本發(fā)明涉及一種動力模式切換方法，尤其是涉及一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換方法。

背景技術(shù)：

功率分流混合動力系統(tǒng)作為深度及插電式混合動力汽車的主流技術(shù)方案，已得到廣泛應(yīng)用。為適應(yīng)不同行駛工況并提升其效率，動力系統(tǒng)需要通過離合器/制動器改變行星排元件間的連接方式，使車輛在不同的傳動比范圍可切換至不同的驅(qū)動工作模式。系統(tǒng)在純電動模式和混合動力模式之間切換時，需要實現(xiàn)發(fā)動機的快速起停。而在此過程中受發(fā)動機和電機動態(tài)特性的差異以及離合器/制動器自身特性等影響，在切換過程中可能會引起變速箱輸出端合成轉(zhuǎn)矩發(fā)生較大波動，從而對傳動部件造成沖擊，導(dǎo)致動力傳遞不平穩(wěn)，影響整車的動力性和乘坐舒適性。傳統(tǒng)的基于規(guī)則和經(jīng)驗的邏輯門限值控制策略在解決上述問題時存在較大的局限性。通過綜合使用動態(tài)規(guī)劃和預(yù)測控制理論，可以將最優(yōu)控制和實時在線滾動優(yōu)化相結(jié)合，最大程度上保證駕駛舒適性，對功率分流式混合動力系統(tǒng)模式切換過程的控制策略開發(fā)具有重要意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種提升駕駛平順性、兼顧切換時間和能量消耗的功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換方法，用以實現(xiàn)純電動至混合動力模式的平穩(wěn)切換，包括以下步驟：

1)采用離散動態(tài)規(guī)劃的方法分別離線獲取動力模式切換過程中，以整車平順性為優(yōu)化目標，在不同的設(shè)定條件下對應(yīng)的多條發(fā)動機起動曲線；

2)在線運行過程中，根據(jù)實際的運行條件和離線發(fā)動機起動曲線進行插值求解，得出實際運行時對應(yīng)的最優(yōu)發(fā)動機起動曲線，以及該曲線每個時刻對應(yīng)的電機mg1、電機mg2的轉(zhuǎn)矩和制動器b2的轉(zhuǎn)矩控制值；

3)對實際運行時對應(yīng)的最優(yōu)發(fā)動機起動曲線根據(jù)輸出端轉(zhuǎn)矩波動最小進行補償，最終得到動力模式切換過程中對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制值。

所述的設(shè)定條件和運行條件均包括制動器b1的轉(zhuǎn)矩曲線、發(fā)動機初始時刻轉(zhuǎn)角、發(fā)動機末端時刻轉(zhuǎn)速以及電機mg1和電機mg2的轉(zhuǎn)矩調(diào)節(jié)約束范圍

所述的步驟1)中，制動器b1的轉(zhuǎn)矩曲線下降速率最大為2000nm/s。

所述的步驟1)中，整車平順性即輸出端轉(zhuǎn)矩波動最小，其表達式為：

其中，δtout為模式切換過程中，動力系統(tǒng)傳遞至輸出端軸的轉(zhuǎn)矩與輸出端實際需求轉(zhuǎn)矩的差值，t為相鄰時刻間的長度，n為整個模式切換過程共包含的時刻總數(shù)，k為時刻。

所述的功率分流混合動力系統(tǒng)由發(fā)動機、電機mg1、電機mg2、制動器b1、制動器b2通過行星排結(jié)構(gòu)耦合組成。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明充分利用電機快速響應(yīng)的能力，并結(jié)合制動器狀態(tài)變化，通過同時綜合利用動態(tài)規(guī)劃離線最優(yōu)控制和模型預(yù)測在線實時滾動優(yōu)化控制方法，最大限度地提升模式切換過程車輛的駕駛平順性，并兼顧模式切換時間和能量消耗。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述方法應(yīng)用的功率分流混合動力系統(tǒng)示意圖。

圖2為所述方法的功率分流混合動力汽車整車控制框架。

圖3為所述方法的離線動態(tài)規(guī)劃及發(fā)動機最優(yōu)起動曲線計算部分。

圖4為所述方法的模式切換過程模型預(yù)測在線控制框架。

圖5為最優(yōu)發(fā)動機起動曲線及其對應(yīng)的電機、制動器輸出轉(zhuǎn)矩曲線，其中，圖(5a)為發(fā)動機起動曲線，圖(5b)為電機mg1的轉(zhuǎn)矩輸出曲線，圖(5c)為電機mg2的轉(zhuǎn)矩輸出曲線，圖(5d)為制動器b2的轉(zhuǎn)矩輸出曲線。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。

實施例

本發(fā)明提供的一種基于功率分流混合動力系統(tǒng)純電動至混合動力模式切換過程的最優(yōu)協(xié)調(diào)控制方法，作為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，功率分流混合動力系統(tǒng)如圖1所示，該混合動力系統(tǒng)由發(fā)動機、電機mg1、mg2、制動器b1、b2和行星排結(jié)構(gòu)的功率耦合裝置組成?；谠撔褪降幕旌蟿恿ο到y(tǒng)可以實現(xiàn)純電動、混合動力、行車充電和再生制動等多種工作模式。

本發(fā)明涉及的功率分流混合動力汽車整車控制框架如圖2所示。所述的純電動至混合動力模式切換過程具體包含純電動模式、發(fā)動機起動過程和混合動力模式三個階段。具體表現(xiàn)為，純電動模式行駛時，整車由電機mg2單獨驅(qū)動或者由mg1、mg2聯(lián)合驅(qū)動，期間制動器b1鎖死并提供平衡轉(zhuǎn)矩。當上層整車控制器發(fā)出切換至混合動力模式的指令之后，下層控制器基于模式切換最優(yōu)控制方法，協(xié)調(diào)電機mg1、mg2的輸出轉(zhuǎn)矩和制動器b1的鎖止轉(zhuǎn)矩，使發(fā)動機曲軸轉(zhuǎn)速由零開始逐漸增大，直至噴油點火。隨之系統(tǒng)進入混合動力模式，b1制動器完全打開，發(fā)動機輸出穩(wěn)定可控的正向轉(zhuǎn)矩，和電機mg1、mg2共同驅(qū)動車輛前進。整個切換過程要求發(fā)動機平穩(wěn)快速起動的同時，動力輸出端的轉(zhuǎn)矩滿足駕駛員需求并盡可能減少波動。

本發(fā)明所述模式切換最優(yōu)控制方法主要由離線動態(tài)規(guī)劃和在線模型預(yù)測控制組成，分別如圖3、圖4所示。包括以下步驟：

s1：根據(jù)不同的制動器b1初始轉(zhuǎn)矩值，設(shè)計起動過程中制動器b1的轉(zhuǎn)矩曲線，使其轉(zhuǎn)矩盡快降為零，根據(jù)當前初始轉(zhuǎn)矩設(shè)置不同的下降斜率，最大可設(shè)置為2000nm/s，以減少不必要的能量消耗。

s2：確定發(fā)動機的初始時刻轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速和末端時刻轉(zhuǎn)速，將各個時刻可能的發(fā)動機轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)速劃分為一定的網(wǎng)格區(qū)間。

s3：分析不同的電機mg1、mg2和制動器b2轉(zhuǎn)矩限制情況下，模式切換過程所需要的動力源種類，即除電機之外是否需要制動器b2助力。

s4：分別求出相鄰時刻發(fā)動機軸各轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)角變換時電機mg1、mg2和制動器b2的需求轉(zhuǎn)矩。

s5：以輸出端轉(zhuǎn)矩波動最小為主要優(yōu)化目標，綜合考慮起動時間和能量消耗，利用離散動態(tài)規(guī)劃，求解出優(yōu)化目標最優(yōu)的發(fā)動機起動曲線及其對應(yīng)的電機、制動器輸出轉(zhuǎn)矩，如圖5所示。

s6：實際運行過程中，考慮電機mg1、mg2的轉(zhuǎn)矩限制，判斷是否需要b2制動器參與模式切換過程?；诓煌闆r下的制動器b1初始轉(zhuǎn)矩和電機轉(zhuǎn)矩限制，通過將s1～s5計算的離線結(jié)果進行插值求解出滿足當前約束條件的發(fā)動機最優(yōu)起動曲線，作為模型預(yù)測控制的期望值。

s7：在線控制時，將預(yù)測模型和校正模塊反饋的狀態(tài)變量與期望值進行比較，優(yōu)化目標主要考慮整車平順性，并兼顧發(fā)動機最優(yōu)起動曲線等，決策出實際的電機、制動器控制轉(zhuǎn)矩。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換方法，用以實現(xiàn)純電動至混合動力模式的平穩(wěn)切換，包括以下步驟：1)采用離散動態(tài)規(guī)劃的方法分別離線獲取動力模式切換過程中，以整車平順性為優(yōu)化目標，在不同的設(shè)定條件下對應(yīng)的多條發(fā)動機起動曲線；2)根據(jù)實際的運行條件和離線發(fā)動機起動曲線進行插值求解，得出實際運行時對應(yīng)的最優(yōu)發(fā)動機起動曲線，以及該曲線每個時刻對應(yīng)的電機MG1、電機MG2的轉(zhuǎn)矩和制動器B2的轉(zhuǎn)矩控制值；3)對實際運行時對應(yīng)的最優(yōu)發(fā)動機起動曲線根據(jù)輸出端轉(zhuǎn)矩波動最小進行補償，最終得到動力模式切換過程中對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩控制值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有提升駕駛平順性、兼顧切換時間和能量消耗等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：趙治國;李蒙娜
受保護的技術(shù)使用者：同濟大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.12
技術(shù)公布日：2017.11.17