CN114771498A - 用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制*** - Google Patents

Abstract

本发明公开用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，包括：根据当前整车状态、车辆能量管理策略及传感器信息分配电机与发动机的需求转矩的需求转矩估计模块；根据当前电机相电流和电角度信息计算电机负载转矩的电机负载转矩观测模块；通过混合动力架构的转矩传递关系，计算发动机输出转矩的发动机转矩观测模块；根据当前发动机转速和实际转矩，计算获得实际发动机控制相关参数，包括节气门开度，喷油时刻，点火时刻以及气门相位的转矩反馈控制模块。控制***将发动机需求转矩与发动机实际转矩作为输入，通过反馈实现控制相关参数调节，改善发动机起动性能，减小转矩波动，实现发动机工况过渡的精确控制。

Description

用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***

技术领域

本发明涉及汽车动力***控制技术领域，特别是涉及一种用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***。

背景技术

在“节能减排”正逐步融入经济发展主旋律的背景下，国家正在大力推进新能源汽车研究。混合动力汽车兼具了节能低排放和动力性良好的特点，相对于其他新能源车型得到了更加快速的发展。目前的混合动力汽车往往采用电机和发动机组成动力***。由于永磁同步电机结构较为简单，没有励磁损耗，有较高的效率和功率密度，因此往往成为车用混合动力***电机的主要选择。

同传统内燃机汽车相比，混合动力汽车在发动机的低效区使用电力***作为动力源的替代，并且在工作过程中存在纯电动驱动、发动机驱动、混合驱动、行车充电和能量回馈等工作模式。上述方式尽管提高了动力***整体效率，但会造成汽车运行过程中发动机的起停和运行工况变化十分频繁。由于该过程中发动机的转速和转矩都会产生较大的波动，若控制不当，可能会造成输入车轮的转矩产生较大的波动，影响整车运行的平顺性，因此合理观测并控制模式切换过程中发动机的转矩对汽车运行十分重要。

目前国内外主要通过仿真建模、试验标定以及传感器间接测量的方法对发动机的转矩进行实时估计，包括：发动机状态参数的MAP图标定法、神经网络模型估计法以及缸内离子流信号检测估计法等。其中标定和传感器的方法精度和适应性较差。模型的方法精度较好但很难满足实时性的要求，而且硬件成本需求较高。在控制方面，目前常用通过电动机转矩对发动机进行转矩补偿的方式实现模式切换过程的动力源的协调控制，这种方法动态性良好，但本质上仍是通过电机的负转矩补偿发动机的转矩超调，并未从根本上解决由于发动机的控制相关参数调节不及时，造成转矩波动较大的问题。

因此，开展混合动力汽车模式切换过程的转矩观测与控制的研究具有重要的应用需求和现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了解决混合动力汽车模式切换过程中发动机转矩观测不准和转矩波动较大的问题，而提供一种用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，旨在提高混合动力车辆运行过程的平顺性，进而改善混合动力车辆的使用性能，能实现对发动机转矩的准确观测，并通过反馈控制，减小发动机转矩波动，满足汽车模式切换时动力性和平顺性的要求。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，包括：

需求转矩估计模块，利用踏板传感器信息确定驾驶员的需求转矩、目标车速和需求功率；根据电机与发动机转速以及电池温度，确定模式切换过程中发动机和电机、电池的可输出的最大转矩，获得模式切换的边界条件；基于车辆能量管理策略，根据驾驶员的需求转矩、需求功率、目标车速、边界条件、当前车速、电池SOC、发动机转速以及电机状态信息，确定发动机的起停和目标切换模式；根据目标模式条件下发动机和电机的稳态效率map图，在满足整车需求功率下，以发动机、电机工作高效区为依据，确定发动机与电机间的功率分配；根据功率分配的结果及当前的发动机和电机的转速，确定当前发动机与电机的需求转矩，并分别作为发动机与电机的转矩设定值；

电机负载转矩观测模块，根据当前永磁同步电机相电流、电角度、角速度以及电机的转矩设定值，计算永磁同步电机的负载转矩的观测值；

发动机转矩观测模块，根据混合动力架构的转矩比例关系以及电机负载转矩的观测值，计算模式切换过程中发动机的转矩观测值；

转矩反馈控制模块，根据当前发动机转速和输出转矩，计算获得当前发动机控制参数，包括节气门开度，喷油时刻，点火时刻以及气门相位；

将当前发动机的转矩设定值与在发动机转矩观测值之差输入到控制器，控制器根据该差值控制调节发动机控制参数，对发动机喷油量和节气门开度进行控制，使发动机的输出转矩与发动机需求转矩保持一致，使发动机的转矩快速稳定在需求值附近，以减小发动机的输出转矩波动，实现发动机工况过渡和混合动力***模式切换的精确控制。

其中，在需求转矩计算中，控制器根据踏板开度-目标车速map图，踏板开度-需求转矩map图以及油门踏板曲线获得驾驶员的需求转矩和目标车速，进而根据驾驶员的需求转矩和目标车速获得驾驶员的需求功率。

其中，模式切换包括纯电动模式、混合驱动模式、发动机驱动模式、行车充电模式以及能量回馈模式间的切换。

其中，永磁同步电机的负载转矩的观测值的具体计算步骤如下：

S1.根据各相电流的瞬时值i_a，i_b，i_c以及电角度θ，通过park变换和clark变换计算永磁同步电机的等效交轴、直轴电流i_d,i_q；根据永磁同步电机的数学模型计算电机电磁转矩T_e，根据k时刻的电流和电角度信息获得此时刻的电磁转矩T_ek；

S2.设电机转速传感器的采样时间为h，根据传感器信息获得当前k时刻的转速n_k,再根据转速角速度转化关系以及数值微分算法得到角加速度a_k,获得角加速度a_k后，根据永磁同步电机的机械运动方程计算出电机的第一转矩估值T_lk1；

S3.根据永磁同步电机机械运动方程建立电机负载观测器，根据性能要求配置观测器极点，确定相应参数；电机负载观测器输出的第二转矩估计值为T_lk2；

S4.根据T_lk，T_lk计算得到负载转矩的估计值T_l；

T_l＝b₁T_lk1+b₂T_lk

其中b₁,b₂为权值。

其中，权值b₁，b₂根据以下方法得到：

在混合动力汽车发动机起动过程中，采集永磁同步电机负载转矩观测模块输出的第一转矩估计值T_lk1，第二转矩估计值T_lk2；

根据发动机起动输出转矩试验值T_eng以及混合动力架构的转矩传递关系，求出试验值T_eng对应的电机的负载转矩T_lk3，电机负载转矩的观测误差ε通过下式表示：

|ε|²＝|T_lk3-b₁T_lk-b₂T_lk2|²

根据观测误差ε取得最小值的原则，依据最小二乘法求得权值b₁,b₂的取值；发动机转矩的估计值T_l存储在控制单元中，用于下一次发动机起动过程中转矩计算的权值更新以及进行车辆故障诊断。

其中，所述混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，其发动机转矩控制方法如下：

S1.需求转矩估计

通过数据采集装置获取车辆状态数据，将采集的踏板开度、车速、发动机转速和电机转速传入到车辆控制***中；根据踏板开度、发动机和电机当前的转速和转矩确定当前驾驶员的需求转矩、目标车速，并确定驾驶员的需求功率；根据电机与发动机转速以及电池温度，确定模式切换过程中发动机和电机、电池的可输出的最大转矩，获得模式切换的边界条件；车辆控制器根据驾驶员的需求转矩、需求功率、目标车速、边界条件、当前车速、电池SOC和电机状态信息，确定发动机的起停和目标切换模式，根据目标模式条件下发动机和电机的稳态效率map图，在满足整车需求功率的情况下，以发动机和电机维持在高效区为依据确定发动机与电机间之间的功率分配，然后根据功率分配的结果以及当前的发动机和电机转速确定发动机与电机的需求转矩，并将发动机与电机的需求转矩作为发动机与电机的设定转矩输入到发动机和电机的控制单元中；

S2.电机负载转矩观测

通过电流传感器、编码器实时记录永磁同步电机的相电流、电角度和角速度，根据当前永磁同步电机相电流、电角度、角速度以及电机的转矩设定值，根据永磁同步电机的数学模型以及运动模型，通过数值计算方法得到负载转矩的第二转矩估计值T_lk1，同时将电机状态信息输入到观测器当中得到负载转矩的第二转矩估计值T_lk2，通过T_lk1和T_lk2取加权得到电机负载转矩的估计值T_l；

S3.发动机转矩观测

获得电机负载转矩的实时观测值后，根据混合动力架构的转矩传递关系以及电机负载转矩的观测值，推算出模式切换过程中发动机转矩的观测值；

S4.发动机转矩稳定调节

将发动机的需求转矩作为转矩设定值，将发动机转矩的观测值输入到控制器当中，控制器根据发动机的转矩设定值与转矩观测值的差值，通过PI控制，输出信号调节发动机的控制参数，使发动机的转矩快速稳定在需求值附近，进而减小发动机的输出转矩的波动，实现发动机工况过渡和混合动力***模式切换的精确控制。

本发明能实现汽车在进行模式切换时，能够通过电机负载转矩的观测准确估计出发动机的输出转矩，实现发动机转矩的反馈控制，从而减小模式切换过程中发动机转矩的波动，提高汽车在行驶中的平顺性。

本发明适用于电机与发动机具有动力学关系的混合动力***，即采用动力离合装置将来自发动机和电机的转矩进行合理分配，平衡发动机负荷，并形成多种动力传递模式的混合动力***。

附图说明

图1为本发明拟采用的混合动力汽车模式切换过程中的发动机转矩控制策略示意图。

图2为本发明的一种功率分流式混合动力汽车的传动***结构图。

图3为本发明的电机负载转矩观测的算法流程图。

图4为本发明的转矩反馈控制模型示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明实施例的用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，应用于发动机同电机(包含电动机和发电机两种功能)具有动力学关系的混合动力架构，即适用于一种电机与发动机具有动力学关系的混合动力***，即采用动力分离装置将来自发动机和电机的转矩合理分配，平衡发动机负荷，并形成多种动力传递模式的混合动力***，包括：

需求转矩估计模块，根据当前整车状态、车辆能量管理策略及踏板传感器信息，分配电机与发动机的需求转矩，并分别作为电机与发动机的转矩设定值；

具体的，在驾驶员需求转矩估计时，当混合动力汽车行驶时，永磁同步电机和发动机共同为汽车行驶提供所需求的转矩，同时，汽车上的车速传感器、电池管理***、加速踏板位置传感设备对车辆的运行状态进行实时的监控，在模式切换过程中，加速度踏板位置传感器将踏板开度信息传入到车用ECU中；ECU中根据专用的踏板开度-需求转矩map图和踏板开度-目标车速map图，确定驾驶员的需求转矩和需求功率，之后根据驾驶员的需求功率、目标车速、电池SOC、发动机转速以及电机状态信息确定模式切换过程中发动机和电机的可以输出的最大转矩(模式切换过程的边界条件)、发动机的起停和目标切换模式，然后在满足整车需求功率的情况下，以发动机、电机等部件工作高效区为依据，确定***各部件之间的功率分配；最后根据功率分配结果以及当前的发动机和电机转速确定各部件的需求转矩。

电机负载转矩观测模块，根据当前电机相电流、电角度，角速度信息以及电机的转矩设定值，计算电机负载转矩的观测值；

其中，在汽车模式切换过程中，相应的，永磁同步电机工作于电动或发电状态，同发动机之间存在着动力学联系。此时通过电流传感器以及编码器实时记录此过程中电机的相电流和电角度，所得信息通过车用ECU计算模块执行相应程序获得电机负载转矩的测量估计值；

发动机转矩观测模块，通过混合动力架构的转矩传递关系以及电机负载转矩的观测值，计算模式切换过程中发动机输出转矩的观测值；

转矩反馈控制模块，根据当前发动机转速和实际转矩，计算获得实际发动机控制相关参数，包括节气门开度，喷油时刻，点火时刻以及气门相位；

将当前发动机的转矩设定值与在发动机转矩观测值之差输入到控制器，控制器根据该差值控制调节发动机控制参数，对发动机喷油量控制，使发动机的输出转矩与发动机需求转矩保持一致，使发动机的转矩快速稳定在需求值附近，以减小发动机的输出转矩波动，实现工况过渡的精确控制。

其中，发动机转矩稳定调节，将发动机转矩估计的实时值以及驾驶员需求的发动机转矩值输入到控制器当中，输出信号用于控制发动机的节气门开度、喷油时刻，点火时刻以及气门相位等结构参数，进而控制发动机的进气量和喷油条件。此时由于发动机的空燃比始终保持为设定值，发动机电控***会进行自适应调节，改变相应的喷油量，根据负反馈调节使发动机的转矩快速稳定在转矩需求值，从而减小起动过程中转矩的波动。

通过以上技术方案，控制***将发动机需求转矩与发动机实际转矩作为输入，通过反馈实现控制相关参数调节，改善发动机起动性能，减小转矩波动，实现发动机工况过渡的精确控制。

其中，所述需求转矩估计模块，主要是利用踏板传感器信息确定驾驶员的需求转矩、目标车速和需求功率；根据电机与发动机转速以及电池温度，确定模式切换过程中发动机和电机、电池的可输出的最大转矩，获得模式切换的边界条件；基于车辆能量管理策略，根据驾驶员的需求转矩、需求功率、目标车速、边界条件、当前车速、电池SOC、发动机转速、电机状态信息，确定发动机的起停和目标切换模式；根据目标模式条件下发动机和电机的稳态效率map图，在满足整车需求功率下，以发动机、电机工作高效区为依据，确定发动机与电机间的功率分配；根据功率分配的结果及当前的发动机和电机的转速，确定当前发动机与电机的需求转矩，并分别作为发动机与电机的转矩设定值。

进一步，在所述需求转矩计算模块中，控制器通过加速踏板信号，根据踏板开度-目标车速map图，踏板开度-需求转矩map图以及油门踏板曲线获得驾驶员的需求转矩和目标车速，进而获得驾驶员的需求功率。

进一步，在所述需求转矩计算模块中，能量管理策略对发动机转矩的需求值计算步骤如下：

(1)控制器根据当前的车速，发动机转速，电机转速，电池SOC信息，通过对应的转矩map图确定电机和发动机的最大转矩，以及电池可输出的最大转矩，即确定模式切换的边界条件。

(2)控制器根据车辆模式切换的边界条件，需求功率、目标车速和电池SOC等相关参数的门限值确定模式切换过程中发动机的起停以及目标切换模式。

(3)控制器根据目标模式条件下发动机和电机的稳态效率map图确定各部件的最佳效率运行状态，进而实现功率分配，并根据当前的转速情况确定发动机和电机的需求转矩。

进一步，在所述电机负载转矩观测模块中，通过电流传感器和编码器，获得相应的相电流以及电机转速等信息。

进一步，在所述电机负载转矩观测模块中，所采得信息是通过数值递推和电机负载转矩观测器联合估计的方法，实现电机负载转矩的观测。

进一步，在所述发动机转矩观测模块中，其转矩估计值是通过模式切换时混合动力***电机同发动机之间的传动关系所计算得到。

进一步，在发动机点火之前的起动过程中，发动机转矩观测模块所估计的转矩即为发动机起动摩擦阻力矩，该部分转矩会存储到车辆控制***中，以修正点火后的转矩计算，进行下一次起动过程的观测权值更新以及进行车辆故障诊断。

其中，模式切换包括纯电动模式，混合驱动模式，发动机驱动模式，行车充电模式以及能量回馈模式间的切换。

下面，以双行星排单模构型的功率分流式混合动力汽车(其***结构如附图2所示)为例进行说明，其中ENG、MG1和MG2分别表示发动机、发电机、电机。相应结构同行星齿轮一起组成动力***架构。其中，发动机、发电机和电动机分别位于行星齿轮的承载齿轮、太阳轮和外环齿轮上并进行动力学连接。发电机MG1和电机MG2也通过电缆连接到电池上。

本发明可依据以下几个步骤进行：

步骤一：需求转矩估计

需求转矩估计模块根据此时的驾驶员踏板位置和踏板加速度信息，估计出此时驾驶员的的需求转矩和目标车速，根据电机转速，发动机转速，电池soc同转矩的MAP图，确定电机、发动机以及电池最大输出转矩(边界条件)；根据边界条件，驾驶员的需求转矩、需求功率、目标车速、当前车速、电池SOC，电机状态和发动机转速信息，通过能量管理策略规则确定发动机的起停和目标切换模式，然后在满足车辆需求功率条件下，以发动机、电机运行在高效区为依据，确定***发动机、电机之间的功率分配，最后根据功率分配结果以及当前的发动机和电机转速确定发动机、电机的需求转矩。

步骤二：电机负载转矩的实时观测

永磁同步电机负载转矩观测模块根据相电流和从编码器获得的电角度信息、电机的角速度、电机角速度信息，实现电机负载转矩的实时观测。其中永磁电机的电磁转矩同负载转矩之间有以下关系：

T_l＝T_e-J*a-B*w#(1)

其中T_l为电机的负载转矩，J为电机的转动惯量，a为电机的角加速度，B为电机的阻尼系数，w为电机的角速度，T_e为电机的电磁转矩。

其中，根据上式(1)对电机负载转矩观测的可以是根据式(1)建立电机负载全维观测器对负载转矩观测，或是根据三点数值微分公式计算角加速度a，根据式(1)计算出负载转矩。

上述两种方式估计值取加权得到模块输出转矩，其中权值可以根据发动机起动试验的转矩值，通过最小二乘法计算得到。

步骤三：发动机转矩观测模块通过功率分流式混合动力汽车架构的转矩传递关系，推算出发动机输出的转矩实时变化值(观测值)。

步骤四：转矩反馈控制模块根据发动机的需求转矩(转矩设定值)和转矩观测值(转矩实时变化值)的输入，通过控制器调节节气门开度，实现发动机内部喷油量的调整，减小发动机在整个模式切换过程中的转矩波动。

下面，以混合动力汽车由纯电动向混合驱动模式的切换过程，进一步对本发明的控制***进行描述：

在混合动力汽车由纯电动模式向混合驱动模式转换的过程中，开始时由电机MG2单独满足整车需求的驱动转矩需求。此时整车控制器VCU根据车用传感器获取的踏板位置和踏板加速度信息，通过车用ECU的相应map图，获取此时驾驶员的需求功率，再根据自身的稳态能量管理的分配策略将目标转矩指令分别发送至发动机控制器以及电机控制器，获得发动机的需求转矩T_{eng_req}。之后发电机MG1工作于电动状态，并通过转速闭环控制将发动机转速调节至目标转速，满足发动机起动条件，之后发动机起动，***开始进入混合驱动模式。

在此过程中电机MG1根据永磁同步电机负载转矩观测模块的算法程序进行负载转矩的估算，算法的流程如附图3所示，通过ECU计算模块计算实现：

首先，电机上的电流传感器和编码器分别获得此时电机MG1的各相电流的瞬时值i_a，i_b，i_c以及电角度θ。根据park变换和clark变换，可以将自然坐标系下的三相电流转换为旋转二相坐标系下的交轴，直轴电流i_d,i_q，具体转化关系如下式(2),(3)所示：

根据永磁同步电机的数学模型，可以得到电机电磁转矩T_e的计算公式如下式(4)所示：

其中，p_n为永磁同步电机的极对数，flux为电机永磁体的磁通，l_d，l_q分别为永磁同步电机的交轴，直轴等效电感，上述参数均可由厂家提供的数据得到。因此，可根据k时刻的电流、电角度信息，获得此时的电磁转矩T_ek；

电机转速传感器的采样时间为h，根据传感器信息可以获得当前k时刻的电机转速n_k，根据下式(5),(6),(7),(8)可以得到k-2，k-1，以及k时刻的角速度加速度a_k-2,a_k-1,a_k。

w_k＝2*п*n_k#(5)

该算法将在采集到第三个角速度时进行，为了保证算法的实时性，第一时刻和第二时刻的角速度加速度将通过式(6),(7)计算，之后时刻的加速度将通过式(8)计算。

在获得加速度a_k后，根据永磁同步电机的机械运动方程可以实时计算出电机的负载转矩T_lk：

T_lk1＝T_ek-J*a_k-B*w_k#(9)

其中，J，B为电机的转动惯量和阻尼系数，可由厂家提供的参数直接获得。

根据式(9)选取当前时刻的电机角速度w_k，电机负载转矩T_lk为状态变量，y为观测器观测值，可以得到永磁同步电机的状态方程为：

根据状态方程(10),(11)，设状态反馈增益为L₁,L₂,可以得到该***的一个龙贝格状态观测器：

若要使得此观测器保持稳定并且收敛，则需要满足***矩阵负定，设λ为特征方程的根，可知观测器***的特征方程为：

观测器期望的特征方程为:

λ²-(p₁+p₂)*λ+p₁*p₂＝0#(15)

其中，p₁，p₂为观测器的两个期望的极点，通过对比上述两式(14),(15)，可以将观测器的极点配置在负平面上，使得观测器的***矩阵负定，进而满足稳定收敛的需求，同时满足观测器性能的要求。

根据前向差分的离散化方法，设h为采样间隔，状态观测器的一种离散化表达式如下式(16),(17)：

则负载转矩实时观测的递推方程：

根据式(19)可以得到由观测器获得的负载实时观测值T_lk2。

最后整个模块输出的电机负载转矩T_l通过加权获得，具体请见式(25)所示。

其中，式(25)的加权值b的计算方法如下：

在此混合动力***中根据行星齿轮的动力学模型，可知电机和发动机之间的关系如下式：

T_eng＝T_C＝(1+ρ)T_r#(20)

T_gen＝T_S＝-ρT_r#(21)

其中T_eng为发动机点火之前的起动过程中，输出的阻力转矩，该值可取厂家提供的发动机起动输出转矩试验值。T_C为行星轮上的转矩，T_r为外环齿轮上的转矩T_gen为发电机的输出转矩，T_S为太阳轮上的输出转矩，ρ为太阳轮与行星轮的齿数比,可由厂家提供参数得到。根据上式(20),(21)可知，发动机与发电机MG1之间的转矩传递关系为：

将从厂家获得的发动机起动数据，根据T_eng以及混动架构的转矩传递关系，通过上式(22)转换为发电机MG1的电机负载转矩T_lk3。将T_lk3看作此过程中电机负载转矩的真实值，则观测值与真实值之间的误差ε为:

|ε|²＝|T_lk-b₁T_lk1-b₂T_lk2|²#(23)

根据最小二乘法，要使观测误差ε取得最小值，可得权值b的取值如下式所示:

b＝(w^Tw)^-1w^TT_lk3#(24)

其中

w＝[T_lk1,T_lk2],b＝[b₁,b₂]^T。

将发动机起动试验点数据以及永磁同步电机负载转矩模块观测数据带入到matlab数值计算软件，根据上式(24)可以计算得到权值b₁,b₂。

故可得永磁同步电机负载转矩观测模块的输出的转矩值T_l为：

T_l＝b₁T_lk1+b₂T_lk#(25)

本发明中，采用联合估计的方法，将整个观测模块的输出值由T_l1，T_l2取加权b₁，b₂获得电机负载转矩的实时估计值，以减少数值微分计算的误差和观测器收敛速度对结果的影响。

获得T_l后，将T_l输入到发动机输出转矩观测模块，该模块根据式(22)通过数值计算得到发动机的输出转矩实时值T_eng，并将发动机需求转矩T_{eng_req}和T_eng输入到发动机转矩反馈控制模块。该模块的结构图如附图4所示，此时T_{eng_req}，T_eng之差作为控制器的输入，控制器输出的信号用于调节发动机的结构参数，例如节气门开度等，进而控制发动机的进气量，此时发动机电控***会根据进气量的改变来调节喷油量，从而使发动机的输出转矩发生改变。发动机的输出转矩再通过发动机转矩观测模块观测得到，重新输入到控制器当中，实现负反馈调节，使实际转矩快速跟随需求转矩，达到抑制较大转矩波动的效果。

本发明实施例，在发动机转矩稳定调节，将发动机转矩估计的实时值以及驾驶员需求的发动机转矩值输入到控制器当中，输出信号用于控制发动机的节气门开度、喷油时刻，点火时刻以及气门相位等结构参数，进而控制发动机的进气量和喷油条件。此时由于发动机的空燃比始终保持为设定值，发动机电控***会进行自适应调节，改变相应的喷油量，根据负反馈调节使发动机的转矩快速稳定在转矩需求值，从而减小起动过程中转矩的波动。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；

因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，其特征在于，包括：

需求转矩估计模块，利用踏板传感器信息确定驾驶员的需求转矩、目标车速和需求功率；根据电机与发动机转速以及电池温度，确定模式切换过程中发动机和电机、电池的可输出的最大转矩，获得模式切换的边界条件；基于车辆能量管理策略，根据驾驶员的需求转矩、需求功率、目标车速、边界条件、当前车速、电池SOC、发动机转速和电机状态信息，确定发动机的起停和目标切换模式；根据目标模式条件下发动机和电机的稳态效率map图，在满足整车需求功率下，以发动机、电机工作高效区为依据，确定发动机与电机间的功率分配；根据功率分配的结果及当前的发动机和电机的转速，确定当前发动机与电机的需求转矩，并分别作为发动机与电机的转矩设定值；

电机负载转矩观测模块，根据当前永磁同步电机的相电流、电角度、角速度以及电机的转矩设定值，计算永磁同步电机的电机负载转矩的观测值；

发动机转矩观测模块，根据混合动力架构的转矩比例关系以及电机负载转矩的观测值，计算模式切换过程中发动机的转矩观测值；

转矩反馈控制模块，根据当前发动机转速和输出转矩，计算获得当前发动机控制参数，包括节气门开度、喷油时刻、点火时刻以及气门相位；

将当前发动机的转矩设定值与在发动机转矩观测值之差输入到控制器，控制器根据该差值控制调节发动机控制参数，对发动机喷油量和节气门开度进行控制，使发动机的输出转矩与发动机需求转矩保持一致，使发动机的转矩快速稳定在需求值附近，以减小发动机的输出转矩波动，实现发动机工况过渡和混合动力***模式切换的精确控制。

2.根据权利要求1所述用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，其特征在于，在需求转矩计算中，控制器根据踏板开度-目标车速map图，踏板开度-需求转矩map图以及油门踏板曲线获得驾驶员的需求转矩和目标车速，进而根据驾驶员的需求转矩和目标车速获得驾驶员的需求功率。

3.根据权利要求1所述用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，其特征在于，模式切换包括纯电动模式、混合驱动模式、发动机驱动模式、行车充电模式以及能量回馈模式间的切换。

4.根据权利要求1所述用于混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，其特征在于，永磁同步电机的电机负载转矩的观测值的具体计算步骤如下：

S1.根据各相电流的瞬时值i_a，i_b，i_c以及电角度θ，通过park变换和clark变换计算永磁同步电机的等效交轴及直轴电流i_d，i_q；根据永磁同步电机的数学模型计算电机电磁转矩T_e，根据k时刻的电流和电角度信息获得此时刻的电磁转矩T_ek；其中，

S2.设电机转速传感器的采样时间为h，根据传感器信息获得当前k时刻的转速n_k，再根据转速角速度转化关系以及数值微分算法得到角加速度a_k，获得角加速度a_k后，根据永磁同步电机的机械运动方程计算出电机的第一转矩估值T_lk1；

其中，T_lk1＝T_ek-J*a_k-B*w_k，

式中，J，B为电机的转动惯量和阻尼系数，a_k表示k时刻的加速度，w_k表示k时刻的角速度，w_k＝2*П*n_k，n_k表示k时刻的电机转速；

T_e表示电机的电磁转矩，

p_n为永磁同步电机的极对数，flux为电机永磁体的磁通，l_d，l_q分别为永磁同步电机的交轴、直轴等效电感；

S3.根据永磁同步电机机械运动方程建立电机负载的观测器，根据性能要求配置观测器极点，确定相应参数；观测器输出第二转矩估计值T_lk2；

以电机角速度w_k，电机负载转矩T_lk为状态变量，y为观测器观测值，得到永磁同步电机的状态方程：

根据状态方程，设状态反馈增益为L₁，L₂，得到龙贝格状态观测器：

为使观测器保持稳定且收敛，需要满足***矩阵负定，取λ作为特征方程的根，观测器特征方程为：

观测器期望的特征方程为：

λ²-(p₁+p₂)*λ+p₁*p₂＝0

其中，p₁，p₂为观测器的两个期望的极点，通过对比观测器的特征方程、观测器期望的特征方程，将观测器的极点配置在负平面上，使得观测器的***矩阵负定，满足稳定收敛的需求，同时满足观测器的性能要求；

根据前向差分的离散化方法，令h为采样间隔，状态观测器离散化表达式如下：

则负载转矩实时观测的递推方程为：

由上式递推方程得到由观测器获得的负载实时观测值，从而获得第二转矩估计值T_lk2；

S4.根据T_lk1，T_lk计算得到负载转矩的估计值T_l；

T_l＝b₁T_lk1+b₂T_lk2

其中b₁，b₂为权值。

5.根据权利要求4所述混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，其特征在于，在计算k时刻的加速度a_k时，是在采集到第三个角速度时进行，先计算k-2时刻和k-1时刻的角速度加速度a_k-2，a_k-1，然后再计算k时刻的加速度a_k：

6.根据权利要求4所述混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，其特征在于，权值b₁，b₂根据以下方法得到：

在混合动力汽车发动机起动过程中，采集永磁同步电机负载转矩观测模块输出的第一转矩估计值T_lk1，第二转矩估计值T_lk2；

根据发动机起动输出转矩试验值T_eng以及混合动力架构的转矩传递关系，求出发动机起动输出转矩试验值T_eng对应的电机的负载转矩T_lk3；

电机负载转矩的观测误差ε通过下式表示：

|ε|²＝|T_lk3-b₁T_lk1-b₂T_lk2|²

根据观测误差ε取得最小值的原则，依据最小二乘法求b₁，b₂的取值；发动机转矩的估计值T_l存储在控制单元中，用于下一次发动机起动过程中转矩计算的权值更新以及进行车辆故障诊断；其中，

b＝(w^Tw)^-1w^TT_lk3

w＝[T_lk1，T_lk2]，b＝[b₁，b₂]^T。

7.根据权利要求6所述混合动力汽车模式切换的发动机转矩控制***，其特征在于，其发动机转矩控制方法如下：

S1.需求转矩估计

通过数据采集装置获取车辆状态数据，将采集的踏板开度、车速、发动机转速和电机转速传入到车辆控制***中；根据踏板开度、发动机和电机当前的转速和转矩确定当前驾驶员的需求转矩以及目标车速，并确定驾驶员的需求功率；根据电机与发动机转速以及电池温度，确定模式切换过程中发动机和电机可输出的最大转矩，获得模式切换的边界条件；车辆控制器根据驾驶员的需求转矩、需求功率、目标车速、边界条件、当前车速、电池SOC和电机状态信息，确定发动机的起停和目标切换模式，根据目标模式条件下发动机和电机的稳态效率map图，在满足整车需求功率的情况下，以发动机和电机维持在高效区为依据确定发动机与电机间之间的功率分配，然后根据根据功率分配的结果以及当前的发动机和电机转速确定发动机与电机的需求转矩，并将发动机与电机的需求转矩作为发动机与电机的设定转矩输入到发动机和电机的控制单元中；

S2.电机负载转矩观测

通过电流传感器、编码器实时记录永磁同步电机的相电流、电角度和角速度，根据当前永磁同步电机相电流、电角度、角速度以及电机的转矩设定值，根据永磁同步电机的数学模型以及运动模型，通过数值计算方法得到负载转矩的第二转矩估计值T_lk1，同时将电机状态信息输入到观测器当中得到负载转矩的第二转矩估计值T_lk2，通过T_lk1和T_lk2取加权得到电机负载转矩的估计值T_l；

S3.发动机转矩观测

获得电机负载转矩的实时观测值后，根据混合动力架构的转矩传递关系以及电机负载转矩的观测值，推算出模式切换过程中发动机转矩的观测值；

S4.发动机转矩稳定调节

将发动机的需求转矩作为转矩设定值，将发动机转矩的观测值输入到控制器当中，控制器根据发动机的转矩设定值与转矩观测值的差值，通过PI控制，输出信号调节发动机的控制参数，使发动机的转矩快速稳定在需求值附近，进而减小发动机的输出转矩的波动，实现发动机工况过渡和混合动力***模式切换的精确控制。

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