混合动力汽车的驱动防滑控制系统及其驱动防滑控制方法

摘要

一种用于混合动力汽车的驱动防滑控制系统，包括轮速传感器(31)、制动控制器(32)、电子节气门(33)、电机控制器(34)和整车控制器(35)。轮速传感器(31)向制动控制器(32)发送轮速信号；整车控制器(35)向制动控制器(32)发送节气门开度参考值信号和电机转矩参考值信号；制动控制器(32)向电子节气门(33)发送节气门开度命令值信号，控制电子节气门(33)的开度；制动控制器(32)向电机控制器(34)发送电机转矩命令值，控制电机转矩的大小。本发明根据驱动轮的滑转率对电机目标转矩实施PID控制，根据电机的输出转矩和驱动轮的滑转率对发动机节气门开度实施逻辑门限控制，使驱动轮的滑转率在最优值附近变化。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力汽车的驱动防滑控制系统以及驱动防滑控制方法。

背景技术

商业化的驱动防滑控制系统TCS(Traction Control System)最早由瑞典Volvo汽车公司试制生产，此后发展迅猛，现今技术已非常成熟，成为中高档乘用车的标准配置。从车辆行驶安全的角度讲，抑制驱动轮的剧烈滑转是非常重要的。图1示出了轮胎的典型附着特性。可以看到，随着滑转率的增大，纵向附着系数先增大再减小，侧向附着系数则一直减小，并且随着侧偏角的增大，纵向附着系数逐渐减小。因此，当驱动轮发生严重滑转时，轮胎的侧向附着能力将大大降低，从而在同样的侧向力下轮胎的侧偏角变大直至达到附着极限出现侧滑，侧偏角的增大又会减小轮胎的纵向附着能力，即驱动轮滑转既会显著降低轮胎的侧向附着能力又会对纵向附着能力造成不利影响。上述结论反映到整车上为：当驱动轮发生滑转时驱动轴容易出现侧滑现象，车辆行驶的方向稳定性降低，加速能力有所下降。

用于传统车的驱动防滑控制系统一般采用以下几种手段抑制驱动轮的滑转：

1、调节发动机的节气门开度、调节点火时间等来调节发动机的驱动转矩；

2、对滑转车轮实施主动制动；

3、采用一些特殊的机械结构，比如防滑差速器、差速器锁等。

在能源和环境的双重压力下，经济性更好并更加环保的混合动力汽车快速实现商业化，年销量已非常可观(2008年全球年销量约为50万辆)。混合动力汽车一般都包括电机和蓄电池，电机既可提供驱动转矩又可提供制动转矩。一般来说发动机在低转速条件下能提供的转矩较小，但是电机在低转速范围内就可提供较大的驱动转矩，所以在低速时混合动力汽车比传统车辆更容易出现驱动轮滑转现象。用于混合动力汽车的TCS可以参照传统车的TCS系统，但是也有很大的不同，主要体现在对电机的驱制动控制上。

美国专利US005450324A中提出了一种既包括制动防抱死功能又包括驱动防滑功能的系统及控制方法。所述系统包括电机、电机转速传感器、电池、压力传感器、加速踏板开度传感器、轮速传感器和主缸压力传感器。通过调节制动轮缸中的制动压力和电机制动转矩来实现制动防抱死和驱动防滑，但不涉及到发动机的控制。

美国专利US006263267B1中提出了一种用于混合动力汽车的驱动防滑系统，所述系统包括发动机、电机驱动单元、变速器和控制器，当检测到车轮滑转时通过降低电机的输出转矩来抑制滑转，但不调节发动机转矩。

现有技术的驱动防滑系统和方法大部分都是用于传统车的，在混合动力汽车上实施驱动防滑时，如果能够加入对电机的控制，则可以较大程度地改善驱动防滑的效果。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不适用于混合动力汽车的缺点，提供一种用于混合动力汽车的驱动防滑控制系统，以及驱动防滑控制方法。

本发明采用的技术方案如下：

所述驱动防滑控制系统包括电机控制器、电子节气门、轮速传感器、整车控制器和制动控制器。轮速传感器连接至制动控制器，并向其发送轮速信号；整车控制器连接至制动控制器，并向其发送节气门开度参考值信号；制动控制器与电子节气门相连接，并向其发送节气门开度命令值信号，控制其开度；制动控制器与电机控制器相连接，并向其发送电机转矩命令值，控制电机转矩的大小。

采用本发明的所述驱动防滑控制系统的驱动防滑控制方法为：所述制动控制器从所述整车控制器接收节气门开度参考值信号和电机转矩参考值信号，并根据所述轮速传感器测得的各个车轮的转速确定节气门开度的命令值和电机转矩的命令值，并将节气门开度的命令值和电机转矩的命令值分别发送至所述电子节气门和电机控制器。

所述制动控制器的功能为：

(1)根据四个车轮的轮速判断驱动轮是否出现滑转现象；

(2)当检测到滑转时，通过控制电子节气门的开度来调节发动机的驱动转矩，并协调控制电机的驱制动转矩以使驱动轮的滑转率稳定在最优值附近。

附图说明

图1轮胎的附着能力典型曲线；

图2应用本发明的混合动力汽车的典型结构，图中：21发动机，22电机，23离合器，24传动机构总成；

图3本发明的驱动防滑控制系统的典型结构，图中：31轮速传感器、32制动控制器、33电子节气门、34电机控制器、35整车控制器；

图4本发明的驱动防滑控制方法的框图；

图5本发明的驱动防滑控制系统及方法的实车试验结果。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

适用本发明的混合动力汽车包括发动机和电机。所述的电机既能提供驱动转矩又能提供制动转矩，并为前驱或后驱类型，典型结构如图2所示：其中所述发动机21的与电机22相连接，电机22与离合器23连接，离合器23与传动机构总成24连接。即发动机21和电机22总的输出转矩通过离合器23和传动机构总成24传送至车轮。

如图3所示，本发明所述的驱动防滑控制系统包括：轮速传感器31、制动控制器32、电子节气门33、电机控制器34和整车控制器35。轮速传感器31连接至制动控制器32，并向制动控制器32发送轮速信号；整车控制器35连接至制动控制器32，并向制动控制器32发送节气门开度参考值Throt_tgt信号；制动控制器32与电子节气门33相连接，并向电子节气门33发送节气门开度命令值Throt_cmd信号，控制电子节气门33的开度；制动控制器32与电机控制器34相连接，并向电机控制器34发送电机转矩命令值Tm_cmd，控制电机转矩的大小。

图4为本发明用于混合动力汽车的驱动防滑控制方法的框图。

本发明驱动防滑控制方法的目的是当驱动轮发生滑转时将滑转率控制在最优滑转率附近。所述制动控制器根据四个车轮的轮速判断驱动轮是否出现滑转现象，当检测到驱动轮发生滑转时，根据驱动轮的滑转率，协调控制发动机的电子节气门33的开度和电机驱制动转矩大小，以使驱动轮的滑转率在最优值附近变化。

本发明驱动防滑控制方法的具体控制步骤如图4所示。

首先根据轮速传感器31发送的轮速信号，计算出前驱车辆的滑转率S：

s＝(ω_f-ω_r)/ω_f

以及后驱车辆的滑转率S：

s＝(ω_r-ω_f)/ω_r

上述公式中：S是滑转率，ω_f是前轮轮速，ω_r是后轮转速。

滑转判定条件为：

1、s＞A1；A1为门限值，取值范围为[0.08，0.2]；

2、A2为门限值，取值范围为[0.05，0.15]，B2为门限值，取值范围为[15rad/s2，80rad/s2]，ω为驱动轮的转速。

只要满足上述滑转判定条件1和2中的任意一个，即判定驱动轮出现了滑转现象。

当判定驱动轮出现滑转时，根据驱动轮的滑转率，计算电机转矩命令值，利用PID控制器确定电机驱制动转矩命令值Tm_cmd：

Tm_cmd＝PID(s_d-s)

其中s是滑转率，s_d是目标滑转率，范围为[0.08，0.25]。优选的PID参数为：

P＝450，I＝5，D＝40

电机控制器32将所述电机转矩命令值发送至电机控制器34。

当判定驱动轮出现滑转时，通过制动控制器32命令电子节气门33的开度迅速下降，优选的范围为[30％，60％]。此后进入逻辑门限控制的电子节气门33开度增减状态。从电子节气门33开度增加状态跳转至电子节气门33开度减小状态的条件为：电机转矩命令值为制动转矩，且Tm_cmd＞C1，s＞D1，其中C1为门限值，与电机的驱动特性有关，D1也为门限值，优选的范围为[0.15，0.3]；从所述节气门开度减小状态跳转至节气门增大状态的条件为：驱动力矩命令值Tm_cmd＞C2并且s＜D2，其中C2为门限值，也与电机特性有关，D2也为门限值，优选的范围为[0.1，0.2]。在节气门开度增加状态中，节气门开度随时间单调递增，增加速率优选地为[5％每秒，10％每秒]；在节气门开度减小状态中，节气门开度随时间单调递减，减小速率优选地为[5％每秒，15％每秒]。

图5示出了所述控制方法的一组试验结果。轮速传感器31将轮速信号发送至制动控制器32，所述驱动防滑控制方法根据四个轮速计算驱动轮的滑转率，在623.5秒处判定驱动轮出现了滑转，因此所述驱动防滑控制方法通过制动控制器32命令电子节气门33的开度下降至35％，同时计算出电机转矩命令值，制动控制器32将所述电机转矩命令值发送至电机控制器。从图5所示的实车试验结果中可以看出，所述驱动防滑控制系统及控制方法能正确地判定驱动轮是否滑转，当出现驱动轮滑转现象时能快速稳定地将滑转率限制在最优滑转率附近。