CN109094565B - 一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法，该方法基于功率分流混合动力系统，具体包括以下步骤：1)将动力系统的工作状态划分为纯电动模式、混合动力模式和模式切换过程三部分，搭建制动器锁止力矩观测器状态方程；2)利用最小方差滤波估计方法，基于已知信息，估计当前模式下动力输出端的负载转矩；3)将负载转矩作为已知量，结合已知信息，利用无偏最小方差估计方法估计模式切换过程中制动器的锁止力矩。与传统方法相比，本发明在不增加传感器的情况下估计模式切换过程中的制动器锁止力矩，节约了成本，并有效过滤掉了系统及传感器带来的过程和量测噪声，具有更高的估计精度。

Description

一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法

技术领域

本发明涉及一种转矩估计方法，尤其是涉及一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法。

背景技术

功率分流混合动力系统作为深度及插电式混合动力汽车的主流技术方案，已得到广泛应用。为适应不同行驶工况并提升其效率，动力分流混合动力系统需要通过离合器/制动器改变行星排元件间的连接方式，使车辆在不同的传动比范围可切换至不同的驱动工作模式。该过程中受到离合器/制动器自身特性的影响，容易引起变速箱输出端合成转矩发生较大波动，从而对传动部件造成冲击，导致动力传递不平稳，影响整车的动力性和乘坐舒适性。通过获取模式切换过程中的制动器转矩值，可以优化制动器/离合器的转矩跟踪控制效果，从而改善驾驶平顺性。受成本及变速箱空间限制，实车上没有安装制动器/离合器的转矩传感器，因此，基于功率分流混合动力系统本身的运动学、动力学关系，在不额外安装传感器的前提下对制动器/离合器进行转矩估计具有重要意义。现有技术大多采用基于杠杆法和各传动轴加速度的推算方法，但这两种方法无法有效过滤系统的过程和量测噪声，所估计的力矩值不够准确。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法，用以实现系统从纯电动至混合动力模式切换过程中的制动器锁止力矩估计，包括以下步骤：

S1：将功率分流混合动力系统的工作状态划分为纯电动模式、混合动力模式和模式切换过程三部分，结合各模式下的转矩转速约束关系，搭建如下形式的制动器锁止力矩观测器状态方程：

x_k+1＝A_kx_k+B_ku_k+G_kd_k+w_k

y_k＝C_kx_k+v_k

其中，

为状态变量，

为已知输入，如发动机、电机的转矩等，

为未知输入，如制动器锁止力矩、变速箱输出端的负载转矩等，

为输出变量，如电机、发动机和输出端转速等。

和

为互无关联、零均值高斯白噪声，且

Q_k和R_k根据经验值设置。A_k、B_k、G_k和C_k均为常数矩阵。

S2：利用最小方差估计方法，基于步骤S1获取的输出变量和已知输入，如电机、发动机、输出端转速信息和电机、发动机转矩信息，估计当前稳定模式(纯电动或混合动力模式)下输出端的负载转矩。

将未知输入作为待求解的负载转矩，则负载转矩的估计过程为：

d_k基于以下公式求解：

任意的M_k和K_k均能保证所求的未知输入d_k为无偏估计，为保证d_k的方差最小，M_k和K_k可分别基于下式求出：

式中，

其中：

其中，

为任意矩阵，且满足

S3：当系统发出制动器作用信号进行模式切换时，将步骤S2获取的负载转矩作为已知量，在模式切换过程中负载转矩值不发生变化的设定条件下，结合已知的电机、发动机的转速转矩信息，将未知输入作为待求解的锁止力矩，与步骤S2的估计过程相同，利用无偏最小方差估计方法估计制动器的锁止力矩。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

一、本发明在不额外添加传感器的前提下，基于功率分流混合动力系统的运动学和动力学关系，利用无偏最小估计方法估计系统在纯电动和混合动力模式切换过程中制动器的锁止力矩，具有较高的可实施性；

二、本发明采用了无偏最小估计方法，可以在满足实时性的条件下，在保证成本和实时性的条件下，有效过滤了实际系统和传感器中存在的过程和量测噪声，提高了制动器锁止力矩的估计精度。

附图说明

图1为本发明所述方法应用的功率分流混合动力系统示意图；

图2为本发明所述方法应用的功率分流混合动力系统模式切换过程杠杆示意图；

图3为本发明在稳定模式及模式切换过程中的制动器锁止力矩估计示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

本发明涉及一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法，作为本发明的优选实施例，功率分流混合动力系统如图1所示，该混合动力系统由发动机、电机MG1、MG2、制动器B1、B2和双行星排结构的功率耦合装置组成。基于该型式的混合动力系统可以实现纯电动、混合动力、行车充电和再生制动等多种工作模式。

当制动器B1锁止时系统工作在纯电动模式，制动器B1完全打开时，系统工作在混合动力模式，两种模式及模式切换过程的杠杆示意图如图2所示。

本发明所述的一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法的流程如图3所示，针对本实施例，主要包括以下步骤：

步骤一、忽略掉传动系各处阻尼、行星轮转动惯量的影响，仅考虑大小太阳轮、齿圈、行星架、电机、发动机、道路负载的等效转动惯量，变速箱输入和输出轴的刚度，对观测器中的功率分流混合动力系统模型进行简化。

步骤二、分别将系统的工作状态划分为纯电动模式、混合动力模式和模式切换过程三部分，考虑各模式下转矩转速约束关系的不同，选择不同的状态变量、输入和输出变量，搭建如下形式的制动器锁止力矩观测器状态方程：

x_k+1＝A_kx_k+B_ku_k+G_kd_k+w_k

y_k＝C_kx_k+v_k

其中，

为状态变量，

为已知输入，如发动机、电机转矩等，

为未知输入，制动器锁止力矩、变速箱输出端的负载转矩等，

为输出变量，如电机、发动机和输出端转速等。

和

为互无关联、零均值高斯白噪声，且

Q_k和R_k根据经验值设置。A_k、B_k、G_k和C_k均为常数矩阵。

对于纯电动模式，B1制动器锁止，系统行星架转速为零，选择系统状态变量、已知输入、未知输入和输出变量分别选取：

x＝[ω_MG1 ω_MG2 ω_L T_o]^T

u＝[T_MG1 T_MG2]^T

d＝T_L

y＝[ω_MG1 ω_MG2 ω_L]^T

对于混合动力模式，B1制动器完全打开，没有转矩输出，选择系统状态变量、已知输入、未知输入和输出变量分别选取：

x＝[ω_MG1 ω_MG2 ω_ICE ω_L T_i T_o]^T

u＝[T_MG1 T_MG2 T_ICE]^T

d＝T_L

y＝[ω_MG1 ω_MG2 ω_ICE ω_L]^T

对于模式切换过程，B1制动器逐渐打开，选择系统状态变量、已知输入、未知输入和输出变量分别选取：

x＝[ω_MG1 ω_MG2 ω_ICE ω_L T_i T_o]^T

u＝[T_MG1 T_MG2 T_ICE T_L]^T

d＝T_B1

y＝[ω_MG1 ω_MG2 ω_ICE ω_L]^T

其中，ω_MG1、ω_MG2、ω_ICE和ω_L分别为电机MG1、MG2、发动机和输出端转速，T_i和T_o为变速箱输入轴和输出轴传递转矩，T_MG1、T_MG2、T_ICE、T_B1和T_L分别为电机MG1、MG2、发动机、制动器B1和输出端的负载转矩。

步骤三、利用最小方差估计方法，基于上述已知的电机、发动机、输出端转速信息和电机、发动机转矩信息，首先估计当前稳定模式(纯电动或混合动力模式)下输出端的负载转矩。

此时系统的状态方程仅包含输出端的负载转矩一个未知输入d_k，d_k基于以下等式求解：

任意的M_k和K_k均能保证所求的未知输入d_k为无偏估计，为保证d_k的方差最小，M_k和K_k可分别基于下式求出：

式中，

其中：

其中，

为任意矩阵，且满足

步骤四、当系统发出制动器作用信号进行模式切换时，将纯电动或混合动力模式估计的输出端的负载转矩作为已知输入变量，并假设在模式切换过程中负载转矩值不发生变化，结合其它已知的电机、发动机的转速转矩信息，同样利用S3所述的无偏最小方差估计方法估计制动器B1的锁止力矩。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的工作人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法，用于实现功率分流混合动力系统从纯电动至混合动力模式切换过程中的制动器锁止力矩估计，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)获取电机、发动机的已知信息，将功率分流混合动力系统的工作状态划分为纯电动模式、混合动力模式和模式切换过程三部分，结合各模式下的转矩转速约束关系，搭建制动器锁止力矩观测器状态方程，所述的已知信息包括电机、发动机、输出端转速信息和电机、发动机转矩，所述的制动器锁止力矩观测器状态方程的表达式为：

x_k+1＝A_kx_k+B_ku_k+G_kd_k+w_k

y_k＝C_kx_k+v_k

其中，x_k∈Rⁿ为状态变量，u_k∈R^l为已知输入，d_k∈R^m为未知输入，y_k∈R^p为输出变量，w_k∈Rⁿ和v_k∈R^p为互无关联、零均值的高斯白噪声，且

A_k、B_k、G_k和C_k均为常数矩阵；

2)利用最小方差估计方法，基于已知信息，估计当前模式下动力输出端的负载转矩；具体过程为：

将未知输入d_k作为待求解的负载转矩，利用下式进行求解：

式中，M_k和K_k为用以保证未知输入d_k为无偏最小方差估计的参数，M_k的计算式为：

式中，

K_k的计算式为：

其中：

其中，α_k∈R^r×p为任意矩阵，且满足

3)当系统发出制动器作用信号进行模式切换时，设定模式切换过程条件，将步骤2)获取的负载转矩作为已知量，结合已知信息，利用无偏最小方差估计方法估计制动器的锁止力矩。

2.根据权利要求1所述的一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法，其特征在于，所述的模式切换过程条件为在模式切换过程中负载转矩值不发生变化。

3.根据权利要求2所述的一种功率分流系统模式切换过程制动器锁止力矩估计方法，其特征在于，利用无偏最小方差估计方法估计制动器的锁止力矩与利用最小方差估计方法估计负载转矩d_k的过程相同。

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