功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，包括PC機(jī)、整車控制器、AutoBox實時仿真系統(tǒng)和實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組，所述的PC機(jī)分別連接整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)，所述的實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)分別連接整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)；AutoBox實時仿真系統(tǒng)實時采集實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的信號，并將輸出信號傳輸給整車控制器，整車控制器根據(jù)實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)及AutoBox實時仿真系統(tǒng)傳輸來的信號判斷整車運(yùn)行狀態(tài)，AutoBox實時仿真系統(tǒng)接收到實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行模型仿真運(yùn)行，完成模式切換。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有提高功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換控制策略的開發(fā)效率等優(yōu)點。
【專利說明】功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種動力系統(tǒng)硬件在環(huán)仿真試驗臺，尤其是涉及一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺。
【背景技術(shù)】
[0002]功率分流混合動力系統(tǒng)(Power Split Hybrid System)由行星排稱合機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、發(fā)動機(jī)、蓄電池、逆變器、濕式制動器或離合器等組成。發(fā)動機(jī)經(jīng)過功率分流機(jī)構(gòu)(行星排)，一部分功率直接通過機(jī)械路徑驅(qū)動車輛，另一部分功率經(jīng)過電功率路徑驅(qū)動車輛。兩者功率比例可以根據(jù)行駛路況進(jìn)行調(diào)節(jié)，當(dāng)車速較低時以電功率路徑為主，以優(yōu)化發(fā)動機(jī)工作區(qū)域；當(dāng)車速較高時以機(jī)械路徑為主，以獲得較高的傳動效率。功率分流混合動力系統(tǒng)能使發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)等部件進(jìn)行更多的優(yōu)化匹配，更容易適應(yīng)行駛路況的變化，實現(xiàn)排放和油耗控制目標(biāo)?；旌蟿恿ο到y(tǒng)控制最重要的一方面就是模式切換過程中整車的平順性最優(yōu)，沖擊度最小，而對于系統(tǒng)的模式切換特別是從純電動切換到發(fā)動機(jī)介入的混合動力模式，涉及到濕式制動器的分離與結(jié)合過程以及對發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制，尤其是像行星排耦合這樣特殊結(jié)構(gòu)的功率分流變速機(jī)構(gòu)控制，控制策略復(fù)雜，難度大，國內(nèi)對于功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換控制策略這方面的研究仍處于起步階段，大多是通過建立模式切換控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行離線仿真，無法反映發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、制動器在協(xié)調(diào)控制過程中的不同動態(tài)響應(yīng)特性，其相應(yīng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺更是寥寥無幾。
[0003]現(xiàn)有的混合動力模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，大都是基于xPC目標(biāo)機(jī)與板卡的平臺，其模型的下載與工具鏈的配置過程均比較繁瑣，且沒有類似于CANape或ControlDesk等測量標(biāo)定工具來監(jiān)控仿真試驗的運(yùn)行狀態(tài)以及在線修改策略的控制參數(shù)或模型的匹配參數(shù)，其模式切換控制策略的開發(fā)效率低。另外，在現(xiàn)有的混合動力系統(tǒng)模式切換硬件仿真試驗，硬件在環(huán)試驗一直運(yùn)行，在線運(yùn)行速度慢，控制器運(yùn)行慢，控制策略開發(fā)周期長。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種采用實車硬件、基于AutoBox實時仿真系統(tǒng)的功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，提高功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換控制策略的開發(fā)效率。
[0005]本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
[0006]一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，包括PC機(jī)、整車控制器、AutoBox實時仿真系統(tǒng)和實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組，所述的PC機(jī)分別連接整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng),所述的實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)分別連接整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)，所述的整車控制器通過CAN線與AutoBox實時仿真系統(tǒng)連接；
[0007]所述的PC機(jī)建立功率分流混合動力系統(tǒng)各零部件動態(tài)仿真模型，該模型保存到AutoBox實時仿真系統(tǒng)中，同時PC機(jī)建立功率分流混合動力系統(tǒng)的整車控制策略模型，保存到整車控制器中，AutoBox實時仿真系統(tǒng)實時采集實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的信號作為各零部件動態(tài)仿真模型的輸入，并將輸出信號傳輸給整車控制器，整車控制器根據(jù)實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)及AutoBox實時仿真系統(tǒng)傳輸來的信號判斷整車運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)車輛進(jìn)行模式切換過程時，硬件在環(huán)仿真試驗暫停，整車控制器利用動態(tài)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制算法計算出實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩曲線，并根據(jù)轉(zhuǎn)矩曲線控制實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，硬件在環(huán)仿真試驗恢復(fù)，AutoBox實時仿真系統(tǒng)接收到實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行模型仿真運(yùn)行，完成模式切換。
[0008]所述的實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組包括濕式制動器系統(tǒng)、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)、動力蓄電池、動力蓄電池管理系統(tǒng)、電動機(jī)、電動機(jī)控制器、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、負(fù)載電機(jī)、負(fù)載電機(jī)控制系統(tǒng)、加載電機(jī)和加載電機(jī)控制系統(tǒng)，所述的濕式制動器系統(tǒng)、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)均分別連接整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)，所述的動力蓄電池管理系統(tǒng)、電動機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)控制器均通過CAN線分別連接整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)，所述的電動機(jī)控制器、電動機(jī)、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、負(fù)載電機(jī)和負(fù)載電機(jī)控制系統(tǒng)依次連接，所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器與電動機(jī)控制器連接，所述的發(fā)電機(jī)控制器、發(fā)電機(jī)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器、加載電機(jī)和加載電機(jī)控制系統(tǒng)依次連接，所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器與發(fā)電機(jī)控制器連接，所述的動力蓄電池與動力蓄電池管理系統(tǒng)連接。
[0009]所述的各零部件動態(tài)仿真模型包括:
[0010]駕駛員模型，用于仿真駕駛員控制車輛按照設(shè)定工況運(yùn)行時的駕駛信息，反饋駕駛員轉(zhuǎn)矩需求信號；
[0011]發(fā)動機(jī)模型，用于接收電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)發(fā)送的節(jié)氣門開度指令并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩輸出，反饋發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號；
[0012]變速箱模型，用于仿真實車變速箱內(nèi)部齒輪之間的連接關(guān)系，并輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號；
[0013]濕式制動器模型，用于接收濕式制動器系統(tǒng)的油壓信號并將其轉(zhuǎn)換成制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩輸出，反饋濕式制動器開閉信號；
[0014]蓄電池模型，用于仿真實車蓄電池的狀態(tài)信息；
[0015]發(fā)電機(jī)模型，用于接收發(fā)電機(jī)控制器的反饋的實際轉(zhuǎn)矩信號并輸出，反饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號；
[0016]電動機(jī)模型，用于接收電動機(jī)控制器的反饋的實際轉(zhuǎn)矩信號并輸出，反饋電動機(jī)轉(zhuǎn)速信號；
[0017]車輛縱向動力學(xué)模型，用于仿真車輛縱向運(yùn)動時的車速信息，并實時反饋給整車控制器。
[0018]所述的整車控制策略包括穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略和模式切換瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略，其中，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略根據(jù)駕駛員轉(zhuǎn)矩需求并以控制混合動力系統(tǒng)效率最優(yōu)且發(fā)動機(jī)工作效率點大于設(shè)定值為目標(biāo)進(jìn)行制定，模式切換瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略根據(jù)駕駛員轉(zhuǎn)矩需求并以控制切換過程整車沖擊度最優(yōu)、制動器滑摩功最優(yōu)、切換時間最優(yōu)為目標(biāo)進(jìn)行制定。
[0019]所述的整車控制器判斷整車運(yùn)行狀態(tài)時，獲取的信號包括通過CAN線從電動機(jī)控制器獲取的電動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號、從發(fā)電機(jī)控制器獲取的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號、從動力蓄電池管理系統(tǒng)獲取的蓄電池SOC信號以及從AutoBox實時仿真系統(tǒng)獲取的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、駕駛員轉(zhuǎn)矩需求信號、濕式制動器開閉信號和車速信號。
[0020]所述的根據(jù)轉(zhuǎn)矩曲線控制實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)具體為:
[0021]獲取實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩曲線，包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線和濕式制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩曲線，將該四條曲線轉(zhuǎn)換成應(yīng)的電子節(jié)氣門開度指令、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩指令、制動油壓指令后分別發(fā)送給電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制器、電動機(jī)控制器、濕式制動器系統(tǒng)。
[0022]所述的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)用于模擬發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，整車控制器根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令信號利用發(fā)動機(jī)的外特性曲線轉(zhuǎn)換成節(jié)氣門的開度信號，并通過PWM波控制指令實現(xiàn)節(jié)氣門的開度控制，同時電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)將節(jié)氣門開度信號反饋至整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)的發(fā)動機(jī)模型中.[0023]所述的整車控制器將濕式制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)換成油壓信號并根據(jù)電磁閥的開度特性，轉(zhuǎn)換成電流控制信號，控制濕式制動器的分離與結(jié)合，同時濕式制動器系統(tǒng)將油壓信號反饋給整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)的制動器模型中。
[0024]所述的PC機(jī)建立整車控制策略模型后通過RTW轉(zhuǎn)換為C代碼，與底層驅(qū)動C代碼相銜接后整體進(jìn)行編譯，最后再利用CAN方式將編譯生成的最終機(jī)器碼燒寫到整車控制器；
[0025]所述的PC機(jī)建立零部件動態(tài)模型后，通過RTW轉(zhuǎn)換為C代碼，存儲到AutoBox實時仿真系統(tǒng)中，AutoBox實時仿真系統(tǒng)通過CAN方式將模型相關(guān)信號反饋到整車控制器。
[0026]所述的控制策略模型和零部件動態(tài)仿真模型通過PC機(jī)中的CANape和ControlDesk進(jìn)行測量與標(biāo)定，所述的CANape采用基于CCP協(xié)議的CAN通信方式，所述的ControlDesk為基于AutoBox特定協(xié)議的串口通信方式。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點:
[0028]1)試驗臺采用實車整車控制器、濕式制動器系統(tǒng)、電動機(jī)及其控制器、發(fā)電機(jī)及其控制器、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)，整車控制器使用條件更加接近實車工況，硬件在環(huán)試驗過程中可以反映電動機(jī)、發(fā)電機(jī)、濕式制動器的動態(tài)響應(yīng)特性，并利用電子節(jié)氣門模擬發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，從而使功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換協(xié)調(diào)控制策略的預(yù)測與評價更加準(zhǔn)確；
[0029]2)在整車控制器開發(fā)的前期，采用該試驗臺可以預(yù)測和評估功率分流混合動力車輛在各種不同工況下的控制性能，尤其可對系統(tǒng)模式切換工況下的控制策略進(jìn)行測試與優(yōu)化；
[0030]3)利用實物電動機(jī)及其控制器、發(fā)電機(jī)及其控制器、濕式制動器系統(tǒng)、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)等，可探討功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換協(xié)調(diào)控制策略，并利用CANape和ControlDesk實時標(biāo)定相關(guān)控制參數(shù)，提高了硬件在環(huán)測試的執(zhí)行效率，并縮短了功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換控制策略的開發(fā)時間；
[0031]4)利用電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)模擬發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，既能使開發(fā)成本低，又能反映真實的實車發(fā)動機(jī)工作特性；
[0032]5)利用該試驗臺，進(jìn)入模式切換后，硬件在環(huán)試驗暫停，等到整車控制器根據(jù)各零部件的狀態(tài)信號利用模式切換協(xié)調(diào)控制算法離線優(yōu)化出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、濕式制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩四條轉(zhuǎn)矩曲線后，并將該四條轉(zhuǎn)矩曲線轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電子節(jié)氣門開度指令、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩指令、制動油壓指令后分別發(fā)送給電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)控制器、電動機(jī)控制器、濕式制動器控制系統(tǒng)，硬件在環(huán)試驗恢復(fù)運(yùn)行，這樣能夠開發(fā)并驗證模式切換協(xié)調(diào)控制策略，快速優(yōu)化并計算出模式切換過程各動力源及濕式制動器轉(zhuǎn)矩控制曲線，提高模式切換控制策略的開發(fā)效率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2為本發(fā)明的信號流程圖；
[0035]圖3為本發(fā)明研究的功率分流混合動力系統(tǒng)；
[0036]其中，圖3(a)為功率分流混合動力系統(tǒng)示意圖；圖3(13)為雙行星排總成為類似拉娜結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4為本發(fā)明研究的系統(tǒng)不同模式控制策略杠桿圖；
[0038]其中，圖4(a)為濕式制動器B1鎖止僅電動機(jī)MG2工作的純電動杠桿示意圖，圖4(b)為濕式制動器B1打開后發(fā)電機(jī)MG1拖轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速點火后進(jìn)入混合動力模式的杠桿示意圖。
【具體實施方式】
[0039]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實施，給出了詳細(xì)的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實施例。
[0040]如圖1、圖2所示，一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換半實物硬件在環(huán)仿真試驗臺，包括濕式制動器系統(tǒng)1、PC機(jī)2與3、整車控制器4、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)5、AutoBox實時仿真系統(tǒng)6、動力蓄電池12及動力蓄電池管理系統(tǒng)11、電動機(jī)9及電動機(jī)控制器10、發(fā)電機(jī)14及發(fā)電機(jī)控制器13、轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器8與15、負(fù)載電機(jī)7及負(fù)載電機(jī)控制系統(tǒng)17、力口載電機(jī)16及加載電機(jī)控制系統(tǒng)18。所述的整車控制器4分別與濕式制動器系統(tǒng)1、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)5、PC機(jī)3、電動機(jī)控制器10、發(fā)電機(jī)控制器13、AutoBox實時仿真系統(tǒng)6、動力蓄電池管理系統(tǒng)11連接，所述的PC機(jī)2與AutoBox實時仿真系統(tǒng)6連接，所述的電動機(jī)控制器10與電動機(jī)9連接，所述的發(fā)電機(jī)控制器13與發(fā)電機(jī)14連接，所述的動力蓄電池管理系統(tǒng)11與動力蓄電池12連接，所述的動力蓄電池12分別與發(fā)電機(jī)控制器13、電動機(jī)控制器10連接，所述的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)5用于模擬發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量，所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器8與15用于反饋轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號，所述的負(fù)載電機(jī)7作為電動機(jī)9負(fù)載，所述的加載電機(jī)16作為驅(qū)動電機(jī)。
[0041]本實施例中，所述的發(fā)電機(jī)、電動機(jī)均設(shè)有1個，所述的發(fā)電機(jī)控制器、電動機(jī)控制器均設(shè)有1個，所述的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)有2個，所述的負(fù)載電機(jī)、加載電機(jī)均設(shè)有1個，所述的負(fù)載電機(jī)控制系統(tǒng)、加載電機(jī)控制系統(tǒng)均設(shè)有1套，所述的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)設(shè)有1套，所述的濕式制動器系統(tǒng)設(shè)有1套，所述的整車控制器設(shè)有1個，所述的AutoBox實時仿真系統(tǒng)設(shè)有1個，所述的PC機(jī)設(shè)有2個。
[0042]PC機(jī)2利用Simulink建立功率分流混合動力系統(tǒng)個零部件動態(tài)模型，該模型經(jīng)RTW轉(zhuǎn)化為C代碼格式后下載到AutoBox實時仿真系統(tǒng)6中；
[0043]AutoBox實時仿真系統(tǒng)6中包含的零部件動態(tài)模型包括:
[0044]駕駛員模型，用于仿真駕駛員控制車輛按照設(shè)定工況運(yùn)行時的駕駛信息，反饋駕駛員轉(zhuǎn)矩需求信號；
[0045]發(fā)動機(jī)模型，用于接收節(jié)氣門開度指令并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩輸出，反饋發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號；
[0046]變速箱模型，用于仿真實車變速箱內(nèi)部齒輪之間的連接關(guān)系，并輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號；
[0047]濕式制動器模型，用于接收濕式制動器系統(tǒng)反饋的油壓信號并將其轉(zhuǎn)換成制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩輸出，反饋濕式制動器的開閉信號；
[0048]蓄電池模型，用于仿真實車蓄電池的狀態(tài)信息；
[0049]發(fā)電機(jī)模型，用于接收發(fā)電機(jī)控制器的反饋的實際轉(zhuǎn)矩信號并輸出，反饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號；
[0050]電動機(jī)模型，用于接收電動機(jī)控制器的反饋的實際轉(zhuǎn)矩信號并輸出，反饋電動機(jī)轉(zhuǎn)速信號；
[0051]車輛縱向動力學(xué)模型，用于仿真車輛縱向運(yùn)動時的車速信息，并實時反饋給整車控制器。
[0052]PC機(jī)3利用Matlab/Stateflow建立功率分流混合動力系統(tǒng)的整車控制策略模型，包括穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略和模式切換瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略:其中穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略根據(jù)駕駛員的扭矩需求及整車各零部件狀態(tài)信號合理的分配發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩，以達(dá)到混合動力系統(tǒng)效率整體最優(yōu)，同時保證發(fā)動機(jī)工作在較高的效率工作點。模式切換瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略以控制切換過程整車的沖擊度最優(yōu)，切換時間最優(yōu)，濕式制動器的滑摩功最優(yōu)，利用模式切換算法和整車零部件的反饋的信息來優(yōu)化控制發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩以及濕式制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩，得到四條最優(yōu)的控制轉(zhuǎn)矩曲線，控制電子節(jié)氣門、發(fā)電機(jī)、電動機(jī)、濕式制動器，AtuoBox實時仿真系統(tǒng)接收到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際反饋的節(jié)氣門開度信號、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩信號、制動油壓信號進(jìn)行模型仿真運(yùn)行。
[0053]整車控制器4中驅(qū)動模塊可以直接驅(qū)動電子節(jié)氣門5，在通過臺架試驗獲得發(fā)動機(jī)以節(jié)氣門開度和轉(zhuǎn)速為輸入，轉(zhuǎn)矩為輸出的三維表后，編程進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算，反向求出以轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速為輸入，節(jié)氣門開度為輸出的三維表，制成查表模型。整車控制器4接收到發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩指令后，利用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩查對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩——轉(zhuǎn)速——節(jié)氣門開度查表模型，可以直接得到節(jié)氣門開度，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的PWM波來控制電子節(jié)氣門開度，從而模擬真實的發(fā)動機(jī)進(jìn)氣量。
[0054]整車控制器4可以直接驅(qū)動濕式制動器系統(tǒng)中的電磁閥，通過控制電磁閥的開閉及開度大小，可以適時地控制制動油壓大小，實施過程中，先將優(yōu)化出的濕式制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩利用濕式制動器數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)換成油壓大小，利用電磁閥的油壓——電流查表模型查表后得到驅(qū)動電磁閥所需的電流，利用整車控制器4給電磁閥相應(yīng)的電流大小，控制電磁閥的開閉及開度大小，從而控制濕式制動器的分離與結(jié)合，完成模式切換。
[0055]整車控制器4利用模式切換算法和整車零部件的反饋的信息來優(yōu)化得到電動機(jī)
9、發(fā)電機(jī)14的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩后，通過給電動機(jī)控制器10、發(fā)電機(jī)控制器13相應(yīng)的控制指令，使電動機(jī)控制器10、發(fā)電機(jī)控制器13分別給電動機(jī)9、發(fā)電機(jī)14發(fā)送相應(yīng)的PWM波信號，從而控制電動機(jī)9、發(fā)電機(jī)14的轉(zhuǎn)矩輸出，完成模式切換。
[0056]負(fù)載電機(jī)控制系統(tǒng)17用于控制負(fù)載電機(jī)7,加載電機(jī)控制系統(tǒng)18用于控制加載電機(jī)16，避免發(fā)電機(jī)14、電動機(jī)9空轉(zhuǎn)，從而可以模擬真實的整車電機(jī)控制。
[0057]圖3為本發(fā)明所研究的功率分流混合動力系統(tǒng)，如圖3(a)所示，該系統(tǒng)由發(fā)動機(jī)ENG、扭轉(zhuǎn)減振器TSD、雙行星排總成、發(fā)電機(jī)MG1、電動機(jī)MG2、濕式制動器B1、濕式制動器B2等組成，其中雙行星排總成為類似拉娜結(jié)構(gòu)如圖3(b)所示，S1為前排輪系小太陽輪；P1為前排輪系短(粗)行星輪；P2為后排輪系長(細(xì))行星輪；S2為后排輪系大太陽輪；C1 (C2)為前、后排輪系共用行星架；R1為前、后排輪系共用齒圈。前排輪系小太陽輪S1與短(粗)行星輪P1嚙合，短(粗)行星輪P1直接與齒圈R1嚙合；后排輪系大太陽輪S2與長(細(xì))行星輪P2嚙合，長(細(xì))行星輪P2與前排輪系短(粗)行星輪P1嚙合，前后排輪系共用行星架C1和齒圈R1，齒圈為輸出端。發(fā)動機(jī)ENG通過扭轉(zhuǎn)減振器TSD與行星架C1連接，電機(jī)MG1、MG2分別與太陽輪S1、S2連接，在行星架上設(shè)置濕式制動器B1，用于純電動時鎖住發(fā)動機(jī)；在電機(jī)MG1軸上設(shè)置制動器B2，使動力系統(tǒng)能夠以超速擋固定傳動比運(yùn)行，利用發(fā)動機(jī)的高效運(yùn)行狀態(tài)驅(qū)動車輛行駛。
[0058]圖4為本發(fā)明涉及的模式切換控制杠桿圖。系統(tǒng)從純電動模式切換到混合動力模式分為四個階段:濕式制動器B1從鎖止僅電動機(jī)MG2工作的純電動過程；濕式制動器B1打開過程發(fā)電機(jī)MG1轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償防止發(fā)動機(jī)反向拖轉(zhuǎn)的純電動過程；濕式制動器B1完全打開后，發(fā)電機(jī)MG1拖轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)至目標(biāo)轉(zhuǎn)速點火過程；發(fā)動機(jī)工作混合動力模式。
[0059]整車控制器4利用CAN通信方式從電動機(jī)控制器10獲取電動機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號，從發(fā)電機(jī)控制器13獲取發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號，從動力蓄電池管理系統(tǒng)11獲取蓄電池S0C信號，從AutoBox實時仿真系統(tǒng)6獲取發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩信號、駕駛員轉(zhuǎn)矩需求信號、濕式制動器開閉信號、車速信號來判斷車輛的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)需要進(jìn)行模式切換時，硬件在環(huán)試驗先暫停，等到整車控制器4利用動態(tài)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制算法離線優(yōu)化計算出發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩、濕式制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩四條轉(zhuǎn)矩曲線后，并將該四條轉(zhuǎn)矩曲線轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電子節(jié)氣門開度指令、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩指令、制動油壓指令后分別發(fā)送給電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)5、發(fā)電機(jī)控制器13、電動機(jī)控制器10、濕式制動器控制系統(tǒng)1，硬件在環(huán)試驗恢復(fù)運(yùn)行，AtuoBox實時仿真系統(tǒng)6接收到各執(zhí)行機(jī)構(gòu)實際反饋的節(jié)氣門開度信號、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩信號、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩信號、制動油壓信號進(jìn)行模型仿真運(yùn)行，完成模式切換。
[0060]實時控制程序以及仿真模型的變量和參數(shù)通過上位機(jī)軟件(CANape和ControlDesk)進(jìn)行測量與標(biāo)定，其中CANape采用的是基于CCP協(xié)議的CAN通信方式，而ControlDesk采用的則是基于AutoBox特定協(xié)議的串口通信方式。兩者都可以在PC機(jī)2、PC機(jī)3中建立相應(yīng)的圖形化顯示界面以便直觀地測量和標(biāo)定所對應(yīng)的變量和參數(shù)，可監(jiān)控仿真試驗的運(yùn)行并分析試驗結(jié)果。
[0061]通過以上環(huán)節(jié)，可開展功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗并實現(xiàn)對其控制策略的評價。
【權(quán)利要求】
1.一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，包括PC機(jī)(2、3)、整車控制器(4)、AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)和實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組，所述的PC機(jī)(2,3)分別連接整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)，所述的實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)分別連接整車控制器和AutoBox實時仿真系統(tǒng)，所述的整車控制器通過CAN線與AutoBox實時仿真系統(tǒng)連接；所述的P C機(jī)建立功率分流混合動力系統(tǒng)各零部件動態(tài)仿真模型，該模型保存到AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)中，同時PC機(jī)建立功率分流混合動力系統(tǒng)的整車控制策略模型，保存到整車控制器(4)中，AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)實時采集實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的信號作為各零部件動態(tài)仿真模型的輸入，并將輸出信號傳輸給整車控制器(4)，整車控制器(4)根據(jù)實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)及AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)傳輸來的信號判斷整車運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)車輛進(jìn)行模式切換過程時，硬件在環(huán)仿真試驗暫停，整車控制器(4)利用動態(tài)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制算法計算出實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩曲線，并根據(jù)轉(zhuǎn)矩曲線控制實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)，硬件在環(huán)仿真試驗恢復(fù)，AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)接收到實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)的反饋信號進(jìn)行模型仿真運(yùn)行，完成模式切換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)組包括濕式制動器系統(tǒng)(1)、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)(5)、動力蓄電池(12)、動力蓄電池管理系統(tǒng)(7)、電動機(jī)(10)、電動機(jī)控制器(11)、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(9)、發(fā)電機(jī)(14)、發(fā)電機(jī)控制器(13)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(15)、負(fù)載電機(jī)⑶、負(fù)載電機(jī)控制 系統(tǒng)(17)、加載電機(jī)(16)和加載電機(jī)控制系統(tǒng)(18),所述的濕式制動器系統(tǒng)(1)、電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)(5)均分別連接整車控制器(4)和AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)，所述的動力蓄電池管理系統(tǒng)(7)、電動機(jī)控制器(11)、發(fā)電機(jī)控制器(13)均通過CAN線分別連接整車控制器(4)和AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)，所述的電動機(jī)控制器(11)、電動機(jī)(10)、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(9)、負(fù)載電機(jī)(8)和負(fù)載電機(jī)控制系統(tǒng)(17)依次連接，所述的電動機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(9)與電動機(jī)控制器(11)連接，所述的發(fā)電機(jī)控制器(13)、發(fā)電機(jī)(14)、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(15)、加載電機(jī)(16)和加載電機(jī)控制系統(tǒng)(18)依次連接，所述的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速傳感器(15)與發(fā)電機(jī)控制器(13)連接，所述的動力蓄電池(12)與動力蓄電池管理系統(tǒng)(7)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的各零部件動態(tài)仿真模型包括:駕駛員模型，用于仿真駕駛員控制車輛按照設(shè)定工況運(yùn)行時的駕駛信息，反饋駕駛員轉(zhuǎn)矩需求信號；發(fā)動機(jī)模型，用于接收電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)(5)發(fā)送的節(jié)氣門開度指令并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩輸出，反饋發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速信號；變速箱模型，用于仿真實車變速箱內(nèi)部齒輪之間的連接關(guān)系，并輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩信號;濕式制動器模型，用于接收濕式制動器系統(tǒng)(1)的油壓信號并將其轉(zhuǎn)換成制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩輸出，反饋濕式制動器開閉信號；蓄電池模型，用于仿真實車蓄電池的狀態(tài)信息；發(fā)電機(jī)模型，用于接收發(fā)電機(jī)控制器(13)的反饋的實際轉(zhuǎn)矩信號并輸出，反饋發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速信號；電動機(jī)模型，用于接收電動機(jī)控制器(11)的反饋的實際轉(zhuǎn)矩信號并輸出，反饋電動機(jī)轉(zhuǎn)速信號；車輛縱向動力學(xué)模型，用于仿真車輛縱向運(yùn)動時的車速信息，并實時反饋給整車控制器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的整車控制策略包括穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略和模式切換瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略，其中，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略根據(jù)駕駛員轉(zhuǎn)矩需求并以控制混合動力系統(tǒng)效率最優(yōu)且發(fā)動機(jī)工作效率點大于設(shè)定值為目標(biāo)進(jìn)行制定，模式切換瞬態(tài)轉(zhuǎn)矩分配策略根據(jù)駕駛員轉(zhuǎn)矩需求并以控制切換過程整車沖擊度最優(yōu)、制動器滑摩功最優(yōu)、切換時間最優(yōu)為目標(biāo)進(jìn)行制定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的整車控制器(4)判斷整車運(yùn)行狀態(tài)時，獲取的信號包括通過CAN線從電動機(jī)控制器(11)獲取的電動機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號、從發(fā)電機(jī)控制器(13)獲取的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩信號、從動力蓄電池管理系統(tǒng)(7)獲取的蓄電池SOC信號以及從AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)獲取的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速信號、駕駛員轉(zhuǎn)矩需求信號、濕式制動器開閉信號和車速信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的根據(jù)轉(zhuǎn)矩曲線控制實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)具體為:獲取實車執(zhí)行機(jī)構(gòu)系統(tǒng)對應(yīng)的轉(zhuǎn)矩曲線，包括發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩曲線和濕式制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩曲線，將該四條曲線轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的電子節(jié)氣門開度指令、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩指令、電動機(jī)轉(zhuǎn)矩指令、制動油壓指令后分別發(fā)送給電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)(5)、發(fā)電機(jī)控制器(13)、電動機(jī)控制器(11)、濕式制動器系統(tǒng)⑴。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)(5)用于模擬發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣量，整車控制器(4)根據(jù)發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩指令信號利用發(fā)動機(jī)的外特性曲線轉(zhuǎn)換成節(jié)氣門的開度信號，并通過PWM波控制指令實現(xiàn)節(jié)氣門的開度控制，同時電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)(5)將節(jié)氣門開度信號反饋至整車控制器(4)和AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)的發(fā)動機(jī)模型中。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的整車控制器(4)將濕式制動器傳遞的轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)換成油壓信號并根據(jù)電磁閥的開度特性，轉(zhuǎn)換成電流控制信號，控制濕式制動器的分離與結(jié)合，同時濕式制動器系統(tǒng)(1)將油壓信號反饋給整車控制器(4)和AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)的制動器模型中。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的PC機(jī)建立整車控制策略模型后通過RTW轉(zhuǎn)換為C代碼，與底層驅(qū)動C代碼相銜接后整體進(jìn)行編譯，最后再利用CAN方式將編譯生成的最終機(jī)器碼燒寫到整車控制器⑷；所述的PC機(jī)建立零部件動態(tài)模型后，通過RTW轉(zhuǎn)換為C代碼，存儲到AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)中，AutoBox實時仿真系統(tǒng)(6)通過CAN方式將模型相關(guān)信號反饋到整車控制器⑷。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種功率分流混合動力系統(tǒng)模式切換硬件在環(huán)仿真試驗臺，其特征在于，所述的控制策略模型和零部件動態(tài)仿真模型通過PC機(jī)中的CANape和ControlDesk進(jìn)行測量與標(biāo)定，所述的CANape釆用基于CCP協(xié)議的CAN通信方式，所述的ControlDesk為基于AutoBox特定協(xié)議的串口通信`方式。
【文檔編號】G05B23/02GK103713624SQ201310698690
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2013年12月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月18日
【發(fā)明者】趙治國, 代顯軍, 王晨, 袁喜悅 申請人:同濟(jì)大學(xué)