CN115782882B - 功率分流式混动变速箱倒车控制方法、车辆及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明属于车辆控制技术领域，公开了一种功率分流式混动变速箱倒车控制方法、车辆及存储介质。所述倒车控制方法包括发动机发电控制方法，用于在倒车发电工况中，控制发动机转速、发动机扭矩、发电机扭矩以及驱动电机输出扭矩，具体包括：确定所需发电功率；根据所需发电功率，依据倒车发电曲线确定发动机转速和发动机扭矩：综合基础项扭矩、惯性项扭矩和反馈项扭矩确定发电机扭矩；根据倒挡需求扭矩和发电机扭矩，确定驱动电机输出扭矩。本发明在发电功率不变的前提下，通过减小发电扭矩、提高驱动电机输出扭矩，能有效避免倒车发电工况中发电扭矩削弱输出扭矩导致车辆动力性差的问题，显著提高倒车动力性能和驾乘体验。

Description

功率分流式混动变速箱倒车控制方法、车辆及存储介质

技术领域

本发明属于车辆控制技术领域，具体涉及一种功率分流式混动变速箱倒车控制方法、车辆及存储介质。

背景技术

现有的功率分流式混合动力变速箱（简称混动变速箱）如图1所示，其采用行星排的结构形式，在该驱动系统中，发动机Eng连接行星架，用于驱动车辆行驶或给发电机发电；发电机M1连接太阳轮，用于启动发动机或者进行发电；驱动电机M2连接齿圈，齿圈输出动力，经过第二个行星排传递给车轮，驱动车辆行驶。

传统的燃油变速箱通过设置倒挡齿轮传动机构，使发动机的输出扭矩反向，从而实现倒车行驶，而该混动变速箱无专门的倒挡传动机构，是通过驱动电机M2反向旋转，输出反向扭矩，从而驱动车辆倒车行驶。在倒车过程中，该混动变速箱的发动机Eng一般处于停机状态，如若动力电池的电量过低，驱动电机M2的输出扭矩就会变小，动力性下降，此时则需要启动发动机Eng给动力电池充电。

该混动变速箱中，发动机的启动是通过发电机M1来实现的，发电机M1输出正向扭矩拖曳发动机至怠速运行，然后发电机M1撤销扭矩，发动机自行运转；若需要发电，则发动机输出正向扭矩，发电机M1输出负向扭矩进行发电。该发动机启动方式和倒车发电方式会造成下述两个问题：

（1）在倒车启动发动机时，发电机M1需克服发动机的阻力输出正向启动扭矩，该扭矩会通过行星排传递给变速箱的输出轴，扭矩方向会变为负向；该发电机M1的启动扭矩引起的输出轴负向扭矩，与本就由驱动电机M2施加在输出轴上的负向驱动扭矩叠加，会造成启动发动机过程中的扭矩突变，产生非预期的车辆加减速；如图2所示，发电机M1的反向启动扭矩与驱动电机M2的驱动扭矩相叠加，造成整车的输出扭矩突变；

（2）在倒车发电工况中，发动机输出正向发电扭矩，发电机M1输出负向发电扭矩，通过行星齿轮关系可知，其在输出轴上的合力为正向扭矩；因为是倒车工况，需求扭矩为负向，驱动电机M2的驱动扭矩亦为负向；故发电时，发电机M1的发电扭矩在输出轴上产生的反向扭矩抵消了部分驱动电机M2的倒车驱动扭矩，导致倒挡的动力性下降；如图3所示，发电机M1在输出轴上产生的反向发电扭矩，与驱动电机M2倒车时的驱动扭矩方向相反，抵消了驱动电机M2的部分倒车驱动扭矩，导致倒挡动力性降低。

发明内容

本发明旨在解决至少一种背景技术中存在的技术问题，提供一种功率分流式混动变速箱倒车控制方法、车辆及存储介质，以提高倒车运行的稳定性，提升驾乘体验。

为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种功率分流式混动变速箱倒车控制方法，包括发动机发电控制方法，用于在倒车发电工况中，控制发动机转速、发动机扭矩、发电机扭矩以及驱动电机输出扭矩；

所述发动机发电控制方法具体包括如下步骤：

步骤S01.确定所需发电功率P_in：

P_in = P_soc + P_aux +P_loss

上式中，P_soc为动力电池SOC值及温度决定的第一发电功率；P_aux为车载用电设备所需的第二发电功率；P_loss为电气损失功率；

步骤S02.确定发动机转速N_eng_tag和发动机扭矩T_eng_tag：

根据所需发电功率P_in，依据倒车发电曲线，通过数值查表法获取发动机转速N_eng_tag和发动机扭矩N_eng_tag；

步骤S03.确定发电机扭矩T_m1_tag：

所述发电机扭矩T_m1_tag的计算公式如下：

T_m1_tag=基础项扭矩+惯性项扭矩+反馈项扭矩

所述基础项扭矩的计算公式如下：

基础项扭矩 = T_eng_tag / k

所述惯性项扭矩的计算公式如下：

惯性项扭矩= ΔN_eng×转速扭矩变换系数×惯性项反映系数×缓变化滤波系数/ k

ΔN_eng = N_eng_tag – 发动机当前转速

所述反馈项扭矩的计算公式如下：

反馈项扭矩 = ΔN_m1×Kp+∑ΔN_m1×Ki

ΔN_m1 = N_m1_tag – 发电机当前转速

N_m1_tag=N_eng_tag × (k+1) -N_p×k

上式中，k为第一级行星排特征参数；转速扭矩变换系数为设计值，惯性项反映系数为标定值，缓变化滤波系数为标定值；ΔN_eng为发动机转速差；ΔN_m1为发电机转速差；N_m1_tag为发电机目标转速；N_p为变速箱输出轴转速；Kp为比例系数，Ki为积分系数，且Kp与Ki均为标定值；各参数值均带有符号，区分正负；

步骤S04.确定倒车发电工况中驱动电机输出扭矩T_m2_tag：

T_m2_tag=倒挡需求扭矩-T_m1_tag×k

上式中，k为第一级行星排的特征参数，各参数值均带有符号，区分正负。

进一步地，所述第一发电功率P_soc是根据动力电池的工作温度以及动力电池SOC值-发电功率曲线，通过数值查表获得。

进一步地，所述变速箱输出轴转速N_p由速度传感器检测得到。

进一步地，还包括发动机启动控制方法，具体为：在倒车启动发动机时，根据发电机扭矩T_m1_tag的大小，实时调整驱动电机输出扭矩T_m2_tag，使得发电机扭矩T_m1_tag和驱动电机输出扭矩T_m2_tag在变速箱输出轴上的合力与驾驶时的需求扭矩相等。

更进一步地，在倒车启动发动机时，所述发电机扭矩T_m1_tag通过CAN通信实时获取。

更进一步地，在倒车启动发动机时，所述驱动电机输出扭矩T_m2_tag根据下式计算得到：

T_m2_tag=倒挡需求扭矩+T_m1_tag×k

上式中，k为第一级行星排的特征参数，各参数值均带有符号，区分正负。

同时，本发明还提供一种车辆，所述车辆包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上任一项所述的倒车控制方法。

此外，本发明还提供一种计算机存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述程序被处理器执行时实现如上任一项所述的倒车控制方法。

与现有技术相比，本发明所产生的有益效果是：

（1）本发明的功率分流式混动变速箱倒车控制方法，包括发动机发电控制方法，即在倒车发电工况中，维持发电功率不变的前提下，通过提高发动机和发电机的工作转速以减少发电扭矩，降低了对驱动电机输出扭矩的削弱作用；同时，提高驱动电机输出扭矩，以弥补发电机的发电扭矩对变速箱输出轴扭矩的削弱；该发动机发电控制方法有效解决了发电扭矩削弱输出扭矩导致车辆动力性差的问题，提高了车辆的倒车动力性能，提升了驾乘体验；

（2）本发明的发动机发电控制方法，在确定所需的发电功率时考虑了车载用电设备所需的第二发电功率和电气损失功率；在确定发电机扭矩时，考虑到发动机转速受发动机和发电机的惯性影响，同时也会受外界环境、系统误差等的影响，为了使发动机的实际转速更好地跟随目标转速，本发明引入了惯性项扭矩和反馈项扭矩，使得输出的参数值(包括发动机扭矩、发电机扭矩、驱动电机扭矩)更加实时、准确、平顺，所实现的倒车发电工况的控制效果精确度高、鲁棒性好；

（3）本发明的功率分流式混动变速箱倒车控制方法还包括发动机启动控制方法，即在倒车启动发动机时，根据发电机扭矩的大小，实时调整驱动电机输出扭矩，使得发电机扭矩和驱动电机输出扭矩在变速箱输出轴上的合力与驾驶时的需求扭矩相等；该方法能有效避免倒车时启动发动机的扭矩突变问题，提高发动机启动的平稳性，提升驾乘体验；

（4）本发明的发动机启动控制方法通过CAN通信实时获取发电机M1的启动扭矩数值，再经过公式换算直接得到驱动电机输出扭矩，反映了对发电机M1真实启动扭矩的补偿，该控制方法简单、计算速度快，所实现的发动机启动时的控制效果精确度高、鲁棒性好。

附图说明

图1为现有的功率分流式混合动力变速箱的工作结构示意图；

图2为现有的功率分流式混合动力变速箱在倒车启动发动机时的扭矩输出示意图；

图3为现有的功率分流式混合动力变速箱在倒车发电工况时的扭矩输出示意图；

图4为本发明实施例的发动机发电控制方法控制流程图；

图5为本发明实施例的动力电池SOC值-发电功率曲线图；

图6为本发明实施例的发动机扭矩-转速曲线图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本发明实施例提供一种功率分流式混动变速箱倒车控制方法，包括发动机启动控制方法。

所述发动机启动控制方法具体为：

在倒车启动发动机时，根据发电机扭矩T_m1_tag的大小，实时调整驱动电机输出扭矩T_m2_tag，将发电机启动扭矩对变速箱输出轴的影响抵消，使得发电机扭矩T_m1_tag和驱动电机输出扭矩T_m2_tag在变速箱输出轴上的合力与驾驶时的需求扭矩相等，避免扭矩突变和非预期的加减速导致的车辆运行不平稳的问题。

其中，所述发电机扭矩T_m1_tag通过CAN通信（ControllerArea Network，控制器局域网络）实时获取。

所述驱动电机输出扭矩T_m2_tag根据下式计算得到：

T_m2_tag=倒挡需求扭矩+T_m1_tag×k（1）

上式（1）中，k为第一级行星排的特征参数，各参数值均带有符号，区分正负。

本发明实施例提供的发动机启动控制方法，在倒车启动发动机时，根据发电机扭矩的大小，实时调整驱动电机输出扭矩，使得发电机扭矩和驱动电机输出扭矩在变速箱输出轴上的合力与驾驶时的需求扭矩相等；该方法能有效避免倒车时启动发动机的扭矩突变问题，提高发动机启动的平稳性，提升驾乘体验。

实施例2

本发明实施例提供一种功率分流式混动变速箱倒车控制方法，包括发动机发电控制方法。

结合图4所示，所述发动机发电控制方法具体为：

在倒车发电时，一方面，在发电功率维持不变的前提下，提高发动机和发电机M1的工作转速，以减小发电扭矩(功率=扭矩 ×转速，功率不变，提高转速可降低扭矩），发电扭矩减小意味着其在输出轴上产生的反向扭矩减小，降低了对驱动电机M2的输出扭矩的削弱作用；另一方面，提高驱动电机M2的输出扭矩，以弥补发电机M1的发电扭矩对变速箱输出轴的输出扭矩的削弱。

所述发动机发电控制方法利用上述原理，在倒车发电工况中，控制发动机转速、发动机扭矩、发电机扭矩以及驱动电机输出扭矩；所述发动机发电控制方法具体包括如下步骤：

步骤S01.确定所需发电功率P_in：

所需发电功率P_in的计算需考虑如下几个因素：①动力电池的SOC值及温度决定的第一发电功率P_soc；②空调+除霜/雾等车载用电设备所需的第二发电功率P_aux；③电气损失功率P_loss；故：

P_in = P_soc + P_aux +P_loss（2）

上式（2）中，P_in为所需发电功率；P_soc为动力电池SOC值及温度决定的第一发电功率；P_aux为车载用电设备所需的第二发电功率；P_loss为电气损失功率。

在本发明实施例中，所述第一发电功率P_soc为在25℃的温度下，根据图5所示的动力电池SOC值-发电功率曲线，通过数值查表获得，其他工作温度范围下的第一发电功率P_soc可采用同样的方法进行确定。

步骤S02.确定发动机转速N_eng_tag和发动机扭矩T_eng_tag：

如图6所示，正常行驶时，发动机工作点（对应发动机扭矩和发动机转速）遵循最佳油耗曲线；在倒车发电时，为了尽可能的使发动机和发电机M1的转速升高以减少发电扭矩，故将倒车发电时的发动机工作点偏离最佳油耗曲线，将发动机转速升高，使发动机工作点参考倒车发电曲线，根据步骤S01中确定的发电功率P_in，通过数值查表获取倒车发电曲线上的发动机转速N_eng_tag及其对应的发动机扭矩T_eng_tag，以提高倒车时的动力性和电量维持性。

步骤S03.确定发电机扭矩T_m1_tag：

所述发电机扭矩T_m1_tag的计算公式如下：

T_m1_tag=基础项扭矩+惯性项扭矩+反馈项扭矩（3）

所述基础项扭矩的计算公式如下：

基础项扭矩 = T_eng_tag /k（4）

考虑到发动机和发电机的转速发生变化时具有转动惯量和响应特性，且由于机械结构本身的特性，发动机转速受发动机和发电机的惯性影响，为了使发动机的实际转速更好地跟随目标转速，需要计算惯性扭矩，其计算公式如下：

惯性项扭矩 = ΔN_eng×转速扭矩变换系数×惯性项反映系数×缓变化滤波系数/ k             （5）

ΔN_eng = N_eng_tag – 发动机当前转速（6）

考虑到外界环境、系统误差等的影响，仅仅依靠“基础项扭矩+惯性项扭矩”并不能使发动机的实际转速与目标转速一致，故引入反馈项扭矩，其计算公式如下：

反馈项扭矩 =ΔN_m1×Kp+∑ΔN_m1×Ki（7）

ΔN_m1 = N_m1_tag – 发电机当前转速（8）

N_m1_tag= N_eng_tag × (k+1)-N_p×k（9）

上式（3）-（9）中：k为第一级行星排特征参数；转速扭矩变换系数为设计值（通过结构设计和系统仿真试验确定的值），惯性项反映系数为标定值（通过实际试验标定得到的值），缓变化滤波系数为标定值；ΔN_eng为发动机转速差；ΔN_m1为发电机转速差；N_m1_tag为发电机目标转速；N_p为变速箱输出轴转速；Kp为比例系数，Ki为积分系数，且Kp与Ki均为标定值；各参数值均带有符号，区分正负。

步骤S04.确定倒车发电工况中驱动电机输出扭矩T_m2_tag：

T_m2_tag=倒挡需求扭矩-T_m1_tag×k（10）

上式（10）中，k为第一级行星排的特征参数，各参数值均带有符号，区分正负。

本发明实施例提供的发动机发电控制方法，在倒车发电工况中，维持发电功率不变的前提下，通过提高发动机和发电机的工作转速以减少发电扭矩，降低了对驱动电机输出扭矩的削弱作用；同时，提高驱动电机输出扭矩，以弥补发电机的发电扭矩对变速箱输出轴扭矩的削弱；该发动机发电控制方法有效解决了发电扭矩削弱输出扭矩导致车辆动力性差的问题，提高了车辆的倒车动力性能，提升了驾乘体验。

同时，本发明实施例的发动机发电控制方法，在确定所需的发电功率时考虑了车载用电设备所需的第二发电功率和电气损失功率；在确定发电机扭矩时，考虑到发动机转速受发动机和发电机的惯性影响，同时也会受外界环境、系统误差等的影响，为了使发动机的实际转速更好地跟随目标转速，本发明引入了惯性项扭矩和反馈项扭矩，使得输出的参数值（包括发动机扭矩、发电机扭矩、驱动电机扭矩）更加实时、准确、平顺，所实现的倒车发电工况的控制效果精确度高、鲁棒性好。

实施例3

本发明实施例提供一种功率分流式混动变速箱倒车控制方法，包括实施例1所述的发动机启动控制方法和实施例2所述的发动机发电控制方法。

本发明实施例既能在倒车启动发动机时，有效避免倒车时启动发动机的扭矩突变问题，又能在倒车发电工况中，解决发电扭矩削弱输出扭矩导致车辆动力性差的问题，提高了车辆的驾驶平稳性和倒车动力性能，更好地提升了驾乘体验。

实施例4

一种车辆，所述车辆包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如实施例1-3任一实施例所述的倒车控制方法。

实施例5

一种计算机存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述程序被处理器执行时实现如实施例1-3任一实施例所述的倒车控制方法。

以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的申请范围内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种功率分流式混动变速箱倒车控制方法，其特征在于，包括发动机发电控制方法，用于在倒车发电工况中，控制发动机转速、发动机扭矩、发电机扭矩以及驱动电机输出扭矩；

所述发动机发电控制方法具体包括如下步骤：

步骤S01.确定所需发电功率P_in：

P_in = P_soc + P_aux +P_loss

上式中，P_soc为动力电池SOC值及温度决定的第一发电功率；P_aux为车载用电设备所需的第二发电功率；P_loss为电气损失功率；

步骤S02.确定发动机转速N_eng_tag和发动机扭矩T_eng_tag：

根据所需发电功率P_in，依据倒车发电曲线，通过数值查表法获取发动机转速N_eng_tag和发动机扭矩N_eng_tag；

步骤S03.确定发电机扭矩T_m1_tag：

所述发电机扭矩T_m1_tag的计算公式如下：

T_m1_tag=基础项扭矩+惯性项扭矩+反馈项扭矩

所述基础项扭矩的计算公式如下：

基础项扭矩 = T_eng_tag / k

所述惯性项扭矩的计算公式如下：

惯性项扭矩= ΔN_eng×转速扭矩变换系数×惯性项反映系数×缓变化滤波系数/ k

ΔN_eng = N_eng_tag – 发动机当前转速

所述反馈项扭矩的计算公式如下：

反馈项扭矩 = ΔN_m1×Kp+∑ΔN_m1×Ki

ΔN_m1 = N_m1_tag – 发电机当前转速

N_m1_tag=N_eng_tag × (k+1) -N_p×k

上式中，k为第一级行星排特征参数；转速扭矩变换系数为设计值，惯性项反映系数为标定值，缓变化滤波系数为标定值；ΔN_eng为发动机转速差；ΔN_m1为发电机转速差；N_m1_tag为发电机目标转速；N_p为变速箱输出轴转速；Kp为比例系数，Ki为积分系数，且Kp与Ki均为标定值；各参数值均带有符号，区分正负；

步骤S04.确定倒车发电工况中驱动电机输出扭矩T_m2_tag：

T_m2_tag=倒挡需求扭矩-T_m1_tag×k

上式中，k为第一级行星排的特征参数，各参数值均带有符号，区分正负。

2.根据权利要求1所述的倒车控制方法，其特征在于，所述第一发电功率P_soc是根据动力电池的工作温度以及动力电池SOC值-发电功率曲线，通过数值查表获得。

3.根据权利要求1所述的倒车控制方法，其特征在于，所述变速箱输出轴转速N_p由速度传感器检测得到。

4.根据权利要求1所述的倒车控制方法，其特征在于，还包括发动机启动控制方法，具体为：在倒车启动发动机时，根据发电机扭矩T_m1_tag的大小，实时调整驱动电机输出扭矩T_m2_tag，使得发电机扭矩T_m1_tag和驱动电机输出扭矩T_m2_tag在变速箱输出轴上的合力与驾驶时的需求扭矩相等。

5.根据权利要求4所述的倒车控制方法，其特征在于，在倒车启动发动机时，所述发电机扭矩T_m1_tag通过CAN通信实时获取。

6.根据权利要求5所述的倒车控制方法，其特征在于，在倒车启动发动机时，所述驱动电机输出扭矩T_m2_tag根据下式计算得到：

T_m2_tag=倒挡需求扭矩+T_m1_tag×k

上式中，k为第一级行星排的特征参数，各参数值均带有符号，区分正负。

7.一种车辆，所述车辆包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1-6任一项所述的倒车控制方法。

8.一种计算机存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-6任一项所述的倒车控制方法。

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