一种带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法技术

本发明专利技术公开一种带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法，包括如下步骤：步骤1、在驱动电机退档过程中使用模型预测控制方法求解发动机最优扭矩并协调发电机扭矩；步骤2、在驱动电机退档完成后使用分段PID的控制方法控制驱动电机转速同步；步骤3、在驱动电机挂入新档后使用模型预测控制方法分配驱动电机、发电机、发动机的输出扭矩，保证系统冲击度在合理范围内。本发明专利技术的控制方法简单有效，可以显著降低整车在换挡过程中产生的冲击，减小换挡时间。

A coordinated shift control method of input distribution planetary hybrid vehicle with AMT gearbox

【技术实现步骤摘要】
一种带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法
本专利技术涉及汽车动力系统领域，更具体的是，本专利技术涉及一种带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法。
技术介绍
为解决能源与环境危机，混合动力汽车已成为世界汽车工业研究的热点。目前，在乘用车领域，以行星齿轮作为功率分流装置的混动系统已经在乘用车领域取得巨大成功，其代表车型丰田普锐斯全球销量已经超过400万，证明了输入分配式行星混动系统具有优异的性能。但是，将输入分配式行星混动应用于商用车，特别是大客车以及中重型卡车，则必须搭配相应的变速机构如AMT变速线，对驱动电机进行变速才能使系统输出足够大的扭矩以满足中重型车辆在加速、爬坡等工况下的大扭矩需求以及高速行驶时的转速需求。由于行星混动系统中发动机、发电机、驱动电机三动力源高度耦合，在对AMT变速箱换挡过程中必须对三动力源的输出做协调控制，才能保证在换挡过程中整车冲击度在合理范围，同时减少换挡时间保证车辆动力性。基于此，有必要设计一种带有AMT变速箱的行星混动汽车换挡协调控制方法方法。中国专利文献CN107781411A，公开了一种AMT变速器、混合动力总成结构及应用该总成结构的混合动力汽车控制方法，该种AMT变速器包括箱体、输入轴、输出轴、换挡机构和驱动/发电一体式电机，输入轴、输出轴枢接在箱体内；换挡机构包括一二挡换挡电机、一二挡同步器、第一滚珠丝杠、三四挡换挡电机、三四挡同步器、第二滚珠丝杠、五挡/倒挡换挡电机和第三滚珠丝杠。本专利技术的AMT变速器采用全电式控制，选换挡通过电机控制执行机构来完成6个挡位的挂挡和退挡的操作，从而省去了选挡机构，也减少了整个换挡的时间；同时，针对混合动力结构，此变速器在输出轴上一个驱动/发电一体式电机，可以弥补换挡时的动力中断问题，进一步提升整车燃油经济性。中国专利文献CN107554276A，公开了一种基于AMT的插电式混合动力用变速器及变速方法，属于汽车变速器
本专利技术包括发动机、发动机常开离合器、电机/发电机、输入轴一、输入轴二、中间轴一、中间轴二、输出轴一、输出轴二、倒档轴、多个同步器和多个档位齿轮。输入轴一做成空心轴与发动机离合器相连，输入轴二做成实心轴与电机输出端相连。输入轴一通过惰轮将动力传给中间轴一与中间轴二，中间轴一上设有一档至四档主动齿轮，分别与输出轴一上的从动齿轮相啮合。输入轴二上固设有补偿档主动齿轮，与输出轴二上的补偿档从动齿轮啮合，实现换档时动力连续与纯电动行驶。本专利技术应用于混合动力汽车，具有动力性和经济性好、换档平顺以及工作效率高等优点。现有的一些带有AMT变速箱的混合动力汽车专利多是针对系统构型，各部件在不同模式下的基本工作状态进行论述，对于带有AMT变速箱的输入分配式行星混动系统的换挡过程中的协调控制，还没有一个充分考虑整车冲击度的有效控制方法；此外，当前的相关专利并未对换挡过程中各动力源的扭矩输出做细致的协调控制，这必将增加车辆在换挡过程中的不平顺性，引起多余能量损失从而降低混合动力汽车的节油能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是设计开发了一种带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法，通过模型预测控制方法将带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车的多个动力源协调控制，显著降低整车在换挡过程中产生的冲击，通过分段PID的方法充分减小了汽车从低速挡到高速挡的换挡时间。本专利技术提供的技术方案为：一种带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法，包括如下步骤：包括如下步骤：步骤一、通过模型预测控制方法求解发动机最优扭矩并协调发电机扭矩使驱动电机进行退档；步骤二、通过分段PID的控制方法使驱动电机退档完成；步骤三、通过模型预测控制方法分配所述驱动电机、所述发电机、所述发动机的输出扭矩使驱动电机挂入新档。优选的是，在所述步骤一中，所述模型预测控制方法包括如下步骤：步骤1、建立系统状态空间方程：式中，x＝ωe，u＝Te，d＝Tmigi0-δma-Tf，y＝ωe，Ac＝0，Bcu＝(Ic+Ie)-1，Cc＝1，步骤2、采集当前测量值，使预测时域长度不小于控制时域长度，且保持控制时域外，控制量维持不变，干扰量在k时刻后维持不变；步骤3、预测时域内系统输出向量与输入向量之间的关系：Yp(k+1|k)＝SxΔx(k)+Icyc(k)+SdΔd(k)+SuΔU(k)；步骤4、设定所述系统状态空间方程的优化目标：J＝||Q(Yc(k+1|k)-Re(k+1))||2+||RΔU(k)||2式中，Re(k+1)为发动机目标转速，||RΔU(k)||2为发动机转矩变化量；其中，发动机目标转速等于模式切换初始时刻发动机转速；步骤5、对发动机转矩变化量进行约束：s.t.,CuΔU(k)≤b(k+1|k)；其中，步骤6、根据所述约束条件得到的最优序列的第一分量作为发动机转矩。优选的是，在所述步骤1中，对所述系统状态空间方程以采样时间进行离散化处理，对应的在增量模型为：式中，优选的是，在所述步骤1中，建立所述系统状态空间方程是基于行星齿轮至驱动轮系统状态方程，以发动机转速作为状态量，以发动机转矩为控制量，以驱动电机转矩及整车行驶阻力矩为干扰量；其中，所述行星齿轮至驱动轮系统状态方程为：式中，k为行星齿轮机构的齿圈与太阳轮半径之比，Ie为发动机转动惯量，Ic为行星架转动惯量，ωe为发动机转速，i0为主减速器速比，Te为发动机转矩，Tm为驱动电机转矩，ig为变速箱速比，δ为旋转质量换算系数，m为整车总质量，a为整车纵向加速度，Tf为整车行驶阻力矩。优选的是，在所述步骤一中，所述的发电机扭矩满足：式中，Δu2(k)opt为发电机转矩增量，优选的是，在所述步骤一中，所述驱动电机转矩必须在2秒内下降到0。优选的是，在所述步骤二中，所述分段PID的控制方法包括：当驱动电机的实际转速与目标转速偏差大于50rpm时，选择分段PID快速区；当驱动电机的实际转速与目标转速偏差不小于10rpm，不大于50rpm时，选择分段PID缓冲区；当驱动电机的实际转速与目标转速偏差小于10rpm时，选择分段PID稳定区。优选的是，在所述步骤三中，所述驱动电机目标转矩值满足：式中，Ts为再入档转矩相驱动电机目标转矩值，T0为模式切换前驱动电机转矩初始值，ik为低速挡速比，φ为高速档阻比。本专利技术所述的有益效果：(1)本专利技术设计开发的带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法解决了带有AMT变速箱的输入分配式行星混动系统换挡过程中各动力源协调控制问题，可显著降低整车在换挡过程中的冲击度。(2)本专利技术设计开发的带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一、通过模型预测控制方法求解发动机最优扭矩并协调发电机扭矩使驱动电机进行退档；/n步骤二、通过分段PID的控制方法使驱动电机退档完成；/n步骤三、通过模型预测控制方法分配所述驱动电机、所述发电机、所述发动机的输出扭矩使驱动电机挂入新档。/n

【技术特征摘要】
1.一种带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、通过模型预测控制方法求解发动机最优扭矩并协调发电机扭矩使驱动电机进行退档；
步骤二、通过分段PID的控制方法使驱动电机退档完成；
步骤三、通过模型预测控制方法分配所述驱动电机、所述发电机、所述发动机的输出扭矩使驱动电机挂入新档。


2.如权利要求1所述的带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法，其特征在于，在所述步骤一中，所述模型预测控制方法包括如下步骤：
步骤1、建立系统状态空间方程：



式中，x＝ωe，u＝Te，d＝Tmigi0-δma-Tf，y＝ωe，Ac＝0，Bcu＝(Ic+Ie)-1，Cc＝1，
步骤2、采集当前测量值，使预测时域长度不小于控制时域长度，且保持控制时域外，控制量维持不变，干扰量在k时刻后维持不变；
步骤3、预测时域内系统输出向量与输入向量之间的关系：
Yp(k+1|k)＝SxΔx(k)+Icyc(k)+SdΔd(k)+SuΔU(k)；
步骤4、设定所述系统状态空间方程的优化目标：



J＝||Q(Yc(k+1|k)-Re(k+1))||2+||RΔU(k)||2
式中，Re(k+1)为发动机目标转速，||RΔU(k)||2为发动机转矩变化量；
其中，发动机目标转速等于模式切换初始时刻发动机转速；
步骤5、对发动机转矩变化量进行约束：



s.t.,CuΔU(k)≤b(k+1|k)；
其中，









步骤6、根据所述约束条件得到的最优序列的第一分量作为发动机转矩。


3.如权利要求2所述的带有AMT变速箱的输入分配式行星混动汽车换挡协调控制方法，其特征在于，在所述步骤1中，对所述系统状态空间方程以采样时间进行离散化处理，对应的在增量模型为：

【专利技术属性】
技术研发人员：聂彦鑫，杨天，于佩良，韩刚，黄东越，李涛，董铭君，王林波，曾小华，陈建新，
申请(专利权)人：中国汽车技术研究中心有限公司，
类型：发明
国别省市：天津;12