CN101549689A - 一种三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法，属于混合动力车控制技术领域。本方法首先采集车辆的状态、驱动电机的输出和驾驶员的踏板输入信号，根据这些信号在通过性、动力性和经济性三个目标中进行判断选择，并建立不同目标下的驱动转矩预分配方法。同时，计算驱动轴的滑转率和地面纵向附着系数，并根据典型路面的参数判断驱动轴的滑转状态，如处于滑转状态则采用比例积分方法控制驱动转矩。如果其它驱动轴在较长时间后没有滑转，则将该滑转驱动轴的减小的驱动转矩转移至未滑转驱动轴，得到驱动转矩的分配结果。本发明控制方法提高车辆燃油经济性、节约能量，并提高车辆行驶的安全性。

Description

一种三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法

技术领域

本发明涉及一种三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法，属于混合动力车控制技术领域。

背景技术

随着混合动力车技术研究的不断深入，电动机在底盘控制技术方面的潜力不断被挖掘，越来越多的研究集中于混合动力车的车辆动力学控制。现有的混合动力车驱动车辆的转矩控制方法为单一以经济性为目标的转矩分配方法，如在《四轮驱动车经济性改善的最优转矩分配控制》一文中提到的转矩分配方法，其原理是采用效率最大化方法优化确定转矩分配系数矩阵，作为最优转矩分配控制的核心，其优点是减少了驱动能量的消耗，降低了驱动电机的发热效率，缺点是仅以效率最大为目标，也没有考虑驱动转矩再次分配，在车轮发生滑转后，影响车辆的动力性；同时，其转矩分配控制方法不是完整的控制系统，没有明晰的结构。

发明内容

本发明的目的是提出一种三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法。根据车辆的动力系统的状态，对驱动转矩的分配进行分层控制，以提高车辆驱动系统的效率，提高车辆动力性，并且能够在湿滑路面上避免车轮过度滑转，提高行车安全性。

本发明提出的三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法，包括以下步骤：

(1)采集车辆的纵向加速度信号和车轮速度信号，采用基于卡尔曼滤波的方法进行计算得到车辆纵向车速，采集驾驶员输入的油门踏板信号，并根据油门踏板信号计算踏板深度和踏板加速度，分别采集三个驱动电机的转速信号；

(2)根据上述车辆的纵向车速，进行判断，若车速低于2米/秒，则判断控制目标为通过性；若车速高于2米/秒，且上述踏板深度超过85％或上述踏板加速度在连续5个采样周期中超过100％，则判断控制目标为动力性；若车速高于2米/秒，且上述踏板深度低于85％或上述踏板加速度在连续5个采样周期中低于100％，则判断控制目标为经济性；

(3)分别建立三个轴的踏板深度、电机转速与转矩分配系数之间的映射表，根据上述判断结果，若控制目标为通过性，则向三个驱动轴平均预分配驱动转矩；若控制目标为动力性，则根据上述车辆的纵向加速度信号分别计算三个驱动轴的载荷，并根据载荷比例向三个驱动轴预分配驱动转矩；若控制目标为经济性，则根据上述映射表中的转矩分配系数，向三个驱动轴预分配驱动转矩；

(4)根据上述驱动电机的转速信号和纵向车速，分别计算三个驱动轴的实际滑转率如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\λ}=\frac{V_w-V}{V_w}\\ V_w=\mathrm{\ω}\·r/\mathrm{\η}\end{array}\right.$

其中，V_w为相应驱动轴的转速，V为纵向车速，ω为相应驱动电机转速，r为相应驱动轮滚动半径，η为电机输出端至驱动轴的传动比，

分配计算三个驱动轴的地面纵向附着系数： $\mathrm{\μ}=\frac{F_x}{F_z}$

其中，F_z为相应驱动轴的上述载荷，F_x为驱动轴纵向驱动力：

F_x＝T_e·η/r-J_w·a_w ²/r-f·F_z，其中，T_e为电机实际输出转矩，J_w为驱动轴转动惯量，为固定值，f为滚动阻力系数，为固定值；a_w为驱动轴旋转加速度，由上述的驱动轴转速微分得到；

(5)重复上述步骤(4)，分别实际测量并计算车辆在良好路面、湿沥青路面、积雪路面和结冰路面上的地面纵向附着系数和滑转率，分别得到典型路面的地面纵向附着系数和滑转率的关系曲线，从曲线中得到与最大地面纵向附着系数相对应的最优滑转率；

(6)将当前路面的地面纵向附着系数和滑转率曲线与上述四条典型路面的曲线进行比对，得到当前路面与四条典型路面的相似程度χ₁，χ₂，χ₃，χ₄，计算当前路面的最优滑转率估计值：

${\widehat{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{opt}}=\frac{{\mathrm{\χ}}_1\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{opt}1}+{\mathrm{\χ}}_2\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{opt}2}+{\mathrm{\χ}}_3\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{opt}3}+{\mathrm{\χ}}_4\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{opt}4}}{{\mathrm{\χ}}_1+{\mathrm{\χ}}_2+{\mathrm{\χ}}_3+{\mathrm{\χ}}_4}$

其中，λ_opt1，λ_opt2，λ_opt3，λ_opt4分别为上述典型路面的最优滑转率；

(7)根据上述计算结果进行判断，当车轮的速度大于2米/秒，且上述实际滑转率大于0.05时，若上一计算步长末驱动轴没有滑转，则当

大于或等于1时，判断该驱动轴处于滑转状态，若上一计算步长末驱动轴已处于滑转状态，则

大于或等于0.9时，判断该驱动轴处于滑转状态，并计算分配给该驱动轴的驱动转矩：

T＝P·(λ-λ_opt)+I·∫(λ-λ_opt)dt

上式中，P，I为控制参数，固定值。

(8)根据上述步骤(7)的判断结果，若三个驱动轴中有一个轴处于滑转状态，且其它驱动轴在1000毫秒之后不滑转，则将该滑转驱动轴的减小的驱动转矩转移至未滑转驱动轴，得到分配的驱动转矩；

(9)根据上述计算结果进行判断，当上一时间步长末驱动轴处于滑转状态，且进入滑转大于或等于2500毫秒，及上述防滑状态的驱动转矩小于上述预分配的驱动转矩，则驱动转矩为上述预分配驱动转矩。

本发明提出的三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法，针对三轴独立电驱动的车辆。在良好路面上，该方法可以提高车辆驱动系统的效率，进而提高车辆燃油经济性，节约能量，同时，在驾驶员需求大加速时可以提供更大的动力；在湿滑路面或单轴悬空时，该方法能够避免车轮过度滑转，提高安全性，同时通过协调分配各个轴的驱动转矩，尽可能地保证车辆的动力不受影响。

附图说明

图1是本发明方法中四条典型路面的地面纵向附着系数和滑转率的关系曲线。

具体实施方式

本发明提出的三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法，包括以下步骤：

(1)采集车辆的纵向加速度信号和车轮速度信号，采用基于卡尔曼滤波的方法进行计算得到车辆纵向车速，采集驾驶员输入的油门踏板信号，并根据油门踏板信号计算踏板深度和踏板加速度，分别采集三个驱动电机的转速信号；

(2)根据上述车辆的纵向车速，进行判断，若车速低于2米/秒，则判断控制目标为通过性；若车速高于2米/秒，且上述踏板深度超过85％或上述踏板加速度在连续5个采样周期中超过100％，则判断控制目标为动力性；若车速高于2米/秒，且上述踏板深度低于85％或上述踏板加速度在连续5个采样周期中低于100％，则判断控制目标为经济性；

(3)分别建立三个轴的踏板深度、电机转速与转矩分配系数之间的映射表，根据上述判断结果，若控制目标为通过性，则向三个驱动轴平均预分配驱动转矩；若控制目标为动力性，则根据上述车辆的纵向加速度信号分别计算三个驱动轴的载荷，并根据载荷比例向三个驱动轴预分配驱动转矩；若控制目标为经济性，则根据上述映射表中的转矩分配系数，向三个驱动轴预分配驱动转矩；

(4)根据上述驱动电机的转速信号和纵向车速，分别计算三个驱动轴的实际滑转率如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\λ}=\frac{V_w-V}{V_w}\\ V_w=\mathrm{\ω}\·r/\mathrm{\η}\end{array}\right.$

其中，V_w为相应驱动轴的转速，V为纵向车速，ω为相应驱动电机转速，r为相应驱动轮滚动半径，η为电机输出端至驱动轴的传动比，

分配计算三个驱动轴的地面纵向附着系数： $\mathrm{\μ}=\frac{F_x}{F_z}$

其中，F_z为相应驱动轴的上述载荷，F_x为驱动轴纵向驱动力：

F_x＝T_e·η/r-J_w·a_w ²/r-f·F_z，其中，T_e为电机实际输出转矩，J_w为驱动轴转动惯量，为固定值，f为滚动阻力系数，为固定值；a_w为驱动轴旋转加速度，由上述的驱动轴转速微分得到；

(5)重复上述步骤(4)，分别实际测量并计算车辆在良好路面、湿沥青路面、积雪路面和结冰路面上的地面纵向附着系数和滑转率，分别得到典型路面的地面纵向附着系数和滑转率的关系曲线，从曲线中得到与最大地面纵向附着系数相对应的最优滑转率；

(6)将当前路面的地面纵向附着系数和滑转率曲线与上述四条典型路面的曲线进行比对，得到当前路面与四条典型路面的相似程度χ₁，χ₂，χ₃，χ₄，计算当前路面的最优滑转率估计值：

${\widehat{\mathrm{\λ}}}_{\mathrm{opt}}=\frac{{\mathrm{\χ}}_1\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{opt}1}+{\mathrm{\χ}}_2\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{opt}2}+{\mathrm{\χ}}_3\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{opt}3}+{\mathrm{\χ}}_4\·{\mathrm{\λ}}_{\mathrm{opt}4}}{{\mathrm{\χ}}_1+{\mathrm{\χ}}_2+{\mathrm{\χ}}_3+{\mathrm{\χ}}_4}$

其中，λ_opt1，λ_opt2，λ_opt3，λ_opt4分别为上述典型路面的最优滑转率；

(7)根据上述计算结果进行判断，当车轮的速度大于2米/秒，且上述实际滑转率大于0.05时，若上一计算步长末驱动轴没有滑转，则当

大于或等于1时，判断该驱动轴处于滑转状态，若上一计算步长末驱动轴已处于滑转状态，则

大于或等于0.9时，判断该驱动轴处于滑转状态，并计算分配给该驱动轴的驱动转矩：

T＝P·(λ-λ_opt)+I·∫(λ-λ_opt)dt

上式中，P，I为控制参数，固定值。

(8)根据上述步骤(7)的判断结果，若三个驱动轴中有一个轴处于滑转状态，且其它驱动轴在1000毫秒之后不滑转，则将该滑转驱动轴的减小的驱动转矩转移至未滑转驱动轴，得到分配的驱动转矩；

(9)根据上述计算结果进行判断，当上一时间步长末驱动轴处于滑转状态，且进入滑转大于或等于2500毫秒，及上述防滑状态的驱动转矩小于上述预分配的驱动转矩，则驱动转矩为上述预分配驱动转矩。

上述方法中，建立三个轴的踏板深度、电机转速与转矩分配系数之间的映射表的方法，包括以下步骤：

计算三台驱动电机的总效率：

${\mathrm{\η}}_t={[\frac{K_f}{\mathrm{\η}(T_f,n)}+\frac{K_m}{\mathrm{\η}(T_m,n)}+\frac{K_r}{\mathrm{\η}(T_r,n)}]}^{-1}---\left(2.1\right)$

上式中，K_f、K_m、K_r：为前、中、后轴电机分配系数，是未知量；η(T_f，n)、η(T_m，n)、η(T_r，n)：为前、中、后轴电机系统效率，为已知量；n为三个电机的转速。

以驱动电机系统效率最优为目标：max(η_t)；

约束条件为： $\left\{\begin{array}{c}{K}_f+K_m+K_r=1\\ K_f,K_m,K_r\&Element;\left[\mathrm{0,1}\right]\\ K_f\&le;K_m{\&le;K}_r\\ T_f,T_m,T_r=<T_{\max }\end{array}\right.$

上式中，T_max为电机能够输出的最大转矩。

采用复合型算法进行求解，得到全部工况下的踏板深度、电机转速与转矩分配系数之间的映射表。如表1所示：

表1是踏板深度、电机转速与转矩分配系数之间的映射表

Claims (1)

1、一种三轴驱动的混合动力车驱动转矩的控制方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

(1)采集车辆的纵向加速度信号和车轮速度信号，采用基于卡尔曼滤波的方法进行计算得到车辆纵向车速，采集驾驶员输入的油门踏板信号，并根据油门踏板信号计算踏板深度和踏板加速度，分别采集三个驱动电机的转速信号；

(2)根据上述车辆的纵向车速，进行判断，若车速低于2米/秒，则判断控制目标为通过性；若车速高于2米/秒，且上述踏板深度超过85％或上述踏板加速度在连续5个采样周期中超过100％，则判断控制目标为动力性；若车速高于2米/秒，且上述踏板深度低于85％或上述踏板加速度在连续5个采样周期中低于100％，则判断控制目标为经济性；

(3)分别建立三个轴的踏板深度、电机转速与转矩分配系数之间的映射表，根据上述判断结果，若控制目标为通过性，则向三个驱动轴平均预分配驱动转矩；若控制目标为动力性，则根据上述车辆的纵向加速度信号分别计算三个驱动轴的载荷，并根据载荷比例向三个驱动轴预分配驱动转矩；若控制目标为经济性，则根据上述映射表中的转矩分配系数，向三个驱动轴预分配驱动转矩；

(4)根据上述驱动电机的转速信号和纵向车速，分别计算三个驱动轴的实际滑转率如下：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\&lambda;}=\frac{V_w-V}{V_w}\\ V_w=\mathrm{\&omega;}\&CenterDot;r/\mathrm{\&eta;}\end{array}\right.$

其中，V_w为相应驱动轴的转速，V为纵向车速，ω为相应驱动电机转速，r为相应驱动轮滚动半径，η为电机输出端至驱动轴的传动比，

分配计算三个驱动轴的地面纵向附着系数： $\mathrm{\&mu;}=\frac{F_x}{F_z}$

其中，F_z为相应驱动轴的上述载荷，F_x为驱动轴纵向驱动力：F_x＝T_e·η/r-J_w·a_w ²/r-f·F_z，其中，T_e为电机实际输出转矩，J_w为驱动轴转动惯量，为固定值，f为滚动阻力系数，为固定值；a_w为驱动轴旋转加速度，由上述的驱动轴转速微分得到；

(5)重复上述步骤(4)，分别实际测量并计算车辆在良好路面、湿沥青路面、积雪路面和结冰路面上的地面纵向附着系数和滑转率，分别得到典型路面的地面纵向附着系数和滑转率的关系曲线，从曲线中得到与最大地面纵向附着系数相对应的最优滑转率；

(6)将当前路面的地面纵向附着系数和滑转率曲线与上述四条典型路面的曲线进行比对，得到当前路面与四条典型路面的相似程度χ₁，χ₂，χ₃，χ₄，计算当前路面的最优滑转率估计值：

${\widehat{\mathrm{\&lambda;}}}_{\mathrm{opt}}=\frac{{\mathrm{\&chi;}}_1\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{opt}1}+{\mathrm{\&chi;}}_2\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{opt}2}+{\mathrm{\&chi;}}_3\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{opt}3}+{\mathrm{\&chi;}}_4\&CenterDot;{\mathrm{\&lambda;}}_{\mathrm{opt}4}}{{\mathrm{\&chi;}}_1+{\mathrm{\&chi;}}_2+{\mathrm{\&chi;}}_3+{\mathrm{\&chi;}}_4}$

其中，λ_opt1，λ_opt2，λ_opt3，λ_opt4分别为上述典型路面的最优滑转率；

(7)根据上述计算结果进行判断，当车轮的速度大于2米/秒，且上述实际滑转率大于0.05时，若上一计算步长末驱动轴没有滑转，则当

大于或等于1时，判断该驱动轴处于滑转状态，若上一计算步长末驱动轴已处于滑转状态，则大于或等于0.9时，判断该驱动轴处于滑转状态，并计算分配给该驱动轴的驱动转矩：

T＝P·(λ-λ_opt)+I·∫(λ-λ_opt)dt

上式中，P，I为控制参数，固定值。

(8)根据上述步骤(7)的判断结果，若三个驱动轴中有一个轴处于滑转状态，且其它驱动轴在1000毫秒之后不滑转，则将该滑转驱动轴的减小的驱动转矩转移至未滑转驱动轴，得到分配的驱动转矩；

(9)根据上述计算结果进行判断，当上一时间步长末驱动轴处于滑转状态，且进入滑转大于或等于2500毫秒，及上述防滑状态的驱动转矩小于上述预分配的驱动转矩，则驱动转矩为上述预分配驱动转矩。