CN101982360A - 一种混合动力系统汽车的动态转矩协调方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力系统汽车的动态转矩协调方法，其包括以下步骤：转矩控制策略判断混合动力系统是否满足状态切换条件；如果所述混合动力系统满足状态切换条件，则向总成控制器发送动态转矩协调控制请求，所述总成控制器收到回复后，所述混合动力系统改变运行状态并根据动态转矩协调算法确定电动机和发动机的目标转矩；如果所述混合动力系统不满足状态切换条件或所述总成控制器没有收到回复，则所述混合动力系统根据转矩控制策略确定发动机和电动机的目标转矩。本发明通过软件实现了混合动力系统汽车的动态转矩协调，降低了成本，并且可以获得整车最大的燃油经济性和平稳的整车驾驶性能。

Description

一种混合动力系统汽车的动态转矩协调方法

技术领域

本发明涉及混合动力系统汽车的控制领域，具体的涉及一种混合动力系统汽车的动态转矩协调方法。

背景技术

在应用混合动力系统的汽车中，电动机和发电机的输出状态切换时，有可能造成电动机和发电机各自输出转矩的突变，进而造成总的输出转矩的突变。例如，混合动力系统的工作状态从纯电动向发动机驱动状态切换时，根据“稳态能量管理策略”，此时电机关闭、发动机起动，电机的输出转矩由状态切换前的驱动转矩瞬间变为零，发动机的输出转矩由零变为驱动转矩；在瞬态工况如急加速和急减速时也将引起发动机和电动机输出转矩的大幅度变化。

当发动机和电动机目标转矩发生大幅度变化或突变时，在它们达到各自目标转矩之前，需要动态地协调发动机和电动机的转矩输出。一方面满足驾驶员的转矩需求，另一方面使发动机和电动机输出的转矩之和不产生较大幅度的波动。因此动态转矩协调是一个从车辆动力性和驾驶舒适性角度考虑的一个控制问题。

日本丰田公司混合动力汽车通过采用一个机械式的动力分配机构来解决混合动力系统的动态转矩协调问题。丰田混合动力系统动态转矩协调控制问题的解决完全取决于巧妙的纯机械式的动力分配机构。因此，只有安装机械式的动力分配机构的混合动力汽车才能解决转矩协调问题，这样会大大增加整车布置的难度、成本。

电子控制系统已经在汽车上普遍采用了，开发一种能够通过电子控制系统来解决动态转矩协调问题的方法很具有应用价值。

美国西南研究院曾对等速工况下状态切换对混合动力汽车驾驶性能的影响做了研究，只是描述了混合动力状态切换时车速变化和扭矩变化过程，但没有提出解决转矩协调问题的具体方法。

发明内容

为克服现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种混合动力系统汽车的动态转矩协调方法，以获得整车最大的燃油经济性和平稳的整车驾驶性能。

为解决上述技术问题，本发明的混合动力系统汽车的动态转矩协调方法，其包括以下步骤：

步骤1)转矩控制策略判断混合动力系统是否满足状态切换条件；

步骤2)如果所述混合动力系统满足状态切换条件，则向总成控制器发送动态转矩协调控制请求，所述总成控制器收到回复后，所述混合动力系统改变运行状态并根据动态转矩协调算法确定电动机和发动机的目标转矩；

步骤3)如果所述混合动力系统不满足状态切换条件，则所述混合动力系统根据转矩控制策略确定发动机和电动机的目标转矩；

步骤4)如果所述总成控制器没有收到回复，则所述混合动力系统根据转矩控制策略确定发动机和电动机的目标转矩。

稳定工况下驾驶员的需求转矩即发动机的输出转矩，其由发动机的转速和油门位置决定，如下式所示：

T_{d_req}＝f(n，σ％)

式中：T_{d_req}表示发动机的输出转矩即驾驶员的需求转矩；n表示发动机的转速；δ％表示油门位置；f(n，δ％)表示驾驶特性脉谱函数。

上式表明：通过精确台架标定后，稳定工况时，根据发动机转速和油门位置可以获知发动机的转矩输出大小。而在过渡工况时(加速，减速等)，由于废气涡轮增压器叶轮的惯性使得空气进气有着明显的滞后性，以及高压共轨系统中各种限制量的存在，使过渡工况时发动机实时发出的转矩和发动机的目标转矩不一致，因此发动机不能实现直接的转矩控制。

通过上面分析可知发动机转矩是不能直接控制的，因此，通过电动机转矩补偿的方式来弥补发动机转矩不能直接控制的问题。

本发明的汽车混合动力系统的动态转矩协调方法中，将发动机的实时转矩与发动机的目标转矩之间的差值由电动机的转矩进行补偿。

因此，电动机的最终目标转矩T_tar由两部分组成：

①发动机的目标转矩与发动机的实时转矩之差：

式中：为发动机的目标转矩；T_e为发动机的实时转矩。

②电动机的目标转矩：

即： $T_{\mathrm{tar}}=T_e^{\mathrm{tar}}-T_e+T_m^{\mathrm{tar}}=(T_e^{\mathrm{tar}}+T_m^{\mathrm{tar}})-T_e$

由于发动机的目标转矩

和电动机的目标转矩

的和即为工况下驾驶员的需求转矩T_{d_req}，所以，T_tar＝T_{d_req}-T_e。

综上所述，所述动态转矩协调方法，包括以下步骤：

a)识别出驾驶员的需求转矩T_{d_req}

在车辆行驶的过程中，驾驶员的需求转矩T_{d_req}主要是由油门位置δ％和发动机的转速n根据驾驶特性脉谱图函数f(n，δ％)来确定，T_{d_req}＝f(n，δ％)；

b)估算发动机的实时转矩T_e

通过建立发动机的平均值模型来反馈发动机的实时转矩T_e；

c)确定电动机的最终目标转矩T_tar

运用公式T_tar＝T_{d_req}-T_e，计算出电动机的最终目标转矩T_tar。

进一步的，所述转矩控制策略判断的算法如下：

a)当T_tar≥T_{m_max}时，式中T_{m_max}为电动机的最大输出转矩，电动机由于功率限制，期望转矩超过了电动机的驱动能力，电动机无法提供期望驱动转矩，此时电动机的目标转矩T_tar＝T_{m_max}；

b)当T_tar≤T_{m_min}时，式中T_{m_min}为电动机最小输出转矩，则电动机的目标转矩T_tar＝T_{m_min}；

c)当T_{m_min}＜T_tar＜T_{m_max}，则电动机的目标转矩为T_tar＝T_{d_req}-T_e。

与现有技术相比本发的混合动力系统汽车的转矩协调方法，避免了只有通过安装机械式的动力分配机构才能达到混合动力汽车转矩协调的效果，本发明通过软件实现了混合动力系统汽车的动态转矩协调，降低了成本，并且可以获得整车最大的燃油经济性和平稳的整车驾驶性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的技术实施过程做进一步说明。

一种混合动力系统汽车的动态转矩协调方法，包括以下步骤：

步骤1)转矩控制策略判断混合动力系统是否满足状态切换条件；

步骤2)如果所述混合动力系统满足状态切换条件，则向总成控制器发送动态转矩协调控制请求，所述总成控制器收到回复后，所述混合动力系统改变运行状态并根据动态转矩协调算法确定电动机和发动机的目标转矩；

步骤3)如果所述混合动力系统不满足状态切换条件，则所述混合动力系统根据转矩控制策略确定发动机和电动机的目标转矩；

步骤4)如果所述总成控制器没有收到回复，则所述混合动力系统根据转矩控制策略确定发动机和电动机的目标转矩。

稳定工况下驾驶员的需求转矩即发动机的输出转矩，其由发动机的转速和油门位置决定，如下式所示：

T_{d_req}＝f(n，σ％)

式中：T_{d_req}表示发动机的输出转矩即驾驶员的需求转矩；n表示发动机的转速；δ％表示油门位置；f(n，δ％)表示驾驶特性脉谱函数。

上式表明：通过精确台架标定后，稳定工况时，根据发动机转速和油门位置可以获知发动机的转矩输出大小。而在过渡工况时(加速，减速等)，由于废气涡轮增压器叶轮的惯性使得空气进气有着明显的滞后性，以及高压共轨系统中各种限制量的存在，使过渡工况时发动机实时发出的转矩和发动机的目标转矩不一致，因此发动机不能实现直接的转矩控制。

通过上面分析可知发动机转矩是不能直接控制的，因此，通过电动机转矩补偿的方式来弥补发动机转矩不能直接控制的问题。

本发明的汽车混合动力系统的动态转矩协调方法中，将发动机的实时转矩与发动机的目标转矩之间的差值由电动机的转矩进行补偿。

因此，电动机的最终目标转矩T_tar由两部分组成：

①发动机的目标转矩与发动机的实时转矩之差：

式中：为发动机的目标转矩；T_e为发动机的实时转矩。

②电动机的目标转矩：

即： $T_{\mathrm{tar}}=T_e^{\mathrm{tar}}-T_e+T_m^{\mathrm{tar}}=(T_e^{\mathrm{tar}}+T_m^{\mathrm{tar}})-T_e$

由于发动机的目标转矩

和电动机的目标转矩

的和即为工况下驾驶员的需求转矩T_{d_req}，所以，T_tar＝T_{d_req}-T_e。

综上所述，所述动态转矩协调方法，包括以下步骤：

a)识别出驾驶员的需求转矩T_{d_req}

在车辆行驶的过程中，驾驶员的需求转矩T_{d_req}主要是由油门位置δ％和发动机的转速n根据驾驶特性脉谱图函数f(n，δ％)来确定，T_{d_req}＝f(n，δ％)；

b)估算发动机的实时转矩T_e

通过建立发动机的平均值模型来反馈发动机的实时转矩T_e；

c)确定电动机的最终目标转矩T_tar

运用公式T_tar＝T_{d_req}-T_e，计算出电动机的最终目标转矩T_tar。

混合动力汽车的转矩控制策略主要根据电池荷电状态(State of Charge，SOC)、驾驶员的加速踏板位置、车速和驱动轮的功率等需求，按照一定的算法使发动机和汽车起动发电一体机(Integrated Starter and Generator，简称ISG)输出相应的转矩(或功率)，以满足驱动轮的力矩需求。

当混合动力系统的运行状态发生切换时，转矩控制策略根据转矩需求、发动机万有特性脉谱图以及ISG有效运行范围来确定状态切换中发动机和ISG的目标转矩。在状态切换中，发动机和ISG的目标转矩都发生了变化，为保证状态切换过程中汽车运行的平顺性，就必须在状态切换中对发动机和ISG进行动态转矩协调控制，从而使状态切换前后发动机和ISG的转矩输出之和保持不变或者尽可能小的波动。

转矩控制策略是以转矩作为主要的控制变量，在发动机和ISG之间对转矩进行分配的控制策略，所述转矩控制策略判断的算法如下：

a)当T_tar≥T_{m_max}时，式中T_{m_max}为电动机的最大输出转矩，电动机由于功率限制，期望转矩超过了电动机的驱动能力，电动机无法提供期望驱动转矩，此时电动机的目标转矩T_tar＝T_{m_max}；

b)当T_tar≤T_{m_min}时，式中T_{m_min}为电动机最小输出转矩，则电动机的目标转矩T_tar＝T_{m_min}；

c)当T_{m_min}＜T_tar＜T_{m_max}，则电动机的目标转矩为T_tar＝T_{d_req}-T_e。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种混合动力系统汽车的动态转矩协调方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)转矩控制策略判断混合动力系统是否满足状态切换条件；

步骤2)如果所述混合动力系统满足状态切换条件，则向总成控制器发送动态转矩协调控制请求，所述总成控制器收到回复后，所述混合动力系统改变运行状态并根据动态转矩协调算法确定电动机和发动机的目标转矩；

步骤3)如果所述混合动力系统不满足状态切换条件，则所述混合动力系统根据转矩控制策略确定发动机和电动机的目标转矩；

步骤4)如果所述总成控制器没有收到回复，则所述混合动力系统根据转矩控制策略确定发动机和电动机的目标转矩。

2.根据权利要求1所述的混合动力系统汽车的动态转矩协调方法，其特征在于，所述动态转矩协调算法包括以下步骤：

a)识别出驾驶员的需求转矩T_{d_req}，

在车辆行驶的过程中，驾驶员的需求转矩T_{d_req}主要是由油门位置δ％和发动机的转速n根据驾驶特性脉谱图函数f(n，δ％)来确定，T_{d_req}＝f(n，δ％)；

b)估算发动机的实时转矩T_e，

通过建立发动机的平均值模型来反馈发动机的实时转矩T_e；

c)确定电动机的最终目标转矩T_tar，

运用公式T_tar＝T_{d_req}-T_e，计算出电动机的最终目标转矩T_tar。

3.根据权利要求2所述的混合动力系统汽车的动态转矩协调方法，其特征在于，所述转矩控制策略判断的算法如下：

a)当T_tar≥T_{m_max}时，式中T_{m_max}为电动机的最大输出转矩，此时电动机的目标转矩T_tar＝T_{m_max}；

b)当T_tar≤T_{m_min}时，式中T_{m_min}为电动机最小输出转矩，则电动机的目标转矩T_tar＝T_{m_min}；

c)当T_{m_min}＜T_tar＜T_{m_max}，则电动机的目标转矩为T_tar＝T_{d_req}-T_e。