專利名稱：混合動力電動汽車牽引力分層控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種汽車牽引力控制方法，特別是關(guān)于一種混合動力電動汽車牽引力 分層控制方法。
背景技術(shù)：
汽車的牽引力控制系統(tǒng)通過調(diào)整發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩、在驅(qū)動輪上施加制動力等方式，可 以有效抑制驅(qū)動輪的劇烈滑轉(zhuǎn)，提高車輛的起步性能、加速性能以及行駛穩(wěn)定性能，對車輛 的行駛安全性具有重要的意義?，F(xiàn)有的牽引力控制系統(tǒng)絕大部分是以傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車為對象進(jìn)行研究的。均一路 面時，主要采用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩控制和制動干預(yù)相結(jié)合的控制方式。引入制動干預(yù)是為了彌補(bǔ) 發(fā)動機(jī)響應(yīng)速度慢的缺點(diǎn)，但是也造成控制輸出波動大、控制不平順、能量無謂損耗、制動 器磨損等一系列問題?；旌蟿恿ζ嚲哂邪l(fā)動機(jī)和電機(jī)兩個動力源，電機(jī)系統(tǒng)與傳統(tǒng)液壓 制動系統(tǒng)相比具有動態(tài)響應(yīng)特性的優(yōu)勢。因此，均一路面時，混合動力汽車牽引力控制系統(tǒng) 已經(jīng)不再需要制動干預(yù)的介入，而需要針對混合動力汽車多動力源的特點(diǎn)，重新對其牽引 力控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。目前關(guān)于混合動力汽車牽引力控制系統(tǒng)的研究還比較少。其中大部分文獻(xiàn)只是分 別調(diào)節(jié)發(fā)動機(jī)系統(tǒng)或者電機(jī)系統(tǒng)，并不涉及發(fā)動機(jī)系統(tǒng)和電機(jī)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制。也有部分 文獻(xiàn)采用了發(fā)動機(jī)電機(jī)聯(lián)合控制的方法，但是其控制方法都過于簡單，而且關(guān)于發(fā)動機(jī)的 控制還停留在存在響應(yīng)速度慢和控制偏差大等缺點(diǎn)的節(jié)氣門控制技術(shù)上。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種在無制動能耗情況下，能夠快速、準(zhǔn)確、 平滑地抑制驅(qū)動輪打滑的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案一種混合動力電動汽車牽引力分層 控制方法，其特征在于包括以下步驟1)設(shè)置一個混合動力汽車牽引力分層控制系統(tǒng)，使 其包括上層期望驅(qū)動總力矩計(jì)算層、中層動態(tài)協(xié)調(diào)控制層和底層退出機(jī)制層；2)根據(jù)駕駛 員操作輸入，得出期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩TmHEV ;3)將步驟2)中確定的期望 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩TmHEV，輪速傳感器反饋的驅(qū)動輪輪速ωψ以及目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率 入d，輸入上層期望驅(qū)動總力矩計(jì)算層，計(jì)算出整車驅(qū)動系統(tǒng)期望的驅(qū)動總力矩^； 4)將實(shí) 際驅(qū)動總力矩Td、步驟3)中確定的整車驅(qū)動系統(tǒng)期望驅(qū)動總力矩<和步驟2)中確定的期 望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv，輸入中層動態(tài)協(xié)調(diào)控制層，計(jì)算出發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tercs和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 Tfflics ；5)將步驟4)中確定的發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TeT。dn電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tmrcs，步驟2)中確定的期 望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩Tniffiv以及所有驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率λ，輸入底層退出機(jī)制層， 建立動態(tài)補(bǔ)償?shù)幕旌蟿恿ζ嚑恳Ψ謱涌刂葡到y(tǒng)退出策略，并計(jì)算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7； 和電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7。在所述步驟3)中，計(jì)算整車驅(qū)動系統(tǒng)期望的驅(qū)動總力矩Ti；的步驟如下①根據(jù)目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率Xd計(jì)算目標(biāo)輪速(^為
②根據(jù)輪速傳感器反饋的驅(qū)動輪輪速《￥和①中確定的目標(biāo)輪速(Od的差值，計(jì)算 滑模面S S = (ω-ω ): +ο(ω-ω ) + dT*③以1/2車輛為受控對象，則滑模趨近率為S =/(S) =-kS-ε Sgn(S)則動態(tài)滑模控制器為f； - [-(<y - ω )" - ο{ω -ω,)+ /(5)]
α上式中，νχ為參考車速通過輪速傳感器反饋的非驅(qū)動輪的輪速計(jì)算得到，r為車輪 半徑，c為一固定的正常數(shù)，d為控制器參數(shù)，k和ε均為正數(shù)。c = 8，d = 2. 5，k = 10，ε = 2. 5。在所述步驟4)中，計(jì)算發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tercs的內(nèi)容如下①采用低通濾波方法讓 響應(yīng)速度慢的發(fā)動機(jī)響應(yīng)步驟3)中確定的期望驅(qū)動總力矩的低頻部分，讓響應(yīng)速度快的 電機(jī)動態(tài)補(bǔ)償期望驅(qū)動總力矩<的高頻部分。該低通濾波方法為Ttdc (k) = Tl (k-\) + [Τ (k) - τ (k -1)]務(wù)(1 -備)
1J zlJ②利用①確定的期望驅(qū)動總力矩和步驟2)中確定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv，得到 發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tercs，發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tercs為Tercs=min(T:,TeHE “上式中,Ti；為濾波后的期望驅(qū)動總力矩，7；為濾波前的期望驅(qū)動總力矩，Ts為控制 周期，Tf為濾波時間常數(shù)。在所述步驟4)中，計(jì)算電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tmrcs的內(nèi)容如下①采用一階慣性環(huán)節(jié)表示 電機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出動態(tài)響應(yīng)特性，即Tm = ~Tmrcs = Gm (s)TmTCS②通過規(guī)范模型Gd(S)，確定一個實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的規(guī)范的輸入輸出特性作為理想控 制性能的近似，規(guī)范模型Gd (s)為Gd(S) = l/(TdS+l)③通過前饋控制器Gf(s)，提高控制系統(tǒng)響應(yīng)速度，前饋控制器&(8)為
廣.、GAs) TmS+ \==
Gm(s) Tds+ 1④通過反饋控制器Gb (S)，減小或消除實(shí)際驅(qū)動總力矩Td和期望的驅(qū)動總力矩7； 的誤差Ε，反饋控制器Gb (s)為
J1Gb(s) = kp+^ + kdS
S式中，Gm(S)被控對象模型，τ 電機(jī)系統(tǒng)的滯后時間常數(shù)，^為時間常數(shù)，、
6為電機(jī)系統(tǒng)的滯后時間常數(shù)，^為時間常數(shù)， 、1^、、分別為比例、積分、微分系數(shù)。τ m = 20ms, τ d = 25ms, kp = 1，Iii = 50，kd = 0。實(shí)際驅(qū)動總力矩Td是通過實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩Tm和作為干擾量的實(shí)際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te經(jīng) 動力耦合后得到。在所述步驟5)中，采用動態(tài)補(bǔ)償算法建立混合動力汽車牽引力分層控制系統(tǒng)退 出策略和計(jì)算發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令:C和電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7的步驟如下①判斷所有驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率 λ是否小于一定門限值λ _以內(nèi)并且維持一段時間t。ut ；②當(dāng)所有驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率λ下降到 一定門限值以內(nèi)并且維持一段時間t-后，進(jìn)入下一步；否則，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令:C和電 機(jī)轉(zhuǎn)矩命令分別等于中層動態(tài)協(xié)調(diào)控制層得到的發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tercs和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩 Tmrcs ；③混合動力汽車牽引力控制系統(tǒng)開始退出，使得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令:C等于能量管理策略 制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv ；④判斷實(shí)際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te和能量管理策略制定的期望發(fā)動機(jī) 轉(zhuǎn)矩Tdffiv的差值是否小于門限δ Τ ；⑤如果實(shí)際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te和能量管理策略制定的期望 發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv的差值小于門限δτ，則進(jìn)入下一步；否則進(jìn)入動態(tài)補(bǔ)償算法，以補(bǔ)償發(fā)動 機(jī)轉(zhuǎn)矩上升時響應(yīng)速度的不足，并返回④；⑥發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te和能量管理策略制定的期望發(fā) 動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv的差值小于門限31后，使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7；'等于能量管理策略制定的期望 電機(jī)轉(zhuǎn)矩TmHEV，混合動力牽引力分層控制系統(tǒng)完全退出。在所述⑤中，動態(tài)補(bǔ)償算法為
權(quán)利要求
一種混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于包括以下步驟1)設(shè)置一個混合動力汽車牽引力分層控制系統(tǒng)，使其包括上層期望驅(qū)動總力矩計(jì)算層、中層動態(tài)協(xié)調(diào)控制層和底層退出機(jī)制層；2)根據(jù)駕駛員操作輸入，得出期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩TeHEV和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩TmHEV；3)將步驟2)中確定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩TeHEV和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩TmHEV，輪速傳感器反饋的驅(qū)動輪輪速ωw以及目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率λd，輸入上層期望驅(qū)動總力矩計(jì)算層，計(jì)算出整車驅(qū)動系統(tǒng)期望的驅(qū)動總力矩4)將實(shí)際驅(qū)動總力矩Td、步驟3)中確定的整車驅(qū)動系統(tǒng)期望驅(qū)動總力矩和步驟2)中確定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩TeHEV，輸入中層動態(tài)協(xié)調(diào)控制層，計(jì)算出發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TeTCS和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TmTCS；5)將步驟4)中確定的發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TeTCS和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩TmTCS，步驟2)中確定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩TeHEV和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩TmHEV以及所有驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率λ，輸入底層退出機(jī)制層，建立動態(tài)補(bǔ)償?shù)幕旌蟿恿ζ嚑恳Ψ謱涌刂葡到y(tǒng)退出策略，并計(jì)算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令和電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令FSA00000276818700011.tif,FSA00000276818700012.tif,FSA00000276818700013.tif,FSA00000276818700014.tif
2.如權(quán)利要求1所述的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于在所述 步驟3)中，計(jì)算整車驅(qū)動系統(tǒng)期望的驅(qū)動總力矩7；的步驟如下①根據(jù)目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率λd計(jì)算目標(biāo)輪速ω d為
3.如權(quán)利要求2所述的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于c= 8，d =2· 5，k = 10，ε = 2. 5。
4.如權(quán)利要求1所述的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于在所述 步驟4)中，計(jì)算發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tercs的內(nèi)容如下①采用低通濾波方法讓響應(yīng)速度慢的發(fā)動機(jī)響應(yīng)步驟3)中確定的期望驅(qū)動總力矩7 的低頻部分，讓響應(yīng)速度快的電機(jī)動態(tài)補(bǔ)償期望驅(qū)動總力矩<的高頻部分。該低通濾波方 法為
5.如權(quán)利要求1所述的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于在所述 步驟4)中，計(jì)算電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tmrcs的內(nèi)容如下①采用一階慣性環(huán)節(jié)表示電機(jī)系統(tǒng)的輸入輸出動態(tài)響應(yīng)特性，即Tm ~ ~ Tmrcs = Gm (s)TmTCS V + 1②通過規(guī)范模型Gd(S)，確定一個實(shí)際可實(shí)現(xiàn)的規(guī)范的輸入輸出特性作為理想控制性 能的近似，規(guī)范模型Gd (s)為Gd(S) = l/(xdS+l)③通過前饋控制器Gf(s)，提高控制系統(tǒng)響應(yīng)速度，前饋控制器Gf(S)為‘ Gm^) ^ + 1④通過反饋控制器Gb(s)，減小或消除實(shí)際驅(qū)動總力矩Td和期望的驅(qū)動總力矩7；的誤 差E，反饋控制器Gb (s)為JcGb(s) = k +^ + kds s式中，Gm(S)被控對象模型，τ _ 為電機(jī)系統(tǒng)的滯后時間常數(shù)，^為時間常數(shù)，、為電 機(jī)系統(tǒng)的滯后時間常數(shù)，^為時間常數(shù)， 、1^、、分別為比例、積分、微分系數(shù)。
6.如權(quán)利要求5所述的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于τω= 20ms, τ d = 25ms, kp = 1, Iii = 50, kd = 0。
7.如權(quán)利要求5所述的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于實(shí)際驅(qū) 動總力矩Td是通過實(shí)際電機(jī)轉(zhuǎn)矩Tm和作為干擾量的實(shí)際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te經(jīng)動力耦合后得到。
8.如權(quán)利要求1所述的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于在所述 步驟5)中，采用動態(tài)補(bǔ)償算法建立混合動力汽車牽引力分層控制系統(tǒng)退出策略和計(jì)算發(fā) 動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7；和電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7的步驟如下①判斷所有驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率λ是否小于一定門限值X。ut以內(nèi)并且維持一段時間t。ut；②當(dāng)所有驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率λ下降到一定門限值λ_以內(nèi)并且維持一段時間t-后，進(jìn)入 下一步；否則，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令:C和電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7分別等于中層動態(tài)協(xié)調(diào)控制層得到的 發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tercs和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩Tmrcs ；③混合動力汽車牽引力控制系統(tǒng)開始退出，使得發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7；等于能量管理策略 制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv ；④判斷實(shí)際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te和能量管理策略制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv的差值是否小 于門限⑤如果實(shí)際發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te和能量管理策略制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv的差值小于門 限δ Τ，則進(jìn)入下一步；否則進(jìn)入動態(tài)補(bǔ)償算法，以補(bǔ)償發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩上升時響應(yīng)速度的不足，并返回④；⑥發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Te和能量管理策略制定的期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩Tdffiv的差值小于門限δ τ后， 使得電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令7等于能量管理策略制定的期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩ΤΛΕν，混合動力牽引力分層控 制系統(tǒng)完全退出。
9.如權(quán)利要求8所述的混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，其特征在于在所述 ⑤中，動態(tài)補(bǔ)償算法為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種混合動力電動汽車牽引力分層控制方法，包括以下步驟1)設(shè)置上層期望驅(qū)動總力矩計(jì)算層、中層動態(tài)協(xié)調(diào)控制層和底層退出機(jī)制層；2)根據(jù)駕駛員操作輸入，得出期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩；3)將期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩和期望電機(jī)轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動輪輪速以及目標(biāo)滑轉(zhuǎn)率，輸入上層期望驅(qū)動總力矩計(jì)算層，計(jì)算整車驅(qū)動系統(tǒng)期望的驅(qū)動總力矩；4)將實(shí)際驅(qū)動總力矩、整車驅(qū)動系統(tǒng)期望驅(qū)動總力矩和期望發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩，輸入中層動態(tài)協(xié)調(diào)控制層，計(jì)算出發(fā)動機(jī)和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩；5)將發(fā)動機(jī)和電機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，期望發(fā)動機(jī)和電機(jī)轉(zhuǎn)矩以及所有驅(qū)動輪滑轉(zhuǎn)率，輸入底層退出機(jī)制層，建立動態(tài)補(bǔ)償?shù)幕旌蟿恿ζ嚑恳Ψ謱涌刂葡到y(tǒng)退出策略，并計(jì)算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩命令和電機(jī)轉(zhuǎn)矩命令。本發(fā)明可以廣泛應(yīng)用于各種混合動力汽車牽引力控制系統(tǒng)中。
文檔編號B60W10/06GK101973267SQ20101028634
公開日2011年2月16日 申請日期2010年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月17日
發(fā)明者李克強(qiáng), 楊殿閣, 王建強(qiáng), 羅禹貢, 褚文博, 趙峰, 連小珉, 鄭四發(fā), 韓云武 申請人:清華大學(xué)