CN114379532A - 搭载dct的插电式混合动力车辆起步控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法和系统，包括：步骤1：获取行驶工况及车辆信息，包括驾驶员操作意图、整车功率需求和电池组SOC状态；步骤2：判断起步意图和起步类型，控制发动机和驱动电机的动力源扭矩变化，使两者经变速机构至轮端的扭矩波动在预设范围内，从而进行整车需求扭矩分配；步骤3：进行基于PID反馈控制的动力源扭矩协调控制；步骤4：基于驾驶员操作意图，通过驾驶员操作意图控制器和湿式离合器油压控制器，进行车辆起步控制。本发明在满足插电式混合动力汽车动力性和经济性的同时，可以准确探测当前整车状态及驾驶员需求，合理调整插电式混合动力汽车的起步模式。

Description

搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法和系统

技术领域

本发明涉及车辆起步控制技术领域，具体地，涉及一种搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法和系统。

背景技术

起步过程中，整车载荷大小、坡度类型及大小、SOC状态等因素的随机组合会形成不同的起步工况，一定程度的会影响到驾驶员起步判断。

驾驶员主要通过踩踏板的深浅和快慢来表达其起步意愿，反映为踏板开度的大小和踏板开度变化率的变化情况。如何将不同的起步工况和本构型的多种起步类型更高效的结合显得十分重要。

专利文献CN112677958A(申请号：CN202110025858.3)公开了一种车辆起步控制方法、系统及车辆，所述方法是当检测到车辆有起步需求时，整车动力控制单元PCU通过控制动力源扭矩和离合器扭矩斜率，由动力源扭矩、离合器基准扭矩与离合器偏移扭矩共同作用，根据动力源实际转速实时微调离合器目标传递扭矩，引导动力源端转速跟随引导转速上升直至目标转速，直至动力源转速和变速箱输入轴转速同步。然而该专利并未考虑整车载荷大小、坡度类型及大小、SOC状态等因素的随机组合会形成不同的起步工况对驾驶员起步判断的影响。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法和系统。

根据本发明提供的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法，包括：

步骤1：获取行驶工况及车辆信息，包括驾驶员操作意图、整车功率需求和电池组SOC状态；

步骤2：判断起步意图和起步类型，控制发动机和驱动电机的动力源扭矩变化，使两者经变速机构至轮端的扭矩波动在预设范围内，从而进行整车需求扭矩分配；

步骤3：进行基于PID反馈控制的动力源扭矩协调控制；

步骤4：基于驾驶员操作意图，通过驾驶员操作意图控制器和湿式离合器油压控制器，进行车辆起步控制。

优选的，当整车需求功率低于预设范围时，优先采用电池存储的电能，采用P2.5驱动电机起步；当电池组SOC值低于预设范围，且整车功率需求在预设低范围内时，选择发动机作为起步动力源；在发动机结合单离合器起步的基础上，当整车功率需求在预设高范围内时，选择双离合器联合起步；当整车功率需求在预设高范围内时，采用双动力源联合起步。

优选的，通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前起步模式，判断是否满足起步条件，确定起步需求扭矩，通过驱动电机控制器和发动机控制器控制输出实际扭矩，动力学方程表达为：

式中：T_dtar为动力源扭矩；T_mtar、T_etar分别为下一目标模式驱动电机、发动机需求扭矩；T_e、T_m分别为当前模式下发动机、驱动电机的实际扭矩；X、Y分别为发动机、驱动电机扭矩变化率。

优选的，通过PID算法将发动机目标扭矩转换为加速踏板开度，以整车最大冲击度限制为控制目标，对其进行增量补偿，直接通过扭矩命令控制其输出扭矩。

优选的，所述驾驶员操作意图控制器：以油门踏板开度及其变化率为输入，驾驶员操作意图为输出，通过油门踏板开度及其变化率将驾驶员起步意图对应不同车辆起步扭矩需求，根据驾驶员起步意图模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则，得到驾驶员起步意图模糊控制曲面；

所述湿式离合器油压控制器：根据起步意图及起步工况，采用双层模糊控制策略，在第二层模糊控制器中，以驾驶员操作意图、发动机转速、离合器主从发动机转速差为输入，离合器结合或分离油压为输出，根据结合油压变化率模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则，得到结合油压变化率模糊控制曲面。

根据本发明提供的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制系统，包括：

模块M1：获取行驶工况及车辆信息，包括驾驶员操作意图、整车功率需求和电池组SOC状态；

模块M2：判断起步意图和起步类型，控制发动机和驱动电机的动力源扭矩变化，使两者经变速机构至轮端的扭矩波动在预设范围内，从而进行整车需求扭矩分配；

模块M3：进行基于PID反馈控制的动力源扭矩协调控制；

模块M4：基于驾驶员操作意图，通过驾驶员操作意图控制器和湿式离合器油压控制器，进行车辆起步控制。

优选的，当整车需求功率低于预设范围时，优先采用电池存储的电能，采用P2.5驱动电机起步；当电池组SOC值低于预设范围，且整车功率需求在预设低范围内时，选择发动机作为起步动力源；在发动机结合单离合器起步的基础上，当整车功率需求在预设高范围内时，选择双离合器联合起步；当整车功率需求在预设高范围内时，采用双动力源联合起步。

优选的，通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前起步模式，判断是否满足起步条件，确定起步需求扭矩，通过驱动电机控制器和发动机控制器控制输出实际扭矩，动力学方程表达为：

式中：T_dtar为动力源扭矩；T_mtar、T_etar分别为下一目标模式驱动电机、发动机需求扭矩；T_e、T_m分别为当前模式下发动机、驱动电机的实际扭矩；X、Y分别为发动机、驱动电机扭矩变化率。

优选的，通过PID算法将发动机目标扭矩转换为加速踏板开度，以整车最大冲击度限制为控制目标，对其进行增量补偿，直接通过扭矩命令控制其输出扭矩。

优选的，所述驾驶员操作意图控制器：以油门踏板开度及其变化率为输入，驾驶员操作意图为输出，通过油门踏板开度及其变化率将驾驶员起步意图对应不同车辆起步扭矩需求，根据驾驶员起步意图模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则，得到驾驶员起步意图模糊控制曲面；

所述湿式离合器油压控制器：根据起步意图及起步工况，采用双层模糊控制策略，在第二层模糊控制器中，以驾驶员操作意图、发动机转速、离合器主从发动机转速差为输入，离合器结合或分离油压为输出，根据结合油压变化率模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则，得到结合油压变化率模糊控制曲面。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明考虑起步过程中，整车载荷大小、坡度类型及大小、SOC状态等因素的随机组合会形成不同的起步工况对驾驶员起步判断的影响，将上述因素设计成车辆起步扭矩需求情况，从而通过简单的方式实现对混合动力系统起步类型进行划分选择，在满足插电式混合动力汽车动力性和经济性的同时，可以准确探测当前整车状态及驾驶员需求，合理调整插电式混合动力汽车的起步模式。同时，降低了插电式混合动力汽车燃油消耗率与尾气排放，提升了驾乘人员舒适性与安全性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为搭载DCT的插电式混合动力汽车起步模式选择策略；

图2为搭载DCT的插电式混合动力汽车起步过程控制逻辑；

图3为驾驶员起步意图识别模糊控制器；

图4为湿式离合器结合油压变化率模糊控制器。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

实施例：

插电式混合动力汽车除了能实现传统构型下发动机起步下的多种起步方式之外，同时可实现驱动电机起步(纯电动起步)、发动机联合驱动电机起步(双动力源联合起步)，选择多样化的同时尽可能降低排放、提高燃油经济性。

本发明结合车辆运行(起步)工况与驾驶员起步操作意图，将两者统一等效为整车起步需求功率，并考虑整车电池组SOC状态，将起步类型具体细分为纯电动上坡起步、纯电动下坡起步、发动机结合单离合器C2/C1起步、发动机结合双离合器联合起步且C2/C1为目标结合离合器、双动力源联合起步等多种起步类型。

考虑车辆不同运行工况，车辆扭矩需求起步类型划分包括：工况及车辆信息输入、起步意图判断、起步类型判断三大模块。

如图1，工况及车辆状态信息输入主要包括驾驶员操作意图、整车功率需求、电池组SOC状态三方面。其中，整车功率需求主要考虑车辆载荷、坡度等因素对其造成的影响。根据上述因素对起步类型进行分类：

(1)当整车需求功率较小(P_req＜P₁)、下坡起步等工况时，利用PHEV的结构优势，有限满足动力性前提下，优先考虑采用电池存储的电能，采用P2.5驱动电机起步，利用驱动电机响应快、效率高等优势，尽可能减少发动机起步过程低车速阶段中的低效率、高油耗、高排放等问题。

(2)当电池组SOC值较低(SOC＜SOC_min)，且整车功率需求不大(P₁＜P_req＜P₃)时，选择发动机作为起步动力源。其中，对比分析考虑离合器C1和离合器C2扭矩传递可承受范围，离合器C1连接实心输入轴可承受相对较大的传递扭矩。因此，当整车需求扭矩满足此类起步范围且相对较小时选择离合器C2结合起步，需求扭矩相对较大时选择离合器C1结合起步。

(3)在发动机结合单离合器起步的基础上，整车功率需求偏大(P₃＜P_req＜P₅)时，长期采用单离合器起步容易造成打滑、两个离合器主、从动盘滑摩不均等问题，影响使用寿命。考虑上述问题，兼顾起步快速性和平顺性，选择双离合器联合起步。离合器C1&C2同时进入滑摩状态，前期共同承担起步滑摩扭矩。因此，当整车需求扭矩满足此类起步范围且相对较小时选择离合器C2最终结合起步，需求扭矩相对较大时选择离合器C1最终结合起步。

(4)整车功率需求较大(P₃＜P_req＜P₅)时，考虑发动机低转速区油耗及排放严重、离合器传递扭矩上限和使用寿命等问题，采用双动力源联合起步。利用P2.5驱动电机结构特点结合快速响应的优势带动发动机，帮助其跨越低转速区域，直接从怠速转速附近点火，避免发动机起步过程低车速阶段中的低效率、高油耗、高排放等问题。

起步过程控制的关键与难点在于如何在较短的时间内处理驾驶意图的辨别、离合器结合油压的速度快慢、整车需求扭矩分配、动力源扭矩协调控制等关键问题。

如图2所示为起步过程控制逻辑简图，主要分为三大部分，分别为：

(1)驾驶员控制部分；

(2)基于动态协调控制的整车需求扭矩分配部分；

(3)考虑驾驶员意图的离合器结合油压控制部分。

基于动态协调控制的整车需求扭矩分配：

驾驶员通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前起步模式等信息，判断是否满足起步等相关条件，确定起步需求扭矩，通过驱动电机控制器和发动机控制器控制输出实际扭矩。

其中，动力源扭矩动态协调控制的思想是使两个动力源(发动机&驱动电机)扭矩变化过程，使两者经变速机构至轮端的扭矩波动相对较小。其动力学方程可表达为：

式中：T_dtar，T_mtar，T_etar分别为下一目标模式驱动电机、发动机需求扭矩；T_e，T_m分别为当前模式下发动机、驱动电机的实际扭矩；X，Y分别为发动机、驱动电机扭矩变化率。

基于PID反馈控制的动力源扭矩协调控制：

不同类型动力源的扭矩响应特性具有差异性，发动机响应滞后，很难直接对其进行扭矩控制。为使发动机有效跟随目标扭矩变化，运用PID算法将发动机目标扭矩转换为加速踏板开度，对其进行增量补偿。驱动电机具有扭矩/转速快速响应的优势，可直接通过扭矩命令控制其输出扭矩。以整车最大冲击度限制j_max为控制目标，可得具体表达式：

式中：m为整车载荷；r为车轮半径；δ为旋转质量换算系数；i_{m_2}为驱动电机至第一输入轴三级减速比。

考虑驾驶员意图的离合器结合油压控制：

根据起步过程控制逻辑简图，本文设计的两个模糊控制器分别为：驾驶员操作意图控制器、湿式离合器油压控制器。

驾驶员操作意图控制器：以油门踏板开度α及其变化率

为输入，驾驶员操作意图I为输出。通过油门踏板开度及其变化率将驾驶员起步意图对应不同车辆起步扭矩需求。

假设加速踏板开度α的模糊语言为：{很小(VS)、小(S)、中(M)、大(B)、很大(VB)}，基本论域∈：[0，1]；加速踏板开度变化率

的模糊语言为：{负大(NB)、负中(NM)、负小(NS)、零(Z)、正小(PS)、正中(PM)、正大(PB)}，基本论域∈：[-1，1]；起步意图(I)的模糊语言为：{很小(VS)、小(S)、中(M)、大(B)、很大(VB)}，基本论域∈：[0，1]。

根据驾驶员起步意图模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则得到驾驶员起步意图模糊控制曲面，如图3所示。

湿式离合器油压控制器：考虑起步意图及起步工况，采用双层模糊控制策略，把驾驶员操作意图I作为第二层模糊控制器的输入变量，第二层以驾驶意图I、发动机转速ω_e、离合器主、发动机转速差Δω_e为输入，离合器结合或分离油压为输出。

假设驾驶员操作意图(I)的模糊语言为：{很小(VS)、小(S)、中(M)、大(B)、很大(VB)}，基本论域∈：[-1，1]；离合器主、从动盘转速差|Δω|的模糊语言为：{很小(VS)、小(S)、中(M)、大(B)、很大(VB)}，基本论域∈：[0，1]；离合器结合或分离油压(P)的模糊语言为：{负大(VS)、负中(S)、负小(MS)、零(S)、正小(MB)、正中(B)、正大(VB)}，基本论域∈：[0，1]。

根据结合油压变化率模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则得到结合油压变化率模糊控制曲面，如图4所示。

本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法，其特征在于，包括：

步骤1：获取行驶工况及车辆信息，包括驾驶员操作意图、整车功率需求和电池组SOC状态；

步骤2：判断起步意图和起步类型，控制发动机和驱动电机的动力源扭矩变化，使两者经变速机构至轮端的扭矩波动在预设范围内，从而进行整车需求扭矩分配；

步骤3：进行基于PID反馈控制的动力源扭矩协调控制；

步骤4：基于驾驶员操作意图，通过驾驶员操作意图控制器和湿式离合器油压控制器，进行车辆起步控制。

2.根据权利要求1所述的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法，其特征在于，当整车需求功率低于预设范围时，优先采用电池存储的电能，采用P2.5驱动电机起步；当电池组SOC值低于预设范围，且整车功率需求在预设低范围内时，选择发动机作为起步动力源；在发动机结合单离合器起步的基础上，当整车功率需求在预设高范围内时，选择双离合器联合起步；当整车功率需求在预设高范围内时，采用双动力源联合起步。

3.根据权利要求1所述的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法，其特征在于，通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前起步模式，判断是否满足起步条件，确定起步需求扭矩，通过驱动电机控制器和发动机控制器控制输出实际扭矩，动力学方程表达为：

式中：T_dtar为动力源扭矩；T_mtar、T_etar分别为下一目标模式驱动电机、发动机需求扭矩；T_e、T_m分别为当前模式下发动机、驱动电机的实际扭矩；X、Y分别为发动机、驱动电机扭矩变化率。

4.根据权利要求1所述的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法，其特征在于，通过PID算法将发动机目标扭矩转换为加速踏板开度，以整车最大冲击度限制为控制目标，对其进行增量补偿，直接通过扭矩命令控制其输出扭矩。

5.根据权利要求1所述的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制方法，其特征在于，所述驾驶员操作意图控制器：以油门踏板开度及其变化率为输入，驾驶员操作意图为输出，通过油门踏板开度及其变化率将驾驶员起步意图对应不同车辆起步扭矩需求，根据驾驶员起步意图模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则，得到驾驶员起步意图模糊控制曲面；

所述湿式离合器油压控制器：根据起步意图及起步工况，采用双层模糊控制策略，在第二层模糊控制器中，以驾驶员操作意图、发动机转速、离合器主从发动机转速差为输入，离合器结合或分离油压为输出，根据结合油压变化率模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则，得到结合油压变化率模糊控制曲面。

6.一种搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制系统，其特征在于，包括：

模块M1：获取行驶工况及车辆信息，包括驾驶员操作意图、整车功率需求和电池组SOC状态；

模块M2：判断起步意图和起步类型，控制发动机和驱动电机的动力源扭矩变化，使两者经变速机构至轮端的扭矩波动在预设范围内，从而进行整车需求扭矩分配；

模块M3：进行基于PID反馈控制的动力源扭矩协调控制；

模块M4：基于驾驶员操作意图，通过驾驶员操作意图控制器和湿式离合器油压控制器，进行车辆起步控制。

7.根据权利要求6所述的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制系统，其特征在于，当整车需求功率低于预设范围时，优先采用电池存储的电能，采用P2.5驱动电机起步；当电池组SOC值低于预设范围，且整车功率需求在预设低范围内时，选择发动机作为起步动力源；在发动机结合单离合器起步的基础上，当整车功率需求在预设高范围内时，选择双离合器联合起步；当整车功率需求在预设高范围内时，采用双动力源联合起步。

8.根据权利要求6所述的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制系统，其特征在于，通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前起步模式，判断是否满足起步条件，确定起步需求扭矩，通过驱动电机控制器和发动机控制器控制输出实际扭矩，动力学方程表达为：

式中：T_dtar为动力源扭矩；T_mtar、T_etar分别为下一目标模式驱动电机、发动机需求扭矩；T_e、T_m分别为当前模式下发动机、驱动电机的实际扭矩；X、Y分别为发动机、驱动电机扭矩变化率。

9.根据权利要求6所述的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制系统，其特征在于，通过PID算法将发动机目标扭矩转换为加速踏板开度，以整车最大冲击度限制为控制目标，对其进行增量补偿，直接通过扭矩命令控制其输出扭矩。

10.根据权利要求6所述的搭载DCT的插电式混合动力车辆起步控制系统，其特征在于，所述驾驶员操作意图控制器：以油门踏板开度及其变化率为输入，驾驶员操作意图为输出，通过油门踏板开度及其变化率将驾驶员起步意图对应不同车辆起步扭矩需求，根据驾驶员起步意图模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则，得到驾驶员起步意图模糊控制曲面；

所述湿式离合器油压控制器：根据起步意图及起步工况，采用双层模糊控制策略，在第二层模糊控制器中，以驾驶员操作意图、发动机转速、离合器主从发动机转速差为输入，离合器结合或分离油压为输出，根据结合油压变化率模糊控制器的输入、输出变量的模糊子集隶属度函数结合制定模糊控制规则，得到结合油压变化率模糊控制曲面。

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