CN106080587A - 一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明创造针对一种具有多模式切换功能的混合动力装置，提供一种协调控制方法，该方法综合判断发动机起停条件进而使得车辆工作模式切换过程平顺而可靠，同时协调控制第一电机、第二电机和发动机等三个动力源的输出大小，保证发动机工作于高效经济区域并且兼顾电机的高效工作区，从而使车辆具有较高的燃油经济性，同时三者响应速率的控制与协调对于改善整车的舒适性和NVH性能提升也有一定的帮助，本发明的控制方法简单易行，实现了装置的有效运行，利用滞环控制实现模式切换的鲁棒性和驾乘舒适性，引入增量控制协调多控制对象工作，可以改善动力跟随性能，并可以提高车辆运行的舒适性，控制方法逻辑严谨而可靠。

Description

一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法
技术领域
本发明涉及一种多模式混合动力系统协调控制方法，主要针对一种新型的多模式混合动力装置中的多个控制对象加以控制，满足不同工况下多模式切换和控制需要，并获得良好的燃油经济性，从而实现搭载该系统的车辆高效而可靠运行。
背景技术
为实现混合动力装置高效而可靠的工作，通常需要有针对性地开发专有的控制策略。混合动力驱动系统实现新式多种多样，涉及两个甚至多个设备的协调控制，其控制方法一般要结合系统结构特点以实现优化设计。混合动力车辆一般可以工作于两种或者以上模式，因此控制方法中模式选择控制就显得非常重要，一定程度上决定了系统的性能，此外，在混合动力驱动模式下如何协调各动力源之间的工作也是控制方法很重要的组成部分，这种协调包括发动机工作点选择与控制、电机工作区域选择与协调、发动机与电机响应速率协调等，该协调控制方法的优劣决定了车辆的经济性与舒适性，对于车辆的NVH性能也有一定的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明创造旨在提出一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，该方法综合判断发动机起停条件进而使得车辆工作模式切换过程平顺而可靠，同时协调控制第一电机、第二电机和发动机等三个动力源的输出大小，保证发动机工作于高效经济区域并且兼顾电机的高效工作区，从而使车辆具有较高的燃油经济性，同时三者响应速率的控制与协调对于改善整车的舒适性和NVH性能提升也有一定的帮助，本发明的控制方法简单易行。
为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，所述具有多模式切换功能混合动力装置至少包括整车控制单元、整车通信网络、连接电池组与用电设备的高压电缆、第一电机及其控制器、模式切换执行机构及其控制器、动力电池组及其管理单元、第二电机及其控制器、后驱动车轮、发动机及其控制器、发动机输出一轴、缓冲与减震机构、由第一行星齿轮组和第二行星齿轮组构成的行星齿轮组、动力总成输出二轴；
所述发动机及其控制器输出经所述一轴连接到所述第一行星齿轮组的行星架，所述第一电机及其控制器输出轴连接到所述第一行星齿轮组的太阳轮，所述第一行星齿轮组的齿圈与所述第二行星齿轮组相连并经所述动力总成输出二轴输出动力驱动所述后驱动车轮工作，所述第二行星齿轮组行星架固定，所述第二电机及其控制器与所述第二行星齿轮组的太阳轮相连并经所述第二行星齿轮组与所述动力总成输出二轴耦合实现动力传输；
所述第一电机及其控制器和所述第二电机及其控制器均具有电动和发电两种工作模式，且都可以工作于转矩控制和转速控制模式，在所述各种工作模式中接收并执行整车控制单元经整车通信网络发送的指令，同时经整车通信网络反馈自身状态给整车控制单元供其优化控制使用；
所述模式切换执行机构及其控制器可以根据整车控制单元的指令实现三种模式切换，整车控制单元根据车辆状态综合判断后经整车通信网络发送指令给所述模式切换机构控制器控制所述模式切换机构工作于左中右三种位置，对应实现车辆工作于双电机驱动模式、行星齿轮耦合混合动力驱动模式以及发动机直驱+辅助驱动模式等三种动力耦合驱动模式；
所述整车控制单元采集车辆运行状态信号、驾驶员钥匙信号和加速踏板信号，所述车辆运行状态信号至少包括车速信号、第一电机及其控制器、第二电机及其控制器、动力电池组及其管理单元、发动机及其控制器、模式切换执行机构及其控制器的状态信号；所述整车控制单元还收集自身故障状态信号，并经过下述逻辑判断处理确定车辆处于何种工作模式并进行进一步协调优化控制；
所述协调控制方法具体包括如下步骤：
(1)判断车辆处于空挡、前进挡或者倒车档；
(2)判断车辆工作模式，包括双电机驱动模式、发动机直驱+辅助驱动模式和行星齿轮耦合混合动力驱动模式；
(3)控制模式切换机构工作于设定模式；
(4)接收并处理相关变量，计算相关数据；
(5)协调优化控制第一电机、第二电机和发动机工作。
进一步的，所述步骤(2)中，工作模式逻辑判断处理方式在前进过程是：
车辆驾驶员进入强制EV模式的同时电池组允许放电且其SOC高使滞环Relay1的输出为真或者发动机起动条件都不满足时，车辆进入双电机驱动模式工作；
当发动机起动指令为真时，车速较高使滞环Relay3输出为真、或者所述第一电机及其控制器故障、或者第二电机及其控制器故障，则车辆进入发动机直驱+辅助驱动模式；
车辆不处于双电机驱动模式且不处于发动机直驱+辅助驱动模式则处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式。
进一步的，所述步骤(2)中，发动机起动条件包括电池组SOC低使滞环Relay2的输出为真、或者车速与电池组SOC使判断子系统的输出为真、或者其它发动机起动直接请求信号为真、或者输出功率需求远大于电池组最大允许放电功率且使判断子系统的输出为真，且发动机停机间隔满足判断子系统的限制，则发动机起动指令为真。
进一步的，所述步骤(2)中，所述工作模式逻辑判断处理方式在倒车过程是：
车辆驾驶员进入强制EV模式的同时电池组允许放电且其SOC使滞环Relay21的输出为真或者发动机起动条件都不满足时，车辆进入双电机驱动模式工作；
当发动机起动指令为真时，车辆进入行星齿轮耦合混合动力驱动模式。
进一步的，所述步骤(2)中所述发动机起动条件包括电池组SOC低至使滞环Relay22的输出为真、或者其它发动机起动直接请求信号为真，且发动机停机间隔满足判断子系统的限制，则发动机起动指令为真。
进一步的，所述步骤(5)中协调优化控制过程在前进过程是：控制第二电机旋转方向与车前进方向一致；所述发动机、第一电机、第二电机的控制取决于车辆所处的工作模式：
当车辆处于双电机驱动模式时，驾驶员所需驱动功率为第一电机与第二电机功率之代数和且以第二电机输出为主第一电机输出为辅，所需驱动功率与第二电机当前工况下最大功率之间较小者作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收，同时驾驶员所需驱动功率与第二电机功率之差值作为第一电机的功率需求，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，同时第一电机转向为驱动车辆前进方向；
当车辆处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式时，电池组温度和电池组当前SOC经过综合测算子系统确定电池组所需的额外功率：该额外功率在高于SOC期望值时为负，低于SOC期望值时为正，且随着电池组SOC和温度不同而变化，该额外功率与驾驶员所需驱动功率叠加作为发动机的总输出功率需求经过综合优化子系统获得发动机目标转矩，发动机的总功率需求的变化率在不同SOC和不同的发动机当前输出功率值下进行优化，在总功率需求增加过程中其变化率为正，SOC越低则变化率越大，发动机当前输出功率越大变化率越小，在总功率需求减小的过程中其变化率为负，SOC越低则变化率幅值越小，发动机当前输出功率越大变化率幅值越大，经过变化率优化的总输出功率通过查表获得对应的发动机目标转速，所述表格是预先选择的发动机高效工作点集合，通过查表获得的发动机目标转速同时受到当前车速限制：不得超过当前允许的最高发动机转速，也不得低于当前允许的最低发动机转速，经过此限制优化后的发动机转速作为目标转速发送给发动机控制器执行，同时发动机目标转速作为控制系统输入量，发动机转速反馈作为反馈量，通过闭环控制系统对第一电机转矩加以控制从而实现发动机工作点的闭环调节，其中闭环调节采用PI控制调节器，闭环调节系统输出转矩指令控制第一电机工作，驱动功率需求与输出功率反馈之间的偏差作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，第二电机的功率需求与车速之比乘以与车辆参数有关的常数即为第二电机转矩指令，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性正相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收；
当车辆处于发动机直驱+辅助驱动模式时：发动机工作受油门踏板开度直接控制，当发动机当前转速下输出功率低于驾驶员所需驱动功率时，控制第二电机提供驱动功率，如果仍旧不能满足需要，控制第一电机提供驱动功率，当电池组需要充电时，控制第一电机工作于发电状态给电池组充电；
进一步的，所述步骤(5)中协调优化控制过程在倒车过程是：控制第二电机旋转方向与车倒车方向一致；所述发动机、第一电机、第二电机的控制取决于车辆所处的工作模式：
当车辆处于双电机驱动时，驾驶员所需驱动功率为第一电机与第二电机功率之代数和且以第二电机输出为主第一电机输出为辅，所需驱动功率与第二电机当前工况下最大功率之间较小者作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收，同时驾驶员所需驱动功率与第二电机功率之差值作为第一电机的功率需求，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，同时第一电机转向为驱动车辆倒车的方向；
当车辆处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式时，电池组温度和电池组当前SOC经过综合测算子系统确定电池组充电所需的功率，该功率为正且随着电池组SOC和温度不同而变化，发动机在静止时怠速运行，车速较低时以最低设定工作转速工作，电池组所需充电功率为第一电机的功率，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，输出控制第一电机工作实现电池组充电，此时油门踏板开度决定了驾驶员驱动功率需求，该功率需求与输出功率反馈之间的偏差作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机转矩工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性正相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收。
进一步的，发动机控制采用转矩控制，第一电机采用转速控制，第二电机采用转矩控制。
进一步的，所述发动机转速指令、第一电机转矩指令、第二电机转矩指令分别控制每个控制周期的增量大小。
相对于现有技术，本发明创造所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法具有以下优势：
本发明提供一种协调控制方法，该方法综合判断发动机起停条件进而使得车辆工作模式切换过程平顺而可靠，同时协调控制第一电机、第二电机和发动机等三个动力源的输出大小，保证发动机工作于高效经济区域并且兼顾电机的高效工作区，从而使车辆具有较高的燃油经济性，同时三者响应速率的控制与协调对于改善整车的舒适性和NVH性能提升也有一定的帮助，本发明的控制方法简单易行；
本发明创造结合装置结构特点对发动机、第一电机、第二电机、模式切换机构的工作进行协调控制，实现了装置的有效运行，利用滞环控制使现模式切换的鲁棒性和驾乘舒适性，引入增量控制协调多控制对象工作，可以改善动力跟随性能，并可以提高车辆运行的舒适性，控制方法逻辑严谨而可靠。
附图说明
构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
图1是适于本发明应用的多模式混合动力装置的结构简图；
图2是本发明中车辆前进过程中车辆工作模式判断逻辑图；
图3是本发明中车辆倒车过程中车辆工作模式判断逻辑图；
图4是本发明中车辆前进过程中多目标协调控制方法实现逻辑图；
图5是本发明中车辆倒车过程中多目标协调控制方法实现逻辑图；
图6是本发明中多目标协调控制方法实现流程图；
附图标记说明：
1—整车控制单元；2—整车通信网络；3—高压电缆；4—第一电机及其控制器；5—模式切换执行机构及其控制器；6—动力电池组及其管理单元；7—第二电机及其控制器；8—后驱动车轮；9—发动机及其控制器；10—发动机输出一轴；11—缓冲与减震机构；12—第一行星齿轮组；13—第二行星齿轮组；14—动力输出二轴。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
图1示出了本发明适用的一种具有多模式切换功能混合动力系统简图，所述具有多模式切换功能混合动力装置至少包括整车控制单元1、整车通信网络2、连接电池组与用电设备的高压电缆3、第一电机及其控制器4、模式切换执行机构及其控制器5、动力电池组及其管理单元6、第二电机及其控制器7、后驱动车轮8、发动机及其控制器9、发动机输出一轴10、缓冲与减震机构11、由第一行星齿轮组12和第二行星齿轮组13构成的行星齿轮组、动力总成输出二轴14；
所述发动机及其控制器9输出经所述一轴10连接到所述第一行星齿轮组12的行星架，所述第一电机及其控制器4输出轴连接到所述第一行星齿轮组12的太阳轮，所述第一行星齿轮组12的齿圈与所述第二行星齿轮组13相连并经所述动力总成输出二轴14输出动力驱动所述后驱动车轮8工作，所述第二行星齿轮组13行星架固定，所述第二电机及其控制器7与所述第二行星齿轮组13的太阳轮相连并经所述第二行星齿轮组13与所述动力总成输出二轴14耦合实现动力传输；
所述第一电机及其控制器4和所述第二电机及其控制器7均具有电动和发电两种工作模式，且都可以工作于转矩控制和转速控制模式，在所述各种工作模式中接收并执行整车控制单元1经整车通信网络2发送的指令，同时经整车通信网络2反馈自身状态给整车控制单元1供其优化控制使用；
所述模式切换执行机构及其控制器5可以根据整车控制单元1的指令实现三种模式切换，整车控制单元1根据车辆状态综合判断后经整车通信网络2发送指令给所述模式切换机构控制器控制所述模式切换机构工作于左中右三种位置，对应实现车辆工作于双电机驱动模式、行星齿轮耦合混合动力驱动模式以及发动机直驱+辅助驱动模式等三种动力耦合驱动模式；
所述整车控制单元1采集车辆运行状态信号、驾驶员钥匙信号和加速踏板信号，所述车辆运行状态信号至少包括车速信号、第一电机及其控制器4、第二电机及其控制器7、动力电池组及其管理单元6、发动机及其控制器9、模式切换执行机构及其控制器5的状态信号；所述整车控制单元1还收集自身故障状态信号，并经过一定的逻辑判断处理确定车辆处于何种工作模式并进行进一步协调优化控制；
图2为车辆前进过程中车辆工作模式判断逻辑图。参与判断的输入信号包括强制EV模式选择开关、电池组SOC、车速、发动机起动直接请求信号、来自驾驶员的车辆输出功率需求以及电池组最大允许放电功率，其中发动机起动直接请求信号来自于依靠发动机工作而工作的设备，比如传统空调，其压缩机由发动机带动旋转工作，需要开启空调的时候就需要发动机运转带动压缩机工作，再有传统打气泵、低压发电机等。
所述判断逻辑可以描述为：车辆驾驶员进入强制EV模式的同时电池组允许放电且其SOC高使滞环Relay1的输出为真或者发动机起动条件都不满足时，车辆进入双电机驱动模式工作；所述发动机起动条件包括电池组SOC低使滞环Relay2的输出为真、或者车速与电池组SOC使判断子系统101的输出为真、或者其它发动机起动直接请求信号为真、或者输出功率需求远大于电池组最大允许放电功率且使判断子系统102的输出为真，且发动机停机间隔满足判断子系统103的限制，则发动机起动指令为真；当发动机起动指令为真时，若车速较高使滞环Relay3输出为真、或者所述第一电机及其控制器故障、或者第二电机及其控制器故障，则车辆进入发动机直驱+辅助驱动模式；车辆不处于双电机驱动模式且不处于发动机直驱+辅助驱动模式则处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式；
图3为车辆倒车过程中车辆工作模式判断逻辑图。参与发动机起停判断的条件仅有电池组SOC和发动机直接请求起动条件两个，这是因为在所述装置中发动机在倒车时不能提供驱动力矩，所述判断逻辑可以描述为：车辆驾驶员进入强制EV模式的同时电池组允许放电且其SOC使滞环Relay21的输出为真或者发动机起动条件都不满足时，车辆进入双电机驱动模式工作；所述发动机起动条件包括电池组SOC低至使滞环Relay22的输出为真、或者其它发动机起动直接请求信号为真，且发动机停机间隔满足判断子系统201的限制，则发动机起动指令为真；当发动机起动指令为真时，车辆进入行星齿轮耦合混合动力驱动模式；
图4为车辆前进过程中多目标协调控制方法实现逻辑图。所述协调控制方法在前进过程是：控制第二电机旋转方向与车前进方向一致；所述发动机、第一电机、第二电机的控制取决于车辆所处的工作模式：当车辆处于双电机驱动时，驾驶员所需驱动功率为第一电机与第二电机功率之代数和且以第二电机输出为主第一电机输出为辅，所需驱动功率与第二电机当前工况下最大功率之间较小者作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统303处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收，同时驾驶员所需驱动功率与第二电机功率之差值作为第一电机的功率需求，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，同时第一电机转向为驱动车辆前进方向；当车辆处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式时，电池组温度和电池组当前SOC经过综合测算子系统确定电池组所需的额外功率：该额外功率在高于SOC期望值时为负，低于SOC期望值时为正，且随着电池组SOC和温度不同而变化，该额外功率与驾驶员所需驱动功率叠加作为发动机的总输出功率需求经过综合优化子系统获得发动机目标转矩，发动机的总功率需求的变化率在不同SOC和不同的发动机当前输出功率值下进行优化，在总功率需求增加过程中其变化率为正，SOC越低则变化率越大，发动机当前输出功率越大变化率越小，在总功率需求减小的过程中其变化率为负，SOC越低则变化率幅值越小，发动机当前输出功率越大变化率幅值越大，经过变化率优化的总输出功率通过查表获得对应的发动机目标转速，所述表格是预先选择的发动机高效工作点集合，通过查表获得的发动机目标转速同时受到当前车速限制：不得超过当前允许的最高发动机转速，也不得低于当前允许的最低发动机转速，经过此限制优化后的发动机转速作为目标转速发送给发动机控制器执行，同时发动机目标转速作为控制系统输入量，发动机转速反馈作为反馈量，通过闭环控制系统对第一电机转矩加以控制从而实现发动机工作点的闭环调节，其中闭环调节采用PI控制调节器，闭环调节系统输出转矩指令控制第一电机工作，驱动功率需求与输出功率反馈之间的偏差作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，第二电机的功率需求与车速之比乘以与车辆参数有关的常数即为第二电机转矩指令，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性正相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收；当车辆处于发动机直驱+辅助驱动模式时：发动机工作受油门踏板开度直接控制，当发动机当前转速下输出功率低于驾驶员所需驱动功率时，控制第二电机提供驱动功率，如果仍旧不能满足需要，控制第一电机提供驱动功率，当电池组需要充电时，控制第一电机工作于发电状态给电池组充电；
图5为车辆倒车过程中多目标协调控制方法实现逻辑图。所述协调控制方法在倒车过程是：控制第二电机旋转方向与车倒车方向一致；所述发动机、第一电机、第二电机的控制取决于车辆所处的工作模式：当车辆处于双电机驱动时，驾驶员所需驱动功率为第一电机与第二电机功率之代数和且以第二电机输出为主第一电机输出为辅，所需驱动功率与第二电机当前工况下最大功率之间较小者作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收，同时驾驶员所需驱动功率与第二电机功率之差值作为第一电机的功率需求，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，同时第一电机转向为驱动车辆倒车的方向；当车辆处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式时，电池组温度和电池组当前SOC经过综合测算子系统确定电池组充电所需的功率，该功率为正且随着电池组SOC和温度不同而变化，发动机在静止时怠速运行，车速较低时以最低设定工作转速工作，电池组所需充电功率为第一电机的功率，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，输出控制第一电机工作实现电池组充电，此时油门踏板开度决定了驾驶员驱动功率需求，该功率需求与输出功率反馈之间的偏差作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机转矩工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性正相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收；
图6为多目标协调控制方法实现流程图；车辆上电受钥匙开关控制，钥匙开关分为1、2、3档，插入钥匙后转动钥匙进入1档各子系统上弱电自检(S101)，整车控制单元判断是否有故障(S102)，若有故障则进行故障处理(S103)并返回重新上1档，若没有故障则继续转动钥匙进入2档高压系统上电(S104)，整车控制单元判断是否有故障(S105)，若有故障则进行故障处理(S103)并返回重新上1档，若没有故障则继续转动钥匙至3档并松手，钥匙自动弹回2档，车辆准备完成(S106)，此时根据档位状态确定程序执行方向(S107)；若车辆置于空档，控制模式切换执行机构使车辆处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式(S108)，根据输入信号判断是否需要起动发动机(S109)，若需要，则控制第一电机工作，拖动发动旋转并点火，根据输入的油门踏板开度、刹车踏板开度信号控制发动机工作转速和第一电机工作扭矩(S110)，实现充电、带动空调压缩机、打气等需求功能，若为否则返回等待档位判断结果进行相应处理；若车辆置于前进档，则判断前进档工作模式(S111)并控制模式切换机构工作于设定模式(S112)，整车控制单元接收并处理相关变量，计算车速、输出功率等相关参数(S113)供整车控制优化使用，整车控制单元根据一定的算法协调优化控制第一电机、第二电机和发动机的工作(S114)，此状态循环执行直到切换到其它档位；若车辆置于倒车档，则判断倒车工作模式(S115)并控制模式切换机构工作与设定模式(S116)，整车控制单元接受并处理相关变量，计算车速、输出功率等相关参数(S117)供整车控制优化使用，整车控制单元根据一定的算法协调优化控制第一电机、第二电机和发动机的工作(S118)，此状态循环执行直到切换到其它档位；在各档位处理过程中如果出现故障(S119)，则判断故障等级进行处理(S120)，对于一般故障，需要进行报警或者降功率运行处理(S121)，对于严重故障则需要车辆靠边，钥匙开关复位以断开高压和低压系统供电处理后再顺序上电。
本发明针对用于多模式混合动力装置的协调控制方法结合装置结构特点对发动机、第一电机、第二电机、模式切换机构的工作进行协调控制，实现了装置的有效运行，利用滞环控制实现模式切换的鲁棒性和驾乘舒适性，引入增量控制协调多控制对象工作，可以改善动力跟随性能，并可以提高车辆运行的舒适性，控制方法逻辑严谨而可靠。
以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：所述多模式混合动力装置至少包括整车控制单元(1)、整车通信网络(2)、连接电池组与用电设备的高压电缆(3)、第一电机及其控制器(4)、模式切换执行机构及其控制器(5)、动力电池组及其管理单元(6)、第二电机及其控制器(7)、后驱动车轮(8)、发动机及其控制器(9)、发动机输出一轴(10)、缓冲与减震机构(11)、由第一行星齿轮组(12)和第二行星齿轮组(13)构成的行星齿轮组、动力总成输出二轴(14)；
所述发动机及其控制器(9)输出经所述一轴(10)连接到所述第一行星齿轮组(12)的行星架，所述第一电机及其控制器(4)输出轴连接到所述第一行星齿轮组(12)的太阳轮，所述第一行星齿轮组(12)的齿圈与所述第二行星齿轮组(13)相连并经所述动力总成输出二轴(14)输出动力驱动所述后驱动车轮(8)工作，所述第二行星齿轮组(13)行星架固定，所述第二电机及其控制器(7)与所述第二行星齿轮组(13)的太阳轮相连并经所述第二行星齿轮组(13)与所述动力总成输出二轴(14)耦合实现动力传输；
所述第一电机及其控制器(4)和所述第二电机及其控制器(7)均具有电动和发电两种工作模式，且都可以工作于转矩控制和转速控制模式，在所述各种工作模式中接收并执行整车控制单元(1)经整车通信网络(2)发送的指令，同时经整车通信网络(2)反馈自身状态给整车控制单元(1)供其优化控制使用；
所述模式切换执行机构及其控制器(5)可以根据整车控制单元(1)的指令实现三种模式切换，整车控制单元(1)根据车辆状态综合判断后经整车通信网络(2)发送指令给所述模式切换机构控制器控制所述模式切换机构工作于左中右三种位置，对应实现车辆工作于双电机驱动模式、行星齿轮耦合混合动力驱动模式以及发动机直驱+辅助驱动模式三种动力耦合驱动模式；
所述整车控制单元(1)采集车辆运行状态信号、驾驶员钥匙信号和加速踏板信号，所述车辆运行状态信号至少包括车速信号、第一电机及其控制器(4)、第二电机及其控制器(7)、动力电池组及其管理单元(6)、发动机及其控制器(9)、模式切换执行机构及其控制器(5)的状态信号；所述整车控制单元(1)还收集自身故障状态信号，并经过逻辑判断处理确定车辆处于何种工作模式并进行进一步协调优化控制；
所述协调控制方法具体包括如下步骤：
(1)判断车辆处于空挡、前进挡或者倒车档；
(2)判断车辆工作模式，包括双电机驱动模式、发动机直驱+辅助驱动模式和行星齿轮耦合混合动力驱动模式；
(3)控制模式切换机构工作于设定模式；
(4)接收并处理相关变量，计算相关数据；
(5)协调优化控制第一电机、第二电机和发动机工作。
2.根据权利要求1所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，工作模式逻辑判断处理方式在前进过程是：
车辆驾驶员进入强制EV模式的同时电池组允许放电且其SOC高使滞环Relay1的输出为真或者发动机起动条件都不满足时，车辆进入双电机驱动模式工作；
当发动机起动指令为真时，车速较高使滞环Relay3输出为真、或者所述第一电机及其控制器故障、或者第二电机及其控制器故障，则车辆进入发动机直驱+辅助驱动模式；
车辆不处于双电机驱动模式且不处于发动机直驱+辅助驱动模式则处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式。
3.根据权利要求2所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，发动机起动条件包括电池组SOC低使滞环Relay2的输出为真、或者车速与电池组SOC使判断子系统的输出为真、或者其它发动机起动直接请求信号为真、或者输出功率需求远大于电池组最大允许放电功率且使判断子系统的输出为真，且发动机停机间隔满足判断子系统的限制，则发动机起动指令为真。
4.根据权利要求1所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述工作模式逻辑判断处理方式在倒车过程是：
车辆驾驶员进入强制EV模式的同时电池组允许放电且其SOC使滞环Relay21的输出为真或者发动机起动条件都不满足时，车辆进入双电机驱动模式工作；
当发动机起动指令为真时，车辆进入行星齿轮耦合混合动力驱动模式。
5.根据权利要求4所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述发动机起动条件包括电池组SOC低至使滞环Relay22的输出为真、或者其它发动机起动直接请求信号为真，且发动机停机间隔满足判断子系统的限制，则发动机起动指令为真。
6.根据权利要求1所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤(5)中协调优化控制过程在前进过程是：控制第二电机旋转方向与车前进方向一致；所述发动机、第一电机、第二电机的控制取决于车辆所处的工作模式：
当车辆处于双电机驱动模式时，驾驶员所需驱动功率为第一电机与第二电机功率之代数和且以第二电机输出为主第一电机输出为辅，所需驱动功率与第二电机当前工况下最大功率之间较小者作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收，同时驾驶员所需驱动功率与第二电机功率之差值作为第一电机的功率需求，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，同时第一电机转向为驱动车辆前进方向；
当车辆处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式时，电池组温度和电池组当前SOC经过综合测算子系统确定电池组所需的额外功率：该额外功率在高于SOC期望值时为负，低于SOC期望值时为正，且随着电池组SOC和温度不同而变化，该额外功率与驾驶员所需驱动功率叠加作为发动机的总输出功率需求经过综合优化子系统获得发动机目标转矩，发动机的总功率需求的变化率在不同SOC和不同的发动机当前输出功率值下进行优化，在总功率需求增加过程中其变化率为正，SOC越低则变化率越大，发动机当前输出功率越大变化率越小，在总功率需求减小的过程中其变化率为负，SOC越低则变化率幅值越小，发动机当前输出功率越大变化率幅值越大，经过变化率优化的总输出功率通过查表获得对应的发动机目标转速，所述表格是预先选择的发动机高效工作点集合，通过查表获得的发动机目标转速同时受到当前车速限制：不得超过当前允许的最高发动机转速，也不得低于当前允许的最低发动机转速，经过此限制优化后的发动机转速作为目标转速发送给发动机控制器执行，同时发动机目标转速作为控制系统输入量，发动机转速反馈作为反馈量，通过闭环控制系统对第一电机转矩加以控制从而实现发动机工作点的闭环调节，其中闭环调节采用PI控制调节器，闭环调节系统输出转矩指令控制第一电机工作，驱动功率需求与输出功率反馈之间的偏差作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，第二电机的功率需求与车速之比乘以与车辆参数有关的常数即为第二电机转矩指令，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性正相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收；
当车辆处于发动机直驱+辅助驱动模式时：发动机工作受油门踏板开度直接控制，当发动机当前转速下输出功率低于驾驶员所需驱动功率时，控制第二电机提供驱动功率，如果仍旧不能满足需要，控制第一电机提供驱动功率，当电池组需要充电时，控制第一电机工作于发电状态给电池组充电；
7.根据权利要求1所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：所述步骤(5)中协调优化控制过程在倒车过程是：控制第二电机旋转方向与车倒车方向一致；所述发动机、第一电机、第二电机的控制取决于车辆所处的工作模式：
当车辆处于双电机驱动时，驾驶员所需驱动功率为第一电机与第二电机功率之代数和且以第二电机输出为主第一电机输出为辅，所需驱动功率与第二电机当前工况下最大功率之间较小者作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收，同时驾驶员所需驱动功率与第二电机功率之差值作为第一电机的功率需求，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，同时第一电机转向为驱动车辆倒车的方向；
当车辆处于行星齿轮耦合混合动力驱动模式时，电池组温度和电池组当前SOC经过综合测算子系统确定电池组充电所需的功率，该功率为正且随着电池组SOC和温度不同而变化，发动机在静止时怠速运行，车速较低时以最低设定工作转速工作，电池组所需充电功率为第一电机的功率，该功率需求与第一电机当前转速之比即为第一电机转矩指令，输出控制第一电机工作实现电池组充电，此时油门踏板开度决定了驾驶员驱动功率需求，该功率需求与输出功率反馈之间的偏差作为第二电机功率需求，该功率需求与车速、油门踏板开度、刹车踏板开度一起经过协调控制子系统处理后获得第二电机转矩以控制第二电机转矩工作，当刹车踏板开度不为零时，不管油门踏板开度为多少，都输出一个与刹车踏板开度线性正相关的制动力矩指令控制第二电机运行实现再生制动能量回收，当油门踏板开度和刹车踏板开度都为零的时候，设定一个与车速相关的虚拟驱动功率需求，当车速低的时候该虚拟驱动功率需求为正实现车辆低速运行，当车速高时该虚拟驱动功率需求为负实现车辆制动能量回收。
8.根据权利要求6或7所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：发动机控制采用转矩控制，第一电机采用转速控制，第二电机采用转矩控制。
9.根据权利要求6或7所述的一种用于多模式混合动力装置的协调控制方法，其特征在于：所述发动机转速指令、第一电机转矩指令、第二电机转矩指令分别控制每个控制周期的增量大小。
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