混合動力汽車工作模式切換過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于混合動力汽車控制的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及混合動力汽車工作模式切換過程中動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002]混合動力汽車是指由兩個(gè)或多個(gè)動力裝置組成驅(qū)動系統(tǒng)的車輛，綜合了發(fā)動機(jī)和電機(jī)兩者優(yōu)點(diǎn)，是一種低排放、經(jīng)濟(jì)性好和續(xù)航里程長的新型汽車。
[0003]混合動力汽車驅(qū)動模式主要包括發(fā)動機(jī)工作、電機(jī)工作、發(fā)動機(jī)和電機(jī)共同工作等三種模式，其中發(fā)動機(jī)和電機(jī)共同工作可細(xì)分為發(fā)動機(jī)和電機(jī)共同驅(qū)動車輛的混合驅(qū)動模式和發(fā)動機(jī)提供動力，電機(jī)發(fā)電給電池充電的行車充電模式。由此可見，工作模式的多元化是實(shí)現(xiàn)并聯(lián)混合動力系統(tǒng)節(jié)能減排的有效手段。
[0004]工作模式狀態(tài)切換控制問題是并聯(lián)混合動力汽車核心控制問題之一。
[0005]在車輛行駛過程中，根據(jù)路況和駕駛需求，能量管理策略保證并聯(lián)混合動力系統(tǒng)能量合理地流動，決定車輛處于何種工作模式。在當(dāng)前模式和目標(biāo)模式之間變化過程中，切換時(shí)間很短，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出滯后于油門開度的變化而呈現(xiàn)出動態(tài)特性，造成轉(zhuǎn)矩輸出不足或者超調(diào)；電機(jī)則能迅速響應(yīng)轉(zhuǎn)矩變化，動態(tài)特性與穩(wěn)態(tài)時(shí)轉(zhuǎn)矩輸出幾乎一致。如果只按照穩(wěn)態(tài)時(shí)發(fā)動機(jī)和電機(jī)各自的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，將使得發(fā)動機(jī)和電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)矩之和產(chǎn)生較大波動，無法跟蹤需求轉(zhuǎn)矩的變化，導(dǎo)致動力傳遞中斷，影響汽車的動力性、乘坐舒適性，甚至對傳動系統(tǒng)造成沖擊，影響使用壽命。
[0006]目前關(guān)于混合動力汽車模式切換過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制是根據(jù)實(shí)時(shí)反饋的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，結(jié)合駕駛員需求轉(zhuǎn)矩，利用電機(jī)快速響應(yīng)特性來進(jìn)行轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償?shù)?。模式切換過程中，如果沒有對發(fā)動機(jī)的節(jié)氣門開度變化進(jìn)行有效控制，會導(dǎo)致切換過程中整車動力性和平順性不佳。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供一種混合動力汽車工作模式切換過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，其目的是提高并聯(lián)混合動力汽車工作模式切換過程整車動力性能和平順性。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0009]本發(fā)明的混合動力汽車的動力系統(tǒng)包括發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、濕式離合器、電機(jī)、電機(jī)管理系統(tǒng)、動力電池、動力電池管理系統(tǒng)、整車控制器、變速器、變速器控制單元；
[0010]所述的動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，先通過發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)采集駕駛員油門踏板深度，計(jì)算出整車需求轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)將整車需求轉(zhuǎn)矩通過CAN總線發(fā)送給整車控制器；整車控制器再結(jié)合動力電池電量和發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)效率對發(fā)動機(jī)和電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配，計(jì)算出發(fā)動機(jī)和電機(jī)各自的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，再分別將發(fā)動機(jī)和電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩通過CAN總線傳給發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)和電機(jī)管理系統(tǒng)；
[0011]混合動力系統(tǒng)開始模式切換；
[0012]在車輛工作模式從無發(fā)動機(jī)驅(qū)動到有發(fā)動機(jī)驅(qū)動過程中，通過控制發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度向目標(biāo)開度的變化速率，減小發(fā)動機(jī)動態(tài)響應(yīng)過程，將發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和電機(jī)的轉(zhuǎn)速差和轉(zhuǎn)速差變化率作為濕式離合器油壓調(diào)節(jié)參數(shù)，控制濕式離合器接合速度；電機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù)整車需求轉(zhuǎn)矩、濕式離合器接合壓力以及電機(jī)轉(zhuǎn)速補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩來立即響應(yīng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，保證模式切換過程中整車需求轉(zhuǎn)矩不變，電機(jī)達(dá)到目標(biāo)轉(zhuǎn)速；
[0013]在車輛工作模式從一種有發(fā)動機(jī)驅(qū)動切換至另一種有發(fā)動機(jī)驅(qū)動過程中，此時(shí)離合器已經(jīng)在鎖止?fàn)顟B(tài)，無需控制離合器；發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)需要控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速之差在離合器滑磨轉(zhuǎn)速差值之內(nèi)，通過控制發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度向目標(biāo)開度的變化速率，減小發(fā)動機(jī)動態(tài)響應(yīng)過程，使得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩穩(wěn)態(tài)輸出；電機(jī)需要根據(jù)整車需求轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩，保證模式切換過程中整車需求轉(zhuǎn)矩不變；
[0014]在車輛工作模式從有發(fā)動驅(qū)動切換至無發(fā)動機(jī)驅(qū)動過程中，為避免發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩突減造成的整車沖擊，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩不能立即撤除，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)需要控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速之差在離合器滑磨轉(zhuǎn)速差之內(nèi)，限制發(fā)動機(jī)油門開度減小的速率，電機(jī)適時(shí)地補(bǔ)充由于發(fā)動機(jī)減小的轉(zhuǎn)矩，直到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩減小到一定值后，為避免電機(jī)拖動發(fā)動機(jī)，變速器控制單元控制離合器斷開，電機(jī)立即響應(yīng)整車需求轉(zhuǎn)矩，發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)發(fā)送發(fā)動機(jī)停機(jī)命令，切換過程結(jié)束。
[0015]該方法采取發(fā)動機(jī)的控制原則是:
[0016]所述的發(fā)動機(jī)目標(biāo)油門開度是由發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)根據(jù)發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和發(fā)動機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速通過邊界插值法求得；在發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩增加或減小過程中，通過約束油門開度變化率，得到實(shí)際的發(fā)動機(jī)油門開度，控制發(fā)動機(jī)以穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩輸出。
[0017]該方法采取離合器控制原則是:
[0018]當(dāng)發(fā)動機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，放慢離合器接合速度；當(dāng)發(fā)動機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)速差較小時(shí)，加快接合速度；轉(zhuǎn)速差變化率增大時(shí)，減小離合器油壓，以減慢離合器接合速度；轉(zhuǎn)速差變化率減小時(shí)，增大離合器油壓，以加快離合器結(jié)合速度。
[0019]電機(jī)管理系統(tǒng)維持切換前電機(jī)角加速度不變，在模式切換時(shí)間內(nèi)根據(jù)電機(jī)角加速度計(jì)算出電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，通過轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制得到電機(jī)轉(zhuǎn)速補(bǔ)償轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)反饋轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)跟隨電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
[0020]整車控制器通過CAN總線對發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)、電機(jī)管理系統(tǒng)、變速器控制單元和電池管理系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)管理；各個(gè)控制器之間通過CAN總線相互通訊。
[0021]本發(fā)明采用以上動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，在并聯(lián)混合動力汽車狀態(tài)切換過程中，充分考慮發(fā)動機(jī)、電機(jī)和離合器狀態(tài)，針對不同的切換過程，通過協(xié)調(diào)控制發(fā)動機(jī)、電機(jī)和離合器，能夠有效減小發(fā)動機(jī)動態(tài)過程，減小油耗，提高經(jīng)濟(jì)性；實(shí)現(xiàn)模式切換過程中整車需求轉(zhuǎn)矩不產(chǎn)生大的波動，改善車輛行駛平順性；減小離合器磨損，保證動力傳遞的平穩(wěn)性。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的混合動力汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2是本發(fā)明的混合動力汽車發(fā)動機(jī)和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩計(jì)算流程圖；
[0024]圖3是本發(fā)明的混合動力汽車模式切換過程中電機(jī)轉(zhuǎn)矩計(jì)算流程圖；
[0025]圖4是本發(fā)明的混合動力汽車模式切換過程中動態(tài)協(xié)調(diào)控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面對照附圖，通過對實(shí)施例的描述，對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，以幫助本領(lǐng)域的技術(shù)人員對本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思、技術(shù)方案有更完整、準(zhǔn)確和深入的理解。
[0027]圖文中的字母縮寫分別是:
[0028]MCU——電機(jī)管理系統(tǒng)；
[0029]BMS——動力電池管理系統(tǒng)；
[0030]HCU——整車控制器；
[0031]AMT——變速器控制單元；
[0032]EMS--發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)。
[0033]如圖1所示的本發(fā)明的混合動力汽車的動力系統(tǒng)，包括發(fā)動機(jī)、發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)(EMS)、濕式離合器、電機(jī)、電機(jī)管理系統(tǒng)(MCU)、動力電池、動力電池管理系統(tǒng)(BMS)、整車控制器(HCU)、機(jī)械自動變速器、變速器控制單元(AMT)(兼控制濕式離合器)。圖中未表示AMT與變速器關(guān)系，但不表示沒有關(guān)系，發(fā)動機(jī)和電機(jī)通過濕式離合器共軸連接，發(fā)動機(jī)和電機(jī)動力在濕式離合器處耦合輸出給變速器。
[0034]混合動力汽車工作模式可分為發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動、純電驅(qū)動、行車充電模式、混合驅(qū)動模式、再生制動模式。針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供的控制方法從不同的模式切換過程出發(fā)，以發(fā)動機(jī)、電機(jī)和離合器為控制對象，來解決模式切換過程中車輛動力性和平順性問題。
[0035]本發(fā)明的技術(shù)方法主要涉及到混合動力汽車HCU、發(fā)動機(jī)及EMS、電機(jī)及MCUjMS離合器、機(jī)械自動變速器及AMT (兼控制濕式離合器)、動力電池組及BMS和HCU。HCU通過CAN總線對EMS、MCU、AMT和BMS進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，各個(gè)控制器之間通過CAN總線相互通訊。EMS采集油門踏板深度值，計(jì)算發(fā)動機(jī)目標(biāo)油門開度，監(jiān)控發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩變化，MCU負(fù)責(zé)響應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩值，進(jìn)行電機(jī)轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制計(jì)算，AMT負(fù)責(zé)監(jiān)控和改變變速器傳動比，控制離合器滑磨接合。
[0036]本發(fā)明的控制原理分析:
[0037]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題并克服其缺陷，實(shí)現(xiàn)提高并聯(lián)混合動力汽車狀態(tài)切換過程整車動力性能和平順性的發(fā)明目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為:
[0038]一、確定發(fā)動機(jī)和電機(jī)各自目標(biāo)轉(zhuǎn)矩:
[0039]針對不同的切換過程，制定不同的控制方式。通過EMS獲取油門踏板深度，得到整車需求轉(zhuǎn)矩，根據(jù)整車需求轉(zhuǎn)矩或?qū)嶋H工況，HCU會選擇在當(dāng)前工況下的工作模式工作。在工作模式切換過程中，特別是從無發(fā)動機(jī)驅(qū)動到有發(fā)動機(jī)驅(qū)動過程中，通過控制發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度向目標(biāo)節(jié)氣門開度的變化速率；根據(jù)發(fā)動機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)速差，合理控制離合器接合速度，利用電機(jī)的快速響應(yīng)能力和轉(zhuǎn)矩精確控制的特點(diǎn)，彌補(bǔ)發(fā)動機(jī)動態(tài)輸出轉(zhuǎn)矩不足，協(xié)調(diào)分配模式切換過程中發(fā)動機(jī)和電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，從而有效地控制混合動力系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩輸出。
[0040]如圖2所示，本發(fā)明的混合動力汽車工作模式切換過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，先通過EMS采集駕駛員油門踏板深度，計(jì)算出整車需求轉(zhuǎn)矩，EMS將整車需求轉(zhuǎn)矩通過CAN總線發(fā)送給HCU ；HCU再結(jié)合動力電池電量和發(fā)動機(jī)穩(wěn)態(tài)效率對發(fā)動機(jī)和電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)矩分配，計(jì)算出發(fā)動機(jī)和電機(jī)各自的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，從而進(jìn)行混合動力系統(tǒng)進(jìn)入純電動、發(fā)動機(jī)驅(qū)動、混合驅(qū)動或者行車充電等模式切換。HCU再分別將發(fā)動機(jī)和電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩通過CAN總線傳給EMS 和 MCU。
[0041]本發(fā)明提供的是混合動力汽車模式切換過程中發(fā)動機(jī)和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩控制方法，控制原理如圖2所示。
[0042]二、模式切換過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制:
[0043]混合動力系統(tǒng)開始模式切換；模式切換過程動態(tài)協(xié)調(diào)控制過程有以下幾種:
[0044]1、在車輛工作模式從無發(fā)動機(jī)驅(qū)動到有發(fā)動機(jī)驅(qū)動過程中，如從純電驅(qū)動切換到發(fā)動機(jī)單獨(dú)驅(qū)動模式，或者從純電驅(qū)動切換至混合驅(qū)動模式，或者從純電驅(qū)動切換至行車充電模式等，在該狀態(tài)下的具體控制策略分別為:
[0045](I)、發(fā)動機(jī)控制策略:
[0046]EMS根據(jù)發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩和發(fā)動機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，通過邊界插值法求得發(fā)動機(jī)目標(biāo)油門開度。EMS通過限制發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度向目標(biāo)開度的變化速率，減小發(fā)動機(jī)動態(tài)響應(yīng)過程，避免發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩突變而產(chǎn)生的波動，控制發(fā)動機(jī)以穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩輸出。
[0047](2)、濕式離合器接合狀態(tài)的控制策略:
[0048]濕式離合器進(jìn)入接合的滑磨階段，
[0049]AMT將發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速和電