一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法技术方案

本发明专利技术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。

A dynamic torque control method for a planetary hybrid hybrid hybrid system

The invention discloses a dynamic torque coordination control method for a planetary hybrid hybrid power system. The method includes two parts: off-line calculation based on model prediction and on-line coordinated control method. Firstly, dynamic model of planetary hybrid hybrid system, and derive the system dynamics model of planetary type based on hybrid hybrid system output torque observation model and impact degree observation model; and then the system output torque observation model and observation model for the impact of discretization, the prediction model of corresponding measurements and off-line; the dynamic control model model motor and adjustable torque motor based on; thereafter, to carry out simulation calculation, and the calculation results from the two motor control mode switching process is based on off-line, get online torque coordination method, on-line coordinated torque control.

【技术实现步骤摘要】
一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法
本专利技术涉及一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法，属于混合动力汽车的控制领域。
技术介绍
面对能源短缺和环境污染日益严重的现状，作为汽车节能减排的重要途径，汽车的混合动力化越来越受到重视。在各种混合动力系统构型中，行星式混联混合动力系统具有两个电机和一套行星齿轮耦合机构，能够利用调速电机实现发动机的转速解耦，利用调扭电机实现发动机的扭矩解耦，即实现了发动机的转速、扭矩双解耦，易于实现发动机的最优控制，具有最为突出的节能潜力。然而，行星式混联混合动力系统在模式切换过程中，尤其发动机启动过程中涉及发动机和两电机的协调控制，且各动力源响应特性不同，容易出现输出扭矩的波动，影响整车动力性和平顺性。基于此，有效开发行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调策略将是该系统工程化应用的关键。现有专利多针对带离合器或换挡机构的混合动力系统开展动态协调控制，如中国专利CN104002799A，重点考虑换挡过程的动态协调，以提升换挡平顺性，与行星式混联混合动力系统的转矩协调控制要求有明显区别。此外，现有专利CN106080584A提出基于模型预测的控制方法，该方法能有效提高协调控制的鲁棒性，以保证不同工况下的协调效果。然而，基于模型的预测控制要求较高的模型精度，涉及在线滚动优化，需要较高的控制器运算能力，在当前技术条件下难以保证控制的实时性。
技术实现思路
本专利技术旨在针对行星式混联混合动力系统提出一种动态协调控制方法，保证该种混合动力系统在模式切换过程中的平顺性，同时，所提出控制方法具有良好实时性，以保证实车应用效果。一种行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调控制方法，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：Tout＝Te2o+Tm2o；其中：Te2o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；Tm2o为调扭电机输出到主减速器前端的扭矩；(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：Tout(k+1)＝AgTg(k+1)+Jg[ωg(k+1)-ωg(k)]/Δt+Tm(k+1)im2o，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，Tout(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；Tg(k+1)和Tm(k+1)分别为调速电机和调扭电机下一时刻的扭矩；(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：Tm(k+1)≈Tout(k+1)/im2o-AgTg(k+1)/im2o-Jg[ωg(k)-ωg(k-1)]/Δt/im2o；(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；(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。有益效果是：1.本专利技术所述的行星式混联混合动力系统扭矩协调控制方法，相比于当前工程中常用的控制方法，通过基于模型预测的离线计算，为协调控制的关键控制变量限值提供了参考，能有效降低相关混合动力汽车基于驾驶性的标定工作量；2.本专利技术所述的行星式混联混合动力系统扭矩协调控制方法，相比于当前工程中常用的控制方法，通过基于模型预测的离线计算，充分考虑了模式切换时间与平顺性之间的矛盾，所获得的在线控制参数具有更好的鲁棒性，在不同工况下能够实现较为一致的控制效果；3.本专利技术所述的行星式混联混合动力系统扭矩协调控制方法，相比于已有基于模型预测的控制方法，所提出的在线控制模块易于保证实时性，不依赖于预测模型的精度，更利于工程实际应用。附图说明下面结合附图对本专利技术作进一步的说明：图1为本专利技术所述的行星式混联混合动力系统简化结构示意图。图2为本专利技术所述的行星式混联混合动力系统的动态扭矩协调方法的总体流程；图3为本专利技术所述的行星排输出转矩仿真值和观测值的对比结果；图4为本专利技术所述的调扭电机目标扭矩计算模块；图5为本专利技术所述的基于模型预测的离线计算中的调速电机目标扭矩计算模块；图6为本专利技术所述的基于模型预测离线仿真得到的动态协调控制策略与稳态控制策略对比结果；图7为本专利技术所述的在线扭矩协调控制策略中的调速电机目标扭矩计算模块；图8为本专利技术所述的基于模型预测离线仿真得到的调速电机扭矩变化率与发动机转速的关系；图9为本专利技术所述的在线扭矩协调控制策略与稳态控制策略的对比结果。具体实施方式：下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。参照图1，为本专利技术所述的行星式混联混合动力系统的简化结构示意图，仅以示意方式显示与本专利技术有关的构成。如图1所示的行星式混联混合动力系统包括发动机、调速电机、调扭电机、超级电容、行星排、主减速器和车轮。其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
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

【技术特征摘要】
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(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：Tout＝Te2o+Tm2o；其中，Tm2o＝Tmim2o，Te2o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；Tm2o为调扭电机输出到主减速器前端的扭矩；Tm为调扭电机输出扭矩，im2o为调扭电机到系统输出端的传动比，Ag为调速电机扭矩系数，Tg为调速电机扭矩，Jg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：Tout(k+1)＝AgTg(k+1)+Jg[ωg(k+1)-ωg(k)]/Δt+Tm(k+1)im2o，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，Tout(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；Tg(k+1)和Tm(k+1)分别为调速电机和调扭电机下一时刻的扭矩；(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：Tm(k+1)≈Tout(k+1)/im2o-AgTg(k+1)/im2o-Jg[ωg(k)-ωg(k-1)]/Δt/im2o；(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；(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...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾小华，王振伟，宋大凤，杨南南，王越，李广含，黄海瑞，崔皓勇，董兵兵，孙可华，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22