CN110497899A - 混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，首先接收小电机控制信号、大电机控制信号，并解析驾驶员需求扭矩；之后平滑处理得到滤波后驾驶员需求扭矩，计算得到小电机可使用的实际扭矩上下限值、大电机可使用的实际扭矩上下限值；接着根据当前车速和滤波后驾驶员需求扭矩选择电机驱动模式，将选择的电机驱动模式所对应的预设的第一制动器锁止需求扭矩经限制得到第一制动器锁止限制扭矩；然后计算得到最终执行的第一制动器锁止扭矩，最后计算得到小电机当前执行扭矩和大电机当前执行扭矩，将数据相应发送给小电机控制器、大电机控制器并相应控制小电机、大电机执行。本发明方法简单可行，可杜绝失速问题，提高驾驶舒适性和安全性。

Description

混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力车辆的控制领域，特别涉及一种混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法。

背景技术

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、变速箱主减速器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相连接后连接变速箱主减速器3，第一齿圈R1即为整个系统的输出齿圈，变速箱主减速器3连接差速器2。

该种混合动力传动系统在设计时考虑小电机E1作为辅助动力源，主驱动为大电机E2。第一制动器B1采用的是多模离合器，其锁止时，混合动力系统拥有最大的输出能力，小电机E1和大电机E2共同驱动过程中可以提供纯电动模式下的最大系统能力，即纯电动下的最大输出扭矩。当系统在第一制动器B1锁止、小电机E1和大电机E2共同驱动时，需要对小电机E1和大电机E2的扭矩进行分配，且分配的扭矩需要在小电机E1和大电机E2的能力范围内，小电机E1和大电机E2的电机能力易受到电机温度、外界环境、电机转速等因素的影响，电机的能力都是随时间变化的。如果对小电机E1和大电机E2提出的扭矩需求超过了电机的扭矩范围，会造成混合动力系统各个部件的失速问题，从而造成车辆驾驶安全性、舒适性问题。因此，如何分配电机执行扭矩，成为当前的一个研究课题。

发明内容

本发明旨在提供一种混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，简单可行，能够在电机能力变化过程中，通过第一制动器B1的锁止扭矩控制，达到时刻发送给电机的执行扭矩值是一定处于电机E1和E2的能力范围内的，杜绝失速问题，并且通过不同电机驱动模式的选择可以使得混合动力传动系统在纯电动模式下的系统效率最佳。

本发明通过以下方案实现：

一种混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，在车辆处于纯电动模式下时，按以下步骤进行：

Ⅰ整车控制器接收到小电机控制器、大电机控制器相应发出的小电机控制信号、大电机控制信号，同时驾驶员扭矩解析模块根据当前油门踏板开度解析驾驶员需求扭矩；其中，小电机控制信号包括当前小电机状态、小电机扭矩、小电机转速、小电机的电压、电流、小电机能力等，大电机控制信号包括当前大电机状态、大电机扭矩、大电机转速、大电机的电压、电流、大电机能力等；

Ⅱ整车控制器根据步骤Ⅰ解析得到的驾驶员需求扭矩平滑处理得到滤波后驾驶员需求扭矩，并根据步骤Ⅰ接收到的小电机控制信号、大电机控制信号分别得到小电机可使用的实际扭矩上下限值、大电机可使用的实际扭矩上下限值；

Ⅲ整车控制器根据当前车速和步骤Ⅱ得到的滤波后驾驶员需求扭矩选择电机驱动模式；

IV整车控制器将步骤III选择的电机驱动模式相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩通过第一制动器的物理允许扭矩上下限值和第一制动器的液压系统允许扭矩上下限值进行限制，得到第一制动器B1锁止限制扭矩；

V整车控制器根据步骤IV得到的第一制动器B1锁止限制扭矩和步骤II得到的滤波后驾驶员需求扭矩、小电机可使用的实际扭矩上下限值、大电机可使用的实际扭矩上下限值计算得到最终执行的第一制动器锁止扭矩；

VI整车控制器根据步骤V得到的最终执行的第一制动器锁止扭矩和步骤II得到的滤波后驾驶员需求扭矩分别计算得到小电机当前执行扭矩和大电机当前执行扭矩，并将小电机当前执行扭矩、大电机当前执行扭矩相应发送给小电机控制器、大电机控制器，小电机控制器、大电机控制器相应控制小电机、大电机执行。

所述步骤IV中，第一制动器锁止限制扭矩Tst_lim按公式(a)计算得到：

Tst_lim＝max(min(Tst_PhsMax，Tst_req，Tst_HydMax，0)，Tst_PhsMin，Tst_HydMin，0)a)，

其中，Tst_PhsMax为第一制动器的物理允许扭矩上限值，Tst_PhsMin为第一制动器的物理允许扭矩下限值，Tst_HydMax为第一制动器的液压系统允许扭矩上限值，Tst_HydMin为第一制动器的液压系统允许扭矩下限值，Tst_req为各电机驱动模式相对应的预设的第一制动器锁止需求扭矩。

所述步骤V中，最终执行的第一制动器锁止扭矩Tst按公式(1)计算得到，

Tst＝max(min(Tst_max，Tst_lim，0)，Tst_min，0)……………………(1)，

其中，Tst_lim为第一制动器锁止限制扭矩；Tst_max为第一制动器的实际锁止扭矩上限值，其按公式(2)计算得到；Tst_min为第一制动器的实际锁止扭矩下限值，其按公式(3)计算得到：

其中，E1_max为小电机可便用的实际扭矩上限值，E1_min为小电机可便用的实际扭矩下限值，E2_max为大电机可使用的实际扭矩上限值，E2_min为大电机可使用的实际扭矩下限值，THoSoll为滤波后驾驶员需求扭矩，i₀₁为第一单行星排传动比，i₀₂为第二单行星排传动比。

所述步骤VI中，小电机当前执行扭矩TE1按公式(4)计算得到，大电机当前执行扭矩TE2按公式(5)计算得到：

TE1＝(i₀₂-1)/(i₀₁-i₀₂)×THoSoll+i₀₂/(i₀₁-i₀₂)×Tst

+i₀₁×J_s01×epHo+(J_s01×(1-i₀₁)-i₀₂/(i₀₁-i₀₂)×J_st)×epSt (4)，

TE2＝(i₀₁-1)/(i₀₂-i₀₁)×THoSoll+i₀₁(i₀₂-i₀₁)×Tst

+i₀₂×J_s02×epHo+(J_s02×(1-i₀₂)-i₀₁(i₀₂-i₀₁)×J_st)×epSt (5)，

其中，THoSoll为滤波后驾驶员需求扭矩；i₀₁为第一单行星排传动比；i₀₂为第二单行星排传动比；Tst为最终执行的第一制动器锁止扭矩；J_s01为第一太阳轮的转动惯量；J_s02为第二太阳轮的转动惯量；J_st为第一行星架的转动惯量；epHo为输出齿圈即第一齿圈角加速度，epSt为第一行星架角加速度。

所述步骤III中，电机驱动模式的具体选择规则为：在车速≤45km/h情况下，当滤波后驾驶员需求扭矩小于270Nm时，选择模式一或模式二或模式三；当滤波后驾驶员需求扭矩介于270～375Nm之间时，选择模式二或模式三，当滤波后驾驶员需求扣矩大于375Nm时，选择模式三；其中，模式一为小申机单独驱动，模式二为大电机单独驱动，模式三为小电机、大电机共同驱动。

不同电机驱动模式相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩，其值具体按以下规则计算并预先设置在整车控制器中：

模式一即小电机单独驱动相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩Tst_req按公式(b)计算：

Tst_req＝THo×(1-i₀₂)/i₀₂…………………………………………(b)；

模式二即大电机单独驱动相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩Tst_req按公式(c)计算：

Tst_req＝THo×(1-i₀₁)/i₀1………………………………………………(c)；

公式(b)、(c)中，THo为输出齿圈扭矩，i₀₁为第一单行星排传动比；i₀₂为第二单行星排传动比；

模式三即小电机、大电机共同驱动相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩Tst_req按照效率最佳点进行标定。

所述步骤I中，驾驶员扭矩解析模块解析驾驶员需求扭矩的具体步骤为：根据当前油门踏板开度和输出齿圈转速，使用线性插值法查油门踏板开度、输出齿圈转速和驾驶员需求扭矩的对应表得到驾驶员需求扭矩。油门踏板开度、输出齿圈转速和驾驶员需求扭矩的对应表可根据实车标定获得。

所述步骤II中，平滑处理得到滤波后驾驶员需求扭矩的方法具体为：将步骤I解析得到的驾驶员需求扭矩通过二阶梯度滤波算法或传递函数滤波算法计算得到滤波后驾驶员需求扭矩。二阶梯度滤波算法为现有技术中常用方法，传递函数滤波算法已在专利名称“双行星排混合动力汽车纯电动力矩控制方法”、专利号“201611162333.X”中公开。

本发明的混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，简单可行，根据小电机E1和大电机E2时刻变化的扭矩能力，决定当前最终执行的第一制动器锁止扭矩，第一制动器锁止扭矩的选择会决定当前系统的工作效率，通过不同的电机驱动模式选择，会出现最佳的系统效率，选择系统效率最佳点作为小电机E1、大电机E2的工作点，并且第一制动器的实际锁止扭矩的上下限值是通过小电机E1、大电机E2的上下限值计算出来的，因此通过最终执行的第一制动器锁止扭矩和滤波后驾驶员需求扭矩计算出来的小电机E1、大电机E2的执行扭矩TE1、TE2一定在电机的合理扭矩能力范围内，使得混合动力传动系统不会失速，处于安全工作状态，增加系统安全性能，提高车辆驾驶舒适性和安全性。

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中混合动力汽车纯电动模式下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

一种混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，其控制流程图如图2所示，在车辆处于纯电动模式下时，按以下步骤进行：

Ⅰ整车控制器接收到小电机控制器、大电机控制器相应发出的小电机控制信号、大电机控制信号，同时驾驶员扭矩解析模块根据当前油门踏板开度解析驾驶员需求扭矩；其中，小电机控制信号包括当前小电机状态、小电机扭矩、小电机转速、小电机的电压、电流、小电机能力等，大电机控制信号包括当前大电机状态、大电机扭矩、大电机转速、大电机的电压、电流、大电机能力等；

驾驶员扭矩解析模块解析驾驶员需求扭矩的具体步骤为：根据当前油门踏板开度和输出齿圈转速，使用线性插值法查油门踏板开度、输出齿圈转速和驾驶员需求扭矩的对应表得到驾驶员需求扭矩；

Ⅱ整车控制器根据步骤Ⅰ解析得到的驾驶员需求扭矩平滑处理得到滤波后驾驶员需求扭矩，并根据步骤Ⅰ接收到的小电机控制信号、大电机控制信号分别得到小电机可使用的实际扭矩上下限值、大电机可使用的实际扭矩上下限值；

平滑处理得到滤波后驾驶员需求扭矩的方法具体为：将步骤Ⅰ解析得到的驾驶员需求扭矩通过二阶梯度滤波算法或传递函数滤波算法计算得到滤波后驾驶员需求扭矩；

Ⅲ整车控制器根据当前车速和步骤Ⅱ得到的滤波后驾驶员需求扭矩选择电机驱动模式；

电机驱动模式的具体选择规则为：电机驱动模式的具体选择规则为：在车速≤45km/h情况下，当滤波后驾驶员需求扭矩小于270Nm时，选择模式一或模式二或模式三；当滤波后驾驶员需求扭矩介于270～375Nm之间时，选择模式二或模式三，当滤波后驾驶员需求扭矩大于375Nm时，选择模式三；其中，模式一为小电机单独驱动，模式二为大电机单独驱动，模式三为小电机、大电机共同驱动。

不同电机驱动模式相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩，其值具体按以下规则计算并预先设置在整车控制器中：

模式一即小电机单独驱动相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩Tst_req按公式(b)计算：

Tst_req＝THo×(1-i₀₂)/i₀₂………………………………………………(b)；

模式二即大电机单独驱动相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩Tst_req按公式(c)计算：

Tst_req＝THo×(1-i₀₁)/i₀₁…………………………………………………(c)；

公式(b)、(c)中，THo为输出齿圈扭矩，i₀₁为第一单行星排传动比；i₀₂为第二单行星排传动比；

模式三即小电机、大电机共同驱动相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩Tst_req按照效率最佳点进行标定；

IV整车控制器将步骤III选择的电机驱动模式相对应的预设的第一制动器B1锁止需求扭矩通过第一制动器的物理允许扭矩上下限值和第一制动器的液压系统允许扭矩上下限值进行限制，得到第一制动器B1锁止限制扭矩；

第一制动器锁止限制扭矩Tst_lim按公式(a)计算得到：

Tst_lim＝max(min(Tst_PhsMax，Tst_req，Tst_HydMax，0)，Tst_PhsMin，Tst_HydMin，0)a)，

其中，Tst_PhsMax为第一制动器的物理允许扭矩上限值，Tst_PhsMin为第一制动器的物理允许扭矩下限值，Tst_HydMax为第一制动器的液压系统允许扭矩上限值，Tst_HydMin为第一制动器的液压系统允许扭矩下限值，Tst_req为各电机驱动模式相对应的预设的第一制动器锁止需求扭矩；

V整车控制器根据步骤IV得到的第一制动器B1锁止限制扭矩和步骤II得到的滤波后驾驶员需求扭矩、小电机可使用的实际扭矩上下限值、大电机可使用的实际扭矩上下限值计算得到最终执行的第一制动器锁止扭矩；

最终执行的第一制动器锁止扭矩Tst按公式(1)计算得到，

Tst＝max(min(Tst_max，Tst_lim，0)，Tst_min，0)……………………(1)，

其中，Tst_lim为第一制动器锁止限制扭矩；Tst_max为第一制动器的实际锁止扭矩上限值，其按公式(2)计算得到；Tst_min为第一制动器的实际锁止扭矩下限值，其按公式(3)计算得到：

其中，E1_max为小电机可使用的实际扭矩上限值，E1_min为小电机可使用的实际扭矩下限值，E2_max为大电机可使用的实际扭矩上限值，E2_min为大电机可使用的实际扭矩下限值，THoSoll为滤波后驾驶员需求扭矩，i₀₁为第一单行星排传动比，i₀₂为第二单行星排传动比；

VI整车控制器根据步骤V得到的最终执行的第一制动器锁止扭矩和步骤II得到的滤波后驾驶员需求扭矩分别计算得到小电机当前执行扭矩和大电机当前执行扭矩，并将小电机当前执行扭矩、大电机当前执行扭矩相应发送给小电机控制器、大电机控制器，小电机控制器、大电机控制器相应控制小电机、大电机执行。

小电机当前执行扭矩TE1按公式(4)计算得到，大电机当前执行扭矩TE2按公式(5)计算得到：

TE1＝(i₀₂-1)/(i₀₁-i₀₂)×THoSoll+i₀₂/(i₀₁-i₀₂)×Tst

+i₀₁×J_s01×epHo+(J_s01×(1-i₀₁)-i₀₂(i₀₁-i₀₂)×J_st)×epSt (4)，

TE2＝(i₀₁-1)/(i₀₂-i₀₁)×THoSoll+i₀₁/(i₀₂-i₀₁)×Tst

+i₀₂×J_s02×epHo+(J_s02×(1-i₀₂)-i₀₁/(i₀₂-i₀₁)×J_st)×epSt (5)，

其中，THoSoll为滤波后驾驶员需求扭矩；i₀₁为第一单行星排传动比；i₀₂为第二单行星排传动比；Tst为最终执行的第一制动器锁止扭矩；J_s01为第一太阳轮的转动惯量；J_s02为第二太阳轮的转动惯量；J_st为第一行星架的转动惯量；epHo为输出齿圈即第一齿圈角加速度，epSt为第一行星架角加速度。

Claims (6)

1.一种混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，其特征在于：在车辆处于纯电动模式下且车速≤45km/h时，按以下步骤进行：

I整车控制器接收到小电机控制器、大电机控制器相应发出的小电机控制信号、大电机控制信号，同时驾驶员扭矩解析模块根据当前油门踏板开度解析驾驶员需求扭矩；

II整车控制器根据步骤I解析得到的驾驶员需求扭矩平滑处理得到滤波后驾驶员需求扭矩，并根据步骤I接收到的小电机控制信号、大电机控制信号分别得到小电机可使用的实际扭矩上下限值、大电机可使用的实际扭矩上下限值；

III整车控制器根据当前车速和步骤II得到的滤波后驾驶员需求扭矩选择电机驱动模式；

IV整车控制器将步骤III选择的电机驱动模式所对应的预设的第一制动器(B1)锁止需求扭矩经过第一制动器的物理允许扭矩上下限值和第一制动器的液压系统允许扭矩上下限值进行限制，得到第一制动器(B1)锁止限制扭矩；

V整车控制器根据步骤IV得到的第一制动器(B1)锁止限制扭矩和步骤II得到的滤波后驾驶员需求扭矩、小电机可使用的实际扭矩上下限值、大电机可使用的实际扭矩上下限值计算得到最终执行的第一制动器锁止扭矩；

VI整车控制器根据步骤V得到的最终执行的第一制动器锁止扭矩和步骤II得到的滤波后驾驶员需求扭矩分别计算得到小电机当前执行扭矩和大电机当前执行扭矩，并将小电机当前执行扭矩、大电机当前执行扭矩相应发送给小电机控制器、大电机控制器，小电机控制器、大电机控制器相应控制小电机、大电机执行。

2.如权利要求1所述的混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤V中，最终执行的第一制动器锁止扭矩Tst按公式(1)计算得到，

Tst＝max(min(Tst_max，Tst_lim，0)，Tst_min，0)……………………(1)，

其中，Tst_lim为第一制动器锁止限制扭矩；Tst_max为第一制动器的实际锁止扭矩上限值，其按公式(2)计算得到；Tst_min为第一制动器的实际锁止扭矩下限值，其按公式(3)计算得到：

其中，E1_max为小电机可使用的实际扭矩上限值，E1_min为小电机可使用的实际扭矩下限值，E2_max为大电机可使用的实际扭矩上限值，E2_min为大电机可使用的实际扭矩下限值，THoSoll为滤波后驾驶员需求扭矩，i₀₁为第一单行星排传动比，i₀₂为第二单行星排传动比。

3.如权利要求2所述的混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤VI中，小电机当前执行扭矩TE1按公式(4)计算得到，大电机当前执行扭矩TE2按公式(5)计算得到：

TE1＝(i₀₂-1)/(i₀₁-i₀₂)×THoSoll+i₀₂/(i₀₁-i₀₂)×Tst

+i₀₁×J_s01×epHo+(J_s01×(1-i₀₁)-i₀₂/(i₀₁-i₀₂)×J_st)×epSt (4)，

TE2＝(i₀₁-1)/(i₀₂-i₀₁)×THoSoll+i₀₁(i₀₂-i₀₁)×Tst

+i₀₂×J_s02×epHo+(J_s02×(1-i₀₂)-i₀₁/(i₀₂-i₀₁)×J_st)×epSt (5)，

其中，THoSoll为滤波后驾驶员需求扭矩；i₀₁为第一单行星排传动比；i₀₂为第二单行星排传动比；Tst为最终执行的第一制动器锁止扭矩；J_s01为第一太阳轮的转动惯量；J_s02为第二太阳轮的转动惯量；J_st为第一行星架的转动惯量；epHo为输出齿圈角加速度，epSt为第一行星架角加速度。

4.如权利要求1所述的混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤III中，电机驱动模式的具体选择规则为：在车速≤45km/h情况下，当滤波后驾驶员需求扭矩小于270Nm时，选择模式一或模式二或模式三；当滤波后驾驶员需求扭矩介于270～375Nm之间时，选择模式二或模式三，当滤波后驾驶员需求扭矩大于375Nm时，选择模式三；其中，模式一为小电机单独驱动，模式二为大电机单独驱动，模式三为小电机、大电机共同驱动。

5.如权利要求1所述的混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤I中，驾驶员扭矩解析模块解析驾驶员需求扭矩的具体步骤为：根据当前油门踏板开度和输出齿圈转速，使用线性插值法查油门踏板开度、输出齿圈转速和驾驶员需求扭矩的对应表得到驾驶员需求扭矩。

6.如权利要求1～5任一所述的混合动力汽车纯电动模式下扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤II中，平滑处理得到滤波后驾驶员需求扭矩的方法具体为：将步骤I解析得到的驾驶员需求扭矩通过二阶梯度滤波算法或传递函数滤波算法计算得到滤波后驾驶员需求扭矩。