P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调方法及系统

技术领域

本发明涉及车辆控制技术领域，具体地，涉及一种P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调方法及系统。

背景技术

随着能源危机和环境污染问题的愈加突出，混合动力汽车凭借其驱动模式多样化、低油耗低排放等优势，成为当下最具有产业化和市场化前景的车型之一。发动机单独驱动与混合驱动是实际车辆运行中最频繁的两个模式，当车辆处于大功率需求或发动机无法满足功率需求等工况时，需要有驱动电机介入系统，由发动机切换至混合驱动模式，共同输出整车需求扭矩。而在此过程会引入动力源扭矩分配不当、转矩变化率过大等影响系统平顺性问题。若控制效果不好，易造成整车行驶过程中的纵向冲击，严重影响驾乘人员的舒适性。

专利文献CN101602362A公开了一种混合动力车的辅助驱动扭矩分配方法，当混合动力车发出辅助驱动请求时，混合动力控制单元会根据当前车辆的状态如发动机请求扭矩的大小、车速的大小、以及动力电池的SOC，控制电机进入不同的工作模式。然而该方法不但无法有效解决在车辆在不同工作模式切换过程的动态控制问题，也无法降低整车模式切换过程的冲击度，同时该方法由于电机速比固定而不利于优化驱动电机的工作范围，而大大影响了动力输出效率、过大的油电耦合冲击度，影响驾驶舒适性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调方法和系统。

根据本发明提供的一种P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调方法，包括：

步骤1：分析P2.5构型的结构原理和模式切换过程，建立不同阶段下的模式切换过程动力学方程，实现通过两个动力源电机控制器和发动机控制器控制实际输出转矩；

步骤2：基于PID反馈原理控制动力源的实际输出转矩并通过控制加速踏板开度变化率限制发动机的扭矩变化率，实现扭矩协调控制；

步骤3：基于扭矩协调控制原理利用驱动电机转矩快速响应的优势补偿发动机转矩响应滞后来降低输出转矩波动，实现动力源转矩控制。

进一步地，所述步骤1是基于搭载DCT的P2.5混合动力构型，结合动力系统的结构特点，将模式切换过程划分为多个不同阶段，制定了动力源扭矩分配策略和动力源转矩控制策略，限制动力源转矩变化率的动态协调；在对结构原理和模式切换过程分析的基础上，建立不同阶段下的模式切换过程动力学方程。

进一步地，所述步骤1通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前驱动模式(发动机驱动)等信息，判断是否满足模式切换相关条件，确定下一目标工作模式(混合驱动)及目标扭矩及其变化率，通过两个动力源电机控制器和发动机控制器控制实际输出转矩。

进一步地，所述动力源扭矩分配策略，控制两个动力源共同输出扭矩，实现扭矩协调控制；当P2.5驱动电机接收到下一工作模式的目标扭矩时，P2.5驱动电机由空转状态转至扭矩输出状态，双动力源共同输出扭矩；当发动机和P2.5驱动电机达到当前工作模式的目标扭矩后，进入混合驱动模式稳态运行阶段。

进一步地，基于所述动力源转矩控制策略，运用PID算法将目标转矩信号转化为节气门开度信号，通过输入偏差控制量对发动机的节气门开度进行增量补偿；驱动电机具有转矩/转速快速响应的优势，能够直接通过转矩命令控制P2.5驱动电机转矩。

进一步地，所述模式切换过程包括发动机稳态阶段、驱动电机启动阶段、动力源扭矩协调控制阶段、混合驱动稳态阶段四个阶段：

阶段1：发动机稳态阶段，发动机单独驱动，P2.5驱动电机关闭，变速器在档，离合器C2处于锁止状态；

阶段2：驱动电机启动阶段，整车车速、SOC等满足模式切换需求时，VCU发P2.55驱动电机启动指令，P2.5驱动电机进入空转阶段，此阶段对外不输出扭矩；

阶段3：动力源扭矩协调控制阶段，当VCU发出目标扭矩，P2.5驱动电机接收到下一工作模式的目标扭矩时，P2.5驱动电机开始输出扭矩，对发动机转矩和P2.5驱动电机进行协调控制，且限制发动机转矩变化率；P2.5驱动电机由空转状态转至扭矩输出状态，双动力源共同输出扭矩；

阶段4：混合驱动稳态阶段，发动机和P2.5驱动电机达到当前工作模式的目标扭矩后，进入混合驱动模式稳态运行阶段，离合器C2仍处于锁止状态。

本发明还提供一种基于P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调方法的P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调系统，包括模块M1、模块M2、模块M3：

模块M1：驾驶员部分通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前驱动模式(发动机驱动)等信息，判断是否满足模式切换相关条件，确定下一目标工作模式(混合驱动)及目标扭矩及其变化率，通过动力源控制实际输出转矩；

模块M2：基于驾驶员意图的湿式离合器起步控制方法，利用PID反馈原理控制动力源的实际输出转矩并通过限制加速踏板开度变化率实现发动机的输出扭矩控制；动力源扭矩协调控制阶段，控制两个动力源共同输出扭矩；基于动力源扭矩协调控制原理利用驱动电机转矩快速响应的优势补偿发动机转矩响应滞后来降低输出转矩波动；

模块M3：运用PID算法将目标转矩信号转化为节气门开度信号，通过输入偏差控制量对发动机的节气门开度进行增量补偿，使发动机能够跟随目标转矩变化。

进一步地，所述动力源转矩变化率的动态协调控制的目标是使发动机和驱动电机在向其目标转矩变化过程中，减小两者经过系统合成后的输出转矩波动，其动力学方程为：

其中：T

进一步地，所述动力源转矩变化率的动态协调控制中，对发动机进行转矩变化率控制，保证模式切换过程的平顺性；根据发动机当前模式实际转矩及下一模式的目标转矩得到：

T

发动机在模式切换过程时间Δt内模式切换前后扭矩变化量Δt＝T

以整车冲击度j为目标，满足模式切换过程中的最大冲击度(j≤10m/s

T

进一步地，所述动力源包括发动机、P2.5驱动电机，P2.5驱动电机集成在DCT的内部，并与其偶数轴相连，所述发动机和所述P2.5驱动电机能够分别通过传动系统单独驱动车辆行驶，或者通过混合驱动模式联合驱动车辆行驶。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明根据车辆各种工况的功率需求，实现了P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调方法，在不同工作模式切换过程的动态控制问题，降低整车模式切换过程冲击度，提升车辆驾驶品质和驾乘人员舒适性。

2、本发明P2.5构型利用电机速比不固定优化驱动电机的工作范围，提高动力输出效率、无需低压电机启动发动机和发电、油电耦合冲击度小，驾驶舒适性更好。

3、本发明基于搭载DCT的P2.5构型，将电机集成到DCT某一输入轴，相比驱动电机置于发动机输出端的P1及变速箱输入端的P2构型，P2.5构型具有驻车发电、电机效率不受发动机高温热辐射影响、离合器控制发动机动力传递，油电衔接更顺畅等优势。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明模式切换过程分析图；

图2为模式切换过程流程图；

图3为各驱动模式下动力源和离合器的工作状态示意图；

图4为模式切换过程动力源扭矩分配策略图；

图5为动力源转矩控制策略图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调方法，具体包括以下步骤：

步骤1：分析P2.5构型的结构原理和模式切换过程，建立不同阶段下的模式切换过程动力学方程；基于搭载DCT的P2.5混合动力构型，结合动力系统的结构特点，将模式切换过程划分为多个不同阶段，制定了动力源扭矩分配策略和动力源转矩控制控制策略，限制动力源转矩变化率的动态协调；在对结构原理和模式切换过程分析的基础上，建立不同阶段下的模式切换过程动力学方程。

具体地，通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前驱动模式(发动机驱动)等信息，判断是否满足模式切换相关条件，确定下一目标工作模式(混合驱动)及目标扭矩及其变化率，通过两个动力源电机控制器和发动机控制器控制实际输出转矩。

步骤2：基于PID反馈原理控制动力源的实际输出转矩并通过控制加速踏板开度变化率限制发动机的扭矩变化率；

具体地，基于动力源扭矩分配策略，控制两个动力源共同输出扭矩，实现扭矩协调控制。当P2.5驱动电机接收到下一工作模式的目标扭矩时，P2.5驱动电机由空转状态转至扭矩输出状态，双动力源共同输出扭矩；当发动机和P2.5驱动电机达到当前工作模式的目标扭矩后，进入混合驱动模式稳态运行阶段。

步骤3：基于扭矩协调控制原理利用驱动电机转矩快速响应的优势补偿发动机转矩响应滞后来降低输出转矩波动；具体地，基于动力源转矩控制控制策略，运用PID算法将目标转矩信号转化为节气门开度信号，通过输入偏差控制量对发动机的节气门开度进行增量补偿。驱动电机具有转矩/转速快速响应的优势，可直接通过转矩命令控制P2.5驱动电机转矩。

本发明根据车辆各种工况的功率需求，实现了在不同工作模式切换过程的动态控制问题，降低整车模式切换过程冲击度，提升车辆驾驶品质和驾乘人员舒适性。

如图1模式切换过程分析图、图2模式切换过程流程图所示，根据发动机至混合驱动模式切换流程和搭载DCT的P2.5混合动力构型，结合动力系统的结构特点，分别分析包含模式切换过程各阶段间的切换条件，离合器C2、动力源的工作状态及控制策略。

关于基于搭载DCT的P2.5混合动力构型特点：根据新能源构型定义分析，用P(Position)代表电气化部件的架构以及电机的位置，不同的位置使用不同的数字代号，将单电机混合动力系统划分为P0，P1，P2，P2.5，P3等构型。DCT双输入轴的结构特点，无动力中断、传动效率高等性能优势，必将成为未来的发展趋势。基于搭载DCT的P2.5构型，将电机集成到DCT某一输入轴，相比驱动电机置于发动机输出端的P1及变速箱输入端的P2构型，P2.5构型具有驻车发电、电机效率不受发动机高温热辐射影响、离合器控制发动机动力传递，油电衔接更顺畅等优势；相比驱动电机置于变速箱输出端的P3构型，P2.5构型利用电机速比不固定优化驱动电机的工作范围，提高动力输出效率、无需低压电机启动发动机和发电、油电耦合冲击度小，驾驶舒适性更好。

具体的，将模式切换过程即发动机切换至混合驱动模式过程划分为四个阶段：

阶段1：发动机稳态阶段，发动机单独驱动，P2.5驱动电机关闭，变速器在档，离合器C2处于锁止状态；

其中：k

阶段2：驱动电机启动阶段，整车车速、SOC等满足模式切换需求时，VCU发P2.55驱动电机启动指令，P2.5驱动电机进入空转阶段，此阶段对外不输出扭矩，发动机为工作状态，离合器C2为结合状态：

其中：I

阶段3：动力源扭矩协调控制阶段，当VCU发出目标扭矩，P2.5驱动电机接收到下一工作模式的目标扭矩时，P2.5驱动电机开始输出扭矩，对发动机转矩和P2.5

驱动电机进行协调控制，且限制发动机转矩变化率T

其中：T

阶段4：混合驱动稳态阶段，P2.5驱动电机和发动机共同输出扭矩，且在转矩变化率限制下(T

P2.5驱动电机达到当前工作模式的目标扭矩T

本发明还提供一种基于P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调方法的P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调系统；主要包括发动机、P2.5驱动电机、动力电池、湿式双离合变速器、主减速器等子系统。该系统的动力源由发动机和P2.5驱动电机共同组成，P2.5驱动电机集成在DCT的内部，并与其偶数轴相连，二者可分别通过传动系统单独驱动车辆行驶，也可通过混合驱动模式联合驱动车辆行驶。该混合动力系统共有以下几种驱动模式：纯电动模式；发动机驱动模式；混合驱动模式；行车充电模式。与此同时，P2.5构型可根据不同动力源及离合器的工作状态分为多种混合驱动组合情况。不同驱动模式下的发动机、P2.5驱动电机和双离合器的工作状态总结如图3各驱动模式下动力源和离合器的工作状态示意图所示。

具体的，P2.5构型发动机至混合驱动模式切换协调系统包括模块M1、模块M2、模块M3：

模块M1：如图4模式切换过程动力源扭矩分配策略图所示，驾驶员部分通过读取车速、踏板开度及其变化率、当前SOC及车辆当前驱动模式(发动机驱动)等信息，判断是否满足模式切换相关条件，确定下一目标工作模式(混合驱动)及目标扭矩及其变化率，通过电机控制器和发动机控制器控制实际输出转矩；

模块M2：如图4模式切换过程动力源扭矩分配策略图所示，基于驾驶员意图的湿式离合器起步控制方法，利用PID反馈原理控制动力源的实际输出转矩并通过限制加速踏板开度变化率实现发动机的输出扭矩控制；动力源扭矩协调控制阶段，控制两个动力源共同输出扭矩；基于扭矩协调控制原理利用驱动电机转矩快速响应的优势补偿发动机转矩响应滞后来降低输出转矩波动；

模块M3：如图5动力源转矩控制策略图，为了使发动机能够跟随目标转矩变化，运用PID算法将目标转矩信号转化为节气门开度信号，通过输入偏差控制量对发动机的节气门开度进行增量补偿。驱动电机具有转矩/转速快速响应的优势，可直接通过转矩命令控制P2.5驱动电机转矩。

特别地，动力源转矩变化率的动态协调控制的目标是使发动机和驱动电机在向其目标转矩变化过程中，保持两者经过系统合成后的输出转矩波动尽可能小。其动力学方程为：

其中：T

具体的，模式切换过程中，由于发动机具有响应滞后等特性，输出转矩前后易发生突变，难以直接进行转矩控制，因此有必要对发动机进行转矩变化率控制，保证模式切换过程的平顺性。根据发动机当前模式实际转矩及下一模式的目标转矩可得：

T

发动机在模式切换过程时间Δt内模式切换前后扭矩变化量Δt＝T

以整车冲击度j为目标，满足模式切换过程中的最大冲击度(j≤10m/s

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。