CN105774793B - 一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法 - Google Patents

一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法，所述控制方法利用变速箱控制单元(Transmission Control Unit，TCU)给离合器控制单元(Clutch Control Unit，CCU)发送扭矩指令，控制离合器接合或者分离，同时通过驾驶意图识别，将驾驶意图分为急加速意图、中等加速意图和缓加速意图三种情况，分别对三种情况下动力系统转矩进行控制，满足驾驶员加速意图的前提下完成工作模式切换。此发明为实车模式切换控制提供了新的实现方法，能够避免混合动力客车电机启动发动机模式切换过程中由于动力系统转矩响应偏差造成的整车驱动力缺失情况，减小离合器滑摩能量损失，提高了传动效率，改善了电机启动发动机模式切换过程的动力性和舒适性。

Description

一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法
技术领域
本发明涉及一种混合动力客车的控制方法，尤其涉及一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法，属于混合动力客车控制技术领域。
背景技术
近几年，随着混合动力公交客车在国内各大中小城市的示范运营，其节能减排效果得到了人们的一致认可，但考虑到复杂的城市公交工况特点，公交客车运行在该工况下必然会进行频繁的启停操作运行，而恰当的模式切换功能则是应对上述问题从而提升整车燃油经济性和改善发动机排放的混合动力客车关键技术之一。混合动力客车一般包括纯电驱动、电机启动发动机、发动机驱动、混合驱动、发动机主动充电、制动能量回收等6种工作模式，当驾驶员需求扭矩、电池的SOC和行驶工况等发生变化时，就需要合理确定并切换到相应的工作模式，以满足驾驶员和车辆的行驶需求。
在基于机械式自动变速箱的同轴并联混合动力系统，当达到一定车速及功率需求，需要发动机介入时，通过电机启动发动机，实现同轴并联混合动力机电耦合系统从纯电驱动模式向发动机驱动模式切换。在此过程中，传动系统可以通过离合器接合由驱动电机带动实现发动机快速启动，称电机启动发动机过程。相关技术也提出了混合动力系统电机启动发动机的模式切换方法，大多采用离合器滑摩来带动发动机达到怠速，但此过程中的滑摩功大，影响离合器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是针对目前同轴并联混合动力机电耦合系统模式切换过程中电机启动发动机的离合器滑摩功大的缺点，提出一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法。
本发明的技术方案在于提供一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S301：当同轴并联混合汽车的车速达到发动机开启门限时，模式切换开始；
S302：通过电机及其控制单元对电机转矩进行控制以使电机转矩
其中：Tem为电机转矩，为电机驱动车辆行驶转矩，Tc1为离合器第一扭矩指令；
S303：判断发动机转速ne是否大于或等于发动机怠速转速nd，如果发动机转速ne大于等于发动机怠速转速nd，执行步骤S304，如果发动机转速ne小于发动机怠速转速nd，执行步骤S302；
其中：ne为发动机转速，nd为发动机怠速转速，
S304：TCU给CCU发送离合器扭矩指令增量ΔTc，控制离合器脱开，与此同时，发动机喷油点火；
其中：ΔTc为离合器扭矩指令增量；
S305：发动机管理系统对发动机转速进行调节，控制发动机转速和电机转速同步；
S306：判断发动机转速是否和电机转速同步，如果是，执行步骤S307，如果否，执行步骤S305；
S307：TCU给CCU发送离合器第二扭矩指令Tc2，控制离合器完全结合，发动机完全进入动力系统；同时对电机转矩控制以使电机转矩Tem＝Td；
其中：Td表示整车驱动转矩，Tc2为离合器第二扭矩指令；
S308：判断离合器是否完全结合，如果完全结合，执行步骤S309，如果未完全结合，执行步骤S307；
S309：对驾驶员驱动意图进行识别，将驾驶员驱动意图分为急加速意图、中等加速意图和缓加速意图三种情况，分别对每种情况下电机和发动机转矩进行控制，以满足驾驶员驱动模式切换；
S310：对发动机转矩进行控制，让发动机转矩达到期望值；
S311：模式切换完成。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明采用同轴并联构型，动力链上依次为发动机、离合器、电机、AMT变速器，动力电池与电机通过整流逆变器相连，各部件控制单元通过CAN与整车控制器相互通信，该构型的同轴并联混合动力机电耦合系统可实现纯电驱动、电机启动发动机、发动机驱动、混合驱动、发动机主动充电、制动能量回收6种工作模式。
(2)本发明控制方法的切换过程Ⅰ中，TCU给CCU扭矩指令Tc1、ΔTc、Tc2，能够减小大多采用的离合器滑摩启动发动机过程中离合器过大的滑摩损失，提高了传动效率，改善了模式切换过程的动力性和舒适性。
(3)本发明控制方法的切换过程Ⅱ中，考虑了驾驶意图，将驾驶意图分为急加速、中加速、缓加速意图，满足驾驶员加速意图的前提下完成工作模式的切换，改善了模式切换过程的动力性和舒适性。
(4)本发明控制方法的驾驶意图门限Id1、Id2可通过模糊逻辑推理量化此驾驶意图，并且Id1≥Id2。
附图说明
图1是根据本发明实施例的一种同轴并联混合动力机电耦合系统的结构示意图；
图2是本发明方法中电机启动发动机过程的时间图；
图3是本发明方法中电机启动发动机的模式切换控制方法流程图；
图4是本发明方法中驾驶意图识别图；
具体实施方式
下面参照附图1-4详细来描述本发明的一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法。
如图1所示，本发明所述同轴并联混合动力机电耦合系统，包括混合动力客车整车控制单元、发动机及其控制单元、离合器及其控制单元、电机及其控制单元、变速箱及其控制单元以及动力电池及其管理系统。混合动力汽车在起步过程采用纯电驱动模式，此时车辆驱动力由电机提供。当车辆速度达到一定车速门限时，发动机需要介入动力系统为车辆提供驱动力。此时，电机在驱动车辆的同时通过离合器的接合启动发动机，最终，离合器锁死，发动机介入动力系统，模式切换过程完毕。
在本发明中，由于该系统采用同轴并联构型，动力链上依次为发动机、离合器、电机、AMT变速器，动力电池与电机通过整流逆变器相连，各部件控制单元通过CAN与整车控制器相互通信，因此，该构型的同轴并联混合动力机电耦合系统可实现纯电驱动、电机启动发动机、发动机驱动、混合驱动、发动机主动充电、制动能量回收6种工作模式。
本发明提供了一种同轴并联混合动力机电耦合系统电机启动发动机模式切换控制方法。
如图2所示，本发明的电机启动发动机过程分为切换过程Ⅰ和切换过程Ⅱ。
切换过程Ⅰ是离合器结合过程，该过程利用变速箱控制单元(TransmissionControl Unit，TCU)给离合器控制单元(Clutch Control Unit，CCU)发送扭矩指令，控制离合器接合或者分离。
切换过程Ⅱ是驾驶意图识别过程，该过程利用驾驶意图识别，分为急加速意图、中加速意图和缓加速意图三种情况，并分别对每种情况下电机和发动机转矩进行控制，满足驾驶员驱动工作模式切换。
在本发明中，如图3所示，上述的并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法具体包括以下步骤：
S301：当所述同轴并联混合汽车的车速达到发动机开启门限时，模式切换开始。
S302：通过电机及其控制单元对电机转矩进行控制以使电机转矩TCU给CCU发送扭矩指令Tc1，控制离合器接合到预先标定的位置-扭矩特性(Tc1的位置)，电机带动发动机转动，让发动机尽快达到怠速。
其中：Tem为电机转矩，为电机驱动车辆行驶转矩，Tc1为离合器第一转矩指令。
S303：判断发动机转速是否大于等于怠速ne≥nd。如果是，执行步骤S304，如果否，执行步骤S302。
S304：TCU给CCU发送扭矩指令ΔTc，控制离合器脱开，与此同时，发动机喷油点火。
其中：ne为发动机转速，nd为发动机怠速转速，ΔTc为离合器扭矩指令增量。
S305：发动机管理系统(Engine Management System,EMS)对发动机转速进行调节，控制发动机转速和电机转速同步(ne-Δn≤ne≤ne+Δn)，其中Δn为预设的转速容差。
S306：判断发动机转速是否和电机转速同步。如果是，执行步骤S307，如果否，执行步骤S305。
S307：TCU给CCU发送扭矩指令Tc2，控制离合器完全结合，发动机完全进入动力系统；同时对电机转矩控制以使电机转矩Tem＝Td。
其中：Td表示整车驱动转矩，Tc2为离合器第二转矩指令。
S308：判断离合器是否完全结合。如果是，执行步骤S309，如果否，执行步骤S307。
S309：对驾驶员驱动意图进行识别，将驾驶员驱动意图分为急加速意图、中加速意图、缓加速意图三种情况，分别对每种情况下电机和发动机转矩进行控制，以满足驾驶员驱动模式切换。
其中，步骤S309又分如下7个步骤：
如图4所示，上述并联混合动力系统电机启动发动机的模式切换控制方法的驾驶意图识别图：首先进行驾驶意图识别，利用驾驶员的加速踏板信号和加速踏板变化率信号，结合当前车速确定当前驾驶意图Id。预设驾驶意图门限Id1和Id2，实时判定当前驾驶意图，将驾驶意图分为急加速意图、中加速意图和缓加速意图三种情况，并分别对每种情况下电机、发动机转矩进行控制，以满足驱动模式切换。
S401：驾驶意图识别开始。
S402：判断驾驶意图Id≥Id1，如果是，执行步骤S404，如果否，执行步骤S403。
S403：判断驾驶意图Id≤Id2，如果是，执行步骤S405，如果否，执行步骤S406。
S404：驾驶员驱动意图为急加速意图，因此同轴并联混合动力机电耦合系统进入混合驱动模式，利用电机辅助驱动来满足驾驶员急加速意图，电机发动机转矩满足：
注：因为当前加速意图比较大，发动机无法快速满足当前加速意图，所以需要电机辅助发动机来满足驾驶员急加速意图。
S405：驾驶员驱动意图为缓加速意图，因此同轴并联混合动力机电耦合系统进入发动机主动充电模式，电机作为发动机的额外负载，使发动机负荷率提高进入高效工作区域，电机发动机转矩满足：
注：因为当前加速意图比较小，发动机工作效率比较低，所以让电机作为发动机的额外负载，以使发动机负荷率提高进入高效工作区域，其中是通过实验标定的发动机主动充电转矩。
S406：驾驶员驱动意图为中加速意图，因此同轴并联混合动力机电耦合系统进入发动机驱动模式，电机发动机转矩满足：
Tem＝0，Te＝Td
S407：驾驶意图识别结束。
其中：Te为发动机转矩，为发动机最大转矩，为通过大量实验标定的主动充电模式电机转矩。
S310：对发动机转矩进行控制，让发动机转矩达到期望值。
S311：模式切换完成。
也就是说，判断发动机的工作状态，如果发动机转速为0(或未达到怠速)，对所述驱动电机扭矩进行控制以使所述电机转矩同时通过TCU给CCU发送扭矩指令Tc1，让发动机尽快达到怠速。
如果所述发动机转速大于等于怠速(ne≥nd)，TCU给CCU发送扭矩指令ΔTc，控制离合器脱开；与此同时，发动机喷油点火。
如果发动机转速达到期望转速(nem-Δn≤ne≤ne+Δn)，其中Δn为预设的转速容差，TCU给CCU发送扭矩指令Tc2，控制离合器完全结合，发动机完全进入动力系统；同时对电机转矩进行控制以使电机转矩Tem＝Td。
其中，在本发明的实施例中，离合器扭矩Tc2≥Tc1。
综上所述，在本发明的实施例中，将同轴并联混合动力机电耦合系统的电机启动发动机模式切换分为切换过程Ⅰ和切换过程Ⅱ，根据两过程的具体特点，分别制定了具体的离合器、发动机、电机控制策略。
因此，本发明的一种并联混合动力系统电机启动发动机的模式切换控制方法针对同轴并联混合动力机电耦合系统从纯电动模式向混合驱动模式、纯发动机模式或发动机主动充电模式切换过程，将同轴并联混合动力机电耦合系统电机启动发动机的模式切换过程分为切换过程Ⅰ和切换过程Ⅱ，分别控制两种过程的发动机转速与转矩，离合器的扭矩以及驱动电机的转矩，从而避免模式切换过程中离合器过大的滑摩功、动力缺失、甚至动力中断的情况，提高了同轴并联混合动力机电耦合系统的动力性和舒适性等性能指标。
尽管参考附图详地公开了本发明，但应理解的是，这些描述仅仅是示例性的，并非用来限制本发明的应用。本发明的保护范围由附加权利要求限定，并可包括在不脱离本发明保护范围和精神的情况下针对发明所作的各种变型、改型及等效方案。

Claims (2)

1.一种并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法，其特征在于包括以下步骤：
S301：当同轴并联混合汽车的车速达到发动机开启门限时，模式切换开始；
S302：通过电机及其控制单元对电机转矩进行控制以使电机转矩
其中：Tem为电机转矩，为电机驱动车辆行驶转矩，Tc1为离合器第一扭矩指令；
S303：判断发动机转速ne是否大于或等于发动机怠速转速nd，如果发动机转速ne大于等于发动机怠速转速nd，执行步骤S304，如果发动机转速ne小于发动机怠速转速nd，执行步骤S302；
其中：ne为发动机转速，nd为发动机怠速转速，
S304：TCU给CCU发送离合器扭矩指令增量ΔTc，控制离合器脱开，与此同时，发动机喷油点火；
其中：ΔTc为离合器扭矩指令增量；
S305：发动机管理系统对发动机转速进行调节，控制发动机转速和电机转速同步；
S306：判断发动机转速是否和电机转速同步，如果是，执行步骤S307，如果否，执行步骤S305；
S307：TCU给CCU发送离合器第二扭矩指令Tc2，控制离合器完全结合，发动机完全进入动力系统；同时对电机转矩控制以使电机转矩Tem＝Td；
其中：Td表示整车驱动转矩，Tc2为离合器第二扭矩指令；
S308：判断离合器是否完全结合，如果完全结合，执行步骤S309，如果未完全结合，执行步骤S307；
S309：对驾驶员驱动意图进行识别，将驾驶员驱动意图分为急加速意图、中等加速意图和缓加速意图三种情况，分别对每种情况下电机和发动机转矩进行控制，以满足驾驶员驱动模式切换；
S310：对发动机转矩进行控制，让发动机转矩达到期望值；
S311：模式切换完成。
2.根据权利要求1所述的并联混合动力系统电机启动发动机模式切换控制方法，其特征在于，在S309中：
首先进行驾驶意图识别，利用驾驶员的加速踏板信号和加速踏板变化率信号，结合当前车速确定当前驾驶意图Id，预设驾驶意图门限Id1和Id2；
其中Id1、Id2为驾驶意图门限参数，且Id1≥Id2；
其具体包括以下步骤：
S401：驾驶意图识别开始；
S402：判断驾驶意图Id≥Id1，如果是，执行步骤S404，如果否，执行步骤S403；
S403：判断驾驶意图Id≤Id2，如果是，执行步骤S405，如果否，执行步骤S406；
S404：驾驶员驱动意图为急加速意图，因此同轴并联混合动力机电耦合系统进入混合驱动模式，利用电机辅助驱动来满足驾驶员急加速意图，电机发动机转矩满足：
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S405：驾驶员驱动意图为缓加速意图，因此同轴并联混合动力机电耦合系统进入发动机主动充电模式，电机作为发动机的额外负载，使发动机负荷率提高进入高效工作区域，电机发动机转矩满足：
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S406：驾驶员驱动意图为中加速驱动，因此同轴并联混合动力机电耦合系统进入发动机驱动模式，电机发动机转矩满足：
Tem＝0，Te＝Td；
S407：驾驶意图识别结束；
其中Te为发动机转矩，为发动机最大转矩，为通过实验标定的主动充电模式电机转矩，Td表示整车驱动转矩。
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