[发明专利]混合动力汽车传动系统的动力学参数识别方法

说明书

本发明公开了一种混合动力汽车传动系统的动力学参数识别方法，包括：根据实时传递转矩和扭转角得到扭转减振器和离合器刚度曲线；根据在加减速过程中的加速度值和所受到的转矩得到发动机、ISG电机和TM电机转动惯量；根据高速自然停机工况获取实时角加速度，再乘以系统总转动惯量换算得到发动机的摩擦力矩；根据单缸模型推导出理论的周期性气体力矩和惯性力矩；通过ISG电机以不同恒转矩倒拖发动机加速得到ISG电机转矩响应时间常数，并且通过ICE恒转矩拖动ISG电机充电得到ICE转矩响应时间常数。该方法有效提高识别的便捷性和准确性，简单易实现。

技术领域

本发明涉及车辆技术领域，特别涉及一种混合动力汽车传动系统的动力学参数识别方法。

背景技术

随着节能环保政策的推行，新能源汽车得到快速发展，而混合动力汽车作为传统燃油车向纯电驱动的一种过渡，在全球范围内受到不少主机厂和消费者的青睐。传统汽车，发动机作为汽车最主要的激振源，其转矩直接输出在传动系中。对于混合动力汽车而言，其传动系中包含一个或多个电机，电机的引入使得混合动力系统的扭转振动特性发生改变。由于电机和发动机转矩输出特性不同，多动力源系统若匹配不当，更容易恶化整车的振动噪声性能，甚至发生断轴等安全性问题。

为了快速低成本地开发出性能优良的混合动力系统，测试改进有问题的动力系统构型，软件仿真必不可少。对此，得到准确的系统零部件动力学参数和控制性能参数，是保证仿真精度的关键。

与传统汽车相比，混合动力传动系统集成度更高。一体式封装使得轴系裸露部位减少，导致包括测齿法和激光转速传感器在内的测量旋转部件转速的传统方法难以胜任对混合动力传动系统参数的测量。实际工程中，对于某些系统参数，生产厂家难以提供准确的数值，比如发动机的摩擦力矩特性；还有一些参数会因安装精度和生产过程等发生变化，如发动机惯性力矩、扭转减振器与离合器的刚度曲线等。

混合动力系统的动力学参数主要包含系统激振力矩、主要部件的转动惯量、相关部件的刚度及阻尼参数。其中系统内部的激振力矩主要来源于发动机和电机。目前，用来表征发动机转矩非线性响应特性的模型主要有：单缸模型、均值模型以及基于台架试验数据拟合出的稳态和动态特性MAP图。单缸模型不能足够准确地表征出实际的转矩波动幅值及频率，通常需要根据实际试验来修正；后两种模型给出的都是发动机实时输出转矩的平均值，不能反映瞬时转矩的波动。相关技术中，采用单缸模型从理论上详细推导了发动机实时输出转矩的构成，清晰明了，但都未经过试验验证或系数修正。为了更加真实地表征发动机瞬态波动转矩，相关技术中，将发动机输出平均转矩与主谐次正弦波动转矩叠加，其处理含义明确、简单实用，但波动幅值及相位并不准确。另外，相关技术中，依据不同工况将实测满负荷缸压数据乘以相应系数来模拟发动机气体激励力矩，并建立了时变的活塞连杆机构等效转动惯量，采用加速工况试验对比验证仿真模型。但其中未考虑发动机的时变摩擦力矩。

相对于发动机，电机输出转矩的波动幅值较小，主要由电磁转矩与齿槽转矩波动构成，研究方法主要有解析法和有限元法，其输出转矩均值可以通过控制器或者CAN总线(Controller Area Network，CAN总线)上获取。基于麦克斯韦张量理论推导得到电磁转矩和齿槽转矩的解析模型，并用有限元法进行验证，分析了转矩波动各阶成分与气隙磁通密度谐波之间的关系，最后利用径向变极弧系数法，将转矩波动幅值占平均转矩的比例由8％降到了2％左右。

由于控制器与执行器的时延，电机或者发动机的响应存在一定滞后。这种时滞会影响传动系统的动态性能，如模式切换过程中的舒适性，或者扭振主动控制的效果。通常采用一阶惯性环节描述这种时滞特性，并定义转矩响应时间常数τ。

由于连杆、活塞的等效转动惯量是曲轴转角和转速的函数，发动机系统的等效转动惯量是时变的。通常情况下，主机厂可以提供飞轮、曲轴的转动惯量，以及活塞、连杆的质量及结构尺寸，但往往难以准确提供水泵、压缩机等附件系统的转动惯量。传动系统中其他的旋转部件，例如电机转子系统，因为结构规则对称，厂家通常可以提供相当准确的转动惯量数值。