CN114604229A - 一种混合动力重型商用车起步控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合动力重型商用车自动机械变速箱控制领域，提供了一种混合动力重型商用车起步控制方法，通过采集车辆相关信号并将所采集的信号通过计算得到起步阻力以及扭矩，通过对当前车辆模式分别对扭矩进行分配，并判断整车的起步后的情况，通过执行器采用模糊PID算法控制扭矩，保证离合器、发动机、电机三者之间的协调，可使混合动力重型商用车实现坡道路面的顺利起步，有效的解决了混合动力重型商用车在坡道路况下的起步性能及坡道防溜问题。

Description

一种混合动力重型商用车起步控制方法

技术领域

本发明涉及混合动力重型商用车自动机械变速箱控制领域，具体为一种混合动力重型商用车起步控制方法。

背景技术

由于混合动力重型商用车存在多种动力源，因此其起步过程比较复杂，包含的情况比较多，尤其在坡道起步过程中，在纯电、混动和燃油等不同模式下起步时，需同时协调控制发动机、离合器以及电机，并且需要保证坡道防溜及起步平顺性，准确实时计算车辆所需扭矩是提升起步平顺性的关键，合理分配电机和发动机扭矩是提升燃油经济性的重点，另一方面在重载大坡起步过程中，又需要协调优先保证动力性，因此，混合动力重型商用车在起步过程中不仅需要解决传统燃油车的经济性和平顺性问题，还需要解决纯电动车辆起步过程中的坡道防溜，并且当车辆处于混动状态时，需同步解决以上所有问题。

发明内容

针对现有技术中存在混合动力重型商用车在坡道路况下的起步性能及坡道防溜问题的问题，本发明提供一种混合动力重型商用车起步控制方法，有效的解决了混合动力重型商用车在坡道路况下的起步性能及坡道防溜问题的问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种混合动力重型商用车起步控制方法，包括如下步骤：

步骤1，采集混合动力重型商用车车重信号、坡道信号、坡道信号、挡位信号、油门信号和刹车信号；

步骤2，将所采集的混合动力重型商用车车重信号、坡道信号、坡道信号、挡位信号、油门信号和刹车信号通过根据汽车动力学方程计算出起步阻力f(t)；

步骤3，将起步阻力f(t)根据传动系统参数计算出整车所需扭矩cal(t)；

步骤4，根据当前车辆模式对扭矩cal(t)进行分配，同步监督整车后溜以及振动情况，并判断整车起步是否后溜或者明显冲击，当判断整车起步后溜或者明显冲击时，重新识别坡道信号和车重信号，并返回执行步骤2计算起步阻力；反之判断整车是否完成起步，通过执行器对扭矩进行实时调整，当判断整车未完成起步，则整车重新起步，并重新执行步骤4，反之结束混合动力重型商用车坡道起步工作。

优选的，步骤2中，通过根据汽车动力学方程计算出起步阻力f(t)的计算公式如下：

计算滚动阻力：F_f＝Gf cosγ；

计算坡道阻力：F_i＝G sinγ；

计算加速阻力：

计算起步阻力：F_z＝F_f+F_i+F_j；

其中：F_f表示滚动阻力；G表示车身重力；f表示滚动阻力系数；γ表示道路坡度；F_i表示坡道阻力；F_j表示加速阻力；σ表示汽车旋转质量换算系数；m表示汽车质量kg；

表示行驶加速度(m/s²)；F_z表示起步阻力。

优选的，步骤3中，传动系统参数计算出整车所需扭矩cal(t)的计算公式如下：

其中，T_r表示扭矩；F_z表示起步阻力；r表示轮胎滚动半径；i表示传动系传动比；η表示传动系机械效率。

优选的，步骤4中，根据当前车辆起步模式包括纯电模式、燃油模式和混合动力模式。

进一步的，当前车辆模式对扭矩cal(t)进行分配如下：

纯电模式将扭矩cal(t)全部分配至电机mot(t)；

燃油模式将扭矩cal(t)全部分配至发动机eng(t)；

混合动力模式将扭矩cal(t)分别分配至电机mot(t)和发动机eng(t)。

优选的，步骤4中，扭矩cal(t)响应为闭环控制。

优选的，步骤4中，判断整车起步是否后溜或者明显冲击，以及整车是否起步完成的判断方式如下：

设定阈值，当车速大于阈值时，执行器判断整车起步过程完成，进入整车行车控制逻辑；反之执行器对扭矩进行实时调整后，使得整车起步过程完成，进入整车行车控制逻辑。

优选的，执行器采用模糊PID算法控制扭矩，具体方法步骤如下：

S1，取当前采样值y(k)；

S2，根据当前采样值y(k)计算得到控制偏差e(k)和当前偏差和上次偏差的差值ec(k)；

S3，对控制偏差e(k)和当前偏差和上次偏差的差值ec(k)进行模糊化处理；

S4，通过确定PID控制参数模糊整定偏差的比例Kp、偏差的积分Ki和偏差的微分Kd；

S5，通过偏差的比例Kp、偏差的积分Ki和偏差的微分Kd确定控制量U，判定采样是否结束，当判定采样未结束，则返回S1重新取当前采样值y(k)；反之采样结束。

进一步的，S3中，控制偏差e(k)的计算公式如下：

e(k)＝r(k)-y(k)；

当前偏差和上次偏差的差值ec(k)的计算公式如下：

ec(k)＝e(k)-e(k-1)；

其中，y(k)表示当前采样值；r(k)表示给定目标值；e(k)表示控制偏差；ec(k)表示当前偏差和上次偏差的差值。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明提供了一种混合动力重型商用车起步控制方法，通过采集车辆相关信号并将所采集的信号通过计算得到起步阻力以及扭矩，通过对当前车辆模式分别对扭矩进行分配，并判断整车的起步后的情况，通过执行器采用模糊PID算法控制扭矩，保证离合器、发动机、电机三者之间的协调，可使混合动力重型商用车实现坡道路面的顺利起步，有效的解决了混合动力重型商用车在坡道路况下的起步性能及坡道防溜问题。

附图说明

图1为本发明中混合动力重型商用车起步控制方法的步骤流程图；

图2为本发明中混合动力重型商用车起步控制方法的判断算法逻辑图；

图3为本发明中执行器采用模糊PID算法控制扭矩的逻辑图；

图4为本发明中采样数据输入in示意图；

图5为本发明中扭矩分配结果及车辆起步仿真图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明一个实施例中，提供了一种混合动力重型商用车起步控制方法，有效的解决了混合动力重型商用车在坡道路况下的起步性能及坡道防溜问题的问题。

具体的，该混合动力重型商用车起步控制方法，包括如下步骤：

步骤1，采集混合动力重型商用车车重信号、坡道信号、坡道信号、挡位信号、油门信号和刹车信号；

步骤2，将所采集的混合动力重型商用车车重信号、坡道信号、坡道信号、挡位信号、油门信号和刹车信号通过根据汽车动力学方程计算出起步阻力f(t)；

步骤3，将起步阻力f(t)根据传动系统参数计算出整车所需扭矩cal(t)；

步骤4，根据当前车辆模式对扭矩cal(t)进行分配，同步监督整车后溜以及振动情况，并判断整车起步是否后溜或者明显冲击，当判断整车起步后溜或者明显冲击时，重新识别坡道信号和车重信号，并返回执行步骤2计算起步阻力；反之判断整车是否完成起步，通过执行器对扭矩进行实时调整，当判断整车未完成起步，则整车重新起步，并重新执行步骤4，反之结束混合动力重型商用车坡道起步工作。

具体的，步骤2中，通过根据汽车动力学方程计算出起步阻力f(t)的计算公式如下：

计算滚动阻力：F_f＝Gf cosγ；

计算坡道阻力：F_i＝G sinγ；

计算加速阻力：

计算起步阻力：F_z＝F_f+F_i+F_j；

其中：F_f表示滚动阻力；G表示车身重力；f表示滚动阻力系数；γ表示道路坡度；F_i表示坡道阻力；F_j表示加速阻力；σ表示汽车旋转质量换算系数；m表示汽车质量(kg)；

表示行驶加速度(m/s²)；F_z表示起步阻力。

具体的，步骤3中，传动系统参数计算出整车所需扭矩cal(t)的计算公式如下：

其中，T_r表示扭矩；F_z表示起步阻力；r表示轮胎滚动半径；i表示传动系传动比；η表示传动系机械效率。

具体的，步骤4中，根据当前车辆起步模式包括纯电模式、燃油模式和混合动力模式。

其中，当前车辆模式对扭矩cal(t)进行分配如下：

纯电模式将扭矩cal(t)全部分配至电机mot(t)；

燃油模式将扭矩cal(t)全部分配至发动机eng(t)；

混合动力模式将扭矩cal(t)分别分配至电机mot(t)和发动机eng(t)。

具体的，步骤4中，判断整车起步是否后溜或者明显冲击，以及整车是否起步完成的判断方式如下：

设定阈值，当车速大于阈值时，执行器判断整车起步过程完成，进入整车行车控制逻辑；反之执行器对扭矩进行实时调整后，使得整车起步过程完成，进入整车行车控制逻辑。

具体的，执行器采用模糊PID算法控制扭矩，根据图3所示，具体方法步骤如下：

S1，取当前采样值y(k)；

S2，根据当前采样值y(k)计算得到控制偏差e(k)和当前偏差和上次偏差的差值ec(k)；

S3，对控制偏差e(k)和当前偏差和上次偏差的差值ec(k)进行模糊化处理；

其中，控制偏差e(k)的计算公式如下：

e(k)＝r(k)-y(k)；

当前偏差和上次偏差的差值ec(k)的计算公式如下：

ec(k)＝e(k)-e(k-1)；

其中，y(k)表示当前采样值；r(k)表示给定目标值；e(k)表示控制偏差；ec(k)表示当前偏差和上次偏差的差值。

S4，通过确定PID控制参数模糊整定偏差的比例Kp、偏差的积分Ki和偏差的微分Kd；

S5，通过偏差的比例Kp、偏差的积分Ki和偏差的微分Kd确定控制量U，判定采样是否结束，当判定采样未结束，则返回S1重新取当前采样值y(k)；反之采样结束。

实施例

一种混合动力重型商用车起步控制方法，如图2所示，具体包括如下步骤：

第一步，采集数据，如图4所示；

通过车辆上安装的传感器以及算法计算出车辆起步所需原始信号in(t)，图4是车重、油门、挡位、坡道的采样数据in(t)随时间的变化曲线，对采集到的原始数据进行滤波处理，生成较稳定可靠的信号，将信号输出至起步阻力计算模块。

第二步，起步阻力计算

将所采集的混合动力重型商用车车重信号、坡道信号、坡道信号、挡位信号、油门信号和刹车信号通过根据汽车动力学方程计算出起步阻力f(t)；

具体起步阻力主要包括三部分(空气阻力忽略)：

计算滚动阻力：F_f＝Gf cosγ；

计算坡道阻力：F_i＝G sinγ；

计算加速阻力：

计算起步阻力：F_z＝F_f+F_i+F_j；

其中：F_f表示滚动阻力；G表示车身重力；f表示滚动阻力系数；γ表示道路坡度；F_i表示坡道阻力；F_j表示加速阻力；σ表示汽车旋转质量换算系数；m表示汽车质量(kg)；

表示行驶加速度(m/s²)；F_z表示起步阻力。

第三步，将起步阻力f(t)根据传动系统参数计算出整车所需扭矩cal(t)；

传动系统参数计算出整车所需扭矩cal(t)的计算公式如下：

其中，T_r表示扭矩；F_z表示起步阻力；r表示轮胎滚动半径；i表示传动系传动比；η表示传动系机械效率。

计算出需求扭矩T_r后，根据预先设定规则对该扭矩进行分配，如图5所示。

第四步，模式判断

根据整车模式信号，判断整车当前起步模式，针对三种不同的起步模式，进行不同的扭矩响应分配，扭矩响应为闭环控制，同步监督整车后溜及振动情况，对控制逻辑实时反馈调节。

其中当前车辆起步模式包括纯电模式、燃油模式和混合动力模式，

当前车辆模式对扭矩cal(t)进行分配如下：

纯电模式将扭矩cal(t)全部分配至电机mot(t)；

燃油模式将扭矩cal(t)全部分配至发动机eng(t)；

混合动力模式将扭矩cal(t)分别分配至电机mot(t)和发动机eng(t)。

第五步，判断整车起步是否后溜或者明显冲击，以及整车是否起步完成

设定阈值为2km/h，当判断车速大于一定阈值2km/h，则该控制逻辑认为起步过程完成，进入正常行车模式控制逻辑。

综上所述，本发明提供了一种混合动力重型商用车起步控制方法，通过采集车辆相关信号并将所采集的信号通过计算得到起步阻力以及扭矩，通过对当前车辆模式分别对扭矩进行分配，并判断整车的起步后的情况，通过执行器采用模糊PID算法控制扭矩，保证离合器、发动机、电机三者之间的协调，可使混合动力重型商用车实现坡道路面的顺利起步，有效的解决了混合动力重型商用车在坡道路况下的起步性能及坡道防溜问题。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，采集混合动力重型商用车车重信号、坡道信号、坡道信号、挡位信号、油门信号和刹车信号；

步骤2，将所采集的混合动力重型商用车车重信号、坡道信号、坡道信号、挡位信号、油门信号和刹车信号通过根据汽车动力学方程计算出起步阻力f(t)；

步骤3，将起步阻力f(t)根据传动系统参数计算出整车所需扭矩cal(t)；

步骤4，根据当前车辆模式对扭矩cal(t)进行分配，同步监督整车后溜以及振动情况，并判断整车起步是否后溜或者明显冲击，当判断整车起步后溜或者明显冲击时，重新识别坡道信号和车重信号，并返回执行步骤2计算起步阻力；反之判断整车是否完成起步，通过执行器对扭矩进行实时调整，当判断整车未完成起步，则整车重新起步，并重新执行步骤4，反之结束混合动力重型商用车坡道起步工作。

2.根据权利要求1所述的一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，步骤2中，通过根据汽车动力学方程计算出起步阻力f(t)的计算公式如下：

计算滚动阻力：F_f＝Gf cosγ；

计算坡道阻力：F_i＝G sinγ；

计算加速阻力：

计算起步阻力：F_z＝F_f+F_i+F_j；

其中：F_f表示滚动阻力；G表示车身重力；f表示滚动阻力系数；γ表示道路坡度；F_i表示坡道阻力；F_j表示加速阻力；σ表示汽车旋转质量换算系数；m表示汽车质量kg；

表示行驶加速度(m/s²)；F_z表示起步阻力。

3.根据权利要求1所述的一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，步骤3中，传动系统参数计算出整车所需扭矩cal(t)的计算公式如下：

其中，T_r表示扭矩；F_z表示起步阻力；r表示轮胎滚动半径；i表示传动系传动比；η表示传动系机械效率。

4.根据权利要求1所述的一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，步骤4中，根据当前车辆起步模式包括纯电模式、燃油模式和混合动力模式。

5.根据权利要求4所述的一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，当前车辆模式对扭矩cal(t)进行分配如下：

纯电模式将扭矩cal(t)全部分配至电机mot(t)；

燃油模式将扭矩cal(t)全部分配至发动机eng(t)；

混合动力模式将扭矩cal(t)分别分配至电机mot(t)和发动机eng(t)。

6.根据权利要求1所述的一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，步骤4中，扭矩cal(t)响应为闭环控制。

7.根据权利要求1所述的一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，步骤4中，判断整车起步是否后溜或者明显冲击，以及整车是否起步完成的判断方式如下：

设定阈值，当车速大于阈值时，执行器判断整车起步过程完成，进入整车行车控制逻辑；反之执行器对扭矩进行实时调整后，使得整车起步过程完成，进入整车行车控制逻辑。

8.根据权利要求1所述的一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，执行器采用模糊PID算法控制扭矩，具体方法步骤如下：

S1，取当前采样值y(k)；

S2，根据当前采样值y(k)计算得到控制偏差e(k)和当前偏差和上次偏差的差值ec(k)；

S3，对控制偏差e(k)和当前偏差和上次偏差的差值ec(k)进行模糊化处理；

S4，通过确定PID控制参数模糊整定偏差的比例Kp、偏差的积分Ki和偏差的微分Kd；

S5，通过偏差的比例Kp、偏差的积分Ki和偏差的微分Kd确定控制量U，判定采样是否结束，当判定采样未结束，则返回S1重新取当前采样值y(k)；反之采样结束。

9.根据权利要求8所述的一种混合动力重型商用车起步控制方法，其特征在于，S3中，控制偏差e(k)的计算公式如下：

e(k)＝r(k)-y(k)；

当前偏差和上次偏差的差值ec(k)的计算公式如下：

ec(k)＝e(k)-e(k-1)；

其中，y(k)表示当前采样值；r(k)表示给定目标值；e(k)表示控制偏差；ec(k)表示当前偏差和上次偏差的差值。

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