考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统及控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统及控制方法，属于汽车动态控制领域。该方法所采用的模式切换控制系统包括模式切换识别模块、行驶工况识别模块、发动机启动转速优化模块以及转矩控制分配模块。模式切换识别模块判断是否进行纯电模式至混动模式的切换；行驶工况识别模块确定行驶工况；发动机启动转速优化模块根据计算不同工况下的最优发动机启动转速曲线；转矩控制分配模块基于终端滑模与最小二乘控制分配方法进行合理的分配。本发明专利技术针对功率分流式混合动力汽车面对不同行驶工况需求进行模式切换现象，根据实际需求选择不同发动机转速优化曲线，满足不同工况对切换时间、动力性以及平顺性的要求。性的要求。性的要求。

【技术实现步骤摘要】
考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统及其控制方法，属于汽车动态控制领域。

技术介绍

[0002]我国《节能与新能源汽车技术路线图2.0》明确提出要重点发展混合动力汽车，具有高集成度、高性能的功率分流式混合动力汽车目前更是成为热点的研究对象。功率分流式混合动力汽车具有多种动力源，面对不同的驱动环境，根据动力源的最佳工作曲线划分不同的工作模式从而实现节能减排，其主要工作模式有发动机驱动、纯电驱动以及发动机和电机混合驱动模式，通过设计能量管理策略可以保证能量在这些模式下合理地流动。当面对不同的行驶工况，需求在不同的模式之间进行切换以实现良好的燃油经济性和动力性，其不可避免的涉及到模式切换，比较典型的模式切换是由纯电驱动模式至混合驱动的模式切换，由于此切换过程中涉及多个离合器工作的非连续性以及发动机启动的强非线性，很容易造成转矩耦合波动，影响模式切换时驾驶的平顺性。
[0003]实际生活中，汽车行驶的环境复杂多变，不同行驶工况对模式切换的需求不同，如急加速、爬坡等这些剧烈的驾驶工况需求动力响应快的大驱动转矩，通常需要在较短的时间内提供较大的转矩，而通常以较小加速度行驶的功率分流式混合动力汽车往往需求转矩变化幅度较小，进而动力源需求响应也比较慢，而且在发动机启动过程中发动机的启动阻力矩也有着较强的非线性。对此，单一的发动机启动转速曲线或直接利用控制方法快速启动很难平衡响应时间及平顺性两者之间的关系。
专利技术内容
[0004]为了改善功率分流式混合动力汽车在面对不同行驶工况时从纯电动模式切换至混合动力模式的模式切换品质，提高面对不同行驶工况下模式切换的动力性和平顺性，本专利技术提出一种功率分流式混合动力汽车模式切换控制系统及其控制方法，其目的是面对复杂汽车行驶工况，制定合适的发动机启动转速曲线，满足模式切换时间、转矩需求以及平顺性三者之间的需求。为了实现以上目的，本专利技术所采用的技术方案为：
[0005]一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统，包括依次相连的模式切换识别模块、行驶工况识别模块、发动机启动转速优化模块、转矩控制分配模块以及混合动力汽车传动系统；模式切换识别模块用来判断是否进行纯电动模式至混合驱动模式的切换；行驶工况识别模块用来识别行驶工况选择优化权重；发动机启动转速优化模块用于进行计算选择发动机启动转速优化曲线；转矩控制分配模块用于进行计算具体的控制输入量并合理地分配给各部件。
[0006]进一步，所述模式切换识别模块根据汽车实时车速、电池荷电状态及整车需求转矩与预先行车标定的车速、电池荷电状态及整车需求转矩阈值来判断是否进行模式切换。
[0007]进一步，所述行驶工况识别模块，根据加速、制动踏板位置及其位置变化率通过模糊控制计算得到驾驶强度，通过与行车标定的驾驶强度阈值进行比较确定行驶工况，将加速、制动踏板位置传感设备得到的踏板位置和踏板位置变化率作为输入进行模糊控制，输出的模糊变量作为驾驶强度记为S。
[0008]进一步，所述发动机启动转速优化模块，根据不同行驶工况选择不同的优化函数权重系数，通过动态规划方法计算具有不同权重系数的目标函数，得出不同权重系数下的发动机转速优化曲线。
[0009]进一步，所述转矩控制分配模块，根据积分终端滑模控制方法计算转速跟踪需求的虚拟控制律并通过最小二乘控制分配方法将虚拟控制律分配为各零部件需求的真实控制律。
[0010]本专利技术的一种功率分流式混合动力汽车模式切换控制方法，包括以下步骤：
[0011]识别模式切换，当功率分流式混合动力汽车以纯电动模式行驶时，电机完全承担汽车行驶需求转矩，与此同时，混合动力汽车上的车速传感器、电池管理系统、加速踏板位置传感设备实时监测当前车速信息、电池荷电状态及加速踏板、制动踏板位置信号，将此输入至车辆控制器，车辆控制器再将信号传递至模式切换识别模块，其根据行车标定得到的车速、电池荷电状态以及整车需求转矩阈值来判断是否进行模式切换；
[0012]确定行驶工况，当达到阈值需要进行模式切换时，在发动机启动转速优化模块中根据加速、制动踏板位置传感设备测量得到加速、制动踏板位置和位置变化率两个变量作为模糊控制的输入，通过模糊控制计算得到唯一输出量作为驾驶强度，与行车标定好的驾驶强度阈值进行比较选择相应的行驶工况，可分为保守型、中和型以及激进型三种不同的行驶工况；
[0013]计算发动机启动转速优化曲线，根据动态规划优化方法设计包含启动时间、振动剂量两个优化目标的优化函数，三种不同类型的行驶工况对应不同的优化权重系数，计算不同行驶工况下的目标函数，得到具有行驶工况特征的发动机启动转速优化曲线，也可分为保守型优化曲线、中和型优化曲线以激进型优化曲线三种发动机启动转速优化曲线；
[0014]计算不同优化启动转速优化曲线对应的需求转矩并进行分配，其中，需求转矩根据车辆动力学模型及积分终端滑模控制求得，积分终端滑模控制的滑模面以实际转速与参考转速的偏差为输入，计算出跟踪发动机启动转速优化曲线的虚拟控制律，再通过最小二乘控制分配方法进行转矩分配，将真实转矩控制律分配给各个零部件控制管理装置；
[0015]进一步，所述步骤(4)的具体过程包括：
[0016]1)计算虚拟控制律，先将模式切换过程用微分方程的形式描述，将发动机最优启动转速与发动机实际转速的差、输出轴目标转速与实际转速的差作为滑模面和控制器的输入变量构成输出轴端的虚拟控制律，滑模面和虚拟控制律可记为：
[0017][0018][0019]式中，sgn()为符号函数，s1、s2为发动机端和输出端的滑模控制器滑模面，x1、x2为发动机最优启动转速与发动机实际转速的差、输出轴目标转速与实际转速的差，z1、z2为虚拟控制律1、虚拟控制律2，b1、b2为转动惯量系数，a1、a2为阻尼系数，ω
e
、ω
out
为发动机转速和输出轴转速，c
11
、c
12
、c
21
、c
22
、c
13
、c
23
、k1、k2、η1、η2为控制器参数，μ1、μ2、σ1、σ2为条件积分系数，用来降低积分饱和，通常可用分段函数表示，n1、m1、n2、m2为幂参数，且1＜n1、n2＜2,0＜m1，m2＜1。
[0020]2)计算真实控制律，功率分流混合动力汽车进行模式切换时虚拟控制输入与真实控制输入关系可记为：
[0021][0022]其中，u1、u2、u3分别为真实控制律1、真实控制律2以及真实控制律3，q
11
、q
12
、q
13
、q
21
、q
22
、q
23
为混合动力汽车传动系统转动惯量系数。
[0023]再基于最小二乘法计算最优控制量分配，优化模型记为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统，其特征在于，包括依次相连的模式切换识别模块、行驶工况识别模块、发动机启动转速优化模块、转矩控制分配模块以及混合动力汽车传动系统；模式切换识别模块用来判断是否进行纯电动模式至混合驱动模式的切换；行驶工况识别模块用来识别行驶工况选择优化权重；发动机启动转速优化模块用于进行计算选择发动机启动转速优化曲线；转矩控制分配模块用于进行计算具体的控制输入量并合理地分配给各部件。2.根据权利要求1所述的一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统，其特征在于，所述模式切换识别模块根据汽车实时车速、电池荷电状态及整车需求转矩与预先行车标定的车速、电池荷电状态及整车需求转矩阈值来判断是否进行模式切换。3.根据权利要求1所述的一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统，其特征在于，所述行驶工况识别模块，根据加速、制动踏板位置及其位置变化率通过模糊控制计算得到驾驶强度，通过与行车标定的驾驶强度阈值进行比较确定行驶工况，将加速、制动踏板位置传感设备得到的踏板位置和踏板位置变化率作为输入进行模糊控制，输出的模糊变量作为驾驶强度记为S。4.据权利要求1所述的一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统，其特征在于，所述发动机启动转速优化模块，根据不同行驶工况选择不同的优化函数权重系数，通过动态规划方法计算具有不同权重系数的目标函数，得出不同权重系数下的发动机转速优化曲线。5.根据权利要求1所述的一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制系统，其特征在于，所述转矩控制分配模块，根据积分终端滑模控制方法计算转速跟踪需求的虚拟控制律并通过最小二乘控制分配方法将虚拟控制律分配为各零部件需求的真实控制律。6.根据权利要求1所述的一种考虑行驶工况的功率分流混合动力汽车模式切换控制方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)识别模式切换，当混合动力汽车以纯电动模式行驶时，电机完全承担汽车行驶需求转矩，与此同时，混合动力汽车上的车速传感器、电池管理系统、加速踏板位置传感设备实时监测当前车速信息、电池荷电状态及加速踏板、制动踏板位置信号，将此输入至车辆控制器，车辆控制器再将信号传递至模式切换识别模块，其根据行车标定得到的车速、电池荷电状态以及整车需求转矩阈值来判断是否进行模式切换；(2)确定行驶工况，当达到阈值需要进行模式切换时，在发动机启动转速优化模块中根据加速、制动踏板位置传感设备测量得到加速、制动踏板位置和位置变化率两个变量作为模糊控制的输入，通过模糊控制计算得到唯一输出量作为驾驶强度，与行车标定好的驾驶强度阈值进行比较选择相应的行驶工况，可分为保守型、中和型以及激进型三种不同的行驶工况；(3)计算发动机启动转速优化曲线，根据动态规划优化方法设计包含启动时间、振动剂量两个优化目标的优化函数，三种不同类型的行驶工况对应不同的优化权重系数，计算不同行驶工况下的目标函数，得到具有行驶工况特征的发动机启动转速...

【专利技术属性】
技术研发人员：施德华，容香伟，汪少华，陈龙，殷春芳，李春，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：