CN102390377A - 一种混合动力汽车发动机和电机扭矩协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种混合动力行驶过程中协调控制发动机和电机扭矩满足变速器减扭需求的方法，通过协调控制电机和发动机的扭矩达到减扭目的，利用电机的快速响应特性增加减扭的响应速度，有利于速比的调节，使驾驶舒适性和动力性得到改善，同时优先通过调节电机扭矩达到减扭目的，减少发动机的动态过程，使发动机工作得更平稳，提高了经济性。

Description

一种混合动力汽车发动机和电机扭矩协调控制方法

技术领域

本发明涉及发动机和电机扭矩协调控制方法，特别涉及一种并联型混合动力汽车行驶过程中发动机和电机扭矩协调控制方法。

背景技术

随着全球能源紧缺和汽车排放对环境污染等问题日益严重，推进低能耗、低排放的新能源汽车已成为各界的共识。混合动力汽车是目前大规模产业化的首选，同时随着用户对驾驶性及舒适性需求的增加，开发带自动变速器特别是无极变速器的混合动力汽车十分有必要，无级变速器（CVT）和手动档变速器（MT）或者有级自动变速器（AT）相比驾驶舒适性和动力性有很大的提高，这主要是由于CVT的速比是连续变化的，动力传递没有中断，但由于CVT本身的特性在某些工况下需要适当减小变速器传递的扭矩，减扭的响应时间和进度对驾驶舒适性、动力性和经济性的影响至关重要。

对于常规车辆只能通过调节发动机的扭矩达到减扭的目的，但发动机扭矩响应慢，动态过程油耗高，排放也更差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种混合动力行驶过程中协调控制发动机和电机扭矩满足变速器减扭需求的方法，通过协调控制电机和发动机的扭矩达到减扭目的，极大的改善了上述单一控制发动机的不足，使驾驶舒适性、动力性和经济性得到改善。

本发明的技术方案包括如下步骤：

（1）汽车行驶过程中由整车控制器（HCU）对驾驶员需求扭矩(Tq_drv_req)进行分配，发动机目标扭矩为Tq_ice_req，电机目标扭矩为Tq_mg_req，Tq_drv_req=Tq_ice_req+Tq_mg_req，HCU通过CAN通信将Tq_ice_req和Tq_mg_req分别发给发动机控制器ECU和电机控制器IPU。HCU不进行减扭控制时，ECU控制发动机扭矩等于Tq_ice_req，IPU控制电机扭矩等于Tq_mg_req。当驾驶员需求扭矩超过一定值（Tq_boost,大小通过实车标定确定）时，HCU控制电机进行助力（此时Tq_mg_req>0，具体大小通过实车标定确定）；当电池电量较低（荷电状态值SOC小于一定值SOC_charge），HCU控制电机进行充电（此时Tq_mg_req<0，具体大小通过实车标定确定）；当Tq_drv_req<= Tq_boost或者SOC>SOC_charge时，只有发动机单独工作驱动车辆行驶。当无极自动变速器（CVT）需要变速器输入轴的扭矩减小时，由变速器控制器（TCU）通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值Tq_trans_in_req，和减扭需求有效标志Flag_tq_reduct，Flag_tq_reduct=1表示需要减扭，Flag_tq_reduct=0表示不需要减扭；

（2）设当前发动机的输出扭矩为Tq_ice_act，当前电机输出扭矩为Tq_mg_act，当前变速器输入轴的扭矩Tq_tran_in_act则等于发动机输出扭矩和电机输出扭矩之和，Tq_tran_in_act=（Tq_ice_act+Tq_mg_act）；

（3）在步骤（2）计算出的当前扭矩输出Tq_tran_in_act基础上变速器输入轴需要减少的扭矩值DeltaTorqueReduct =  Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act。如果DeltaTorqueReduct<0，并且Flag_tq_reduct=1继续进行下面的步骤进行减扭控制；如果DeltaTorqueReduct>=0，或者Flag_tq_reduct=0则不进行减扭控制；

（4）HCU根据电机当前的工作模式对发动机和电机扭矩进行协调控制，达到减扭的目的：

设电机减扭目标值TorqueMGReduct，电机的最小使用扭矩为TorqueMGMin，发动机减扭目标值为TorqueICEReduct，电机减扭目标值加上发动机减扭目标值等于变速器控制器（TCU）通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值，即TorqueMGReduct+TorqueICEReduct=Tq_trans_in_req。当HCU需要发动机进行减扭时，会将发动机减扭目标值TorqueICEReduct和减扭需求有效标志Flag_tq_ice_reduct(需要减扭时等于1，不需要减扭时等于0)通过CAN通信发给ECU，ECU收到Flag_tq_ice_reduct等于1时，将控制发动机扭矩等于TorqueICEReduct，同时不再响应HCU发出的扭矩需求Tq_ice_req；当HCU需要电机进行减扭时，会将电机减扭目标值TorqueMGReduct和减扭需求有效标志Flag_tq_mg_reduct(需要减扭时等于1，不需要减扭时等于0)通过CAN通信发给IPU，IPU收到Flag_tq_mg_reduct等于1时，将控制电机扭矩等于TorqueMGReduct，同时不再响应HCU发出的扭矩需求Tq_mg_req。

如果当前电机工作在助力模式，电机输出扭矩Tq_mg_act>0，则减少电机扭矩，具体方法如下：

电机助力情况1：

当|DeltaTorqueReduct| >=Tq_mg_act，

TorqueMGReduct = 0，Flag_tq_mg_reduct=1,

TorqueICEReduct = Tq_trans_in_req，Flag_tq_ice_reduct=1；

电机助力情况2：

当|DeltaTorqueReduct |< Tq_mg_act，

TorqueMGReduct = Tq_mg_req +DeltaTorqueReduct，Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_ice_req，Flag_tq_ice_reduct=0；

如果电机工作在充电模式，Tq_mg_act<0，优先通过增加电机扭矩的方法使变速器输入轴扭矩减小，具体方法如下：

电机充电情况1：

当DeltaTorqueReduct+Tq_mg_act >= TorqueMGMin，

TorqueMGReduct = Tq_mg_req +DeltaTorqueReduct，Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_ice_req，Flag_tq_ice_reduct=0；

电机充电情况2：

当DeltaTorqueReduct+Tq_mg_act < TorqueMGMin，

TorqueMGReduct = TorqueMGMin，Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_ice_req+DeltaTorqueReduct+Tq_mg_req –TorqueMGMin，

Flag_tq_ice_reduct=1，；

发动机单独工作情况：

如果电机没有扭矩输出，只是发动机单独工作驱动车辆，电机仍然不工作，TorqueMGReduct=0，Flag_tq_mg_reduct=0发动机减扭目标值TorqueICEReduct= Tq_trans_in_req，Flag_tq_ice_reduct=1。

与现有技术相比，本发明利用电机的快速响应特性增加了减扭的响应速度，有利于速比的调节，使驾驶舒适性和动力性得到改善，同时由于优先通过调节电机扭矩达到减扭目的，减少了发动机的动态过程，使发动机工作得更平稳，提高了经济性。

附图说明

图1：一种并联混合动力系统示意图；

图2：电机助力情况1；

图3：电机助力情况2；

图4：电机充电情况1；

图5：电机充电情况2；

图6：发动机单独工作情况；

图7：流程图。

具体实施方式

图1所示为并联混合动力系统，其包括整车控制器HCU 1，ISG电机控制器IPU2，动力电池3，变速器控制器TCU4，无极变速器CVT5，离合器6，ISG电机7（以下简称电机），发动机8，发动机控制器ECU9。

本发明方法以整车控制器HCU1为载体，通过包含此控制方法在内的并联混合动力系统实现，下面分五种不同情况，结合图7对本发明的技术实施过程进行说明。

电机助力情况1（参见图2）：

1）车辆行驶到一定状态，驾驶员的需求扭矩Tq_drv_req=160Nm，Tq_boost=120Nm, Tq_drv_req> Tq_boost，需要电机进行助力，整车控制器HCU1分配给发动机目标扭矩为Tq_ice_req=120Nm，分配给电机目标扭矩为Tq_mg_req=40Nm，此时变速器控制器TCU4判断需要减小变速器输入轴扭矩，并通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值Tq_trans_in_req=100Nm，减扭需求有效标志Flag_tq_reduct=1；

2）设当前发动机的输出扭矩为Tq_ice_act=120Nm，电机输出扭矩为Tq_mg_act=40Nm，变速器输入轴的扭矩为Tq_tran_in_act，变速器输入轴的扭矩等于发动机输出扭矩和电机输出扭矩之和，Tq_tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=120+40=160Nm；

3）在当前扭矩输出基础上需要减少的扭矩值DeltaTorqueReduct =  Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act=100-160=-60Nm，DeltaTorqueReduct<0且Flag_tq_reduct=1，继续进行下面的步骤进行减扭控制； 

4）HCU根据电机当前的工作状态对发动机和电机扭矩进行协调控制达到减扭的目的。

设电机减扭后的目标值TorqueMGReduct，电机的最小使用扭矩为TorqueMGMin=-110Nm；发动机减扭后的目标值为TorqueICEReduct。

因为Tq_mg_act=40Nm >0，当前电机工作在助力模式，优先减少电机扭矩，具体方法如下：

|DeltaTorqueReduct|=|-60|=60Nm，

Tq_mg_act=40Nm，

所以|DeltaTorqueReduct|>= Tq_mg_act，

所以TorqueMGReduct = 0Nm，Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_trans_in_req=100Nm，Flag_tq_ice_reduct=1。

 

电机助力情况2（参见图3）：

1）车辆行驶到一定状态，驾驶员的需求扭矩等于Tq_drv_req=130Nm，Tq_boost=110Nm, Tq_drv_req> Tq_boost，需要电机进行助力，整车控制器HCU1分配给发动机目标扭矩Tq_ice_req=100Nm，分配给电机目标扭矩为Tq_mg_req=30Nm，此时变速器控制器TCU4判断需要减小变速器输入轴扭矩，并通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值Tq_trans_in_req=110Nm，减扭需求有效标志Flag_tq_reduct=1；

2）设当前发动机的输出扭矩为Tq_ice_act=100Nm，电机输出扭矩为Tq_mg_act=30Nm，变速器输入轴的扭矩为Tq_tran_in_act，等于发动机输出扭矩和电机输出扭矩之和，Tq_tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=100+30=130Nm；

3）在当前扭矩输出基础上需要减少的扭矩值DeltaTorqueReduct =  Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act=110-130=-20Nm，DeltaTorqueReduct<0，且Flag_tq_reduct=1，继续进行下面的步骤进行减扭控制； 

4）HCU根据电机当前的工作状态对发动机和电机扭矩进行协调控制达到减扭的目的。

设电机减扭后的目标值TorqueMGReduct，电机的最小使用扭矩为TorqueMGMin=-110Nm；发动机减扭后的目标值为TorqueICEReduct。

因为Tq_mg_act=30Nm >0，当前电机工作在助力模式，优先减少电机扭矩，具体方法如下：

|DeltaTorqueReduct|=|-20|=20Nm，

Tq_mg_act=30Nm，

所以|DeltaTorqueReduct|< Tq_mg_act，

所以TorqueMGReduct = Tq_mg_req+ DeltaTorqueReduct=30-20=10Nm，Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_ice_req=100Nm，Flag_tq_mg_reduct=0。

 

电机充电情况1（参见图4）：

1）车辆行驶到一定状态，驾驶员的需求扭矩等于Tq_drv_req=80Nm，电池荷电状态SOC=40，SOC_charge=60，SOC< SOC_charge，需要电机工作在充电模式，整车控制器HCU1分配给发动机目标扭矩Tq_ice_req=100Nm，分配给电机目标扭矩为Tq_mg_req=-20Nm，此时变速器控制器TCU4判断需要减小变速器输入轴扭矩，并通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值Tq_trans_in_req=50Nm，减扭需求有效标志Flag_tq_reduct=1；

2）设当前发动机的输出扭矩为Tq_ice_act=100Nm，电机输出扭矩为Tq_mg_act=-20Nm，变速器输入轴的扭矩为Tq_tran_in_act，等于发动机输出扭矩和电机输出扭矩之和，Tq_tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=100-20=80Nm；

3）在当前扭矩输出基础上需要减少的扭矩值DeltaTorqueReduct =  Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act=50-80=-30Nm，DeltaTorqueReduct<0，且Flag_tq_reduct=1，继续进行下面的步骤进行减扭控制； 

4）HCU根据电机当前的工作状态对发动机和电机扭矩进行协调控制达到减扭的目的。

设电机减扭后的目标值TorqueMGReduct，电机的最小使用扭矩为TorqueMGMin=-110Nm；发动机减扭后的目标值为TorqueICEReduct。

因为Tq_mg_act=-20Nm < 0，当前电机工作在充电模式，优先增加电机扭矩，具体方法如下：

DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_act=-30-20=-50Nm，

TorqueMGMin=-110Nm，

所以DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_act> TorqueMGMin，

所以TorqueMGReduct = Tq_mg_req +DeltaTorqueReduct=-20-30=-50Nm，

     Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_ice_req=100Nm,，Flag_tq_ice_reduct=0。

 

电机充电情况2（参见图5）：

1）车辆行驶到一定状态，驾驶员的需求扭矩等于Tq_drv_req=80Nm，电池荷电状态SOC=40，SOC_charge=60，SOC< SOC_charge，需要电机工作在充电模式，整车控制器HCU1分配给发动机目标扭矩Tq_ice_req=100Nm，分配给电机目标扭矩为Tq_mg_req=-20Nm，此时变速器控制器TCU4判断需要减小变速器输入轴扭矩，并通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值Tq_trans_in_req=20Nm，减扭需求有效标志Flag_tq_reduct=1；

2）设当前发动机的输出扭矩为Tq_ice_act=100Nm，电机输出扭矩为Tq_mg_act=-20Nm，变速器输入轴的扭矩为Tq_tran_in_act，等于发动机输出扭矩和电机输出扭矩之和，Tq_tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=100-20=80Nm；

3）在当前扭矩输出基础上需要减少的扭矩值DeltaTorqueReduct =  Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act=20-80=-60Nm，DeltaTorqueReduct<0，且Flag_tq_reduct=1，继续进行下面的步骤进行减扭控制； 

4）HCU根据电机当前的工作状态对发动机和电机扭矩进行协调控制达到减扭的目的。

设电机减扭后的目标值TorqueMGReduct，电机的最小使用扭矩为TorqueMGMin=-50Nm；发动机减扭后的目标值为TorqueICEReduct。

因为Tq_mg_act=-20Nm < 0，当前电机工作在充电模式，优先增加电机扭矩，具体方法如下：

DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_act=-60-20=-80Nm，

TorqueMGMin=-50Nm，

所以DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_act< TorqueMGMin，

所以TorqueMGReduct = TorqueMGMin=-50Nm，Flag_tq_mg_reduct=1,

TorqueICEReduct = Tq_ice_req+DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_req –TorqueMGMin

=100-60-20-(-50)=70Nm,

Flag_tq_ice_reduct=1。

 

发动机单独工作情况（参见图6）：

1）车辆行驶到一定状态，驾驶员的需求扭矩Tq_drv_req=80Nm，Tq_boost=110Nm， Tq_drv_req< Tq_boost，不需要电机进行助力；电池荷电状态SOC=70，SOC_charge=60，SOC> SOC_charge，也不需要电机工作在充电模式。整车控制器HCU1分配给发动机目标扭矩Tq_ice_req=80Nm，分配给电机目标扭矩为Tq_mg_req=0Nm，此时变速器控制器TCU4判断需要减小变速器输入轴扭矩，并通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值Tq_trans_in_req=40Nm，减扭需求有效标志Flag_tq_reduct=1；

2）设当前发动机的输出扭矩为Tq_ice_act=80Nm，电机输出扭矩为Tq_mg_act=0Nm，变速器输入轴的扭矩为Tq_tran_in_act，等于发动机输出扭矩和电机输出扭矩之和，Tq_tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=80-0=80Nm；

3）在当前扭矩输出基础上需要减少的扭矩值DeltaTorqueReduct =  Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act=40-80=-40Nm，DeltaTorqueReduct<0，且Flag_tq_reduct=1，继续进行下面的步骤进行减扭控制； 

4）HCU根据电机当前的工作状态对发动机和电机扭矩进行协调控制达到减扭的目的。

设电机减扭后的目标值TorqueMGReduct，电机的最小使用扭矩为TorqueMGMin=-50Nm；发动机减扭后的目标值为TorqueICEReduct。

因为Tq_mg_act=0，当前电机没有工作，发动机单独驱动车辆行驶，具体方法如下：

TorqueMGReduct =0，Flag_tq_mg_reduct=0,

TorqueICEReduct = Tq_trans_in_req=40Nm，Flag_tq_ice_reduct=1。

Claims (1)

1.一种混合动力汽车发动机和电机扭矩协调控制方法，其包括以下步骤：

（1）汽车行驶过程中由整车控制器HCU对驾驶员需求扭矩Tq_drv_req进行分配，发动机目标扭矩为Tq_ice_req，电机目标扭矩为Tq_mg_req，Tq_drv_req=Tq_ice_req+Tq_mg_req，HCU通过CAN通信将Tq_ice_req和Tq_mg_req分别发给发动机控制器ECU和电机控制器IPU；HCU不进行减扭控制时，ECU控制发动机扭矩等于Tq_ice_req，IPU控制电机扭矩等于Tq_mg_req；当驾驶员需求扭矩超过通过实车标定确定值Tq_boost时，HCU控制电机进行助力，此时Tq_mg_req>0，具体大小通过实车标定确定；当电池电量较低，即荷电状态值SOC小于一定值SOC_charge，HCU控制电机进行充电，此时Tq_mg_req<0，具体大小通过实车标定确定；当Tq_drv_req<= Tq_boost或者SOC>SOC_charge时，只有发动机单独工作驱动车辆行驶；当无极自动变速器CVT需要变速器输入轴的扭矩减小时，由变速器控制器TCU通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值Tq_trans_in_req，和减扭需求有效标志Flag_tq_reduct，Flag_tq_reduct=1表示需要减扭，Flag_tq_reduct=0表示不需要减扭；

（2）设当前发动机的输出扭矩为Tq_ice_act，当前电机输出扭矩为Tq_mg_act，当前变速器输入轴的扭矩Tq_tran_in_act则等于发动机输出扭矩和电机输出扭矩之和，Tq_tran_in_act=（Tq_ice_act+Tq_mg_act）；

（3）在步骤（2）计算出的当前扭矩输出Tq_tran_in_act基础上变速器输入轴需要减少的扭矩值DeltaTorqueReduct =  Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act；如果DeltaTorqueReduct<0，并且Flag_tq_reduct=1继续进行下面的步骤进行减扭控制；如果DeltaTorqueReduct>=0，或者Flag_tq_reduct=0则不进行减扭控制；

（4）HCU根据电机当前的工作模式对发动机和电机扭矩进行协调控制，达到减扭的目的：

设电机减扭目标值TorqueMGReduct，电机的最小使用扭矩为TorqueMGMin，发动机减扭目标值为TorqueICEReduct，电机减扭目标值加上发动机减扭目标值等于变速器控制器TCU通过CAN通信向HCU发出扭矩减小的目标值，即TorqueMGReduct+TorqueICEReduct=Tq_trans_in_req；当HCU需要发动机进行减扭时，会将发动机减扭目标值TorqueICEReduct和减扭需求有效标志Flag_tq_ice_reduct通过CAN通信发给ECU，需要减扭时，减扭需求有效标志Flag_tq_ice_reduct等于1，不需要减扭时等于0；ECU收到Flag_tq_ice_reduct等于1时，将控制发动机扭矩等于TorqueICEReduct，同时不再响应HCU发出的扭矩需求Tq_ice_req；当HCU需要电机进行减扭时，会将电机减扭目标值TorqueMGReduct和减扭需求有效标志Flag_tq_mg_reduct通过CAN通信发给IPU，需要减扭时，减扭需求有效标志Flag_tq_mg_reduct等于1，不需要减扭时等于0，IPU收到Flag_tq_mg_reduct等于1时，将控制电机扭矩等于TorqueMGReduct，同时不再响应HCU发出的扭矩需求Tq_mg_req；

如果当前电机工作在助力模式，电机输出扭矩Tq_mg_act>0，则减少电机扭矩，具体方法如下：

电机助力情况1：

当|DeltaTorqueReduct| >=Tq_mg_act，

TorqueMGReduct = 0，Flag_tq_mg_reduct=1,

TorqueICEReduct = Tq_trans_in_req，Flag_tq_ice_reduct=1；

电机助力情况2：

当|DeltaTorqueReduct |< Tq_mg_act，

TorqueMGReduct = Tq_mg_req +DeltaTorqueReduct，Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_ice_req，Flag_tq_ice_reduct=0；

如果电机工作在充电模式，Tq_mg_act<0，优先通过增加电机扭矩的方法使变速器输入轴扭矩减小，具体方法如下：

电机充电情况1：

当DeltaTorqueReduct+Tq_mg_act >= TorqueMGMin，

TorqueMGReduct = Tq_mg_req +DeltaTorqueReduct，Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_ice_req，Flag_tq_ice_reduct=0；

电机充电情况2：

当DeltaTorqueReduct+Tq_mg_act < TorqueMGMin，

TorqueMGReduct = TorqueMGMin，Flag_tq_mg_reduct=1，

TorqueICEReduct = Tq_ice_req+DeltaTorqueReduct+Tq_mg_req –TorqueMGMin，

Flag_tq_ice_reduct=1；

发动机单独工作情况：

如果电机没有扭矩输出，只是发动机单独工作驱动车辆，电机仍然不工作，TorqueMGReduct=0，Flag_tq_mg_reduct=0发动机减扭目标值TorqueICEReduct= Tq_trans_in_req，Flag_tq_ice_reduct=1。

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