CN101259845A - 一种混合动力电机扭矩平滑处理控制系统 - Google Patents

一种混合动力电机扭矩平滑处理控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及混合动力汽车的电机控制领域，具体讲就是电机扭矩平滑处理控制系统。本发明首先根据整车的状态判断来确定电机的目标工作模式以及其需求扭矩大小，然后通过电机扭矩平滑处理子系统对电机扭矩平滑处理，最后平滑好扭矩会通过CAN发送给电机控制器MCU去实现该扭矩。本发明提高了电机扭矩的时间响应特性；而且这种控制系统得到输出扭矩步长是随着时间逐渐减小的，使电机扭矩真正实现了平滑过渡，提高了驾驶的舒适性。另外本控制系统对电机当前工作模式判断是通过电机输出扭矩来判断的，是一种反馈控制，使本控制系统更加可靠稳定。

Description

一种混合动力电机扭矩平滑处理控制系统
技术领域
本发明涉及混合动力汽车的电机控制领域，具体讲就是电机扭矩平滑处理控制系统。
背景技术
随着目前全球变暖现象日趋严重，以及越来越紧张的石油供需矛盾，“环保和节能”、“人、车、自然完美和谐”早已经成为汽车界的公共话题。
混合动力汽车将电机和发动机驱动系统合理地组合在一起，发挥电机驱动的优势来弥补发动机驱动的弱点，使发动机保持在最佳工况工作，能够实现发动机的怠速停机、辅助驱动以及再生制动能量回收等功能。因此，混合动力汽车既提高了车辆的驾驶性能，节省了能量消耗，同时还降低了发动机排放，充分发挥了内燃机汽车和电动汽车的优点，是当今最具实际开发意义的低排放和低油耗汽车。
由于混合动力系统是发动机及电机系统的组合，电机系统控制的优劣对混合动力系统的性能有着重要影响。为了使混合动力系统整车具有良好的平顺性，对混合动力电机扭矩平滑处理是混合动力电机控制系统中的一个必要环节。对于电机扭矩的平滑处理一般控制系统都是设定一个扭矩变化步长，简单的对扭矩变化曲线的斜率进行了控制。这种控制方法得到扭矩变化曲线虽然是连续的，但是并不是平滑的，而且如果扭矩需求变化大的情况其响应时间比较长，破坏了整车的加速性能需求。因此对于混合动力系统对电机扭矩进行合理的、高效的平滑处理非常有必要。
发明内容
本发明的目的就是提供一种混合动力汽车电机扭矩平滑处理系统，用于提高混合动力电机扭矩输出的平滑性，并保证电机扭矩响应的及时性，从而保证了混合动力整车系统的加速性及其平顺性。
本发明的技术方案是：一种混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，系统包括发动机、电机及变速箱通过一根轴机械相连，电机为起动机/发电机一体化机ISG，混合动力控制器HCU、发动机管理系统EMS、电机控制器MCU以及电池管理系统BMS通过CAN总线进行通信，其特征在于：混合动力控制器HCU包括电机扭矩平滑处理控制系统，该电机扭矩平滑处理控制系统对电机工作模式进行判断并实施以下控制：
(1)、判断电机的需求工作模式，电机需求工作模式分为空闲、电动模式一、电动模式二、发电和再生制动五种；
(2)、判断电机当前工作模式，电机当前工作模式是根据电机实际输出扭矩Tout判断的；
(3)、判断电机工作模式转换，电机工作模式转换划分为两种，一种是向空闲状态转换，另一种是脱离空闲状态转换；
(4)、判断电机需求工作模式是否稳定，初始工作模式是空闲模式；
(5)、判断是否是向空闲模式转换；
(6)、确定向空闲模式转换情况下的电机扭矩平滑时间参数；
(7)、根据电机稳定需求工作模式确定目标扭矩；
(8)、确定电机实际输出扭矩。
本发明的电机扭矩平滑处理系统是混合动力控制系统HCU中的一个子系统，混合动力控制器首先根据整车的状态判断来确定电机的目标工作模式以及其需求扭矩大小，然后通过电机扭矩平滑处理子系统对电机扭矩平滑处理，最后平滑好扭矩会通过CAN发送给电机控制器MCU去实现该扭矩。
本发明根据电机特点将电机工作模式转换分为向空闲模式转换及脱离空闲模式转换两种情况。如果电机是向空闲模式转换则根据锁定的电机工作模式确定电机扭矩平滑时间参数及目标扭矩参数；如果电机是脱离空闲模式转换则根据电机目标工作模式确定电机扭矩平滑时间参数，这种情况下的目标扭矩参数就是混合动力控制器根据整车状态得到的需求电机输出扭矩；在电机工作模式不转换情况下，电机扭矩平滑时间参数及目标扭矩参数确定则相对比较简单。在电机扭矩平滑时间参数及目标扭矩参数后，根据公式可以得到实际输出扭矩的大小。由于以平滑时间参数为目标，所以电机扭矩平滑时间不会由于电机需求扭矩变化的大小而随之变大或变小，提高了电机扭矩的时间响应特性；而且这种控制系统得到输出扭矩步长是随着时间逐渐减小的，使电机扭矩真正实现了平滑过渡，提高了驾驶的舒适性。另外本控制系统对电机当前工作模式判断是通过电机输出扭矩来判断的，是一种反馈控制，使本控制系统更加可靠稳定。
附图说明
图1是本发明的混合动力系统结构示意图；
图2是本发明电机扭矩平滑处理的控制流程图；
图3是电机当前工作模式控制流程图，电机的当前工作模式分为零扭矩模式、电动模式及发电模式，是根据电机的实际输出扭矩Tout确定的；
图4是电机扭矩斜率控制系统平滑曲线；
图5是本发明电机扭矩平滑系统得到平滑曲线。
具体实施方式
表一：是电机向空闲状态转换模式判断表。
Figure A20081009374700071
电机目标工作模式分为五种：空闲模式、电动模式一、电动模式二、发电模式和再生制动模式，电动模式一是为了提高发动机效率的辅助驱动，电动模式二是为了提高发动机性能的辅助驱动，再生制动是回收制动能量的一种发电模式，电动模式二及再生制动是时间响应要求较高的电机工作模式。因为电机不能够由电动模式直接转换到发电模式，或者由发电模式直接转换到电动模式，这两种转换过程必须经过空闲模式，所以如果电机目标工作模式与当前工作模式出现由电动模式到发电模式，由发电模式到电动模式，电动到空闲模式，或发电到空闲模式转换则都认为电机工作模式向空闲状态转换。具体见表一。
表二是电机脱离空闲模式转换表。
Figure A20081009374700081
表二是电机脱离空闲模式转换表。如果电机由零扭矩模式向电动模式或发电模式转换，则认为电机出现脱离空闲模式转换。具体见表二。
见图1，系统包括发动机1、电机3及变速箱4通过一根轴2机械相连，电机3为起动机/发电机一体化机ISG，混合动力控制器HCU(9)、发动机管理系统EMS8、电机控制器MCU10以及电池管理系统BMS11通过CAN总线12进行通信，其特征在于：混合动力控制器HCU9包括电机扭矩平滑处理控制系统，该电机扭矩平滑处理控制系统对电机3工作模式进行判断并实施控制，具体控制过程结合图2、3进行说明。
第一步首先需要判断电机的需求工作模式，电机需求工作模式分为空闲、电动模式一、电动模式二、发电和再生制动五种；
第二步，判断电机当前工作模式，电机当前工作模式是根据第十步计算出的电机实际输出扭矩Tout判断的，如图3所示，如果Tout大于3Nm则认为是工作在电动模式下，如果Tout小于-3Nm则认为是工作在发电模式下，如果Tout是在-2Nm到2Nm之间则认为是零扭矩模式，如果Tout大于2Nm小于3Nm而且Flag1为0时(说明电机输出扭矩出现过3Nm的情况)，则认为是工作在电动模式，否则认为电机仍然是工作在零扭矩模式，如果输出扭矩大于-3Nm小于-2Nm而且Flag2为0时，则认为电机工作在发电模式下，否则认为电机仍然工作在零扭矩模式下；
第三步，判断电机工作模式转换，本系统中将电机工作模式转换划分为两种，一种是向空闲状态转换，另一种是脱离空闲状态转换，具体参见表一及表二。
第四步，判断电机需求工作模式是否稳定，假设控制器的工作周期是10ms，一般如果需求工作模式在40ms内是一致的，则可以认为需求工作模式是稳定，初始工作模式是空闲模式；
第五步，判断是否是向空闲模式转换，如果不是则转到第十一步将需求工作模式设为第四步判断得到的电机稳定需求工作模式；
第六步，确定向空闲模式转换情况下的电机扭矩平滑时间参数，该参数是根据第十一步锁定的电机稳定需求工作模式确定的，如果电机稳定需求工作模式是电动模式一，则可以将电机扭矩平滑时间参数设为140ms，如果电机稳定需求工作模式是电动模式二，则可以将电机扭矩平滑时间参数设为130ms，如果电机稳定需求工作模式是发电模式，则可以将电机扭矩平滑时间参数设为150ms，如果电机稳定稳定需求工作模式是再生制动模式，则可以将电机扭矩平滑时间设为130ms；
第七、八、九步是根据电机稳定需求工作模式确定目标扭矩，如果是需求发电模式或再生制动模式，则电机目标扭矩可以设为4Nm，否则电机扭矩目标扭矩设为-4Nm；
第十步，根据公式Tout＝[tsample/(tsample+t)]*(Tnew-Told)+Told确定电机实际输出扭矩，其中tsample是采用时间参数，一般控制器为10ms，t是扭矩平滑时间参数，Tnew是目标扭矩，Told是实际输出扭矩Tout的上一周期值，其初始值为0；
第十二、十三、十四步是脱离空闲模式转换情况下确定扭矩平滑时间参数及目标扭矩，时间参数根据电机需求工作模式确定，如果需求电动模式一则扭矩平滑时间参数可以设为330ms，如果需求电动模式二则平滑时间参数为250ms，如果需求发电模式则平滑时间参数可以设为320ms，如果需求再生制动模式则平滑时间参数可以设为350ms，目标扭矩就是实际需求扭矩，然后转到第十步计算Tout；
第十五、十六步，如果既不是向空闲模式转换也不是脱离空闲模式转换，则认为没有模式转换需要，是一种比较安全的情况，这种情况下可以将扭矩平滑时间参数设为170ms，目标扭矩就是实际输出扭矩，然后转到第十步根据公式计算Tout。

Claims (9)

1、一种混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，系统包括发动机(1)、电机(3)及变速箱(4)通过一根轴(2)机械相连，电机(3)为起动机/发电机一体化机ISG，混合动力控制器HCU(9)、发动机管理系统EMS(8)、电机控制器MCU(10)以及电池管理系统BMS(11)通过CAN总线(12)进行通信，其特征在于：混合动力控制器HCU(9)包括电机扭矩平滑处理控制系统，该电机扭矩平滑处理控制系统对电机(3)工作模式进行判断并实施以下控制：
(1)、判断电机的需求工作模式，电机需求工作模式分为空闲、电动模式一、电动模式二、发电和再生制动五种；
(2)、判断电机当前工作模式，电机当前工作模式是根据电机实际输出扭矩Tout判断的；
(3)、判断电机工作模式转换，电机工作模式转换划分为两种，一种是向空闲状态转换，另一种是脱离空闲状态转换；
(4)、判断电机需求工作模式是否稳定，初始工作模式是空闲模式；
(5)、判断是否是向空闲模式转换；
(6)、确定向空闲模式转换情况下的电机扭矩平滑时间参数；
(7)、根据电机稳定需求工作模式确定目标扭矩；
(8)、确定电机实际输出扭矩。
2、根据权利要求1所述的混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，其特征在于：根据公式Tout＝[tsample/(tsample+t)]*(Tnew-Told)+Told确定电机实际输出扭矩，其中tsample是采用时间参数，一般控制器为10ms，t是扭矩平滑时间参数，Tnew是目标扭矩，Told是实际输出扭矩Tout的上一周期值，其初始值为0。
3、根据权利要求1或2所述的混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，其特征在于：判断电机当前工作模式是根据电机实际输出扭矩Tout判断的，如果Tout大于3Nm则认为是工作在电动模式下，如果Tout小于-3Nm则认为是工作在发电模式下，如果Tout是在-2Nm到2Nm之间则认为是零扭矩模式，如果Tout大于2Nm小于3Nm而且Flag1为0时，则认为是工作在电动模式，否则认为电机仍然是工作在零扭矩模式，如果输出扭矩大于-3Nm小于-2Nm而且Flag2为0时，则认为电机工作在发电模式下，否则认为电机仍然工作在零扭矩模式下。
4、根据权利要求1或2所述的混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，其特征在于：判断电机需求工作模式是否稳定，假设控制器的工作周期是10ms，一般如果需求工作模式在40ms内是一致的，则可以认为需求工作模式是稳定，初始工作模式是空闲模式。
5、根据权利要求4所述的混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，其特征在于：判断是否是向空闲模式转换，如果不是则转到锁定工作模式为电机稳定需求工作模式。
6、根据权利要求4所述的混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，其特征在于：确定向空闲模式转换情况下的电机扭矩平滑时间参数，该参数是锁定的电机稳定需求工作模式确定的，如果电机稳定需求工作模式是电动模式一，则可以将电机扭矩平滑时间参数设为140ms，如果电机稳定需求工作模式是电动模式二，则可以将电机扭矩平滑时间参数设为130ms，如果电机稳定需求工作模式是发电模式，则可以将电机扭矩平滑时间参数设为150ms，如果电机稳定稳定需求工作模式是再生制动模式，则可以将电机扭矩平滑时间设为130ms。
7、根据权利要求1所述的混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，其特征在于：根据电机稳定需求工作模式确定目标扭矩，如果是需求发电模式或再生制动模式，则电机目标扭矩可以设为4Nm，否则电机扭矩目标扭矩设为-4Nm。
8、根据权利要求1所述的混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，其特征在于：脱离空闲模式转换情况下确定扭矩平滑时间参数及目标扭矩，时间参数根据电机需求工作模式确定，如果需求电动模式一则扭矩平滑时间参数可以设为330ms，如果需求电动模式二则平滑时间参数为250ms，如果需求发电模式则平滑时间参数可以设为320ms，如果需求再生制动模式则平滑时间参数可以设为350ms，目标扭矩就是实际需求扭矩，然后转到第十一步计算Tout。
9、根据权利要求1所述的混合动力电机扭矩平滑处理控制系统，其特征在于：如果既不是向空闲模式转换也不是脱离空闲模式转换，则认为没有模式转换需要。
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