CN106740820B - 一种四驱混合动力系统的防打滑控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种四驱混合动力系统的防打滑控制方法及装置，防打滑控制方法包括：分别计算前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数；根据驾驶员当前扭矩请求、所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数，获得前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数；根据所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数，对整车控制器初步分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行调整，获得预分配的前轴扭矩和后轴扭矩；分别对所述预分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行扭矩限制，获得防打滑的前轴扭矩和后轴扭矩。本发明实施例的有益效果在于，当车辆出现打滑时，能够智能地分配前后轴扭矩，达到最佳的车辆道路附着力并具有最佳的脱困能力，有效提高车辆的行驶稳定性和通过性。
Description
技术领域
本发明涉及新能源汽车领域，尤其涉及一种四驱混合动力系统的防打滑控制方法及装置。
背景技术
混合动力汽车领域具备各种结构的车型，按混合强度区分，可以分为：弱混、中混和强混。其中弱混主要指BSG结构的混合动力，即为发动机加一个启动电机，该启动电机具有协助启动发动机和自动停机及滑行回收等功能，节油率约为5%；中混主要包括加入ISG电机或者再加入一个小功率的后驱电机等，除了能实现弱混的功能以外，还能实现低速纯电功能。上述的混合动力一般都是属于两驱混合动力，当车辆前轮一侧涉水或者涉冰处于打滑时，车辆容易失控，而且两驱混合动力车辆在泞泥路面行驶时也容易因驱动轮陷入泥潭导致车辆受困。
基于一般混合动力汽车为两驱的现状，遇见附着不好的路面会出现打滑现象。FF车型会因为轮子的空转而转向不足，偏离了弯道，而FR车型则会甩尾。如果采用传统四驱车构造的混合动力系统，一方面由于存在中央差速器等结构，会导致结构复杂、成本高等问题；另一方面无法智能化地对前后轴扭矩进行分配，影响车辆行驶稳定性和车辆的通过性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种能够有效提高车辆行驶稳定性和车辆通过性的四驱混合动力系统的防打滑控制方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种四驱混合动力系统的防打滑控制方法，包括：
分别计算前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数；
根据驾驶员当前扭矩请求、所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数，获得前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数；
根据所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数，对整车控制器初步分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行调整，获得预分配的前轴扭矩和后轴扭矩；
分别对所述预分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行扭矩限制，获得防打滑的前轴扭矩和后轴扭矩。
其中，所述计算前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数具体包括：
根据前轮转速、当前车速以及前轴ISG电机转速，计算前轴滑移率；
根据后轮转速、当前车速以及后轴电机转速，计算后轴滑移率；
根据当前车速和方向盘转角信号，通过查表获得理论滑移率；
分别将所述前轴滑移率和所述后轴滑移率与所述理论滑移率相减，获得所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数。
其中，所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数系根据驾驶员当前扭矩请求、所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数，通过查表获得，所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数之和为1。
其中，如果所述前轴滑移错误系数和/或所述后轴滑移错误系数超出设定阈值，则判定前轴和/或后轴出现打滑。
其中，所述控制方法还包括：
将所述前轴扭矩发送给发动机控制器和前轴电机控制器，将所述后轴扭矩发送给后轴电机控制器。
其中，所述控制方法还包括：
对所述前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数进行PID调节，使其最小化。
本发明还提供一种四驱混合动力系统的防打滑控制装置，包括：
前后轴扭矩分配系数计算模块，用于根据驾驶员当前扭矩请求、前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数，计算前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数；
前后轴扭矩预分配模块，用于根据所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数，对整车控制器初步分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行调整，获得预分配的前轴扭矩和后轴扭矩；
扭矩限制模块，用于分别对所述预分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行扭矩限制，获得防打滑的前轴扭矩和后轴扭矩。
其中，还包括前后轴滑移错误系数计算模块，所述滑移错误系数计算模块进一步包括：
前轴滑移率计算模块，用于根据前轮转速、当前车速以及前轴ISG电机转速，计算前轴滑移率；
后轴滑移率计算模块，用于根据后轮转速、当前车速以及后轴电机转速，计算后轴滑移率；
理论滑移率获取模块，用于根据当前车速和方向盘转角信号，通过查表获得理论滑移率；
滑移错误系数获取模块，用于分别将所述前轴滑移率和所述后轴滑移率与所述理论滑移率相减，获得所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数。
其中，所述前后轴扭矩分配系数计算模块具体系根据驾驶员当前扭矩请求、前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数，通过查表获得所述前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数，所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数之和为1。
其中，所述防打滑控制装置还包括：
打滑判定模块，用于在所述前轴滑移错误系数和/或所述后轴滑移错误系数超出设定阈值时，判定前轴和/或后轴出现打滑。
其中，所述防打滑控制装置还包括：
输出模块，用于将所述前轴扭矩发送给发动机控制器和前轴电机控制器，将所述后轴扭矩发送给后轴电机控制器。
其中，所述防打滑控制装置还包括：
PID调节模块，用于对所述前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数进行PID调节，使其最小化。
本发明实施例的有益效果在于，当车辆出现打滑时，能够智能地分配前后轴扭矩，达到最佳的车辆道路附着力并具有最佳的脱困能力，有效提高车辆的行驶稳定性和通过性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例中四驱混合动力系统的结构示意图。
图2是是本发明实施例中四驱混合动力系统的模式选择示意图。
图3是本发明实施例一四驱混合动力系统的防打滑控制方法的流程示意图。
图4是本发明实施例二四驱混合动力系统的防打滑控制装置在整车控制器中的结构示意图。
图5是本发明实施例二四驱混合动力系统的防打滑控制装置的结构示意图。
具体实施方式
以下各实施例的说明是参考附图，用以示例本发明可以用以实施的特定实施例。本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。
根据图1所示，本发明实施例在起动发电一体机ISG（Integrate starter/generator）四驱混合动力汽车（E4WD）的基础上，加入了一个后轴电机（Electric RearAxle Drive Motor，或称ERAD电机），该后轴电机通过差减速器与后轴相连。图中MCU为电机控制器（Motor Control Unit），其中，ISG电机由前轴电机控制器MCU1控制，后轴电机由后轴电机控制器MCU2控制，动力电池由电池管理系统BMS（Battery Management System）控制，MCU1、MCU2、BMS和发动机控制器EMS都与整车控制器VCU（Vehicle Control System）通过CAN总线交互通讯，由整车控制器VCU进行车辆的监控、驾驶员扭矩请求计算和扭矩前后轴分配等。
本发明实施例应用于四驱混合动力汽车，可以采用插电式混合动力（PHEV）和非插电式混合动力（HEV）。如果采用插电式混合动力，其电池容量和后轴电机功率可以加大，后轴电机可以更多地参与驱动，此类混合动力系统可以归属为强混；如果采用非插电式混合动力，其电池容量和后轴电机功率将比较小，后轴电机的输出主要用于车辆起步、换挡辅助及全油门加速辅助等少数工况，归属为中混。本实施例优选应用于插电式混合动力，因归属于强混系列，能有效地保证车辆的后轴驱动的动力性。
本发明是通过整车控制器VCU根据车辆行驶工况和车辆传感器数值进行前后轴的扭矩分配。在各个工况下，例如：车辆启动、车辆起步、车辆正常行驶、制动滑行回收、驾驶员强制纯电动等，VCU都自动进行扭矩分配给前后轴。也即是说，VCU可以智能地选择车辆的行驶模式，在不牺牲动力性的情况下，达到最佳的经济性，其模式选择示意图如图2所示，具体包括如下几个方面：
1、车辆启动
与传统车12V启动马达启动发动机不同，本发明采用ISG电机启动发动机。VCU给ISG电机发送扭矩请求指令，ISG电机输出扭矩，将发动机拉升到较高转速便开始喷油，从而完成发动机的启动。通过ISG电机启动发动机，改善了传统车启动时油耗大和排放差的问题，能有效地提升燃油经济性和改善排放。
2、车辆起步
车辆启动完成后，发动机自学习和完成尾气催化剂加热等相关功能后，VCU根据当前SOC值，决定发动机是否进入自动停机状态。如果SOC值高于某一阀值时，发动机进入自动停机状态，VCU根据驾驶员的油门深度计算驾驶员扭矩请求，将驾驶员扭矩请求发给后轴电机控制器MCU2，让后轴电机进行起步驱动，车辆进入纯电动模式；如果SOC值低于某一阀值时，也是由后轴电机进行起步驱动，但此时车辆是增程模式，即由ISG电机进行发电，后轴电机进行驱动的串联式混动模式。起步模式下，只有后轴电机进行工作，如果电池SOC值比较低，由ISG电机给动力电池充电，动力电池给后轴电机进行供电。发动机停机纯电动起步，但车速上来后，发动机还是会启动进行发电的。
3、车辆的驱动
车辆完成起步，进入正常的驾驶时，VCU根据当前油门深度、SOC值和车速，计算当前的整车驱动扭矩需求，并实时监控后轴电机的扭矩输出能力。在SOC值高的时候，在后轴电机能够满足的功率范围内，VCU将扭矩全部分配给后轴电机，让后轴电机进行驱动，来满足整车的扭矩需要，发动机仍处于停机状态，车辆处于纯电动行驶；如果后轴电机的功率不能满足驾驶员的扭矩需求时，VCU将启动发动机，车辆进入混动模式，发动机将工作在高效率区间，将多余的扭矩用于发电，如果扭矩仍不足，由后轴电机输出不足部分的扭矩进行辅助。
4、强制纯电动
驾驶员可以根据自己的喜好通过EV-On按钮可以实现强制纯电动行驶，此时，只要在SOC大于一定值的情况下，VCU不限制驾驶员的油门深度和车速，VCU只将扭矩分配给后轴电机，车辆实现纯电动行驶。纯电动行驶具有起步动力性强、动力响应快和噪音低等优点，驾驶员可以充分享受纯电动车的乐趣。在本实施例中采用大功率后轴电机和高容量动力电池的情况下，车辆纯电续航里程可以达到50km，纯电动最高车速可以到130km/h。
与起步阶段不同，纯电行驶对SOC值的要求比较高，一般需要30%以上的SOC值才能满足纯电行驶的要求；而起步阶段，SOC值一般只需要大于20%就可以实现。
5、制动及滑行回收
车辆在进行制动或者滑行时，VCU将根据车速及制动踏板深度，给后轴电机发送负扭矩，进行制动及滑行能量回收，通过回收能量可以有效地改善燃油经济性。
上述混合动力系统的优点是结构简单、成本相对低廉、燃油经济性高的特点，而且前后轴能够独立进行驱动，能够根据车辆行驶工况进行智能化地分配扭矩，在整车控制和系统集成方面更适合产业化生产。
请再参照图3所示，本发明实施例一提供一种四驱混合动力系统的防打滑控制方法，包括：
分别计算前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数；
根据驾驶员当前扭矩请求、前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数，获得前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数；
根据前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数，对整车控制器初步分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行调整，获得预分配的前轴扭矩和后轴扭矩；
分别对预分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行扭矩限制，获得防打滑的前轴扭矩和后轴扭矩。
具体来说，在车辆行驶过程中，VCU实时监测四个车轮的转速、当前车速、前轴ISG电机转速以及后轴Erad电机的转速。可以通过监测上述的参数计算出当前前后轴车轮的滑移率S1和S2，此外，通过当前车速和方向盘的转角信号，可以通过查表的方式查出在正常行驶时的理论滑移率S。通过对比S1、S2和S之间的差值，可以得出前后轴的滑移错误系数S_err1和S_err2。此外，对S_err1和S_err2进行PID调节，使其最小化。
由此，本实施例中，计算前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数的过程具体包括：
根据前轮转速、当前车速以及前轴ISG电机转速，计算前轴滑移率；
根据后轮转速、当前车速以及后轴电机转速，计算后轴滑移率；
根据当前车速和方向盘转角信号，通过查表获得理论滑移率；
分别将前轴滑移率和后轴滑移率与理论滑移率相减，获得前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数。
计算出前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数后，可以据其判定是否出现打滑，即如果前轴滑移错误系数和/或后轴滑移错误系数超出设定阈值，则判定前轴和/或后轴出现打滑。具体来说，如果前轴滑移错误系数超出设定阈值，则判定前轴出现打滑；如果后轴滑移错误系数超出设定阈值，则判定后轴出现打滑；如果前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数均超出设定阈值，则判定前轴和后轴均出现打滑。
举例而言，在打滑工况下：根据前后轴的滑移错误系数S_err1、S_err2和当前驾驶员扭矩请求，通过查表获得前轴扭矩分配系数K1和后轴扭矩分配系数K2，并且K1+K2=1。如果前轴滑移错误系数S_err1大，表示前轴处于打滑状态，那么则减小前轴扭矩分配系数K1，增大后轴扭矩分配系数K2，让后轴发力；如果后轴滑移错误系数S_err2大，表示后轴处于打滑状态，那么则减小后轴扭矩分配系数K2，增大前轴扭矩分配系数K1，让前轴发力。
根据降低打滑车轮的扭矩输出、增加不打滑车轮扭矩输出的原则，通过扭矩分配系数K1和K2来实现增大不打滑车轮所在轴的扭矩分配、减小打滑车轮所在轴的扭矩分配调整。前轴扭矩请求=K1×总扭矩请求，后轴扭矩请求=K2×总扭矩请求。
由于在不同的温度和电压下，电机的能力是不一样的，发动机的输出也有所不同，因此，调整后的扭矩需要经过扭矩限制，即根据输入条件，在当前电机、发动机的最大能力范围内对预分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行扭矩限制，最终获得扭矩分配T1和T2。
进一步地，前轴扭矩T1将发送给发动机控制器和前轴电机控制器，后轴扭矩T2将发送给后轴电机控制器。
相应地，请结合图4、图5所示，本发明实施例二提供一种四驱混合动力系统的防打滑控制装置，包括：
前后轴扭矩分配系数计算模块，用于根据驾驶员当前扭矩请求、前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数，计算前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数；
前后轴扭矩预分配模块，用于根据前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数，对整车控制器初步分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行调整，获得预分配的前轴扭矩和后轴扭矩；
扭矩限制模块，用于分别对预分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行扭矩限制，获得防打滑的前轴扭矩和后轴扭矩。
进一步地，本实施例中，还包括前后轴滑移错误系数计算模块，该滑移错误系数计算模块具体包括：
前轴滑移率计算模块，用于根据前轮转速、当前车速以及前轴ISG电机转速，计算前轴滑移率；
后轴滑移率计算模块，用于根据后轮转速、当前车速以及后轴电机转速，计算后轴滑移率；
理论滑移率获取模块，用于根据当前车速和方向盘转角信号，通过查表获得理论滑移率；
滑移错误系数获取模块，用于分别将前轴滑移率和后轴滑移率与理论滑移率相减，获得前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数。
前后轴扭矩分配系数计算模块具体系根据驾驶员当前扭矩请求、前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数，通过查表获得前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数，前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数之和为1。
同样地，本实施例中还包括用于在前轴滑移错误系数和/或后轴滑移错误系数超出设定阈值时，判定前轴和/或后轴出现打滑的打滑判定模块。
本实施例中还包括：
输出模块，用于将所述前轴扭矩发送给发动机控制器和前轴电机控制器，将所述后轴扭矩发送给后轴电机控制器。
本实施例中还包括：
PID调节模块，用于对所述前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数进行PID调节，使其最小化。
本发明实施例的有益效果在于，当车辆出现打滑时，能够智能地分配前后轴扭矩，达到最佳的车辆道路附着力并具有最佳的脱困能力，有效提高车辆的行驶稳定性和通过性。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (12)
1.一种四驱混合动力系统的防打滑控制方法，包括：
分别计算前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数；
根据驾驶员当前扭矩请求、所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数，获得前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数；
根据所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数，对整车控制器初步分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行调整，获得预分配的前轴扭矩和后轴扭矩；
分别对所述预分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行扭矩限制，获得防打滑的前轴扭矩和后轴扭矩。
2.根据权利要求1所述的防打滑控制方法，其特征在于，所述计算前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数具体包括：
根据前轮转速、当前车速以及前轴ISG电机转速，计算前轴滑移率；
根据后轮转速、当前车速以及后轴电机转速，计算后轴滑移率；
根据当前车速和方向盘转角信号，通过查表获得理论滑移率；
分别将所述前轴滑移率和所述后轴滑移率与所述理论滑移率相减，获得所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数。
3.根据权利要求1所述的防打滑控制方法，其特征在于，所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数系根据驾驶员当前扭矩请求、所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数，通过查表获得，所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数之和为1。
4.根据权利要求1所述的防打滑控制方法，其特征在于，如果所述前轴滑移错误系数和/或所述后轴滑移错误系数超出设定阈值，则判定前轴和/或后轴出现打滑。
5.根据权利要求1所述的防打滑控制方法，其特征在于，还包括：
将所述前轴扭矩发送给发动机控制器和前轴电机控制器，将所述后轴扭矩发送给后轴电机控制器。
6.根据权利要求1所述的防打滑控制方法，其特征在于，还包括：
对所述前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数进行PID调节，使其最小化。
7.一种四驱混合动力系统的防打滑控制装置，其特征在于，包括：
前后轴扭矩分配系数计算模块，用于根据驾驶员当前扭矩请求、前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数，计算前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数；
前后轴扭矩预分配模块，用于根据所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数，对整车控制器初步分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行调整，获得预分配的前轴扭矩和后轴扭矩；
扭矩限制模块，用于分别对所述预分配的前轴扭矩和后轴扭矩进行扭矩限制，获得防打滑的前轴扭矩和后轴扭矩。
8.根据权利要求7所述的防打滑控制装置，其特征在于，还包括前后轴滑移错误系数计算模块，所述滑移错误系数计算模块进一步包括：
前轴滑移率计算模块，用于根据前轮转速、当前车速以及前轴ISG电机转速，计算前轴滑移率；
后轴滑移率计算模块，用于根据后轮转速、当前车速以及后轴电机转速，计算后轴滑移率；
理论滑移率获取模块，用于根据当前车速和方向盘转角信号，通过查表获得理论滑移率；
滑移错误系数获取模块，用于分别将所述前轴滑移率和所述后轴滑移率与所述理论滑移率相减，获得所述前轴滑移错误系数和所述后轴滑移错误系数。
9.根据权利要求7所述的防打滑控制装置，其特征在于，所述前后轴扭矩分配系数计算模块具体系根据驾驶员当前扭矩请求、前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数，通过查表获得所述前轴扭矩分配系数和后轴扭矩分配系数，所述前轴扭矩分配系数和所述后轴扭矩分配系数之和为1。
10.根据权利要求7所述的防打滑控制装置，其特征在于，还包括：
打滑判定模块，用于在所述前轴滑移错误系数和/或所述后轴滑移错误系数超出设定阈值时，判定前轴和/或后轴出现打滑。
11.根据权利要求7所述的防打滑控制装置，其特征在于，还包括：
输出模块，用于将所述前轴扭矩发送给发动机控制器和前轴电机控制器，将所述后轴扭矩发送给后轴电机控制器。
12.根据权利要求7所述的防打滑控制装置，其特征在于，还包括：
PID调节模块，用于对所述前轴滑移错误系数和后轴滑移错误系数进行PID调节，使其最小化。
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