本方法以一种新型的单电机、双离合器式混合动力汽车为研究对象,提出其在行进中电机起动发动机(以下简称电起机)过程的控制方法。首先通过对其结构组成和工作模式进行分析,建立了系统动力学模型,划分了混合动力汽车的工作区域,制定了相应的扭矩管理策略;然后在实际应用过程中,通过计算需求扭矩、电池SOC值、电机转速来判断是否达到进行电机起动发动机的条件;当满足电起机条件时,将进行模式切换,发出限力矩离合器接合指令,通过控制限力矩离合器液压缸油压和制定的扭矩协调控制策略,协调控制电机、发动机扭矩以及限力矩离合器的传递扭矩,实现电起机过程。本发明通过利用电机响应迅速的特点,根据控制策略及时增加或减少电机扭矩,来提供行进中起动发动机的需求扭矩或补偿发动机扭矩的不足,减少切换过程的冲击度,提高混合动力汽车的平顺性。
1.双离合器式混合动力汽车电机起动发动机的控制方法,用于单电机双离合器式混合动力汽车的行进中控制,其特征在于:步骤1:对其结构组成和工作模式进行分析,通过计算机建立系统动力学模型,划分混合动力汽车的工作区域,制定相应的扭矩管理策略;步骤2:在纯电动的工作状态下,通过计算需求扭矩、电池SOC值、电机转速来判断是否达到进行电机起动发动机的条件;当满足电机起动发动机条件时,将进行模式切换,发出限力矩离合器接合指令,通过控制限力矩离合器液压缸油压和制定的扭矩协调控制策略,协调控制电机、发动机扭矩,完成电起机过程。
2.根据权利要求1所述的双离合器式混合动力汽车电机起动发动机的控制方法,其特征在于:所述步骤2还包括以下具体步骤:步骤21:汽车在纯电动工况状态下运行,此时xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="73"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="19"/>为电机输出扭矩,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="38"/>为驾驶员需求扭矩,此时通过控制器判断电机转速ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="22"/>,若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="76"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="40"/>为起动发动机的转速最小值,则进行步骤2,否则继续以纯电动工况运行;xa0步骤22:判断电池SOC值,若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="101"/>,则进行步骤3,否则发出限力矩离合器接合指令,进行步骤4;其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="50"/>为电池高效区下限值;步骤23:若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="93"/>,通过控制器发出限力矩离合器接合指令,进行步骤4,否则继续以纯电动工况运行,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>为发动机工作的转矩最小值;xa0步骤24:在接到限力矩离合器接合指令后,经过一段补偿时间,限力矩离合器开始接合传递扭矩,进行电起机过程,增大电机扭矩,即ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="190"/>,开始起动发动机,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="45"/>为电机最大扭矩,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>为限力矩离合器传递扭矩,在限力矩离合器结构确定后,其值与油压成比例关系;步骤25:随着发动机转速的增大,若达到其自行点火运行转速,则发动机点火运行,否则继续起动发动机;xa0步骤26:当发动机自行点火运行后,向发动机控制器发出转矩命令,发动机提速;为防止发动机转矩变化率过大,在前0.2秒内输入的发动机目标转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="103"/>,在0.2秒后输入的发动机目标转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="49"/>,其中t为在发动机自行点火运行起所经历的时间,介于0到0.2之间;步骤27:若电机与发动机转速相等,控制器判定限力矩离合器接合完全;若电机转速大于发动机转速,则认为限力矩离合器未接合完全,此时,电机的输出转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="158"/>,发动机继续提速,继续接合限力矩离合器,直至判定限力矩离合器接合完全;步骤28:当限力矩离合器接合完全后,使用电机补偿发动机扭矩的不足,电机此时的输出扭矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="160"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="22"/>为电机的补偿扭矩,若电机的补偿扭矩小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>,控制器判定此时发动机稳定,电机退出补偿,只输出其目标扭矩ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="38"/>,补偿扭矩即发动机目标扭矩与其实际输出扭矩的差值;否则继续使用电机补偿发动机扭矩的不足,直至发动机的扭矩变化小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>;至此,当电机补偿扭矩小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>,判定起动发动机过程完成,模式切换过程结束,汽车在新的模式下运行,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="136"/>。
3.根据权利要求1所述的双离合器式混合动力汽车电机起动发动机的控制方法,其特征在于:在步骤21中,所述驾驶员需求扭矩是通过以下方法得到的:将驾驶员施加在车轮上的需求扭矩转化成变速器输出端的需求扭矩,通过计算单元计算出出不同档位下最大驱动转矩曲线的包络线,得到100%加速踏板行程的扭矩需求,进而得到部分踏板行程扭矩需求,其值等于加速踏板行程值乘以100%加速踏板行程的扭矩值,从而建立驾驶员需求扭矩的计算模型。
4.根据权利要求2所述的双离合器式混合动力汽车电机起动发动机的控制方法,其特征在于:在步骤23中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的选取方式如下:结合电机的特性曲线、发动机油耗图和发动机万有特性图,得到汽车的工作模式区域划分图,由此可得发动机工作最小扭矩曲线,通过计算单元建立ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的计算模型得到。
5.根据权利要求2所述的双离合器式混合动力汽车电机起动发动机的控制方法,其特征在于:在步骤24中,限力矩离合器的控制采用模糊控制策略,包括初始接合油压控制策略和滑磨阶段油压控制策略;所述初始接合油压控制策略是将采集到的油门踏板位移值及油门踏板位移变化率的精确值分别乘以各自的量化因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="25"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,以实现模糊化;然后根据模糊化后的油门踏板位移和油门踏板位移变化率,结合模糊控制表,得到控制量的变化值,再乘以比例因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="29"/>,则可得到在基本论域范围内的可控制量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,初始接合油压值为预设初始压力ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>与离合器油压可控制增量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>之和,即ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="71"/>;所述滑磨阶段油压控制策略是将采集到的油门踏板位移变化率和离合器主从动盘转速差的精确值分别乘以各自的量化因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="28"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>,以实现模糊化;然后根据模糊化后的油门踏板位移变化率和离合器主从动盘转速差,结合模糊控制表,得到控制量的变化值,再乘以比例因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="30"/>,则得到在基本论域范围内的可控制量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,经过积分,再与初始接合油压相加则可得到离合器接合油压值。
6.根据权利要求2所述的双离合器式混合动力汽车电机起动发动机的控制方法,其特征在于:在步骤25中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的选取方式如下:结合电机的特性曲线、发动机油耗图和发动机万有特性图,得到汽车的工作模式区域划分图,由此可得电机功率辅助最小扭矩曲线,通过计算单元建立ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的计算模型得到。技术领域
本发明涉及汽车制造技术领域,特别涉及一种以单电机双离合器式混合动力汽车为研究对象,提出的一种在汽车行进中通过电机起动发动机的控制方法。
背景技术
从20世纪90年代以来,日、美、欧各大汽车公司纷纷致力于研制混合动力型汽车。进入21世纪后,各国加快了混合动力汽车的产业化的进程,相继推出了不同形式的混合动力汽车产品。而混合动力汽车有多种工作模式,就存在工作模式切换的过程,在此过程中,很有可能会产生大的扭矩波动,就需要对其进行扭矩协调控制,以减小冲击度,提高模式切换过程的平顺性。目前对混合动力汽车的控制主要包括稳态过程控制与动态过程控制。前者主要的目的是燃油经济性与最优的排放,后者主要的目标是整车的动力性与平顺性。在结构上较多的采用了双电机的结构,相比于单电机,它主要的优点是运行平稳,但是成本较高。而对于本文的单电机双离合器式结构强混合动力汽车,结构成本较低,但其动态过程复杂,协调控制就更显重要。若控制不当,就会造成在电机启动发动机的过程中,延长发动机起动时间,产生大的冲击度,恶化汽车行驶的平顺性。
发明内容
有鉴于此,本发明的目的是提供一种双离合器式混合动力汽车电机起动发动机的控制方法,利用电机响应迅速的特点,根据控制策略及时增加或减少电机扭矩,来提供行进中起动发动机的需求扭矩或补偿发动机扭矩的不足,减少切换过程的冲击度,提高混合动力汽车的平顺性。本发明的目的是通过以下技术方案实现的:该种双离合器式混合动力汽车电机起动发动机的控制方法,用于单电机双离合器式混合动力汽车的行进中控制,包括以下步骤:步骤1:对其结构组成和工作模式进行分析,通过计算机建立系统动力学模型,划分混合动力汽车的工作区域,制定相应的扭矩管理策略;步骤2:在纯电动的工作状态下,通过计算需求扭矩、电池SOC值、电机转速来判断是否达到进行电机起动发动机的条件;当满足电机起动发动机条件时,将进行模式切换,发出限力矩离合器接合指令,通过控制限力矩离合器液压缸油压和制定的扭矩协调控制策略,协调控制电机、发动机扭矩,完成电起机过程。进一步,所述步骤2包括以下步骤:步骤21:汽车在纯电动工况状态下运行,此时xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="73"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="19"/>为电机输出扭矩,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="38"/>为驾驶员需求扭矩,此时通过控制器判断电机转速ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="22"/>,若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="76"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="40"/>为起动发动机的转速最小值,则进行步骤2,否则继续以纯电动工况运行;xa0步骤22:判断电池SOC值,若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="101"/>,则进行步骤3,否则发出限力矩离合器接合指令,进行步骤4;其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="50"/>为电池高效区下限值;步骤23:若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="93"/>,通过控制器发出限力矩离合器接合指令,进行步骤4,否则继续以纯电动工况运行,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>为发动机工作的转矩最小值;xa0步骤24:在接到限力矩离合器接合指令后,经过一段补偿时间后,限力矩离合器开始接合传递扭矩,进行电起机过程,增大电机扭矩,即ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="190"/>,开始起动发动机,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="45"/>为电机最大扭矩,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>为限力矩离合器传递扭矩,在限力矩离合器结构确定后,其值与油压成比例关系;步骤25:随着发动机转速的增大,若达到其自行点火运行转速,则发动机点火运行,否则继续起动发动机;步骤26:当发动机自行点火运行后,向发动机控制器发出转矩命令,发动机提速。为防止发动机转矩变化率过大,在前0.2秒内输入的发动机目标转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="103"/>,在0.2秒后输入的发动机目标转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="49"/>,其中t为在发动机自行点火运行起所经历的时间,介于0到0.2之间;步骤27:若电机与发动机转速相等,控制器判定限力矩离合器接合完全;若电机转速大于发动机转速,则认为限力矩离合器未接合完全,此时,电机的输出转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="158"/>,发动机继续提速,继续接合限力矩离合器,直至判定限力矩离合器接合完全;步骤28:当限力矩离合器接合完全后,使用电机补偿发动机扭矩的不足,电机此时的输出扭矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="160"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="22"/>为电机的补偿扭矩。若电机的补偿扭矩小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>,控制器判定此时发动机稳定,电机退出补偿,只输出其目标扭矩ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="38"/>,补偿扭矩即发动机目标扭矩与其实际输出扭矩的差值;否则继续使用电机补偿发动机扭矩的不足,直至发动机的扭矩变化小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>,至此,当电机补偿扭矩小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>,判定起动发动机过程完成,模式切换过程结束,汽车在新的模式下运行,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="136"/>。进一步,在步骤21中,所述驾驶员需求扭矩是通过以下方法得到的:将驾驶员施加在车轮上的需求扭矩转化成变速器输出端的需求扭矩,通过计算单元计算出出不同档位下最大驱动转矩曲线的包络线,得到100%加速踏板行程的扭矩需求,进而得到部分踏板行程扭矩需求,其值等于加速踏板行程值乘以100%加速踏板行程的扭矩值,从而建立驾驶员需求扭矩的计算模型。进一步,在步骤23中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的选取方式如下:结合电机的特性曲线、发动机油耗图和发动机万有特性图,得到汽车的工作模式区域划分图,由此可得发动机工作最小扭矩曲线,通过计算单元建立ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的计算模型得到。进一步,在步骤24中,限力矩离合器的常规控制采用模糊控制策略,包括初始接合油压控制策略和滑磨阶段油压控制策略;所述初始接合油压控制策略是将采集到的油门踏板位移值及油门踏板位移变化率的精确值分别乘以各自的量化因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="25"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,以实现模糊化;然后根据模糊化后的油门踏板位移和油门踏板位移变化率,结合模糊控制表,得到控制量的变化值,再乘以比例因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="29"/>,则可得到在基本论域范围内的可控制量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,初始接合油压值为预设初始压力ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>与离合器油压可控制增量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>之和,即ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="71"/>;所述滑磨阶段油压控制策略是将采集到的油门踏板位移变化率和离合器主从动盘转速差的精确值分别乘以各自的量化因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="28"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>,以实现模糊化;然后根据模糊化后的油门踏板位移变化率和离合器主从动盘转速差,结合模糊控制表,得到控制量的变化值,再乘以比例因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="30"/>,则得到在基本论域范围内的可控制量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,经过积分,再与初始接合油压相加则可得到离合器接合油压值。进一步,在步骤25中,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的选取方式如下:结合电机的特性曲线、发动机油耗图和发动机万有特性图,由此得到电机功率辅助最小扭矩曲线,通过计算单元建立ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的计算模型得到。本发明的有益效果是:本发明通过利用电机响应迅速的特点,根据控制策略及时增加或减少电机扭矩,来提供行进中起动发动机的需求扭矩或补偿发动机扭矩的不足,有效减少切换过程的冲击度,提高混合动力汽车的平顺性。本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述,其中:图1为混合动力汽车单电机双离合器式机构布置示意图;图2为系统模型等效简图;图3为起动发动机过程流程图图4为驾驶员转矩需求识别图;图5为工作模式区域划分图;图6xa0初始压力上升阶段ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="14"/>隶属度图;图7为初始压力上升阶段ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="13"/>隶属度图;图8为压力增量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>隶属度图;图9为滑磨阶段ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="13"/>隶属度图;图10为滑磨阶段ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="39"/>隶属度图;图11为滑磨阶段ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>隶属度图;图12为限力矩离合器控制图。
具体实施方式
以下将参照附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解,优选实施例仅为了说明本发明,而不是为了限制本发明的保护范围。如图1所示,一种混合动力汽车单电机双离合器式机构为前置前驱结构,包括主减速器1、AMT变速器2(即电控机械式自动变速器)、离合器3、电机4、单向离合器5、限力矩离合器6和发动机7;电机采用ISG电机。连接关系为:发动机7与电机之间通过单向离合器与限力矩离合器相连,所述电机轴连接主离合器,主离合器依次连接AMT变速器、主减速器、差速器和半轴,最后输出到前轮。限力矩离合器的使用使得在电机起动发动机的接合过程平稳可控,且能保证电机有足够的输出动力,不会产生动力不足或中断。单向离合器保证发动机启动完成后,发动机转速不高于电机转速,不会造成限力矩离合器的过度滑摩当限力矩离合器断开时,可由驱动电机单独驱动车辆运行,提供所需的扭矩。在限力矩离合器接合过程中,驱动电机可在驱动车辆的同时启动发动机。当接合过程完成后,发动机与驱动电机可共同驱动车辆行驶或由发动机单独驱动。 行进中电机起动发动机过程动力学分析 为了便于进行动力学分析,将其模型图进行简化,忽略旋转黏性阻尼的作用,得到的模型图如图2所示,图中各标记代表的含义如下: ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="17"/>-发动机输出扭矩;ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>-离合器传递扭矩;ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="19"/>-电机输出扭矩;ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>-折算到限力矩离合器后端的等效阻力矩;ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>-发动机转速;ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="24"/>-电机转速;ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="19"/>-折算到离合器前端的等效转动惯量;ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="19"/>-折算到离合器后端的等效转动惯量开始时为纯电动工况:在低速低需求扭矩或低速运行的情况下,汽车以纯电动工况运行,限力矩离合器分离,发动机不启动,汽车所需要的动力由电机单独提供。此时, ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="133"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="99"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(1)行进中起动发动机的动态过程:当转速提高或需求扭矩增大时,单独电机驱动不能满足需求,要从纯电动工况转换到有发动机驱动输出扭矩的工况。在此过程中,电机不仅要提供车辆运行所需求的转矩,还要保证能顺利起动发动机。限力矩离合器接到接合指令,开始接合滑磨,主从动片有转速差,此时, ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="226"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(2)式(2)中,发动机点火起动之前,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="17"/>为负值。当发动机起动完成、限力矩离合器接合完全后,电机并没有马上退出工作,而是对发动机扭矩进行补偿,避免产生扭矩波动,影响模式切换过程的平顺性。当发动机起动完全,达到其目标扭矩后,电机不对发动机进行扭矩补偿,只输出其自身的需求目标扭矩。限力矩离合器接合,但不传递扭矩,由单向离合器传递,这样可减少限力矩离合器使用时间,延长其寿命。此时, ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="219"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(3)结合上述分析,本发明的控制方法针对安装有上述机构的混合动力汽车而提出,总的来说,包括以下步骤:步骤1:对其结构组成和工作模式进行分析,通过计算机建立系统动力学模型,划分混合动力汽车的工作区域,制定相应的扭矩管理策略;步骤2:在纯电动的工作状态下,通过计算需求扭矩、电池SOC值、电机转速来判断是否达到进行电机起动发动机的条件;当满足电机起动发动机条件时,将进行模式切换,发出限力矩离合器接合指令,通过控制限力矩离合器油压和制定的扭矩协调控制策略,协调控制电机、发动机扭矩,完成电起机过程。其中步骤2的流程如如图3所示,包括以下步骤:步骤21:汽车在纯电动工况状态下运行,此时ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="73"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="19"/>为电机输出扭矩,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="38"/>为驾驶员需求扭矩,此时通过控制器判断电机转速ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="22"/>,若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="76"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="40"/>为起动发动机的转速最小值,则进行步骤2,否则继续以纯电动工况运行;确定需求扭矩,是为了确定汽车的工作模式,将其合理分配给发动机与电机,是扭矩分配控制策略的基础,本实施例中,驾驶员需求扭矩的确定方法如下:将驾驶员施加在车轮上的需求扭矩转化成变速器输出端的需求扭矩,通过计算单元计算出出不同档位下最大驱动转矩曲线的包络线,得到100%加速踏板行程的扭矩需求,进而得到部分踏板行程扭矩需求,其值等于加速踏板行程值乘以100%加速踏板行程的扭矩值,从而建立驾驶员需求扭矩的计算模型。图4为驾驶员转矩需求识别图。步骤22:判断电池SOC值,若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="101"/>,则进行步骤3,否则发出限力矩离合器接合指令,进行步骤4;其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="50"/>为电池高效区下限值;实际选择可以根据电池厂商提供的数据,以及电池特性选取(如可选0.4-0.6)。步骤23:若ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="93"/>,通过控制器发出限力矩离合器接合指令,进行步骤4,否则继续以纯电动工况运行,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>为发动机工作的转矩最小值;ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的选取方式如下:结合电机的特性曲线、发动机油耗图和发动机万有特性图,得到汽车的工作模式区域划分图,由此可得发动机工作最小扭矩曲线,通过计算单元建立ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="41"/>的计算模型得到。其中发动机工作最小扭矩曲线是通过下述的工作区域划分方法得到的。 工作区域划分 由于发动机工作在低转速,小负荷时,效率较低,要发挥混合动力汽车的优势,就必须对工作模式的区域进行划分,这也是进行模式切换的前提。结合电机的特性曲线、发动机油耗图和发动机万有特性图,保证电机在需要启动发动机时要能提供足够的起动扭矩及汽车运行所需扭矩,将工作模式的区域划分如图5所示。图5中,a为发动机工作最小扭矩曲线,b为通过试验获得的发动机最优经济曲线,c为电机功率辅助最小扭矩曲线。这些曲线将发动机稳态图划分成了不同的区域,(1)为纯电动工作区,(2)为发动机单独工作区,(3)为发动机与电机联合驱动工作区。当发动机转速小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="40"/>时,其效率很低,且电机在低速时,可提供较大的扭矩,因此在这个区域均由电机单独驱动,以提高经济性,其值可由发动机及电机特性确定(如可设定为800—1000r/min)。步骤24:在接到限力矩离合器接合指令后,经过一段补偿时间后,限力矩离合器开始接合传递扭矩,进行电起机过程,增大电机扭矩,即ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="190"/>,开始起动发动机,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="45"/>为电机最大扭矩,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="21"/>为限力矩离合器传递扭矩,在限力矩离合器结构确定后,其值与油压成比例关系; 限力矩离合器油压控制 研究行进中启动发动机,不涉及AMT的换档过程,因此也就没有主离合器的控制,主要为限力矩离合器的控制。在满足平顺性的前提下,尽量减少其接合时间。接合过程中电机转矩与限力矩离合器的接合动作需要动态协调控制,以保证发动机正常起动且不对车辆的正常行驶造成过大的冲击。限力矩离合器的结构确定后,滑动摩擦力矩取决于作用于摩擦面上限力矩离合器的油压大小,因此对限力矩离合器目标油压的控制至关重要。离合器的常规控制多采用比例控制,但其各量之间的关系难以用精确的数学模型表示,控制方法不能满足要求,因此用模糊控制策略。而离合器初始压力和滑磨阶段离合器的油压控制对接合性能影响很大,是离合器控制的重点。(1)离合器初始接合油压为离合器预设初始压力ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>与离合器油压增量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>之和,即ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="71"/>。对ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>的求值使用模糊控制策略,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="18"/>根据实际情况设定。模糊控制器的第一个输入为加速踏板开度ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="14"/>,模糊论域(0,1),模糊语言变量为{非常小,小,较小,中,较大,大,很大},相应的模糊子集为{VS、S、MS、M、MB、B、VB}。横坐标表示论域元素的值,纵坐标表示语言变量值的隶属度。由于驾驶员在油门踏板小开度时比较敏感,对大油门开度相对不敏感,而隶属函数曲线形状较尖的模糊子集分辨率较高,控制灵敏度高;反之,隶属函数曲线形状较缓,控制性能平缓,系统稳定性好。所以在选择模糊变量的模糊集的隶属函数时,在大油门开度区域采用低分辨率的模糊集,在小油门开度区域采用高分辨率的模糊集。如图6所示。第二个输入为加速踏板开度变化率ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="13"/>,模糊论域(0,12),模糊语言变量为{非常小,小,较小,中,较大,大,很大},相应的模糊子集为{VS、S、MS、M、MB、B、VB}。由于在整个论域范围内,对加速踏板行程变化率的控制灵敏度要求基本相同,所采用的隶属函数基本平均分布在整个论域范围内,如图7所示。输出为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>,模糊论域(0,12),模糊语言变量为{非常小,小,较小,中,较大,大,很大},相应的模糊子集为{VS、S、MS、M、MB、B、VB}。如图8所示。选用重心法将控制量变为精确量,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>与ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="14"/>,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="13"/>间的控制规则如表1所示。 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="403"/> 在实时控制过程中,将采集到的油门踏板位移值及油门踏板位移变化率的精确值分别乘以各自的量化因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="25"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,以实现模糊化;然后根据模糊化后的油门踏板位移和油门踏板位移变化率,查找模糊控制表,得到控制量的变化值,再乘以比例因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="29"/>,则可得到在基本论域范围内的可控制量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,初始接合油压值为预设初始压力ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="16"/>与离合器油压可控制增量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>之和,即ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="71"/>。(2)在滑摩阶段,需要考率驾驶员操作意图和离合器接合程度,在保证低冲击度的要求下,尽量减少滑磨过程,利用模糊控制器,确定合适的离合器压力变化率。控制器也为两个输入一个输出。第一个输入为加速踏板开度变化率ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="14"/>,模糊论域(0,1),模糊语言变量为{非常小,小,较小,中,较大,大,很大},相应的模糊子集为{VS、S、MS、M、MB、B、VB}。由于驾驶员希望在加速踏板位移变化率比较大的时候加快离合器接合速度,所以隶属函数曲线在大加速踏板位移变化率区域内集中,以提高大加速踏板位移变化率区域的响应性能,隶属函数采用高斯函数,隶属度如图9所示。第二个输入为离合器主从动盘转速差值的绝对值ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="39"/>,模糊论域(0,12),模糊语言变量为{非常小,小,较小,中,较大,大,很大},相应的模糊子集为{VS、S、MS、M、MB、B、VB}。当离合器主、从动盘转速差值较大时应该减慢离合器接合速度以减少冲击,但也不能太慢,太慢会导致过度的离合器磨损;当离合器主、从动盘转速差较小时应该加快离合器的接合速度以减小模式切换时间,同时减少离合器磨损;当离合器转速差变化率增大时应该减小离合器接合速度以减少冲击度。隶属度如图10所示。输出为离合器接合压力变化率ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>,模糊论域(0,12),模糊语言变量为{非常小,小,较小,中,较大,大,很大},相应的模糊子集为{VS、S、MS、M、MB、B、VB}。隶属度如图11所示。选用重心法将控制量变为精确量,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="23"/>与ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="13"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="39"/>间的控制规则如表2所示。 ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="418"/> 在实时控制中,将采集到的油门踏板位移变化率和离合器主从动盘转速差的精确值分别乘以各自的量化因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="28"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="32"/>,以实现模糊化;然后根据模糊化后的油门踏板位移变化率和离合器主从动盘转速差,查找模糊控制表,得到控制量的变化值,再乘以比例因子ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="30"/>,则得到在基本论域范围内的可控制量ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="26"/>,经过积分,再与初始接合油压相加则可得到离合器接合油压值。限力矩离合器模糊控制系统如图12所示。通过合理的控制初始压力及滑磨过程的压力变化率,可以有效的解决接合过程的扭矩波动,改善平顺性。步骤25:随着发动机转速的增大,若达到其自行点火运行转速,则发动机点火运行,否则继续起动发动机;步骤26:当发动机自行点火运行后,向发动机控制器发出转矩命令,发动机提速。为防止发动机转矩变化率过大,在前0.2秒内输入的发动机目标转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="103"/>,在0.2秒后输入的发动机目标转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="49"/>,其中t为在发动机自行点火运行起所经历的时间,介于0到0.2之间;步骤27:若电机与发动机转速相等,控制器判定限力矩离合器接合完全;若电机转速大于发动机转速,则认为限力矩离合器未接合完全,此时,电机的输出转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="158"/>,发动机继续提速,继续接合限力矩离合器,直至判定限力矩离合器接合完全;步骤28:当限力矩离合器接合完全后,使用电机补偿发动机扭矩的不足,电机此时的输出扭矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="160"/>,其中ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="22"/>为电机的补偿扭矩。若电机的补偿扭矩小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>,控制器判定此时发动机稳定,补偿扭矩即发动机目标扭矩与其实际输出扭矩的差值,电机退出补偿,只输出其目标扭矩ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="38"/>;否则继续使用电机补偿发动机扭矩的不足,直至发动机的扭矩变化小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>,至此,当电机补偿扭矩小于ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="74"/>,判定起动发动机过程完成,模式切换过程结束,汽车在新的模式下运行,ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="136"/>。该步骤中,转矩协调控制的原理在于:由于发动机和电机的转矩变化时间常数相差很大,如果仅仅由节气门开度对发动机的转矩进行开环控制将使得发动机的动态转矩严重滞后于电动机的转矩变化,而且动态过程中发动机的转矩控制还与瞬态空燃比控制和其他补偿措施有关,使其动态性能不能满足要求。因此需要对发动机与电机的转矩进行协调控制。利用电机响应迅速的特点,可通过电机转矩对发动机转矩进行补偿。假设确定了发动机与电机的目标转矩是ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="39"/>和ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="39"/>,由于发动机输出转矩的滞后性,实际输出转矩为ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="15"/>,因此存在差值: ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="97"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(6)xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0为保证总需求转矩平稳,利用电机进行补偿,电机的实际输出转矩ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="17"/>,与发动机转矩关系为: ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="188"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(7)即ntent="drawing" img-format="jpg" inline="no" orientation="portrait" wi="82"/>xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0xa0(8)最后说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。