CN113635781A

CN113635781A - 混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法

Info

Publication number: CN113635781A
Application number: CN202111049690.6A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 宋辉; 邢兆林; 张天锷
Original assignee: Xinlian Power Qufu Co ltd
Current assignee: Xinlian Power Qufu Co ltd
Priority date: 2021-09-08
Filing date: 2021-09-08
Publication date: 2021-11-12

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，包括步骤：S1、获得ISG电机和驱动电机的损耗功率、最大扭矩值和最小扭矩值；S2、计算驾驶员需求扭矩进行滤波处后输出滤波扭矩；S3、若车辆状态为D档纯电动驱动模式，则执行下一步骤S4；S4、确定电机工作模式；S5、获得单向离合器允许扭矩；S6、计算单向离合器可执行扭矩；S7、电机控制器根据接收的ISG电机和驱动电机的执行扭矩，控制ISG电机和驱动电机运转。本发明的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，简单可行，可保证驾驶舒适性，提升整车动力性。

Description

混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车技术领域，具体地说，本发明涉及一种混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法。

背景技术

现有的混合动力汽车在纯电动工作模式下，驱动电机作为主电机，ISG电机作为辅助电机，驱动电机和ISG电机的工作模式选择不能确保系统效率最优，会影响驾驶舒适性和整车动力性。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，目的是确保系统效率最优时，能够保证驾驶舒适性同时提升整车动力性。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，包括步骤：

S1、获得ISG电机和驱动电机的损耗功率、最大扭矩值和最小扭矩值；

S2、整车控制单元根据当前车辆的工况信息判定车辆所处状态，并通过解析获得驾驶员需求扭矩，对驾驶员需求扭矩进行滤波处后输出滤波扭矩；

S3、若车辆状态为D档纯电动驱动模式，则执行下一步骤S4；

S4、根据所述滤波扭矩、输出轴当前转速以及结合ISG电机和驱动电机的损耗功率确定电机工作模式；

S5、根据电机工作模式，获得单向离合器允许扭矩；

S6、根据所述ISG电机的最小扭矩值和所述单向离合器允许扭矩，计算获得单向离合器可执行扭矩；

S7、根据所述滤波扭矩和所述单向离合器可执行扭矩，计算获得ISG电机和驱动电机的执行扭矩，电机控制器根据接收的ISG电机和驱动电机的执行扭矩，控制ISG电机和驱动电机运转。

所述工况信息包括换挡杆位置、油门踏板开度和制动踏板状态。

所述步骤S1中，根据公式nHo＝ie₂*nEm₂，计算行星式齿轮动力分流机构的输出轴当前转速，nHo为输出轴当前转速，ie₂为输出轴与驱动电机的传动比，nEm₂为驱动电机的实际转速。

所述电机工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，第一工作模式为ISG电机单独驱动模式，第二工作模式为驱动电机单独驱动模式，第三工作模式为ISG电机和驱动电机共同驱动模式。

所述步骤S4中，当所述滤波扭矩小于第一设定值时，所述电机工作模式可确定为第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式；当所述滤波扭矩大于第一设定值且小于第二设定值时，所述电机工作模式可确定为第二工作模式或第三工作模式；当所述滤波扭矩大于第二设定值时，所述电机工作模式可确定为第三工作模式。

所述第一设定值为1000Nm，所述第二设定值为2800Nm。

所述步骤S6中，根据公式T_cs＝max(min(T_csAlw，T_csMax)，0)，计算获得所述单向离合器可执行扭矩，T_cs为单向离合器可执行扭矩，T_csAlw为所述单向离合器允许扭矩，T_csMax为单向离合器支撑扭矩最大值；T_csMax＝-T_Em1Min*i₀₁，T_EM1Min为ISG电机最小扭矩值，i₀₁为行星式齿轮动力分流机构的传动比。

所述步骤S7中，根据公式T_Em1＝-T_cs/i₀₁和T_Em2＝min(-(THo+T_cs/i₀₁*i_d)/i_e2，TEm2Max)，计算获得所述ISG电机和驱动电机的执行扭矩，T_Em1为ISG电机的执行扭矩，T_Em2为驱动电机的执行扭矩，THo为所述滤波扭矩，i_d为输出轴与行星式齿轮动力分流机构的行星架的传动比，T_EM2Max为驱动电机最大扭矩值。

本发明的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，简单可行，可保证驾驶舒适性，提升整车动力性。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法的流程图；

图2是混合动力变速箱的结构示意图；

图中标记为：

1、第一轴；2、第二轴；3、第一太阳轮；4、第二太阳轮；5、第一行星齿轮；6、第二行星齿轮；7、行星架；8、第四轴；9、第一减速齿轮；10、第二减速齿轮；11、第四减速齿轮；12、第五减速齿轮；13、第三轴；14、第三减速齿轮；15、半轴；16、ISG电机；17、驱动电机；18、差速器总成；19、第五轴；20、第六轴；C1、离合器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

需要说明的是，在下述的实施方式中，所述的“第一”、“第二”和“第三”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。

如图1所示，本发明提供了一种混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，包括如下的步骤：

S3、若车辆状态为D档纯电动驱动模式，则执行下一步骤S4；

S4、根据滤波扭矩、行星式齿轮动力分流机构的输出轴当前转速以及结合ISG电机和驱动电机的损耗功率确定电机工作模式；

S5、根据电机工作模式，获得单向离合器允许扭矩；

具体地说，如图2所示，混合动力汽车的混合动力变速箱包括第一轴1、台阶式行星齿轮组和动力传动机构，台阶式行星齿轮组包括第一太阳轮3、第二太阳轮4、第一行星齿轮5、第二行星齿轮6和行星架7，第一太阳轮3和第二太阳轮4为同轴设置，第一行星齿轮5和第二行星齿轮6均设置多个且第一行星齿轮5和第二行星齿轮6数量相同，各个第一行星齿轮5分别与一个第二行星齿轮6为同轴固定连接。第一太阳轮3与ISG电机16连接，第二太阳轮4与第一轴1连接，第一太阳轮3与第一行星齿轮5啮合，第二太阳轮4与第二行星齿轮6啮合，第一行星齿轮5和第二行星齿轮6为可旋转的设置于行星架7上，行星架7通过动力传动机构与驱动电机17连接。动力传动机构包括与行星架7连接的第二轴2、与第二轴2连接的第一减速齿轮9、与第一减速齿轮9相啮合的第二减速齿轮10和与第二减速齿轮10相啮合的第三减速齿轮14，驱动电机17与第三减速齿轮14连接。发动机与扭转减振器连接，扭转减振器通过第六轴20与离合器C1连接，离合器C1与第一轴1连接，在第一轴1上还布置有单向离合器OWC(One Way Clutch)，单向离合器用于限制发动机负转速转动，在纯电动模式时ISG电机16和驱动电机17能够同时参与驱动。ISG电机16和驱动电机17是平行布置，有利于减小变速箱轴向尺寸，便于整车布置。第一太阳轮3通过第四轴8与ISG电机16连接，第三减速齿轮14通过第五轴19与驱动电机17连接，第二减速齿轮10位于第一减速齿轮9和第三减速齿轮14之间，第二轴2为空心轴，第二轴2套设于第一轴1上且第一轴1和第二轴2为同轴设置，第一减速齿轮9与第二轴2和行星架7为同步旋转。行星架7与第二轴2固定连接成一体，作为行星式齿轮动力分流机构的输出轴。

如图2所示，动力传动机构还包括与第二减速齿轮10连接的第三轴13、设置于第三轴13上的第四减速齿轮11和与第四减速齿轮11相啮合的第五减速齿轮12，第五减速齿轮12设置于差速器总成18上。第三轴13与第一轴1相平行，第二减速齿轮10和第四减速齿轮11为固定设置在第三轴13上，第五减速齿轮12与差速器总成18固定连接，第四减速齿轮11的直径小于第五减速齿轮12的直径。来自台阶式行星齿轮组的动力依次通过第一减速齿轮9、第二减速齿轮10、第四减速齿轮11和第五减速齿轮12传至差速器总成18，再经半轴15驱动车辆。驱动电机17输出的扭矩依次通过第三减速齿轮14、第二减速齿轮10、第四减速齿轮11和第五减速齿轮12传递至差速器总成18。

在上述步骤S1中，整车控制单元根据电机信号计算出行星式齿轮动力分流机构的输出轴的当前转速，同时获得ISG电机和驱动电机的实际转速与实际扭矩，通过内部线性插值的方式得出ISG电机和驱动电机的当前损耗功率，并处理得出ISG电机的最大扭矩值和最小扭矩值以及驱动电机的最大扭矩值和最小扭矩值。

在上述步骤S1中，根据公式nHo＝ie₂*nEm₂，计算行星式齿轮动力分流机构的输出轴的当前转速，nHo为输出轴当前转速，ie₂为输出轴与驱动电机之间的传动比，nEm₂为驱动电机的实际转速。

在上述步骤S2中，工况信息包括换挡杆位置、油门踏板开度和制动踏板状态。

在上述步骤S4中，电机工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式。第一工作模式为ISG电机单独驱动模式，ISG电机单独提供驱动力。第二工作模式为驱动电机单独驱动模式，驱动电机单独提供驱动力。第三工作模式为ISG电机和驱动电机共同驱动模式，ISG电机和驱动电机共同提供驱动力。电机工作模式的最终输出模式根据ISG电机和驱动电机的功率损耗之和最小对应点输出。

在上述步骤S4中，当滤波扭矩小于第一设定值时，电机工作模式可确定为第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式。当滤波扭矩大于第一设定值且小于第二设定值时，电机工作模式可确定为第二工作模式或第三工作模式。当滤波扭矩大于第二设定值时，电机工作模式可确定为第三工作模式。

在上述步骤S4中，第一设定值为1000Nm，第二设定值为2800Nm。

在上述步骤S5中，整车控制单元将电机工作模式对应预设的单向离合器支撑扭矩经单向离合器结构允许支撑扭矩限制，得出单向离合器允许扭。

在上述步骤S6中，整车控制单元根据ISG电机最小扭矩值与单向离合器允许扭矩计算出单项离合器可执行扭矩。

在上述步骤S6中，根据公式T_cs＝max(min(T_csAlw，T_csMax)，0)，计算获得单向离合器可执行扭矩，T_cs为单向离合器可执行扭矩，T_csAlw为单向离合器允许扭矩，T_csMax为单向离合器支撑扭矩最大值；T_csMax＝-T_Em1Min*i₀₁，T_EM1Min为ISG电机最小扭矩值，i₀₁为行星式齿轮动力分流机构的传动比。

在上述步骤S7中，整车控制单元根据滤波扭矩与单向离合器可执行扭矩计算ISG电机与驱动电机执行扭矩发送给电机控制器，电机控制器按照指令控制算ISG电机与驱动电机。

在上述步骤S7中，根据公式T_Em1＝-T_cs/i₀₁和T_Em2＝min(-(THo+T_cs/i₀₁*i_d)/i_e2，T_Em2Max)，计算获得ISG电机和驱动电机的执行扭矩，T_Em1为ISG电机的执行扭矩，T_Em2为驱动电机的执行扭矩，THo为滤波扭矩，i_d为输出轴与行星式齿轮动力分流机构的行星架的传动比，T_EM2Max为驱动电机最大扭矩值。

在上述步骤S3中，若车辆状态不为D档纯电驱动模式，则不执行步骤S4，整车控制单元仅允许驱动电机参与车辆控制(ISG电机的控制扭矩为0)，驱动电机的执行扭矩根据滤波后的需求扭矩直接获得；电机控制器按照指令控制ISG电机与驱动电机。

若车辆状态不为D档纯电驱动模式，根据公式T_Em1＝0和T_Em2＝max(mim(-THo/i_e2，T_Em2Max)，T_Em2Min)，计算获得ISG电机和驱动电机的执行扭矩，其中，THo为滤波扭矩；T_Em214ax为驱动电机的扭矩最大值，T_Em2Min为驱动电机的扭矩最小值。

实施例1

一种混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其控制流程如图2所示，车辆处于纯电动模式下，执行以下步骤：

S1、整车控制单元根据电机信号计算出当前输出轴转速，同时获得ISG电机、驱动电机的实际转速与实际扭矩，通过内部线性插值的方式得出ISG电机与驱动电机当前损耗功率，并处理得出ISG电机和驱动电机的最大扭矩值和最小扭矩值；

S2、整车控制单元根据接收到的换挡杆位置与加速踏板开度及制动踏板状态判定车辆所处状态，并解析对应状态的驾驶员扭矩需求后滤波处理，获得滤波扭矩；

S3、若车辆状态为D档纯电动驱动模式，则执行下一步骤S4；

S4、根据步骤S2计算的滤波扭矩与步骤S1计算出当前输出轴转速及结合ISG电机与驱动电机损耗功率确定电机工作模式；

S5、整车控制单元将S4电机工作模式对应预设的单向离合器支撑扭矩经单向离合器结构允许支撑扭矩限制，得出单项离合器允许扭矩；

S6、整车控制单元根据S1计算的ISG电机最小扭矩值与步骤S5计算的单向离合器允许扭矩计算出单项离合器可执行扭矩；

S7、整车控制单元根据步骤S2计算的滤波扭矩与步骤S6计算单向离合器可执行扭矩计算ISG电机与驱动电机执行扭矩发送给电机控制器，电机控制器按照指令控制ISG电机与驱动电机。

在上述步骤S3中，若车辆状态不为D档纯电驱动模式，整车控制单元仅允许驱动电机参与车辆控制(ISG电机控制扭矩为0)，驱动电机的执行扭矩根据滤波后的需求扭矩直接获得；电机控制器按照指令控制ISG电机与驱动电机；

在上述步骤S1中，驾驶员需求扭矩解析按对应挡位通过加速踏板开度与输出轴转速内部线性插值扭矩需求表方式获得驾驶员需求扭矩；

在上述步骤S2中，输出轴转速根据公式①计算得出

nHo＝ie₂*nEm₂ ①

其中，nHo为输出轴转速，ie₂为输出轴与驱动电机传动比，nEm₂为驱动电机实际转速；

在上述步骤S4中，中电机工作模式按以下规则判定输出：

当滤波后的扭矩需求小于1000Nm时，可选择第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式输出；当滤波后的扭矩需求大于等于1000Nm小于2800Nm时，可选择第二工作模式或第三工作模式输出；当滤波后的扭矩需求大于等于2800Nm时，选择第三工作模式输出；

电机工作模式的最终输出模式根据步骤S1中ISG电机与驱动电机功率损耗之和最小对应点输出；

其中，第一工作模式为ISG电机单独驱动工作，第二工作模式为驱动电机单独驱动工作，第三工作模式为ISG电机和驱动电机同时驱动工作；

在上述步骤S6中，单向离合器可执行扭矩根据公式②计算得出

T_cs＝max(min(T_csAlw，T_csMax)，0) ②

其中，T_csAlw为单向离合器的允许扭矩，T_csMax为单向离合器支撑扭矩最大值，根据公式③计算得出，

T_csMax＝-T_Em1Min*i₀₁ ③

其中T_Em0Min为ISG电机最小扭矩值，i₀₁为行星排的传动比。

在上述步骤S7中，ISG电机与驱动电机扭矩根据公式④与⑤计算得出：

T_Em1＝-T_os/i₀₁ ④

T_Em2＝min(-(THo+T_cs/i₀₁*i_d)/i_e2，T_Em2Max) ⑤

其中，THo为滤波后的需求扭矩，i_d为输出轴与行星架的传动比，T_Em2Max为驱动电机的扭矩最大值。

若车辆状态不为D档纯电驱动模式，ISG电机与驱动电机扭矩根据公式⑥与⑦计算得出：

T_Em1＝0 ⑥

T_Em2＝max(mim(-THo/i_e2，T_Em2Max)，T_Em2Min) ⑦

其中，THo为滤波后的需求扭矩；T_Em2Max为驱动电机的扭矩最大值，T_Em2Min为驱动电机的扭矩最小值。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其特征在于，包括步骤：

S3、若车辆状态为D档纯电动驱动模式，则执行下一步骤S4；

S5、根据电机工作模式，获得单向离合器允许扭矩；

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其特征在于，所述工况信息包括换挡杆位置、油门踏板开度和制动踏板状态。

3.根据权利要求1所述的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其特征在于，所述步骤S1中，根据公式nHo＝ie₂*nEm₂，计算行星式齿轮动力分流机构的输出轴当前转速，nHo为输出轴当前转速，ie₂为输出轴与驱动电机的传动比，nEm₂为驱动电机的实际转速。

4.根据权利要求1至3任一所述的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其特征在于，所述电机工作模式包括第一工作模式、第二工作模式和第三工作模式，第一工作模式为ISG电机单独驱动模式，第二工作模式为驱动电机单独驱动模式，第三工作模式为ISG电机和驱动电机共同驱动模式。

5.根据权利要求4所述的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其特征在于，所述步骤S4中，当所述滤波扭矩小于第一设定值时，所述电机工作模式可确定为第一工作模式、第二工作模式或第三工作模式；当所述滤波扭矩大于第一设定值且小于第二设定值时，所述电机工作模式可确定为第二工作模式或第三工作模式；当所述滤波扭矩大于第二设定值时，所述电机工作模式可确定为第三工作模式。

6.根据权利要求5所述的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其特征在于，所述第一设定值为1000Nm，所述第二设定值为2800Nm。

7.根据权利要求1至6任一所述的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其特征在于，所述步骤S6中，根据公式T_cs＝max(min(T_csAlw，T_csMax)，0)，计算获得所述单向离合器可执行扭矩，T_cs为单向离合器可执行扭矩，T_csAlw为所述单向离合器允许扭矩，T_csMax为单向离合器支撑扭矩最大值；T_csMax＝-T_Em1Min*i₀₁，T_EM1Min为ISG电机最小扭矩值，i₀₁为行星式齿轮动力分流机构的传动比。

8.根据权利要求1至7任一所述的混合动力汽车纯电动模式下电机扭矩协调控制方法，其特征在于，所述步骤S7中，根据公式T_Em1＝-T_cs/i₀₁和T_Em2＝min(-(THo+T_cs/i₀₁*i_d))/i_e2T_Em2Max),计算获得所述ISG电机和驱动电机的执行扭矩，T_Em1为ISG电机的执行扭矩，T_Em2为驱动电机的执行扭矩，THo为所述滤波扭矩，i_d为输出轴与行星式齿轮动力分流机构的行星架的传动比，T_EM2Max为驱动电机最大扭矩值。