CN112455423B - 双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法,根据坡度信号和驾驶员需求扭矩,基于模糊控制系统计算出驾驶需求因子,并通过驾驶需求因子选择纯电起步控制方式,能够有效提高车辆纯电起步性能,特别是车辆在坡道上的纯电起步性能,提升驾乘舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及混合动力汽车领域,具体涉及一种双电机混合动力汽车的纯电起步控制系统及方法。
背景技术
21世纪是人类面临能源瓶颈和环境挑战的时代,也将是汽车面临新技术革命的时代,以石油为主要能源的传统汽车产业必将转变成为一个以新能源为支撑的高新技术产业,环保节能也逐渐成为汽车产业发展的重头戏。混合动力汽车在一辆汽车中同时采用两种动力装置及储能装置(通常为内燃机、驱动电机和电池)。通过先进的控制系统使动力装置和储能装置有机协调工作,可以在低速或者强制纯电模式的工况下进行纯电驱动,以达到节能减排的目的。
对于纯电模式下的车辆起步,也应考虑一种合理有效的动力协作方式进行起步。
发明内容
本发明公开了双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法,能够合理有效根据驾驶需求对车辆进行起步控制。
本发明公开了双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法,包括以下步骤,
步骤1)坡度计算;
步骤2)驾驶需求因子计算;
根据钥匙开关、手柄位置、车速、坡度、驾驶员需求扭矩、整车动力系统激活状态等信号,通过驾驶需求因子模糊控制系统计算得到驾驶需求因子,其包括如下步骤:
步骤21)判断是否满足驾驶需求因子计算触发条件:若满足进入下一步,否则退出,所述驾驶需求因子计算触发条件至少包括:a)钥匙上电,b)手柄位置在前进挡或者倒挡;c)整车动力系统激活状态置位;d)车速低(车速小于一设定阈值);
步骤22)定义输入变量:包括坡度ω和驾驶员需求扭矩y信号两个输入变量;
步骤23)隶属度计算:确定八个隶属度函数C1(ω)、C2(ω)、C3(ω)、C4(ω)、D1(y)、D2(y)、D3(y)、D4(y),所述隶属度函数C1(ω)为坡度大,所述隶属度函数C2(ω)为坡度中等,所述隶属度函数C3(ω)为坡度小,所述隶属度函数C4(ω)为坡度为零,所述隶属度函数D1(y)为驾驶员需求扭矩正大,所述隶属度函数D2(y)为驾驶员需求扭矩正中,所述隶属度函数D3(y)为驾驶员需求扭矩正小,所述隶属度函数D4(y)为驾驶员需求扭矩为零,八个隶属度函数C1(ω)、C2(ω)、C3(ω)、C4(ω)、D1(y)、D2(y)、D3(y)、D4(y)、根据滤波后的坡度ω和驾驶员需求扭矩y,分别得到相应的输出值C1ω、C2ω、C3ω、C4ω、D1y、D2y、D3y、D4y。
步骤24)模糊逻辑判断:根据上述八个隶属度函数,确定四个模糊控制规则,所述四个规则进行模糊逻辑判断,分别如下:
第1个模糊控制规则为:如果坡度大且驾驶员需求扭矩正大,那么驾驶需求因子原始值为需求非常大,驾驶需求因子原始值A1为C1ω和D1y取大值;
第2个模糊控制规则为:如果坡度中等且驾驶员需求扭矩正中,那么驾驶需求因子原始值为需求中等,驾驶需求因子原始值A2为C2ω和D2y取大值;
第3个模糊控制规则为:如果坡度小且驾驶员需求扭矩正小,那么驾驶需求因子原始值为需求小,驾驶需求因子原始值A3为C3ω和D3y取大值;
第4个模糊控制规则为:如果坡度为零且驾驶员需求扭矩为零,驾驶需求因子原始值为无需求,驾驶需求因子原始值A4为C4ω和D4y取大值;
步骤25)解模糊化:按照如下公式对模糊逻辑判断得到的输出进行精确化处理得到没有滤波的驾驶需求因子:
其中Ai为第i个模糊控制规则输出的驾驶需求因子原始值,Knj为规则分子系数,Kdj为规则分母系数。
步骤26)驾驶需求因子滤波:采用一阶顺序低通滤波器对没有滤波的驾驶需求因子进行滤波得到驾驶需求因子。
步骤3)纯电起步动力源选择;
纯电模式下,当驾驶需求因子不大于第一阈值时,纯电起步采用第一电机起步控制;进入步骤41);
当驾驶需求因子大于第一阈值但又小于第二阈值时,纯电起步采用第二电机起步控制;进入步骤42);
当驾驶需求因子不小于第二阈值时,纯电起步采用第一电机和第二电机双电机起步控制;进入步骤43);
步骤4)起步控制;
步骤41)纯电起步第一电机起步控制。整车控制器将驾驶员需求扭矩分配给第一电机,此时同时,整车控制器将第一电机扭矩请求和第一电机扭矩控制模式通过控制器局域网发送给第二电机控制器,第一电机控制器根据接收到第一电机扭矩请求和第一电机扭矩控制模式控制第一电机转动;
步骤42)纯电起步第二电机起步控制。整车控制器将驾驶员需求扭矩分配给第二电机,此时同时,整车控制器将第二电机扭矩请求和第二电机扭矩控制模式通过控制器局域网发送给第二电机控制器,第二电机控制器根据接收到第二电机扭矩请求和第二电机扭矩控制模式控制第二电机转动;
进一步地,步骤1)中,整车控制器通过控制器局域网总线从车身稳定控制器获取纵向加速度信号,从变速器控制器获取的输出轴转速信号,并根据变速器控制器输出轴转速得到输出轴转速斜率,利用车身稳定控制器纵向加速度与输出轴转速斜率的差得到坡度信号原始值,对坡度信号原始值取绝对值后,采用一阶顺序低通滤波器对坡度信号原始值的绝对值进行滤波得到坡度信号ω。
本发明有益技术效果为:实现起步控制分级,分三档根据不同驾驶需求因子调动第一、第二电机输出扭矩对车辆进行起步控制;第一电机扭矩输出在减速器端、第二电机扭矩输出在变速器端,支持基于驾驶需求分级的起步扭矩输出,在最大扭矩需求下可以同时启动第一、第二电机完成相关起步。本发明根据坡度和驾驶员需求扭矩,基于模糊控制系统计算出驾驶需求因子,并通过驾驶需求因子选择纯电起步控制方式,能够有效提高车辆纯电起步性能,特别是车辆在坡道上的纯电起步性能,提升驾乘舒适性。
附图说明
图1为本发明的双电机混合动力汽车的纯电起步控制系统结构示意图。
图2为本发明的纯电起步控制方法流程示意图。
图3为本发明的纯电起步控制方法的驾驶需求因子计算的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细说明。
如图1所示,本发明公开的双电机混合动力汽车的纯电起步控制系统,包括发动机1、离合器2、第一电机5、第二电机3、变速器4、减速器6、后桥7、驱动车轮8及动力电池9;发动机1通过离合器2与变速器4输入端连接,第二电机3通过一级减速齿轮与变速器4输入轴直接耦合,第一电机5通过一级减速齿轮与减速器6直接耦合;变速器4输出端通过减速器6、后桥7与驱动轮8连接;动力电池9通过高压线与第一电机5和第二电机3连接。
如图2所示,本发明公开的双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法由坡度计算、驾驶需求因子计算、纯电起步动力源选择、纯电起步第一电机起步控制、纯电起步第二电机起步控制和纯电起步双电机起步控制步骤组成。
如图3所示,本发明公开的双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法的驾驶需求因子计算由驾驶需求因子计算触发条件、定义输入变量、隶属度计算、模糊逻辑判断、解模糊化、驾驶需求因子滤波组成。
如图2和图3所示,该双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法,包括以下步骤:
步骤1)坡度计算;整车控制器通过控制器局域网总线从车身稳定控制器获取纵向加速度信号,从变速器控制器获取输出轴转速信号,并根据变速器控制器输出轴转速得到输出轴转速斜率,利用车身稳定控制器纵向加速度与输出轴转速斜率的差得到坡度信号原始值,对坡度信号原始值取绝对值后,采用一阶顺序低通滤波器对坡度信号原始值的绝对值进行滤波得到坡度信号ω。
步骤2)驾驶需求因子计算:根据钥匙开关、手柄位置、车速、坡度、驾驶员需求扭矩、整车动力系统激活状态等信号,通过驾驶需求因子模糊控制系统计算得到驾驶需求因子,步骤如下:
步骤21)判断是否满足驾驶需求因子计算触发条件:若满足进入下一步,否则退出,所述驾驶需求因子计算触发条件至少包括:a)钥匙上电,b)手柄位置在前进挡或者倒挡;c)整车动力系统激活状态置位;d)车速低(车速小于一设定阈值);
步骤22)定义输入变量:采用模糊控制系统,包括坡度ω和驾驶员需求扭矩y信号两个输入变量,坡度ω取值范围为0~100,所述驾驶员需求扭矩y取值范围为-5000~5000;
步骤23)隶属度计算:根据专家的实际经验,确定驾驶需求因子计算的模糊控制系统的8个隶属度函数C1(ω)、C2(ω)、C3(ω)、C4(ω)、D1(y)、D2(y)、D3(y)、D4(y)。本实施例的8个隶属度函数分别为:隶属度函数C1(ω)为坡度大,隶属度函数C2(ω)为坡度中等,隶属度函数C3(ω)为坡度小,隶属度函数C4(ω)为坡度为零,隶属度函数D1(y)为驾驶员需求扭矩正大,隶属度函数D2(y)为驾驶员需求扭矩正中,隶属度函数D3(y)为驾驶员需求扭矩正小,隶属度函数D4(y)为驾驶员需求扭矩为零。
本实施例隶属度函数C1(ω)的取值范围为0-1,C1(ω)取值如表1所示:
表1
本实施例隶属度函数C2(ω)的取值范围为0-1,C2(ω)取值如表2所示:
表2
本实施例隶属度函数C3(ω)的取值范围为0-1,C3(ω)取值如表3所示:
表3
本实施例隶属度函数C4(ω)的取值范围为0-1,C4(ω)取值如表4所示:
表4
本实施例隶属度函数D1(y)的取值范围为0-1,D1(y)取值如表5所示:
y | 0 | 1700 | 1800 | 2100 | 2300 | 2500 | 2700 | 3000 | 3500 |
D1(y) | 0 | 0 | 0.50 | 0.60 | 0.68 | 0.76 | 0.84 | 0.95 | 1.00 |
表5
本实施例隶属度函数D2(y)的取值范围为0-1,D2(y)取值如表6所示:
y | 0 | 900 | 1000 | 1300 | 1500 | 1700 | 1800 | 2000 | 3500 |
D2(y) | 0 | 0 | 0.30 | 0.34 | 0.40 | 0.46 | 0.50 | 0 | 0 |
表6
本实施例隶属度函数D3(y)的取值范围为0-1,D3(y)取值如表7所示:
y | 0 | 50 | 100 | 300 | 700 | 1000 | 2000 | 3000 | 3500 |
D3(y) | 0 | 0.10 | 0.12 | 0.20 | 0.25 | 0.30 | 0 | 0 | 0 |
表7
本实施例隶属度函数D4(y)的取值范围为0-1,D4(y)取值如表8所示:
y | 0 | 10 | 25 | 50 | 100 | 1000 | 2000 | 3000 | 3500 |
D4(y) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
表8
C1(ω)、C2(ω)、C3(ω)、C4(ω)、D1(y)、D2(y)、D3(y)、D4(y)取值根据匹配的车辆驾驶性客观的标定来确定。表1、表2、表3、表4、表5、表6、表7、表8中的参数仅仅是一个实施例,都是可以在整车上进行匹配标定的。
步骤24)模糊逻辑判断:根据上述八个隶属度函数,本发明设计了四个模糊控制规则来计算驾驶需求因子,这四个规则分别如下:
第1个模糊控制规则为:如果坡度大且驾驶员需求扭矩正大,那么驾驶需求因子原始值为需求非常大,驾驶需求因子原始值A1为C1ω和D1y取大值;
第2个模糊控制规则为:如果坡度中等且驾驶员需求扭矩正中,那么驾驶需求因子原始值为需求中等,驾驶需求因子原始值A2为C2ω和D2y取大值;
第3个模糊控制规则为:如果坡度小且驾驶员需求扭矩正小,那么驾驶需求因子原始值为需求小,驾驶需求因子原始值A3为C3ω和D3y取大值;
第4个模糊控制规则为:如果坡度为零且驾驶员需求扭矩为零,驾驶需求因子原始值为无需求,驾驶需求因子原始值A4为C4ω和D4y取大值;
将隶属度函数C1(ω)、C2(ω)、C3(ω)、C4(ω)、D1(y)、D2(y)、D3(y)、D4(y)的输出值C1ω、C2ω、C3ω、C4ω、D1y、D2y、D3y、D4y输入到4个模糊控制规则,得到四个模糊控制规则的输出值即驾驶需求因子原始值A1、A2、A3、A4。
步骤25)解模糊化:按照如下公式对模糊逻辑判断得到的输出进行精确化处理得到没有滤波的驾驶需求因子:
其中Ai为第i个模糊控制规则输出的驾驶需求因子原始值,Knj为规则分子系数,Kdj为规则分母系数。
步骤26)驾驶需求因子滤波:采用一阶顺序低通滤波器对没有滤波的驾驶需求因子进行滤波得到驾驶需求因子。
步骤3)纯电起步动力源选择;
纯电模式下,当驾驶需求因子不大于第一阈值时,纯电起步采用第一电机起步控制;进入步骤4);
当驾驶需求因子大于第一阈值但又小于第二阈值时,纯电起步采用第二电机起步控制;进入步骤5);
当驾驶需求因子不小于第二阈值时,纯电起步采用第一电机和第二电机双电机起步控制;进入步骤6);
步骤4)纯电起步第一电机起步控制;整车控制器将驾驶员需求扭矩分配给第一电机,此时同时,整车控制器将第一电机扭矩请求和第一电机扭矩控制模式通过控制器局域网总线发送给第二电机控制器,第一电机控制器根据接收到第一电机扭矩请求和第一电机扭矩控制模式控制第一电机转动;
步骤5)纯电起步第二电机起步控制;整车控制器将驾驶员需求扭矩分配给第二电机,此时同时,整车控制器将第二电机扭矩请求和第二电机扭矩控制模式通过控制器局域网总线发送给第二电机控制器,第二电机控制器根据接收到第二电机扭矩请求和第二电机扭矩控制模式控制第二电机转动;
本发明根据坡度和驾驶员需求扭矩,基于模糊控制系统计算出驾驶需求因子,并通过驾驶需求因子选择纯电起步控制方式,能够有效提高车辆纯电起步性能,特别是车辆在坡道上的纯电起步性能,提升驾乘舒适性。
Claims (5)
1.一种双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1)坡度ω计算;
步骤2)整车控制器根据坡度和驾驶员需求扭矩信号作为驾驶需求因子模糊控制系统的输入变量,驾驶需求因子模糊控制系统按照下列方法计算得到驾驶需求因子:
步骤21)判断是否满足驾驶需求因子计算触发条件:整车控制器根据钥匙开关、手柄位置、整车动力系统激活状态、车速信号判断当前车辆状态是否满足进入驾驶需求因子计算触发条件,若满足所有驾驶需求因子计算触发条件,则整车控制器进入到驾驶需求因子计算,若驾驶需求因子触发条件中有任意一条不满足的情况下,则整车控制器退出驾驶需求因子计算;
所述驾驶需求因子计算触发条件至少包括:a)钥匙上电,b)手柄位置在前进挡或者倒挡;c)整车动力系统激活状态置位;d)车速低:车速小于一设定阈值;
步骤22)定义输入变量:包括坡度ω和驾驶员需求扭矩y信号两个输入变量;
步骤23)隶属度计算:确定八个隶属度函数C1(ω)、C2(ω)、C3(ω)、C4(ω)、D1(y)、D2(y)、D3(y)、D4(y),所述隶属度函数C1(ω)为坡度大,所述隶属度函数C2(ω)为坡度中等,所述隶属度函数C3(ω)为坡度小,所述隶属度函数C4(ω)为坡度为零,所述隶属度函数D1(y)为驾驶员需求扭矩正大,所述隶属度函数D2(y)为驾驶员需求扭矩正中,所述隶属度函数D3(y)为驾驶员需求扭矩正小,所述隶属度函数D4(y)为驾驶员需求扭矩为零,八个隶属度函数C1(ω)、C2(ω)、C3(ω)、C4(ω)、D1(y)、D2(y)、D3(y)、D4(y)、根据滤波后的坡度ω和驾驶员需求扭矩y,分别得到相应的输出值C1ω、C2ω、C3ω、C4ω、D1y、D2y、D3y、D4y;
步骤24)模糊逻辑判断:根据上述八个隶属度函数,确定至少四个模糊控制规则,所述四个模糊控制规则进行模糊逻辑判断,分别如下:
第1个模糊控制规则为:如果坡度大且驾驶员需求扭矩正大,那么驾驶需求因子原始值为需求非常大,驾驶需求因子原始值A1为C1ω和D1y取大值;
第2个模糊控制规则为:如果坡度中等且驾驶员需求扭矩正中,那么驾驶需求因子原始值为需求中等,驾驶需求因子原始值A2为C2ω和D2y取大值;
第3个模糊控制规则为:如果坡度小且驾驶员需求扭矩正小,那么驾驶需求因子原始值为需求小,驾驶需求因子原始值A3为C3ω和D3y取大值;
第4个模糊控制规则为:如果坡度为零且驾驶员需求扭矩为零,驾驶需求因子原始值为无需求,驾驶需求因子原始值A4为C4ω和D4y取大值;
步骤25)解模糊化:按照如下公式对模糊逻辑判断得到的输出进行精确化处理得到没有滤波的驾驶需求因子:
其中Ai为第i个模糊控制规则输出的驾驶需求因子原始值,Knj为规则分子系数,Kdj为规则分母系数;
步骤26)驾驶需求因子滤波:并采用一阶顺序低通滤波器对没有滤波的驾驶需求因子进行滤波得到驾驶需求因子;
步骤3)纯电起步动力源选择;
纯电模式下,当驾驶需求因子不大于第一阈值时,纯电起步采用第一电机起步控制;进入步骤4);
当坡度驾驶需求因子大于第一阈值但又小于第二阈值时,纯电起步采用第二电机起步控制;进入步骤5);
当驾驶需求因子不小于第二阈值时,纯电起步采用第一电机和第二电机双电机起步控制;进入步骤6);
步骤4)纯电起步第一电机起步控制;
步骤5)纯电起步第二电机起步控制;
步骤6)纯电起步双电机起步控制。
5.权利要求1至4任一项所述的双电机混合动力汽车的纯电起步控制方法,其特征在于:步骤1)中,整车控制器通过控制器局域网总线从车身稳定控制器获取纵向加速度信号,从变速器控制器获取的输出轴转速信号,并根据变速器控制器输出轴转速得到输出轴转速斜率,利用车身稳定控制器纵向加速度与输出轴转速斜率的差得到坡度信号原始值,对坡度信号原始值取绝对值后,采用一阶顺序低通滤波器对坡度信号原始值的绝对值进行滤波得到坡度信号ω。
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