[发明专利]一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法

摘要

本发明公开了一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法，该方法包括基于模型预测的离线计算和在线协调控制方法开发两部分。首先建立行星式混联混合动力系统的动力学模型，并基于系统动力学模型推导行星式混联混合动力系统的输出扭矩观测模型和冲击度观测模型；然后对系统输出扭矩观测模型和冲击度观测模型进行离散化，得到对应观测量的预测模型；再基于预测模型推导得到调速电机和调扭电机的离线动态控制模型；此后，开展离线仿真计算，并基于离线计算结果提取模式切换过程中两电机的控制规则，获得在线扭矩协调方法，实现在线扭矩协调控制。

主权项

1.一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法，其特征在于，包括基于模型预测的离线仿真计算方法和在线动态协调控制两部分；第一步：基于模型预测的离线仿真计算方法包括以下步骤：(1)建立整车动力学模型其中，x为状态变量，包含车速、各动力源转速等状态变量，A为系统状态系数矩阵，u为控制变量，包含各动力源扭矩等控制变量，B为控制变量状态系数矩阵，y为系统输出，C为系统输出状态系数矩阵；(2)根据整车动力学模型推导得到系统输出扭矩观测模型为：T_out＝T_e2o+T_m2o；其中，T_m2o＝T_mi_m2o，T_e2o为发动机经由行星齿轮机构输出到主减速器前端的扭矩，简称为行星齿轮机构输出扭矩；T_m2o为调扭电机输出到主减速器前端的扭矩；T_m为调扭电机输出扭矩，i_m2o为调扭电机到系统输出端的传动比，A_g为调速电机扭矩系数，T_g为调速电机扭矩，J_g为调速电机相关转动惯量，为调速电机角加速度；(3)将系统输出扭矩观测模型进行离散化，获得系统输出扭矩的预测模型为：T_out(k+1)＝A_gT_g(k+1)+J_g[ω_g(k+1)‑ω_g(k)]/Δt+T_m(k+1)i_m2o，其中，Δt为控制策略计算步长，k为表示当前时刻，k+1表示下一时刻，T_out(k+1)为下一时刻的系统输出扭矩，即系统输出扭矩的预测值；T_g(k+1)和T_m(k+1)分别为调速电机和调扭电机下一时刻的扭矩，ω_g(k)为当前时刻的调速电机转速，ω_g(k+1)为下一时刻的调速电机转速；(4)根据系统输出扭矩预测模型，推导得到调扭电机目标扭矩计算模型为：T_m(k+1)≈T_out(k+1)/i_m2o‑A_gT_g(k+1)/i_m2o‑J_g[ω_g(k)‑ω_g(k‑1)]/Δt/i_m2o；其中，k‑1表示前一时刻，ω_g(k‑1)为前一时刻的调速电机转速；(5)对整车动力学模型进行微分，得到冲击度观测模型，即(6)对冲击度观测模型进行离散化，得到冲击度预测模型，即(7)利用冲击度预测模型，基于冲击度约束得到调速电机目标扭矩计算模型；其中，j_max为目标冲击度上限约束；(8)将调速电机和调扭电机目标扭矩计算模型与整车动力学模型进行集成，在急加速工况、爬坡工况、典型行驶工况各类工况下开展离线仿真计算，基于模式切换时间要求和冲击度要求开展离线调试；第二步：所述的在线动态协调控制方法将基于离线计算结果，首先确定调速电机的动态协调规则，建立调速电机目标扭矩计算模块，获得调速电机的目标扭矩，再确定调扭电机的动态协调规则，将调速电机的目标扭矩输入到调扭电机目标扭矩计算模块，完成动态协调控制，具体包括以下步骤：(1)确定调速电机的动态协调规则，建立调速电机目标扭矩计算模块，包括原始目标扭矩计算、升扭控制、降扭控制和稳态控制四部分；(2)根据发动机目标转速和发动机真实转速，利用PID方法计算得到调速电机的原始目标扭矩，此后首先判定是否满足升扭控制要求，若满足则对调速电机进行升扭控制；否则，判断是否满足降扭控制要求，若满足则对调速电机进行降扭控制；否则，对调速电机进行稳态控制；(3)针对离线仿真结果，分别计算调速电机在升扭、降扭和稳态情况下的扭矩变化率，分析各阶段扭矩变化率与发动机转速的关系，最终以查表的形式在升扭控制、降扭控制和稳态控制模块中实现；(4)确定调扭电机的动态协调规则，建立调扭电机目标扭矩计算模块；以调速电机目标扭矩为输入，利用调速电机目标扭矩经过惯性环节得到调速电机输出扭矩预测值，将调速电机输出扭矩预测值与调速电机扭矩系数相乘，得到调速电机扭矩对行星齿轮机构输出扭矩的影响量；(5)以调速电机转速为输入，计算得到调速电机角加速度，再乘以调速电机相关转动惯量，得到转动惯量对行星齿轮机构输出扭矩的影响量；(6)将调速电机扭矩对行星齿轮机构输出扭矩的影响量与转动惯量对行星齿轮机构输出扭矩的影响量相加，得到行星齿轮机构输出扭矩估算值；利用估算得到的系统输出扭矩减去行星齿轮机构输出扭矩估算值，再除以调扭电机到系统输出端的速比，得到调扭电机的目标扭矩；(7)在得到在线动态协调控制规则后，将调速电机和调扭电机的动态协调控制模块集成到稳态控制策略中，实现在线扭矩协调控制。