一种车辆控制系统及其控制方法与流程

本发明涉及电驱动车辆的控制技术的，具体涉及一种车辆控制系统及其控制方法。

背景技术：

1、如图1所示为现有的电驱桥大吨位矿卡车辆的动力构型，电驱动系统在特定的运行工况下，根据车辆的驾驶需求消耗电功率。尤其是电驱桥矿卡运行场景复杂，需求扭矩变化较大，经常会出现负载功率变化较大的情况。

2、电驱动系统的电功率由系统和电池提供。当发生负载功率频繁变化时，如果发电功率和驱动电功率偏差较大会导致母线电压波动。而车辆电功率器件，比如电驱动系统和发电系统一般要在稳定的电压范围内才能正常运行。

3、因此，保证车辆有稳定的电压是系统正常运行的前提。

4、如图2所示，现有的汽车发电系统，通过发电机和发动机联合运行实现发电。一般发动机采用转速控制模式，保证固定的转速；而发电机则采用稳压控制，通过发电扭矩来保证电池的电压在一定的范围内。

5、整个系统存在目标转速和目标电压两个pid控制，由于发电机和发动机动态响应的速度不同，在整个控制过程中会存在如下问题：

6、1)在整个系统动态运行中，电压值为状态变量，再加上传感器采样滤波，存在一定的延迟性。而发电机以电压值为目标进行控制，会存在发电系统响应滞后，在控制中会引发较大的电压波动。尤其是电压下降较大时，发电系统必须输出更大功率以进行补偿。

7、2)在发电系统内部控制中，存在发动机与发电机响应不同步而产生的转速不稳定的情况。当电驱动系统输出功率发生较大的变化时，发电机可以在短时间内输出较大的发电扭矩。由于发动机本身存在动力响应的延迟，在转速控制中不能及时满足电机输出的瞬间的发电功率需求，会导致发动机转速急速下滑，甚至会出现将发动机拉熄火情况。

8、因此，亟需提供一种车辆控制系统及其控制方法，以解决上述现有技术中存在的缺陷与不足。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，本发明提供了一种车辆控制系统及其控制方法。

2、本发明提供的技术方案如下：

3、一种车辆控制系统，其特征在于：所述系统包括稳压控制模块、发电控制模块及驱动总成；

4、所述稳压控制模块连接发电控制模块，并将当前的发电需求功率发送至发电控制模块，以控制驱动总成输出对应的发电功率；

5、所述发电控制模块同时连接稳压控制模块及驱动总成，所述发电控制模块实时响应稳压控制模块输出的发电需求功率，提前对应调节发电机转速及发动机输出扭矩，再将其调节至与发电需求功率对应的发电机目标转速及发动机目标扭矩。

6、作为本发明的进一步优选实施方式，所述稳压控制模块包括稳压控制器，所述稳压控制器根据当前电压与目标电压的偏差，确定当前的发电需求功率，并将其发送至发电控制模块，再通过发电控制模块控制驱动总成输出对应的发电功率。

7、作为本发明的进一步优选实施方式，所述发电控制模块包括预测控制器，所述预测控制器分别对发电机进行电流控制以及对发动机进行扭矩控制，所述预测控制器提前对应调节发电机转速及发动机输出扭矩，再将其调节至与发电需求功率对应的发电机目标转速及发动机目标扭矩。

8、作为本发明的进一步优选实施方式，所述驱动总成包括分别与发电控制模块连接的发电机和发动机，所述发电机与发动机连接的同时，还分别连接电池及电驱动系统。

9、进一步地，本发明还提供一种车辆控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

10、1)实时估算当前需要的发电功率；

11、2)以最佳经济性的发电运行点作为目标运行点，实时计算与目标运行点对应的发电机目标转速及发动机目标扭矩；

12、3)根据发动机实际输出扭矩，实时调整发电机的转速；

13、4)计算发动机延迟扭矩；

14、5)估算发动机实际输出扭矩；

15、作为本发明的进一步优选实施方式，所述步骤1)中，根据以下公式估算当前需要的发电功率：

16、

17、式中，

18、pgen为当前需要的发电功率；

19、odrive为需求的驱动功率；

20、ηdrive为驱动效率；

21、ucurrent为实际电压；

22、utarget为目标电压；

23、f()为估计补偿功率的函数。

24、作为本发明的进一步优选实施方式，所述步骤1)中，根据以下公式计算目标电压：

25、

26、式中，

27、umax为系统允许的最大电压值；

28、umin为系统允许的最小电压值。

29、作为本发明的进一步优选实施方式，所述步骤2)中，根据以下公式实时计算与目标运行点对应的发电机目标转速及发动机目标扭矩：

30、

31、式中，

32、为发电机的目标转速；

33、为发动机的目标扭；

34、g()为发动机最优选择函数；

35、pgen为当前需要的发电功率。

36、作为本发明的进一步优选实施方式，所述步骤3)中，根据以下公式实时调整发电机的转速：

37、

38、式中，

39、ngen_req为发电机的转速；

40、ηgen为发电效率；

41、tqice_act为发动机实际输出扭矩；

42、pgen为当前需要的发电功率。

43、作为本发明的进一步优选实施方式，所述步骤4)中，根据以下公式计算发动机延迟扭矩：

44、tq(t)＝tq(t0)+δtq(t)

45、式中，

46、tq(t)为发动机延迟扭矩；

47、tq(t0)为t0时刻的扭矩；

48、atq(t)为在延迟区域t时间内每个时刻的扭矩变化值。

49、相对于现有技术，本发明取得的有益效果包括：

50、1)本发明提供一种车辆控制系统及其控制方法，将系统的需求驱动功率作为前馈，在了解发电需求功率的同时同步协调发电系统的发电量，而不是在电压变化以后再进行调节，可以减少调节带来的电压波动。

51、2)本发明提供一种车辆控制系统及其控制方法，充分考虑发电系统的延迟特性，在收到输出功率的指令时，协调发电系统的转速和发动机输出扭矩，使系统满足发电功率需求的同时，减少发电功率变化而引发的转速振荡。

技术特征：

1.一种车辆控制系统，其特征在于：所述系统包括稳压控制模块、发电控制模块及驱动总成；

2.根据权利要求1所述的一种车辆控制系统，其特征在于：所述稳压控制模块包括稳压控制器，所述稳压控制器根据当前电压与目标电压的偏差，确定当前的发电需求功率，并将其发送至发电控制模块，再通过发电控制模块控制驱动总成输出对应的发电功率。

3.根据权利要求1所述的一种车辆控制系统，其特征在于：所述发电控制模块包括预测控制器，所述预测控制器分别对发电机进行电流控制以及对发动机进行扭矩控制，所述预测控制器提前对应调节发电机转速及发动机输出扭矩，再将其调节至与发电需求功率对应的发电机目标转速及发动机目标扭矩。

4.根据权利要求1所述的一种车辆控制系统，其特征在于：所述驱动总成包括分别与发电控制模块连接的发电机和发动机，所述发电机与发动机连接的同时，还分别连接电池及电驱动系统。

5.一种根据权利要求1-4中任一项所述的车辆控制系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种车辆控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，根据以下公式估算当前需要的发电功率：

7.根据权利要求6所述的一种车辆控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤1)中，根据以下公式计算目标电压：

8.根据权利要求5所述的一种车辆控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤2)中，根据以下公式实时计算与目标运行点对应的发电机目标转速及发动机目标扭矩：

9.根据权利要求5所述的一种车辆控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤3)中，根据以下公式实时调整发电机的转速：

10.根据权利要求5所述的一种车辆控制系统的控制方法，其特征在于：所述步骤4)中，根据以下公式计算发动机延迟扭矩：

技术总结本发明提供一种车辆控制系统及其控制方法，包括稳压控制模块、发电控制模块及驱动总成；稳压控制模块连接发电控制模块，并将当前的发电需求功率发送至发电控制模块，以控制驱动总成输出对应的发电功率；发电控制模块同时连接稳压控制模块及驱动总成，发电控制模块实时响应稳压控制模块输出的发电需求功率，提前对应调节发电机转速及发动机输出扭矩，再将其调节至与发电需求功率对应的发电机目标转速及发动机目标扭矩；将系统的需求驱动功率作为前馈，在了解发电需求功率的同时同步协调发电系统的发电量，而不是在电压变化以后再进行调节，可以减少调节带来的电压波动。技术研发人员：郝庆军,闫斌,王琳,刘涛,潘金鑫受保护的技术使用者：凯博易控车辆科技（苏州）股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12