CN108909701B - 混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，车辆进入高压电池功率受限模式后，设定行星架目标转速和高压电池目标功率，确定行星架角加速度；之后根据当前工况下需要发动机响应的总的需求功率计算得到发动机的目标扭矩，并根据当前的整车执行扭矩、发动机实际扭矩和行星架角加速度分别计算得到小电机的目标扭矩和大电机的目标扭矩，整车执行扭矩根据高压电池用于整车驱动的功率和发动机的实际输出功率计算得到，高压电池用于整车驱动的功率根据高压电池实际功率和根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率经PI控制器计算得到。本发明方法，简单可行，避免高压电池功率超限的同时，满足车辆驾驶扭矩需求。

Description

混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力汽车的控制领域，尤其是涉及一种混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法。
背景技术
混合动力汽车使用的高压电池，通常通过电池功率反馈控制来防止电池过度充电、过度放电，从而达到保护电池、延长电池寿命的目的。但由于反馈控制不可避免地出现超调，导致急加速时容易出现电池短时间过度放电、急减速时容易出现电池短时间过度充电，急加速急减速时的短时间过充过放在高寒环境下可能造成电池寿命缩短，在高温环境下可能造成电池温度持续上升、埋下安全隐患。因此高压电池在其温度过高或过低的情况下，会限制自身的充放电功率，以免电池温度进一步上升造成电池性能永久性下降甚至引发爆炸。而当电池的充放电功率被限制在比较低的水平时，来自驾驶员的驱动整车的功率请求、用电负载的功率请求等就只能由发动机响应，这样就不能满足车辆驾驶要求，导致在加速过程中出现动力不足甚至出现制动感，引起车辆抖动，而且目前的这种做法，高压电池的实际功率仍会超过限值。因此，在高压电池功率严重受限情况下，如何控制发动机、电机扭矩以满足车辆驾驶需求且不损害电池，是当前的重要研究课题。
发明内容
针对现有技术缺陷，本发明旨在提供一种混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，简单可行，可避免在高寒高温等极端环境下且车辆急加速或急减速工况下高压电池实际功率超限而对高压电池造成损害。
本发明通过以下方案实现：
一种混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，在高压电池功率严重受限时，整车控制器判断发动机是否已经起动，若是则车辆直接进入高压电池功率受限模式，否则先控制发动机起动，之后车辆再进入高压电池功率受限模式；车辆进入高压电池功率受限模式后，首先整车控制器根据整车初始需求扭矩和当前实际车速设定行星架目标转速、根据高压电池当前SOC 设定高压电池目标功率，确定行星架角加速度；之后整车控制器根据当前工况下需要发动机响应的总的需求功率计算得到发动机的目标扭矩，并根据当前的整车执行扭矩、发动机实际扭矩和行星架角加速度分别计算得到小电机的目标扭矩和大电机的目标扭矩，其中，整车执行扭矩根据高压电池用于整车驱动的功率和发动机的实际输出功率计算得到，高压电池用于整车驱动的功率根据高压电池实际功率和根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率经PI控制器计算得到；最后，整车控制器将发动机的目标扭矩发送至发动机控制器中控制执行，将小电机的目标扭矩、大电机的目标扭矩分别发送至相对应的小电机控制器、大电机控制器中控制执行。在根据高压电池当前SOC设定高压电池目标功率时，高压电池目标功率可根据实际情况在2KW、0和-2KW中选择。
进一步地，所述发动机的目标扭矩TENG_REQ按公式(1)计算得到：
TENG_REQ＝(9.55×PENG_REQ)/nst………………………………(1)，
其中，PENG_REQ为当前工况下需要发动机响应的总的需求功率，其为驾驶员驱动整车的需求功率PDrive、用电负载的需求功率(主要包括空调、高压油泵等高压用电附件的功率)和根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率之和，其中驾驶员驱动整车的需求功率PDrive根据公式(2)计算得到；nst为行星架实际转速；
PDrive＝(Tho_raw×nho)/9.55……………………………………(2)，
其中，Tho_raw为整车初始需求扭矩，其主要取决于油门踏板开度和车速； nho为当前外齿圈实际转速，若nho＜20r/min，则nho取值为20r/min；若nho≥ 20r/min，则按实际取值。
整车初始需求扭矩Tho_raw可通过整车初始需求扭矩Tho_raw与油门踏板开度、 nho的对应表查表获得，该对应表的获取方法为：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扭矩，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扭矩，从而得到该车速下各种油门踏板开度对应的整车预输出扭矩；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扭矩；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扭矩，整车预输出扭矩即为整车初始需求扭矩。
进一步地，所述小电机的目标扭矩TE1_REQ按公式(3)计算得到，所述大电机的目标扭矩TE2_REQ按公式(4)计算得到：
其中，Tho为整车执行扭矩；TENG_CRANK为发动机实际扭矩；Jst为行星架转动惯量；Js1为小太阳轮转动惯量；Js2为大太阳轮转动惯量；αst为行星架角加速度；i01为双行星排前排传动比；i02为双行星排后排传动比。
进一步地，所述整车执行扭矩Tho按公式(5)计算得到，行星架角加速度αst按公式(6)计算得到：
Tho＝[9.55×(PENG_CRANK+δP)]/nho………………………………(5)，
αst＝Kp_α×(nst_opt－nst)+∫KI_α×(nst_opt－nst)………………………(6)，
其中，PENG_CRANK为发动机的实际输出功率，其按公式(7)计算得到；δP 为高压电池用于整车驱动的功率，其按公式(8)计算得到；nho为当前外齿圈实际转速，若nho＜20r/min，则nho取值为20r/min；若nho≥20r/min，则按实际取值；Kp_α为行星架角加速度的比例调节因子，其取值为－0.1～0.1，实际使用时可根据需要进行选择具体值；KI_α为行星架角加速度的积分调节因子，其取值为－0.01～0.01，实际使用时可根据需要进行选择具体值；nst_opt为根据整车初始需求扭矩和当前实际车速设定的行星架目标转速，其主要受当前实际车速影响，随车速的增加而增加并且不能低于1200r/min，行星架目标转速可通过行星架目标转速与车速、整车初始需求扭矩的对应表查表获得，该对应表可根据实车标定获得；nst为行星架实际转速；
PENG_CRANK＝(TENG_CRANK×nst)/9.55……………………………(7)，
δP＝Kp_BAT×(PBAT_REQ－PBAT_actl)+∫KI_BAT×(PBAT_REQ－PBAT_actl)…(8)，
其中，TENG_CRANK为发动机实际扭矩；Kp_BAT为高压电池用于整车驱动的功率的比例调节因子，其取值为－1～1，实际使用时可根据需要进行选择具体值；KI_BAT为高压电池用于整车驱动的功率的积分调节因子，其取值为－0.2～ 0.2，实际使用时可根据需要进行选择具体值；PBAT_REQ为根据高压电池当前SOC 设定的高压电池目标功率；PBAT_actl为高压电池实际功率。
进一步地，在车辆进入高压电池功率受限模式后，禁止发动机停机，直至高压电池功率严重受限条件不成立。
若满足以下条件中的任意一点，则判定高压电池功率严重受限条件成立： (a)BMS通过CAN网络发送给HCU的高压电池最大允许充放电功率信号丢失； (b)高压电池平均温度低于－10℃；
(c)高压电池平均温度高于52℃。
本发明的混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，简单可行，在高压电池功率严重受限情况下，通过设定行星架目标转速，以确定行星架角加速度，同时根据高压电池当前SOC设定高压电池目标功率，根据高压电池实际功率和根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率而获得高压电池用于整车驱动的功率，从而得到整车执行扭矩，根据整车执行扭矩、发动机实际扭矩和行星架角加速度分别计算得到第一电机、第二电机的目标扭矩，根据当前工况下需要发动机响应的总的需求功率计算得到发动机目标扭矩，以满足车辆驾驶扭矩需求，避免车辆动力不足而造成车辆抖动等，提高车辆驾驶舒适性，同时可避免在高寒高温等极端环境下且车辆急加速或急减速工况下高压电池实际功率超限，从而降低高压电池性能损害的风险，延长高压电池使用寿命。
附图说明
图1为实施例1中使用的混合动力传动装置的结构示意图；
图2为实施例1中混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法的控制流程图。
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。
实施例1
本发明使用的混合动力传动装置的结构示意图如图1所示，包括发动机1、小电机E1 2、大电机E2 3、主减速器4、双行星排5、小太阳轮S1 6、行星架 7、前行星轮8、外齿圈9、大太阳轮S2 10、后行星轮11、曲轴12、第一制动器B1 13、第二制动器B2 14、减震阻尼器15、差速器齿轮16、主减速齿轮17、主减速输入齿轮18、主减速输出齿轮19、壳体20和差速器21，发动机1通过减震阻尼器15与双行星排5的行星架7相连，双行星排5的小太阳轮S1 6和小电机E1 2相连，双行星排5的大太阳轮S2 10和大电机E2 3相连，第一制动器B1 13和双行星排5的行星架7相连，第二制动器B2 14和小电机E1 2的转子同轴，双行星排5的外齿圈9通过主减速器4输出动力。其结构已在专利名称为双行星排四轴混合动力传动装置(专利号为200910194470.5)中公开。
一种混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，其流程控制图如图2所示，若满足以下条件中的任意一点，则判定高压电池功率严重受限条件成立：
(a)BMS通过CAN网络发送给HCU的最大允许充放电功率信号丢失；
(b)高压电池温度低于－10℃；
(c)高压电池平均温度高于52℃。
在高压电池功率严重受限时，整车控制器判断发动机是否已经起动，若是则车辆直接进入高压电池功率受限模式，否则先控制发动机起动，之后车辆再进入高压电池功率受限模式；在车辆进入高压电池功率受限模式后，禁止发动机停机，直至高压电池功率严重受限条件不成立；
车辆进入高压电池功率受限模式后，首先整车控制器根据整车初始需求扭矩和当前实际车速设定行星架目标转速、根据高压电池当前SOC设定高压电池目标功率，确定行星架角加速度，行星架角加速度αst按公式(6)计算得到：
αst＝Kp_α×(nst_opt－nst)+∫KI_α×(nst_opt－nst)………………………(6)，
其中，Kp_α为行星架角加速度的比例调节因子，其取值为－0.1～0.1；KI_α为行星架角加速度的积分调节因子，其取值为－0.01～0.01；nst_opt为根据整车初始需求扭矩和当前实际车速设定的行星架目标转速，主要受当前实际车速影响，随车速的增加而增加并且不能低于1200r/min，可通过行星架目标转速与车速、整车初始需求扭矩的对应表查表获得；nst为行星架实际转速；
之后整车控制器根据当前工况下需要发动机响应的总的需求功率计算得到发动机的目标扭矩，发动机的目标扭矩TENG_REQ按公式(1)计算得到：
TENG_REQ＝(9.55×PENG_REQ)/nst………………………………(1)，
其中，PENG_REQ为当前工况下需要发动机响应的总的需求功率，其为驾驶员驱动整车的需求功率PDrive、用电负载的需求功率(主要包括空调、高压油泵等高压用电附件的功率)和根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率之和，其中驾驶员驱动整车的需求功率PDrive根据公式(2)计算得到；nst为行星架实际转速；
PDrive＝(Tho_raw×nho)/9.55……………………………………(2)，
其中，Tho_raw为整车初始需求扭矩，其主要取决于油门踏板开度和车速，可通过整车初始需求扭矩Tho_raw与油门踏板开度、nho的对应表查表获得；nho为当前外齿圈实际转速，若nho＜20r/min，则nho取值为20r/min；若nho≥20r/min，则按实际取值；
并根据当前的整车执行扭矩、发动机实际扭矩和行星架角加速度分别计算得到小电机的目标扭矩和大电机的目标扭矩，小电机的目标扭矩TE1_REQ按公式 (3)计算得到，大电机的目标扭矩TE2_REQ按公式(4)计算得到：
其中，Tho为整车执行扭矩；TENG_CRANK为发动机实际扭矩；Jst为行星架转动惯量；Js1为小太阳轮转动惯量；Js2为大太阳轮转动惯量；αst为行星架角加速度；i01为双行星排前排传动比；i02为双行星排后排传动比；
其中，整车执行扭矩Tho根据高压电池用于整车驱动的功率和发动机的实际输出功率即按公式(5)计算得到，发动机的实际输出功率PENG_CRANK按公式 (7)计算得到；高压电池用于整车驱动的功率δP根据高压电池实际功率和根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率经PI控制器即按公式(8)计算得到；
Tho＝[9.55×(PENG_CRANK+δP)]/nho………………………………(5)，
PENG_CRANK＝(TENG_CRANK×nst)/9.55……………………………(7)，
δP＝Kp_BAT×(PBAT_REQ－PBAT_actl)+∫KI_BAT×(PBAT_REQ－PBAT_actl)…(8)，
其中，nho为当前外齿圈实际转速，若nho＜20r/min，则nho取值为20r/min；若nho≥20r/min，则按实际取值；TENG_CRANK为发动机实际扭矩；Kp_BAT为高压电池用于整车驱动的功率的比例调节因子，其取值为－1～1；KI_BAT为高压电池用于整车驱动的功率的积分调节因子，其取值为－0.2～0.2；PBAT_REQ为根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率；PBAT_actl为高压电池实际功率；
最后整车控制器将发动机的目标扭矩发送至发动机控制器中控制执行，将小电机的目标扭矩、大电机的目标扭矩分别发送至相对应的小电机控制器、大电机控制器中控制执行。

Claims (6)

1.一种混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，其特征在于：在高压电池功率严重受限时，整车控制器判断发动机是否已经起动，若是则车辆直接进入高压电池功率受限模式，否则先控制发动机起动，之后车辆再进入高压电池功率受限模式；车辆进入高压电池功率受限模式后，首先整车控制器根据整车初始需求扭矩和当前实际车速设定行星架目标转速、根据高压电池当前SOC设定高压电池目标功率，确定行星架角加速度；之后整车控制器根据当前工况下需要发动机响应的总的需求功率计算得到发动机的目标扭矩，并根据当前的整车执行扭矩、发动机实际扭矩和行星架角加速度分别计算得到小电机的目标扭矩和大电机的目标扭矩，其中，整车执行扭矩根据高压电池用于整车驱动的功率和发动机的实际输出功率计算得到，高压电池用于整车驱动的功率根据高压电池实际功率和根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率经PI控制器计算得到；最后，整车控制器将发动机的目标扭矩发送至发动机控制器中控制执行，将小电机的目标扭矩、大电机的目标扭矩分别发送至相对应的小电机控制器、大电机控制器中控制执行。
2.如权利要求1所述的混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，其特征在于：所述发动机的目标扭矩TENG_REQ按公式(1)计算得到：
TENG_REQ＝(9.55×PENG_REQ)/nst………………………………(1)，
其中，PENG_REQ为当前工况下需要发动机响应的总的需求功率，其为驾驶员驱动整车的需求功率PDrive、用电负载的需求功率和根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率之和，其中驾驶员驱动整车的需求功率PDrive根据公式(2)计算得到；nst为行星架实际转速；
PDrive＝(Tho_raw×nho)/9.55……………………………………(2)，
其中，Tho_raw为整车初始需求扭矩；nho为当前外齿圈实际转速，若nho＜20r/min，则nho取值为20r/min；若nho≥20r/min，则按实际取值。
3.如权利要求1所述的混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，其特征在于：所述小电机的目标扭矩TE1_REQ按公式(3)计算得到，所述大电机的目标扭矩TE2_REQ按公式(4)计算得到：
其中，Tho为整车执行扭矩；TENG_CRANK为发动机实际扭矩；Jst为行星架转动惯量；Js1为小太阳轮转动惯量；Js2为大太阳轮转动惯量；αst为行星架角加速度；i01为双行星排前排传动比；i02为双行星排后排传动比。
4.如权利要求3所述的混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，其特征在于：所述整车执行扭矩Tho按公式(5)计算得到，行星架角加速度αst按公式(6)计算得到：
Tho＝[9.55×(PENG_CRANK+δP)]/nho………………………………(5)，
αst＝Kp_α×(nst_opt－nst)+∫KI_α×(nst_opt－nst)………………………(6)，
其中，PENG_CRANK为发动机的实际输出功率，其按公式(7)计算得到；δP为高压电池用于整车驱动的功率，其按公式(8)计算得到；nho为当前外齿圈实际转速，若nho＜20r/min，则nho取值为20r/min；若nho≥20r/min，则按实际取值；Kp_α为行星架角加速度的比例调节因子，其取值为－0.1～0.1；KI_α为行星架角加速度的积分调节因子，其取值为－0.01～0.01；nst_opt为根据整车初始需求扭矩和当前实际车速设定的行星架目标转速；nst为行星架实际转速；
PENG_CRANK＝(TENG_CRANK×nst)/9.55……………………………(7)，
δP＝Kp_BAT×(PBAT_REQ－PBAT_actl)+∫KI_BAT×(PBAT_REQ－PBAT_actl)…(8)，
其中，TENG_CRANK为发动机实际扭矩；Kp_BAT为高压电池用于整车驱动的功率的比例调节因子，其取值为－1～1；KI_BAT为高压电池用于整车驱动的功率的积分调节因子，其取值为－0.2～0.2；PBAT_REQ为根据高压电池当前SOC设定的高压电池目标功率；PBAT_actl为高压电池实际功率。
5.如权利要求1～4任一所述的混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，其特征在于：在车辆进入高压电池功率受限模式后，禁止发动机停机，直至高压电池功率严重受限条件不成立。
6.如权利要求1～4任一所述的混合动力汽车在高压电池功率严重受限情况的扭矩控制方法，其特征在于：若满足以下条件中的任意一点，则判定高压电池功率严重受限条件成立：
(a)BMS通过CAN网络发送给HCU的高压电池最大允许充放电功率信号丢失；
(b)高压电池平均温度低于－10℃；
(c)高压电池平均温度高于52℃。
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