CN110091857B - 双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，在车辆需要进入换挡工况时，转速处理模块接收当前的小电机实际转速和大电机实际转速，根据行星齿轮速比关系计算得到第一行星架实际转速和输出齿圈实际转速，扭矩计算模块根据不同的换挡工况计算第一行星架目标转速，将第一行星架目标转速和第一行星架实际转速经过PID控制得到第一行星架需求角加速度，之后根据第一行星架需求角加速度和输出齿圈实际扭矩结合动力学公式计算得到小电机需求扭矩，将小电机需求扭矩与小电机最大扭矩进行比较，根据不同的比较结果按不同的换挡工况进行换挡。本发明方法，简单可行，换挡过程中车辆较为平顺、驾驶安全性、舒适性较好。

Description

双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法
技术领域
本发明涉及混合动力车辆的控制领域，特别涉及一种双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法。
背景技术
混合动力汽车在行驶过程中，会根据路况及驾驶员需求进行不同档位之间的切换，而档位切换就涉及到了混合动力汽车的传动装置中的离合器、制动器等的切换。在设计过程中，考虑到成本及空间布置的问题，传动装置的组成及结构都有所不同，应用到混合动力汽车上时，不同的换挡控制方法，对汽车的驾驶舒适性、安全性都会产生不同的结果，而汽车的驾驶舒适性、安全性是客户非常重视的一个问题。因此，如何进行换挡控制，使得车辆在换挡过程中较为平顺，提高驾驶安全性、舒适性，则成为混合动力汽车的一个重要研究方向。
发明内容
本发明旨在提供一种简单可行、换挡过程中车辆较为平顺、驾驶安全性、舒适性较好的功率分流式混合动力车辆纯电动驱动模式切换控制方法。
本发明通过以下方案实现：
一种双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，在车辆需要进入换挡工况时，按以下步骤进行：
Ⅰ转速处理模块接收当前的小电机实际转速和大电机实际转速，根据行星齿轮速比关系计算得到第一行星架实际转速和输出齿圈实际转速；
Ⅱ扭矩计算模块根据不同的换挡工况计算第一行星架目标转速，将第一行星架目标转速和第一行星架实际转速经过PID控制得到第一行星架需求角加速度，之后根据第一行星架需求角加速度和输出齿圈实际扭矩结合动力学公式计算得到小电机需求扭矩，将小电机需求扭矩与小电机最大扭矩进行比较，若小电机需求扭矩大于小电机最大扭矩，则执行步骤Ⅲ，否则执行步骤Ⅳ；
Ⅲ将小电机需求扭矩与小电机最大扭矩的差值作为第二制动器目标滑摩扭矩，同时离合器温度保护模块计算得到温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩，将第二制动器目标滑摩扭矩与温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩中的较小值作为第二制动器最终输出滑摩扭矩，按以下情况分别进行换挡：
(a)从第一制动器B1锁止到第二制动器B2锁止换挡时，整车控制器控制第二制动器B2预充，在第二制动器B2预充完成后，换挡模块按第一梯度△V1减小第一制动器扭矩至0，同时按第二梯度△V2增大第二制动器扭矩至第二制动器最终输出滑摩扭矩，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度调节小电机转速至第二制动器锁止转速，然后将第二制动器扭矩从第二制动器最终输出滑摩扭矩增大到第二制动器锁止扭矩，完成第二制动器锁止；
(b)从第二制动器B2锁止到第一制动器B1锁止换挡时，换挡模块直接将第二制动器扭矩从第二制动器锁止扭矩按第三梯度△V3减小到第二制动器最终输出滑摩扭矩，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度将第一行星架实际转速调节至第一制动器锁止转速，完成第一制动器锁止，最后将第二制动器扭矩清零；
Ⅳ按以下换挡工况分别进行换挡：
(a)从第一制动器B1锁止到第二制动器B2锁止换挡时，整车控制器控制第二制动器B2预充，同时换挡模块按第一梯度△V1减小第一制动器扭矩，在第一制动器扭矩降至0后，大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度调节小电机转速至第二制动器锁止转速，在第二制动器B2预充完成后，将第二制动器扭矩增大到第二制动器锁止扭矩，完成第二制动器锁止；
(b)从第二制动器B2锁止到第一制动器B1锁止换挡时，换挡模块直接将第二制动器扭矩从第二制动器锁止扭矩按第三梯度ΔV3减小到0，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度将第一行星架实际转速调节至第一制动器锁止转速，完成第一制动器锁止。
为方便说明，步骤Ⅲ整体视为第二制动器B2滑摩辅助换挡步骤，步骤IV为不滑摩辅助换挡步骤。
进一步地，所述小电机需求扭矩TE1按公式(1)计算得到：
TE1＝(i02-1)/(i01-i02)×Tho+i02/(i01-i02)×Tpc+i01×Js1×αho+(Js1×(1-i01)-i02/(i01-i02)×Jst)×αst (1)，
其中，Tho为输出齿圈实际扭矩，Tpc为第一行星架实际扭矩，i01为第一行星排传动比，i02为第二行星排传动比，Js1为第一太阳轮转动惯量，Jst为第一行星架转动惯量，αho为输出齿圈角加速度，αst为第一行星架角加速度。
进一步地，所述温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩B按公式(2)计算得到：
Figure BDA0002039248770000031
其中，tmax为第二制动器最高温度，tB2为第二制动器当前温度，V为第二制动器中摩擦片的总体积，kheat为第二制动器中摩擦片的单位体积热容量，tislip为第二制动器滑摩时间，ωs1Avr为换挡过程中小电机的平均角速度，Q为滑摩过程中经冷却油散热量。
进一步地，所述第一梯度△V1为30～80Nm/10ms，所述第二梯度△V2为50～100Nm/10ms，所述第三梯度△V3为20～50Nm/10ms。
进一步地，车辆进入换挡工况需同时满足以下条件：(1)油门开度＞10％或刹车踏板开度＞10％，(2)当前车速＜100km/h；
所述换挡工况包括：(1)从第一制动器B1锁止、第二制动器B2打开切换到第一制动器B1打开、第二制动器B2锁止，即从第一制动器B1锁止到第二制动器B2锁止换挡；(2)从第一制动器B1打开、第二制动器B2锁止切换到第一制动器B1锁止、第二制动器B2打开，即从第二制动器B2锁止到第一制动器B1锁止换挡。
本发明的功率分流式混合动力车辆纯电动驱动模式切换控制方法，简单可行，在换挡过程中，可根据小电机需求扭矩和小电机最大扭矩的大小比较，分别进行滑摩辅助换挡步骤和不滑摩辅助换挡步骤，在进行滑摩辅助换挡步骤时，通过第二制动器B2的滑摩辅助来补足系统的输出能力，减小整车输出扭矩的凹坑，进而减小车辆抖动，提高换挡平顺性和车辆的驾驶舒适性。
附图说明
图1为本发明使用的混合动力传动系统的结构示意图；
图2为实施例1中双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡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。
本发明使用的混合动力传动系统的结构示意图如图1所示，其主要部件包括发动机ICE、小电机E1、大电机E2、第一单行星排PG1、第二单行星排PG2、第一离合器C0、第二离合器C1、第一制动器B1、第二制动器B2、传动装置主减速器3和差速器2,发动机ICE连接输入轴1后分别通过第一离合器C0连接第一单行星排PG1的第一行星架PC1、通过第二离合器C1连接第二单行星排PG2的第二太阳轮S2，大电机E2与第二单行星排PG2的第二太阳轮S2连接，小电机E1与第一单行星排PG1的第一太阳轮S1连接，第一制动器B1锁止第一单行星排PG1的第一行星架PC1，第二制动器B2锁止第一单行星排PG1的第一太阳轮S1,第二单行星排PG2的第二齿圈R2连接第一单行星排PG1的第一行星架PC1，第一单行星排PG1的第一齿圈R1与第二单行星排PG2的第二行星架PC2相连接后连接传动装置主减速器3，传动装置主减速器3连接差速器2。
实施例1
一种双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，其控制流程图如图2所示，在车辆同时满足(1)油门开度＞10％或刹车踏板开度＞10％和(2)当前车速＜100km/h时进入换挡工况，换挡工况包括：(1)从第一制动器B1锁止、第二制动器B2打开切换到第一制动器B1打开、第二制动器B2锁止，即从第一制动器B1锁止到第二制动器B2锁止换挡；(2)从第一制动器B1打开、第二制动器B2锁止切换到第一制动器B1锁止、第二制动器B2打开，即从第二制动器B2锁止到第一制动器B1锁止换挡，按以下步骤进行：
Ⅰ转速处理模块接收当前的小电机实际转速和大电机实际转速，根据行星齿轮速比关系计算得到第一行星架实际转速和输出齿圈实际转速；
Ⅱ扭矩计算模块根据不同的换挡工况计算第一行星架目标转速，将第一行星架目标转速和第一行星架实际转速经过PID控制得到第一行星架需求角加速度，之后根据第一行星架需求角加速度和输出齿圈实际扭矩结合动力学公式计算得到小电机需求扭矩，将小电机需求扭矩与小电机最大扭矩进行比较，若小电机需求扭矩大于小电机最大扭矩，则执行步骤Ⅲ，否则执行步骤IV；
小电机需求扭矩TE1按公式(1)计算得到：
TE1＝(i02-1)/(i01-i02)×Tho+i02/(i01-i02)×Tpc+i01×Js1×αho+(Js1×(1-i01)-i02/(i01-i02)×Jst))×αst (1)，
其中，Tho为输出齿圈实际扭矩，Tpc为第一行星架实际扭矩，i01为第一行星排传动比，i02为第二行星排传动比，Js1为第一太阳轮转动惯量，Jst为第一行星架转动惯量，αho为输出齿圈角加速度，αst为第一行星架角加速度；
Ⅲ将小电机需求扭矩与小电机最大扭矩的差值作为第二制动器目标滑摩扭矩，同时离合器温度保护模块计算得到温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩，温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩B按公式(2)计算得到：
Figure BDA0002039248770000061
其中，tmax为第二制动器最高温度，tB2为第二制动器当前温度，V为第二制动器中摩擦片的总体积，kheat为第二制动器中摩擦片的单位体积热容量，tislip为第二制动器滑摩时间，ωs1Avr为换挡过程中小电机的平均角速度，Q为滑摩过程中经冷却油散热量；
将第二制动器目标滑摩扭矩与温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩中的较小值作为第二制动器最终输出滑摩扭矩，按以下情况分别进行换挡：
(a)从第一制动器B1锁止到第二制动器B2锁止换挡时，整车控制器控制第二制动器B2预充，在第二制动器B2预充完成后，换挡模块按第一梯度ΔV1减小第一制动器扭矩至0，第一梯度ΔV1取值为80Nm/10ms，同时按第二梯度ΔV2增大第二制动器扭矩至第二制动器最终输出滑摩扭矩，第二梯度ΔV2取值为100Nm/10ms，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度调节小电机转速至第二制动器锁止转速，然后将第二制动器扭矩从第二制动器最终输出滑摩扭矩增大到第二制动器锁止扭矩，完成第二制动器锁止；
(b)从第二制动器B2锁止到第一制动器B1锁止换挡时，换挡模块直接将第二制动器扭矩从第二制动器锁止扭矩按第三梯度△V3减小到第二制动器最终输出滑摩扭矩，第三梯度△V3取值为50Nm/10ms，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度将第一行星架实际转速调节至第一制动器锁止转速，完成第一制动器锁止，最后将第二制动器扭矩清零；
Ⅳ按以下换挡工况分别进行换挡：
(a)从第一制动器B1锁止到第二制动器B2锁止换挡时，整车控制器控制第二制动器B2预充，同时换挡模块按第一梯度△V1减小第一制动器扭矩，第一梯度△V1取值为80Nm/10ms，在第一制动器扭矩降至0后，大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度调节小电机转速至第二制动器锁止转速，在第二制动器B2预充完成后，将第二制动器扭矩增大到第二制动器锁止扭矩，完成第二制动器锁止；
(b)从第二制动器B2锁止到第一制动器B1锁止换挡时，换挡模块直接将第二制动器扭矩从第二制动器锁止扭矩按第三梯度△V3减小到0，第三梯度△V3取值为50Nm/10ms，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度将第一行星架实际转速调节至第一制动器锁止转速，完成第一制动器锁止。
实施例2
一种双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，其步骤与实施例1中的双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法的步骤基本相同，其不同之处在于：第一梯度△V1为30Nm/10ms，第二梯度△V2为50Nm/10ms，第三梯度△V3为20Nm/10ms。
实施例3
一种双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，其步骤与实施例1中的双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法的步骤基本相同，其不同之处在于：第一梯度△V1为50Nm/10ms，第二梯度△V2为80Nm/10ms，第三梯度△V3为35Nm/10ms。

Claims (5)

1.一种双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，其特征在于：混合动力传动系统包括发动机、小电机、大电机、第一单行星排、第二单行星排、第一离合器、第二离合器、第一制动器、第二制动器、传动装置主减速器和差速器，发动机连接输入轴后分别通过第一离合器连接第一单行星排的第一行星架、通过第二离合器连接第二单行星排的第二太阳轮，大电机与第二单行星排的第二太阳轮连接，小电机与第一单行星排的第一太阳轮连接，第一制动器锁止第一单行星排的第一行星架，第二制动器锁止第一单行星排的第一太阳轮，第二单行星排的第二齿圈连接第一单行星排的第一行星架，第一单行星排的第一齿圈与第二单行星排的第二行星架相连接后连接传动装置主减速器，传动装置主减速器连接差速器；在车辆需要进入换挡工况时，按以下步骤进行：
Ⅰ转速处理模块接收当前的小电机实际转速和大电机实际转速，根据行星齿轮速比关系计算得到第一行星架实际转速和输出齿圈实际转速；
Ⅱ扭矩计算模块根据不同的换挡工况计算第一行星架目标转速，将第一行星架目标转速和第一行星架实际转速经过PID控制得到第一行星架需求角加速度，之后根据第一行星架需求角加速度和输出齿圈实际扭矩结合动力学公式计算得到小电机需求扭矩，将小电机需求扭矩与小电机最大扭矩进行比较，若小电机需求扭矩大于小电机最大扭矩，则执行步骤Ⅲ，否则执行步骤Ⅳ；
Ⅲ将小电机需求扭矩与小电机最大扭矩的差值作为第二制动器目标滑摩扭矩，同时离合器温度保护模块计算得到温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩，将第二制动器目标滑摩扭矩与温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩中的较小值作为第二制动器最终输出滑摩扭矩，按以下换挡工况分别进行换挡：
(a)从第一制动器(B1)锁止到第二制动器(B2)锁止换挡时，整车控制器控制第二制动器(B2)预充，在第二制动器(B2)预充完成后，换挡模块按第一梯度△V1减小第一制动器扭矩至0，同时按第二梯度△V2增大第二制动器扭矩至第二制动器最终输出滑摩扭矩，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度调节小电机转速至第二制动器锁止转速，然后将第二制动器扭矩从第二制动器最终输出滑摩扭矩增大到第二制动器锁止扭矩，完成第二制动器锁止；
(b)从第二制动器(B2)锁止到第一制动器(B1)锁止换挡时，换挡模块直接将第二制动器扭矩从第二制动器锁止扭矩按第三梯度△V3减小到第二制动器最终输出滑摩扭矩，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度将第一行星架实际转速调节至第一制动器锁止转速，完成第一制动器锁止，最后将第二制动器扭矩清零；
Ⅳ按以下换挡工况分别进行换挡：
(a)从第一制动器(B1)锁止到第二制动器(B2)锁止换挡时，整车控制器控制第二制动器(B2)预充，同时换挡模块按第一梯度△V1减小第一制动器扭矩，在第一制动器扭矩降至0后，大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度调节小电机转速至第二制动器锁止转速，在第二制动器(B2)预充完成后，将第二制动器扭矩增大到第二制动器锁止扭矩，完成第二制动器锁止；
(b)从第二制动器(B2)锁止到第一制动器(B1)锁止换挡时，换挡模块直接将第二制动器扭矩从第二制动器锁止扭矩按第三梯度△V3减小到0，之后大电机和小电机通过第一行星架需求角加速度将第一行星架实际转速调节至第一制动器锁止转速，完成第一制动器锁止。
2.如权利要求1所述的双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，其特征在于：所述小电机需求扭矩TE1按公式(1)计算得到：
TE1＝(i02-1)/(i01-i02)×Tho+i02/(i01-i02)×Tpc+i01×Js1×αho+(Js1×(1-i01)-i02/(i01-i02)×Jst)×αst (1)，
其中，Tho为输出齿圈实际扭矩，Tpc为第一行星架实际扭矩，i01为第一行星排传动比，i02为第二行星排传动比，Js1为第一太阳轮转动惯量，Jst为第一行星架转动惯量，αho为输出齿圈角加速度，αst为第一行星架角加速度。
3.如权利要求1所述的双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，其特征在于：所述温度保护限制下的第二制动器最大滑摩扭矩B按公式(2)计算得到：
Figure FDA0002478319450000031
其中，tmax为第二制动器最高温度，tB2为第二制动器当前温度，V为第二制动器中摩擦片的总体积，kheat为第二制动器中摩擦片的单位体积热容量，tislip为第二制动器滑摩时间，ωs1Avr为换挡过程中小电机的平均角速度，Q为滑摩过程中经冷却油散热量。
4.如权利要求1所述的双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，其特征在于：所述第一梯度△V1为30～80Nm/10ms，所述第二梯度△V2为50～100Nm/10ms，所述第三梯度△V3为20～50Nm/10ms。
5.如权利要求1～4任一所述的双行星排深度混合动力汽车制动器辅助换挡控制方法，其特征在于：车辆进入换挡工况需同时满足以下条件：(1)油门开度＞10％或刹车踏板开度＞10％，(2)当前车速＜100km/h；
所述换挡工况包括：(1)从第一制动器(B1)锁止、第二制动器(B2)打开切换到第一制动器(B1)打开、第二制动器(B2)锁止；(2)从第一制动器(B1)打开、第二制动器(B2)锁止切换到第一制动器(B1)锁止、第二制动器(B2)打开。
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