CN102009588A - 单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，不仅能保证响应增大驱动功率的需求，而且还能有效降低发动机启动过程对车辆行驶产生的冲击。包括步骤：1)当纯电动驱动行驶时，主离合器闭合，副离合器分离，单向离合器处于自由态；2)当驱动功率增大或电池电量不足时，副离合器由油压控制接合，发动机启动，驱动电机加载启动转矩，主离合器处于闭合态，单向离合器处于自由态；3)当发动机ECU启动完成，且与驱动电机等速时，驱动电机卸载启动转矩进入转速闭环控制模式，副离合器处于接合态，主离合器处于闭合态，单向离合器进入锁止态；4)当整车控制器HCU监测到发动机转矩变化率小于某确定值后，驱动电机退出转速闭环模式，协调控制过程完成。

Description

单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法

技术领域

本发明属于混合动力车电子控制领域，具体涉及一种单电机双离合器式混合动力车辆行进间发动机启动的协调控制方法。

背景技术

单电机双离合器式强混合动力车辆在纯电动行驶中，如遇需求功率增大等情况需要启动发动机时，驱动电机需要在驱动车辆行驶的同时提供发动机启动所需的能量，并降低发动机的接入和启动过程对车辆行驶造成的冲击。驱动电机转矩与副离合器接合过程的协调控制方法，将直接影响到启动过程对车辆正常行驶造成的冲击程度，从而影响到驾驶员的乘坐舒适性。专利《混合动力车辆的热力发动机启动方法》(申请号200680048032.2)中，描述了一种单电机式强混合动力车辆纯电动行驶中启动发动机的控制方法。该方法中，在启动过程开始时，位于驱动电机与变速箱之间的主离合器被定位在滑摩状态，以保证启动过程中动力系统向传动系统传递的转矩不超过启动过程开始时的转矩值。该专利中描述的控制方法，在启动过程中无法响应驾驶员增加驱动功率的需求，且由于要先使主离合器达到滑摩状态，造成启动过程控制的时间较长。在主离合器为驾驶员控制时，由于驾驶员无法预知发动机启动时刻，更无法对离合器的滑模状态做出精确控制，故该方法同样不适用。

发明内容

针对上述问题，本发明的主要目的是基于单电机双离合器式强混合动力车辆结构，提供一种单电机双离合器混合动力车辆在纯电动行进间发动机启动协调控制方法，该方法能不仅能保证启动过程中车辆可同时响应驾驶员增大驱动功率的需求，而且还能有效降低发动机启动过程对车辆行驶产生的冲击，同时在驾驶员进行换挡操作时，驱动系统也可以正常平稳的完成启动过程。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，它基于一种单电机双离合器式混合动力车辆结构，其中包括驱动电机、发动机、主离合器、并联设置的副离合器与单向离合器，其特征在于，它包括如下控制方法：

1)当车辆由驱动电机纯电动驱动行驶时，主离合器处于闭合状态，副离合器处于分离状态，单向离合器处于自由状态，发动机关闭；

2)当驱动功率增大或电池电量不足时，副离合器由油压控制接合，发动机开始启动升速，驱动电机在提供驱动转矩的同时开始加载启动转矩，主离合器处于闭合状态，单向离合器处于自由状态；

3)当发动机ECU发出启动完成标志位，且发动机与驱动电机达到等速运转时，驱动电机卸载启动转矩并进入转速闭环控制模式，副离合器完成接合过程，此后一直处于接合状态，主离合器处于闭合状态，单向离合器进入锁止状态，车辆由发动机与驱动电机共同驱动行驶；

4)当整车控制器HCU监测到发动机转矩变化率小于某确定值后，驱动电机退出转速闭环模式，协调控制过程完成。

上述方法中所述主离合为干式离合器；副离合器为电控湿式多片离合器；单向离合器为滚子式单向离合器。所述单向离合器在驱动电机转速高于发动机转速时处于自由状态；在发动机转速等于或高于驱动电机转速时处于锁止状态。

在步骤2)中，所述副离合器的实际压力通过自适应变参数PID控制达到目标压力，压力建立过程分为“启动”、“稳压”、“控制”、“增压”、“保压”五个阶段。

在步骤3)中，发动机ECU发出的启动完成标志位由ECU发到CAN总线上，由整车控制器HCU接收。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明能够在纯电动行驶过程中启动发动机，而不影响车辆正常的驱动需求。2、本发明通过对驱动电机、副离合器、发动机的协调控制，可以有效地控制发动机启动过程对车辆行驶造成的冲击。3、在驾驶员进行换挡操作时，启动过程仍然可以正常进行。

附图说明

图1是单电机双离合器式混合动力车辆的混合动力系统控制图；

图2是混合动力系统中副离合器油压建立过程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

如图1所示，在单电机双离合器式强混合动力车辆结构中，驱动电机1两端分别设置主离合器2和副离合器3，主离合器2的另一端连接手动变速器4，变速器4直接控制车轮5的速度。副离合器3的另一端连接到发动机6，在发动机6与驱动电机1之间还设置有单向离合器7，单向离合器7与副离合器3并联设置。

该结构中的主离合器2为驾驶员控制的传统离合器。副离合器3为一种电控湿式多片离合器，其接合过程依靠油压控制。单向离合器7为滚子式单向离合器。单向离合器7在驱动电机1转速高于发动机6转速时处于自由状态(相当于分离状态)，此时驱动电机1不向发动机6提供转矩，驱动电机1的转矩全部用于驱动车辆；单向离合器7在发动机6转速等于或高于驱动电机1转速时处于锁止状态(相当于接合状态)，此时发动机6的转矩通过驱动电机1传递给传动系统。

在这样的单电机双离合器式强混合动力车辆结构中，当车辆处于纯电动行驶状态，如遇需求功率增大或电池电量不足等情况，需要启动发动机参与驱动。为减小发动机的启动过程对车辆行驶产生的冲击，保证发动机平稳接入传动系统，本发明采取如下系列控制方法：

1)当车辆由驱动电机1纯电动驱动行驶时，主离合器2处于闭合状态，副离合器3处于分离状态，单向离合器7处于自由状态，发动机关闭；

2)当驱动功率的需求增大或电池电量不足时，副离合器3由油压控制接合，发动机6开始启动，驱动电机1在提供驱动转矩的同时开始加载启动转矩，发动机6升速过程中，主离合器2处于闭合状态，单向离合器7处于自由状态；

3)当发动机6ECU发出启动完成标志位且发动机6与驱动电机1达到等速运转时，意味着启动完成，驱动电机1卸载启动转矩并进入转速闭环控制模式，副离合器3完成接合过程，此后一直处于接合状态，此时主离合器处于闭合状态，等速时单向离合器7进入锁止状态，车辆由发动机与驱动电机共同驱动行驶；

4)当整车控制器HCU监测到发动机转矩变化率小于某确定值后，驱动电机退出转速闭环模式，协调控制过程完成。

这里所述的加载启动转矩，是指在原有驱动转矩基础上，驱动电机额外增加的一个转矩，比如原来驱动转矩为50Nm，发动机启动阻力矩为30Nm，则当前电机总转矩为50+30＝80Nm。为了抵消发动机启动时阻力矩对车速的冲击，就需要由驱动电机加载一启动转矩30Nm，以抵消阻力矩。启动转矩在加载过程中是有所变化的。

这里所述的卸载启动转矩，就是指卸载之前一直加载着的启动转矩，卸载是指启动转矩部分置零，电机只提供驱动转矩。因为此时发动机已开始喷油点火，发动机已作为动力源进行转矩输出，故不再需要电机的启动转矩。

这里所述的转速闭环控制模式，是电机控制器本身的一种控制模式，设定一个转速后，电机控制器会将电机控制在这个转速附近，因为此时电机与发动机已成为一体，这样可以通过电机的控制来抵消发动机喷油点火后的转速波动。

在上述的控制方法中，技术的关键就在于：第2)步中，发动机6升速的过程中，驱动电机1对其加载启动转矩，启动转矩用以保证发动机转动惯量的接入过程不会对车辆造成减速冲击；第3)步中，发动机6启动完成后，驱动电机1即卸载启动转矩，进入转速闭环控制模式，这样做的好处是通过电机的转速控制来抑制发动机喷油点火后的转速波动对车辆行驶造成的冲击。由于上述两步骤的结合利用，就能有效降低发动机启动过程对车辆行驶产生的冲击。

在上述步骤2)中，副离合器3为油压离合器，它的接合由油压控制系统控制，其实际压力通过自适应变参数PID控制达到目标压力，压力建立过程分为“启动”、“稳压”、“控制”、“增压”、“保压”五个阶段。从图2中可看出，“控制”段就是指“稳压”与“增压”之间的拐点处，接合完成后副离合器的压力变得稳定，保持在一定值，为“保压”段。在这五个阶段中，油压“启动”、“稳压”阶段发动机静止，“控制”阶段发动机开始启动，“增压”阶段发动机转速增加，“保压”阶段发动机持续至启动完成。

确切地讲，在副离合器3油压进入“控制”阶段时驱动电机1开始加载启动转矩，启动转矩的值以发动机静态启动转矩为基准，随油压增大而增大，同时随驱动电机转速增大而减小。

在上述步骤2)中，在发动机6启动过程中，因为驱动电机1要同时开始加载启动转矩，所以此阶段驱动电机1的输出转矩为驱动转矩与启动转矩之和。启动转矩可以保证发动机的正常启动和平缓的接入传动系统，驱动转矩可以保证驱动电机在启动发动机的同时响应驾驶员增大或减小驱动功率的需求。

在上述步骤3)中，发动机ECU发出启动完成标志位(标志位由ECU发到CAN总线上，整车控制器HCU可以接收到)，且发动机6与驱动电机1达到等速运转时，驱动电机卸载启动转矩，进入转速闭环控制模式。此时，发动机开始喷油点火后，其输出转矩产生突变，由系统负载变为系统驱动源，会对车辆造成突然加速的冲击。在这种状态下，驱动电机进入转速闭环控制模式，以动力系统刚达到等速运行时的转速为基准进行。通过电机的转矩调节控制动力系统的转速，可以有效的避免发动机喷油点火后对车辆造成的突然加速冲击以及发动机启动后转速不稳造成的车辆转速波动。

在上述步骤4)中，当整车控制器HCU监测到发动机转矩变化率小于某确定值后，比如5Nm/10ms，驱动电机退出转速闭环模式，协调控制过程完成，驱动电机与发动机进入混合工作模式。转速闭环控制在发动机启动完成时开始，在发动机转矩波动率小于某确定值后结束。

在上述的步骤2)及步骤3)中，如果驾驶员踩下主离合器2或手动变速器4挂空挡，则车辆驱动转矩置零，驱动电机只提供启动转矩，保证发动机启动过程正常进行。在驱动电机进入转速闭环控制过程中，如果驾驶员踩下主离合器或挂空挡，转速闭环控制将仍正常进行，从而保证驾驶员进行换挡等操作后车速的稳定。

Claims (9)

1.一种单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，它基于一种单电机双离合器式混合动力车辆结构，其中包括驱动电机、发动机、主离合器、并联设置的副离合器与单向离合器，其特征在于，它包括如下控制方法：

1)当车辆由驱动电机纯电动驱动行驶时，主离合器处于闭合状态，副离合器处于分离状态，单向离合器处于自由状态，发动机关闭；

2)当驱动功率增大或电池电量不足时，副离合器由油压控制接合，发动机开始启动升速，驱动电机在提供驱动转矩的同时开始加载启动转矩，主离合器处于闭合状态，单向离合器处于自由状态；

3)当发动机ECU发出启动完成标志位，且发动机与驱动电机达到等速运转时，驱动电机卸载启动转矩并进入转速闭环控制模式，副离合器完成接合过程，此后一直处于接合状态，主离合器处于闭合状态，单向离合器进入锁止状态，车辆由发动机与驱动电机共同驱动行驶；

4)当整车控制器HCU监测到发动机转矩变化率小于某确定值后后，驱动电机退出转速闭环模式，协调控制过程完成。

2.如权利要求1所述的单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，其特征在于：所述主离合为驾驶员控制的传统离合器，副离合器为电控湿式多片离合器，单向离合器为滚子式单向离合器。

3.如权利要求1或2所述的单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，其特征在于：所述单向离合器在驱动电机转速高于发动机转速时处于自由状态；在发动机转速等于或高于驱动电机转速时处于锁止状态。

4.如权利要求1或2所述的单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，其特征在于：在步骤2)中，所述副离合器的实际压力通过自适应变参数PID控制达到目标压力，压力建立过程分为“启动”、“稳压”、“控制”、“增压”、“保压”五个阶段。

5.如权利要求3所述的单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，其特征在于：在步骤2)中，所述副离合器的实际压力通过自适应变参数PID控制达到目标压力，压力建立过程分为“启动”、“稳压”、“控制”、“增压”、“保压”五个阶段。

6.如权利要求1或2所述的单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，其特征在于：在步骤3)中，发动机ECU发出的启动完成标志位由ECU发到CAN总线上，由整车控制器HCU接收。

7.如权利要求3所述的单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，其特征在于：在步骤3)中，发动机ECU发出的启动完成标志位由ECU发到CAN总线上，由整车控制器HCU接收。

8.如权利要求4所述的单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，其特征在于：在步骤3)中，发动机ECU发出的启动完成标志位由ECU发到CAN总线上，由整车控制器HCU接收。

9.如权利要求5所述的单电机双离合器混合动力车辆发动机启动协调控制方法，其特征在于：在步骤3)中，发动机ECU发出的启动完成标志位由ECU发到CAN总线上，由整车控制器HCU接收。

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