CN112455425B

CN112455425B - 一种混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法

Info

Publication number: CN112455425B
Application number: CN202011457816.9A
Authority: CN
Inventors: 张鹏; 宋辉
Original assignee: Shanghai Synetec Power System Co ltd
Current assignee: Shanghai Synetec Power System Co ltd
Priority date: 2020-12-10
Filing date: 2020-12-10
Publication date: 2022-04-19
Anticipated expiration: 2040-12-10
Also published as: CN112455425A

Abstract

本发明公开了一种混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法，其步骤为：1、发动机起动后，建立发动机真实扭矩及决策发动机扭矩故障等级的数学模型，根据数学模型计算发动机真实扭矩；将发动机真实扭矩与理论扭矩进行比较，判断系统是否存在扭矩故障，得到发动机扭矩故障等级；2、针对各等级的发动机扭矩故障，实施分级容错控制。采用上述技术方案，诊断出燃油耗尽、喷油不良等造成的发动机扭矩故障，可有效改善因发动机出扭矩不足、不出扭矩等发动机扭矩故障可造成车辆驱动能力急剧恶化的问题。

Description

一种混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法

技术领域

本发明属于混合动力汽车的动力系统的技术领域，涉及功率分流混合动力车用的具有发动机、发电机、驱动电机的动力系统。更具体地，本发明涉及一种混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法。

背景技术

混合动力汽车可利用驱动电机或者发动机作为动力源，相比于只能依靠发动机作为动力源的传统汽车，在驾驶感受方面，电机相对于发动机具有扭矩响应快、安静等特点，可极大提升驾驶员的驾驶乐趣，同时，具有节约能源，减少排放污染，更加环保等优点，在油耗、排放政策法规日加严厉，绿色环保势在必行的当下，混合动力汽车成为汽车行业技术发展的新趋势。

燃油耗尽、喷油不良、点火能量不合理等原因造成的发动机扭矩不足、不出扭矩等发动机扭矩故障是较普遍的一种故障形式。功率分流式混合动力系统通常使用EMS(EngineManagement System，发动机管理系统)根据扭矩模型得到的发动机扭矩理论值计算行星齿轮扭矩平衡所需要的电机转矩。但发动机扭矩故障发生时，发动机扭矩真实值往往低于理论值，因而难以实现预期的扭矩平衡，可造成车辆驱动能力急剧恶化，因此有必要对其进行诊断并做出妥善处理。

发明内容

本发明提供一种混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法，其目的是解决因发动机扭矩故障而造成车辆驱动能力急剧恶化的问题。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

本发明混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法，应用于功率分流式混合动力汽车；所述的混合动力汽车的变速箱采用双排行星齿轮结构，其中，第一太阳轮连接到发电机，第二太阳轮连接到发动机。

所述的故障控制方法的步骤为：

1、发动机起动后，建立发动机真实扭矩及决策发动机扭矩故障等级的数学模型，根据数学模型计算发动机真实扭矩；将发动机真实扭矩与理论扭矩进行比较，判断系统是否存在扭矩故障，得到发动机扭矩故障等级；

2、针对各等级的发动机扭矩故障，实施分级容错控制。

基于所述的数学模型的发动机真实扭矩按以下步骤建模：

1)、功率分流式混合动力变速箱建模：根据行星齿轮等效杠杆原理，可到行星齿轮的转速关系：

n_S1-(i₀+1)n_S2+i₀·n_PC＝0 式(1)

式中：

i₀为等效行星排速比；

n_PC、n_S1、n_S2分别是行星架、第一太阳轮、第二太阳轮的转速；

行星齿轮的扭矩平衡关系为：

T_S1·(i₀+1)＝－T_S2 式(2)

T_S1-T_S1(i₀+1)+T_PC＝0 式(3)

T_S1+T_S2+T_PC＝0 式(4)

T_PC＝T_S1·i₀ 式(5)

式中：

i₀为等效行星排速比；

T_PC、T_S1、T_S2分别是行星架、第一太阳轮、第二太阳轮的扭矩；

2)、基于行星齿轮的扭矩平衡关系，只要知道T_PC、T_S1、T_S2中的任意两个，便可根据式(2)～式(5)计算得到另外一个值；

T_ENG_actl＝T_S2＝－T_S1－T_PC 式(6)

e_T＝T_ENG－T_ENG_actl 式(7)

式中：

e_T——发动机理论扭矩与实际扭矩之差；

T_ENG——发动机理论扭矩；

actl——发动机实际扭矩；

根据e_T与T_ENG的比例关系决策发动机扭矩故障等级。

所述的发动机扭矩故障等级按以下方式判断：

10％T_ENG以内为误差范围，诊断为正常；

若e_T超出了误差范围，但未达到20％T_ENG，诊断为轻微扭矩故障；

e_T＞80％T_ENG时，判断发动机出现重大故障，诊断为发动机不出扭矩；

e_T在轻微扭矩故障与发动机不出扭矩故障之间时，诊断为出扭矩不足。

为防止因信号噪声导致误判，在同一故障持续存在4秒之后设定故障等级。

所述的故障分级容错控制，是按照故障等级划分，按以下步骤进行：

1、发动机轻微扭矩故障时的容错控制：

首先，整车控制器判断整车是否处于坡道状态，若是，则爬坡工况标志位成立，按“发动机出扭矩不足时的容错控制”执行，若为否，则按照常规的混合动力控制程序执行；

(1)、发动机轻微扭矩故障时与发动机状态正常时相同，均采用EMS反馈的发动机扭矩控制扭矩平衡；扭矩需求计算模块根据油门开度及车速，求得扭矩需求THO；

(2)、发动机目标扭矩计算模块根据扭矩需求及车速计算目标发动机扭矩TENG，并发送给EMS执行；

(3)、发动机目标转速计算模块根据扭矩需求及车速计算发动机目标转速；

为了控制发动机实际转速达到发动机目标转速，基于PI控制算法，根据实际转速与目标转速之差进行调节；

2、发动机出扭矩不足时的容错控制：

在发动机出扭矩不足时，系统降功率运行，允许发动机运行在功率分流式混合动力及固定速比混合动力；但是，如果依旧使用发动机扭矩理论值T_ENG计算T_E1、T_E2，则难以实现预期的行星齿轮扭矩平衡；所述的T_E1为ISG电机扭矩；T_E2为驱动电机扭矩；因此，在发动机出扭矩不足时，舍弃发动机转速变化率的控制精度；

驱动电机E2的主要功能是提供整车驱动力；基于行星齿轮的扭矩平衡关系，根据式(5)计算驱动电机扭矩；

3、发动机不出扭矩时的处理：

诊断出发动机不出扭矩的故障之后，控制发动机停止工作并进入纯电动模式跛行；由于驱动电机E2单独驱动能满足跛行时的扭矩需求，且单独驱动电机驱动没有电功率回环、经济性更佳，因此纯电动跛行采用电机E2单独驱动。

在所述的发动机轻微扭矩故障时的容错控制中，为了保护电池，基于PI控制算法，使用电池最大允许放电功率PBAT_MAX计算电池能力范围之内的驱动能力限值THo_BAT_LIM；使用THo_BAT_LIM对THO进行限制，得到混合动力系统实际执行的输出轴扭矩THo。

本发明采用上述技术方案，诊断出燃油耗尽、喷油不良等造成的发动机扭矩故障，可有效改善因发动机出扭矩不足、不出扭矩等发动机扭矩故障可造成车辆驱动能力急剧恶化的问题。

附图说明

图1为本发明的功率分流式混合动力变速箱结构示意图。

图2为本发明的发动机扭矩故障诊断及容错控制策略架构图。

图中的标记为：

E1、发电机，E2、驱动电机，S1、太阳轮，S2、太阳轮，PC、行星架，ICE——发动机(内燃机)；EMS——发动机管理系统。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示本发明的结构，为功率分流式混合动力变速箱结构，应用于功率分流式混合动力汽车；所述的混合动力汽车的变速箱采用双排行星齿轮结构，其中，第一太阳轮S1连接到发电机E1，第二太阳轮S2连接到发动机ICE。

本发明对功率分流式混合动力汽车的发动机扭矩故障，提出一种基于行星齿轮扭矩平衡数学模型的诊断方法，使用数学模型估算发动机扭矩真实值，并根据真实值与理论值之差确定故障等级；提出分级容错控制，发动机出扭矩不足时，不使用发动机扭矩控制行星齿轮扭矩平衡；当诊断结果为发动机不出扭矩时，控制发动机停止工作，进入纯电动跛行。

为了解决现有技术存在的问题，实现解决因发动机扭矩故障而造成车辆驱动能力急剧恶化的问题的发明目的，本发明采取的技术方案为：

如图2所示，本发明混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法的步骤为：

2、针对各等级的发动机扭矩故障，实施分级容错控制。

本发明的发动机扭矩故障诊断控制策略，诊断出燃油耗尽、喷油不良等造成的发动机扭矩故障，可有效解决因发动机出扭矩不足、不出扭矩等发动机扭矩故障可造成车辆驱动能力急剧恶化的问题。

基于所述的数学模型的发动机真实扭矩按以下步骤建模：

n_S1-(i₀+1)n_S2+i₀·n_PC＝0 式(1)

式中：

i₀为等效行星排速比；

n_PC、n_S1、n_S2分别是行星架PC、第一太阳轮S1、第二太阳轮S2的转速；

行星齿轮的扭矩平衡关系为：

T_S1·(i₀+1)＝－T_S2 式(2)

T_S1-T_S1(i₀+1)+T_PC＝0 式(3)

T_S1+T_S2+T_PC＝0 式(4)

T_PC＝T_S1·i₀ 式(5)

式中：

i₀为等效行星排速比；

T_PC、T_S1、T_S2分别是行星架PC、第一太阳轮S1、第二太阳轮S2的扭矩；

T_ENG_actl＝T_S2＝－T_S1－T_PC 式(6)

e_T＝T_ENG－T_ENG_actl 式(7)

式中：

e_T——发动机理论扭矩与实际扭矩之差；

T_ENG——发动机理论扭矩；

actl——发动机实际扭矩；

根据e_T与T_ENG的比例关系决策发动机扭矩故障等级。

所述的发动机扭矩故障等级按以下方式判断：

10％T_ENG以内为误差范围，诊断为正常；

发动机起动后，按照上述建模过程建立各数学模型，根据发动机扭矩故障诊断策略进行逻辑判断，判断系统是否存在扭矩故障，按照故障等级划分，分别执行以下控制流程：

1、发动机轻微扭矩故障时的容错控制：

2、发动机出扭矩不足时的容错控制：

在发动机出扭矩不足时，系统降功率运行，允许发动机运行在功率分流式混合动力及固定速比混合动力；但是，如果依旧使用发动机扭矩理论值T_ENG计算T_E1(ISG电机扭矩)、T_E2(驱动电机扭矩)，则难以实现预期的行星齿轮扭矩平衡；因此，在发动机出扭矩不足时，舍弃发动机转速变化率的控制精度；

3、发动机不出扭矩时的处理：

发动机不出扭矩的原因通常是油路、气路、火路发生了重大故障或者燃油已耗尽，此时不宜让发动机继续工作。为此，诊断出发动机不出扭矩的故障之后，控制发动机停止工作并进入纯电动模式跛行；由于驱动电机E2单独驱动能满足跛行时的扭矩需求，且单独驱动电机E2驱动没有电功率回环、经济性更佳，因此纯电动跛行采用驱动电机E2单独驱动。

表1——发动机扭矩故障等级决策结果：

条件	诊断结果	故障等级
			e<sub>T</sub>≤10％T<sub>ENG</sub>	正常	1
10％T<sub>ENG</sub>＜e<sub>T</sub>≤20％T<sub>ENG</sub>	轻微扭矩故障	2
			20％T<sub>ENG</sub>＜e<sub>T</sub>≤80％T<sub>ENG</sub>	发动机出扭矩不足	3
e<sub>T</sub>＞80％T<sub>ENG</sub>	发动机不出扭矩	4

表2——发动机扭矩故障容错控制策略：

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法，应用于功率分流式混合动力汽车；所述的混合动力汽车的变速箱采用双排行星齿轮结构，其中，第一太阳轮（S1）连接到发电机（E1），第二太阳轮（S2）连接到发动机（ICE）；第一太阳轮（S1）和第二太阳轮（S2）分别与形成为双联齿轮的行星轮P1和P2啮合；行星架（PC）固定连接齿轮Z1，驱动电机（E2）的输出轴固定连接齿轮Z5；齿轮Z4与差速器固定连接；齿轮Z2、齿轮Z3、齿轮Z6固定连接于同一轴上，并分别与齿轮1、齿轮4、齿轮5相啮合；

所述的故障控制方法的步骤为：

1）、发动机起动后，建立发动机实际扭矩及决策发动机扭矩故障等级的数学模型，根据数学模型计算发动机实际扭矩；将发动机实际扭矩与理论扭矩进行比较，判断系统是否存在发动机扭矩故障，并得到发动机扭矩故障等级；

2）、针对各等级的发动机扭矩故障，实施分级容错控制；

基于数学模型发动机实际扭矩包括以下步骤：

1）、功率分流式混合动力变速箱建模：根据行星齿轮等效杠杆原理，可得到行星齿轮的转速关系：

e_T——发动机理论扭矩与实际扭矩之差；

T_ENG——发动机理论扭矩；

T_ENG_actl ——发动机实际扭矩；

根据e_T与T_ENG的比例关系决策发动机扭矩故障等级；

所述的发动机扭矩故障等级按以下方式判断：

若e_T在10%T_ENG以内为允许误差范围，诊断为正常；

若e_T超出允许误差范围，但未达到20%T_ENG，诊断为轻微扭矩故障；

e_T＞80%T_ENG时，判断发动机出现重大故障，诊断为发动机不出扭矩故障；

e_T在轻微扭矩故障与发动机不出扭矩故障之间时，诊断为出扭矩不足；

1）、发动机轻微扭矩故障时的容错控制：

首先，整车控制器判断整车是否处于坡道状态，若是，则爬坡工况标志位成立，按“发动机出扭矩不足时的容错控制”执行；若为否，则按照常规的混合动力控制程序执行；

（1）、发动机轻微扭矩故障时与发动机状态正常时相同，均采用EMS反馈的发动机扭矩控制扭矩平衡；扭矩需求计算模块根据油门开度及车速，求得扭矩需求THo；

（2）、发动机理论扭矩计算模块根据扭矩需求及车速计算发动机理论扭矩T_ENG，并发送给EMS执行；

（3）、发动机目标转速计算模块根据扭矩需求及车速计算发动机目标转速；

2）、发动机出扭矩不足故障时的容错控制：

在发动机出扭矩不足时，系统降功率运行，允许发动机运行在功率分流式混合动力及固定速比混合动力；但是，如果依旧使用发动机理论扭矩T_ENG计算T_E1、T_E2，则难以实现预期的行星齿轮扭矩平衡；所述的T_E1为发电机扭矩；T_E2为驱动电机扭矩；因此，在发动机出扭矩不足时，不再采用发动机转速变化率的控制精度；

驱动电机（E2）的主要功能是提供整车驱动力；基于行星齿轮的扭矩平衡关系，根据式（5）计算驱动电机扭矩；

3）、发动机不出扭矩故障时的处理：

诊断出发动机不出扭矩故障之后，控制发动机停止工作并进入纯电动模式跛行；由于驱动电机（E2）单独驱动能满足跛行时的扭矩需求，且单独驱动电机（E2）驱动没有电功率回环、经济性更佳，因此纯电动跛行采用驱动电机（E2）单独驱动。

2.按照权利要求1所述的混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法，其特征在于：为防止因信号噪声导致误判，在同一故障持续存在4秒之后设定故障等级。

3.按照权利要求1所述的混合动力汽车发动机扭矩故障控制方法，其特征在于：在所述的发动机轻微扭矩故障时的容错控制中，为了保护电池，基于PI控制算法，使用电池最大允许放电功率PBAT_MAX计算电池能力范围之内的驱动能力限值THo_BAT_LIM；使用THo_BAT_LIM对THo进行限制，得到混合动力系统实际执行的输出轴扭矩THo。