CN101353043B - 混合动力输出装置中的离合器接合控制方法及控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种混合动力输出装置中的离合器接合控制方法，装置包括依次连接的发动机、第一电机、离合器和第二电机，电池组以及连接到第二电机输出端的减速机构和传动轴，方法包括：(a)在第二电机驱动车辆行驶且需要启动发动机为第二电机提供助力时，检测第二电机的转速ω2，并将转速ω2设定为第一电机的目标转速ω0；(b)启动第一电机拖动发动机，使第一电机的实时转速ω1接近目标转速ω0；(c)当第一电机的实时转速ω1与目标转速ω0相当时，使第一电机由电动状态变为发电状态；(d)接合离合器。该方法能够提高发动机的动态响应时间，并且抑制离合器接合过程中的冲击。本发明还提供一种混合动力输出装置中的离合器接合控制系统。

Description

混合动力输出装置中的离合器接合控制方法及控制系统
技术领域
本发明涉及一种混合动力输出装置中的离合器接合控制方法，该方法能够提高发动机的响应速度，并且在离合器接合过程中抑制冲击。本发明还涉及一种混合动力输出装置中的离合器接合控制系统。
背景技术
图1所示为一种典型的混合动力输出装置的结构。如图1所示，该装置包括依次连接的发动机1、第一电机(MG1)2、离合器4和第二电机(MG2)3，与第一电机2和第二电机3电连接的电池组5，以及连接到第二电机3输出端的减速机构(如定速比减速机构或可变速比减速机构)8和传动轴9。在第二电机3全力驱动车辆时，此时如果仍不能满足整车的动力需求，则需要结合离合器4将发动机1的动力输出以提供助力。
在传统的控制方法中，为了使离合器达到结合的条件，在单纯的由发动机调节自身转速的过程中，发动机本身转速的调节比较滞后，要达到目标转速需要的时间长，而且单纯由发动机调节的过程中其转速的超调比较大，即转速在离合器接合的理想转速附近会发生振荡，这样给乘坐的舒适性带来一定的影响。如果在发动机转速上升过程中，当达到目标转速但转速仍处于振荡的时期就结合离合器，虽然系统响应时间在一定程度上变短了，但巨大的冲击很可能会造成离合器的损坏，而如果等待发动机的转速自行调整结束，则系统动态响应就比较差，即需要的时间比较长。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种混合动力输出装置中的离合器接合控制方法，该方法能够提高发动机的响应速度，并且在离合器接合过程中抑制冲击。
根据本发明的一方面，提供一种混合动力输出装置中的离合器接合控制方法，所述装置包括依次连接的发动机、第一电机、离合器和第二电机，与第一电机和第二电机电连接的电池组，以及连接到第二电机输出端的减速机构和传动轴，所述方法包括如下步骤：
(a)在第二电机驱动车辆行驶且需要启动发动机为第二电机提供助力时，检测第二电机的转速ω2，并将该转速ω2设定为第一电机的目标转速ω0；
(b)启动第一电机拖动发动机，使第一电机的实时转速ω1接近第一电机的目标转速ω0；
(c)当第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当时，使第一电机由电动状态变为发电状态，给发动机提供负载，以稳定发动机的转速；
(d)接合离合器。
通过上述方法，在需要接合离合器，使发动机为行车提供助力时，由于第一电机是在发动机空载的情况下进行调速，因此能够快速拖动发动机达到目标转速。之后，通过将第一电机变成发电机为发动机提供一定的负载，能够稳定发动机的转速，防止发动机发生超调现象，即发动机转速超过目标转速。然后，迅速接合离合器。因此，该方法能够提高发动机的动态响应时间，并且抑制离合器接合过程中的冲击。
根据本发明的另一方面，提供一种混合动力输出装置中的离合器接合控制系统，所述混合动力输出装置包括依次连接的发动机、第一电机、离合器和第二电机，与第一电机和第二电机电连接的电池组，以及连接到第二电机输出端的减速机构和传动轴，所述系统还包括转速传感器和控制器，所述转速传感器用于在第二电机驱动车辆行驶且需要启动发动机为第二电机提供助力时，检测第二电机的转速ω2，并将该信号发送给所述控制器；所述控制器用于根据该信号将该转速ω2设定为第一电机的目标转速ω0，并且控制第一电机启动且拖动发动机，使第一电机的实时转速ω1接近第一电机的目标转速ω0；所述控制器还用于当第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当时，控制第一电机由电动状态变为发电状态，给发动机提供负载，以稳定发动机的转速，同时控制离合器接合。
附图说明
图1是一种典型的混合动力输出装置的示意图。
图2是本发明的一种典型控制方法的流程图。
图3是本发明的一种优选控制方法的流程图。
具体实施方式
下面参考附图对本发明进行详细描述。
图1为一种典型的混合动力输出装置的结构简图。在该装置中，发动机1的输出轴连接(优选为同轴连接)到第一电机(MG1)2。第一电机2和第二电机3通过离合器4连接。第一电机2和第二电机3分别通过功率变化器6、7电连接到电池组5。第一电机2可以将发动机1输出的机械功率转化为电能储存于电池组5中。电池组5可以为第二电机3提供能量以驱动车辆行驶，并且可以同时为第一电机2运行在电动状态时提供能量。第一功率变换器6和第二功率变换器7可以在电池组5和第一电机2之间以及电池组5和第二电机3之间进行双向的功率变换。第二电机3通过定速比减速机构或可变速比减速机构8与传动轴9连接。第二电机控制器(MG2控制ECU)11根据当前的档位、油门、刹车等信息，通过控制第二功率变换器7控制第二电机3的动力输出，并根据电池组5的容量情况请求第一电机2起停发动机1。第一电机控制器(MG1控制ECU)10能够根据第二电机控制器11的指令启动发动机1发电或者停止发动机1，同时能够在动力切换时根据需要将第一电机2切换到电动状态运行。
第一电机2在混合动力输出装置处于纯串联状态时只将发动机1的机械能转化为电能储存在所述的电池组5中。第二电机3为整车的主要动力输出，其能量由电池组5提供。在纯串联状态时，发动机1的输出功率只由第一电机2转化为电能储存在电池组1中。在第二电机3的动力输出不能满足整车动力需求时，需要将离合器4结合，此时发动机1就能够向传动轴9输出动力，如果还有富余的输出功率则还能够通过第一电机2向电池组1充电。
图2是本发明的一种典型的控制方法的流程图。下面将对照图2对该控制方法进行描述。
步骤1：第二电机控制器11首先根据各信号计算整车动力输出需求，再依据整车的动力需求确定是否需要离合器4结合使发动机1的输出动力能够直接用来驱动车辆。当需要使用发动机1的动力时，第二电机控制器11可以实时采集第二电机3的转速ω2。作为例子，可以通过安装在第二电机3上的旋转变压器实时采集转子的位置，并根据转子位置及采样的间隔就可以计算出电机转子当前的转速ω2，并能根据该转速求得当前的转子加速度a2(该加速度可以用于下面的实施例中)。
步骤2：将第二电机3的实时转速ω2发送给第一电机控制器10。第一电机控制器10将第二电机3的实时转速ω2设定为第一电机2的目标转速ω0。
步骤3：电池组5向第一电机2供电，使第一电机2处于电动状态。第一电机控制器10通过功率变换器6控制第一电机2的实时转速ω1接近给定的目标转速ω0。在此过程中，由于发动机1空载，所以在拖动发动机1的同时，第一电机2的实时转速ω1能够迅速增加。
步骤4：第一电机控制器10计算第一电机2的实时转速ω1，将实时转速ω1与目标转速ω0(＝ω2)作比较，得到两者的转速差Δω，即：Δω＝|ω1-ω0|。
步骤5：当转速差Δω在预定值以内时(即第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当时)，例如50-200rpm，优选为100rpm以内时(在此实施例中为100rpm，这可以根据整车情况进行综合设定，不发明对此不作限制)，即：Δω＜100rpm，即可认为离合器4吸合的速度条件已经满足。如果不满足该条件，则重新回到步骤1，执行上述相同步骤。
步骤6：第一电机控制器10改变第一电机2的运行状态，即从电动状态转变为发电状态，吸收发动机1的输出转矩发电给电池组5充电。此时，由于第一电机2工作在发电状态，为发动机1提供负载，所以能够使发动机1的转速相对稳定，不会发生超调现象，或者在目标转速附近发生振荡。
步骤7：在第一电机2工作在发电状态，发动机1转速保持相对稳定时，迅速接合离合器4。
由此，即可非常迅速地实现离合器的接合，同时由于离合器两端的转速差较小，即第一电机和第二电机的转速差较小，所以在离合器接合过程中能够较好地抑制冲击。
图3是本发明的一种优选的控制方法的流程图。该控制方法与图2中的控制方法相比，不同之处在于还包括控制第一电机的加速度。因为在采集第二电机的加速度至离合器接合之间具有一段时间，即第一电机的调速和离合器接合均需要一段时间，而在这段时间内第二电机的速度可能会进一步增加，因此通过使第一电机的加速度略大于采集的第二电机的加速度，能够保证最大限度地减小离合器接合过程中的冲击。
下面将对照图3对该控制方法进行描述，其中与图2中相同的内容将予以省略或者作简要描述。
步骤1：第二电机控制器11实时采集或计算第二电机3的转速ω2和加速度a2。
步骤2：第一电机控制器将第二电机的实时转速ω2作为第一电机的目标转速ω0。
步骤3：第一电机控制器控制第一电机的实时转速ω1接近目标转速ω0。
步骤4：第一电机控制器10计算第一电机2的实时转速ω1，将实时转速ω1与目标转速ω0(＝ω2)作比较，得到两者的转速差Δω。
步骤5：当转速差Δω在预定值以内时，即可认为离合器4吸合的速度条件已经满足。如果不满足该条件，则重新回到步骤1，执行上述相同步骤。
步骤6：第一电机控制器将第一电机从电动状态改变为发电状态。
步骤7：将由第一电机控制器计算的第一电机的加速度a1与在上述步骤1中确定的第二电机的加速度a2做比较，要求第一电机的加速度a1略大于第二电机的加速度a2，即：a1＞a2。例如，第一电机的加速度a1可以比第二电机的加速度a2大10～200rpm/min。
步骤8：如果加速度的条件不能满足，则由第一电机控制器通过调节发电负载来调节第一电机的加速度a1，再次比较两者的加速度，直至符合上述要求。
步骤9：如果加速度符合上述离合器吸合的要求，此时的效果即能达到离合器4的需结合的两端41和42转速基本相同，且能保证第一电机的转子加速度略大于第二电机的转子加速度，此时迅速结合离合器4即能保证对车辆的最小的冲击，使发动机的动力输出到驱动轴上。
根据本发明的一种实施方式，提供一种混合动力输出装置中的离合器接合控制系统，所述混合动力输出装置包括依次连接的发动机1、第一电机2、离合器4和第二电机3，与第一电机2和第二电机3电连接的电池组5，以及连接到第二电机输出端的减速机构8和传动轴9，所述系统还包括转速传感器和控制器，所述转速传感器用于在第二电机驱动车辆行驶且需要启动发动机为第二电机提供助力时，检测第二电机的转速ω2，并将该信号发送给所述控制器；所述控制器用于根据该信号将该转速ω2设定为第一电机的目标转速ω0，并且控制第一电机启动且拖动发动机，使第一电机的实时转速ω1接近第一电机的目标转速ω0；所述控制器还用于当第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当时，控制第一电机由电动状态变为发电状态，给发动机提供负载，以稳定发动机的转速，同时控制离合器接合。
第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当是指第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0的差值小于200rpm，优选为小于100rpm。
另外，所述控制器还可以根据第二电机的转速ω2计算出第二电机的加速度a2，并将该加速度a2设定为第一电机的目标加速度a0。当第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当时，所述控制器控制第一电机由电动状态变为发电状态，给发动机提供负载，以稳定发动机的转速，同时控制第一电机的负载来调节第一电机的实时加速度a1，使该实时加速度a1略大于目标加速度a0，并控制离合器接合。
所述实时加速度a1优选比目标加速度a0大10～200rpm/min。
以上，通过具体的实施例对本发明的控制方法和控制系统进行了说明，但本发明不限于这些具体的实施例。例如，在本发明的精神和范围下，完全可以将本发明的控制方法应用于其它类似的混合动力输出装置中，或者也可以对本发明的控制方法和控制系统本身进行一些明显的修改或者改进，这些都将落入到本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种混合动力输出装置中的离合器接合控制方法，所述装置包括依次连接的发动机、第一电机、离合器和第二电机，与第一电机和第二电机电连接的电池组，以及连接到第二电机输出端的减速机构和传动轴，所述方法包括如下步骤：
(a)在第二电机驱动车辆行驶且需要启动发动机为第二电机提供助力时，检测第二电机的转速ω2，并将该转速ω2设定为第一电机的目标转速ω0，并且检测第二电机的加速度a2，并将该加速度a2设定为第一电机的目标加速度a0；
(b)启动第一电机拖动发动机，使第一电机的实时转速ω1接近第一电机的目标转速ω0；
(c)当第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当时，使第一电机由电动状态变为发电状态，给发动机提供负载，以稳定发动机的转速；
(d)通过控制第一电机的负载来调节第一电机的实时加速度a1，使该实时加速度a1略大于目标加速度a0；
(e)接合离合器。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当是指第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0的差值小于200rpm。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述实时加速度a1比目标加速度a0大10～200rpm/min。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述减速机构为定速比减速机构。
5.一种混合动力输出装置中的离合器接合控制系统，所述混合动力输出装置包括依次连接的发动机、第一电机、离合器和第二电机，与第一电机和第二电机电连接的电池组，以及连接到第二电机输出端的减速机构和传动轴，所述系统还包括转速传感器和控制器，
所述转速传感器用于在第二电机驱动车辆行驶且需要启动发动机为第二电机提供助力时，检测第二电机的转速ω2，并将该信号发送给所述控制器；
所述控制器用于根据该信号将该转速ω2设定为第一电机的目标转速ω0，并且控制第一电机启动且拖动发动机，使第一电机的实时转速ω1接近第一电机的目标转速ω0，并且所述控制器根据第二电机的转速ω2计算出第二电机的加速度a2，并将该加速度a2设定为第一电机的目标加速度a0；
所述控制器还用于当第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当时，控制第一电机由电动状态变为发电状态，给发动机提供负载，以稳定发动机的转速，同时控制第一电机的负载来调节第一电机的实时加速度a1，使该实时加速度a1略大于目标加速度a0，并控制离合器接合。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0相当是指第一电机的实时转速ω1与第一电机的目标转速ω0的差值小于200rpm。
7.根据权利要求5所述的系统，其中所述实时加速度a1比目标加速度a0大10～200rpm/min。
8.根据权利要求5所述的系统，其中所述减速机构为定速比减速机构。
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