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CN113650600B - 一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法及控制器 - Google Patents

一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法及控制器 Download PDF

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CN113650600B CN202111037287.1A CN202111037287A CN113650600B CN 113650600 B CN113650600 B CN 113650600B CN 202111037287 A CN202111037287 A CN 202111037287A CN 113650600 B CN113650600 B CN 113650600B
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Abstract

本发明涉及汽车发动机转速控制领域，具体涉及一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法及控制器。根据行驶过程中车辆离合器的状态，将发动机P1转速控制模式划分为了三种不同控制模式，然后综合考虑离合器两端的转速的差异以及发动机的油耗和最佳曲线，在不同控制模式下分别得出不同的发动机目标转速和转速控制请求扭矩，能够有效减少混动模式切换时车辆的顿挫感，并能够提高车辆的驾驶性和经济性；同时，采用PID控制算法，计算闭环控制模式和正负扭矩都可以模式下的发动机转速控制请求扭矩，能够有效提高发动机扭矩控制的准确性和稳定性，进一步提升了车辆高速行驶时的平稳性。

Description

一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法及控制器
技术领域
本发明涉及汽车发动机转速控制领域，具体涉及一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法及控制器。
背景技术
随着新能源混动车型的日益普及，混动车型独特的串联并联模式行驶，以及行驶中串联并联互相的切换，使得混动车型对驾驶性的要求尤为突出。在混动车型从串联模式转入并联模式的时候，也就是离合器即将结合的时候，为了防止车轮的速度对发动机的冲击，一般会通过降低发动机转速的方式来减少冲击和顿挫感。
但现有技术通常采用先降低发动机转速后提升转速的控制仅仅基于发动机自身的扭矩响应能力，响应比较迟缓，且控制精度低，这样很容易引起不同车速不同油门下的车辆顿挫等驾驶性问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法及控制器，在车辆中高速行驶过程中混动模式切换时，使车辆保持平稳，减少顿挫感，提高车辆的驾驶性，经济性。
本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为：一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，其特征在于：在混合动力汽车发动机运行过程中，当汽车进行混动模式切换时，根据离合器的不同状态，执行不同的发动机转速控制策略，具体控制策略如下：
当离合器没有结合且有结合的趋势时，发动机P1转速控制进入闭环控制模式，设定此时发动机目标转速V1等于发动机P3电机的转速VP3，然后计算发动机目标转速V1和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff1，并采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T1；
当离合器完全结合时，发动机P1转速控制进入仅正扭矩控制模式，首先通过发动机的万有特性曲线得到发动机的油耗和最优曲线，然后根据驾驶员请求功率和车辆电池荷电状态得到发动机请求充电功率，再根据发动机请求充电功率和发动机的最优曲线得到发动机目标转速V2，此时发动机转速控制请求扭矩T2从负值开始慢慢上升到0，最终在并联模式下转速控制请求扭矩T2始终保持为0Nm；
当离合器完全脱离时，发动机P1转速控制进入正负扭矩都可以模式，此时发动机目标转速V3等于固定预设值M，然后计算发动机目标转速V3和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff3，并采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T3。
进一步的，所述一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，具体包括如下步骤：
S1，判断混动模式是否请求从串联转为并联，若是，则执行步骤S2，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S2，判断离合器是否允许结合且准备结合，若是，则执行步骤S3，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S3，发动机P1转速控制进入闭环控制模式，并计算此时发动机目标转速V1；
S4，计算发动机目标转速V1和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff1；
S5，采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T1；
S6，判断离合器是,结合完成，若是，则执行步骤S7，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S7，发动机P1转速控制进入仅正扭矩控制模式，并计算此时发动机目标转速V2；
S8，当前转速控制请求扭矩T2从负值开始慢慢上升到0Nm，并始终保持为0Nm；
S9，判断混动模式是否请求从并联转为串联，若是，则执行步骤S10，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S10，发动机P1转速控制进入正负扭矩都可以模式，并计算此时发动机目标转速V3；
S11，计算发动机目标转速V3和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff3；
S12，采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T3。
进一步的，所述PID控制算法具体包括如下步骤：
S1，根据所述SpeedDiffn查寻发动机控制系数表，确定扭矩时间常数λn和进气系统时间常数τAirn和转速系数fn；
S2，计算PID控制的P项参数KPn、I项参数KIn、D项参数KDn，具体公式如下：
式中，J为发动机的转动惯量；
S3，计算转速控制请求扭矩的P项扭矩TPn、I项扭矩TIn、D项扭矩TDn，具体公式如下：
式中，dspeedn为发动机转速变化率，C为常数；
S4，计算转速控制请求扭矩Tn＝TPn+TIn+TDn；
上述步骤中，当P1转速控制进入闭环控制模式时n＝1，当P1转速控制进入正负扭矩都可以模式时n＝3。
进一步的，所述闭环控制模式，具体为混动模式有从串联模式转到并联模式的趋势，此时此时发动机目标转速V1等于发动机P3电机的转速VP3。
进一步的，所述仅正扭矩控制模式，具体为混动模式为并联模式，首先通过发动机的万有特性曲线得到发动机的油耗和最优曲线，然后根据驾驶员请求功率和车辆电池荷电状态得到发动机请求充电功率，再根据发动机请求充电功率和发动机的最优曲线得到发动机目标转速V2。
进一步的，所述正负扭矩都可以模式，具体为混动模式为串联模式，此时发动机目标转速V3等于固定预设值M。
进一步的，所述发动机控制系数表是通过多次发动机测试经验总结得出的。
一种车辆控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现上述一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法。
一种非暂态可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被车辆控制器执行时实现上述一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法。
一种混合动力汽车，其特征在于：包括上述的车辆控制器。
本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
1、根据行驶过程中车辆离合器的状态，将发动机P1转速控制模式划分为了三种不同控制模式，然后综合考虑离合器两端的转速的差异以及发动机的油耗和最佳曲线，在不同控制模式下分别得出不同的发动机目标转速和转速控制请求扭矩，能够有效减少混动模式切换时车辆的顿挫感，并能够提高车辆的驾驶性和经济性；
2、采用PID控制算法，计算闭环控制模式和正负扭矩都可以模式下的发动机转速控制请求扭矩，能够有效提高发动机扭矩控制的准确性和稳定性，进一步提升了车辆高速行驶时的平稳性。
附图说明
图1为混合动力汽车主要电控驱动总成示意图；
图2为本发明控制方法具体流程图。
图中：1、发动机；2、集成启动/发电一体电机(ISG)；3、驱动电机；4、高压电池；5、离合器。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。
混合动力汽车的主要电控驱动总成如图1所示，包括发动机1、集成启动/发电一体电机(ISG)2、驱动电机3、高压电池4、离合器5。
ISG与发动机直连用于启动、发电和助力；发动机与驱动电机共同输出动力，发动机后布置离合器，用于切换传动状态。纯电状态下，发动机与ISG电机均不工作，动力电池提供电能供给驱动电机驱动车辆；串联状态下，离合器脱开，发动机不参与驱动车辆，仅负责驱动ISG电机发电，供给驱动电机驱动车辆，多余的发电存储进动力电池；并联状态下，离合器结合，发动机直接用于驱动车辆。
其中，在P1转速控制过程中，由于ISG的调控，ISG会输出扭矩，如果扭矩为负值，可表征为发动机扭矩对ISG进行充电；如果扭矩为正值，可表征为发动机扭矩需要ISG进行电动驱动。
本发明提供了一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，具体包括发动机P1转速控制模式的划分、发动机目标转速的计算、转速控制请求扭矩的计算三部分。
在混合动力汽车中高速行驶过程中，当混动模式发生切换时，可根据车辆离合器状态，将发动机P1转速控制模式分为闭环控制模式(Closed Loop Control)、仅正扭矩控制模式、正负扭矩都可以模式。
(1)闭环控制模式(Closed Loop Control)，具体为发动机正在运行，混合动力汽车离合器并没有结合且离合器有结合的趋势时，发动机P1转速控制进入闭环控制模式；
(2)仅正扭矩控制模式，具体为混合动力汽车离合器完全结合，混动模式进入并联模式时，发动机P1转速控制进入仅正扭矩控制模式；
(3)正负扭矩都可以模式，具体为混合动力汽车离合器完全脱离，混动模式进入串联模式时，发动机P1转速控制进入正负扭矩都可以模式。
进一步的，发动机目标转速的计算跟发动机转速控制模式息息相关。
(1)当P1转速控制进入闭环控制模式时，发动机目标转速V1等于发动机P3电机的转速VP3，是为了在离合器结合的时候保证离合器两端的速度相同，保证离合器结合的时候不会对发动机的飞轮有冲击，并且不会产生驾驶感知方面的顿挫；
(2)当P1转速控制进入仅正扭矩控制模式时，首先通过发动机的万有特性曲线得到发动机的油耗和最优曲线，然后根据驾驶员请求功率和车辆电池荷电状态(SOC)得到发动机请求充电功率，再根据发动机请求充电功率和发动机的最优曲线得到发动机目标转速V2；
(3)当P1转速控制进入正负扭矩都可以模式时，发动机目标转速V3等于固定预设值M，本实施例中M＝1050rpm。
更进一步的，转速控制扭矩的计算同样也跟发动机转速控制模式有关。
(1)当P1转速控制进入正负扭矩都可以模式或闭环控制模式时，此时混合动力汽车离合器处于脱离或者从脱离到结合的过程中，为了维持发动机转速为目标转速，此时采用PID控制算法，以发动机目标转速Vn(n＝1、3)和发动机实际转速V0的差值SpeedDiffn(n＝1、3)为控制对象，计算PID的参数，然后基于PID的参数计算出转速控制请求扭矩Tn(n＝1、3)。
所述采用PID控制算法计算转速控制请求扭矩，具体步骤如下：
S1，根据所述SpeedDiffn查寻经验总结的发动机控制系数表，确定扭矩时间常数λn和进气系统时间常数τAirn和转速系数fn；
S2，计算PID控制的P项参数KPn、I项参数KIn、D项参数KDn，具体公式如下：
式中，J为发动机的转动惯量；
S3，计算转速控制请求扭矩的P项扭矩TPn、I项扭矩TIn、D项扭矩TDn，具体公式如下：
式中，dspeedn为发动机转速变化率，C为常数；
S4，计算转速控制请求扭矩Tn＝TPn+TIn+TDn；
上述步骤中，当P1转速控制进入闭环控制模式时n＝1，当P1转速控制进入正负扭矩都可以模式时n＝3。
其中，所述发动机控制系数表是通过多次发动机测试经验总结得出的，并提前输入了车辆控制器中，在算法程序运行时进行查询和读取；所述请求扭矩是通过请求P1电机的扭矩，通过充放电的方式调节发动机的转速，让发动机的转速维持在最佳的转速附近。
(2)当P1转速控制进入仅正扭矩控制模式时，混合动力汽车离合器完全结合，混动模式进入并联模式，发动机转速控制请求扭矩T2从负值开始慢慢上升到0，最终在并联模式下转速控制请求扭矩T2始终保持为0Nm。
本发明提供一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法具体流程如图2所示，包括如下步骤：
S1，判断混动模式是否请求从串联转为并联，若是，则执行步骤S2，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S2，判断离合器是否允许结合且准备结合，若是，则执行步骤S3，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S3，发动机P1转速控制进入闭环控制模式，并计算此时发动机目标转速V1；
S4，计算发动机目标转速V1和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff1；
S5，采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T1；
S6，判断离合器是,结合完成，若是，则执行步骤S7，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S7，发动机P1转速控制进入仅正扭矩控制模式，并计算此时发动机目标转速V2；
S8，当前转速控制请求扭矩T2从负值开始慢慢上升到0Nm，并始终保持为0Nm；
S9，判断混动模式是否请求从并联转为串联，若是，则执行步骤S10，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S10，发动机P1转速控制进入正负扭矩都可以模式，并计算此时发动机目标转速V3；
S11，计算发动机目标转速V3和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff3；
S12，采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T3。
采用上述的一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，根据行驶过程中车辆离合器的状态，将发动机P1转速控制模式划分为了三种不同控制模式，然后综合考虑离合器两端的转速的差异以及发动机的油耗和最佳曲线，在不同控制模式下分别得出不同的发动机目标转速和转速控制请求扭矩，能够有效减少混动模式切换时车辆的顿挫感，并能够提高车辆的驾驶性和经济性。
同时，采用PID控制算法，计算闭环控制模式和正负扭矩都可以模式下的发动机转速控制请求扭矩，能够有效提高发动机扭矩控制的准确性和稳定性，进一步提升了车辆高速行驶时的平稳性。
基于上述方法，本发明还提供：
一种车辆控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的方法。
一种非暂态可读存储介质，其上存储有程序，该程序被车辆控制器执行时实现上述一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法。
一种混合动力汽车，包括上述的车辆控制器。
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，其特征在于：在混合动力汽车发动机运行过程中，当汽车进行混动模式切换时，根据离合器的不同状态，执行不同的发动机转速控制策略，具体控制策略如下：
当离合器没有结合且有结合的趋势时，发动机P1转速控制进入闭环控制模式，设定此时发动机目标转速V1等于发动机P3电机的转速VP3，然后计算发动机目标转速V1和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff1，并采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T1；
当离合器完全结合时，发动机P1转速控制进入仅正扭矩控制模式，首先通过发动机的万有特性曲线得到发动机的油耗和最优曲线，然后根据驾驶员请求功率和车辆电池荷电状态得到发动机请求充电功率，再根据发动机请求充电功率和发动机的最优曲线得到发动机目标转速V2，此时发动机转速控制请求扭矩T2从负值开始慢慢上升到0，最终在并联模式下转速控制请求扭矩T2始终保持为0Nm；
当离合器完全脱离时，发动机P1转速控制进入正负扭矩都可以模式，此时发动机目标转速V3等于固定预设值M，然后计算发动机目标转速V3和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff3，并采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T3。
2.根据权利要求1所述的一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1，判断混动模式是否请求从串联转为并联，若是，则执行步骤S2，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S2，判断离合器是否允许结合且准备结合，若是，则执行步骤S3，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S3，发动机P1转速控制进入闭环控制模式，并计算此时发动机目标转速V1；
S4，计算发动机目标转速V1和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff1；
S5，采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T1；
S6，判断离合器是,结合完成，若是，则执行步骤S7，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S7，发动机P1转速控制进入仅正扭矩控制模式，并计算此时发动机目标转速V2；
S8，当前转速控制请求扭矩T2从负值开始慢慢上升到0Nm，并始终保持为0Nm；
S9，判断混动模式是否请求从并联转为串联，若是，则执行步骤S10，若否，则维持原有混动模式逻辑；
S10，发动机P1转速控制进入正负扭矩都可以模式，并计算此时发动机目标转速V3；
S11，计算发动机目标转速V3和发动机实际转速V0的差值SpeedDiff3；
S12，采用PID控制算法，计算此时发动机转速控制请求扭矩T3。
3.根据权利要求1或2所述的一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，其特征在于，所述PID控制算法具体包括如下步骤：
S1，根据SpeedDiffn查寻发动机控制系数表，确定扭矩时间常数λn和进气系统时间常数τAirn和转速系数fn；
S2，计算PID控制的P项参数KPn、I项参数KIn、D项参数KDn，具体公式如下：
式中，J为发动机的转动惯量；
S3，计算转速控制请求扭矩的P项扭矩TPn、I项扭矩TIn、D项扭矩TDn，具体公式如下：
式中，dspeedn为发动机转速变化率，C为常数；
S4，计算转速控制请求扭矩Tn＝TPn+TIn+TDn；
上述步骤中，当P1转速控制进入闭环控制模式时n＝1，当P1转速控制进入正负扭矩都可以模式时n＝3。
4.根据权利要求1或2所述的一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，其特征在于，所述闭环控制模式，具体为混动模式有从串联模式转到并联模式的趋势，此时此时发动机目标转速V1等于发动机P3电机的转速VP3。
5.根据权利要求1或2所述的一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，其特征在于，所述仅正扭矩控制模式，具体为混动模式为并联模式，首先通过发动机的万有特性曲线得到发动机的油耗和最优曲线，然后根据驾驶员请求功率和车辆电池荷电状态得到发动机请求充电功率，再根据发动机请求充电功率和发动机的最优曲线得到发动机目标转速V2。
6.根据权利要求1或2所述的一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，其特征在于，所述正负扭矩都可以模式，具体为混动模式为串联模式，此时发动机目标转速V3等于固定预设值M。
7.根据权利要求3所述的一种混动车型模式切换时发动机转速控制方法，其特征在于：所述发动机控制系数表是通过多次发动机测试经验总结得出的。
8.一种车辆控制器，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的方法。
9.一种非暂态可读存储介质，其上存储有程序，其特征在于，该程序被车辆控制器执行时实现如权利要求1至7中任意一项所述的方法。
10.一种混合动力汽车，其特征在于：包括权利要求8所述的车辆控制器。
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