[发明专利]一种液压轮毂混合动力车辆多模式切换控制方法

摘要

本发明公开了一种液压轮毂混合动力车辆多模式切换控制方法，属于混合动力车辆控制领域，包括工作模式的划分、抽象行驶工况特征，建立工况特征与工况模式的初步映射关系、细化最优控制模式，该控制方法基于车辆的行驶工况识别和关键状态估计，结合系统全局最优算法，通过最优规则提取与蓄能器SOC最优使用路径规划算法，得到最优控制规则。本发明考虑了车辆状态、液压系统状态的综合影响，并由整车控制器自主仲裁，确定当前工况下的最佳工作模式，旨在实现全工况范围内规划蓄能器SOC的使用路径，使系统达到高平均综合传动效率，从而提高了轮毂液压混合动力车辆对不同路面工况适应性以及整车经济性。

主权项

1.一种液压轮毂混合动力车辆多模式切换控制方法，包括工作模式的划分、抽象行驶工况特征，与步骤一中的工况模式建立初步映射关系、细化最优控制模式，旨在实现了全工况范围内规划蓄能器SOC的使用路径，使系统达到高平均综合传动效率；其特征在于：步骤一，工作模式的划分：液压轮毂混合动力车辆在路面上行驶时，可分为三种工作模式，一是泵助力模式(ADM)，即液压泵与发动机共同工作，驱动车辆行驶，其中液压泵和液压马达形成闭式液压回路，二是蓄能器助力模式(AADM)，即蓄能器与发动机共同工作，驱动车辆行驶，三是最优控制模式OPT，当进入此模式，即允许液压系统进入最优控制层，寻找使得当前整车经济性最优的目标工作模式；步骤二，抽象当前行驶工况特征，与步骤一中的工况模式建立初步映射关系：本步骤映射关系的建立采用的模糊逻辑控制方法，驳离行驶工况特征中的整车质量、路面附着、道路坡度作为模糊输入条件，以目标工作模式作为输出条件，模糊规则表的制定参考实车道路实验，所述实验是测试车辆在不同载重状态、不同路面附着条件下各工作模式的爬坡性能，制得，其一般描述为在中高附着、较大坡度路面，系统更多的进入AADM模式工作，提高动力性，在中低附着路面，系统则倾向于开启ADM模式助力，提高车辆通过性；随着车辆载荷降低，系统更多的选择OPT模式，即进入最优控制层控制，提高车辆经济性；步骤三，针对步骤二中的最优控制模式，进行细化控制：具体可分为步骤三(a)和步骤三(b)；步骤三(a),在车速‑需求功率坐标下观察系统工作模式分布,在坐标图中将不同的模式工作点表现出来，观察各个模式工作点的分布情况，并以它们之间的界限是否清晰为判断依据，将最优控制模式细化分为单一工作模式和混合工作模式；步骤三(b),针对步骤三(a)中的混合工作模式，通过LQR调节器实现蓄能器目标SOC跟踪控制，并用庞特里亚金极小值原理推导出使系统输出误差稳定在零附近位置时的最优控制量：从整个系统的角度看，蓄能器SOC的变化主要与发动机的输出功率P_e以及实际驾驶员的需求功率P_req相关，并存在式(1)所示的关系：式中，k(SOC)表示发动机功率或者驾驶员需求功率向蓄能器SOC的折算系数、η_pe2acc表示发动机功率向蓄能器功率转化时的效率，0＜η_pe2acc＜1、η_pre2acc表示驾驶员需求功率向蓄能器功率转化时的效率，η_pre2acc＞1，实际是η_pre2acc的相反数，P_w,acc＝η_pe2accP_e‑η_pre2accP_req，表示蓄能器的实际充放能功率；引入蓄能器剩余能量状态(SOE，state of energy)的概念，如式(2)所示：结合式(1)与式(2)，如式(3)所示：进而，得到折算因子K(SOC)的最终表达形式，如式(4)所示：进一步，以上述蓄能器SOC为状态变量、蓄能器充放能功率为控制变量，根据式(1)可得到轮毂液压系统的状态空间方程，如式(5)所示：式中，A＝0,C＝1，B(x,t)＝K(SOC)，系统状态变量x(t)＝SOC(t)，系统控制变量u(t)＝P_w,acc(t)，由于状态转移矩阵A＝0，该系统的状态空间属于半正定二次型；根据式(5)所示的系统状态空间方程，本专利采用LQR调节器实现蓄能器目标SOC跟踪控制，根据系统输出期望值y_r(t)定义系统跟踪控制误差：e(t)＝y_r(t)‑y(t)，进而建立系统综合控制性能指标，如式(6)所示：式中，Q和R分别为状态变量偏差与控制变量偏差的权重系数，Q≥0，R＞0，调整Q和R可以实现不同的控制性能，其中，性能指标J₁＝e^T(t)Qe(t)用于表征系统跟踪目标SOC调节能力；性能指标J₂＝u^T(t)Ru(t)则用于调整系统控制变量的波动范围；进一步，可根据庞特里亚金极小值原理推导出使系统输出误差稳定在零附近位置时的最优控制量，如式(7)所示：u^*(t)＝‑R^‑1B^T[P(t)x(t)‑g(t)]        (7)式中，P(t)和g(t)是极小值原理应用过程中产生的矩阵，可以根据黎卡提方程求解，如式(8)：且存在边界条件：假设系统达到稳态的情况下，此时系统终止时间t_f→∞，上述黎卡提微分方程的解P(t)除去在终端时间的一小段范围外，其余时刻均保持常值，进而使得此时，黎卡提方程将进一步简化为代数方程，如式(10)所示：由于系统状态空间方程中系数矩阵B(x,t)实际是随系统状态SOC变化的变量，因此，针对不同的SOC状态以及不同的SOC控制维持目标，可以利用式(10)分别求解得到P(x,t)和g(x,y_r,t)，令U_s(t)＝R^‑1B^Tg(x,y_r,t)，K(t)＝‑R^‑1B^TP(x,t)，那么系统跟踪目标SOC的最优控制器即为u^*(t)＝U_s(t)+K(t)x(t)，以此控制器作用于混合工作模式，从而实现了全工况范围内规划蓄能器SOC的使用路径，使系统达到高平均综合传动效率。