一種混合動力汽車發動機和電機扭矩協調控制方法
2023-06-24 16:19:46
專利名稱：一種混合動力汽車發動機和電機扭矩協調控制方法
技術領域：
本發明涉及發動機和電機扭矩協調控制方法，特別涉及一種並聯型混合動力汽車行駛過程中發動機和電機扭矩協調控制方法。
背景技術：
隨著全球能源緊缺和汽車排放對環境汙染等問題日益嚴重，推進低能耗、低排放的新能源汽車已成為各界的共識。混合動力汽車是目前大規模產業化的首選，同時隨著用戶對駕駛性及舒適性需求的增加，開發帶自動變速器特別是無極變速器的混合動力汽車十分有必要，無級變速器(CVT)和手動檔變速器(MT)或者有級自動變速器(AT)相比駕駛舒適性和動力性有很大的提高，這主要是由於CVT的速比是連續變化的，動力傳遞沒有中斷，但由於CVT本身的特性在某些工況下需要適當減小變速器傳遞的扭矩，減扭的響應時間和進度對駕駛舒適性、動力性和經濟性的影響至關重要。對於常規車輛只能通過調節發動機的扭矩達到減扭的目的，但發動機扭矩響應慢，動態過程油耗高，排放也更差。
發明內容
本發明的目的在於提供一種混合動力行駛過程中協調控制發動機和電機扭矩滿足變速器減扭需求的方法，通過協調控制電機和發動機的扭矩達到減扭目的，極大的改善了上述單一控制發動機的不足，使駕駛舒適性、動力性和經濟性得到改善。本發明的技術方案包括如下步驟
(1)汽車行駛過程中由整車控制器(HCU)對駕駛員需求扭矩(Tq_drv_req)進行分配， 發動機目標扭矩為 Tq_ice_req,電機目標扭矩為 Tq_mg_req, Tq_drv_req=Tq_ice_req+Tq_ mg_req,HCU通過CAN通信將Tq_iCe_req和Tq_mg_req分別發給發動機控制器ECU和電機控制器IPU。HCU不進行減扭控制時，E⑶控制發動機扭矩等於Tq_iCe_req，IPU控制電機扭矩等於Tq_mg_req。當駕駛員需求扭矩超過一定值(Tq_b00st，大小通過實車標定確定) 時，HCU控制電機進行助力(此時Tq_mg_req>0，具體大小通過實車標定確定);當電池電量較低(荷電狀態值SOC小於一定值S0C_charge)，HCU控制電機進行充電(此時Tq_mg_req<0， 具體大小通過實車標定確定);當Tq_drv_reqS0C_charge時，只有發動機單獨工作驅動車輛行駛。當無極自動變速器(CVT)需要變速器輸入軸的扭矩減小時， 由變速器控制器(TCU)通過CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值Tq_tranS_in_req，和減扭需求有效標誌 Flag_tq_reduct,Flag_tq_reduct=l 表示需要減扭,Flag_tq_reduct=0 表示不需要減扭；
(2)設當前發動機的輸出扭矩為Tq_iCe_aCt，當前電機輸出扭矩為Tq_mg_aCt，當前變速器輸入軸的扭矩Tq_tran_in_aCt則等於發動機輸出扭矩和電機輸出扭矩之和，Tq_ tran_in_act= (Tq—ice_act+Tq—mg—act)；
(3)在步驟(2)計算出的當前扭矩輸出Tq_tran_in_aCt基礎上變速器輸入軸需要減少的扭矩值 DeltaTorqueReduct = Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act。如果 DeltaTorqueReduct=0，或者 Flag_tq_reduct=0 則不進行減扭控制；
(4) HCU根據電機當前的工作模式對發動機和電機扭矩進行協調控制，達到減扭的目
的
設電機減扭目標值TorqueMGReduct，電機的最小使用扭矩為TorqueMGMin，發動機減扭目標值為TorquelCEReduct，電機減扭目標值加上發動機減扭目標值等於變速器控制器 (TCU)通過CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值，S卩TorqueMGReduct+TorqueICEReduct=T q_trans_in_req。當HCU需要發動機進行減扭時，會將發動機減扭目標值TorqueICEReduct 和減扭需求有效標誌Flag_tq_ice_reduct (需要減扭時等於1，不需要減扭時等於0)通過CAN通信發給E⑶，E⑶收到Flag_tq_ice_reduct等於1時，將控制發動機扭矩等於 TorquelCEReduct，同時不再響應HCU發出的扭矩需求Tq_ice_req ；當HCU需要電機進行減扭時，會將電機減扭目標值TorqueMGReduct和減扭需求有效標誌Flag_tq_mg_reduct (需要減扭時等於1，不需要減扭時等於0)通過CAN通信發給IPU，IPU收到Flag_tq_mg_reduCt 等於1時，將控制電機扭矩等於TorqueMGReduct，同時不再響應HCU發出的扭矩需求Tq_ mg_req。 如果當前電機工作在助力模式，電機輸出扭矩Tq_mg_aCt>0，則減少電機扭矩，具體方法如下
電機助力情況1 :
當 IDeltaTorqueReduct| >=Tq—mg—act， TorqueMGReduct = 0，Flag—tq—mg—reduct=l， TorquelCEReduct = Tq—trans_in—req，Flag—tq—ice—reduct=l ； 電機助力情況2
當 IDeltaTorqueReduct |< Tq—mg—act，
TorqueMGReduct = Tq—mg—req +DeltaTorqueReduct，Flag—tq—mg—reduct=l， TorquelCEReduct = Tq—ice—req，Flag—tq—ice—reduct=0 ；
如果電機工作在充電模式，Tq—mg—act〈0，優先通過增加電機扭矩的方法使變速器輸入軸扭矩減小，具體方法如下 電機充電情況1
當 DeltaTorqueReduct+Tq—mg—act >= TorqueMGMin，
TorqueMGReduct = Tq—mg—req +DeltaTorqueReduct，Flag—tq—mg—reduct=l， TorquelCEReduct = Tq—ice—req，Flag—tq—ice—reduct=0 ； 電機充電情況2:
當 DeltaTorqueReduct+Tq—mg—act < TorqueMGMin， TorqueMGReduct = TorqueMGMin，Flag—tq—mg—reduct=l，
TorquelCEReduct = Tq—ice—req+DeltaTorqueReduct+Tq—mg—req - TorqueMGMin， Flag—tq—ice—reduct=l，； 發動機單獨工作情況
如果電機沒有扭矩輸出，只是發動機單獨工作驅動車輛，電機仍然不工作，TorqueMGReduct=O, Flag_tq_mg_reduct=0 發動機減扭目標值 TorqueICEReduct= Tq_ trans_in_req, Flag_tq_ice_reduct=l。與現有技術相比，本發明利用電機的快速響應特性增加了減扭的響應速度，有利於速比的調節，使駕駛舒適性和動力性得到改善，同時由於優先通過調節電機扭矩達到減扭目的，減少了發動機的動態過程，使發動機工作得更平穩，提高了經濟性。
圖1 一種並聯混合動力系統示意圖； 圖2:電機助力情況1;
圖3:電機助力情況2; 圖4:電機充電情況1; 圖5:電機充電情況2; 圖6 發動機單獨工作情況； 圖7 流程圖。
具體實施例方式圖1所示為並聯混合動力系統，其包括整車控制器HCU 1，ISG電機控制器IPU2， 動力電池3，變速器控制器TCU4，無極變速器CVT5，離合器6，ISG電機7 (以下簡稱電機)， 發動機8，發動機控制器ECU9。本發明方法以整車控制器HCUl為載體，通過包含此控制方法在內的並聯混合動力系統實現，下面分五種不同情況，結合圖7對本發明的技術實施過程進行說明。電機助力情況1 (參見圖2):
1)車輛行駛到一定狀態，駕駛員的需求扭矩Tq_drv_req=160Nm，Tq_boost=120Nm，Tq_ drv_req> Tq_boost,需要電機進行助力，整車控制器HCUl分配給發動機目標扭矩為Tq_ ice_req=120Nm,分配給電機目標扭矩為Tq_mg_req=40Nm，此時變速器控制器TCU4判斷需要減小變速器輸入軸扭矩，並通過CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值Tq_tranS_in_ req=100Nm，減扭需求有效標誌 Flag_tq_reduct=l ；
2)設當前發動機的輸出扭矩為Tq_ice_act=120Nm，電機輸出扭矩為Tq_mg_act=40Nm， 變速器輸入軸的扭矩為Tq_tran_in_aCt，變速器輸入軸的扭矩等於發動機輸出扭矩和電機輸出扭矩之和，Tq_tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=120+40=160Nm ；
3)在當前扭矩輸出基礎上需要減少的扭矩值DeltaTorqueReduct= Tq_trans_in_ req - Tq_tran_in_act=100_160=-60Nm, DeltaTorqueReduct<0 且Flag_tq_reduct=l,繼續進行下面的步驟進行減扭控制；
4)HCU根據電機當前的工作狀態對發動機和電機扭矩進行協調控制達到減扭的目的。設電機減扭後的目標值TorqueMGReduct，電機的最小使用扭矩為 TorqueMGMin=-IlONm ；發動機減扭後的目標值為 I^orquelCEReduct。因為Tq_mg_aCt=40Nm >0，當前電機工作在助力模式，優先減少電機扭矩，具體方法如下
DeltaTorqueReduct|=|-60|=60Nm，Tq_mg_act=40Nm,
所以 I DeltaTorqueReduct I >= Tq_mg_act, 所以 TorqueMGReduct = ONm, Flag_tq_mg_reduct=l, TorqueICEReduct = Tq_trans_in_req=100Nm, Flag_tq_ice_reduct=l。
電機助力情況2 (參見圖3):
1)車輛行駛到一定狀態，駕駛員的需求扭矩等於Tq_drv_req=130Nm，Tq_boost=110Nm， Tq_drv_req> Tq_boost,需要電機進行助力，整車控制器HCUl分配給發動機目標扭矩Tq_ ice_req=100Nm,分配給電機目標扭矩為Tq_mg_req=30Nm，此時變速器控制器TCU4判斷需要減小變速器輸入軸扭矩，並通過CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值Tq_tranS_in_ req=110Nm，減扭需求有效標誌 Flag_tq_reduct=l ；
2)設當前發動機的輸出扭矩為Tq_ice_act=100Nm，電機輸出扭矩為Tq_mg_act=30Nm， 變速器輸入軸的扭矩為Tq_tran_in_aCt，等於發動機輸出扭矩和電機輸出扭矩之和，Tq_ tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=100+30=130Nm ；
3)在當前扭矩輸出基礎上需要減少的扭矩值DeltaTorqueReduct= Tq_trans_in_ req - Tq_tran_in_act=110_130=-20Nm, DeltaTorqueReduct<0,且 Flag_tq_reduct=l,繼續進行下面的步驟進行減扭控制；
4)HCU根據電機當前的工作狀態對發動機和電機扭矩進行協調控制達到減扭的目的。設電機減扭後的目標值TorqueMGReduct，電機的最小使用扭矩為 TorqueMGMin=-IlONm ；發動機減扭後的目標值為 I^orquelCEReduct。因為Tq_mg_aCt=30Nm >0，當前電機工作在助力模式，優先減少電機扭矩，具體方法如下
DeltaTorqueReduct|=|-20|=20Nm， Tq_mg_act=30Nm,
所以 I DeltaTorqueReduct I < Tq_mg_act,
所以 TorqueMGReduct = Tq_mg_req+ DeltaTorqueReduct=30_20=10Nm, Flag_tq_mg_ reduct=l,
TorqueICEReduct = Tq_ice_req=100Nm, Flag_tq_mg_reduct=0。
電機充電情況1 (參見圖4):
1)車輛行駛到一定狀態，駕駛員的需求扭矩等於Tq_drV_req=80Nm，電池荷電狀態 S0C=40，S0C_charge=60, S0C< SOC_charge,需要電機工作在充電模式，整車控制器HCUl分配給發動機目標扭矩Tq_ice_req=100Nm，分配給電機目標扭矩為Tq_mg_req=-20Nm，此時變速器控制器TCU4判斷需要減小變速器輸入軸扭矩，並通過CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值 Tq_trans_in_req=50Nm，減扭需求有效標誌 Flag_tq_reduct=l ；
2)設當前發動機的輸出扭矩為Tq_iCe_aCt=100Nm，電機輸出扭矩為Tq_mg_ act=-20Nm,變速器輸入軸的扭矩為Tq_tran_in_aCt，等於發動機輸出扭矩和電機輸出扭矩之禾口，Tq_tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=100_20=80Nm ；
3)在當前扭矩輸出基礎上需要減少的扭矩值DeltaTorqueReduct= Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act=50_80=-30Nm, DeltaTorqueReduct<0,且 Flag_tq_reduct=l,繼續進行下面的步驟進行減扭控制；
4) HCU根據電機當前的工作狀態對發動機和電機扭矩進行協調控制達到減扭的目的。設電機減扭後的目標值TorqueMGReduct，電機的最小使用扭矩為 TorqueMGMin=-IlONm ；發動機減扭後的目標值為 I^orquelCEReduct。因為Tq_mg_aCt=-20Nm < 0，當前電機工作在充電模式，優先增加電機扭矩，具體方法如下
DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_act=-30-20=-50Nm, TorqueMGMin=-IlONm,
所以 DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_act> TorqueMGMin, 所以 TorqueMGReduct = Tq_mg_req +DeltaTorqueReduct=-20_30=-50Nm，
Flag_tq_mg_reduct=l, TorqueICEReduct = Tq_ice_req=100Nm, , Flag_tq_ice_reduct=0。
電機充電情況2 (參見圖5):
1)車輛行駛到一定狀態，駕駛員的需求扭矩等於Tq_drV_req=80Nm，電池荷電狀態 S0C=40，S0C_charge=60, S0C< SOC_charge，需要電機工作在充電模式，整車控制器HCUl分配給發動機目標扭矩Tq_ice_req=100Nm，分配給電機目標扭矩為Tq_mg_req=-20Nm，此時變速器控制器TCU4判斷需要減小變速器輸入軸扭矩，並通過CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值 Tq_trans_in_req=20Nm，減扭需求有效標誌 Flag_tq_reduct=l ；
2)設當前發動機的輸出扭矩為Tq_iCe_aCt=100Nm，電機輸出扭矩為Tq_mg_ act=-20Nm,變速器輸入軸的扭矩為Tq_tran_in_aCt，等於發動機輸出扭矩和電機輸出扭矩之禾口，Tq_tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=100_20=80Nm ；
3)在當前扭矩輸出基礎上需要減少的扭矩值DeltaTorqueReduct= Tq_trans_in_ req - Tq_tran_in_act=20_80=-60Nm, DeltaTorqueReduct<0,且 Flag_tq_reduct=l,繼續進行下面的步驟進行減扭控制；
4)HCU根據電機當前的工作狀態對發動機和電機扭矩進行協調控制達到減扭的目的。設電機減扭後的目標值TorqueMGReduct，電機的最小使用扭矩為 TorqueMGMin=-50Nm ；發動機減扭後的目標值為 I^orquelCEReduct。因為Tq_mg_aCt=-20Nm < 0，當前電機工作在充電模式，優先增加電機扭矩，具體方法如下
DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_act=-60_20=-80Nm， TorqueMGMin=-50Nm,
所以 DeltaTorqueReduct+ Tq_mg_act< TorqueMGMin, 所以 TorqueMGReduct = TorqueMGMin=-50Nm, Flag_tq_mg_reduct=l, TorqueICEReduct = Tq_ice_req+DeItaTorqueReduct+ Tq_mg_req - TorqueMGMin =100-60-20-(-50) =70Nm, Flag_tq_ice_reduct=l。發動機單獨工作情況(參見圖6)
1)車輛行駛到一定狀態，駕駛員的需求扭矩Tq_drv_req=80Nm，Tq_boost=110Nm，Tq_ drv_req S0C_charge，也不需要電機工作在充電模式。整車控制器HCUl分配給發動機目標扭矩Tq_ ice_req=80Nm,分配給電機目標扭矩為Tq_mg_req=ONm，此時變速器控制器TCU4判斷需要減小變速器輸入軸扭矩，並通過CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值Tq_tranS_in_ req=40Nm，減扭需求有效標誌 Flag_tq_reduct=l ；
2)設當前發動機的輸出扭矩為Tq_ice_act=80Nm，電機輸出扭矩為Tq_mg_act=ONm， 變速器輸入軸的扭矩為Tq_tran_in_aCt，等於發動機輸出扭矩和電機輸出扭矩之和，Tq_ tran_in_act=Tq_ice_act+Tq_mg_act=80-0=80Nm ；
3)在當前扭矩輸出基礎上需要減少的扭矩值DeltaTorqueReduct= Tq_trans_in_ req - Tq_tran_in_act=40_80=-40Nm, DeltaTorqueReduct<0,且 Flag_tq_reduct=l,繼續進行下面的步驟進行減扭控制；
4)HCU根據電機當前的工作狀態對發動機和電機扭矩進行協調控制達到減扭的目的。設電機減扭後的目標值TorqueMGReduct，電機的最小使用扭矩為 TorqueMGMin=-50Nm ；發動機減扭後的目標值為 I^orquelCEReduct。因為Tq_mg_aCt=0，當前電機沒有工作，發動機單獨驅動車輛行駛，具體方法如下
TorqueMGReduct =0，Flag_tq_mg_reduct=0,
TorqueICEReduct = Tq—trans_in—req=40Nm，Flag—tq—ice—reduct=l。
權利要求
1. 一種混合動力汽車發動機和電機扭矩協調控制方法，其包括以下步驟(1)汽車行駛過程中由整車控制器HCU對駕駛員需求扭矩Tq_drv_req進行分配，發動機目標扭矩為 Tq_ice_req,電機目標扭矩為 Tq_mg_req, Tq_drv_req=Tq_ice_req+Tq_mg_ req, HCU通過CAN通信將Tq_iCe_req和Tq_mg_req分別發給發動機控制器ECU和電機控制器IPU ；HCU不進行減扭控制時，E⑶控制發動機扭矩等於Tq_iCe_req，IPU控制電機扭矩等於Tq_mg_req ；當駕駛員需求扭矩超過通過實車標定確定值Tq_b00st時，HCU控制電機進行助力，此時Tq_mg_req>0，具體大小通過實車標定確定；當電池電量較低，即荷電狀態值SOC 小於一定值S0C_Charge，HCU控制電機進行充電，此時Tq_mg_req<0，具體大小通過實車標定確定；當Tq_drV_reqS0C_Charge時，只有發動機單獨工作驅動車輛行駛；當無極自動變速器CVT需要變速器輸入軸的扭矩減小時，由變速器控制器TCU通過 CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值Tq_tranS_in_req，和減扭需求有效標誌Flag_tq_ reduct, Flag_tq_reduct=l 表示需要減扭，Flag_tq_reduct=0 表示不需要減扭；(2)設當前發動機的輸出扭矩為Tq_iCe_aCt，當前電機輸出扭矩為Tq_mg_aCt，當前變速器輸入軸的扭矩Tq_tran_in_aCt則等於發動機輸出扭矩和電機輸出扭矩之和，Tq_ tran_in_act= (Tq—ice_act+Tq—mg—act)；(3)在步驟(2)計算出的當前扭矩輸出Tq_tran_in_aCt基礎上變速器輸入軸需要減少的扭矩值 DeltaTorqueReduct = Tq_trans_in_req - Tq_tran_in_act ；如果 DeltaTorqueReduct=0，或者 Flag_tq_reduct=0 則不進行減扭控制；(4)HCU根據電機當前的工作模式對發動機和電機扭矩進行協調控制，達到減扭的目的設電機減扭目標值TorqueMGReduct，電機的最小使用扭矩為TorqueMGMin，發動機減扭目標值為TorquelCEReduct，電機減扭目標值加上發動機減扭目標值等於變速器控制器 TCU通過CAN通信向HCU發出扭矩減小的目標值，即TorqueMGReduct+TorqueICEReduct=T q_trans_in_req ；當HCU需要發動機進行減扭時，會將發動機減扭目標值TorqueICEReduct 和減扭需求有效標誌Flag_tq_ice_reduct通過CAN通信發給E⑶，需要減扭時，減扭需求有效標誌Flag_tq_ice_reduct等於1，不需要減扭時等於O ；ECU收到Flag_tq_ice_reduct等於1時，將控制發動機扭矩等於TorquelCEReduct，同時不再響應HCU發出的扭矩需求Tq_ ice_req ；當HCU需要電機進行減扭時，會將電機減扭目標值TorqueMGReduct和減扭需求有效標誌Flag_tq_mg_reduCt通過CAN通信發給IPU，需要減扭時，減扭需求有效標誌Flag_ tq_mg_reduct等於1，不需要減扭時等於0，IPU收到Flag_tq_mg_reduCt等於1時，將控制電機扭矩等於TorqueMGReduct，同時不再響應HCU發出的扭矩需求Tq_mg_req ；如果當前電機工作在助力模式，電機輸出扭矩Tq_mg_aCt>0，則減少電機扭矩，具體方法如下電機助力情況1 :當 IDeltaTorqueReduct| >=Tq—mg—act，TorqueMGReduct = 0，Flag—tq—mg—reduct=l，TorquelCEReduct = Tq—trans_in—req，Flag—tq—ice—reduct=l ；電機助力情況2 當 IDeltaTorqueReduct |= TorqueMGMin,TorqueMGReduct = Tq—mg—req +DeltaTorqueReduct，Flag—tq—mg—reduct=l， TorqueICEReduct = Tq—ice—req，Flag—tq—ice—reduct=0 ； 電機充電情況2:當 DeltaTorqueReduct+Tq—mg—act < TorqueMGMin， TorqueMGReduct = TorqueMGMin，Flag—tq—mg—reduct=l，TorqueICEReduct = Tq—ice—req+DeltaTorqueReduct+Tq—mg—req - TorqueMGMin， Flag—tq—ice—reduct=l ； 發動機單獨工作情況如果電機沒有扭矩輸出，只是發動機單獨工作驅動車輛，電機仍然不工作， TorqueMGReduct=O, Flag_tq_mg_reduct=0 發動機減扭目標值 TorqueICEReduct= Tq_ trans_in_req, Flag_tq_ice_reduct=l。
全文摘要
本發明提供一種混合動力行駛過程中協調控制發動機和電機扭矩滿足變速器減扭需求的方法，通過協調控制電機和發動機的扭矩達到減扭目的，利用電機的快速響應特性增加減扭的響應速度，有利於速比的調節，使駕駛舒適性和動力性得到改善，同時優先通過調節電機扭矩達到減扭目的，減少發動機的動態過程，使發動機工作得更平穩，提高了經濟性。
文檔編號B60W40/10GK102390377SQ201110295068
公開日2012年3月28日 申請日期2011年9月28日 優先權日2011年9月28日
發明者嚴欽山, 劉傑, 朱華榮, 李宗華, 洪木南, 蘇嶺 申請人:重慶長安新能源汽車有限公司, 重慶長安汽車股份有限公司