CN114132301A - 混合动力汽车行进间起动发动机的控制方法、系统、车辆及存储介质 - Google Patents

Abstract

一种混合动力车辆行进间起动发动机的控制方法、系统、车辆及存储介质，控制方法是：当车辆行进间，PCU根据功率需求，计算得出需要起动发动机时，PCU同时发起动信号给ECU和TCU，ECU负责控制继电器闭合，12V起动机工作；TCU负责开始控制K1K2滑磨，并结合K0离合器。PCU将电机扭矩与拖拽扭矩之和发送给电机，这样12V起动机和P2电机同步作用，快速将发动机拖拽至喷油转速，发动机喷油点火后，发动机转速与电机转速同步，完成整个起动发动机过程。本发明可以在成本增加有限的情况下，实现P2‑48V混合动力车辆行进间快速平稳起发动机的功能。

Description

混合动力汽车行进间起动发动机的控制方法、系统、车辆及存 储介质

技术领域

本发明属于车辆发动机控制技术领域，具体涉及混合动力汽车起动发动机的控制技术，主要应用于P2构型的48V混合动力汽车。

背景技术

环保和节能是当前汽车技术的重要发展方向，目前各国的环保法规日趋严格。混合动力汽车具备低污染、低能耗的特点，应用发展十分迅速。混合动力汽车的优点在于可根据汽车需求扭矩的大小，分配发动机和电机的扭矩，使发动机一直运行在高效区域，以此降低整车能耗。混合动力汽车根据是否可以外接充电，分为插电式混合动力汽车 (PHEV)和非插电式混合动力汽车(HEV)。目前，市场上混合动力汽车(HEV)的电池容量一般在1.2～1.4KWh，电池电压普遍大于200V。混合动力汽车的成本增加主要来自于电池、电机(含电机控制器)等零部件。

为了进一步降低混合动力汽车的成本，更广泛的推广应用混合动力技术，部分主机厂和研究机构在进行48V混合动力汽车的开发。P2-48V技术路线因为结构紧凑、集成度高、动力性好，引起越来越多关注。而一般的P2-48V混合动力汽车，其起动发动机的方式为BSG(Belt Starter and Generator)电机起动。BSG电机是指在发动机前端用皮带传递机构将一体化发电机与发动机相连接，取代了发动机原有的发电机，从而实现了混合动力系统的一体化。BSG混合动力系统能实现怠速起停、行进间快速起动发动机的作用。但BSG电机的成本较高，如何使用低成本方案实现混合动力汽车行进间快速起动发动机是待研究的问题。

专利文献CN107905932公开了一种用于混动动力控制发动机起动的方法和装置，提出混合动力车辆行驶过程中，当检测到需求发动机起动时，确定该发动机的振动转速(喷油转速)，然后混合动力控制单元控制电机作为动力源，拖拽发动机转动，直到发发动机转速达到振动转速时，发动机开始喷油点火，开始做功。该方法所述为传统的混合动力车辆行进间起动发动机时的控制方法，一般适用于高压混合动力车辆，不能适用于本 P2-48V构型。

专利文献CN110126811公开了一种混合动力车辆的发动机起动控制系统、方法及车辆，提出两种起动方式，当车速大于某一阈值时，发送离合器闭合指令，驱动力经过车身传导，通过离合器带动发动机飞轮达到怠速区间；第二种起动方式为起动机起动，类似于传统车的起动方式。该方法提出的第一种起动方式具有一定的局限性，只有在车速较高时能实现，也不适用于P2 48V构型混动车辆的所有场景。

对于P2构型48V的混合动力车辆，要解决行进间快速起动发动机的问题，其要求至少有三：一是不影响电机正常输出扭矩，维持纯电行驶，二是起动响应迅速、平顺，三是成本低。对于P2构型48V的混合动力车辆，除了BSG电机用于车辆行进间起动发动机的方法外，尚未有更低成本、高效的发动机的方法和装置。

发明内容

本发明提供一种混合动力车辆行进间起动发动机的控制方法、系统、车辆及存储介质，用以解决P2-48V混合动力车辆行进间快速起动发动机的问题，实现降低方法和系统的成本，提升驾驶性效果，以预期最大程度利用48V电池和电机能力。

为实现上述目的及其相关目的，本发明提供以下技术解决方案：

一种混合动力车辆行进间起动发动机的控制方法，其包括以下步骤：

S0：发出起动发动机指令；

S1：第一阶段拖拽发动机：控制12V继电器闭合，12V起动机开始施加作用力于发动机曲轴，克服发动机静摩擦，拖拽发动机转动；

S2：K0离合器闭合：控制K0离合器结合，便于后续步骤P2电机拖拽发动机。为了保证车辆行驶的平顺性，控制K1K2离合器滑磨，当变速器输入轴与输出轴转速差大于标定值C1时，再进行K0离合器结合的控制；

S3：第二阶段拖拽发动机：12V起动机与P2电机同时施加拖拽扭矩，使得发动机转速继续提升，此处，12V起动机的扭矩不可控制，与传统车起动过程的控制相同，P2 电机施加的拖拽扭矩由控制模块计算得出；

S4：12V起动机退出：当发动机转速大于第一退出转速时，12V起动机退出拖拽；

S5：第三阶段拖拽发动机：根据发动机转速变化的加速度，调整P2电机拖拽扭矩大小，继续拖拽发动机转速上升；

S6：P2电机退出：当发动机达到第二退出转速时，且满足发动机喷油点火成功，控制模块逐渐降低P2电机的扭矩，P2电机退出拖拽；

S7：发动机与电机转速同步：对发动机进行转速控制，追赶P2电机的实际转速，完成发动机与电机同步。

进一步地，其所述P2电机拖拽扭矩采用如下公式得到：

Tq_{_drag}＝Tq_{_base}+K·(Tq_{_max}-Tq_{_drv}-Tq_{_base})

其中，Tq_{_drag}为P2电机的拖拽扭矩，Tq_{_base}为预留起动发动机的基础扭矩，Tq_{_max}为当前转速下P2电机的外特性扭矩，Tq_{_drv}为当前时刻P2电机用于驱动的扭矩大小，K为比例系数，用于调节Tq_{_drag}至合适大小。

进一步地，所述预留起动发动机的基础扭矩Tq_{_base}是标定值，是通过标定获得的不同电机转速和油温下的基础拖拽扭矩。Tq_{_base}随温度降低而增大。

另一方面，本发明还提供一种混合动力汽车行进间起动发动机的控制系统，其包括：

12V继电器控制模块，用于控制12V继电器闭合，使12V起动机施加的扭矩克服发动机静摩擦，拖拽发动机转动；

离合器控制模块，用于控制K0和K1K2离合器的断开、结合，并且控制K1K2离合器滑磨，当输入轴与输出轴转速差大于标定值C1时，控制K0离合器结合；

第二阶段拖拽控制模块，用于控制12V起动机和P2电机同时施加拖拽扭矩，使12V起动机和P2电机同时拖拽发动机，发动机转速快速上升；

12V起动机拖拽退出模块，用于在发动机转速大于第一退出转速时，控制12V起动机退出拖拽；

第三阶段拖拽控制模块，用于根据发动机转速变化的加速度，调整P2电机拖拽扭矩大小，继续拖拽发动机转速上升；

P2电机退出控制模块，用于在发动机达到第二退出转速时，且满足发动机喷油点火成功，控制P2电机卸载扭矩，使P2电机退出拖拽；

转速同步控制模块，用于对发动机进行转速控制，追赶电机实际转速，完成发动机与电机转速同步。

对于P2-48V混合动力车辆，由于12V起动机功率有限，通过采用本发明以上的技术方案，使用12V起动机和P2电机共同起动发动机，有效解决了以下两个问题：1、单独使用12V起动机，噪声大、起动慢问题。2、单独使用P2电机，P2电机需预留较大扭矩，纯电行驶距离受损。即使用本发明的技术方案，起动发动机时起动响应迅速、平顺，并且不影响电机正常输出扭矩，能维持纯电行驶，本发明可以在成本增加有限的情况下，实现P2-48V混合动力车辆行进间快速平稳起发动机的功能，达到降低方法和系统的成本，提升驾驶性，最大程度利用48V电池和电机能力的目的。

附图说明

图1为本发明所适用的混合动力汽车构型示意图

图2为本发明实现技术方案的一种控制网络拓扑示意图

图3为本发明所实施控制方法的流程示意图

图4为本发明的效果和原理示意图

具体实施方式

下面结合说明书中的附图，对本发明所实施的技术方案进行进一步描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明所实施的技术方案基于图1所示的混合动力汽车架构，该构型的动力系统包括但不限于发动机、电机、离合器、变速箱和主减速器等零部件。通过离合器的断开与接合或滑磨进行动力的传递，该动力系统可以实现纯电动、混合驱动、发动机单独驱动等模式。

本实施例使用的混合动力系统具体包括：

12V起动机，其位于发动机前端，用于拖拽发动机。

K0离合器，位于发动机和P2电机之间，用于结合时P2电机拖拽发动机。

P2电机，用于起发动机时拖拽发动机，同时为车辆提供电驱动力。

48V电池，用于提供纯电行驶的能量和电机拖拽发动机起动的能量。

其中P2电机和K0离合器均包含于电驱变速器集成模块中，此外，该系统还包括12V电池、变速箱、K1K2离合器等。

如图2所示，实施发明的起动发动机的控制方法需要用到以下控制单元，包括混合动力总成控制器PCU、变速箱控制器TCU、电机控制器PEU和发动机控制单元ECU，各控制器通过CAN网络通讯。当车辆行进间，PCU根据功率需求，计算得出需要起动发动机时，PCU同时发起动信号给ECU和TCU，ECU负责控制继电器闭合，12V起动机工作；TCU负责开始制造K1K2滑磨，并结合K0离合器。PCU将电机扭矩与拖拽扭矩之和发送给电机，这样12V起动机和P2电机同步作用，快速将发动机拖拽至喷油转速，发动机喷油点火后，发动机转速与电机转速同步，完成整个起动发动机过程。图2所示的控制单元示意图为实现该发明方案的一种网络架构，其他类似可实现相同功能的网络架构同样能够满足实施本发明方案的要求。

如图3所示，本实施例是混合动力车辆行进间起动发动机的控制方法的具体步骤：

S0：进入发动机起动状态，混合动力控制单元PCU发出起动发动机命令。

S1：第一阶段拖拽发动机

混合动力控制单元PCU发出起动发动机指令后，发动机控制单元ECU执行闭合继电器指令，使12V起动机施加的扭矩克服发动机静摩擦，拖拽发动机转动。

S2：K0离合器闭合

混合动力控制单元PCU发送K1K2离合器滑磨指令，变速器控制单元TCU执行离合器滑磨，当输入轴与输出轴转速差大于C1时(C1为标定值，通常的范围为200～300rpm)，混合动力控制单元PCU发送结合K0离合器指令给TCU，变速器控制单元TCU控制K0 离合器闭合。

S3：第二阶段拖拽：K0离合器结合后，P2电机施加扭矩，12V起动机和P2电机同时拖拽发动机，发动机转速继续提升。

S4：12V起动机退出：当发动机转速大于第一退出转速时，12V起动机拖拽退出。此处，第一拖拽转速参考传统燃油车的喷油转速，通常范围为200～400rpm。

S5：第三阶段拖拽：根据发动机转速变化的加速度，调整P2电机扭矩大小，继续拖拽发动机转速上升。

S6：P2电机拖拽退出：当发动机达到第二退出转速时，且满足发动机喷油点火成功，混动总成控制单元PCU控制P2电机卸载扭矩，P2电机退出拖拽。此处，第二退出转速为标定值，该值的确定考虑其对驾驶性和排放法规的影响，通常的范围为500～800rpm。

S7：发动机与电机转速同步：发动机点火成功后，发动机控制单元ECU控制发动机进行转速控制，追赶电机当前时刻的转速，当发动机与电机转速差小于50rpm时，发动机与电机同步完成。

S8：退出行进间起动发动机状态。

本实施例步骤中，P2电机扭矩大小的控制为关键，该扭矩的大小、变化率决定了发动机起动的快慢和平顺性。混合动力控制单元采用以下公式可以实时计算出步骤3、步骤 5需要的P2电机拖拽扭矩：

Tq_{_drag}＝Tq_{_base}+K·(Tq_{_max}-Tq_{_drv}-Tq_{_base})

其中，Tq_{_drag}为P2电机的拖拽扭矩，Tq_{_base}为预留起动发动机的基础扭矩，Tq_{_max}为当前转速下P2电机的外特性扭矩，与电机特性相关，Tq_{_drv}为当前时刻P2电机用于驱动的扭矩大小，K为比例系数，用于调节Tq_{_drag}至合适大小，比例系数K的范围取0.5～1.0。

进一步地，Tq_{_base}为预留起动发动机的基础扭矩，其值大小随着油温和电机当前转速标定得来，一方面考虑P2电机转速越高，电机的外特性扭矩降低；另一方面，温度低时，需克服的发动机摩擦力增大，因此需要增加P2电机的基础拖拽扭矩。通过标定表格，获得不同电机转速和油温下的基础拖拽扭矩，目标是使得发动机的起动过程平顺、快速，表一为推荐的一种Tq_{_base}值的确定方法。

表一：P2电机基础扭矩Tq__base标定推荐值

图4展示的是按照上述步骤所实施的行进间发动机起动过程的效果图，该方案所示的发动机起动过程分为了三个阶段，这三个阶段发动机的拖拽扭矩大小的计算方法不同，最终实现的用于拖拽发动机转速的扭矩值大小为12V起动机的扭矩与P2电机扭矩之和。通过12V起动机和P2电机联合起动的方式，保证混合动力车辆在行进间快速平稳起动，在最小成本下获得良好的发动机起动性能。

本发明的另一个实施例中，是实现以上方法的混合动力汽车行进间起动发动机的控制系统，根据控制功能要求，可以包括以下控制模块：

12V继电器控制模块(也可以称为第一阶段拖拽控制模块)，用于在混合动力控制单元PCU发出起动发动机命令后，控制12V继电器闭合，使12V起动机施加的扭矩克服发动机静摩擦，开始拖拽发动机转动。

离合器控制模块，用于在整个行进间起动过程中，根据指令控制K0和K1K2离合器的断开、结合，并且控制K1K2离合器滑磨，还有当输入轴与输出轴转速差大于标定值 C1时，控制K0离合器结合。

第二阶段拖拽控制模块，用于在K0离合器结合后，控制12V起动机和P2电机同时施加拖拽扭矩，使12V起动机和P2电机同时拖拽发动机，发动机转速快速上升。

12V起动机拖拽退出模块，用于在发动机转速大于第一退出转速时，控制12V起动机退出拖拽。

第三阶段拖拽控制模块，用于根据发动机转速变化的加速度，调整P2电机拖拽扭矩大小，继续拖拽发动机转速上升。

P2电机退出控制模块，用于在发动机达到第二退出转速时，且满足发动机喷油点火成功，控制P2电机卸载扭矩，使P2电机退出拖拽。

转速同步控制模块，用于对发动机进行转速控制，追赶当前时刻的电机转速，完成发动机与电机转速同步。

以上，所述第二阶段拖拽控制模块和第三阶段拖拽控制模块均采用如下公式计算得到P2电机拖拽扭矩：

Tq_{_drag}＝Tq_{_base}+K·(Tq_{_max}-Tq_{_drv}-Tq_{_base})

其中，Tq_{_drag}为P2电机的拖拽扭矩，Tq_{_base}为预留起动发动机的基础扭矩，Tq_{_max}为当前转速下P2电机的外特性扭矩，Tq_{_drv}为当前时刻P2电机用于驱动的扭矩大小，K为比例系数，用于调节Tq_{_drag}至合适大小。所述预留起动发动机的基础扭矩Tq_{_base}是标定值，是通过标定获得的不同电机转速和油温下的基础拖拽扭矩，Tq_{_base}随温度降低而增大。

在另一个实施例中，是一种车辆，该车辆是混合动力车辆，所述车辆配置有以上实施例所述的混合动力汽车行进间起动发动机的控制系统。

再一个实施例是一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时以上实施例所述的混合动力汽车行进间起动发动机的控制方法的步骤，实现本发明的目的。

在上述说明书中，已经通过参考特定的实施例描述了本发明的主旨内容。然而，在不脱离如权利要求书所阐述的本发明的主旨内容的情况下，可以进行各种修改和改变。本说明书中的附图是说明性而不是限制性的。因此，本发明的主旨范围应当由权利要求及其符合法律规定的等效形式或实体确定，而非仅由所描述的示例确定。在本说明书任何方法或过程权利要求中所阐述的任何步骤可以按任何次序或次序组合执行，并不受限于所述权利要求中所给出的示例性特定次序。任何设备权利要求中所阐述的模块、单元、系统都可以按照任意的排列组合、组装、配置，并且不限于在所述权利要求中程序的特定组成、组装或配置形式。

Claims (10)

1.一种混合动力汽车行进间起动发动机的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S0：发出起动发动机指令；

S1：第一阶段拖拽发动机：控制12V继电器闭合，12V起动机开始施加作用力于发动机曲轴，克服发动机静摩擦，拖拽发动机转动；

S2：K0离合器闭合：控制K1K2离合器滑磨，当输入轴与输出轴转速差大于标定值C1时，控制K0离合器结合；

S3：第二阶段拖拽发动机：P2电机施加拖拽扭矩，12V起动机和P2电机同时拖拽发动机，发动机转速继续提升；

S4：12V起动机拖拽退出：当发动机转速大于第一退出转速时，12V起动机退出拖拽；

S5：第三阶段拖拽发动机：根据发动机转速变化的加速度，调整P2电机拖拽扭矩大小，继续拖拽发动机转速上升；

S6：P2电机退出：当发动机达到第二退出转速时，且满足发动机喷油点火成功，控制P2电机卸载扭矩，P2电机退出拖拽；

S7：发动机与电机转速同步：对发动机进行转速控制，追赶P2电机当前时刻的转速，完成发动机与电机的转速同步。

2.根据权利要求1所述的混合动力汽车行进间起动发动机的方法，其特征在于，所述P2电机拖拽扭矩采用如下公式得到：

Tq_{_drag}＝Tq_{_base}+K·(Tq_{_max}-Tq_{_drv}-Tq_{_base})

其中，Tq_{_drag}为P2电机的拖拽扭矩，Tq_{_base}为预留起动发动机的基础扭矩，Tq_{_max}为当前转速下P2电机的外特性扭矩，Tq_{_drv}为当前时刻P2电机用于驱动的扭矩大小，K为比例系数，用于调节Tq_{_drag}至合适大小。

3.根据权利要求1或2所述的混合动力汽车行进间起动发动机的方法，其特征在于，所述预留起动发动机的基础扭矩Tq_{_base}是标定值，是通过标定获得的不同电机转速和油温下的基础拖拽扭矩，Tq_{_base}随温度降低而增大。

4.根据权利要求1或2所述的混合动力汽车行进间起动发动机的方法，其特征在于，所述第一退出转速和第二退出转速均为标定值。

5.根据权利要求1或2所述的混合动力汽车行进间起动发动机的方法，其特征在于，所述步骤S7是当发动机与电机转速差小于设定值时，即完成发动机与电机转速同步。

6.一种混合动力汽车行进间起动发动机的控制系统，其特征在于，包括：

12V继电器控制模块，用于控制12V继电器闭合，使12V起动机施加的扭矩克服发动机静摩擦，拖拽发动机转动；

离合器控制模块，用于控制K0和K1K2离合器的断开、结合，并且控制K1K2离合器滑磨，当输入轴与输出轴转速差大于标定值C1时，控制K0离合器结合；

第二阶段拖拽控制模块，用于控制12V起动机和P2电机同时施加拖拽扭矩，使12V起动机和P2电机同时拖拽发动机，发动机转速快速上升；

12V起动机拖拽退出模块，用于在发动机转速大于第一退出转速时，控制12V起动机退出拖拽；

第三阶段拖拽控制模块，用于根据发动机转速变化的加速度，调整P2电机拖拽扭矩大小，继续拖拽发动机转速上升；

P2电机退出控制模块，用于在发动机达到第二退出转速时，且满足发动机喷油点火成功，控制P2电机卸载扭矩，使P2电机退出拖拽；

转速同步控制模块，用于对发动机进行转速控制，追赶当前时刻的电机转速，完成发动机与电机转速同步。

7.根据权利要求6所述的混合动力汽车行进间起动发动机的系统，其特征在于，所述第二阶段拖拽控制模块和第三阶段拖拽控制模块采用如下公式计算得到P2电机拖拽扭矩：

Tq_{_drag}＝Tq_{_base}+K·(Tq_{_max}-Tq_{_drv}-Tq_{_base})

其中，Tq_{_drag}为P2电机的拖拽扭矩，Tq_{_base}为预留起动发动机的基础扭矩，Tq_{_max}为当前转速下P2电机的外特性扭矩，Tq_{_drv}为当前时刻P2电机用于驱动的扭矩大小，K为比例系数，用于调节Tq_{_drag}至合适大小。

8.根据权利要求7所述的混合动力汽车行进间起动发动机的系统，其特征在于，所述预留起动发动机的基础扭矩Tq_{_base}是标定值，是通过标定获得的不同电机转速和油温下的基础拖拽扭矩，Tq_{_base}随温度降低而增大。

9.一种车辆，其特征在于，所述车辆配置有6-8任意一项所述的混合动力汽车行进间起动发动机的控制系统。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～5任意一项所述的混合动力汽车行进间起动发动机的控制方法的步骤。

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