[发明专利]一种功率分流式混合动力汽车模式切换控制方法

摘要

本发明公开了一种功率分流式混合动力汽车模式切换控制方法，所述混合动力系统包括发动机、第一电机、第二电机、第一离合器第二离合器等，所述控制方法首先划分系统工作模式为MG2直驱模式、MG1&MG2联合驱动模式、混合动力模式、发动机直驱模式、再生制动模式与机械制动模式，然后通过检测元件采集模式切换所需信息并输入控制元件，基于当前已知信息在控制元件中进行识别与判断，选择适当模式，同时给出模式判断条件中相关阈值的计算方法。本发明可实现多种工作模式的合理切换，兼顾驾驶员驾驶意图与整车行驶状态，同时确保发动机、第一电机、第二电机均工作在高效率区域，在提高经济性的同时又可保证车辆动力性，具有较高的实用性。

主权项

1.一种功率分流式混合动力汽车模式切换控制方法，其特征在于：所述功率分流式混合动力构型包含发动机、第一电机、第二电机三个动力源，动力电池和逆变器，第一离合器和第二离合器，以及制动器；所述控制方法的行驶模式包括：MG2直驱模式、MG1&MG2联合驱动模式、混合动力模式、发动机直驱模式以及再生制动模式和机械制动模式；所述行驶模式的具体驱动形式为：MG2直驱模式由第二电机直接驱动整车，第一离合器与第二离合器均断开；MG1&MG2联合驱动模式则通过第一离合器将行星架锁止，实现两电机并联驱动；混合动力模式时，发动机和第二电机共同驱动，第一电机发电，离合器均断开；发动机直驱模式时，通过离合器2将太阳轮锁止，由发动机单独提供动力；再生制动模式，制动能量由第二电机回收，离合器均断开；机械制动模式，不回收制动能量；所述模式切换控制方法包括以下步骤：A、模式切换所需信息输入通过各信号传感器采集当前车辆信息，包括加速踏板开度信号a、制动踏板开度信号b、当前车速v、当前工作模式、三个动力源的转速信息、以及电池SOC信息并计算驱动需求功率P_d、充电需求功率P_c，然后输入整车控制器；B、信号的处理与预设阈值的计算所述需求功率的计算：根据当前车速v，计算第二电机最高转速ω_max并推算发动机最高转速，然后根据发动机与第二电机各自的转速‑转矩外特性曲线通过插值得到发动机最大转矩T_e与第二电机最大转矩T₂，进而由行星齿轮传动关系得到当前系统可输出的最大总转矩T_max：T_max＝T₂+kT_e/(1+k)                              (1)则驱动需求功率P_d的计算方法为：P_d＝aT_maxω_max/9549                              (2)计算充电需求功率P_c为P_c＝β(SOC_max‑SOC_re)                             (3)式中，SOC_re为当前电池SOC，β为充电系数；若当前电池SOC低于SOC_min，则整车需求功率P_req为驱动需求功率P_d与充电需求功率P_c的和，否则整车需求功率P_req与驱动需求功率P_d相等；所述控制方法涉及阈值包括电池SOC阈值上限SOC_max和电池SOC阈值下限SOC_min、需求功率阈值P_r和纯电动模式判断阈值S_r；所述需求功率阈值P_r的计算方法为：根据功率分流混合动力系统三动力源各自的转速、转矩与效率关系的map曲线，选择发动机、第一电机、第二电机各自的高效工作区域；电机直驱模式下输出功率阈值计算公式为P_o1＝T_max2ω_max2/9549                              (4)式中，T_max2为第二电机高效工作区域最高转矩，单位Nm；ω_max2为高效工作区域最高转矩对应的最大转速，单位r/min；MG1&MG2联合驱动模式下，最优输出功率上线阈值P_o2计算公式为P_o2＝(kT′_max1+T′_max2)ω′_max1/k                           (5)式中，k为行星排特性参数，T′_max1,ω′_max1,T′_max2,ω′_max2为满足同一输出转速时，第一电机与第二电机的高效工区重叠区域部分共同限制的转速与转矩范围，满足：ω′_max2＝ω′_max1/k                                (6)则需求功率阈值P_r为P_r＝min{P_o1,P_o2,P_emin}                             (7)其中，P_emin为发动机最优工作曲线的功率下限值，单位kW；所述纯电动模式判断阈值S_r的计算方法为：选取第二电机高效率工作区域内最高转矩与对应转速，考虑该转速对应车速v_r、驾驶员非紧急加速时加速踏板变化率均值Δa_r两个因素，采用线性加权求和的方法，则纯电动模式判断阈值S_r计算方法：S_r＝n₁v_r+n₂Δa_r                                (8)式中n₁，n₂分别为v与Δα的权重系数，且满足：n₁+n₂＝1                                   (9)C、模式切换具体方法C1、检测制动踏板开度信号b大于0时，若当前电池SOC若低于电池SOC阈值上限SOC_max，进入制动能量回收模式，控制离合器1与离合器2均断开，由第二电机单独回收制动能量，否则进入机械制动模式；C2、检测制动踏板开度信号b为0，加速踏板开度信号a也为0时，汽车滑行；当检测制动踏板开度信号b为0，且加速踏板开度信号a大于0时，汽车驱动，依据后续判断进入相应的驱动功能模式：C3、若整车需求功率P_req大于需求功率阈值P_r，进一步判断当前是否处于混合动力模式或发动机直驱模式；若不是，则进入混合动力模式；若是，则进一步检测当前模式持续时间，若持续时间不足三个信号采集步长，则维持当前模式；C4、若当前模式持续时间大于等于三个信号采集步长，进一步判断当前工作点是否处于行星耦合系统机械点附近：判断发动机转速ω_e与齿圈上第二电机转速ω_MG2的关系是否满足：其中μ为一个接近0的小区间边界值，为0～0.1之间的数值，可取为0.05；若满足，则进入发动机直驱模式，否则，进入混合动力模式；C5、若需求功率P_req小于需求功率阈值P_r，则判断电池SOC，若低于电池SOC阈值下限SOC_min，则进一步依据式(10)判断当前是否工作在行星耦合机构机械点附近，重复步骤C4；否则，针对当前加速踏板变化率Δa及车速v两个参数求得线性加权和S_rel，用于纯电动模式分类：S_rel＝n₁v+n₂Δa                                (11)若S_rel≥S_r，则进入MG1&MG2联合驱动模式，否则进入MG2直驱模式。