混合动力汽车工作模式切换过程动态协调控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于混合动力汽车控制的技术领域，特别涉及混合动力汽车工作模式切换过程中动态协调控制方法。
【背景技术】
[0002]混合动力汽车是指由两个或多个动力装置组成驱动系统的车辆，综合了发动机和电机两者优点，是一种低排放、经济性好和续航里程长的新型汽车。
[0003]混合动力汽车驱动模式主要包括发动机工作、电机工作、发动机和电机共同工作等三种模式，其中发动机和电机共同工作可细分为发动机和电机共同驱动车辆的混合驱动模式和发动机提供动力，电机发电给电池充电的行车充电模式。由此可见，工作模式的多元化是实现并联混合动力系统节能减排的有效手段。
[0004]工作模式状态切换控制问题是并联混合动力汽车核心控制问题之一。
[0005]在车辆行驶过程中，根据路况和驾驶需求，能量管理策略保证并联混合动力系统能量合理地流动，决定车辆处于何种工作模式。在当前模式和目标模式之间变化过程中，切换时间很短，发动机转矩输出滞后于油门开度的变化而呈现出动态特性，造成转矩输出不足或者超调；电机则能迅速响应转矩变化，动态特性与稳态时转矩输出几乎一致。如果只按照稳态时发动机和电机各自的目标转矩进行控制，将使得发动机和电机实际转矩之和产生较大波动，无法跟踪需求转矩的变化，导致动力传递中断，影响汽车的动力性、乘坐舒适性，甚至对传动系统造成冲击，影响使用寿命。
[0006]目前关于混合动力汽车模式切换过程动态协调控制是根据实时反馈的发动机转矩，结合驾驶员需求转矩，利用电机快速响应特性来进行转矩补偿的。模式切换过程中，如果没有对发动机的节气门开度变化进行有效控制，会导致切换过程中整车动力性和平顺性不佳。
【发明内容】
[0007]本发明提供一种混合动力汽车工作模式切换过程动态协调控制方法，其目的是提高并联混合动力汽车工作模式切换过程整车动力性能和平顺性。
[0008]为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为:
[0009]本发明的混合动力汽车的动力系统包括发动机、发动机管理系统、湿式离合器、电机、电机管理系统、动力电池、动力电池管理系统、整车控制器、变速器、变速器控制单元；
[0010]所述的动态协调控制方法，先通过发动机管理系统采集驾驶员油门踏板深度，计算出整车需求转矩，发动机管理系统将整车需求转矩通过CAN总线发送给整车控制器；整车控制器再结合动力电池电量和发动机稳态效率对发动机和电机进行转矩分配，计算出发动机和电机各自的目标转矩，再分别将发动机和电机的目标转矩通过CAN总线传给发动机管理系统和电机管理系统；
[0011]混合动力系统开始模式切换；
[0012]在车辆工作模式从无发动机驱动到有发动机驱动过程中，通过控制发动机节气门开度向目标开度的变化速率，减小发动机动态响应过程，将发动机的转速和电机的转速差和转速差变化率作为湿式离合器油压调节参数，控制湿式离合器接合速度；电机管理系统根据整车需求转矩、湿式离合器接合压力以及电机转速补偿转矩来立即响应电机输出转矩，保证模式切换过程中整车需求转矩不变，电机达到目标转速；
[0013]在车辆工作模式从一种有发动机驱动切换至另一种有发动机驱动过程中，此时离合器已经在锁止状态，无需控制离合器；发动机管理系统需要控制发动机转速与电机转速之差在离合器滑磨转速差值之内，通过控制发动机节气门开度向目标开度的变化速率，减小发动机动态响应过程，使得发动机转矩稳态输出；电机需要根据整车需求转矩补偿发动机输出转矩，保证模式切换过程中整车需求转矩不变；
[0014]在车辆工作模式从有发动驱动切换至无发动机驱动过程中，为避免发动机转矩突减造成的整车冲击，发动机转矩不能立即撤除，发动机管理系统需要控制发动机转速与电机转速之差在离合器滑磨转速差之内，限制发动机油门开度减小的速率，电机适时地补充由于发动机减小的转矩，直到发动机转矩减小到一定值后，为避免电机拖动发动机，变速器控制单元控制离合器断开，电机立即响应整车需求转矩，发动机管理系统发送发动机停机命令，切换过程结束。
[0015]该方法采取发动机的控制原则是:
[0016]所述的发动机目标油门开度是由发动机管理系统根据发动机目标转矩和发动机当前转速通过边界插值法求得；在发动机转矩增加或减小过程中，通过约束油门开度变化率，得到实际的发动机油门开度，控制发动机以稳态转矩输出。
[0017]该方法采取离合器控制原则是:
[0018]当发动机和电机转速差较大时，放慢离合器接合速度；当发动机和电机转速差较小时，加快接合速度；转速差变化率增大时，减小离合器油压，以减慢离合器接合速度；转速差变化率减小时，增大离合器油压，以加快离合器结合速度。
[0019]电机管理系统维持切换前电机角加速度不变，在模式切换时间内根据电机角加速度计算出电机的目标转速，通过转速闭环控制得到电机转速补偿转矩，使电机反馈转速实时跟随电机目标转速。
[0020]整车控制器通过CAN总线对发动机管理系统、电机管理系统、变速器控制单元和电池管理系统进行协调管理；各个控制器之间通过CAN总线相互通讯。
[0021]本发明采用以上动态协调控制方法，在并联混合动力汽车状态切换过程中，充分考虑发动机、电机和离合器状态，针对不同的切换过程，通过协调控制发动机、电机和离合器，能够有效减小发动机动态过程，减小油耗，提高经济性；实现模式切换过程中整车需求转矩不产生大的波动，改善车辆行驶平顺性；减小离合器磨损，保证动力传递的平稳性。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的混合动力汽车动力系统结构示意图；
[0023]图2是本发明的混合动力汽车发动机和电机目标转矩计算流程图；
[0024]图3是本发明的混合动力汽车模式切换过程中电机转矩计算流程图；
[0025]图4是本发明的混合动力汽车模式切换过程中动态协调控制流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。
[0027]图文中的字母缩写分别是:
[0028]MCU——电机管理系统；
[0029]BMS——动力电池管理系统；
[0030]HCU——整车控制器；
[0031]AMT——变速器控制单元；
[0032]EMS--发动机管理系统。
[0033]如图1所示的本发明的混合动力汽车的动力系统，包括发动机、发动机管理系统(EMS)、湿式离合器、电机、电机管理系统(MCU)、动力电池、动力电池管理系统(BMS)、整车控制器(HCU)、机械自动变速器、变速器控制单元(AMT)(兼控制湿式离合器)。图中未表示AMT与变速器关系，但不表示没有关系，发动机和电机通过湿式离合器共轴连接，发动机和电机动力在湿式离合器处耦合输出给变速器。
[0034]混合动力汽车工作模式可分为发动机单独驱动、纯电驱动、行车充电模式、混合驱动模式、再生制动模式。针对现有技术存在的问题，本发明提供的控制方法从不同的模式切换过程出发，以发动机、电机和离合器为控制对象，来解决模式切换过程中车辆动力性和平顺性问题。
[0035]本发明的技术方法主要涉及到混合动力汽车HCU、发动机及EMS、电机及MCUjMS离合器、机械自动变速器及AMT (兼控制湿式离合器)、动力电池组及BMS和HCU。HCU通过CAN总线对EMS、MCU、AMT和BMS进行协调管理，各个控制器之间通过CAN总线相互通讯。EMS采集油门踏板深度值，计算发动机目标油门开度，监控发动机转矩变化，MCU负责响应电机转矩值，进行电机转速闭环控制计算，AMT负责监控和改变变速器传动比，控制离合器滑磨接合。
[0036]本发明的控制原理分析:
[0037]为了解决现有技术存在的问题并克服其缺陷，实现提高并联混合动力汽车状态切换过程整车动力性能和平顺性的发明目的，本发明采取的技术方案为:
[0038]一、确定发动机和电机各自目标转矩:
[0039]针对不同的切换过程，制定不同的控制方式。通过EMS获取油门踏板深度，得到整车需求转矩，根据整车需求转矩或实际工况，HCU会选择在当前工况下的工作模式工作。在工作模式切换过程中，特别是从无发动机驱动到有发动机驱动过程中，通过控制发动机节气门开度向目标节气门开度的变化速率；根据发动机和电机转速差，合理控制离合器接合速度，利用电机的快速响应能力和转矩精确控制的特点，弥补发动机动态输出转矩不足，协调分配模式切换过程中发动机和电机的输出转矩，从而有效地控制混合动力系统转矩输出。
[0040]如图2所示，本发明的混合动力汽车工作模式切换过程动态协调控制方法，先通过EMS采集驾驶员油门踏板深度，计算出整车需求转矩，EMS将整车需求转矩通过CAN总线发送给HCU ；HCU再结合动力电池电量和发动机稳态效率对发动机和电机进行转矩分配，计算出发动机和电机各自的目标转矩，从而进行混合动力系统进入纯电动、发动机驱动、混合驱动或者行车充电等模式切换。HCU再分别将发动机和电机的目标转矩通过CAN总线传给EMS 和 MCU。
[0041]本发明提供的是混合动力汽车模式切换过程中发动机和电机目标转矩控制方法，控制原理如图2所示。
[0042]二、模式切换过程动态协调控制:
[0043]混合动力系统开始模式切换；模式切换过程动态协调控制过程有以下几种:
[0044]1、在车辆工作模式从无发动机驱动到有发动机驱动过程中，如从纯电驱动切换到发动机单独驱动模式，或者从纯电驱动切换至混合驱动模式，或者从纯电驱动切换至行车充电模式等，在该状态下的具体控制策略分别为:
[0045](I)、发动机控制策略:
[0046]EMS根据发动机目标转矩和发动机当前转速，通过边界插值法求得发动机目标油门开度。EMS通过限制发动机节气门开度向目标开度的变化速率，减小发动机动态响应过程，避免发动机转矩突变而产生的波动，控制发动机以稳态转矩输出。
[0047](2)、湿式离合器接合状态的控制策略:
[0048]湿式离合器进入接合的滑磨阶段，
[0049]AMT将发动机的转速和电