CN113911097B - 一种具有单isg电机的混动车辆的控制系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车控制技术领域，具体地指一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统及控制方法。模式开关控制模块，用于控制发动机和ISG电机进入到纯电模式或是混动模式；车辆驱动需求力矩计算模块，用于计算车辆驱动需求力矩；电机最大输出力矩计算模块，用于计算ISG电机最大输出力矩；发动机输出转矩计算模块，用于计算发动机初始输出转矩；判断模块，用于根据车辆驱动需求力矩、ISG电机最大输出力矩和发动机初始输出转矩获取ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值；控制模块，用于根据ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值对ISG电机和发动机进行控制。本发明控制策略简单，具有良好的燃油经济性。

Description

一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统及控制方法
技术领域
本发明涉及汽车控制技术领域，具体地指一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统及控制方法。
背景技术
混合动力汽车是指由两种动力源驱动车辆行驶的车辆，根据车辆使用工况的要求，适时调整两种动力源参与驱动的比例，达到节省能源和减少排放的效果。ISG电机是一种车辆启动发电一体化电机，常见ISG电机混合动力系统包括驱动电机、ISG电机、离合器、发动机、变速箱、整车控制器、动力电池系统等，可实现车辆怠速启停、再生制动、辅助驱动、发电等功能。由于ISG单电机混动模式中，ISG单电机承载多种功能，实际运行过程中，如何精准的分配发动机动力和电机动力，是目前单电机混动汽车的控制的难点。
目前常见的混动控制方法多为多电机的控制方案，如专利号为“CN110834624B”的名为“一种自适应遗传算法的全混动汽车能效优化控制方法”的中国发明专利，该专利介绍了一种全混动汽车的控制方法，根据汽车的运行情况实时切换动力系统驱动模式，在纯电动驱动模式和两种HEV三动力混合模式下计算全混合动力汽车的前驱动电机转矩Tm1，前ISG电机转矩Tm2和后驱动电机转矩Tm3，然后以这三个转矩参数作为优化设计变量，采用自适应遗传算法优化三参数转矩大小，最终获得总效率最高的转矩匹配方案，为混合动力汽车的能效优化控制提供必要的技术支持。这种模式因为涉及到多个电机，每个电机承载的功能不一，这样范围比较容易控制，但是对于混动汽车仅有一个ISG电机，那实际上在不同的工作模式下，如何去分配ISG电机的动力或者是根据工作模式切换ISG电机的工作状态，是该专利没有涉及到的，也是当前单ISG电机的混动汽车的控制难点。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统及控制方法。
本发明的技术方案为：一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统，包括，
模式开关控制模块，用于控制发动机和ISG电机进入到纯电模式或是混动模式；
车辆驱动需求力矩计算模块，用于计算车辆在当前状况下的车辆驱动需求力矩；
电机最大输出力矩计算模块，用于计算ISG电机在当前状况下的ISG电机最大输出力矩；
发动机输出转矩计算模块，用于计算发动机在当前状况下的发动机初始输出转矩；
判断模块，用于根据车辆驱动需求力矩、ISG电机最大输出力矩和发动机初始输出转矩获取ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值；
控制模块，用于根据ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值对ISG电机和发动机进行控制。
进一步的所述模式控制模块通过将发动机与ISG电机断开使车辆进入到纯电模式、通过将发动机与ISG电机连接使车辆进入到混动模式。
进一步的所述车辆驱动需求力矩计算模块包括，
驾驶员意图信号采集模块，用于采集方向盘转角信号、油门踏板开度信号、制动踏板开度信号；
车辆当前状态信号采集模块，用于采集车辆纵向加速度信号、车速信号、横向加速度信号。
进一步的所述电机最大输出力矩计算模块通过采集动力电池SOC和当前最大允许放电功率计算ISG电机最大输出力矩。
进一步的所述判断模块在车辆处于纯电模式下时选取ISG电机最大输出力矩和车辆驱动需求力矩中的较小值为ISG电机目标输出力矩命令值。
进一步的所述判断模块在车辆处于混动模式下时比较发动机初始输出转矩与车辆驱动需求力矩、并根据比对结果获取ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值。
一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统的控制方法，选择车辆的工作模式，根据驾驶员意图和车辆当前状态获取车辆在当前状态下的车辆驱动需求力矩，在纯电模式下，根据整车能量管理情况计算ISG电机在当前状况下的ISG电机最大输出力矩，对比车辆驱动需求力矩和ISG电机最大输出力矩获取ISG电机目标输出力矩命令值；在混动模式下，获取车辆在当前状态下发动机初始输出转矩，对比车辆驱动需求力矩和发动机初始输出转矩，获得ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值；控制发动机和ISG电机按照计算得到的目标输出转矩命令值和目标输出力矩命令值运行。
进一步的在纯电模式下，对比车辆驱动需求力矩和ISG电机最大输出力矩获取ISG电机目标输出力矩命令值的方法包括：选择车辆驱动需求力矩和ISG电机最大输出力矩中的较小值作为ISG电机目标输出力矩命令值。
进一步的在混动模式下，对比车辆驱动需求力矩和发动机初始输出转矩，获得ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值的方法包括：当车辆驱动需求力矩≤发动机初始输出转矩时，选择发动机初始输出转矩为发动机目标输出转矩命令值，ISG电机按照发动机初始输出转矩与车辆驱动需求力矩的差值进行发电；
当车辆驱动需求力矩＞发动机初始输出转矩时，对比车辆驱动需求力矩与发动机初始输出转矩的差值与当前状态下的ISG电机最大输出力矩，
若差值≤ISG电机最大输出力矩，选择发动机初始输出转矩为发动机目标输出转矩命令值，选择车辆驱动需求力矩与发动机初始输出转矩的差值为ISG电机目标输出力矩命令值；
若差值＞ISG电机最大输出力矩，选择ISG电机最大输出力矩为ISG电机目标输出力矩命令值，整车控制器控制发动机提升转速和喷油量增加发动机输出转矩能力，直至差值≤ISG电机最大输出力矩。
进一步的若车辆驱动需求力矩＞发动机初始输出转矩，且差值＞ISG电机最大输出力矩，先将ISG电机的输出力矩提升至ISG电机最大输出力矩，剩下的转矩不足部分通过提升发动机转速和喷油量来进行补充。
本发明应用于具有单ISG电机的混动系统，针对不同的工作模式，能够精确的分配ISG电机的输出力矩和发动机的输出转矩，确保混动车辆能够稳定且高效的运行，整车的控制策略极为简单可靠，相较于传统的多电机混动系统，效果更好，具有极大的推广价值。
本发明的控制策略能够根据驾驶员意图结合ISG电机转矩响应快等特点实现发动机低速增扭，合理的确定ISG电机工作模式及转矩输出，提高车辆动力性和燃油经济性。
附图说明
图1：本实施例的控制流程示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，本实施例涉及一种混动车辆的控制系统和控制方法，本实施例的混动车辆只有一个ISG轴向电机，混合动力系统包括发动机、电控离合器、ISG轴向磁通电机总成、自动变速箱、整车控制器、动力电池箱、高压配电箱、DCDC电压变换器、EHPS电动液压助力转向等。发动机壳体与电控离合器压盘总成通过9个六角法兰面螺栓连接，电控离合器从动盘总成通过花键与ISG电机总成花键轴刚性连接，电控离合器分离轴承及电控离合器分离拨叉依次与ISG电机总成转轴装配连接、同时ISG电机前机壳与发动机飞轮壳通过12个六角法兰面螺栓刚性连接，ISG电机后机壳通过法兰面螺栓与AT自动变速箱壳体刚性连接，同时，ISG电机输出花键轴与自动变速箱法兰进行刚性连接。
具体的本实施例的控制系统包括以下模块，
用于控制发动机和ISG电机进入到纯电模式或是混动模式的模式开关控制模块、用于计算车辆在当前状况下的车辆驱动需求力矩的车辆驱动需求力矩计算模块、用于计算ISG电机在当前状况下的ISG电机最大输出力矩的电机最大输出力矩计算模块、用于计算发动机在当前状况下的发动机初始输出转矩的发动机输出转矩计算模块、用于根据车辆驱动需求力矩、ISG电机最大输出力矩和发动机初始输出转矩获取ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值的判断模块和用于根据ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值对ISG电机和发动机进行控制的控制模块。
本实施例的模式控制模块实际上就是通过控制发动机与ISG电机的连接或是断开实现不同模式的选择，通过将发动机与ISG电机断开使车辆进入到纯电模式、通过将发动机与ISG电机连接使车辆进入到混动模式。整车控制器控制电控离合器推动拨叉，将发动机与ISG电机总成断开，整车由混动模式切换进入到纯电动模式。整车控制器控制电控离合器拨叉，将发动机与ISG电机总成通过花键轴刚性连接，此时发动机与ISG电机总成、AT自动变速箱等机械连接，整车处于混动工作模式。
本实施例的车辆驱动需求力矩计算模块包括用于采集方向盘转角信号、油门踏板开度信号、制动踏板开度信号的驾驶员意图信号采集模块和用于采集车辆纵向加速度信号、车速信号、横向加速度信号的车辆当前状态信号采集模块，车辆驱动需求力矩计算模块通过上述两个信号采集模块采集驾驶员意图和车辆当前状态，计算出车辆驱动需求力矩。
电机最大输出力矩计算模块通过采集动力电池SOC和当前最大允许放电功率计算ISG电机最大输出力矩。
本实施例的具体控制方法如下：
当按下纯电开关时，即驾驶员选择当前车辆为纯电动模式运行，ISG电机运行，发动机不运行，根据驾驶员意图和车辆当前状态获取车辆在当前状态下的车辆驱动需求力矩，本实施例的驾驶员意图包括方向盘转角信号、油门踏板开度信号、制动踏板开度信号，车辆当前状态包括车辆纵向加速度信号、车速信号、横向加速度信号，基于上述信号获得车辆当前状态下的车辆驱动需求力矩T0，再根据整车能量管理情况，即当前动力电池的SOC值和动力电池当前状态下的最大允许放电功率，可计算出ISG电机在当前状态下的ISG电机最大输出力矩T1，对比车辆驱动需求力矩T0和ISG电机最大输出力矩T1，选取车辆驱动需求力矩T0和ISG电机最大输出力矩T1中的较小值作为ISG电机目标输出力矩命令值，为了实时动态调整ISG电机目标输出力矩命令值T1与车辆驱动需求力矩T实车调试标定后，软件程序中增加阻尼系数，实现PID反馈调整，使得效果更佳。
当按下混动开关时，即驾驶员选择当前车辆为混动模式运行，ISG电机运行，发动机也运行，根据驾驶员意图和车辆当前状态获取车辆在当前状态下的车辆驱动需求力矩，包括方向盘转角信号、油门踏板开度信号、制动踏板开度信号、车辆纵向加速度信号、车速信号、横向加速度信号，基于上述信号获得车辆当前状态下的车辆驱动需求力矩T0，获取当前状态下发动机初始输出转矩T2，对比车辆驱动需求力矩T0和发动机初始输出转矩T2，
若车辆驱动需求力矩T0≤发动机初始输出转矩T2，则判断当前发动机的动力是满足车辆驱动要求的，控制ISG电机不进行动力输出，发动机目标输出转矩命令值即为发动机初始输出转矩T2，ISG电机按照发动机初始输出转矩T2与车辆驱动需求力矩T0的差值进行发电；
若车辆驱动需求力矩T0＞发动机初始输出转矩T2，则判断当前发动机的动力无法满足车辆的驱动要求，发动机和ISG电机都需要进行动力输出，根据整车能量管理情况，即当前动力电池的SOC值和动力电池当前状态下的最大允许放电功率，可计算出ISG电机在当前状态下的ISG电机最大输出力矩T1，判断车辆驱动需求力矩T0与发动机初始输出转矩T2的差值同ISG电机最大输出力矩T1之间的关系，
若车辆驱动需求力矩T0与发动机初始输出转矩T2的差值≤ISG电机最大输出力矩T1，则ISG电机目标输出力矩命令值为车辆驱动需求力矩T0与发动机初始输出转矩T2的差值，发动机目标输出转矩命令值为发动机初始输出转矩T2；
若车辆驱动需求力矩T0与发动机初始输出转矩T2的差值＞ISG电机最大输出力矩T1，则ISG电机目标输出力矩命令值为ISG电机最大输出力矩T1，此时发动机初始输出转矩无法满足车辆驱动动力要求，因此整车控制器VCU将控制发动机控制器EMS，通过提升发动机转速和喷油量等，提升发动机输出转矩能力，直至发动机初始输出转矩T2与ISG电机的ISG电机最大输出力矩T1的和值≥车辆驱动需求力矩T0；
考虑电机系统转矩响应快速的特点，在车辆驱动需求力矩T0＞发动机初始输出转矩T2的情况下，可以优先对ISG电机进行调节，在满足要求的情况下，可以直接将ISG电机目标输出力矩命令值调节至ISG电机最大输出力矩，转矩不足的部分再由发动机来进行补充。
为了防止在发动机高速运行过程中出现因驾驶员误操作，整车由混动模式切换至纯电动工作模式，导致ISG电机、发动机等总成损坏，仅在车辆停车且发动机熄火的情况下，才允许整车由混动模式切换至纯电动模式。整车控制策略上通过整车控制器判断发动机转速大于某一临界值时，整车模式禁止从混动模式切换至纯电动模式。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统，其特征在于：包括，
模式开关控制模块，用于控制发动机和ISG电机进入到纯电模式或是混动模式；
车辆驱动需求力矩计算模块，用于计算车辆在当前状况下的车辆驱动需求力矩；
电机最大输出力矩计算模块，用于计算ISG电机在当前状况下的ISG电机最大输出力矩；
发动机输出转矩计算模块，用于计算发动机在当前状况下的发动机初始输出转矩；
判断模块，用于在纯电模式下根据车辆驱动需求力矩和ISG电机最大输出力矩计算ISG电机目标输出力矩命令值或在混动模式下根据车辆驱动需求力矩、ISG电机最大输出力矩和发动机初始输出转矩计算ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值；在纯电模式下，选择车辆驱动需求力矩和ISG电机最大输出力矩中的较小值作为ISG电机目标输出力矩命令值；在混动模式下，当车辆驱动需求力矩≤发动机初始输出转矩时，选择发动机初始输出转矩为发动机目标输出转矩命令值，ISG电机按照发动机初始输出转矩与车辆驱动需求力矩的差值进行发电，当车辆驱动需求力矩＞发动机初始输出转矩时，对比车辆驱动需求力矩与发动机初始输出转矩的差值与当前状态下ISG电机的ISG电机最大输出力矩，若差值≤ISG电机最大输出力矩，选择发动机初始输出转矩为发动机目标输出转矩命令值，选择车辆驱动需求力矩与发动机初始输出转矩的差值为ISG电机目标输出力矩命令值，若差值＞ISG电机最大输出力矩，选择ISG电机最大输出力矩为ISG电机目标输出力矩命令值，整车控制器控制发动机提升转速和喷油量增加发动机输出转矩能力，直至差值≤ISG电机最大输出力矩；
控制模块，获取根据ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值对ISG电机和发动机进行控制。
2.如权利要求1所述的一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统，其特征在于：所述模式开关控制模块通过将发动机与ISG电机断开使车辆进入到纯电模式、通过将发动机与ISG电机连接使车辆进入到混动模式。
3.如权利要求1所述的一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统，其特征在于：所述车辆驱动需求力矩计算模块包括，
驾驶员意图信号采集模块，用于采集方向盘转角信号、油门踏板开度信号、制动踏板开度信号；
车辆当前状态信号采集模块，用于采集车辆纵向加速度信号、车速信号、横向加速度信号；
计算模块，用于根据采集的方向盘转角信号、油门踏板开度信号、制动踏板开度信号、车辆纵向加速度信号、车速信号、横向加速度信 号计算车辆驱动需求力矩。
4.如权利要求1所述的一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统，其特征在于：所述电机最大输出力矩计算模块通过采集动力电池SOC和当前最大允许放电功率计算ISG电机最大输出力矩。
5.如权利要求1所述的一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统，其特征在于：所述判断模块在车辆处于混动模式下时比较发动机初始输出转矩与车辆驱动需求力矩、并根据比对结果获取ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值。
6.一种如权利要求1～5任一所述的一种具有单ISG电机的混动车辆的控制系统的控制方法，其特征在于：选择车辆的工作模式，根据驾驶员意图和车辆当前状态获取车辆在当前状态下的车辆驱动需求力矩，在纯电模式下，根据整车能量管理情况计算ISG电机在当前状况下的ISG电机最大输出力矩，对比车辆驱动需求力矩和ISG电机最大输出力矩获取ISG电机目标输出力矩命令值；在混动模式下，获取车辆在当前状态下发动机初始输出转矩，对比车辆驱动需求力矩和发动机初始输出转矩，获得ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值；控制发动机和ISG电机按照计算得到的目标输出转矩命令值和目标输出力矩命令值运行；在纯电模式下，对比车辆驱动需求力矩和ISG电机最大输出力矩获取ISG电机目标输出力矩命令值的方法包括：选择车辆驱动需求力矩和ISG电机最大输出力矩中的较小值作为ISG电机目标输出力矩命令值；在混动模式下，对比车辆驱动需求力矩和发动机 初始输出转矩，获得ISG电机目标输出力矩命令值和发动机目标输出转矩命令值的方法包括：当车辆驱动需求力矩≤发动机初始输出转矩时，选择发动机初始输出转矩为发动机目标输出转矩命令值，ISG电机按照发动机初始输出转矩与车辆驱动需求力矩的差值进行发电，当车辆驱动需求力矩＞发动机初始输出转矩时，对比车辆驱动需求力矩与发动机初始输出转矩的差值与当前状态下ISG电机的ISG电机最大输出力矩，若差值≤ISG电机最大输出力矩，选择发动机初始输出转矩为发动机目标输出转矩命令值，选择车辆驱动需求力矩与发动机初始输出转矩的差值为ISG电机目标输出力矩命令值，若差值＞ISG电机最大输出力矩，选择ISG电机最大输出力矩为ISG电机目标输出力矩命令值，整车控制器控制发动机提升转速和喷油量增加发动机输出转矩能力，直至差值≤ISG电机最大输出力矩。
7.一种如权利要求6所述的控制方法，其特征在于：若车辆驱动需求力矩＞发动机初始输出转矩，且所述差值＞ISG电机最大输出力矩，则将ISG电机的输出力矩提升至ISG电机最大输出力矩，剩下的转矩不足部分通过提升发动机转速和喷油量来进行补充。
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