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原文传递一种CVT并联混合动力汽车模式切换分段协调控制方法

专利名称：	一种CVT并联混合动力汽车模式切换分段协调控制方法
摘要：	本发明针对CVT并联混合动力汽车从纯电动模式切换至发动机驱动发电模式过程中出现的冲击问题，提供一种CVT并联混合动力汽车模式切换分段协调控制方法，考虑发动机、电机的转矩响应特性和湿式离合器液压操纵系统的动态特性，将模式切换过程划分为纯电驱动、湿式离合器空行程、发动机起机、发动机转速同步、离合器结合、发动机介入驱动六个阶段，并引入模型预测算法制定分段协调控制策略，从而保证模式的平稳。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	吉林;22
申请人：	吉林大学
发明人：	曾小华;李晓建;董兵兵;孙可华
专利状态：	有效
申请日期：	2019-06-18T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-13T00:00:00+0800
申请号：	CN201910524798.2
公开号：	CN110228461A
代理机构：	长春市恒誉专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	李荣武
分类号：	B60W20/20(2016.01);B;B60;B60W;B60W20
申请人地址：	130012 吉林省长春市前进大街2699号
主权项：	1.一种CVT并联混合动力汽车模式切换分段协调控制方法，其特征在于：将纯电动模式至发动机驱动发电模式的切换过程划分为纯电驱动、湿式离合器空行程、发动机起机、发动机转速同步、离合器结合、发动机介入驱动六个阶段；第一阶段，即纯电驱动阶段，电机单独提供整车的驱动需求转矩，发动机关闭，湿式离合器分离，离合器液压缸油压为0；第二阶段，即湿式离合器空行程阶段，系统接收到控制器的模式切换命令后，湿式离合器快速充油以克服摩擦片与钢片之间的空行程，过程中湿式离合器不传递转矩；第三阶段，即发动机起机阶段，湿式离合器开始滑磨传递转矩，初始阶段滑磨转矩小于发动机阻力矩，发动机不转动；当滑磨转矩随着油压增大而增大到大于发动机阻力矩后，发动机被拖动提速，为使总输出转矩不发生突变，电机输出转矩一部分用于驱动车辆行驶，另一部分补偿离合器滑磨转矩，离合器滑磨变化不能过快也不能过大，即要在转矩可行域内进行协调控制；一般要求在0.4s内发动机拖动至点火转速并完成启动，将点火转速设为n(单位rpm)，则有如下关系如式(1)所示：式中：Tcl为离合器滑磨转矩，Nm；Tef为发动机阻力矩，Nm，是关于发动机转速的函数；Je为发动机等效转动惯量(包括发动机曲轴、飞轮及离合器主动盘惯量)，kg·m2；ωe为发动机角速度，rad/s；第四阶段，即发动机转速同步阶段，发动机开始工作输出正转矩，湿式离合器继续滑磨，发动机转速仍小于电机转速，采用基于模型预测控制的协调控制策略，协调发动机和离合器滑磨转矩使得发动机提速快的同时离合器滑磨转矩变化平稳，保证电机能在转矩变化率允许范围内补偿离合器转矩，所述模型预测控制器设计与求解过程包括以下四个步骤：步骤一：建立系统预测模型，以采样周期Ts对系统模型进行离散，为减小静态误差，引入积分环节，离散化后的增量式模型如式(2)所示：式中， Δx(k)＝x(k)-x(k-1)，Δu(k)＝u(k)-u(k-1)，Δd(k)＝d(k)-d(k-1) 步骤二：推导预测输出方程，定义预测时域p以及控制时域u，当控制时域小于预测时域时，假设控制时域之外的控制变量不变，如式(3)所示： Δu(k+i)＝0,i＝u,u+1,.......,p-1 (3) 另外，由于当前时刻不知道可测干扰量的未来取值，假设可测干扰在k时刻之后保持不变，如式(4)所示： Δd(k+i)＝0,i＝1,2,.......,p-1 (4) 根据k时刻检测到的状态x(k)计算Δx(k)，然后以Δx(k)作为预测系统的未来动态的起点，预测模型输出；在k时刻对系统未来p步输出的预测可由以下预测方程计算，如式(5)所示： Y(k+1\|k)＝SxΔx(k)+SuΔU(k)+SdΔd(k)+Icy(k) (5) 式中，从预测方程可以看出，基于发动机转速ωe和电机转速ωm的当前时刻值及未来p步的发动机输出转矩Te、离合器滑磨转矩Tcl和电机输出转矩Tm，可以预测出未来p步的离合器滑磨转速；步骤三：建立约束优化问题，控制目标为保证动力源及离合器转矩平稳变化下使发动机转速尽快靠近电机转速，将其描述为如下优化问题，如式(6)和式(7)所示： Rc＝[αΔω(k) α2Δω(k) ... αiΔω(k) ... αpΔω(k)]Tp×1 (7) 式中，Rc为定义的参考序列，α为可调参数，α越小，转速跟踪越快；优化目标的第一项\|\|Q(Y-Rc)\|\|2表示使发动机转速与电机转速差尽快跟踪上参考输入，以缩短模式切换时间，减小离合器的滑磨损失；第二项\|\|RΔU\|\|2表示控制发动机、离合器和电机转矩变化尽可能平稳；步骤四：求解约束优化问题，考虑系统部件实际存在的物理约束，发动机、电机及离合器的转矩变化是有幅值和变化率限制的，具体约束形式如式(8)所示：这样，上述的优化问题可以转化为一个二次规划问题，如式(9)所示：其中， H＝2(SuTQTQSu+RTR) G(k+1\|k)＝-2SuTQTQ[Rc-(SxΔx(k)+SdΔd(k)+Icy(k))] Cu＝[-Γ Γ -LT LT]T 上式中H≥0，因此该约束优化问题的最优解是存在的，利用二次规划方法求解最优控制序列ΔU(k)，选取ΔU(k)的第一个元素作为控制增量并作用于被控系统，在每个采样时刻重复上述优化计算过程；第五阶段，即离合器结合阶段，当发动机转速与电机转速差值小于设定阈值时，湿式离合器油压迅速增大，离合器完全结合；第六阶段，即发动机介入驱动阶段，湿式离合器保持结合，发动机和电机分别从当前转矩向能量管理策略确定的目标转矩过渡，此过程中采用“发动机动态转矩估计+电机转矩补偿”的控制策略，并对需求转矩变化率进行斜率限制，保证总输出转矩的稳定。
所属类别：	发明专利