專利名稱::一種混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
:本發(fā)明涉及混合動(dòng)力汽車的電機(jī)控制領(lǐng)域,具體講就是電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng)。技術(shù)背景隨著目前全球變暖現(xiàn)象日趨嚴(yán)重,以及越來(lái)越緊張的石油供需矛盾,"環(huán)保和節(jié)能"、"人、車、自然完美和諧"早已經(jīng)成為汽車界的公共話題。混合動(dòng)力汽車將電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)合理地組合在一起,發(fā)揮電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)勢(shì)來(lái)彌補(bǔ)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的弱點(diǎn),使發(fā)動(dòng)機(jī)保持在最佳工況工作,能夠?qū)崿F(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的怠速停機(jī)、輔助驅(qū)動(dòng)以及再生制動(dòng)能量回收等功能。因此,混合動(dòng)力汽車既提高了車輛的駕駛性能,節(jié)省了能量消耗,同時(shí)還降低了發(fā)動(dòng)機(jī)排放,充分發(fā)揮了內(nèi)燃機(jī)汽車和電動(dòng)汽車的優(yōu)點(diǎn),是當(dāng)今最具實(shí)際開(kāi)發(fā)意義的低排放和低油耗汽車。由于混合動(dòng)力系統(tǒng)是發(fā)動(dòng)機(jī)及電機(jī)系統(tǒng)的組合,電機(jī)系統(tǒng)控制的優(yōu)劣對(duì)混合動(dòng)力系統(tǒng)的性能有著重要影響。為了使混合動(dòng)力系統(tǒng)整車具有良好的平順性,對(duì)混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理是混合動(dòng)力電機(jī)控制系統(tǒng)中的一個(gè)必要環(huán)節(jié)。對(duì)于電機(jī)扭矩的平滑處理一般控制系統(tǒng)都是設(shè)定一個(gè)扭矩變化步長(zhǎng),簡(jiǎn)單的對(duì)扭矩變化曲線的斜率進(jìn)行了控制。這種控制方法得到扭矩變化曲線雖然是連續(xù)的,但是并不是平滑的,而且如果扭矩需求變化大的情況其響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng),破壞了整車的加速性能需求。因此對(duì)于混合動(dòng)力系統(tǒng)對(duì)電機(jī)扭矩進(jìn)行合理的、高效的平滑處理非常有必要。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的就是提供一種混合動(dòng)力汽車電機(jī)扭矩平滑處理系統(tǒng),用于提高混合動(dòng)力電機(jī)扭矩輸出的平滑性,并保證電機(jī)扭矩響應(yīng)5的及時(shí)性,從而保證了混合動(dòng)力整車系統(tǒng)的加速性及其平順性。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)及變速箱通過(guò)一根軸機(jī)械相連,電機(jī)為起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)一體化機(jī)ISG,混合動(dòng)力控制器HCU、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS、電機(jī)控制器MCU以及電池管理系統(tǒng)BMS通過(guò)CAN總線進(jìn)行通信,其特征在于混合動(dòng)力控制器HCU包括電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),該電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)工作模式進(jìn)行判斷并實(shí)施以下控制(1)、判斷電機(jī)的需求工作模式,電機(jī)需求工作模式分為空閑、電動(dòng)模式一、電動(dòng)模式二、發(fā)電和再生制動(dòng)五種;(2)、判斷電機(jī)當(dāng)前工作模式,電機(jī)當(dāng)前工作模式是根據(jù)電機(jī)實(shí)際輸出扭矩T0Ut判斷的;(3)、判斷電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換,電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換劃分為兩種,一種是向空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換,另一種是脫離空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換;(4)、判斷電機(jī)需求工作模式是否穩(wěn)定,初始工作模式是空閑模式;(5)、判斷是否是向空閑模式轉(zhuǎn)換;(6)、確定向空閑模式轉(zhuǎn)換情況下的電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù);(7)、根據(jù)電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式確定目標(biāo)扭矩;(8)、確定電機(jī)實(shí)際輸出扭矩。本發(fā)明的電機(jī)扭矩平滑處理系統(tǒng)是混合動(dòng)力控制系統(tǒng)HCU中的一個(gè)子系統(tǒng),混合動(dòng)力控制器首先根據(jù)整車的狀態(tài)判斷來(lái)確定電機(jī)的目標(biāo)工作模式以及其需求扭矩大小,然后通過(guò)電機(jī)扭矩平滑處理子系統(tǒng)對(duì)電機(jī)扭矩平滑處理,最后平滑好扭矩會(huì)通過(guò)CAN發(fā)送給電機(jī)控制器MCU去實(shí)現(xiàn)該扭矩。本發(fā)明根據(jù)電機(jī)特點(diǎn)將電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換分為向空閑模式轉(zhuǎn)換及脫離空閑模式轉(zhuǎn)換兩種情況。如果電機(jī)是向空閑模式轉(zhuǎn)換則根據(jù)鎖定的電機(jī)工作模式確定電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)及目標(biāo)扭矩參數(shù);如果電機(jī)是脫離空閑模式轉(zhuǎn)換則根據(jù)電機(jī)目標(biāo)工作模式確定電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù),這種情況下的目標(biāo)扭矩參數(shù)就是混合動(dòng)力控制器根據(jù)整車狀態(tài)得到的需求電機(jī)輸出扭矩;在電機(jī)工作模式不轉(zhuǎn)換情況下,電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)及目標(biāo)扭矩參數(shù)確定則相對(duì)比較簡(jiǎn)單。在電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)及目標(biāo)扭矩參數(shù)后,根據(jù)公式可以得到實(shí)際輸出扭矩的大小。由于以平滑時(shí)間參數(shù)為目標(biāo),所以電機(jī)扭矩平滑時(shí)間不會(huì)由于電機(jī)需求扭矩變化的大小而隨之變大或變小,提高了電機(jī)扭矩的時(shí)間響應(yīng)特性;而且這種控制系統(tǒng)得到輸出扭矩步長(zhǎng)是隨著時(shí)間逐漸減小的,使電機(jī)扭矩真正實(shí)現(xiàn)了平滑過(guò)渡,提高了駕駛的舒適性。另外本控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)當(dāng)前工作模式判斷是通過(guò)電機(jī)輸出扭矩來(lái)判斷的,是一種反饋控制,使本控制系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定。圖1是本發(fā)明的混合動(dòng)力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖;圖2是本發(fā)明電機(jī)扭矩平滑處理的控制流程圖;圖3是電機(jī)當(dāng)前工作模式控制流程圖,電機(jī)的當(dāng)前工作模式分為零扭矩模式、電動(dòng)模式及發(fā)電模式,是根據(jù)電機(jī)的實(shí)際輸出扭矩Tout確定的;圖4是電機(jī)扭矩斜率控制系統(tǒng)平滑曲線;圖5是本發(fā)明電機(jī)扭矩平滑系統(tǒng)得到平滑曲線。具體實(shí)施方式表一是電機(jī)向空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換模式判斷表。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>電機(jī)目標(biāo)工作模式分為五種空閑模式、電動(dòng)模式一、電動(dòng)模式二、發(fā)電模式和再生制動(dòng)模式,電動(dòng)模式一是為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的輔助驅(qū)動(dòng),電動(dòng)模式二是為了提高發(fā)動(dòng)機(jī)性能的輔助驅(qū)動(dòng),再生制動(dòng)是回收制動(dòng)能量的一種發(fā)電模式,電動(dòng)模式二及再生制動(dòng)是時(shí)間響應(yīng)要求較高的電機(jī)工作模式。因?yàn)殡姍C(jī)不能夠由電動(dòng)模式直接轉(zhuǎn)換到發(fā)電模式,或者由發(fā)電模式直接轉(zhuǎn)換到電動(dòng)模式,這兩種轉(zhuǎn)換過(guò)程必須經(jīng)過(guò)空閑模式,所以如果電機(jī)目標(biāo)工作模式與當(dāng)前工作模式出現(xiàn)由電動(dòng)模式到發(fā)電模式,由發(fā)電模式到電動(dòng)模式,電動(dòng)到空閑模式,或發(fā)電到空閑模式轉(zhuǎn)換則都認(rèn)為電機(jī)工作模式向空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換。具體見(jiàn)表表二是電機(jī)脫離空閑模式轉(zhuǎn)換表??臻e電動(dòng)電動(dòng)發(fā)電再生模式一模式二制動(dòng)零扭01111矩電動(dòng)00000發(fā)電00000表二是電機(jī)脫離空閑模式轉(zhuǎn)換表。如果電機(jī)由零扭矩模式向電動(dòng)模式或發(fā)電模式轉(zhuǎn)換,則認(rèn)為電機(jī)出現(xiàn)脫離空閑模式轉(zhuǎn)換。具體見(jiàn)表見(jiàn)圖1,系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)1、電機(jī)3及變速箱4通過(guò)一根軸2機(jī)械相連,電機(jī)3為起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)一體化機(jī)ISG,混合動(dòng)力控制器HCU(9)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS8、電機(jī)控制器MCU10以及電池管理系統(tǒng)BMS11通過(guò)CAN總線12進(jìn)行通信,其特征在于混合動(dòng)力控制器HCU9包括電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),該電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)3工作模式進(jìn)行判斷并實(shí)施控制,具體控制過(guò)程結(jié)合圖2、3進(jìn)行說(shuō)明。第一步首先需要判斷電機(jī)的需求工作模式,電機(jī)需求工作模式分為空閑、電動(dòng)模式一、電動(dòng)模式二、發(fā)電和再生制動(dòng)五種;第二步,判斷電機(jī)當(dāng)前工作模式,電機(jī)當(dāng)前工作模式是根據(jù)第十步計(jì)算出的電機(jī)實(shí)際輸出扭矩Tout判斷的,如圖3所示,如果Tout大于3Nm則認(rèn)為是工作在電動(dòng)模式下,如果Tout小于-3Nm則認(rèn)為是工作在發(fā)電模式下,如果Tout是在-2Nm到2Nm之間則認(rèn)為是零扭矩模式,如果Tout大于2Nm小于3Nm而且Flagl為0時(shí)(說(shuō)明電機(jī)輸出扭矩出現(xiàn)過(guò)3Nm的情況),則認(rèn)為是工作在電動(dòng)模式,否則認(rèn)為電機(jī)仍然是工作在零扭矩模式,如果輸出扭矩大于-3Nm小于-2Nm而且Flag2為0時(shí),則認(rèn)為電機(jī)工作在發(fā)電模式下,否則認(rèn)為電機(jī)仍然工作在零扭矩模式下;第三步,判斷電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換,本系統(tǒng)中將電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換劃分為兩種,一種是向空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換,另一種是脫離空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換,具體參見(jiàn)表一及表二。第四步,判斷電機(jī)需求工作模式是否穩(wěn)定,假設(shè)控制器的工作周期是10ms,一般如果需求工作模式在40ms內(nèi)是一致的,則可以認(rèn)為需求工作模式是穩(wěn)定,初始工作模式是空閑模式;第五步,判斷是否是向空閑模式轉(zhuǎn)換,如果不是則轉(zhuǎn)到第十一步將需求工作模式設(shè)為第四步判斷得到的電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式;第六步,確定向空閑模式轉(zhuǎn)換情況下的電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù),該參數(shù)是根據(jù)第十一步鎖定的電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式確定的,如果電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式是電動(dòng)模式一,則可以將電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)設(shè)為140ms,如果電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式是電動(dòng)模式二,則可以將電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)設(shè)為130ms,如果電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式是發(fā)電模式,則可以將電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)設(shè)為150ms,如果電機(jī)穩(wěn)定穩(wěn)定需求工作模式是再生制動(dòng)模式,則可以將電機(jī)扭矩平滑時(shí)間設(shè)為130ms;第七、八、九步是根據(jù)電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式確定目標(biāo)扭矩,如果是需求發(fā)電模式或再生制動(dòng)模式,則電機(jī)目標(biāo)扭矩可以設(shè)為4Nm,否則電機(jī)扭矩目標(biāo)扭矩設(shè)為-4Nm;第十步,根據(jù)公式Tout=[tsample/(tsample+t)]*(Tnew-Told)+Told確定電機(jī)實(shí)際輸出扭矩,其中tsample是采用時(shí)間參數(shù),一般控制器為10ms,t是扭矩平滑時(shí)間參數(shù),Tnew是目標(biāo)扭矩,Told是實(shí)際輸出扭矩Tout的上一周期值,其初始值為0;第十二、十三、十四步是脫離空閑模式轉(zhuǎn)換情況下確定扭矩平滑時(shí)間參數(shù)及目標(biāo)扭矩,時(shí)間參數(shù)根據(jù)電機(jī)需求工作模式確定,如果需求電動(dòng)模式一則扭矩平滑時(shí)間參數(shù)可以設(shè)為330ms,如果需求電動(dòng)模式二則平滑時(shí)間參數(shù)為250ms,如果需求發(fā)電模式則平滑時(shí)間參數(shù)可以設(shè)為320ms,如果需求再生制動(dòng)模式則平滑時(shí)間參數(shù)可以設(shè)為350ms,目標(biāo)扭矩就是實(shí)際需求扭矩,然后轉(zhuǎn)到第十步計(jì)算Tout;第十五、十六步,如果既不是向空閑模式轉(zhuǎn)換也不是脫離空閑模式轉(zhuǎn)換,則認(rèn)為沒(méi)有模式轉(zhuǎn)換需要,是一種比較安全的情況,這種情況下可以將扭矩平滑時(shí)間參數(shù)設(shè)為170ms,目標(biāo)扭矩就是實(shí)際輸出扭矩,然后轉(zhuǎn)到第十步根據(jù)公式計(jì)算Tout。權(quán)利要求1、一種混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)(1)、電機(jī)(3)及變速箱(4)通過(guò)一根軸(2)機(jī)械相連,電機(jī)(3)為起動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)一體化機(jī)ISG,混合動(dòng)力控制器HCU(9)、發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)EMS(8)、電機(jī)控制器MCU(10)以及電池管理系統(tǒng)BMS(11)通過(guò)CAN總線(12)進(jìn)行通信,其特征在于混合動(dòng)力控制器HCU(9)包括電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),該電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)(3)工作模式進(jìn)行判斷并實(shí)施以下控制(1)、判斷電機(jī)的需求工作模式,電機(jī)需求工作模式分為空閑、電動(dòng)模式一、電動(dòng)模式二、發(fā)電和再生制動(dòng)五種;(2)、判斷電機(jī)當(dāng)前工作模式,電機(jī)當(dāng)前工作模式是根據(jù)電機(jī)實(shí)際輸出扭矩Tout判斷的;(3)、判斷電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換,電機(jī)工作模式轉(zhuǎn)換劃分為兩種,一種是向空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換,另一種是脫離空閑狀態(tài)轉(zhuǎn)換;(4)、判斷電機(jī)需求工作模式是否穩(wěn)定,初始工作模式是空閑模式;(5)、判斷是否是向空閑模式轉(zhuǎn)換;(6)、確定向空閑模式轉(zhuǎn)換情況下的電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù);(7)、根據(jù)電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式確定目標(biāo)扭矩;(8)、確定電機(jī)實(shí)際輸出扭矩。2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),其特征在于根據(jù)公式Tout=[tsample/(tsample+t)]*(Tnew-Told)+Told確定電機(jī)實(shí)際輸出扭矩,其中tsample是采用時(shí)間參數(shù),一般控制器為10ms,t是扭矩平滑時(shí)間參數(shù),Tnew是目標(biāo)扭矩,Told是實(shí)際輸出扭矩Tout的上一周期值,其初始值為0。3、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),其特征在于判斷電機(jī)當(dāng)前工作模式是根據(jù)電機(jī)實(shí)際輸出扭矩Tout判斷的,如果Tout大于3Nm則認(rèn)為是工作在電動(dòng)模式下,如果Tout小于-3Nm則認(rèn)為是工作在發(fā)電模式下,如果Tout是在-2Nm到2Nm之間則認(rèn)為是零扭矩模式,如果Tout大于2Nm小于3Nm而且Flagl為0時(shí),則認(rèn)為是工作在電動(dòng)模式,否則認(rèn)為電機(jī)仍然是工作在零扭矩模式,如果輸出扭矩大于-3Nm小于-2Nm而且Flag2為0時(shí),則認(rèn)為電機(jī)工作在發(fā)電模式下,否則認(rèn)為電機(jī)仍然工作在零扭矩模式下。4、根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),其特征在于判斷電機(jī)需求工作模式是否穩(wěn)定,假設(shè)控制器的工作周期是10ms,一般如果需求工作模式在40ms內(nèi)是一致的,則可以認(rèn)為需求工作模式是穩(wěn)定,初始工作模式是空閑模式。5、根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),其特征在于判斷是否是向空閑模式轉(zhuǎn)換,如果不是則轉(zhuǎn)到鎖定工作模式為電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式。6、根據(jù)權(quán)利要求4所述的混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),其特征在于確定向空閑模式轉(zhuǎn)換情況下的電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù),該參數(shù)是鎖定的電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式確定的,如果電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式是電動(dòng)模式一,則可以將電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)設(shè)為140ms,如果電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式是電動(dòng)模式二,則可以將電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)設(shè)為130ms,如果電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式是發(fā)電模式,則可以將電機(jī)扭矩平滑時(shí)間參數(shù)設(shè)為150ms,如果電機(jī)穩(wěn)定穩(wěn)定需求工作模式是再生制動(dòng)模式,則可以將電機(jī)扭矩平滑時(shí)間設(shè)為130ms。7、根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),其特征在于根據(jù)電機(jī)穩(wěn)定需求工作模式確定目標(biāo)扭矩,如果是需求發(fā)電模式或再生制動(dòng)模式,則電機(jī)目標(biāo)扭矩可以設(shè)為4Nm,否則電機(jī)扭矩目標(biāo)扭矩設(shè)為-4Nm。8、根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),其特征在于脫離空閑模式轉(zhuǎn)換情況下確定扭矩平滑時(shí)間參數(shù)及目標(biāo)扭矩,時(shí)間參數(shù)根據(jù)電機(jī)需求工作模式確定,如果需求電動(dòng)模式一則扭矩平滑時(shí)間參數(shù)可以設(shè)為330ms,如果需求電動(dòng)模式二則平滑時(shí)間參數(shù)為250ms,如果需求發(fā)電模式則平滑時(shí)間參數(shù)可以設(shè)為320ms,如果需求再生制動(dòng)模式則平滑時(shí)間參數(shù)可以設(shè)為350ms,目標(biāo)扭矩就是實(shí)際需求扭矩,然后轉(zhuǎn)到第十一步計(jì)算Tout。9、根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合動(dòng)力電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng),其特征在于如果既不是向空閑模式轉(zhuǎn)換也不是脫離空閑模式轉(zhuǎn)換,則認(rèn)為沒(méi)有模式轉(zhuǎn)換需要。全文摘要本發(fā)明涉及混合動(dòng)力汽車的電機(jī)控制領(lǐng)域,具體講就是電機(jī)扭矩平滑處理控制系統(tǒng)。本發(fā)明首先根據(jù)整車的狀態(tài)判斷來(lái)確定電機(jī)的目標(biāo)工作模式以及其需求扭矩大小,然后通過(guò)電機(jī)扭矩平滑處理子系統(tǒng)對(duì)電機(jī)扭矩平滑處理,最后平滑好扭矩會(huì)通過(guò)CAN發(fā)送給電機(jī)控制器MCU去實(shí)現(xiàn)該扭矩。本發(fā)明提高了電機(jī)扭矩的時(shí)間響應(yīng)特性;而且這種控制系統(tǒng)得到輸出扭矩步長(zhǎng)是隨著時(shí)間逐漸減小的,使電機(jī)扭矩真正實(shí)現(xiàn)了平滑過(guò)渡,提高了駕駛的舒適性。另外本控制系統(tǒng)對(duì)電機(jī)當(dāng)前工作模式判斷是通過(guò)電機(jī)輸出扭矩來(lái)判斷的,是一種反饋控制,使本控制系統(tǒng)更加可靠穩(wěn)定。文檔編號(hào)B60W20/00GK101259845SQ20081009374公開(kāi)日2008年9月10日申請(qǐng)日期2008年4月18日優(yōu)先權(quán)日2007年12月5日發(fā)明者孫玉玲,江兆周申請(qǐng)人:奇瑞汽車股份有限公司