CN105667340B - 一种混合动力车辆的驱动电机制动防抖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车辆的驱动电机制动防抖方法，包括以下步骤：检测驱动电机当前时刻的制动需求扭矩，前一时刻的制动目标扭矩，以及驱动电机的当前转速；比较当前时刻的制动需求扭矩与前一时刻的制动目标扭矩的大小，以识别制动扭矩的变化趋势；在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于低速段，则在当前时刻的制动需求扭矩低于低扭矩预设值时，按照动态下降率降低当前时刻的制动目标扭矩；其中，随着驱动电机的转速降低该动态下降率也降低，以防止驱动电机的转速降低过快。本申请在不更改出厂车辆配置的前提下对驱动电机输出的制动扭矩进行优化，可以改善车辆的制动性能。

Description

一种混合动力车辆的驱动电机制动防抖方法

技术领域

本发明涉及混合动力车辆技术领域，具体地说，涉及一种混合动力车辆的驱动电机制动防抖方法。

背景技术

根据混合动力客车驱动结构类型的不同，混合动力系统传动链常见结构分为“发动机-离合器-驱动电机”或“发动机-ISG电机-离合器-驱动电机”两种。当车速较低时，离合器分离，由驱动电机直接驱动车辆；当车速较高时，离合器结合，发动机与电机联合作用，共同驱动车辆。

混合动力系统采用驱动电机实现制动能量回收，回收的电量用于车辆驱动，这样能够有效减少发动机驱动时间，降低整车油耗。现有混合动力系统的传动链结构大部分是将驱动电机与车辆后桥直接连接，或通过变速箱连接。

图1为驱动电机的典型外特性示意图。在牵引工况下，在低速段，驱动电机恒扭矩输出牵引扭矩，最大扭矩为峰值扭矩；随着转速上升，驱动电机的输出功率加大，当达到最大功率后，驱动电机恒功率输出。在制动工况下，驱动电机的外特性与图1所示类似。

由于在制动时驱动电机输出反向的制动力阻碍车辆的运行。电机转速下降至零时，持续的制动扭矩输出会导致输出轴反转，目前常用的做法是在低速段限制电机最大制动扭矩的输出。电机转速越低，制动扭矩限制越明显。图2为驱动电机在制动工况下最大扭矩输出示意图。为防止电机反转，低速段电机不能输出峰值扭矩，需按照电机转速进行限制，转速越低，电机最大制动扭矩越小；零转速附近存在制动死区，电机无制动扭矩输出。

当电机与空气制动机构联合作用时，由于车速降低导致的电机制动扭矩单方面下降，会使得总的联合制动力减弱；当制动力不足以克服当前车辆的运动惯性时，由于机械弹性会使得车速出现小幅抬升，而车速的上升又会导致电机制动扭矩增加，再次抑制车速的变化，如此反复，导致车辆在此时出现转速波动。驱动电机转速波动容易引发车身抖动，影响车辆驾驶舒适性，严重时会出现乘客无法站稳、摔倒等安全事故。

因此，亟需一种在不更改出厂车辆配置的前提下对驱动电机输出的制动扭矩进行优化的方法，来改善车辆的制动性能。

发明内容

本发明的目的之一在于解决现有的混合动力车辆的驱动电机在制动过程中容易引起转速波动的技术缺陷。

本发明的实施例提供一种混合动力车辆的驱动电机制动防抖方法，包括以下步骤：

检测驱动电机当前时刻的制动需求扭矩，前一时刻的制动目标扭矩，以及驱动电机的当前转速；

比较当前时刻的制动需求扭矩与前一时刻的制动目标扭矩的大小，以识别制动扭矩的变化趋势；

在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于低速段，则在当前时刻的制动需求扭矩低于低扭矩预设值时，按照动态下降率降低当前时刻的制动目标扭矩；

其中，随着驱动电机的转速降低该动态下降率也降低，以防止驱动电机的转速降低过快。

在一个实施例中，还包括：

当电机最大制动扭矩降低时，在低转速段设置的回差区间内保持电机最大制动扭矩为恒定值，在驱动电机的转速降低至死区区间内保持电机最大制动扭矩为零；并且

当电机最大制动扭矩增大时，在低转速段设置的死区区间和回差区间内保持电机最大制动扭矩为零，在驱动电机的转速增大至高于回差区间后，逐渐增加电机最大制动扭矩；

从而避免在回差区间内电机转速波动导致电机制动扭矩的变化。

在一个实施例中，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于低速段，则在当前时刻的制动需求扭矩高于低扭矩预设值时，按照最大制动扭矩下降率降低当前时刻的制动目标扭矩。

在一个实施例中，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于高速段，则

在当前时刻的制动需求扭矩高于低扭矩预设值时，按照最大制动扭矩下降率降低当前时刻的制动目标扭矩；

在当前时刻的制动需求扭矩低于低扭矩预设值时，按照最大制动扭矩下降率的一半降低当前时刻的制动目标扭矩。

在一个实施例中，还包括：

在前一时刻驱动电机处于牵引状态，且检测到制动需求扭矩为提供牵引力时，则识别为车辆的行驶状态为驱动工况，在当前时刻不输出制动目标扭矩。

在一个实施例中，还包括：

在前一时刻驱动电机处于牵引状态，且检测到制动需求扭矩为提供制动力时，则识别车辆的行驶状态为由驱动工况变化至制动工况，按照最大驱动扭矩下降率降低驱动电机的驱动扭矩。

在一个实施例中，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动状态，且制动扭矩的变化趋势为趋向于增强的情况下，按照最大制动扭矩上升率增大驱动电机的制动目标扭矩。

在一个实施例中，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动状态，且制动扭矩的变化趋势为变化为趋向于零时，按照最大制动扭矩下降率降低驱动电机的制动目标扭矩。

在一个实施例中，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动状态，且检测到制动需求扭矩为提供牵引力时，则识别车辆的行驶状态为由制动工况变化至驱动工况，按照最大制动扭矩下降率降低驱动电机的制动目标扭矩。

本发明实施例将低速段驱动电机输出的最大制动扭出设置为恒定值，允许输出的扭矩较小；同时设置制动扭矩使能回差区间，回差宽度△N。当制动扭矩在转速点N限制为零后，转速必须回升至N+△N以上才能恢复电机制动；而在驱动电机转速降低至N+△N时，最大制动扭矩稳定在恒定数值，直到驱动电机转速降低至N之后，最大驱动电机的制动扭矩才降低至零。这样对于转速变化在[N,N+△N]范围内的抖动，都可以进行有效过滤。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为现有技术中驱动电机典型外特性曲线图；

图2为现有技术中驱动电机在制动工况下最大扭矩输出示意图；

图3为本发明实施例的实现防抖动效果的电机制动最大扭矩输出示意图；

图4为本发明实施例的制动扭矩变化率控制的原理性示意图；

图5为本发明实施例的制动扭矩变化率的曲线图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

以下结合说明书附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。并且在不相冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

由图2可以看出，混合动力车辆的制动抖动主要集中在驱动电机的低转速段内。此时，电机转速的变化会导致最大制动扭矩的变化。为了防止抖动，本发明的实施例将低速段输出的电机最大制动扭矩设定为数值较小恒定值，同时在低速段内设置有宽度为△N的回差区间。图3为本发明实施例的实现防抖动效果的电机制动最大扭矩输出示意图。

在图3中，当驱动电机的制动扭矩的最大值从零增大为特定数值时，还要同时检测电机的即时转速。例如，检测到电机当前的即时转速在从转速点N增大至N+△N的范围内，制动扭矩的最大值保持为零，也就是说，驱动电机并不产生制动力，避免转速波动导致制动力变化。直到检测到电机的即时转速超过N+△N之后，驱动电机产生最大值为△T的制动扭矩。之后，随着电机即时转速的增大，制动扭矩的最大值从△T开始逐渐增大。在这一过程中，制动扭矩的最大值按照图3中虚线部分进行变化。

相反地，当驱动电机的制动扭矩从特定数值减小至零时，也要同时检测电机的即时转速。例如，在检测到电机当前的即时转速减小至转速点N+△N时，制动扭矩的最大值减小至△T。随着电机即时转速的减小，制动扭矩的最大值稳定保持为△T，而不是现有技术中图2所示的那样随着电机转速的降低，制动扭矩的最大值也降低。这样能防止车速在当前的运动惯性作用下上升。直到检测到电机当前的即时转速减小至转速点N以下，制动扭矩的最大值从△T开始变化至零。在这一过程中，制动扭矩的最大值按照图3中实线部分进行变化。

由上述分析过程可以看出，本发明的实施例在电机制动扭矩最大值的变化中设置了宽度为△N的回差区间，对于电机转速在[N,N+△N]范围内的抖动，都可以进行有效过滤。

基于上述的原则，本实施例提供一种驱动电机制动防抖方法，主要通过制动扭矩变化率自适应专家系统来实现在不同工况下对制动扭矩的调整。图4为本发明实施例的制动扭矩变化率控制的原理性示意图。制动扭矩变化率专家系统存储了多种制动工况下扭矩变化率的输出特性，不同制动工况通过当前时刻的制动需求扭矩上一时刻电机目标扭矩T(n-1)，以及当前电机转速N(n)的对比关系进行识别，来确定当前时刻的制动需求扭矩的变化趋势，并对进行调整，输出当前时刻的电机目标扭矩T(n)。

该方法涉及的驱动电机有关参数如下：

1)制动扭矩最大允许上升率U'_max；

2)驱动扭矩最大允许下降率D_max；

3)制动扭矩最大允许下降率D'_max；

4)电机最大扭矩T_max；

5)单位车速(km/h)对应的电机转速N'。

制动扭矩的给定应不影响车辆的操作性能。为了保证制动的快速响应，制动扭矩上升阶段应按最大上升率速率进行输出；为了减小制动滞后，从驱动进入制动应按最大驱动扭矩下降率进行降扭；为了减小驱动滞后，从制动进入驱动应以最大制动扭矩下降率进行降扭；为了减小溜车滞后，从制动进入溜车应以最大制动扭矩下降率进行降扭。

在本实施例提供的制动防抖方法中，首先检测驱动电机当前时刻的需求扭矩(牵引时需求扭矩为正，制动时需求扭矩为负)，前一时刻的制动目标扭矩，以及驱动电机的当前转速；比较当前时刻的制动需求扭矩与前一时刻的制动目标扭矩的大小，以识别制动扭矩的变化趋势。具体来说，专家系统依照下述规则进行识别和调整。

1)在前一时刻驱动电机处于牵引状态，且检测到制动需求扭矩为提供牵引力时，则识别为车辆的行驶状态为驱动工况，在当前时刻不输出制动目标扭矩。

即，若检测到T(n-1)≥0且则识别为驱动工况，制动输出无效。

2)在前一时刻驱动电机处于牵引状态，且检测到制动需求扭矩为提供制动力时，则识别车辆的行驶状态为由驱动工况变化至制动工况，按照最大驱动扭矩下降率降低驱动电机的驱动扭矩。

即，如果表明由驱动工况变为制动工况，由于当前时刻电机仍处于驱动状态，应按最大的驱动扭矩下降率D_max进行降扭。

3)在前一时刻驱动电机处于制动状态，且制动扭矩的变化趋势为趋向于增强的情况下，按照最大制动扭矩上升率增大驱动电机的制动目标扭矩。

即，如果表明需要增强制动扭矩，由于当前时刻电机已处于制动状态，需要继续增加制动扭矩，电机按最大制动扭矩上升速率U'_max进行增扭，确保车辆制动性能。

4)在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，需要根据驱动电机当前处于高速段和低速段两种情况进行分析。

首先定义如下的关键参数：

死区宽度N_dead＝(5～10)×N'；

回差宽度N_relay＝(5～10)×N'；

低速段宽度N_low＝(15～25)×N'；

低扭矩段宽度T_low＝(0.25～0.35)×T_max。

如果检测到表明需要减弱制动扭矩，抖动主要在此情况下发生。当前时刻电机已处于制动状态，需要减小电机制动扭矩，按照图3所示原理进行制动扭矩限制。

第一种情况，在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于高速段，则在当前时刻的制动需求扭矩高于低扭矩预设值时，按照最大制动扭矩下降率降低当前时刻的制动目标扭矩；在当前时刻的制动需求扭矩低于低扭矩预设值时，优选可按照最大制动扭矩下降率的一半降低当前时刻的制动目标扭矩。

也就是说，若检测到N(n)>N_l，则当前电机转速为高速段，当时，电机制动扭矩按最大扭矩下降率D'_max降扭；当时，电机制动扭矩按(0.4～0.5)×D'_max降扭。

第二种情况，在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于低速段，则在当前时刻的制动需求扭矩高于低扭矩预设值时，按照最大制动扭矩下降率降低当前时刻的制动目标扭矩。

也就是说，若检测到N(n)≤N_l，则当前电机转速为低速段，当时，电机制动扭矩按最大扭矩下降率D'_max降扭。

若驱动电机的当前转速处于低速段，则在当前时刻的制动需求扭矩低于低扭矩预设值时，按照动态下降率降低当前时刻的制动目标扭矩；其中，随着驱动电机的转速降低该动态下降率也降低，并使得电机最大制动扭矩在处于低转速段的回差区间内保持恒定值。

也就是说，若检测到N(n)≤N_l，则当前电机转速为低速段，当时，电机制动扭矩动态速率下降，转速越低，制动扭矩下降率越小，如图5所示。

这样以来，可以保证在低速段电机最大制动扭矩恒定且取值较小，从而减小扭矩波动，并且通过设计回差区间来过滤指定宽度的转速波动。

5)在前一时刻驱动电机处于制动状态，且制动扭矩的变化趋势为变化为趋向于零时，按照最大制动扭矩下降率降低驱动电机的制动目标扭矩。

即，如果检测到表明由制动变为溜车(既不施加牵引力，又不施加制动力)，当前时刻电机仍处于制动状态，此时应迅速卸完扭矩，则选择最大的制动扭矩下降率D'_max。

6)在前一时刻驱动电机处于制动状态，且检测到制动需求扭矩为提供牵引力时，则识别车辆的行驶状态为由制动工况变化至驱动工况，按照最大制动扭矩下降率降低驱动电机的制动目标扭矩。

即，如果检测到则表明由制动变为驱动，当前时刻电机仍处于制动状态，此时应迅速响应驱动，则选择最大的制动扭矩下降率D'_max。

至此为止，已构建出基于专家系统的制动扭矩变化率规则库，实现制动工况进入、退出、增强、减弱各模式下的制动扭矩变化率自适应调整，优化制动抖动，确保工况快速响应。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种混合动力车辆的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测驱动电机当前时刻的制动需求扭矩，前一时刻的制动目标扭矩，以及驱动电机的当前转速；

比较当前时刻的制动需求扭矩与前一时刻的制动目标扭矩的大小，以识别制动扭矩的变化趋势；

在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于低速段，则在当前时刻的制动需求扭矩低于低扭矩预设值时，按照动态下降率降低当前时刻的制动目标扭矩；

其中，随着驱动电机的转速降低该动态下降率也降低，使得电机最大制动扭矩在处于低转速段的回差区间内保持恒定值。

2.如权利要求1所述的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，还包括：

当电机最大制动扭矩降低时，在低转速段设置的回差区间内保持电机最大制动扭矩为恒定值，在驱动电机的转速降低至死区区间内保持电机最大制动扭矩为零；并且

当电机最大制动扭矩增大时，在低转速段设置的死区区间和回差区间内保持电机最大制动扭矩为零，在驱动电机的转速增大至高于回差区间后，逐渐增加电机最大制动扭矩；

从而避免在回差区间内电机转速波动导致电机制动扭矩的变化。

3.如权利要求1或2所述的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于低速段，则在当前时刻的制动需求扭矩高于低扭矩预设值时，按照最大制动扭矩下降率降低当前时刻的制动目标扭矩。

4.如权利要求3所述的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动工况且制动扭矩的变化趋势为趋向于减弱的情况下，若驱动电机的当前转速处于高速段，则

在当前时刻的制动需求扭矩高于低扭矩预设值时，按照最大制动扭矩下降率降低当前时刻的制动目标扭矩；

在当前时刻的制动需求扭矩低于低扭矩预设值时，按照最大制动扭矩下降率的一半降低当前时刻的制动目标扭矩。

5.如权利要求4所述的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，还包括：

在前一时刻驱动电机处于牵引状态，且检测到制动需求扭矩为提供牵引力时，则识别为车辆的行驶状态为驱动工况，在当前时刻不输出制动目标扭矩。

6.如权利要求5所述的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，还包括：

在前一时刻驱动电机处于牵引状态，且检测到制动需求扭矩为提供制动力时，则识别车辆的行驶状态为由驱动工况变化至制动工况，按照最大驱动扭矩下降率降低驱动电机的驱动扭矩。

7.如权利要求6所述的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动状态，且制动扭矩的变化趋势为趋向于增强的情况下，按照最大制动扭矩上升率增大驱动电机的制动目标扭矩。

8.如权利要求7所述的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动状态，且制动扭矩的变化趋势为趋向于零时，按照最大制动扭矩下降率降低驱动电机的制动目标扭矩。

9.如权利要求8所述的驱动电机制动防抖方法，其特征在于，还包括：

在前一时刻驱动电机处于制动状态，且检测到制动需求扭矩为提供牵引力时，则识别车辆的行驶状态为由制动工况变化至驱动工况，按照最大制动扭矩下降率降低驱动电机的制动目标扭矩。