CN117302168A - 一种混动车辆的驱动控制方法及车辆 - Google Patents

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夏大兴
孙佩生
杨桂康
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刘义强
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Abstract

本发明提供了一种混动车辆的驱动控制方法及车辆，涉及车辆技术领域。本发明所述的混动车辆的驱动控制方法包括：根据车辆状态设定扭矩控制目标；根据所述扭矩控制目标和自适应因子确定边界条件，根据预先建立的车辆模型和对应的所述边界条件确定扭矩分配的最优控制序列；根据所述最优控制序列确定扭矩分配模式，其中，所述扭矩分配模式包括前轴扭矩、左后轮扭矩和右后轮扭矩的分配模式。本发明可以实现前轴扭矩、左后轮扭矩和右后轮扭矩的分配，从而能够在混动车辆中应用分布式驱动策略，在混动模式中可以使得发动机并联或串联介入系统。另外，通过设置自适应因子，可以自适应调整上下限，从而可以避免模型不准确带来的预测结果突破边界的情况。

Description

一种混动车辆的驱动控制方法及车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体而言，涉及一种混动车辆的驱动控制方法及车辆。
背景技术
分布式驱动车辆可以独立地为驱动轮施加扭矩，充分利用路面对车辆的作用力，以达到提升车辆操纵和稳定性的目的。
分布式驱动多用于纯电驱动的车辆，利用可以独立驱动车轮的轮边或轮毂电机，实现车辆灵活控制。在混动车辆中，由于发动机的响应较慢以及缺乏独立驱动车轮的控制器等原因，导致发动机可能会延迟响应，因此目前在混动车辆中难以应用分布式驱动策略。
发明内容
本发明解决的问题是如何在混动车辆中应用分布式驱动策略。
为解决上述问题，本发明提供一种混动车辆的驱动控制方法、系统及车辆。
第一方面，本发明提供一种混动车辆的驱动控制方法，包括：
根据车辆状态设定扭矩控制目标；
根据所述扭矩控制目标和自适应因子确定边界条件，根据预先建立的车辆模型和对应的所述边界条件确定扭矩分配的最优控制序列；
根据所述最优控制序列确定扭矩分配模式，其中，所述扭矩分配模式包括前轴扭矩、左后轮扭矩和右后轮扭矩的分配模式。
可选地，所述根据车辆状态设定扭矩控制目标包括：
当后轴侧偏角绝对值小于第一预设阈值时，设定所述扭矩控制目标为当前横摆角速度满足驾驶员需求横摆角速度；
当所述后轴侧偏角绝对值大于第二预设阈值时，设定所述扭矩控制目标为所述后轴侧偏角绝对值趋于零。
可选地，所述车辆模型的建立过程包括：
确定所述车辆模型的种类，其中，所述车辆模型的种类包括线性二自由度模型；
建立坐标系以描述车辆的位置、方向和运动；
建立运动学模型以描述车辆的运动关系；
建立动力学模型以描述车辆在外部作用下的运动行为。
可选地，所述根据所述扭矩控制目标和自适应因子确定边界条件包括：
根据所述扭矩控制目标确定所述边界条件，其中，所述边界条件包括所述车辆模型的初始条件和操作范围；
根据所述自适应因子调整控制器参数以避免所述车辆模型的预测结果突破所述边界条件。
可选地，所述根据预先建立的车辆模型和对应的所述边界条件确定扭矩分配的最优控制序列包括：
根据所述车辆模型预测后续调度周期内车辆的动态响应，以根据所述动态响应确定扭矩分配的控制序列；
在所述边界条件下进行寻优，从所有所述控制序列中选取最符合所述扭矩控制目标的一组序列作为所述最优控制序列。
可选地，所述根据所述车辆模型预测后续调度周期车辆的动态响应包括：
通过离散化和迭代操作，预测在不同扭矩分配的作用下后续调度周期车辆的动态响应。
可选地，所述根据所述最优控制序列确定扭矩分配模式包括：
根据所述最优控制序列确定混动模式，以确定所述扭矩分配模式。
可选地，所述根据所述最优控制序列确定混动模式包括：
当电池功率和电机扭矩满足扭矩序列需求时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为纯电模式，其中，在所述纯电模式下，通过对应电机满足前轴、左后轮、右后轮的扭矩需求；
当电池功率不足时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为发动机串联模式，其中，在所述发动机串联模式下，通过对应电机满足前轴、左后轮、右后轮的扭矩需求，并通过发动机在所述发动机串联模式下额外提供放电功率；
当前轴电机扭矩不足时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为发动机并联模式，其中，在所述发动机并联模式下，通过发动机和前轴电机满足前轴的扭矩需求。
可选地，所述根据所述最优控制序列确定混动模式还包括：
在每个调度周期确定后续预设调度周期的目标扭矩序列，根据发动机输出扭矩的延迟发送相应扭矩请求给发动机；
根据需求总扭矩和当下实际扭矩确定电机目标扭矩。
第二方面，本发明提供一种车辆，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上混动车辆的驱动控制方法。
本发明根据扭矩控制目标、自适应因子和车辆模型确定扭矩分配的最优控制序列后，可以根据最优控制序列确定混动车辆的扭矩分配模式，实现前轴扭矩、左后轮扭矩和右后轮扭矩的分配，从而能够在混动车辆中应用分布式驱动策略，在混动模式中可以使得发动机并联或串联介入系统。另外，通过设置自适应因子，可以自适应调整上下限，从而可以避免模型不准确带来的预测结果突破边界条件的情况。
附图说明
图1为本发明实施例的混动车辆的驱动控制方法的流程示意图；
图2为本发明实施例的补偿策略示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
如图1所示，本发明实施例提供一种混动车辆的驱动控制方法，包括：
根据车辆状态设定扭矩控制目标。
具体地，首先判断车辆所处状态，从而设定扭矩控制目标。
根据所述扭矩控制目标和自适应因子确定边界条件，根据预先建立的车辆模型和对应的所述边界条件确定扭矩分配的最优控制序列。
具体地，在设定扭矩控制目标后，可以结合自适应因子确定边界条件，即设定扭矩控制目标和带自适应因子的边界条件，从而可以根据预先建立的车辆模型和边界条件求解最优控制序列。
根据所述最优控制序列确定扭矩分配模式，其中，所述扭矩分配模式包括前轴扭矩、左后轮扭矩和右后轮扭矩的分配模式。
其中，常用的控制策略包括基于规则的控制、PID(比例、积分和微分，Proportional Integral Derivative)反馈控制、滑模控制、基于优化的控制策略，可以根据外部环境和车辆工作条件设定各个车轮的目标扭矩。其中，基于优化的控制方法总体思路是根据当前状态对后续时刻状态进行预测，找到一组控制序列，使得后续时刻中所关注的效果最佳；寻找最佳控制序列的过程中，可以考虑多个目标的协调，多种边界条件的限制，从而获得合理的最优控制序列。然而基于优化的方法比较依赖建模的精度，在某些极端环境下(比如车辆行驶在低附着系数的冰雪路面)，如果预测出的结果如果超出了部分边界，会导致整个优化过程无法获得可行解，这时只能临时用其它方法替代给出扭矩分配策略，还要考虑不同策略方法之间的切换问题，最终使得效果变差。本实施例通过设置自适应因子自动调整上下限(在一定范围内自动调整自适应因子)，可以避免模型不准确带来的预测结果突破边界(突破边界时无法找到任何一组控制序列，优化问题不可解)的情况。
根据所述最优控制序列确定扭矩分配模式，其中，所述扭矩分配模式包括前轴扭矩、左后轮扭矩和右后轮扭矩的分配模式。
具体地，根据最优控制序列确定扭矩分配模式，本实施例涉及三个自由度的扭矩分配策略(前轴、左后轮、右后轮扭矩大小)。
其中，在本实施例所应用的车辆中，后轴采用两个分布式驱动电机分别独立驱动车辆的左后轮和右后轮，给予车辆独立分配扭矩的灵活性，前轴采用P1电机+P2电机+3DHT混动专用变速箱的混动架构的集中驱动方案。因此车辆扭矩的分配共有三个自由度，分别是前轴扭矩、左后轮扭矩和右后轮扭矩，其中左后轮和右后轮的扭矩差异可以控制车辆的侧向运动，应当加入到构建的车辆模型之中，这也是待求解的控制变量，目的即是找到一组最优的扭矩序列，使车辆的动态响应最佳。
可选地，所述根据车辆状态设定扭矩控制目标包括：
当后轴侧偏角绝对值小于第一预设阈值时，设定所述扭矩控制目标为当前横摆角速度满足驾驶员需求横摆角速度。
具体地，根据车辆传感器提供的信息，可以获得横摆角速度和后轴侧偏角的大小，从而判断车辆所处的状态。当后轴侧偏角绝对值较小时(例如小于第一预设阈值)，设定扭矩控制目标为当前横摆角速度满足驾驶员需求横摆角速度，其中，驾驶员需求横摆角速度可以根据转向盘转角计算。
当所述后轴侧偏角绝对值大于第二预设阈值时，设定所述扭矩控制目标为所述后轴侧偏角绝对值趋于零。
具体地，当后轴侧偏角绝对值较大时(例如大于第二预设阈值)，设定扭矩控制目标为后轴侧偏角绝对值满足预设区间，例如将后轴侧偏角控制在0附近，以确保车辆的稳定性。
可选地，所述车辆模型的建立过程包括：
确定所述车辆模型的种类，其中，所述车辆模型的种类包括线性二自由度模型；
建立坐标系以描述车辆的位置、方向和运动；
建立运动学模型以描述车辆的运动关系；
建立动力学模型以描述车辆在外部作用下的运动行为。
具体地，车辆模型的建立过程包括：
(1)本实施例所采用的车辆模型为线性二自由度模型，其中，线性指的是在轮胎侧向力特性曲线上的工作点线性化，而不是常规线性二自由度模型中简单地把轮胎特性曲线认为是一条直线，这样可以提高模型的预测精度，尤其是当轮胎接近饱和时，可以更准确地获得后续车辆地动态响应；二自由度指的是车辆的质心侧偏角和横摆角速度，质心侧偏角是一个与车辆的横向姿态有关的角度，表示车辆前进方向与车辆质心所指方向之间的夹角，横摆角速度表示车辆绕其垂直轴(通常是车辆质心)旋转的速度，通常表示为质心侧偏角关于时间的导数。
(2)确定坐标系：确定模型中的坐标系，以便描述车辆的位置、方向和运动。通常，全局坐标系用于参考车辆的绝对位置，而局部坐标系用于描述车辆内部组件的相对位置和方向。
(3)建立运动学模型：基于车辆的几何特性，建立运动学模型，描述车辆的运动关系，包括位置、速度、姿态等。运动学模型通常包括车辆的几何参数，如轴距、轨宽、质心高度等。
(4)建立动力学模型：动力学模型描述车辆在外部作用下的运动行为，包括加速度、力和扭矩等。需要考虑车辆的质量分布、惯性矩阵、悬挂系统、轮胎特性等因素。通常使用牛顿-欧拉方程来描述车辆的运动。
可选地，所述根据所述扭矩控制目标和自适应因子确定边界条件包括：
根据所述扭矩控制目标确定所述边界条件，其中，所述边界条件包括所述车辆模型的初始条件和操作范围。
具体地，边界条件在构建车辆模型过程中起着至关重要的作用，用于定义问题的范围、起始状态和限制条件，对于准确描述车辆行为非常关键。边界条件中的初始条件用于确定车辆模型在仿真或分析的起始时刻的状态，包括车辆的初始位置、速度、横摆角、横摆角速度等。边界条件可以用于约束车辆模型的操作范围，包括了对车辆行为的限制条件，例如最大速度、最大转角、最大加速度、最大制动力等。
根据所述自适应因子调整控制器参数以避免所述车辆模型的预测结果突破所述边界条件。
具体地，自适应因子可以监测实际系统的性能和响应，并根据反馈信息实时调整控制器参数。自适应控制可以监测边界条件和约束，以确保系统操作始终在规定的边界内。如果系统的预测结果将要突破边界，自适应控制可以通过相应的参数调整来防止这种情况的发生。
可选地，所述根据预先建立的车辆模型和对应的所述边界条件确定扭矩分配的最优控制序列包括：
根据所述车辆模型预测后续调度周期内车辆的动态响应，以根据所述动态响应确定扭矩分配的控制序列。
具体地，首先根据车辆模型预测后续调度周期(如40ms为一个周期，共预测8个周期即320ms)车辆的动态响应，从而可以根据动态响应确定控制序列；其中，车辆模型的输入为后轴电机扭矩分配，输出为车辆的质心侧偏角和横摆角速度。
在所述边界条件下进行寻优，从所有所述控制序列中选取最符合所述扭矩控制目标的一组序列作为所述最优控制序列。
具体地，在设定的边界条件下进行寻优，找到所有控制序列中可以最好地跟随扭矩控制目标的一组序列作为最优控制序列；控制序列的主要目标是使车辆在特定驾驶情况下表现出期望的动态响应，可以包括改变车辆的速度、方向、姿态等方面的行为，以适应不同的驾驶条件和需求。
可选地，所述根据所述车辆模型预测后续调度周期车辆的动态响应包括：
通过离散化和迭代操作，预测在不同扭矩分配的作用下后续调度周期车辆的动态响应。
具体地，在进行模拟时，通常需要将时间划分为离散的时间步长，通过将时间分割成小的间隔，可以模拟车辆在不同时间点上的状态和动态响应，并计算在每个时间步长内应用的扭矩分配策略；在优化扭矩分配策略时，通常需要进行迭代求解，包括尝试不同的扭矩分配方案，模拟每个方案的效果，然后根据评估结果进行调整，这个过程可能需要多次迭代，以找到最佳的控制策略。
可选地，所述根据所述最优控制序列确定扭矩分配模式包括：
根据所述最优控制序列确定混动模式，以确定所述扭矩分配模式。
具体地，首先根据最优控制序列确定混动模式，不同的混动模式有着对应的扭矩分配模式。
可选地，所述根据所述最优控制序列确定混动模式包括：
当电池功率和电机扭矩满足扭矩序列需求时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为纯电模式，其中，在所述纯电模式下，通过对应电机满足前轴、左后轮、右后轮的扭矩需求。
具体地，由于电机的优越扭矩响应特性，当电池功率和电机扭矩可以满足扭矩序列需求时，优先使用混动系统中的纯电模式工作，此时将前轴、左后轮、右后轮的扭矩需求序列均发给电机执行。
当电池功率不足时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为发动机串联模式，其中，在所述发动机串联模式下，通过对应电机满足前轴、左后轮、右后轮的扭矩需求，并通过发动机在所述发动机串联模式下额外提供放电功率。
具体地，当电池功率不足，需要发动机起动在串联模式下额外提供放电功率时，起动发动机发电串联助力，但此时仍将前轴、左后轮、右后轮的扭矩需求序列均发给电机执行。
当前轴电机扭矩不足时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为发动机并联模式，其中，在所述发动机并联模式下，通过发动机和前轴电机满足前轴的扭矩需求。
具体地，当前轴电机扭矩不足需要发动机并联助力时，若达到了并联最低车速则起动发动机，由发动机扭矩与前轴电机共同作用在前轴输出扭矩，此时将前轴的扭矩需求由发动机和前轴电机共同满足。
可选地，所述根据所述最优控制序列确定混动模式还包括：
在每个调度周期确定后续预设调度周期的目标扭矩序列，根据发动机输出扭矩的延迟发送相应扭矩请求给发动机。
具体地，结合图2所示，每一个调度周期，均会计算后续8个调度周期的目标扭矩序列，根据发动机输出扭矩的延迟(假定为5个调度周期，即200ms)发送相应扭矩请求给发动机，即在k时刻发送计算出的k+5时刻发动机应该执行的扭矩。针对发动机输出扭矩响应的问题，可以采用模型预测控制的方法解决，当预测到后续时刻发动机的工作状态后，提前给出发动机起动的指令，以弥补发动机的响应延迟。
其中，在图2中，k表示当前调度周期，k-2、k-1、k+1和k+2分别表示两个调度之前，一个调度之前，一个调度周期以后以及两个调度以后。
根据需求总扭矩和当下实际扭矩确定电机目标扭矩。
具体地，利用电机补偿预测误差，对于电机需要考虑两个因素，第一个因素是当前计算出的k时刻(当下)应该发送的总扭矩(需求总扭矩)，第二个因素是k-5时刻(过去)发送的发动机扭矩当前真正的执行效果(当下实际扭矩)，用第一个因素减去第二个因素，即可得到当前应该发送给前轴电机的目标扭矩。其中，在图2中，虚线表示当前发动机扭矩与5个调度周期之前的发动目标强相关。
其中，在图2中，第k-5调度周期(过去)包括第k调度周期扭矩至第k+7调度周期扭矩，即当前发动机执行的扭矩实际为k-5调度周期发送的请求，第k调度周期(当下)包括第k调度周期扭矩至第k+7调度周期扭矩；预测时域为8个调度周期，一般需要大于发动机的延时。
本发明另一实施例提供一种车辆，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如上混动车辆的驱动控制方法。
虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，包括：
根据车辆状态设定扭矩控制目标；
根据所述扭矩控制目标和自适应因子确定边界条件，根据预先建立的车辆模型和对应的所述边界条件确定扭矩分配的最优控制序列；
根据所述最优控制序列确定扭矩分配模式，其中，所述扭矩分配模式包括前轴扭矩、左后轮扭矩和右后轮扭矩的分配模式。
2.根据权利要求1所述的混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，所述根据车辆状态设定扭矩控制目标包括：
当后轴侧偏角绝对值小于第一预设阈值时，设定所述扭矩控制目标为当前横摆角速度满足驾驶员需求横摆角速度；
当所述后轴侧偏角绝对值大于第二预设阈值时，设定所述扭矩控制目标为所述后轴侧偏角绝对值趋于零。
3.根据权利要求1所述的混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，所述车辆模型的建立过程包括：
确定所述车辆模型的种类，其中，所述车辆模型的种类包括线性二自由度模型；
建立坐标系以描述车辆的位置、方向和运动；
建立运动学模型以描述车辆的运动关系；
建立动力学模型以描述车辆在外部作用下的运动行为。
4.根据权利要求1所述的混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，所述根据所述扭矩控制目标和自适应因子确定边界条件包括：
根据所述扭矩控制目标确定所述边界条件，其中，所述边界条件包括所述车辆模型的初始条件和操作范围；
根据所述自适应因子调整控制器参数以避免所述车辆模型的预测结果突破所述边界条件。
5.根据权利要求1所述的混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，所述根据预先建立的车辆模型和对应的所述边界条件确定扭矩分配的最优控制序列包括：
根据所述车辆模型预测后续调度周期内车辆的动态响应，以根据所述动态响应确定扭矩分配的控制序列；
在所述边界条件下进行寻优，从所有所述控制序列中选取最符合所述扭矩控制目标的一组序列作为所述最优控制序列。
6.根据权利要求5所述的混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，所述根据所述车辆模型预测后续调度周期车辆的动态响应包括：
通过离散化和迭代操作，预测在不同扭矩分配的作用下后续调度周期车辆的动态响应。
7.根据权利要求1所述的混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，所述根据所述最优控制序列确定扭矩分配模式包括：
根据所述最优控制序列确定混动模式，以确定所述扭矩分配模式。
8.根据权利要求7所述的混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，所述根据所述最优控制序列确定混动模式包括：
当电池功率和电机扭矩满足扭矩序列需求时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为纯电模式，其中，在所述纯电模式下，通过对应电机满足前轴、左后轮、右后轮的扭矩需求；
当电池功率不足时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为发动机串联模式，其中，在所述发动机串联模式下，通过对应电机满足前轴、左后轮、右后轮的扭矩需求，并通过发动机在所述发动机串联模式下额外提供放电功率；
当前轴电机扭矩不足时，根据对应的所述最优控制序列确定所述混动模式为发动机并联模式，其中，在所述发动机并联模式下，通过发动机和前轴电机满足前轴的扭矩需求。
9.根据权利要求8所述的混动车辆的驱动控制方法，其特征在于，所述根据所述最优控制序列确定混动模式还包括：
在每个调度周期确定后续预设调度周期的目标扭矩序列，根据发动机输出扭矩的延迟发送相应扭矩请求给发动机；
根据需求总扭矩和当下实际扭矩确定电机目标扭矩。
10.一种车辆，其特征在于，包括存储有计算机程序的计算机可读存储介质和处理器，所述计算机程序被所述处理器读取并运行时，实现如权利要求1至9任一项所述的混动车辆的驱动控制方法。
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Address after: 918 Binhai 4th Road, Hangzhou Bay New District, Ningbo City, Zhejiang Province

Applicant after: ZHEJIANG GEELY POWER ASSEMBLY Co.,Ltd.

Country or region after: China

Applicant after: ZHEJIANG GEELY HOLDING GROUP Co.,Ltd.

Address before: 310051 No. 1760, Jiangling Road, Hangzhou, Zhejiang, Binjiang District

Applicant before: ZHEJIANG GEELY HOLDING GROUP Co.,Ltd.

Country or region before: China

Applicant before: Aurora Bay Technology Co.,Ltd.