CN106627249A - 双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法，整车上强电后，首先判断整车是否处于纯电动工作模式下，若是，则整车控制系统判断当前整车的档位，若档位为P档或N档，则整车预输出力矩值为0；若档位为D档或R档，则根据油门踏板信号和车速，查表得到整车预输出力矩值；根据整车预输出力矩值，使用滤波器对整车预输出力矩值进行滤波，得到整车控制需求力矩值；将整车控制需求力矩值发送给整车控制器，经过整车控制器计算得到小电机和大电机的执行力矩值；将小电机和大电机的执行力矩值发送给电机控制器并由电机控制器控制小电机和大电机执行。本发明方法，可解决车辆在纯电动模式下的抖动问题，提高整车驾驶舒适性。

Description

双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法

技术领域

本发明涉及一种力矩控制方法，特别涉及一种双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法。

背景技术

混合动力汽车作为新能源汽车的一种，在市场上越来越受关注。而混动动力汽车的动力系统的运行模式包括混合动力模式和纯电动模式。在纯电动模式下，一般通过规避发动机怠速、低速小负荷等非经济工况，有效提升整车的燃油经济性；利用电机低速大力矩的特性，有效提升整车的低速动力性。但由于电机直接与变速器、传动轴和轮胎等弹性元件连接，纯电动时电机大力矩快速变化易引起整个传动系的扭转振动。另外，由于无刷直流电机极低转速下的输出力矩纹波波动，进一步影响整车驾驶舒适性。因此，如何降低混合动力汽车在纯电动模式运行时候的抖动，提高整车驾驶舒适性，成为了当前主要课题。

发明内容

本发明旨在提供一种可有效降低混合动力汽车在纯电动模式运行时候的抖动、提高整车驾驶舒适性的双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法。

本发明通过以下方案实现：

一种双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法，按以下步骤进行，

Ⅰ整车上强电后，首先判断整车是否处于纯电动工作模式下，若是，则自第第

Ⅱ步执行，若为否，则执行混合动力控制程序；

Ⅱ 整车控制系统根据当前档位信号判断当前整车的档位，若档位为P档或N档，则整车预输出力矩值THo_soll_ugrad为0；若档位为D档或R档，则根据油门踏板信号和车速，使用定点插值法查表得到整车预输出力矩值THo_soll_ugrad；整车预输出力矩值的单位为Nm；

Ⅲ 根据步骤Ⅱ得到的整车预输出力矩值THo_soll_ugrad，使用滤波器对整车预输出力矩值THo_soll_ugra进行滤波，得到整车控制需求力矩值Tho_soll；所述滤波器按以下步骤进行设计，

a、根据整车的动力学计算公式得到整车纯电动模式下连续的传递函数G(s)按公式(1)计算获得：

其中，整车的动力学计算公式具体如下所示的公式(a)～(m)：

T_S1+T_S2+T_C1+T_R1＝0……………………………………………………(c)

T_R1-T_S1·ρ₁+T_S2·ρ₂＝0…………………………………………………(d)

k_TI(θ_L-θ_R1)+c_TI(θ_L-θ_R1)-T_R1-I_R1θ_R1＝0……………………(i)

b、为了改善系统动态性能，避免整车低速起步时发生共振。设计前馈校正环节，通过引入新零点消除原主导极点对系统动态性能的不利影响，同时保证新增的一对极点远离虚轴。公式(1)所示整车纯电动模式下连续的传递函数G(s)，根据需求的幅频特性确定校正环节特征方程的阻尼比，并由原系统特征方程的阻尼比和自然频率确定传递函数G(s)的零点、极点位置。绘制整车纯电动模式下连续的传递函数G(s)的零点、极点分布图，绘制可使用如MATLAB等数学工具，所述零点为公式(1)中分子为零时所对应的方程的解，所述极点为公式(1)中分母为零时所对应的方程的解，根据零点、极点分布图中的一对共轭极点，引入控制系统中的前馈校正控制方法，按公式(2)计算得到连续的滤波器G_p(s)：

c、根据连续的滤波器Gp(s)，计算出离散的滤波器可使用MATLAB等软件计算；

其中公式(1)、公式(2)及公式(a)～(m)中，为小太阳轮的角速度，为大太阳轮的角速度，为小电机的角加速度，为大电机的角加速度，θ_R1为齿圈的角位移，为齿圈的角速度，为齿圈的角加速度；θ_C1为行星架的角位移，为行星架的角速度，为行星架的角加速度；θ_ENG为发动机的角位移，为发动机的角速度，为发动机的角加速度；θ_L为输出端的角位移，为输出端的角速度，输出端的角加速度；ρ₁为前排轮系传动比，ρ₂为后排轮系传动比；T_S1为作用在小太阳轮上的力矩，T_S2为作用在大太阳轮上的力矩，T_C1为作用在行星架上的力矩，T_R1为作用在齿圈上的力矩；T_MG1为作用在小电机上的力矩，T_MG2为作用在小电机上的力矩，T_ENG为作用在发动机上的力矩，T_L为作用在整车上的力矩；I_ENG为发动机转动惯量，I_MG1为小电机转动惯量，I_MG2为大电机转动惯量，I_L为整车等效转动惯量，I_C1为行星架转动惯量，I_R1为齿圈转动惯量，I′_R1为大电机、小电机以及齿圈的等效转动惯量；k_TDS为扭转减震器的等效刚度，K_TI为轮胎及半轴的等效刚度；C_TDS为扭转减震器的等效阻尼，C_TI为轮胎及半轴的等效阻尼；dB为滤波器的滤波强度，为0～100的常数值，单位为分贝；s为传递函数中的拉普拉斯算子；

Ⅳ 将步骤Ⅲ得到的整车控制需求力矩值Tho_soll发送给整车控制器，经过整车控制器计算得到小电机E1和大电机E2的执行力矩值T_E1和T_E2；将小电机E1和大电机E2的执行力矩值T_E1和T_E2发送给电机控制器并由电机控制器控制小电机E1和大电机E2执行。

油门踏板信号、车速与整车预输出力矩值对应表中的数值是根据驾驶员踩油门踏板深度和期望的整车加速度，根据整车行驶方程式得来。实际使用过程中，车速和油门踏板开度与整车需求力矩对应表一般都是通过外边界插值法查表计算。车速和油门踏板开度与整车预输出力矩值对应表可以通过试验数据获得，其获取方法属于常规现有技术，其获取方法一般为：在一定车速下，大电机和小电机外特性曲线计算出该车速下整车的最大预输出力矩值，再根据该车速下驾驶员的意图即油门踏板开度来初步设计整车预输出力矩值从而得到该车速下各种油门踏板开度对应的整车预输出力矩值；按相同的方法依次初步确定各车速下各油门踏板开度对应的整车预输出力矩值；最后在实车上进行标定调整并最终确定各车速下各油门踏板开度对应的整车预输出力矩值。

一般情况下，在运动学仿真情况下使用滤波器使用G_p(s)，在实车测试时使用而本发明主要是在实车上进行的运用。

一般情况下，所述纯电动模式的判断条件如下，

a档位处于P档时，若满足条件：(1)电池荷电保持SOC高于35％、(2)油门踏板信号小于30％、(3)发动机水温大于30℃中的任何一个，则整车处于纯电动工作模式下；

b、档位处于D档或R档时，若满足条件：(1)油门踏板信号小于30％、(2)车速小于25km/h、(3)电池荷电保持SOC高于25％中的任何一个，则整车处于纯电动模式下；

c、档位处于N档时，若电池荷电保持SOC高于25％，则整车处于纯电动模式下。

本发明的双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法，滤波器针对小电机E1和大电机E2的大力矩快速变化引起的整个传动系统的扭转振动力矩进行处理，处理后得到的力矩能够显著的降低小电机E1和大电机E2的大力矩快速变化引起的整个传动系统的振动；在小电机E1和大电机E2处于极低转速下，输出的力矩波纹能够被有效抑制，极大削弱小电机E1和大电机E2极低转速下输出力矩波纹对整车驾驶性的不利影响。本发明方法涉及瞬态和稳态扭矩两个方面的控制，驾驶员在有大扭矩变化需求时，本发明方法中的滤波方式，也会有扭矩的瞬态控制，当驾驶员的扭矩需求稳定后，滤波器就维持较为稳定的扭矩输出。本发明方法可解决混合动力汽车在纯电动模式下的起步、刹车、急加速急减速以及扭矩突变过程中产生的抖动问题，提高整车驾驶舒适性。

附图说明

图1为本发明中的混合动力汽车上使用的双行星排混合动力变速箱结构示意图；

图2为实施例1中整车纯电动模式下连续的传递函数G(s)的零点、极点分布图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于实施例之表述。

本发明中的混合动力汽车上使用的双行星排混合动力变速箱如图1所示，其主要部件包括：发动机ENG、扭转减震器1、小电机E1、大电机E2、双行星排2、第一制动器3、第二制动器4、轮胎及半轴5以及车身6。发动机ENG经扭转减振器1与双行星排2的行星架C1相连，双行星排2中的小太阳轮S1和小电机E1相连，大太阳轮S2和大电机E2相连，第一制动器3和行星架C相连，第二制动器4和小电机E1转子相连，双行星排的齿圈R1与传动轴及轮胎5及车身6相连。双行星排2起能量分流以及动力输出功能。

实施例1

一种双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法，按以下步骤进行，

Ⅰ 整车上强电后，首先判断整车是否处于纯电动工作模式下，则自第第Ⅱ步执行，若为否，则执行混合动力控制程序；

纯电动模式的判断条件如下，

a档位处于P档时，若满足条件：(1)电池荷电保持SOC高于35％、(2)油门踏板信号小于30％、(3)发动机水温大于30℃中的任何一个，则整车处于纯电动工作模式下；

b、档位处于D档或R档时，若满足条件：(1)油门踏板信号小于30％、(2)车速小于25km/h、(3)电池荷电保持SOC高于25％中的任何一个，则整车处于纯电动模式下；

c、档位处于N档时，若电池荷电保持SOC高于25％，则整车处于纯电动模式下。

Ⅱ 整车控制系统根据当前档位信号判断当前整车的档位，若档位为P档或N档，则整车预输出力矩值THo_soll_ugrad为0；若档位为D档或R档，则根据油门踏板信号和车速，使用定点插值法查表得到整车预输出力矩值THo_soll_ugrad；整车预输出力矩值的单位为Nm；根据试验数据得到，在D档下油门踏板信号、车速与整车预输出力矩值的对应表如表1所示，在R档下油门踏板信号、车速与整车预输出力矩值的对应表如表2所示。

表1 D档下油门踏板信号、车速与整车预输出力矩值的对应表

表2 R档下油门踏板信号、车速与整车预输出力矩值的对应表

表1、表2中，在油门踏板信号为0、车速为0的情况下的整车预输出力矩值，是为了保证车辆蠕行功能且保证一定车速而设定的值。

Ⅲ 根据步骤Ⅱ得到的整车预输出力矩值THo_soll_ugrad，使用滤波器对整车预输出力矩值THo_soll_ugra进行滤波，得到整车控制需求力矩值Tho_soll；滤波器按以下步骤进行设计，

a、根据整车的动力学计算公式得到整车纯电动模式下连续的传递函数G(s)按公式(1)计算获得：

b、使用如MATLAB的数学工具绘制出整车纯电动模式下连续的传递函数G(s)的零点、极点分布图，如图2所示，零点为公式(1)中分子为零时所对应的方程的解，图中用“○”表示，具体值为(－0.05+5.2i)以及(－0.05－5.2i)；极点为公式(1)中分母为零时所对应的方程的解，图中用“×”，具体值为0，(－0.78+16.9i)和(－0.78－16.9i)；根据零点、极点分布图中的一对共轭极点，引入控制系统中的前馈校正控制方法，按公式(2)计算得到连续的滤波器G_p(s)：

c、根据连续的滤波器Gp(s)使用如MATLAB的软件计算出离散的滤波器其中公式(1)、公式(2)中，I′_R1为大电机、小电机以及齿圈的等效转动惯量，本实施例中取值0.002；I_L为整车等效转动惯量，本实施例中取值12.99；C_TI为轮胎及半轴的等效阻尼，本实施例中取值15；K_TI为轮胎及半轴的等效刚度，本实施例中取值2864；dB为滤波器的滤波强度，为0～100的常数值，单位为分贝；s为传递函数中的拉普拉斯算子。

Ⅳ 将步骤Ⅲ得到的整车控制需求力矩值Tho_soll发送给整车控制器，经过整车控制器计算得到小电机E1和大电机E2的执行力矩值T_E1和T_E2；将小电机E1和大电机E2的执行力矩值T_E1和T_E2发送给电机控制器并由电机控制器控制小电机E1和大电机E2执行。

假设，确定当前整车处于P档或N档，则整车预输出力矩值THo_soll_ugrad为0，整车控制需求力矩值Tho_soll也为0，小电机E1和大电机E2的执行力矩值T_E1和T_E2均为0。

假设，确定当前整车处于纯电动工作模式下，若当前档位在D档，油门踏板信号为100％，车速为0km/h，查表1得到整车预输出力矩值THo_soll_ugrad为－600Nm，将得到的整车预输出力矩值THo_soll_ugrad，使用滤波器对整车预输出力矩值THo_soll_ugra进行滤波，得到整车控制需求力矩值Tho_soll为－520Nm，将得到的整车控制需求力矩值Tho_soll发送给整车控制器，经过整车控制器计算得到小电机E1的执行力矩值T_E1为－52Nm、大电机E2的执行力矩值T_E2为－208Nm，将小电机E1和大电机E2的执行力矩值T_E1和T_E2发送给电机控制器并由电机控制器控制小电机E1和大电机E2执行。本实施例的混合动力汽车中的小电机E1最大输出力矩范围为－90Nm～90Nm，大电机E2最大输出力矩范围为－250Nm～250Nm。

假设车辆处于纯电动工作模式下，档位处于R档，油门踏板信号为100％，车速为0km/h，查表1得到整车预输出力矩值THo_soll_ugrad为600Nm，经滤波器滤波后得到整车控制需求力矩值Tho_soll为520Nm，经过整车控制器计算得到小电机E1的执行力矩值T_E1为52Nm、大电机E2的执行力矩值T_E2为208Nm。

实际操作过程中，驾驶员会随时改变油门踏板信号，车速也会随时变化，因而整车预输出力矩值也会随时变化，从而经滤波器滤波得到的整车控制需求力矩值也会随时变化，这是一个动态变化的过程。

本发明方法，由滤波器滤波得到的THo_soll值(该值误差范围在－1N*m～1N*m之间)，能够较好的消除整车起步过程中的低频抖动、窜动，达到提升整车驾驶性的目的。

Claims (2)

1.一种双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法，其特征在于：按以下步骤进行，

Ⅰ整车上强电后，首先判断整车是否处于纯电动工作模式下，若是，则自第第Ⅱ步执行，若为否，则执行混合动力控制程序；

Ⅱ整车控制系统根据当前档位信号判断当前整车的档位，若档位为P档或N档，则整车预输出力矩值为0；若档位为D档或R档，则根据油门踏板信号和车速，使用定点插值法查表得到整车预输出力矩值；

Ⅲ根据步骤Ⅱ得到的整车预输出力矩值，使用滤波器对整车预输出力矩值进行滤波，得到整车控制需求力矩值；所述滤波器按以下步骤进行设计，

a、根据整车的动力学计算公式得到整车纯电动模式下连续的传递函数G(s)按公式(1)计算获得：

$G\left(s\right)=\frac{1}{(I_{R1}^{\′}+I_L)s}*\frac{I_L{s}^2+c_{TI}s+k_{TI}}{\left(\frac{I_{R1}^{\′}{I}_L}{I_{R1}^{\′}+I_L}\right)s^2+c_{TI}s+k_{TI}}...\left(1\right)$

b、绘制整车纯电动模式下连续的传递函数G(s)的零点、极点分布图，所述零点为公式(1)中分子等于零时所对应的方程的解，所述极点为公式(1)中分母为零时所对应的方程的解，根据零点、极点分布图中的一对共轭极点，引入控制系统中的前馈校正控制方法，按公式(2)计算得到连续的滤波器G_p(s)：

$G_P\left(s\right)=\frac{s^2+\frac{c_{TI}(I_{R1}^{\′}+I_L)}{I_{R1}^{\′}{I}_L}s+\frac{k_{TI}(I_{R1}^{\′}+I_L)}{I_{R1}^{\′}{I}_L}}{s^2+{10}^{dB/20}\frac{c_{TI}(I_{R1}^{\′}+I_L)}{I_{R1}^{\′}{I}_L}s+\frac{k_{TI}(I_{R1}^{\′}+I_L)}{I_{R1}^{\′}{I}_L}}...\left(2\right)$

c、根据连续的滤波器Gp(s)计算出离散的滤波器

其中公式(1)、公式(2)中，I′_R1为大电机、小电机以及齿圈的等效转动惯量，I_L为整车等效转动惯量，c_TI为轮胎及半轴的等效阻尼，K_TI为轮胎及半轴的等效刚度；dB为滤波器的滤波强度，s为传递函数中的拉普拉斯算子；

Ⅳ将步骤Ⅲ得到的整车控制需求力矩值发送给整车控制器，经过整车控制器计算得到小电机和大电机的执行力矩值；将小电机和大电机的执行力矩值发送给电机控制器并由电机控制器控制小电机和大电机执行。

2.如权利要求1所述的双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法，其特征在于：所述纯电动模式的判断条件如下，

a档位处于P档时，若满足条件：(1)电池荷电保持SOC高于35％、(2)油门踏板信号小于30％、(3)发动机水温大于30℃中的任何一个，则整车处于纯电动工作模式下；

b、档位处于D档或R档时，若满足条件：(1)油门踏板信号小于30％、(2)车速小于25km/h、(3)电池荷电保持SOC高于25％中的任何一个，则整车处于纯电动模式下；

c、档位处于N档时，若电池荷电保持SOC高于25％，则整车处于纯电动模式下。