整车最终需求扭矩；
S4根据步骤S2得到的第一离合器的滑摩锁止扭矩、第二离合器的滑摩锁止扭矩、驱动轴驱动扭矩和步骤S3得到的整车最终需求扭矩构建以小电机端角加速度和大电机端角加速度为优化变量、小电机需求扭矩和大电机需求扭矩为自变量的线性规划问题，计算得到小电机、大电机的需求扭矩；
线性规划问题算法具体为：
Ⅰ按公式(1)的等式关系计算得到小电机、大电机的需求扭矩，之后执行步骤Ⅱ；
Figure BDA0002405794210000071
Ⅱ将步骤Ⅰ中得到的小电机、大电机的需求扭矩使用公式(2)的不等式约束条件进行判断，若其中一个电机的需求扭矩超出相对应的不等式约束条件，则将该电机的需求扭矩取值为饱和值并将其值返回执行步骤Ⅰ，此时在步骤Ⅰ中计算得到对应的大电机端角加速度和另一个电机的需求扭矩；若小电机、大电机的需求扭矩均超出相对应的不等式约束条件，则将小电机的需求扭矩取值为饱和值并将其值返回执行步骤Ⅰ，此时在步骤Ⅰ中计算得到对应的大电机端角加速度和大电机的需求扭矩；若小电机、大电机的需求扭矩均满足相对应的不等式约束条件，则小电机、大电机的需求扭矩按步骤Ⅰ得到的值取值且对应的大电机端角加速度确定为下一次线性规划问题算法中大电机端角加速度的初始值；
Figure BDA0002405794210000072
其中，TMG1_des为小电机的需求扭矩，TMG2_des为大电机的需求扭矩，
Figure BDA0002405794210000081
为第一离合器的滑摩锁止扭矩，
Figure BDA0002405794210000082
为第二离合器的滑摩锁止扭矩，i1为第一单行星排传动比，i2为第二单行星排传动比，Js1r为第一太阳轮等效转动惯量，Js2r为第二太阳轮等效转动惯量，JS1l为第一单行星排的第一太阳轮轴上惯量，Js2l为第二单行星排的第二太阳轮轴上惯量，TMG1_min为小电机最小扭矩限值，TMG1_max为小电机最大扭矩限值，TMG2_min为大电机最小扭矩限值，TMG2_max为大电机最大扭矩限值，Tr_des为整车最终需求扭矩，Tr_dmp为预设的驱动轴端主动阻尼扭矩；
Figure BDA0002405794210000083
为小电机端角加速度，其值按公式(3)计算得到；
Figure BDA0002405794210000084
为大电机端角加速度，其最初的初始值根据发动机在目标混合动力驱动模式下处于最优工作点的标定表格确定；
Figure BDA0002405794210000085
其中，
Figure BDA0002405794210000086
为输出齿圈角加速度，其值按公式(4)计算得到：
Figure BDA0002405794210000087
其中，
Figure BDA0002405794210000088
为驱动轴驱动扭矩，i0为主减速器传动比，Jr为输出齿圈等效转动惯量；
S5根据步骤S4得到的小电机、大电机的需求扭矩及发动机实际功率应用第一离合器、第二离合器的分阶段控制及标定方法，相应得到发动机需求扭矩、第一离合器需求扭矩和第二离合器需求扭矩。

Claims (3)

1.一种混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法，其特征在于：车辆在任意两种混合动力驱动模式之间进行切换时，按以下步骤进行：
S1驾驶员模型根据油门踏板开度和车速解析得到整车需求功率，并根据车速得到驱动轮转速；
S2根据步骤S1得到的整车需求功率和驱动轮转速，依据混动动力驱动模式相对应的动力学、运动学约束关系及第一离合器、第二离合器的状态，应用观测器方法估算得到第一离合器的滑摩锁止扭矩、第二离合器的滑摩锁止扭矩和驱动轴驱动扭矩；
S3将步骤S1得到的整车需求功率平滑处理得到滤波后整车需求功率，将滤波后整车需求功率进行限制得到整车限制需求功率，根据整车限制需求功率和预设的整车限制转速计算得到整车最终需求扭矩；
S4根据步骤S2得到的第一离合器的滑摩锁止扭矩、第二离合器的滑摩锁止扭矩、驱动轴驱动扭矩和步骤S3得到的整车最终需求扭矩构建以小电机端角加速度和大电机端角加速度为优化变量、小电机需求扭矩和大电机需求扭矩为自变量的线性规划问题，计算得到小电机、大电机的需求扭矩；
S5根据步骤S4得到的小电机、大电机的需求扭矩及发动机实际功率应用第一离合器、第二离合器的分阶段控制及标定方法，相应得到发动机需求扭矩、第一离合器需求扭矩和第二离合器需求扭矩。
2.如权利要求1所述的混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S4中的线性规划问题算法具体为：
Ⅰ按公式(1)的等式关系计算得到小电机、大电机的需求扭矩，之后执行步骤Ⅱ；
Figure FDA0002405794200000021
II将步骤I中得到的小电机、大电机的需求扭矩使用公式(2)的不等式约束条件进行判断，若其中一个电机的需求扭矩超出相对应的不等式约束条件，则将该电机的需求扭矩取值为饱和值并将其值返回执行步骤I，此时在步骤I中计算得到对应的大电机端角加速度和另一个电机的需求扭矩；若小电机、大电机的需求扭矩均超出相对应的不等式约束条件，则将小电机的需求扭矩取值为饱和值并将其值返回执行步骤I，此时在步骤I中计算得到对应的大电机端角加速度和大电机的需求扭矩；若小电机、大电机的需求扭矩均满足相对应的不等式约束条件，则小电机、大电机的需求扭矩按步骤I得到的值取值且对应的大电机端角加速度确定为下一次线性规划问题算法中大电机端角加速度的初始值；
Figure FDA0002405794200000022
其中，TMG1_des为小电机的需求扭矩，TMG2_des为大电机的需求扭矩，
Figure FDA0002405794200000023
为第一离合器的滑摩锁止扭矩，
Figure FDA0002405794200000024
为第二离合器的滑摩锁止扭矩，i1为第一单行星排传动比，i2为第二单行星排传动比，Js1r为第一太阳轮等效转动惯量，Js2r为第二太阳轮等效转动惯量，Js1l为第一单行星排的第一太阳轮轴上惯量，Js2l为第二单行星排的第二太阳轮轴上惯量，TMG1_min为小电机最小扭矩限值，TMG1_max为小电机最大扭矩限值，TMG2_min为大电机最小扭矩限值，TMG2_max为大电机最大扭矩限值，Tr_des为整车最终需求扭矩，Tr_dmp为预设的驱动轴端主动阻尼扭矩；
Figure FDA0002405794200000031
为小电机端角加速度，其值按公式(3)计算得到；
Figure FDA0002405794200000032
为大电机端角加速度，其最初的初始值根据发动机在目标混合动力驱动模式下处于最优工作点的标定表格确定；
Figure FDA0002405794200000033
其中，
Figure FDA0002405794200000034
为输出齿圈角加速度，其值按公式(4)计算得到：
Figure FDA0002405794200000035
其中，
Figure FDA0002405794200000036
为驱动轴驱动扭矩，i0为主减速器传动比，Jr为输出齿圈等效转动惯量。
3.如权利要求1或2所述的混合动力汽车模式切换过程中扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S2中，观测器方法包括输入观测器方法、降阶观测器方法和分层观测器方法。
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