[發(fā)明專利]一種液壓輪轂混合動(dòng)力車輛多模式切換控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910332373.1
• 申請(qǐng)日: 2019-04-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110001620B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-04-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾小華;張軒銘;宋大鳳;錢琦峰;牛超凡;陳建新;高福旺;李曉建
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B60W20/00
• 分類號(hào): B60W20/00;B60W10/30;B60W10/26
• 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

1.一種液壓輪轂混合動(dòng)力車輛多模式切換控制方法，包括工作模式的劃分、抽象行駛工況特征，與步驟一中的工況模式建立初步映射關(guān)系、細(xì)化最優(yōu)控制模式，旨在實(shí)現(xiàn)了全工況范圍內(nèi)規(guī)劃蓄能器SOC的使用路徑，使系統(tǒng)達(dá)到高平均綜合傳動(dòng)效率；其特征在于：

步驟一，工作模式的劃分：液壓輪轂混合動(dòng)力車輛在路面上行駛時(shí)，可分為三種工作模式，一是泵助力模式(ADM)，即液壓泵與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，其中液壓泵和液壓馬達(dá)形成閉式液壓回路，二是蓄能器助力模式(AADM)，即蓄能器與發(fā)動(dòng)機(jī)共同工作，驅(qū)動(dòng)車輛行駛，三是最優(yōu)控制模式(OPT)，當(dāng)進(jìn)入此模式，即允許液壓系統(tǒng)進(jìn)入最優(yōu)控制層，尋找使得當(dāng)前整車經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的目標(biāo)工作模式；

步驟二，抽象當(dāng)前行駛工況特征，與步驟一中的工況模式建立初步映射關(guān)系：本步驟映射關(guān)系的建立采用的模糊邏輯控制方法，駁離行駛工況特征中的整車質(zhì)量、路面附著、道路坡度作為模糊輸入條件，以目標(biāo)工作模式作為輸出條件，模糊規(guī)則表的制定參考實(shí)車道路實(shí)驗(yàn)，所述實(shí)驗(yàn)是測(cè)試車輛在不同載重狀態(tài)、不同路面附著條件下各工作模式的爬坡性能，制得，其一般描述為在中高附著、較大坡度路面，系統(tǒng)更多的進(jìn)入蓄能器助力模式工作，提高動(dòng)力性，在中低附著路面，系統(tǒng)則傾向于開(kāi)啟泵助力模式助力，提高車輛通過(guò)性；隨著車輛載荷降低，系統(tǒng)更多的選擇最優(yōu)控制模式，即進(jìn)入最優(yōu)控制層控制，提高車輛經(jīng)濟(jì)性；

步驟三，針對(duì)步驟二中的最優(yōu)控制模式，進(jìn)行細(xì)化控制：具體可分為步驟三(a)和步驟三(b)；

步驟三(a),在車速-需求功率坐標(biāo)下觀察系統(tǒng)工作模式分布,在坐標(biāo)圖中將不同的模式工作點(diǎn)表現(xiàn)出來(lái)，觀察各個(gè)模式工作點(diǎn)的分布情況，并以它們之間的界限是否清晰為判斷依據(jù)，將最優(yōu)控制模式細(xì)化分為單一工作模式和混合工作模式；

步驟三(b),針對(duì)步驟三(a)中的混合工作模式，通過(guò)LQR調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)蓄能器目標(biāo)SOC跟蹤控制，并用龐特里亞金極小值原理推導(dǎo)出使系統(tǒng)輸出誤差穩(wěn)定在零附近位置時(shí)的最優(yōu)控制量：

從整個(gè)系統(tǒng)的角度看，蓄能器SOC的變化主要與發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率P_e以及實(shí)際駕駛員的需求功率P_req相關(guān)，并存在式(1)所示的關(guān)系：

式中，k(SOC)表示發(fā)動(dòng)機(jī)功率或者駕駛員需求功率向蓄能器SOC的折算系數(shù)、η_pe2acc表示發(fā)動(dòng)機(jī)功率向蓄能器功率轉(zhuǎn)化時(shí)的效率，0＜η_pe2acc＜1、η_pre2acc表示駕駛員需求功率向蓄能器功率轉(zhuǎn)化時(shí)的效率，η_pre2acc＞1，實(shí)際是η_pe2acc的倒數(shù)，P_w,acc＝η_pe2accP_e-η_pre2accP_req，表示蓄能器的實(shí)際充放能功率；

引入蓄能器剩余能量狀態(tài)(SOE，state of energy)的概念，如式(2)所示：

式中，E_acc表示蓄能器實(shí)際能量、E_min表示蓄能器最小存儲(chǔ)能量，即預(yù)充能量、E_max表示蓄能器最大存儲(chǔ)能量，即當(dāng)蓄能器充滿時(shí)可儲(chǔ)備的能量,結(jié)合式(1)與式(2)，如式(3)所示：

進(jìn)而，得到折算因子K(SOC)的最終表達(dá)形式，如式(4)所示：

進(jìn)一步，以上述蓄能器SOC為狀態(tài)變量、蓄能器充放能功率為控制變量，根據(jù)式(1)可得到輪轂液壓系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程，如式(5)所示：

式中，A＝0,C＝1，B(x,t)＝K(SOC)，系統(tǒng)狀態(tài)變量x(t)＝SOC(t)，系統(tǒng)控制變量u(t)＝P_w,acc(t)，由于狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣A＝0，該系統(tǒng)的狀態(tài)空間屬于半正定二次型；

根據(jù)式(5)所示的系統(tǒng)狀態(tài)空間方程，采用LQR調(diào)節(jié)器實(shí)現(xiàn)蓄能器目標(biāo)SOC跟蹤控制，根據(jù)系統(tǒng)輸出期望值y_r(t)定義系統(tǒng)跟蹤控制誤差：e(t)＝y(tǒng)_r(t)-y(t)，進(jìn)而建立系統(tǒng)綜合控制性能指標(biāo)，如式(6)所示：

式中，Q和R分別為狀態(tài)變量偏差與控制變量偏差的權(quán)重系數(shù)，Q≥0，R＞0，調(diào)整Q和R可以實(shí)現(xiàn)不同的控制性能，其中，性能指標(biāo)J₁＝e^T(t)Qe(t)用于表征系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)SOC調(diào)節(jié)能力；性能指標(biāo)J₂＝u^T(t)Ru(t)則用于調(diào)整系統(tǒng)控制變量的波動(dòng)范圍；

進(jìn)一步，可根據(jù)龐特里亞金極小值原理推導(dǎo)出使系統(tǒng)輸出誤差穩(wěn)定在零附近位置時(shí)的最優(yōu)控制量，如式(7)所示：

u^*(t)＝-R^-1B^T[P(t)x(t)-g(t)] (7)

式中，P(t)和g(t)是極小值原理應(yīng)用過(guò)程中產(chǎn)生的矩陣，可以根據(jù)黎卡提方程求解，如式(8)：

式(8)中的系數(shù)矩陣A、B和C與式(5)輪轂液壓系統(tǒng)的狀態(tài)空間方程中的系數(shù)矩陣一一對(duì)應(yīng)，為同一矩陣，且存在邊界條件：

假設(shè)系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)的情況下，此時(shí)系統(tǒng)終止時(shí)間t_f→∞，上述黎卡提微分方程的解P(t)除去在終端時(shí)間的一小段范圍外，其余時(shí)刻均保持常值，進(jìn)而使得此時(shí)，黎卡提方程將進(jìn)一步簡(jiǎn)化，如式(10)所示：

由于系統(tǒng)狀態(tài)空間方程中系數(shù)矩陣B(x,t)實(shí)際是隨系統(tǒng)狀態(tài)SOC變化的變量，因此，針對(duì)不同的SOC狀態(tài)以及不同的SOC控制維持目標(biāo)，可以利用式(10)分別求解得到P(x,t)和g(x,y_r,t)，令U_s(t)＝R^-1B^Tg(x,y_r,t)，K(t)＝-R^-1B^TP(x,t)，那么系統(tǒng)跟蹤目標(biāo)SOC的最優(yōu)控制器即為u^*(t)＝U_s(t)+K(t)x(t)，以此控制器作用于混合工作模式，從而實(shí)現(xiàn)了全工況范圍內(nèi)規(guī)劃蓄能器SOC的使用路徑，使系統(tǒng)達(dá)到高平均綜合傳動(dòng)效率。