CN113619562B - 一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，包括：根据混合动力系统模式切换工况的不同阶段，分别构建不同阶段干扰的混合动力系统动力学模型；基于不同阶段干扰的混合动力系统动力学模型，确定各阶段的跟踪误差，依次构造各阶段对应的滑模面；基于各阶段对应的滑模面，设计各阶段对应的滑模控制律，即得到各阶段对应的滑模控制器；将滑模控制器输出作为电机补偿转矩，结合设定的电机期望转矩，二者相加得到电机控制转矩；基于电机控制转矩值相应控制电机，以抑制瞬态冲击。与现有技术相比，本发明通过精确观测和补偿模式切换工况下不同阶段的干扰量，能够提高电机转矩控制的精准性，从而有效抑制瞬态冲击。

Description

一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法

技术领域

本发明涉及混合动力汽车主动控制技术领域，尤其是涉及一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法。

背景技术

混合动力汽车相较于传统汽车，由于其动力系统集成了发动机、电机及传动系统，具有复杂的动力总成振动特性，也就面临着更复杂的NVH问题。

在模式切换工况下，发动机启动、离合器接合、转矩重新分配等过程都会造成输出转矩突变及波动，引起整车纵向冲击，产生的瞬态扭振问题会严重影响车辆零部件的寿命以及乘坐舒适性，因此模式切换工况下动力源和执行器的控制对改善上述现象显得尤为重要。

然而混合动力系统中存在很多干扰量，其对传动系统的控制精度带来了极为不良的影响，导致无法有效抑制瞬态冲击。

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混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，通过精确观测和补偿模式切换工况下各阶段的干扰量，以提高电机转矩控制的精准性，从而有效抑制瞬态冲击。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，包括以下步骤：

S1、根据混合动力系统模式切换工况的不同阶段，分别构建不同阶段干扰的混合动力系统动力学模型，其中，模式切换工况的不同阶段包括离合器完全分离阶段、离合器滑摩阶段和离合器完全接合阶段；

S2、基于不同阶段干扰的混合动力系统动力学模型，确定各阶段的跟踪误差，依次构造各阶段对应的滑模面；

S3、基于各阶段对应的滑模面，设计各阶段对应的滑模控制律，即得到各阶段对应的滑模控制器；

S4、将滑模控制器输出作为电机补偿转矩，结合设定的电机期望转矩，二者相加得到电机控制转矩；

S5、基于电机控制转矩值相应控制电机，以抑制瞬态冲击。

进一步地，所述步骤S1中离合器完全分离阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

其中，Δθ₂为电机端和车轮端的角度差，为电机端和车轮端的角速度差，/>为电机端和车轮端的角加速度差，i为电机到车轮的传动比，J₁,J₂分别为TM电机端和车轮端的等效转动惯量，k,c分别为TM电机端和车轮端之间的等效扭转刚度和阻尼，T_{tm_req},T_l分别为电机期望转矩和车轮端负载转矩，u₁为TM电机补偿转矩，d为系统干扰。

进一步地，所述步骤S1中离合器滑摩阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

其中，θ₁,分别为离合器主动盘端的角度、角速度和角加速度，J₃为离合器主动盘前的等效转动惯量，T_ice为发动机输出转矩，T_f分别为离合器摩擦转矩，u₂为ISG电机补偿转矩。

进一步地，所述步骤S1中离合器完全结合阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

其中，T_dc为离合器前端转矩。

进一步地，所述步骤S2中离合器完全分离阶段的跟踪误差为：

e₁＝Δθ₂-Δθ_2d

其中，Δθ₂,Δθ_2d分别为电机端和车轮端的角度差及其期望值，设计离合器完全分离阶段的滑模面为：

其中，λ₁为第一正常数，为e₁的导数。

进一步地，所述步骤S2中离合器滑摩阶段的跟踪误差为：

其中，分别为离合器主动盘和从动盘的角速度，设计离合器滑摩阶段的滑模面为：

其中，λ₂为第二正常数，为e₂的导数。

进一步地，所述步骤S2中离合器完全接合阶段的跟踪误差为：

e₃＝Δθ₂-Δθ_2d

设计离合器完全接合阶段的滑模面为：

其中，λ₃为第三正常数，为e₃的导数。

进一步地，所述步骤S3中离合器完全分离阶段的滑模控制律为：

其中，λ₁,η₁,k₁为大于0的第一设计参数，sat()为饱和函数。

进一步地，所述步骤S3中离合器滑摩阶段的滑模控制律为：

其中，λ₂,η₂,k₂为大于0的第二设计参数。

进一步地，所述步骤S3中离合器完全接合阶段的滑模控制律为：

其中，λ₃,η₃,k₃为大于0的第三设计参数。

与现有技术相比，本发明在构建混合动力系统动力学模型时，充分考虑模式切换工况下不同阶段的干扰，并针对不同阶段，依次确定各阶段的跟踪误差、构造各阶段对应的滑模面、最后设计各阶段对应的滑模控制律，一方面能够对模式切换工况下不同阶段干扰进行控制补偿，另一方面采用滑模干扰补偿控制方法，相比于传统控制方法，其控制效果明显改善，能够有效提高控制的精度、增强鲁棒性，随着混合动力系统非线性扰动的增加，也能保证良好的控制精度，由此通过精确观测和补偿模式切换工况下各阶段的干扰量，从而提高电机转矩控制的精准性，达到有效抑制瞬态冲击的目的。

附图说明

图1为本发明的方法流程图；

图2为实施例中混合动力汽车模式切换工况下的工作原理示意图；

图3为实施例中采用本发明方法控制前后的整车纵向冲击度对比示意图。

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

如图1所示，一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，包括以下步骤：

S1、根据混合动力系统模式切换工况的不同阶段，分别构建不同阶段干扰的混合动力系统动力学模型，其中，模式切换工况的不同阶段包括离合器完全分离阶段、离合器滑摩阶段和离合器完全接合阶段，离合器完全分离阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

式中，Δθ₂为电机端和车轮端的角度差，为电机端和车轮端的角速度差，/>为电机端和车轮端的角加速度差，i为电机到车轮的传动比，J₁,J₂分别为TM电机端和车轮端的等效转动惯量，k,c分别为TM电机端和车轮端之间的等效扭转刚度和阻尼，T_{tm_req},T_l分别为电机期望转矩和车轮端负载转矩，u₁为TM电机补偿转矩，d为系统干扰；

离合器滑摩阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

式中，θ₁,分别为离合器主动盘端的角度、角速度和角加速度，J₃为离合器主动盘前的等效转动惯量，T_ice为发动机输出转矩，T_f分别为离合器摩擦转矩，u₂为ISG电机补偿转矩；

离合器完全结合阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

式中，T_dc为离合器前端转矩；

S2、基于不同阶段干扰的混合动力系统动力学模型，确定各阶段的跟踪误差，依次构造各阶段对应的滑模面，具体的：

离合器完全分离阶段的跟踪误差为：

e₁＝Δθ₂-Δθ_2d

其中，Δθ₂,Δθ_2d分别为电机端和车轮端的角度差及其期望值，设计离合器完全分离阶段的滑模面为：

其中，λ₁为第一正常数，为e₁的导数；

离合器滑摩阶段的跟踪误差为：

其中，分别为离合器主动盘和从动盘的角速度，设计离合器滑摩阶段的滑模面为：

其中，λ₂为第二正常数，为e₂的导数；

离合器完全接合阶段的跟踪误差为：

e₃＝Δθ₂-Δθ_2d

设计离合器完全接合阶段的滑模面为：

其中，λ₃为第三正常数，为e₃的导数；

S3、基于各阶段对应的滑模面，设计各阶段对应的滑模控制律，即得到各阶段对应的滑模控制器，具体的：

离合器完全分离阶段的滑模控制律为：

其中，λ₁,η₁,k₁为大于0的第一设计参数，sat()为饱和函数；

离合器滑摩阶段的滑模控制律为：

其中，λ₂,η₂,k₂为大于0的第二设计参数；

离合器完全接合阶段的滑模控制律为：

其中，λ₃,η₃,k₃为大于0的第三设计参数；

S4、将滑模控制器输出作为电机补偿转矩，结合设定的电机期望转矩，二者相加得到电机控制转矩(即图1中电机实际转矩)；

S5、基于电机控制转矩值相应控制电机，以抑制瞬态冲击。

本实施例中混合动力汽车在模式切换工况下的工作原理如图2所示，最开始仅由ISG电机提供启动转矩，在离合器滑摩阶段，则采用ISG电机调速和TM电机转矩补偿的控制方式，在离合器完全接合阶段，则仅采用TM转矩补偿的控制方式。

本实施例应用上述技术方案，将采用本发明控制方法前后的整车纵向冲击度进行对比，结果如图3所示，由图3可知，采用本发明方法能够精确补偿系统的干扰量，由此能够有效抑制瞬态冲击、从而改善车辆的乘坐舒适性。

Claims (7)

1.一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据混合动力系统模式切换工况的不同阶段，分别构建不同阶段干扰的混合动力系统动力学模型，其中，模式切换工况的不同阶段包括离合器完全分离阶段、离合器滑摩阶段和离合器完全接合阶段；

S2、基于不同阶段干扰的混合动力系统动力学模型，确定各阶段的跟踪误差，依次构造各阶段对应的滑模面；

S3、基于各阶段对应的滑模面，设计各阶段对应的滑模控制律，即得到各阶段对应的滑模控制器；

S4、将滑模控制器输出作为电机补偿转矩，结合设定的电机期望转矩，二者相加得到电机控制转矩；

S5、基于电机控制转矩值相应控制电机，以抑制瞬态冲击；

所述步骤S1中离合器完全分离阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

其中，Δθ₂为电机端和车轮端的角度差，为电机端和车轮端的角速度差，/>为电机端和车轮端的角加速度差，i为电机到车轮的传动比，J₁,J₂分别为TM电机端和车轮端的等效转动惯量，k,c分别为TM电机端和车轮端之间的等效扭转刚度和阻尼，T_{tm_req},T_l分别为电机期望转矩和车轮端负载转矩，u₁为TM电机补偿转矩，d为系统干扰；

所述步骤S1中离合器滑摩阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

其中，θ₁,分别为离合器主动盘端的角度、角速度和角加速度，J₃为离合器主动盘前的等效转动惯量，T_ice为发动机输出转矩，T_f分别为离合器摩擦转矩，u₂为ISG电机补偿转矩；

所述步骤S1中离合器完全结合阶段干扰的混合系统动力学模型具体为：

其中，T_dc为离合器前端转矩。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中离合器完全分离阶段的跟踪误差为：

e₁＝Δθ₂-Δθ_2d

其中，Δθ₂,Δθ_2d分别为电机端和车轮端的角度差及其期望值，设计离合器完全分离阶段的滑模面为：

其中，λ₁为第一正常数，为e₁的导数。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中离合器滑摩阶段的跟踪误差为：

其中，分别为离合器主动盘和从动盘的角速度，设计离合器滑摩阶段的滑模面为：

其中，λ₂为第二正常数，为e₂的导数。

4.根据权利要求1所述的一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，其特征在于，所述步骤S2中离合器完全接合阶段的跟踪误差为：

e₃＝Δθ₂-Δθ_2d

设计离合器完全接合阶段的滑模面为：

其中，λ₃为第三正常数，为e₃的导数。

5.根据权利要求2所述的一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，其特征在于，所述步骤S3中离合器完全分离阶段的滑模控制律为：

其中，λ₁,η₁,k₁为大于0的第一设计参数，sat()为饱和函数。

6.根据权利要求3所述的一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，其特征在于，所述步骤S3中离合器滑摩阶段的滑模控制律为：

其中，λ₂,η₂,k₂为大于0的第二设计参数，sat()为饱和函数。

7.根据权利要求4所述的一种混合动力汽车模式切换工况下瞬态冲击抑制方法，其特征在于，所述步骤S3中离合器完全接合阶段的滑模控制律为：

其中，λ₃,η₃,k₃为大于0的第三设计参数，sat()为饱和函数。