CN113771835A - 一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法，属于混合动力车辆控制领域。未换挡时需要考虑行驶模式带来的平顺性影响，主要集中于电驱***或者发动机动力的介入和退出瞬态过程中；开始换挡后，由于离合器的分离需对发动机进行卸扭处理，此时车辆发生动力中断，需依据驾驶扭矩需求结合发动机卸扭动态过程求取驱动电机扭矩需求；挡位切换完成后，离合器结合时，为了迅速恢复车辆动力并保证离合器滑模过程损耗最小，发动机需逐渐升扭，同时控制器准确计算所需电机转矩补偿量。该过程的协调控制可保证离合器结合时车辆的纵向平顺性，同时通过电驱***的动态补偿调节离合器输出轴转速可加快离合器结合进程，有效缩短换挡时间。

Description

一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力车辆控制领域，具体涉及一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法。
背景技术
商用运输车辆(以下称商用车)为我国的现代化基础建设做出了重大贡献，“经济环保、安全高效、舒适可靠”是商用车行业发展的共性需求，发展高品质商用车混合动力***已逐渐成为国内商用车行业发展的共性需求。混合动力***具备良好的动力性、低能耗、低排放等优势，在国际市场得到了广泛应用，然而在我国商用车应用上，如何兼顾“安全、舒适、经济、环保”等品质优势，仍是当前我国汽车发展的技术短板，实现“高品质”已成为我国自主品牌进军世界市场的“卡脖子”的棘手难题。对于P4构型混合动力车辆，由于其本身结构复杂，其动力***中的后轮电驱***与传统发动机动力适时耦合，使得P4构型混合动力商用车动力域集成控制具备一定难度，亟待新理论和技术的突破。随着车辆功能域集成控制理论逐步深化，车辆控制以零部件为导向的今天，跨越到以***为导向的未来，以域为单位的域控制集成化架构是未来趋势。但类似的域控制技术被博世、大陆等国外企业垄断，存在卡脖子技术风险，对我国汽车行业的稳定发展存在重大制约，亟需研究和突破，所以基于P4构型混合动力商用车进行动力域控制研究对于提高我国商用车竞争力及持续稳定发展具有重要的现实意义。
目前的现有技术中，大多动力域***技术应用于纯电动或燃料电池车辆，而少有应用于混合动力车辆的动力域***技术，如2020年8月25日公开的发明专利：公开号：CN111572364A，一种电动汽车的动力域控制***；2020年12月11日公开的发明专利：公开号：CN112060926A，一种动力域控制***、域控制***及燃料电池车辆，上述发明专利分别提供纯电动车辆、燃料电池车辆动力域***架构及控制方法，其主要关注于动力域内各部件连接及通信关系，且因纯电动及燃料电池车辆动力耦合关系较混合动力更简单，其对于动力域***的控制及关键动力部件的耦合特性描述相对较少。又如2021年6月8日公开的发明专利：公开号：CN112918461A，一种并联式混合动力汽车动力域控制***，该发明专利提供了一种并联式混合动力车辆动力域控制***架构方案，但并联式混合动力汽车所包括的不同构型动力***结构差异性较大，其仅提出P2构型动力域***架构方案，且并未针对混合动力***对象特性提出适用于动力域控制的方法和措施。
发明内容
为解决现有技术存在的不足，本发明基于P4构型混合动力车辆设计了一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法，其能够实现将整车动力域内各子控制器多目标高效集成，进而可突破各子执行部件的控制边界，改善传统分布式控制通信效率低、传递数据精度差、线束及控制器功能冗余的缺点，同时集中式动力域控制架构也为多维性能的综合控制优化提供优势平台基础，可以充分发挥P4构型混合动力的冗余驱动特点，实现动力域内稳定控制，提高混合动力车辆的综合品质，满足用户对换挡平顺性、行驶经济性和车辆动力性的兼顾需求。
为实现上述目的，本发明是采用如下技术方案实现的：
1.一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：判断车辆是否需要换挡，车辆需要换挡时进入换挡过程中动力域内动态协调控制时域，当车辆不换挡时，由动力域控制***仲裁判定车辆行驶模式，当模式发生变化时进入且模式切换过程中动力域内动态协调控制；
步骤二：若进入换挡过程中动力域内动态协调控制时域，则从换挡开始时记起，即由动力域控制器仲裁是否升降挡，若有升降挡需求，那么控制发动机扭矩，按一定斜率进行清扭操作，同时控制驱动电机转矩上升，补充由于发动机扭矩卸载而出现的动力空缺部分，保证整车需求驱动转矩与驾驶员需求转矩保持一致，其中，驾驶员需求转矩是由油门踏板开度与车速插值扭矩解析表格得到；
当发动机转矩小于离合器可分离的最小标定扭矩阈值后，进入离合器分离阶段，此时控制离合器伺服控制单元，即控制伺服比例阀开度进而改变连接离合器分离挺杆的伺服缸，进而克服离合器回位弹簧的压紧力，从而精确控制离合器分离的速度和行程，达到发动机动力中断在变速箱输出轴处的目的；然后进一步控制换挡伺服机构，即换挡电机，拨动换挡涡轮蜗杆，推动同步器轴向移动，与目标档位结合，完成进挡过程；进挡完成后，需进一步结合离合器，此时需再次控制发动机转速及离合器输入轴转速与离合器输出轴转速使其同步，在同步过程的同时调节离合器伺服***压力，结合离合器，结合离合器过程中，控制发动机升扭，此时需再次协调驱动电机转矩缓慢下降，使得在离合器结合过程中，车轮处总合成扭矩保持一致；最后当离合器成功结合同时发动机和驱动电机转矩恢复至稳态值后判定为换挡结束，车辆恢复稳态行驶；
步骤三：若车辆未在换挡过程中，且动力域控制器判断当前的行驶模式需要发生切换，即发动机或者电驱***存在介入和退出，例如，当发动机单独驱动时，若车辆需求转矩大于发动机最优曲线阈值，且此时动力电池SOC大于可放电最低阈值时，动力域控制器控制电驱***开始介入动力输出，此时需协调控制驱动电机输出转矩进而协调控制电驱***介入过程，保证车辆在电驱动力介入时发生冲车现象，同时若车辆行驶在发动机、电驱***联合驱动状态下，若整车需求转矩较小或者动力电池SOC小于可放电最低阈值时，动力域控制器仲裁结果为电驱***需退出驱动，此时需协调控制发动机扭矩随之上升，防止车辆在电驱***卸扭时所带来的整车驱动力矩损失造成车辆减速顿挫现象。
本发明与现有技术相比较，有益效果如下：
1.本发明所述的一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法通过电驱***的动态补偿调节了离合器输出轴的转速，进而可加快离合器的结合进程，有效缩短换挡时间；
2.本发明所述的一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法保证了车辆在模式切换及换挡过程离合器分离与结合时车辆的纵向平顺性；
3.本发明所述的一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法实现了P4构型混合动力车辆动力域内协调稳定控制，提高了混合动力车辆的综合品质，进而可满足用户对换挡平顺性、行驶经济性和车辆动力性的兼顾需求。
附图说明
下面结合附图对实施例的描述将变得容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的混合动力车辆动力域***结构示意图；
图2为根据本发明实施例的混合动力车辆动力域***架构示意图；
图3为根据本发明实施例的混合动力车辆动力域动态协调控制流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。
下面参考附图来描述一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法，但本发明并不限于这些实施例。
参考附图1，混合动力车辆主要包括以下部件及总成：1-前轴转向车轮，2-动力域控制器PDU，3-中轴驱动车轮，4-后轴驱动车轮，5-驱动电机，6-后桥2挡自动变速器，7-主减速器及差速器总成，8-动力电池，9-主减速器及差速器总成，10-万向节，11-中桥12挡自动变速器，12-发动机。P4构型混合动力车辆动力域***将整车控制器、电驱控制***、变速箱控制***、发动机管理***均集成于动力域控制器中。
参考附图2，所述动力域控制器通过信号输入模块采集CAN线、硬线信号输入；所述动力域控制器通过控制输出模块向执行机构输出控制需求；所述动力域控制器通过整车端网关与其他域控制器进行通讯，所述整车端网关与所述动力域控制器通过以太网连接。
参考附图3，根据本发明所述的混合动力车辆动力域动态协调控制方法，对步骤细节进行详细描述如下：
步骤一：判断车辆是否需要换挡，车辆需要换挡时进入换挡过程中动力域内动态协调控制时域，当车辆不换挡时，由动力域控制***仲裁判定车辆行驶模式，当模式发生变化时进入且模式切换过程中动力域内动态协调控制；
步骤二：若进入换挡过程中动力域内动态协调控制时域，则从换挡开始时记起，即由动力域控制器仲裁是否升降挡，若有升降挡需求，那么控制发动机扭矩，按一定斜率进行清扭操作，同时控制驱动电机转矩上升，补充由于发动机扭矩卸载而出现的动力空缺部分，保证整车需求驱动转矩与驾驶员需求转矩保持一致，其中，驾驶员需求转矩是由油门踏板开度与车速插值扭矩解析表格得到；
当发动机转矩小于离合器可分离的最小标定扭矩阈值后，进入离合器分离阶段，此时控制离合器伺服控制单元，即控制伺服比例阀开度进而改变连接离合器分离挺杆的伺服缸，进而克服离合器回位弹簧的压紧力，从而精确控制离合器分离的速度和行程，达到发动机动力中断在变速箱输出轴处的目的；然后进一步控制换挡伺服机构，即换挡电机，拨动换挡涡轮蜗杆，推动同步器轴向移动，与目标档位结合，完成进挡过程；进挡完成后，需进一步结合离合器，此时需再次控制发动机转速及离合器输入轴转速与离合器输出轴转速使其同步，在同步过程的同时调节离合器伺服***压力，结合离合器，结合离合器过程中，控制发动机升扭，此时需再次协调驱动电机转矩缓慢下降，使得在离合器结合过程中，车轮处总合成扭矩保持一致；最后当离合器成功结合同时发动机和驱动电机转矩恢复至稳态值后判定为换挡结束，车辆恢复稳态行驶；
步骤三：若车辆未在换挡过程中，且动力域控制器判断当前的行驶模式需要发生切换，即发动机或者电驱***存在介入和退出，例如，当发动机单独驱动时，若车辆需求转矩大于发动机最优曲线阈值，且此时动力电池SOC大于可放电最低阈值时，动力域控制器控制电驱***开始介入动力输出，此时需协调控制驱动电机输出转矩进而协调控制电驱***介入过程，保证车辆在电驱动力介入时发生冲车现象，同时若车辆行驶在发动机、电驱***联合驱动状态下，若整车需求转矩较小或者动力电池SOC小于可放电最低阈值时，动力域控制器仲裁结果为电驱***需退出驱动，此时需协调控制发动机扭矩随之上升，防止车辆在电驱***卸扭时所带来的整车驱动力矩损失造成车辆减速顿挫现象。

Claims (1)

1.一种混合动力商用车辆动力域动态协调控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：判断车辆是否需要换挡，车辆需要换挡时进入换挡过程中动力域内动态协调控制时域，当车辆不换挡时，由动力域控制***仲裁判定车辆行驶模式，当模式发生变化时进入且模式切换过程中动力域内动态协调控制；
步骤二：若进入换挡过程中动力域内动态协调控制时域，则从换挡开始时记起，即由动力域控制器仲裁是否升降挡，若有升降挡需求，那么控制发动机扭矩，按一定斜率进行清扭操作，同时控制驱动电机转矩上升，补充由于发动机扭矩卸载而出现的动力空缺部分，保证整车需求驱动转矩与驾驶员需求转矩保持一致，其中，驾驶员需求转矩是由油门踏板开度与车速插值扭矩解析表格得到；
当发动机转矩小于离合器可分离的最小标定扭矩阈值后，进入离合器分离阶段，此时控制离合器伺服控制单元，即控制伺服比例阀开度进而改变连接离合器分离挺杆的伺服缸，进而克服离合器回位弹簧的压紧力，从而精确控制离合器分离的速度和行程，达到发动机动力中断在变速箱输出轴处的目的；然后进一步控制换挡伺服机构，即换挡电机，拨动换挡涡轮蜗杆，推动同步器轴向移动，与目标档位结合，完成进挡过程；进挡完成后，需进一步结合离合器，此时需再次控制发动机转速及离合器输入轴转速与离合器输出轴转速使其同步，在同步过程的同时调节离合器伺服***压力，结合离合器，结合离合器过程中，控制发动机升扭，此时需再次协调驱动电机转矩缓慢下降，使得在离合器结合过程中，车轮处总合成扭矩保持一致；最后当离合器成功结合同时发动机和驱动电机转矩恢复至稳态值后判定为换挡结束，车辆恢复稳态行驶；
步骤三：若车辆未在换挡过程中，且动力域控制器判断当前的行驶模式需要发生切换，即发动机或者电驱***存在介入和退出，例如，当发动机单独驱动时，若车辆需求转矩大于发动机最优曲线阈值，且此时动力电池SOC大于可放电最低阈值时，动力域控制器控制电驱***开始介入动力输出，此时需协调控制驱动电机输出转矩进而协调控制电驱***介入过程，保证车辆在电驱动力介入时发生冲车现象，同时若车辆行驶在发动机、电驱***联合驱动状态下，若整车需求转矩较小或者动力电池SOC小于可放电最低阈值时，动力域控制器仲裁结果为电驱***需退出驱动，此时需协调控制发动机扭矩随之上升，防止车辆在电驱***卸扭时所带来的整车驱动力矩损失造成车辆减速顿挫现象。
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