混联式混合动力车辆多动力源协调控制方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种协调控制方法，具体涉及一种混联式混合动力车辆多动力源 协调控制方法。
【背景技术】
[0002] 混联式混合动力系统是重型车辆实现电驱动的可行方案，它虽然结构复杂，控制 难度大，但综合了并联式和串联式混合动力的优点，具有优异的燃油经济性和动力性能。控 制方法一直是混合动力系统研宄的热点，由于重型车辆要求的变速范围宽、速比大，应用于 重型车辆的混合动力系统一般还包括多挡变速器，所以针对电动/混合动力等模式切换和 挡位切换过程、机电转矩合理分配和协同配合的协调控制方法是混联式混合动力控制方法 研宄的一个重要方面。
[0003] 在国内，清华大学针对驱动过程转矩的快速响应及平顺性，提出了基于模型匹配 的动态转矩协调控制方法；还研宄了针对并联式混合动力系统的多动力源比例协调控制方 法。重庆大学、上海交通大学、吉林大学等针对混合动力驱动模式切换过程或换挡过程研宄 了扭矩协调控制方法。国外有研宄者将混合动力模式切换系统归类为混杂系统的切换问题 或通过建立发动机转矩状态观测器及电动机转矩输出补偿方法等对工作模式切换过程的 动力源协调控制开展了研宄。有些研宄者针对特定结构的混合动力系统给出转矩协调控制 方法。
[0004] 以上研宄侧重于对机电混合的驱动转矩进行闭环控制或对模式切换过程中的动 态变化进行调节与控制来保持驱动或切换过程的平顺性，针对混联式混合动力多动力源转 矩的解耦控制与电功率平衡的闭环控制关注较少。混联式混合动力系统中各功率部件存在 固有的耦合关系，单个部件转矩或功率的改变易引起连锁反应导致系统失去稳定性。重型 混合动力车辆质量大，动力性要求高，而且辅助系统等其它系统用电功率大，所以防止电池 组过充或过放，保持电功率平衡是重型车辆混合动力系统可靠工作、实现优良性能的重要 保证。所以有必要针对混联式混合动力系统的多动力源协调控制开展专门研宄。
[0005] 以行星机构构成的混联式混合动力系统，存在发动机转矩和发电机转矩，发电功 率和用电功率的协调控制问题。提出了基于发动机转速与目标转速差调节发电机转矩，实 现机电转矩的协调控制。根据电池组电压协调控制电动机转矩，从而实现电功率的协调控 制。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种混联式混合动力车辆多 动力源协调控制方法，能够解决动态调节控制问题并补充基本能量管理方法分配精度和对 部件动态响应特性考虑不充分的不足，有效协调混合动力系统多动力源功率分配与多功率 元件的转矩分配平衡，保证系统部件工作的稳定性、可靠性，保证系统用电需求与电功率平 衡。避免电池组过充过放也提高了动力电池组的使用寿命。
[0007] 为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：混联式混合动力车辆 多动力源协调控制方法，包括机电转矩协调控制方法和电功率协调控制方法；所述的机电 转矩协调控制方法为：发动机具有转速传感器可准确获得发动机实际转速，而发动机目标 转速由混联式混合动力系统综合控制器计算得到，并通过总线网络发送给发动机控制器。 基于发动机实际转速和目标转速的偏差可设计闭环控制器对于处于发电状态作为发动机 负载的电机转矩进行自适应调整，以保证系统的工作稳定并获得最接近目标值的发动机驱 动转矩输出；同时，通过协调控制方法，还可以克服混合动力综合控制器中发动机输出转矩 数据与实际发动机可以输出转矩的偏差，在急加速工况当发动机目标转速设定值较高时， 通过发动机控制器自身的转速闭环控制自适应控制出发动机的最大输出转矩，提高系统动 力性和控制稳定性。
[0008] 所述的电功率协调控制方法，其步骤为：1、根据母线电压和电池内阻、电池组SOC 等数据在线观测或辨识电池组功率，从而计算出不平衡电功率。混联式混合动力系统综合 控制器根据不平衡电功率计算电机A和B需要额外补偿的电功率，并将控制指令发送给电 机控制器，使两个电机产生额外吸收或释放的电功率，从而使母线电压恢复稳定；
[0009] 2、通过电池目标功率计算电池组目标电流，通过电池组模型及相关参数计算电池 组实际电流估计值，（采用估计方法可以在不使用电池管理系统数据的情况下单纯依靠整 车综合控制器的有限信息实现相关计算与控制），定义实际电流与目标电流的比值作为参 考值。如果偏差量在10%以内，考虑计算所用的电池模型及开路电压、电池内阻等误差，所 以对较小的偏差量不进行修正。如果电池组电流确实出现了偏差，则会引起电池组SOC的 非预期的缓慢变化，SOC缓变量可通过电池组目标功率确定方法修正，此处不予过多讨论。 如果偏差量较大，超过了 10%，则计算不平衡电功率，求解电功率协调系数。
[0010] 求解方法为：假定Itogrt为电池组目标功率算法确定的目标电流，电池组实际电流 Ibatt 为
[0011] Ibatt= (E-U J/Rint (1)
[0012] 考虑到电池组瞬态端电压值有测量噪声，电池功率计算需要的电池组实际电流又 需要具有较好的实时性，所以采用小波变换算法进行滤波处理。小波变换通过伸缩和平移 基小波实现对函数或信号序列的多尺度细化分析，具有良好的时频局部化特点。
[0013] 基于电池组电流目标值与实际值计算不平衡电功率，即电功率值偏差通过下 式计算
[0014] PeIe=Uoc(Ibatt-Itarget) (2)
[0015] 设定电功率协调系数为Kele，则修正后的发电机目标转矩为
[0016] Ta= Tao (1+Kele) (3)
[0017] 式中，Taci为基础能量管理方法确定的发电机目标转矩。
[0018] 由于发动机、发电机和电动机转矩存在耦合，发电机转矩变化时，相应的发动机、 电动机转矩都会发生变化。如果增大发电机的发电转矩，则发动机的输出转矩增大，相应的 输出到驱动端的机械力矩也相应增加、电动机需求转矩将减小。根据耦合约束及电功率平 衡要求，可得电功率偏差量应该等于发电机转矩修正后增加的发电量和电动机减小的用电 量之和，即
[0019] Pele -n ATA0Kele η A+knBTA0Kele η χ/η B ⑷
[0020] 式中，nA为发电机发电效率；η B为电动机电动效率；η ,为发动机转矩传递到电 动机所在齿圈处的行星排传动效率。
[0021] 求解上式可得电功率协调系数表达式为
【主权项】
1. 混联式混合动力车辆多动力源协调控制方法，其特征在于，包括机电转矩协调控制 方法和电功率协调控制方法；所述的机电转矩协调控制方法为：发动机具有转速传感器可 准确获得发动机实际转速，而发动机目标转速由混联式混合动力系统综合控制器计算得 到，并通过总线网络发送给发动机控制器；基于发动机实际转速和目标转速的偏差可设计 闭环控制器对于处于发电状态作为发动机负载的电机转矩进行自适应调整，以保证系统的 工作稳定并获得最接近目标值的发动机驱动转矩输出；同时，通过协调控制方法，还可以克 服混合动力综合控制器中发动机输出转矩数据与实际发动机可以输出转矩的偏差，在急加 速工况当发动机目标转速设定值较高时，通过发动机控制器自身的转速闭环控制自适应控 制出发动机的最大输出转矩，提高系统动力性和控制稳定性。
2. 根据权利要求1所述的混联式混合动力车辆多动力源协调控制方法，其特征在于， 所述的电功率协调控制方法，其步骤为：（1)、根据母线电压和电池内阻、电池组SOC等数据 在线观测或辨识电池组实际功率，从而计算出不平衡电功率；混联式混合动力系统综合控 制器根据不平衡电功率计算电机A和B需要额外补偿的电功率，并将控制指令发送给电机 控制器，使两个电机产生额外吸收或释放的电功率，从而使母线电压恢复稳定； (2)、通过电池目标功率计算电池组目标电流，通过电池组模型及母线电压等相关参数 计算电池组实际电流估计值（采用估计方法可以在不使用电池管理系统数据的情况下单 纯依靠整车综合控制器的有限信息实现相关计算与控制），定义实际电流与目标电流的比 值作为参考值；如果偏差量在10 %以内，考虑计算所用的电池模型及开路电压、电池内阻 等误差，所以对较小的偏差量不进行修正；如果电池组电流确实出现了偏差，则会引起电池 组SOC的非预期的缓慢变化，SOC缓变量可通过电池组目标功率确定方法修正，此处不予过 多讨论；如果偏差量较大，超过了 10%，则计算不平衡电功率，求解电功率协调系数。
【专利摘要】本发明公开了一种混联式混合动力车辆多动力源协调控制方法。本发明提出了基于发动机转速偏差的机电耦合转矩冲突与基于电池组母线电压波动的电功率不平衡量的检测方法。通过发动机控制目标和实际转速差设定转矩协调系数提出了机电转矩协调控制方法，通过电池组模型与多电机转矩解耦计算求解电功率协调系数提出了机电功率协调控制方法。本发明能够解决动态调节控制问题并补充基本能量管理方法分配精度和对部件动态响应特性考虑不充分的不足，有效协调混合动力系统多动力源功率分配与多功率元件的转矩分配平衡，保证系统部件工作的稳定性、可靠性，保证系统用电需求与电功率平衡。避免电池组过充过放也提高了动力电池组的使用寿命。
【IPC分类】B60W10-26, B60K6-44, B60W20-00, B60W10-06, B60W10-08
【公开号】CN104802630
【申请号】CN201510170748
【发明人】王伟达, 项昌乐, 邱文伟, 马越, 韩立金
【申请人】北京理工大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年4月12日