[发明专利]一种行星式混合动力汽车停车充电控制方法

摘要

本发明提供了一种行星式混合动力汽车停车充电控制方法，该方法能够实现驾驶员对动力电池充电功率的主动控制，同时通过VCU控制制动器以保证停车发电时安全驻车，并采用多种措施避免充电异常时可能导致的安全问题。本发明包括以下内容：(1)停车充电条件判断，根据车辆状态和驾驶员输入信号判断是否满足停车充电条件；(2)最大允许发电功率计算，根据动力系统约束因素计算得到系统允许最大发电功率；(3)充电控制，包括制动力控制、发电功率解析以及发动机与电机的控制；(4)充电异常处理，对充电过程中出现的异常状况进行相应的安全处理。

主权项

1.所述行星式混合动力系统至少包括发动机(1)、扭转减振器(2)、行星排(3)、电机1(4)、主减速器(5)、电机1控制器(6)、动力电池(7)、电机2(8)、电机2控制器(9)、驻车制动器(10)、行车制动器(11)、所述电机1与太阳轮连接，发动机通过扭转减振器与行星架连接，齿圈与输出轴连接，电机2与输出轴同轴连接；所述动力系统有D/N/R三个挡位，通过手刹实现驻车制动；行车制动器制动力矩除了由驾驶员踩制动踏板控制，也可以由VCU主动控制；另外，车辆还需在车身或底盘合适位置固定安装坡度传感器(12)，将坡度信号传输至VCU；所述的行星式混合动力汽车停车充电控制方法包括以下步骤：步骤1，空挡充电条件判断：当四个轮速信号或者由电机2转速换算成的车速信号绝对值小于设定值V₁，挡位为N挡并拉起手刹，电池、电机1、发动机状态正常且行星齿轮机构冷却液温度正常时满足停车充电条件；如果充电过程中各轮轮速绝对值大于V₂或者手刹松开且在一定时间内未切换到其他挡位时，认为存在溜车风险，需求充电功率迅速降为0，然后退出空挡充电模式；如果充电过程中电池、电机、发动机异常，需求充电功率逐渐降为0，以避免充电功率迅速减小时可能出现的发动机飞车现象；如果驾驶员将挡位切换到D/R挡位，直接退出停车充电模式，充电需求功率由D/R挡对应模式解析得到；步骤2，最大允许发电功率计算根据电池允许充电功率、附件消耗电功率以及驻车制动安全允许的发电扭矩解析得到允许的最大发电功率；1)停车状态最大行驶阻力计算停车状态车辆能够有效提供的最大静态行驶阻力计算如下：F＝mgsinα+mgfcosα       (1)其中m为整车质量，α为坡道角度，f为静态滚动阻力系数；α为正时表示上坡坡道，反之表示下坡坡道；考虑到整车质量估计偏差较大，为了充分保障行车安全，m取空载质量；考虑测量误差，坡道角α可能取值范围为[α_min,α_max]，上坡时α取α_min，下坡时取α_max；2)最大允许发电功率计算发电时动力系统输出轴允许最大驱动扭矩为：T_dmax＝γ_pbi_o(T_bmax+Fr_t)/η_t       (2)式中γ_pb为制动安全折扣因子，i_o为主减速比，T_bmax为制动系统能够作用于车轮的最大制动扭矩，r_t为轮胎静力半径，η_t为动力系统输出轴至车轮的传动效率；制动允许最大发电功率为：P_cmax1＝T_dmax·n/(kη_s)      (3)其中n为电机1转速，k为行星排特征参数，η_s为太阳轮至行星架传动效率；电池特性和附件消耗允许最大充电功率为：P_cmax2＝P_bmax+P_acc       (4)式中P_bmax为电池允许最大充电功率，P_acc为附件消耗电功率；系统允许最大发电功率为：P_cmax＝min[P_cmax1,P_cmax2]       (5)步骤3，充电控制当停车状态驻车制动有效时，驾驶员可以通过踩加速/制动踏板切换到主动控制模式；充电时需要根据充电功率大小解析得到制动器需求制动扭矩；1)制动扭矩解析(1)输出轴驱动扭矩计算分别由电机1和发动机估算扭矩计算发电时传递到动力系统输出轴的驱动扭矩；其中T_tr1和T_tr2分别表示由电机1和发动机估算扭矩计算得到的输出轴驱动扭矩，k为行星排特征参数,η_s为太阳轮至齿圈传动效率，η_c为行星架至齿圈传动效率，出于安全考虑驱动，驱动扭矩取较大值，即T_tr＝Max[T_tr1,T_tr2]       (7)(2)制动扭矩分配假设驻车制动器能够提供的制动扭矩大小为T_p，当T_p≥γ_pbT_tr+Fr_ti_oη_t时，认为驻车制动器制动扭矩能够满足制动需求，无需制动器辅助制动；当T_p＜γ_pbT_tr+Fr_ti_oη_t时，不满足制动需求，需要驱动轮制动器提供制动扭矩；这时驱动轮制动器制动扭矩2)发电功率解析(1)默认发电功率解析如果SOC低于VCU设定SOC下限SOC_min或者停车前电池处于充电状态，停车并拉起手刹后进入充电模式，电池需求充电功率由0逐渐升高至目标值P_br1；直到SOC达到目标值SOC_max后，需求充电功率逐渐降为0；(2)主动发电功率解析当车辆处于停车状态时，踩加速/制动踏板大于一定值且维持一定时间后认为驾驶员有主动控制充电功率的意图，进入主动充电模式；①升功率意图解析当需要升高充电功率时，驾驶员踩下加速踏板，踏板开度α经滞环条件Relay1输出为1且持续时间大于T_acc1时确认驾驶员有增加充电功率的意图；其中Relay1的意义是当α＞C_acc1时输出为1，α＜C_acc2时输出为0，C_acc2≤α≤C_acc1时输出前一时刻输出值，C_acc1、C_acc2为滞环上下限；如果踩加速踏板前车辆处于充电状态，从确认充电意图时刻开始计时，随着时间增加，充电需求功率线性增加；如果踩加速踏板前动力系统不处于充电状态，在确认升功率的充电意图后，先进入空挡充电状态，动力系统以较小恒功率发电；经过时间T_acc2确认充电状态正常后，需求充电功率开始线性增加；以上两种情况，当功率增加至P_cmax后不再增加；②降功率意图解析当需要降低充电功率时，驾驶员踩下制动踏板，踏板开度β满足Relay2和Relay3且踩下时间大于T_brk1后，确认减少充电功率的意图，这时行车制动系统不响应制动踏板信号；其中Relay2的意义与Relay1类似，滞环上下限为C_brk1、C_brk2；Relay3的意义是当β＞C_brk3时输出为0，α＜C_brk4时输出为1，C_brk4≤α≤C_brk3时输出前一时刻输出值，C_brk3、C_brk4为滞环上下限；如果踩制动踏板前充电功率小于等于默认充电功率下限值P_cLlim，并且Relay2和Relay3输出信号保持为1，再经过时间T_brk2后，充电功率降为0，然后退出充电模式；如果充电功率大于P_cLlim，则随着踏板踩下时间增加，充电功率逐渐减小，功率最小为P_cLlim；如果需要退出充电模式，必须松开制动踏板并再次踩下并经过时间T_brk2后发电功率变为0；为了充分保障制动安全，当制动踏板开度β大于C_brk1后，认为驾驶员有制动需求，这时行车制动器响应踏板开度信号，充电功率逐渐减小；其中C_brk1满足T_b(C_brk1)＞γ_pbT_tr+Fr_ti_oη_t；3)发动机和电机1发电控制发电时电机1采用转矩控制，发动机采用转速控制；发动机目标工作点沿系统等功率最优工作曲线变化；首先，根据电机1和发动机万有特性MAP图得到，发电时系统效率MAP：η_chg＝η_csη_eη_mg1       (9)式中，η_cs为行星架至太阳轮的传动效率，η_e为发动机能量转换效率MAP，η_mg1为电机1发电效率MAP；由η_chg得到等功率最低燃油消耗率曲线，由该曲线解析得到发动机目标转速和电机1目标扭矩；考虑到发动机低转速低负荷工作不稳定且负荷油耗偏高，设置发动机最低工作点；充分考虑电机1和发动机转速转矩范围限制；当需求充电功率由0变为默认值后，为了避免工作点突变引起的冲击，发动机先控制转速升高至目标转速，待转速稳定后，电机1转矩逐渐增加至目标扭矩；当需求发电功率增加时，发动机工作点沿最优工作曲线变化；当目标充电功率解析得到的转矩达到允许转矩时，转矩不再增加，转速增加以满足功率需求；当需求充电功率减小时，如果工作点在最优曲线右侧，先降低转速，待工作点回落至最优工作曲线后工作点沿曲线变化；当需求充电功率变为0后，电机1扭矩先逐渐降为0，然后发动机降低转速至怠速转速；步骤4，充电异常处理针对以下几种异常情况作出相应处理：1)如果充电过程中某一轮速绝对值大于V₃或者根据轮速计算累计行车距离满足|∫Vdt|＞S₁，则认为存在溜车风险，充电功率应该减小；2)当累计行车距离满足|∫Vdt|＞S₂时，认为发生溜车，这时充电需求功率降为0，迅速增加行车制动器制动力，并且电机2零转速控；从溜车开始计时，如果一定时间内溜车距离很小，电机2退出0转速控；3)当电机1温度过高或行星排润滑油温度过高或过低时限制其最高转速；4)当行车制动器或者驻车制动器过热时，应该减小充电扭矩，同时适当提高发动机转速，避免充电功率下降过快；5)如果行车制动器参与制动过程中出现故障或电机1、发动机任意一个部件出现故障且电池无故障时迅速退出空挡发电模式，电机2进行0转速控。