[發(fā)明專利]一種行星式混合動(dòng)力汽車停車充電控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910234069.3
• 申請(qǐng)日: 2019-03-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109849695B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾小華;劉通;莊曉;王秀鵬;王星琦;孫楚琪;云千芮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)青島汽車研究院
• 主分類號(hào): B60L53/00
• 分類號(hào): B60L53/00;B60L7/10;B60L58/12
• 代理公司: 長(zhǎng)春市恒譽(yù)專利代理事務(wù)所(普通合伙) 22212
• 代理人: 李榮武

1.一種行星式混合動(dòng)力汽車停車充電控制方法，其特征在于：所述行星式混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力系統(tǒng)至少包括發(fā)動(dòng)機(jī)(1)、扭轉(zhuǎn)減振器(2)、行星排太陽(yáng)輪(3)、行星排齒圈(4)、行星排行星架(5)、電機(jī)2(6)、駐車制動(dòng)器(7)、主減速器(8)、行車制動(dòng)器(9)、電機(jī)2控制器(10)、動(dòng)力電池(11)、電機(jī)1控制器(12)、電機(jī)1(13)；所述電機(jī)1與行星排太陽(yáng)輪連接，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)扭轉(zhuǎn)減振器與行星排行星架連接，行星排齒圈與輸出軸連接，電機(jī)2與輸出軸同軸連接；所述動(dòng)力系統(tǒng)有D/N/R三個(gè)擋位，通過(guò)手剎實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)；行車制動(dòng)器制動(dòng)力矩除了由駕駛員踩制動(dòng)踏板控制，也能由VCU主動(dòng)控制；另外，車輛還需在車身或底盤合適位置固定安裝坡度傳感器(12)，將坡度信號(hào)傳輸至VCU；

所述的行星式混合動(dòng)力汽車停車充電控制方法包括以下步驟：

步驟1，空擋充電條件判斷：

當(dāng)四個(gè)輪速信號(hào)或者由電機(jī)2轉(zhuǎn)速換算成的車速信號(hào)絕對(duì)值小于設(shè)定值V₁，擋位為N擋并拉起手剎，電池、電機(jī)1、發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)正常且行星齒輪機(jī)構(gòu)冷卻液溫度正常時(shí)滿足停車充電條件；如果充電過(guò)程中各輪輪速絕對(duì)值大于V₂或者手剎松開(kāi)且在一定時(shí)間內(nèi)未切換到其他擋位時(shí)，認(rèn)為存在溜車風(fēng)險(xiǎn)，需求充電功率迅速降為0，然后退出空擋充電模式；如果充電過(guò)程中電池、電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)異常，需求充電功率逐漸降為0，以避免充電功率迅速減小時(shí)可能出現(xiàn)的發(fā)動(dòng)機(jī)飛車現(xiàn)象；如果駕駛員將擋位切換到D/R擋位，直接退出停車充電模式，充電需求功率由D/R擋對(duì)應(yīng)模式解析得到；

步驟2，最大允許發(fā)電功率計(jì)算

根據(jù)電池允許充電功率、附件消耗電功率以及駐車制動(dòng)安全允許的發(fā)電扭矩解析得到最大允許發(fā)電功率；

1)停車狀態(tài)最大行駛阻力計(jì)算

停車狀態(tài)車輛能夠有效提供的最大靜態(tài)行駛阻力計(jì)算如下：

F＝mg sinδ+mgf cosδ (1)

其中m為整車質(zhì)量，δ為坡道角度，f為靜態(tài)滾動(dòng)阻力系數(shù)；δ為正時(shí)表示上坡坡道，反之表示下坡坡道；

考慮到整車質(zhì)量估計(jì)偏差較大，為了充分保障行車安全，m取空載質(zhì)量；考慮測(cè)量誤差，坡道角度δ取值范圍為[δ_min,δ_max]，上坡時(shí)δ取δ_min，下坡時(shí)取δ_max；

2)最大允許發(fā)電功率計(jì)算

發(fā)電時(shí)動(dòng)力系統(tǒng)輸出軸允許最大驅(qū)動(dòng)扭矩為：

T_dmax＝γ_pbi_o(T_bmax+Fr_t)/η_t (2)

式中γ_pb為制動(dòng)安全折扣因子，i_o為主減速比，T_bmax為制動(dòng)系統(tǒng)能夠作用于車輪的最大制動(dòng)扭矩，r_t為輪胎靜力半徑，η_t為動(dòng)力系統(tǒng)輸出軸至車輪的傳動(dòng)效率；制動(dòng)時(shí)最大允許發(fā)電功率為：

P_cmax1＝T_dmax·n/(kη_sc) (3)

其中n為電機(jī)1轉(zhuǎn)速，k為行星排特征參數(shù)，η_sc為行星排太陽(yáng)輪至行星排行星架傳動(dòng)效率；

電池特性和附件消耗允許最大充電功率為：

P_cmax2＝P_bmax+P_acc (4)

式中P_bmax為電池允許最大充電功率，P_acc為附件消耗電功率；

最大允許發(fā)電功率為：

P_cmax＝min[P_cmax1,P_cmax2] (5)

步驟3，充電控制

當(dāng)停車狀態(tài)下駐車制動(dòng)有效時(shí)，駕駛員可以通過(guò)踩加速/制動(dòng)踏板切換到主動(dòng)控制模式；充電時(shí)需要根據(jù)充電功率大小解析得到制動(dòng)器需求制動(dòng)扭矩；

1)制動(dòng)扭矩解析

(1)輸出軸驅(qū)動(dòng)扭矩計(jì)算

分別由電機(jī)1和發(fā)動(dòng)機(jī)估算扭矩計(jì)算發(fā)電時(shí)傳遞到動(dòng)力系統(tǒng)輸出軸的驅(qū)動(dòng)扭矩；

其中T_mg1和T_e分別表示電機(jī)1和發(fā)動(dòng)機(jī)的估算扭矩，T_tr1和T_tr2分別表示由電機(jī)1和發(fā)動(dòng)機(jī)估算扭矩計(jì)算得到的輸出軸驅(qū)動(dòng)扭矩，k為行星排特征參數(shù),η_sr為行星排太陽(yáng)輪至行星排齒圈傳動(dòng)效率，η_cr為行星排行星架至行星排齒圈傳動(dòng)效率，出于安全考慮驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)扭矩取較大值，即

T_tr＝Max[T_tr1,T_tr2] (7)

(2)制動(dòng)扭矩分配

假設(shè)駐車制動(dòng)器能夠提供的制動(dòng)扭矩大小為T_p，當(dāng)T_p≥γ_pbT_tr+Fr_ti_oη_t時(shí)，認(rèn)為駐車制動(dòng)器制動(dòng)扭矩能夠滿足制動(dòng)需求，無(wú)需制動(dòng)器輔助制動(dòng)；當(dāng)T_p＜γ_pbT_tr+Fr_ti_oη_t時(shí)，不滿足制動(dòng)需求，需要驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)器提供制動(dòng)扭矩；這時(shí)驅(qū)動(dòng)輪制動(dòng)器需求制動(dòng)扭矩

2)發(fā)電功率解析

(1)默認(rèn)發(fā)電功率解析

如果SOC低于VCU設(shè)定SOC下限SOC_min或者停車前電池處于充電狀態(tài)，停車并拉起手剎后進(jìn)入充電模式，電池需求充電功率由0逐漸升高至目標(biāo)值P_br1；直到SOC達(dá)到目標(biāo)值SOC_max后，需求充電功率逐漸降為0；

(2)主動(dòng)發(fā)電功率解析

當(dāng)車輛處于停車狀態(tài)時(shí)，踩加速/制動(dòng)踏板大于一定值且維持一定時(shí)間后認(rèn)為駕駛員有主動(dòng)控制充電功率的意圖，進(jìn)入主動(dòng)充電模式；

①升功率意圖解析

當(dāng)需要升高充電功率時(shí)，駕駛員踩下加速踏板，踏板開(kāi)度α經(jīng)滯環(huán)條件Relay1輸出為1且持續(xù)時(shí)間大于T_acc1時(shí)確認(rèn)駕駛員有增加充電功率的意圖；其中T_acc1表示駕駛員踩加速踏板時(shí)充電意圖確認(rèn)時(shí)間閾值；Relay1的意義是當(dāng)α＞C_acc1時(shí)輸出為1，α＜C_acc2時(shí)輸出為0，C_acc2≤α≤C_acc1時(shí)輸出前一時(shí)刻輸出值，C_acc1、C_acc2為加速踏板開(kāi)度滯環(huán)的上限值和下限值；如果踩加速踏板前車輛處于充電狀態(tài)，從確認(rèn)充電意圖時(shí)刻開(kāi)始計(jì)時(shí)，隨著時(shí)間增加，充電需求功率線性增加；如果踩加速踏板前動(dòng)力系統(tǒng)不處于充電狀態(tài)，在確認(rèn)升功率的充電意圖后，先進(jìn)入空擋充電狀態(tài)，動(dòng)力系統(tǒng)以較小恒功率P_cl發(fā)電，P_cl為小于P_cmax的功率閾值；經(jīng)過(guò)時(shí)間T_acc2確認(rèn)充電狀態(tài)正常后，需求充電功率開(kāi)始線性增加；其中T_acc2表示充電狀態(tài)確認(rèn)時(shí)間閾值；以上兩種情況，當(dāng)功率增加至P_cmax后不再增加；

②降功率意圖解析

當(dāng)需要降低充電功率時(shí)，駕駛員踩下制動(dòng)踏板，踏板開(kāi)度β滿足Relay2和Relay3，且踩下時(shí)間大于T_brk1后，確認(rèn)減少充電功率的意圖，這時(shí)行車制動(dòng)系統(tǒng)不響應(yīng)制動(dòng)踏板信號(hào)；其中Relay2的意義是當(dāng)β＞C_brk1時(shí)輸出為1，β＜C_brk2時(shí)輸出為0，C_brk2≤β≤C_brk1時(shí)輸出前一時(shí)刻輸出值，C_brk1、C_brk2為制動(dòng)踏板滯環(huán)上下限，T_brk1表示駕駛員踩制動(dòng)踏板時(shí)充電意圖確認(rèn)時(shí)間閾值；Relay3的意義是當(dāng)β＞C_brk3時(shí)輸出為0，α＜C_brk4時(shí)輸出為1，C_brk4≤α≤C_brk3時(shí)輸出前一時(shí)刻輸出值，C_brk3、C_brk4為滯環(huán)上下限；如果踩制動(dòng)踏板前充電功率小于等于默認(rèn)充電功率下限值P_cLlim，并且Relay2和Relay3輸出信號(hào)保持為1，再經(jīng)過(guò)時(shí)間T_brk2后，充電功率降為0，然后退出充電模式；如果充電功率大于P_cLlim，則隨著踏板踩下時(shí)間增加，充電功率逐漸減小，功率最小為P_cLlim；如果需要退出充電模式，必須松開(kāi)制動(dòng)踏板并再次踩下并經(jīng)過(guò)時(shí)間T_brk2后發(fā)電功率變?yōu)?；為了充分保障制動(dòng)安全，當(dāng)制動(dòng)踏板開(kāi)度β大于C_brk1后，認(rèn)為駕駛員有制動(dòng)需求，這時(shí)行車制動(dòng)器響應(yīng)踏板開(kāi)度信號(hào)，充電功率逐漸減小；其中C_brk1滿足T_b(C_brk1)＞γ_pbT_tr+Fr_ti_oη_t；其中T_b表示驅(qū)動(dòng)輪實(shí)際制動(dòng)扭矩；

3)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)1發(fā)電控制

發(fā)電時(shí)電機(jī)1采用轉(zhuǎn)矩控制，發(fā)動(dòng)機(jī)采用轉(zhuǎn)速控制；發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)工作點(diǎn)沿系統(tǒng)等功率最優(yōu)工作曲線變化；首先，根據(jù)電機(jī)1和發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性MAP圖得到，發(fā)電時(shí)系統(tǒng)效率MAP：

η_chg＝η_csη_eη_mg1 (9)

式中，η_cs為行星排行星架至行星排太陽(yáng)輪的傳動(dòng)效率，η_e為發(fā)動(dòng)機(jī)能量轉(zhuǎn)換效率MAP，η_mg1為電機(jī)1發(fā)電效率MAP；

由η_chg得到等功率最低燃油消耗率曲線，由該曲線解析得到發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速和電機(jī)1目標(biāo)扭矩；考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)低轉(zhuǎn)速低負(fù)荷工作不穩(wěn)定且負(fù)荷油耗偏高，設(shè)置發(fā)動(dòng)機(jī)最低工作點(diǎn)；充分考慮電機(jī)1和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩范圍限制；當(dāng)需求充電功率由0變?yōu)槟J(rèn)值后，為了避免工作點(diǎn)突變引起的沖擊，發(fā)動(dòng)機(jī)先控制轉(zhuǎn)速升高至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，待轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后，電機(jī)1轉(zhuǎn)矩逐漸增加至目標(biāo)扭矩；當(dāng)需求發(fā)電功率增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)工作點(diǎn)沿最優(yōu)工作曲線變化；當(dāng)目標(biāo)充電功率解析得到的轉(zhuǎn)矩達(dá)到允許轉(zhuǎn)矩時(shí)，轉(zhuǎn)矩不再增加，轉(zhuǎn)速增加以滿足功率需求；當(dāng)需求充電功率減小時(shí)，如果工作點(diǎn)在最優(yōu)曲線右側(cè)，先降低轉(zhuǎn)速，待工作點(diǎn)回落至最優(yōu)工作曲線后工作點(diǎn)沿曲線變化；當(dāng)需求充電功率變?yōu)?后，電機(jī)1扭矩先逐漸降為0，然后發(fā)動(dòng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速至怠速轉(zhuǎn)速；

步驟4，充電異常處理

針對(duì)以下幾種異常情況作出相應(yīng)處理：

1)如果充電過(guò)程中某一輪速絕對(duì)值大于V₃或者根據(jù)輪速計(jì)算累計(jì)行車距離滿足|∫Vdt|＞S₁，則認(rèn)為存在溜車風(fēng)險(xiǎn)，充電功率應(yīng)該減小；其中V₃為溜車風(fēng)險(xiǎn)輪速閾值，S₁為溜車風(fēng)險(xiǎn)距離閾值；

2)當(dāng)累計(jì)行車距離滿足|∫Vdt|＞S₂時(shí)，認(rèn)為發(fā)生溜車，這時(shí)充電需求功率降為0，迅速增加行車制動(dòng)器制動(dòng)力，并且電機(jī)2零轉(zhuǎn)速控；從溜車開(kāi)始計(jì)時(shí)，如果一定時(shí)間內(nèi)溜車距離很小，電機(jī)2退出0轉(zhuǎn)速控；其中S₂為溜車確認(rèn)距離閾值；

3)當(dāng)電機(jī)1溫度過(guò)高或行星排潤(rùn)滑油溫度過(guò)高或過(guò)低時(shí)限制其最高轉(zhuǎn)速；

4)當(dāng)行車制動(dòng)器或者駐車制動(dòng)器過(guò)熱時(shí)，應(yīng)該減小充電扭矩，同時(shí)適當(dāng)提高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，避免充電功率下降過(guò)快；

5)如果行車制動(dòng)器參與制動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)故障或電機(jī)1、發(fā)動(dòng)機(jī)任意一個(gè)部件出現(xiàn)故障且電池?zé)o故障時(shí)迅速退出空擋發(fā)電模式，電機(jī)2進(jìn)行0轉(zhuǎn)速控。