一種帶發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的同軸并聯(lián)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種混合動(dòng)力汽車動(dòng)力模式切換協(xié)調(diào)控制方法，特別是關(guān)于一種帶發(fā) 動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的同軸并聯(lián)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 混合動(dòng)力電動(dòng)汽車能實(shí)現(xiàn)低速純電動(dòng)行駛以及中高速和大負(fù)荷工況下的并聯(lián)混 合動(dòng)力行駛，從而使得車輛能量流動(dòng)的控制和能量消耗的優(yōu)化具有更大的靈活性，更容易 實(shí)現(xiàn)低油耗和低排放的目標(biāo)。但由于不同動(dòng)力源的瞬態(tài)響應(yīng)特性的顯著區(qū)別，車輛動(dòng)力源 之間的切換常常會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力系統(tǒng)輸出轉(zhuǎn)矩的大幅變化或突變，從而導(dǎo)致動(dòng)力輸出的不平 穩(wěn)，對(duì)車輛產(chǎn)生較大的縱向沖擊，進(jìn)而降低車輛的駕駛性能。
[0003] 目前現(xiàn)有的混合動(dòng)力汽車控制方法中，中國(guó)專利CN101973267 B，名稱為"混合動(dòng) 力電動(dòng)汽車牽引力分層控制方法"所公開的方案中通過設(shè)置上層期望驅(qū)動(dòng)總力矩計(jì)算層、 中層動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制層和底層退出機(jī)制層對(duì)混合動(dòng)力汽車的動(dòng)力進(jìn)行協(xié)調(diào)控制。根據(jù)目標(biāo)滑 轉(zhuǎn)率，建立動(dòng)態(tài)滑模控制器計(jì)算期望驅(qū)動(dòng)總力矩，用發(fā)動(dòng)機(jī)響應(yīng)期望驅(qū)動(dòng)總力矩的低頻部 分，讓響應(yīng)速度快的電機(jī)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償期望驅(qū)動(dòng)總力矩的高頻部分，并建立動(dòng)態(tài)補(bǔ)償機(jī)制。中國(guó) 專利申請(qǐng)?zhí)?01210539336. 6,名稱為"基于模型預(yù)測(cè)控制的混合動(dòng)力汽車控制方法"所公開 的方案中提出基于數(shù)學(xué)模型（指數(shù)衰減模型或馬爾科夫鏈型模型）預(yù)測(cè)經(jīng)過預(yù)定時(shí)間間隔 時(shí)的需求轉(zhuǎn)矩；獲得優(yōu)化參數(shù)，并據(jù)此確定發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，分別發(fā)送給發(fā)動(dòng)機(jī)控 制器和電機(jī)控制器。這兩類有代表性的方法都很好的解決了如何識(shí)別駕駛員的意圖，確定 需求總轉(zhuǎn)矩，并根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)響應(yīng)的特點(diǎn)，分配各自的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī) 的協(xié)調(diào)控制。但是，這兩類方法都沒有涉及如何獲取發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際的輸出轉(zhuǎn)矩這個(gè)難題，如果 發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)矩與目標(biāo)轉(zhuǎn)矩存在較大的誤差，那就不能保證車輛正常行駛所需的總轉(zhuǎn)矩 能夠得到滿足。
[0004] 目前對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩在線估計(jì)方法主要有：（1)發(fā)動(dòng)機(jī)平均值模型法，這是基于發(fā) 動(dòng)機(jī)的幾個(gè)循環(huán)來預(yù)測(cè)平均的外部變量（曲軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)氣岐管壓力）和內(nèi)部變量（燃燒效 率、充氣效率）的值，平均的時(shí)間遠(yuǎn)短于動(dòng)態(tài)工況中發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的變化時(shí)間，從而能夠較好 地描述動(dòng)態(tài)工況中發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)的變化過程。但該方法通用性較差，對(duì)于不同類型的發(fā)動(dòng)機(jī) 需要建立不同的模型，且需要大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。（2)基于發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)試驗(yàn)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型 法，這是以發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非線性逼近能力強(qiáng)的特點(diǎn)來估計(jì)發(fā)動(dòng)機(jī) 的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩，但對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)類型以及網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的選取并沒有精確的理論依據(jù)。（3)發(fā)動(dòng)機(jī) 曲軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速法，這是建立在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)火頻率點(diǎn)，曲軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)幅值與轉(zhuǎn)矩之間存在 近似線性關(guān)系的基礎(chǔ)上。該算法在獲得每次循環(huán)曲軸瞬時(shí)轉(zhuǎn)速序列之后需要進(jìn)行傅里葉變 換，算法復(fù)雜，計(jì)算量大，對(duì)控制系統(tǒng)的硬件要求極高，實(shí)時(shí)性不易保證。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種帶發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的同軸并聯(lián)混合動(dòng) 力汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制方法，通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩模型進(jìn)行離線訓(xùn)練與優(yōu)化，基于最優(yōu)參 數(shù)建立發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器。輸入當(dāng)前的節(jié)氣門開度與轉(zhuǎn)速，得出實(shí)時(shí)的轉(zhuǎn)矩值，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)矩的在線觀測(cè)。在車輛由純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式向純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式的切換過程中，針對(duì)不同 的動(dòng)力源，進(jìn)行分段協(xié)調(diào)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)切換過程的平穩(wěn)過渡，動(dòng)力系統(tǒng)輸出的轉(zhuǎn)矩穩(wěn) 定，無波動(dòng)，且滿足車輛驅(qū)動(dòng)總轉(zhuǎn)矩的需求。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種帶發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的同軸并 聯(lián)混合動(dòng)力汽車動(dòng)力切換協(xié)調(diào)控制方法，包括以下步驟：
[0007] 步驟1，以發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架性能實(shí)驗(yàn)所得的不同節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速下所對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)矩的數(shù) 據(jù)作為樣本，利用最小二乘支持向量機(jī)（LSSVM)進(jìn)行訓(xùn)練；
[0008] 步驟2,采用分布估計(jì)算法對(duì)最小二乘支持向量機(jī)的參數(shù)：平衡因子C和核函數(shù)參 數(shù)σ進(jìn)行優(yōu)化，得出最優(yōu)參數(shù)，基于最優(yōu)參數(shù)建立發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器模型；
[0009] 步驟3,根據(jù)駕駛員對(duì)油門踏板、制動(dòng)踏板的操作，識(shí)別駕駛意圖，得出期望的車輛 運(yùn)行狀態(tài)，在車輛由純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式向純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式的切換過程中，設(shè)置一個(gè)動(dòng)力切 換分段控制系統(tǒng)，以離合器的狀態(tài)作為控制系統(tǒng)劃分的依據(jù)，針對(duì)不同的動(dòng)力源，采用不同 的控制策略，實(shí)現(xiàn)分段協(xié)調(diào)控制；
[0010] 步驟4,車輛起步階段處于純電動(dòng)驅(qū)動(dòng)模式，此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)關(guān)閉，離合器分離，僅由驅(qū) 動(dòng)電機(jī)提供動(dòng)力；當(dāng)車速大于預(yù)先設(shè)定的車速^時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)，采用模糊PI混合控制調(diào) 節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速；在離合器兩端轉(zhuǎn)速差值較小的情況，進(jìn)行離合器接合；
[0011] 步驟5,在離合器完全結(jié)合之后，車輛進(jìn)入混合驅(qū)動(dòng)模式；建立帶發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè) 器的模型匹配控制器來調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力輸出總轉(zhuǎn)矩的閉環(huán)控制；
[0012] 步驟6,當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作，輸出轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，且實(shí)際車速大于預(yù)先設(shè)定的純發(fā)動(dòng)機(jī) 驅(qū)動(dòng)模式門限值V OTg al_時(shí)，則逐步增加發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出，并調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩輸出逐 漸下降直至為零，僅由發(fā)動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，車輛進(jìn)入純發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)模式。
[0013] 進(jìn)一步，在所述步驟1中，以節(jié)氣門開度間隔為20%，轉(zhuǎn)速間隔為500r/min來獲取 樣本數(shù)據(jù)。
[0014] 進(jìn)一步，在所述步驟1中，選擇徑向基函數(shù)作為最小二乘支持向量機(jī)的核函數(shù)。
[0015] 進(jìn)一步，在所述步驟2中，采用分布估計(jì)算法對(duì)最小二乘支持向量機(jī)參數(shù)進(jìn)行優(yōu) 化的步驟如下：
[0016] 步驟2. 1，采用一維的Logistic映射模型來初始化種群X = [C，σ ]，隨機(jī)產(chǎn)生一 組[0，1]之間的初始值，表示為乂。=[抑11(1(0，1)抑11(1(0，1)]，利用父1+1=人，乂 1(1-^)，經(jīng) 過η次迭代可得混沌序列，并以矩陣的形式表示為：
[0018] 將混沌序列的取值范圍擴(kuò)展到待優(yōu)化參數(shù)問題的取值范圍，可表示為：
[0021] 式中，η為種群規(guī)模，λ為控制參數(shù)，平衡因子C的取值范圍為[C_，C_]，核函數(shù) 參數(shù)σ的取值范圍為[σ_，σ_];
[0022] 步驟2. 2,評(píng)價(jià)種群中每個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值，第j個(gè)個(gè)體的適應(yīng)度值可表示為：
[0024] 式中，（Ijl為第j個(gè)個(gè)體的第i個(gè)實(shí)際值，y μ為第j個(gè)個(gè)體的第i個(gè)觀測(cè)值，Z為 訓(xùn)練樣本的個(gè)數(shù)；
[0025] 步驟2. 3,對(duì)種群中的每個(gè)個(gè)體執(zhí)行混沌變異，第j個(gè)個(gè)體的第i個(gè)參數(shù)值的變異 半徑可表示為：
[0027] 變異操作后，計(jì)算新個(gè)體的適應(yīng)度值，若小于舊個(gè)體原來的適應(yīng)度值，則用其替換 舊個(gè)體；否則，保留舊個(gè)體；
[0028] 步驟2. 4,對(duì)種群中個(gè)體的適應(yīng)度值進(jìn)行排序，建立帶權(quán)重的混合高斯模型；
[0029] 步驟2. 5,按建立的混合高斯模型進(jìn)行抽樣，生成η個(gè)新個(gè)體作為下一代種群；
[0030] 步驟2. 6,判斷是否滿足收斂條件，如果不滿足則轉(zhuǎn)至步驟2. 2繼續(xù)執(zhí)行；如果滿 足，則種群中適應(yīng)度值最小的個(gè)體為所求的最優(yōu)參數(shù)。
[0031] 進(jìn)一步，在所述步驟4中，采用模糊PI混合控制對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的步驟如 下：
[0032] 步驟4. 1，根據(jù)驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)速Com計(jì)算目標(biāo)轉(zhuǎn)速ω為：ω d= ω mXig，式中ig為變 速箱的傳動(dòng)比，由車輛當(dāng)前的檔位決定；
[0033] 步驟4. 2,根據(jù)轉(zhuǎn)速傳感器反饋的發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速coe和步驟4. 1中確定的目標(biāo)轉(zhuǎn) 速《d計(jì)算差值，對(duì)其進(jìn)行修正為：Δ ω = KX (ω d-co J，并作為切換的依據(jù)；
[0034] 步驟4. 2,當(dāng)Δ ω彡cojf，采用模糊控制器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；
[0035] 步驟4. 4,當(dāng)Δ ω < cojt，采用PI控制器對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)；
[0036] 上式中，K為動(dòng)態(tài)切換補(bǔ)償切換轉(zhuǎn)速修正系數(shù)，ωΤΗ為模糊控制器與PI控制器之 間切換的門限值。
[0037] 進(jìn)一步，在所述步驟5中，采用一階延遲特性來構(gòu)建控制系統(tǒng)的響應(yīng)特性，建立帶 發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器的模型匹配控制器來調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的步驟如下：
[0038] 步驟5. 1，基于最優(yōu)參數(shù)建立發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器模型，輸入當(dāng)前節(jié)氣門開度α和 轉(zhuǎn)速ωε，輸出實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)矩，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器模型可表示為：
式中，發(fā) 動(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速，α為當(dāng)前的節(jié)氣門開度，f(coy α)為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩觀測(cè)器輸出值，\為觀 測(cè)器模型的滯后時(shí)間常數(shù)；
[0039] 步驟5. 2,需求轉(zhuǎn)矩辨識(shí)模型以節(jié)氣門開度作為輸入，根據(jù)駕駛員的駕駛意 圖，對(duì)最大需求轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比例劃分，得出當(dāng)前的需求轉(zhuǎn)矩，需求轉(zhuǎn)矩辨識(shí)模型可表示為：
式中Tdni為最大需求轉(zhuǎn)矩，τ i為需求轉(zhuǎn)矩辨識(shí)模型的滯后時(shí)間常數(shù)；
[0040] 步驟5. 3,驅(qū)動(dòng)電機(jī)的模型可簡(jiǎn)化為
式中，Tnix為驅(qū)動(dòng)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩， Tni為驅(qū)動(dòng)電機(jī)系統(tǒng)的滯后時(shí)間常數(shù)；
[0041] 步驟5. 4,建立前饋控制器，考慮到控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)為需求轉(zhuǎn)矩Td與實(shí)際驅(qū)動(dòng)總 轉(zhuǎn)矩Tq之間的偏差為零
，建立前饋控制器為：
[0043] 步驟5. 5,建立反饋控制器，反