[发明专利]一种带湿式离合器的行星混动系统模式切换协调控制方法

摘要

本发明公开了一种带湿式离合器的行星混动系统模式切换协调控制方法，该方法针对动力源不同动态特性之间耦合将会产生的较大冲击现象，并考虑模式切换过程中湿式离合器滑磨功的影响，在模式切换动力学分析的基础上，采用模型预测控制技术，结合分层控制及分段控制架构，对典型模式切换过程开发模式切换协调控制策略，保证了模式切换平稳及湿式离合器滑磨功较小，提高了车辆的模式切换品质。

主权项

1.一种带湿式离合器的行星混动系统模式切换协调控制方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，发动机转矩最优控制：根据行星齿轮机构内部的转速关系，合理设定模型预测控制器的控制目标及干扰量，并基于行星齿轮至驱动轮动力学模型，滚动优化输出满足控制目标的发动机转矩最优控制轨迹；(1)由行星齿轮机构内部动力学关系，建立行星齿轮机构动力学模型：上式中，T_r、T_e、T_g分别为齿圈转矩、发动机转矩、电机MG1转矩，Nm；T_c1、T_c2分别为离合器CL1、CL2转矩，Nm；I_r、I_c、I_s分别为齿圈、行星架、太阳轮转动惯量，kg·m²；I_e、I_g分别为发动机、电机MG1转动惯量，kg·m²；ω_r、ω_e、ω_g分别为齿圈转速、发动机转速、电机MG1转速，rad/s；R、S分别为齿圈、太阳轮半径，m；F表示行星排内部齿轮啮合力，N；k为行星齿轮机构的齿圈与太阳轮半径之比；式(1)、(2)、(3)、(4)联立可得行星齿轮机构内部动力学关系式：(2)以加速阻力矩、滚动阻力矩，以及逐渐减小的电机MG2转矩作为系统干扰量，发动机转速作为状态量，发动机转矩作为控制量，建立行星齿轮至驱动轮系统状态空间方程：其中，x＝ω_e，u＝T_e，d＝T_mi_gi₀‑δma‑T_f，y＝ω_e，A_c＝0，B_cu＝(I_c+I_e)^‑1，C_c＝1，T_m、T_f分别为变速箱输出转矩及整车行驶阻力矩，Nm；i_g、i₀分别为变速箱速比及主减器速比；δ为旋转质量换算系数；(3)以T_s为系统采样时间，对上述连续系统进行离散化处理：式中，(4)为引入积分以消除稳态误差，将式(7)对应的模型改为增量模型：其中，Δx(k)＝x(k)‑x(k‑1)，Δu(k)＝u(k)‑u(k‑1)，Δd(k)＝d(k)‑d(k‑1)；(5)根据待优化系统的输入及响应输出之间的关系，明确系统优化问题的数学描述，设定模式切换过程模型预测控制器优化目标为：J＝||Q(Y_c(k+1|k)‑R_e(k+1))||²+||RΔU(k)||²·································(10)上式中，R_e(k+1)＝[r(k+1) r(k+2) … r(k+p)]^T为系统参考输入序列，即模式切换完成时发动机目标转速；采用数值求解的方法，将上述约束优化问题变为二次规划问题求解，并将求解得到的最优序列的第一分量作为发动机转矩命令，在下一时刻以重新得到的系统输出值更新系统状态，滚动优化，直至模式切换过程结束；步骤2，太阳轮转矩协调控制：根据行星齿轮机构内部动力学关系式，计算与模型预测控制器输出发动机最优转矩序列相适应的太阳轮转矩(T_g+T_c2)，使得各部件之间的转矩变化速率相适应，以实现模式切换冲击度较小的性能目标；(1)根据行星齿轮机构内部动力学关系式(5)，得到行星齿轮机构状态空间表达式：其中，x＝ω_e，u₂＝(T_g+T_c2)，A_c2＝0，(2)以T_s为系统采样时间，采用离散化方法得到与式(12)对应的离散系统，并推导其增量方程：Δx(k+1)＝A₂Δx(k)+B_u2Δu₂(k)+B_d2Δd₂(k) ·············(13)上式中，(3)将模型预测控制器求得发动机最优控制序列Δu_opt代入式(8)，得到优化发动机目标转矩对应的系统状态一步预测结果，记为Δx(k+1)_opt；将其代入式(13)，并考虑Δd₂＝0的冲击度优化目标，即可得到与发动机目标转矩协调变化的太阳轮转矩增量：步骤3，依据离合器滑磨功较小的模式切换性能指标，将太阳轮转矩合理分配至非独立变量——电机MG1转矩与离合器CL2转矩，使二者转矩和等于协调控制太阳轮目标转矩，同时协调控制电机MG1转矩与离合器CL2占空比，实现所有部件的完整控制。