CN104029673B - 一种混动汽车动力系统及其耦合控制方法 - Google Patents

一种混动汽车动力系统及其耦合控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种混动汽车动力系统及其耦合控制方法，实现发动机动力与双离合耦合机构的协调传输控制，使发动机能够平稳启动，通过控制离合器C1启动发动机，再通过发动机和CVT输入轴的转速差进行PID调节，得到速度同步所需的发动机扭矩，进而实现发动机‑ISG和CVT端的转速同步。可以快速而平滑的启动发动机，提高驾驶舒适性。

Description

一种混动汽车动力系统及其耦合控制方法
技术领域
本发明属于混动汽车整车控制领域，涉及一种混动汽车动力系统及其耦合控制方法，具体涉及一种插电四驱混动汽车动力耦合控制方法。
背景技术
纯电动汽车的节能和科技感很容易打动普通车主的心。但是，充电问题是人们一时还无法出手购买纯电动汽车的重要原因。即使续航里程再长，一到需要充电的时候，动辄10来个小时的充电时间还是让人难以接受。这就要求人们购车之前，当地已经拥有完备的社会充电设施，能够实现快速充电。
在充电基础设施未完备的情况下，PHEV作为过渡车型更容易被市场和消费者接受。作为有着电动机和普通燃油发动机的双模汽车，一旦电瓶电量耗尽，发动机就可以启动，使用便利性和普通汽车一致，为未来纯电动汽车的发展打下基础。
插电式四驱混动汽车除了能够满足节油的目的还具有在极端工况路面下的通过能力及加速能力，较之现有机械式四驱车型更易操作，而且随着混动汽车及电池技术的不断成熟，前轴混动，后轴纯电动的四驱车型愈发具备可行性。综上所述，现有技术中存在如下技术问题：由两级离合器直接由车轮拖动实现发动机启动的冲击较大，整车在发动机启动瞬间的NVH较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种混动汽车动力系统及其耦合控制方法，实现发动机动力与双离合耦合机构的协调传输控制，使发动机能够平稳启动，通过控制离合器C1启动发动机，再通过发动机和CVT输入轴的转速差进行PID调节，得到速度同步所需的发动机扭矩，进而实现发动机-ISG和CVT端的转速同步。具体技术方案如下：
1、一种混动汽车动力耦合控制方法，包括如下步骤：
(1)控制ISG电机并结合第一离合器启动发动机；
(2)通过发动机和CVT输入轴的转速差进行PID调节，得到速度同步所需的发动机扭矩；
(3)实现发动机-ISG和CVT端的转速同步。
进一步地，步骤(1)中所述离合器为发动机和ISG之间的离合器；
且步骤(1)包括：
(1-1)发动机启动成功后ISG退出速度模式，进入零扭矩模式，跟随发动机转速随动；
(1-2)由发动机带动机械油泵维持CVT系统油压力。
进一步地，步骤(2)中包括：
(2-1)检测CVT输入轴的转速；
(2-2)CVT输入轴的转速减去发动机-ISG端转速作为PID输入；
(2-3)PID控制器根据CVT输入轴和发动机的速度差计算出需求的发动机的扭矩。
整车控制器HCU用闭环控制调节发动机的扭矩，使其快速与CVT主动轮转速契合，完成速度同步，且速度同步完成后控制第二离合器闭合，实现发动机-ISG与CVT输入轴的动力耦合。
进一步地，步骤(3-1)所述的速度模式下HCU控制ISG进入速度模式，以固定转速的速度维持机械油泵运行，进而维持CVT油压。
进一步地，所述混动汽车为插电式混合动力的四驱车型，车辆具有后驱EV、串联、并联和四驱模式，所述速度模式定义在车辆处于后驱EV模式，在后驱EV行驶时，保持CVT润滑的油压和离合器推进油压。
进一步地，后驱EV模式采用纯电动模式，在该模式下：控制后驱TM电机和减速器之间的第三离合器结合，后驱TM电机驱动车辆行驶；控制ISG进入速度模式，ISG电机以速度模式运转带动机械油泵维持CVT润滑及第一离合器和ISG和CVT之间的第二离合器两端油压；控制第二离合器断开，发动机-ISG驱动系统与车轮间动力传输处于中断状态。
进一步地，在后驱EV模式下，检测驾驶员是否有较大的扭矩需求或SOC较低则进入高压能量维持模式，以此判定发动机的动力是否需介入车轮；当有发动机启动需求时，利用已有的油压压力控制离合器结合，ISG仍以速度模式带动发动机快速启动至固定转速；发动机达到点火点后，发送允许发动机点火指令，发动机点火自行进入怠速控制模式。
进一步地，发动机点火瞬间，控制ISG电机退出速度模式，此时ISG电机处于随动状态，跟随发动机自由旋转，发动机和ISG电机同速；检测CVT输入轴的转速，并减去发动机-ISG端转速作为PID输入；PID控制器根据CVT输入轴和发动机的速度差计算出需求的发动机的扭矩；发送需求的发动机扭矩到发动机控制器，发动机控制器控制发动机输出扭矩，进而使发动机转速上升；当发动机-ISG端转速与CVT输入轴转速差小于50转时，控制第二离合器结合，前轴发动机-ISG与整车动力系统相连，可输出扭矩。
一种混动汽车动力系统，采用上述控制方法进行控制，包括后驱系统和前驱系统，其中，后驱系统包括纯电驱动电机TM，第三离合器和减速器，其用于在纯电动模式下由后驱电机直接驱动车辆行驶；前驱系统包括发动机，第一离合器，ISG电机，第二离合器和CVT，发动机的扭矩通过所述双离合结构传递至CVT输入轴。
与目前现有技术相比，本发明可以快速而平滑的启动发动机，提高驾驶舒适性。
附图说明
图1插电四驱前后轴系统结构图
图2纯电模式切换至并联模式的发动机启动示意图
图3纯电动模式下的CVT油压控制过程示意图
图4发动机启动过程中双离合器耦合控制过程示意图
图5发动机-ISG转速与CVT输入轴转速同步控制示意图
具体实施方式
下面根据附图对本发明进行详细描述，其为本发明多种实施方式中的一种优选实施例。
车型为插电四驱车型，其中后驱由纯电驱动电机TM-离合器C3-减速器组成，前驱系统由发动机-离合器C1-ISG电机-离合器C2-CVT组成。此结构使得车辆具备纯电动、串联、并联及四驱控制模式，其中在纯电动模式下由后驱电机直接驱动车辆行驶，随着驾驶员的扭矩需求不断增大或SOC不断降低进入CS(charge sustaining)模式时需要启动发动机，并将发动机的扭矩通过双离合耦合机构传递至CVT输入轴，进而将发动机扭矩传递至车轮端驱动车辆行驶。下面为发动机与双离合及CVT系统的动力耦合控制过程，让发动机顺利启动并平稳的将动力传输出至车轮端。
1、动力传递介绍
车辆的前轮驱动系统由发动机、ISG、CVT和两个离合器组成，后轮由后驱电机、减速器和离合器组成，车辆静止状态离合器C1/C2/C3都处于开启状态，驱动机构的力矩不能传递至车轮上。
后驱电机能够实现正反转，后轮实现车辆前后向行驶，前轮的换向机构集成在CVT内部，由CVT控制器根据驾驶员的排档信号输入实现切换，CVT的机械结构与传统CVT保持一致。
驾驶员的油门解析由HCU统一管理，并结合排档需求解析出正向或负向的扭矩需求，发动机、前后驱电机作为动力输出机构接收来自HCU的扭矩和模式指令，驱动车辆响应驾驶员的油门需求。
2、耦合机构介绍
离合器的结合和断开是通过油压注入油压缸，进而推进或撤回液压缸体实现离合器的分离和结合。离合器的油压回路和CVT用油回路是共用的。其中油压的建立是靠HCU控制ISG或发动机运转并带动机械油泵建立压力，快速精准的分离响应满足扭矩控制需求。
3、发动机启动过程离合器协调控制
根据车辆模式定义，车辆存在后驱EV、串联、并联和四驱等几种模式，其中车辆在后驱EV行驶时，必须保持CVT润滑的油压和离合器推进油压，而在EV切换至并联时必须快速启动发动机。因此C1和C2的协调同步过程如图2示。
车辆处于EV模式下时，HCU控制ISG快速进入速度模式，以600转的速度维持机械油泵运行，进而维持CVT油压，见图2中的T1及图3，随着车速或驾驶员油门的增大，车辆需切换至并联模式驱动模式尽快让发动机的扭矩介入，见图2中的T2及图4，控制离合器C1结合，利用ISG的速度模式将发动机转速快速拖至点火点附近完成发动机的启动，因此整个发动机启动过程都是独立于传动系统的，整车的NVH和启动平顺性非常好。
发动机启动成功后ISG退出600转的速度模式，由发动机带动ISG和机械油泵维持系统压力，同时HCU会用闭环控制调节发动机的扭矩，使其快速与CVT主动轮转速契合，完成速度同步。此时可以进入并联驱动模式，发动机的扭矩可传递至传动轴。T1和T2的详细说明如图3/4。
T1期间，ISG转速控制逐渐接近目标速度600转，机械油泵的压力随之上升，达到目标压力，满足CVT油压和离合器控制需求。
T2期间，一共有T3/T4/T5三个过程控制，其中，离合器C1在进入T3时闭合，ISG拖动发动机启动，在进入T4点时发动机启动成功，ISG转速退出速度模式跟随发动机转速，T5是发动机/ISG转速和CVT主动轮转速同步过程。控制流程如图5，发动机和CVT速度同步后离合器C2闭合，完成耦合协调控制。
4、发动机停机过程中的离合器协调控制
当系统有发动机停机需求时，控制C1/C2断开，发动机单独实现断油停机，发动机停机成功后进入纯电动模式，控制ISG电机进入速度模式维持机械油泵的运转；
其控制方法优选：
1、纯电动模式下控制离合器C3结合，后驱TM电机驱动车辆行驶；
2、纯电动模式下控制ISG进入速度模式，ISG电机以速度模式运转带动机械油泵维持CVT润滑及离合器C1/C2两端油压；
3、纯电动行驶时，控制离合器C2断开，发动机-ISG驱动系统与车轮间动力传输处于中断状态；
4、检测驾驶员是否有较大的扭矩需求或SOC较低必须进入高压能量维持模式，以此判定发动机的动力是否需介入车轮；
5、当有发动机启动需求时，利用已有的油压压力控制离合器C1结合，ISG仍以速度模式(600转或其他转速)带动发动机快速启动至600转；
6、发动机达到点火点后，发送允许发动机点火指令，发动机点火成功自行进入怠速控制模式；
7、发动机点火瞬间，控制ISG电机退出速度模式，此时ISG电机处于随动状态，跟随发动机自由旋转，发动机和ISG电机同速；
8、检测CVT输入轴的转速，并减去发动机-ISG端转速作为PID输入；
9、PID控制器根据CVT输入轴和发动机的速度差计算出需求的发动机的扭矩；
10、发送需求的发动机扭矩到发动机控制器，发动机控制器控制发动机输出扭矩，进而使发动机转速上升；
11、当发动机-ISG端转速与CVT输入轴转速差小于50转时，控制离合器C2结合；
12、离合器C2结合后，前轴发动机-ISG与整车动力系统相连，可输出扭矩；
13、当有发动机停机指令时，控制C1/C2断开，同时给发动机发送停机指令；
14、发动机停机成功后整车模式进入纯电动驱动模式，再次控制ISG再次进入速度模式带动机械油泵建立油压。
上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种混动汽车动力耦合控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)控制ISG电机并结合第一离合器启动发动机，该离合器为发动机和ISG电机之间的离合器，包括如下步骤：
(1-1)发动机启动成功后ISG电机退出速度模式，进入零扭矩模式，跟随发动机转速随动；
(1-2)由发动机带动机械油泵维持CVT系统油压力；
(2)通过发动机和CVT输入轴的转速差进行PID调节，得到速度同步所需的发动机扭矩；
(3)实现发动机-ISG电机和CVT端的转速同步。
2.如权利要求1所述的混动汽车动力耦合控制方法，其特征在于，步骤(2)中包括：
(2-1)检测CVT输入轴的转速；
(2-2)CVT输入轴的转速减去发动机-ISG电机端转速作为PID输入；
(2-3)PID控制器根据CVT输入轴和发动机的速度差计算出需求的发动机的扭矩。
3.如权利要求1或2所述的混动汽车动力耦合控制方法，其特征在于，步骤(3)中包括：整车控制器HCU用闭环控制调节发动机的扭矩，使其快速与CVT主动轮转速契合，完成速度同步，且速度同步完成后控制第二离合器闭合，实现发动机-ISG电机与CVT输入轴的动力耦合。
4.如权利要求3所述的混动汽车动力耦合控制方法，其特征在于，步骤(1-1)所述的速度模式下整车控制器HCU控制ISG电机进入速度模式，以固定转速的速度维持机械油泵运行，进而维持CVT油压。
5.如权利要求4所述的混动汽车动力耦合控制方法，其特征在于，所述混动汽车为插电式混合动力的四驱车型，车辆具有后驱EV、串联、并联和四驱模式，所述速度模式定义在车辆处于后驱EV模式，在后驱EV行驶时，保持CVT润滑的油压和离合器推进油压。
6.如权利要求5所述的混动汽车动力耦合控制方法，其特征在于，后驱EV模式采用纯电动模式，在该模式下：控制后驱TM电机和减速器之间的第三离合器结合，后驱TM电机驱动车辆行驶；控制ISG电机进入速度模式，ISG电机以速度模式运转带动机械油泵维持CVT润滑及第一离合器和ISG电机和CVT之间的第二离合器两端油压；控制第二离合器断开，发动机-ISG电机驱动系统与车轮间动力传输处于中断状态。
7.如权利要求5或6所述的混动汽车动力耦合控制方法，其特征在于，在后驱EV模式下，检测驾驶员是否有较大的扭矩需求或SOC是否较低而必须进入高压能量维持模式，以此判定发动机的动力是否需介入车轮；当有发动机启动需求时，利用已有的油压压力控制离合器结合，ISG电机仍以速度模式带动发动机快速启动至固定转速；发动机达到点火点后，发送允许发动机点火指令，发动机点火自行进入怠速控制模式。
8.如权利要求7所述的混动汽车动力耦合控制方法，其特征在于，发动机点火瞬间，控制ISG电机退出速度模式，此时ISG电机处于随动状态，跟随发动机自由旋转，发动机和ISG电机同速；检测CVT输入轴的转速，并减去发动机-ISG电机端转速作为PID输入；PID控制器根据CVT输入轴和发动机的速度差计算出需求的发动机的扭矩；发送需求的发动机扭矩到发动机控制器，发动机控制器控制发动机输出扭矩，进而使发动机转速上升；当发动机-ISG电机端转速与CVT输入轴转速差小于50转时，控制第二离合器结合，前轴发动机-ISG电机与整车动力系统相连，可输出扭矩。
9.一种混动汽车动力系统，其特征在于，采用如权利要求1-8中任一项所述的控制方法进行控制，包括后驱系统和前驱系统，其中，后驱系统包括纯电驱动电机TM，第三离合器和减速器，其用于在纯电动模式下由后驱电机直接驱动车辆行驶；前驱系统包括发动机，第一离合器，ISG电机，第二离合器和CVT，发动机的扭矩通过所述第一离合器和第二离合器构成的双离合结构传递至CVT输入轴。
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