CN111645667A - 用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法、装置、设备及车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法、装置、设备及车辆，该方法包括：获取驾驶员需求扭矩，并根据动力系统能力对此扭矩进行限制，得出需要动力系统输出到车轮的扭矩；将动力系统需要输出的扭矩转化变速箱前端的扭矩，当此扭矩大于离线优化的发动机最小输出扭矩时，对此扭矩进行滤波；当原始值大于滤波值时，由发动机响应滤波后的扭矩值，电机响应原始值与滤波值的差值，实现稳态部分扭矩需求由发动机提供，瞬态部分扭矩需求由驱动电机提供，可充分发挥发动机、电机两种动力源的特点，提高混合动力并联模式的动力性和经济性。

Description

用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法、装置、设备及 车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体而言，尤其涉及一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法、装置、设备及车辆。
背景技术
目前，我国新能源车辆中混合动力车辆发展最为迅速。混合动力车辆是一种使用多种能量来源的车辆，通常是使用液体燃料的常规发动机和使用电能的电机同时或单独驱动车辆。
面对日益严重的环境污染和能源危机，混合动力车辆的低油耗和低排放成为未来车辆发展的方向。扭矩分配是混合动力车辆的关键技术，其设计成功与否直接影响整车的动力性、经济性。
混合动力车辆可根据动力系统运行状态划分为纯电动模式、串联模式、并联模式和混联模式。中国专利CN201110238306.7揭示了一种混合动力车辆的驱动轴扭矩解析控制方法，提出了在不同工作模式下扭矩的输出策略。中国专利CN CN201811517919.2也揭示了一种扭矩控制方法，主要的方式是根据预设的优先等级进行扭矩控制。
本领域的技术人员所知的，并联模式下发动机、驱动电机与传动系统均为机械连接，都可直接驱动车辆。车辆在急加速、急减速、上坡、下坡时需求扭矩会变化较大，现有技术在并联模式时设定发动机运行区间，需求扭矩在此区间时，发动机提供所需扭矩。超出上限时由电机辅助驱动，低于下限时发动机带动发电机进行发电。此方法并没有考虑到这些工况的特殊性，未充分利用发动机、电机两种不同动力源的特性，会造成发动机负荷变化较大，具体有以下缺陷：
1、并联模式下需求扭矩在发动机经济区间时以发动机为动力源，会造成发动机运行点的频繁变化导致发动机效率较低、燃油率高、排放高。
2、因发动机特性原因，发动机对快速变化的需求扭矩响应较慢，影响驾驶员的扭矩响应速度。
由上可知，现有技术的混合动力车辆处于并联模式下，对发动机和驱动电机的扭矩分配存在动力性、燃油经济性较差的问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法、装置、设备及车辆，能够解决现有技术中在混合动力车辆处于并联模式下扭矩分配策略存在的动力性、燃油经济性较差的问题。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法，包括如下步骤：
S1、获取通过解析加速踏板开度、车速得到的驾驶员当前的需求扭矩TDriver；
S2、根据动力系统能力限制得到动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput；
S3、将所述最终输出扭矩TOutput换算为变速箱前端扭矩TGearInput，扭矩关系为:TGearInput＝TOutput/igear，其中igear为当前变速箱传动比；
S4、将所述变速箱前端扭矩TGearInput与离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin进行比较，当所述变速箱前端扭矩TGearInput低于所述下限值TEngMin时，发动机输出离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin，多余扭矩通过ISG电机进行发电，ISG电机发电扭矩为TEngMin-TGearInput；当所述变速箱前端扭矩TGearInput高于所述下限值TEngMin时，进入步骤S5；
S5、对所述变速箱前端扭矩TGearInput进行滤波，根据滤波结果分配成稳态部分扭矩需求和瞬态部分扭矩需求，分别由发动机或驱动电机输出相应扭矩。
优选的，所述步骤S5中，采用如下滤波公式进行滤波：Y(n)＝a*X(n)+(1-a)*Y(n-1)
X(n)-当前时刻的变速箱前端扭矩；
Y(n)-当前时刻滤波后的变速箱前端扭矩；
Y(n-1)-前一时刻滤波后的变速箱前端扭矩；
a-滤波系数，[0,1]。
优选的，所述步骤S5包括，
S51、判断所述变速箱前端扭矩TGearInput的滤波后的扭矩值与原始扭矩值之间的大小；
S52、当滤波后的扭矩值小于原始扭矩值时，发动机执行扭矩为所述滤波后的扭矩值，驱动电机执行扭矩为TGearInput的原始值减去滤波后的扭矩值；
S53、当滤波后的扭矩值大于所述原始扭矩值，发动机执行原始扭矩值。
优选的，所述步骤S52中，当驱动电机执行扭矩超出电机扭矩范围时，扭矩超出部分由发动机补足。
优选的，所述步骤S52中，还包括判断所述变速箱前端扭矩TGearInput的原始扭矩值减去滤波后的扭矩值的差值与设定值之间的大小的过程，当所述差值小于设定值，发动机执行扭矩为所述滤波后的扭矩值，驱动电机不输出扭矩。
优选的，所述步骤S53中，还包括判断扭矩变化的过程，当判断到需求扭矩重新增加时且大于发动机最低扭矩值时，初始化滤波算法，初始化时Y(n-1)的值为激活滤波算法时刻发动机执行的扭矩值。
优选的，所述步骤S1具体为，通过解析采集到的加速踏板原始电压信号得到所述加速踏板开度，通过查询需求扭矩TDriver与车速、加速踏板开度的对应关系表确定对应的驾驶员当前的需求扭矩TDriver。
优选的，所述步骤S2中的动力系统能力限制的因素包括混合动力车辆的发动机的最大扭矩TMaxEng、驱动电机的最大扭矩TMaxMotor、驱动电机当前转速nMotor、动力电池的最大放电功率Pmax和当前变速箱传动比igear、驱动电机与主减速器之间传动比imotor；所述动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput＝Min(TDriver,min(PMax*9550/nMotor，TMaxMotor)*iMotor+TMaxEng*igear)。
优选的，所述步骤S4中，所述离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin根据发动机转速查表得到，所述“离线优化”步骤根据发动机万有特性图结合发动机启停功率阈值得到。
本发明还揭示了一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制装置，包括
获取单元，用于获取通过解析加速踏板开度、车速得到的驾驶员当前的需求扭矩TDriver；
输出扭矩确定单元，用于根据动力系统能力限制得到动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput；
输入扭矩确定单元，用于将所述最终输出扭矩TOutput换算为变速箱前端扭矩TGearInput，扭矩关系为:TGearInput＝TOutput/igear，其中igear为当前变速箱传动比；
扭矩分配输出单元，用于将所述变速箱前端扭矩TGearInput与离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin进行比较，当所述变速箱前端扭矩TGearInput低于所述下限值TEngMin时，发动机输出离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin，多余扭矩通过ISG电机进行发电，ISG电机发电扭矩为TEngMin-TGearInput；
滤波单元，用于当所述变速箱前端扭矩TGearInput高于所述下限值TEngMin时，对所述变速箱前端扭矩TGearInput进行滤波，根据滤波结果分配成稳态部分扭矩需求和瞬态部分扭矩需求，分别由发动机或驱动电机输出相应扭矩。
本发明还揭示了一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制设备，包括
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上述任一项用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法的步骤。
本发明还揭示了一种混合动力车辆，包括如上述的用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制设备。
本发明的有益效果主要体现在：基于获得混合动力车辆当前的驾驶员需求扭矩后，为了防止在并联模式驾驶员需求扭矩的大幅变化，由于发动机动态响应慢且效率低导致的动力性和燃油经济性变差，因此将需求扭矩进行处理，划分为多种工况分别处理，稳态部分扭矩由发动机提供，瞬态部分扭矩由电机提供，可充分发挥发动机、电机两种动力源的特点，提高混合动力并联模式的动力性和经济性。
附图说明
下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：
图1：现有技术中混合动力车辆的一种动力系统示意图；
图2：本发明用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法的流程示意图；
图3：本发明用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法的实例图；
图4：本发明用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制装置的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限于本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
参阅图1，其示出了一种混合动力车辆中动力系统的结构示意图，其中A01是发动机，A02是ISG电机，A03是离合器，A04是变速箱，A05是驱动电机，A06是主减速器，A07是差速器，A08是车轮，A09是动力电池。
需要说明的是本发明实施例提供的技术方案均是在混合动力车辆处于并联模式的前提下实现的。即A03离合器处于闭合状态，A01发动机可直接驱动车辆，通过对A01发动机和A05驱动电机合理的扭矩分配实现更好的动力性和经济性。
在具体实施过程中，图2中揭示的扭矩控制方法中主要涉及的控制器包括：整车控制器(VCU，vehicle Control Unit)、驱动电机控制器(MCU，Motor Control Unit)、发动机管理系统(EMS，engine management system)、ISG电机控制器(ISG，Integrated StarterGenerator system)，整车控制器协调整车网络中各控制器的功能，并向驱动电机控制器、发动机控制器、ISG发电机控制器输出扭矩请求；驱动电机控制器、发动机控制器、ISG电机控制器执行整车控制器的扭矩请求，控制器之间采用CAN总线进行通讯。
基于此，结合图2，本发明实施例的一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法，具体包括如下步骤：
S1、获取通过解析加速踏板开度、车速得到的驾驶员当前的需求扭矩TDriver；
S2、根据动力系统能力限制得到动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput，此扭矩为A06主减速器的输入扭矩；
S3、将所述最终输出扭矩TOutput换算为变速箱前端扭矩TGearInput，扭矩关系为:TGearInput＝TOutput/igear，其中igear为当前变速箱传动比；
S4、将所述变速箱前端扭矩TGearInput与离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin进行比较，当所述变速箱前端扭矩TGearInput低于所述下限值TEngMin时，发动机输出离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin，多余扭矩通过ISG电机进行发电，ISG电机发电扭矩为TEngMin-TGearInput；当所述变速箱前端扭矩TGearInput高于所述下限值TEngMin时，进入步骤S5；
S5、对所述变速箱前端扭矩TGearInput进行滤波，根据滤波结果分配成稳态部分扭矩需求和瞬态部分扭矩需求，分别由发动机或驱动电机输出相应扭矩。
具体来讲，
所述步骤S1具体为，通过解析采集到的加速踏板原始电压信号得到所述加速踏板开度，通过查询需求扭矩TDriver与车速、加速踏板开度的对应关系表确定对应的驾驶员当前的需求扭矩TDriver。
所述步骤S2中的动力系统能力限制的因素包括混合动力车辆的发动机的最大扭矩TMaxEng、驱动电机的最大扭矩TMaxMotor、驱动电机当前转速nMotor、动力电池的最大放电功率Pmax和当前变速箱传动比igear、驱动电机与主减速器之间传动比imotor；所述动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput＝Min(TDriver,min(PMax*9550/nMotor，TMaxMotor)*iMotor+TMaxEng*igear)。
本发明的核心在于步骤S4和S5中揭示的扭矩分配控制方法，结合图2和图3所示。
所述步骤S4中，所述离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin根据发动机转速查表得到，所述“离线优化”步骤根据发动机万有特性图结合发动机启停功率阈值得到，目的是启动发动机后，发动机会运行在相对高效的区域。
将所述变速箱前端扭矩TGearInput与离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin进行比较，当所述变速箱前端扭矩TGearInput低于所述下限值TEngMin时，发动机输出离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin，多余扭矩通过ISG电机进行发电，ISG电机发电扭矩为TEngMin-TGearInput；如在图3中，t1时刻之前和t4时刻之后需求扭矩低于离线优化的发动机扭矩下限值。为了更清楚演示扭矩分配方法，图中未考虑传动比的影响。
当所述变速箱前端扭矩TGearInput高于所述下限值TEngMin时，进入步骤S5对所述变速箱前端扭矩TGearInput进行滤波，滤波公式为：
Y(n)＝a*X(n)+(1-a)*Y(n-1)
X(n)-当前时刻的变速箱前端扭矩；
Y(n)-当前时刻滤波后的变速箱前端扭矩；
Y(n-1)-前一时刻滤波后的变速箱前端扭矩；
a-滤波系数，[0,1]。
滤波系数为车辆出厂时的标定值，可根据需求扭矩变化率进行调整，需求扭矩变化率较高时，即需求扭矩急剧变化，滤波系数较大，否则滤波系数较小。从图中可以看出，滤波的作用是使输出扭矩更为平滑，提高经济性。
进一步的，所述步骤S5包括：
S51、判断所述变速箱前端扭矩TGearInput的滤波后的扭矩值与原始扭矩值之间的大小；
S52、当滤波后的扭矩值小于原始扭矩值时，发动机执行扭矩为所述滤波后的扭矩值，驱动电机执行扭矩为TGearInput的原始值减去滤波后的扭矩值；
S53、当滤波后的扭矩值大于所述原始扭矩值，发动机执行原始扭矩值。
其中，步骤S52对应的控制示意是图3中t1-t2时刻，步骤S53对应的是图3中t3-t4时刻。所述步骤S52中，当驱动电机执行扭矩超出电机扭矩范围时，扭矩超出部分由发动机补足。值得注意的是，“当滤波后的扭矩值大于所述原始扭矩值，发动机执行原始扭矩值”的原因在于，发动机执行原始扭矩值而非滤波后的扭矩值，可以防止滤波后的扭矩值与原始扭矩值的差值为动力电池充电，可避免多次能量转化引起的系统效率下降，而且频繁的充放电也会影响动力电池的寿命。
所述步骤S52中，还包括判断所述变速箱前端扭矩TGearInput的原始扭矩值减去滤波后的扭矩值的差值与设定值之间的大小的过程，当所述差值小于设定值，发动机执行扭矩为所述滤波后的扭矩值，驱动电机不输出扭矩。此步骤对应的控制示意是图3中t2-t3时刻，首先先确保发动机输出滤波后的扭矩值，保证经济性。另外，由于设定值较小，保证原始值与滤波值较为接近，为避免扭矩轻微波动导致模式来回切换，设定滤波值与原始值差值低于设定值时，发动机执行滤波后的扭矩值，驱动电机执行扭矩为0Nm。
所述步骤S53中，还包括判断扭矩变化的过程，当判断到需求扭矩重新增加时且大于发动机最低扭矩值时，初始化滤波算法，初始化时Y(n-1)的值为激活滤波算法时刻发动机执行的扭矩值。此步骤对应的控制示意是图3中t3-t4时刻。在该时刻段中，滤波值高于原始值，且原始值扭矩处于下降阶段，此时发动机执行原始值。当判断到需求扭矩重新增加时且大于发动机最低扭矩值时，则初始化滤波算法。滤波公式中的前一时刻即为整车控制器的数据刷新时间。
本发明基于获得混合动力车辆当前的驾驶员需求扭矩后，将需求扭矩进行处理，划分为多种工况分别处理，稳态部分扭矩由发动机提供，瞬态部分扭矩由电机提供，使发动机长时间处于高效区进行动力输出，而电机则实现相应速度的提升，充分发挥发动机、电机两种动力源的特点，提高混合动力并联模式的动力性和经济性。
本发明还揭示了一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制装置，如图4所示，包括：
获取单元，用于获取通过解析加速踏板开度、车速得到的驾驶员当前的需求扭矩TDriver；
输出扭矩确定单元，用于根据动力系统能力限制得到动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput；
输入扭矩确定单元，用于将所述最终输出扭矩TOutput换算为变速箱前端扭矩TGearInput，扭矩关系为:TGearInput＝TOutput/igear，其中igear为当前变速箱传动比；
扭矩分配输出单元，用于将所述变速箱前端扭矩TGearInput与离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin进行比较，当所述变速箱前端扭矩TGearInput低于所述下限值TEngMin时，发动机输出离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin，多余扭矩通过ISG电机进行发电，ISG电机发电扭矩为TEngMin-TGearInput；
滤波单元，用于当所述变速箱前端扭矩TGearInput高于所述下限值TEngMin时，对所述变速箱前端扭矩TGearInput进行滤波，根据滤波结果分配成稳态部分扭矩需求和瞬态部分扭矩需求，分别由发动机或驱动电机输出相应扭矩。
本发明还揭示了一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制设备，包括
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如上述任一项用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法的步骤。
本发明还揭示了一种混合动力车辆，包括如上述的用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制设备。
应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、获取通过解析加速踏板开度、车速得到的驾驶员当前的需求扭矩TDriver；
S2、根据动力系统能力限制得到动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput；
S3、将所述最终输出扭矩TOutput换算为变速箱前端扭矩TGearInput，扭矩关系为:TGearInput＝TOutput/igear，其中igear为当前变速箱传动比；
S4、将所述变速箱前端扭矩TGearInput与离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin进行比较，当所述变速箱前端扭矩TGearInput低于所述下限值TEngMin时，发动机输出离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin，多余扭矩通过ISG电机进行发电，ISG电机发电扭矩为TEngMin-TGearInput；当所述变速箱前端扭矩TGearInput高于所述下限值TEngMin时，进入步骤S5；
S5、对所述变速箱前端扭矩TGearInput进行滤波，根据滤波结果分配成稳态部分扭矩需求和瞬态部分扭矩需求，分别由发动机或驱动电机输出相应扭矩。
2.根据权利要求1所述的扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S5中，采用如下滤波公式进行滤波：Y(n)＝a*X(n)+(1-a)*Y(n-1)
X(n)-当前时刻的变速箱前端扭矩；
Y(n)-当前时刻滤波后的变速箱前端扭矩；
Y(n-1)-前一时刻滤波后的变速箱前端扭矩；
a-滤波系数，[0,1]。
3.根据权利要求1所述的扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S5包括，
S51、判断所述变速箱前端扭矩TGearInput的滤波后的扭矩值与原始扭矩值之间的大小；
S52、当滤波后的扭矩值小于原始扭矩值时，发动机执行扭矩为所述滤波后的扭矩值，驱动电机执行扭矩为TGearInput的原始值减去滤波后的扭矩值；
S53、当滤波后的扭矩值大于所述原始扭矩值，发动机执行原始扭矩值。
4.根据权利要求3所述的扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S52中，当驱动电机执行扭矩超出电机扭矩范围时，扭矩超出部分由发动机补足。
5.根据权利要求3所述的扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S52中，还包括判断所述变速箱前端扭矩TGearInput的原始扭矩值减去滤波后的扭矩值的差值与设定值之间的大小的过程，当所述差值小于设定值，发动机执行扭矩为所述滤波后的扭矩值，驱动电机不输出扭矩。
6.根据权利要求3所述的扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S53中，还包括判断扭矩变化的过程，当判断到需求扭矩重新增加时且大于发动机最低扭矩值时，初始化滤波算法，初始化时Y(n-1)的值为激活滤波算法时刻发动机执行的扭矩值。
7.根据权利要求1至6任一所述的扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S1具体为，通过解析采集到的加速踏板原始电压信号得到所述加速踏板开度，通过查询需求扭矩TDriver与车速、加速踏板开度的对应关系表确定对应的驾驶员当前的需求扭矩TDriver。
8.根据权利要求1至7任一所述的扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S2中的动力系统能力限制的因素包括混合动力车辆的发动机的最大扭矩TMaxEng、驱动电机的最大扭矩TMaxMotor、驱动电机当前转速nMotor、动力电池的最大放电功率Pmax和当前变速箱传动比igear、驱动电机与主减速器之间传动比imotor；所述动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput＝Min(TDriver,min(PMax*9550/nMotor，TMaxMotor)*iMotor+TMaxEng*igear)。
9.根据权利要求1至7任一所述的扭矩控制方法，其特征在于：所述步骤S4中，所述离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin根据发动机转速查表得到，所述“离线优化”步骤根据发动机万有特性图结合发动机启停功率阈值得到。
10.一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制装置，其特征在于，包括
获取单元，用于获取通过解析加速踏板开度、车速得到的驾驶员当前的需求扭矩TDriver；
输出扭矩确定单元，用于根据动力系统能力限制得到动力系统可执行的最终输出扭矩TOutput；
输入扭矩确定单元，用于将所述最终输出扭矩TOutput换算为变速箱前端扭矩TGearInput，扭矩关系为:TGearInput＝TOutput/igear，其中igear为当前变速箱传动比；
扭矩分配输出单元，用于将所述变速箱前端扭矩TGearInput与离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin进行比较，当所述变速箱前端扭矩TGearInput低于所述下限值TEngMin时，发动机输出离线优化的发动机扭矩下限值TEngMin，多余扭矩通过ISG电机进行发电，ISG电机发电扭矩为TEngMin-TGearInput；
滤波单元，用于当所述变速箱前端扭矩TGearInput高于所述下限值TEngMin时，对所述变速箱前端扭矩TGearInput进行滤波，根据滤波结果分配成稳态部分扭矩需求和瞬态部分扭矩需求，分别由发动机或驱动电机输出相应扭矩。
11.一种用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制设备，其特征在于，包括
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序时实现如权利要求1至9中任一项用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制方法的步骤。
12.一种混合动力车辆，其特征在于，包括如权利要求11所述的用于混合动力车辆并联模式的扭矩控制设备。
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