CN111002971A - 一种混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法 - Google Patents

一种混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，属于汽车技术领域。它解决了现有的技术容易导致启动延迟、启动失败的问题。本混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法包括：进入原地发动机启动模式；获取前馈离合器扭矩；同时，预先标定一个基础离合器扭矩，并以P项补偿扭矩和I项补偿扭矩进行补偿获得锁止离合器扭矩；在满足允许锁止离合器扭矩输出条件时，根据锁止离合器扭矩来控制离合器；在满足前馈离合器扭矩允许输出时，根据前馈离合器扭矩控制电机，同时将锁止离合器扭矩与前馈离合器扭矩进行相加运算获得电机启动发动机时的最终离合器扭矩，进而以最终离合器扭矩控制离合器。本发明能够快速成功地启动发动机。

Description

一种混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法
技术领域
本发明属于汽车技术领域，涉及一种混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法。
背景技术
混合动力车辆兼具电动车辆和燃油车辆的优点，不仅能耗低，排放低，而且动力性好，行驶里程高，因此混合动力车辆越来越受到开发者和使用者的青睐。
目前对于混合动力车辆的发动机的启动，一般是采用专用的起动机来实现的，但起动机启动噪声大且需要加浓喷油才能较好地启动成功。若不采用起动机启动，一般采用的是如现有中国专利文献公开的一种混合动力车发动机启动策略【申请号：CN201710066940.4】，预设转速值n1、n2，其中，n1<n2，所述混合动力车启动时由所述电动机驱动车辆行驶，当所述电动机转速超过n1时，由所述动力耦合机构实现所述发动机与所述电动机的连接，由所述电动机拖动所述发动机至转速n2，启动所述发动机，所述混合动力车在转速n1至n2间时采用转速闭环控制，通过设置目标转速控制所述电动机的扭矩输出，有效预防输出动力的突变，增加车辆加速的舒适性及平稳性。但是，启动发动机的过程没有考虑发动机水温对于离合器启动目标扭矩的影响和启动时发动机的摩擦以及离合器扭矩建立相对于电机扭矩建立有一定的延迟等因素，容易导致发动机启动过程出现启动延迟、启动失败、启动时发动机转速上冲过大造成回怠速时怠速转速波动、启动时排放变差等问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其所要解决的技术问题是：如何快速成功地启动发动机。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，包括：
进入原地发动机启动模式；
将发动机目标怠速转速与当前发动机转速进行差值运算获得前馈离合器扭矩；
同时，预先标定一个基础离合器扭矩，并以P项补偿扭矩和I项补偿扭矩进行补偿获得锁止离合器扭矩；
在满足锁止离合器扭矩允许输出的条件时，根据获得的锁止离合器扭矩来控制连接在发动机与电机之间的离合器；
在满足前馈离合器扭矩允许输出的条件时，根据前馈离合器扭矩控制电机，同时将锁止离合器扭矩与前馈离合器扭矩进行相加运算获得电机启动发动机时的最终离合器扭矩，进而以最终离合器扭矩控制离合器。
本混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法的工作原理为：在进入原地发动机启动模式且满足锁止离合器扭矩允许输出的条件时，根据锁止离合器扭矩来控制连接在发动机与电机之间的离合器结合，其中由于前馈离合器扭矩未满足允许输出的条件，则锁止离合器扭矩等于最终离合器扭矩，在前馈离合器扭矩满足输出条件时，根据获得的前馈离合器扭矩控制电机，此时由于离合器已经有扭矩建立，此时电机运转，通过离合器传递给发动机，以使发动机启动，通过这样的设定可以确保在启动过程中离合器不会存在高转速滑膜，同时也避免启动迟滞问题；在根据前馈离合器扭矩控制电机的同时，控制离合器的最终离合器扭矩由锁止离合器扭矩和前馈离合器扭矩进行相加运算获得，这样的设置，可确保在启动过程中电机扭矩不超过离合器扭矩，可防止启动阶段离合器打滑，以及启动延迟失败等问题，有效提高了发动机启动的成功率和效率。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，前馈离合器扭矩获得的操作还包括获取发动机水温值、发动机泵气损失值以及发动机摩擦损失值，将发动机目标怠速转速和当前发动机转速进行差值运算获得的扭矩作为电机启动基础扭矩，再将电机启动基础扭矩与获取的发动机泵气损失值、发动机摩擦损失值和发动机水温值进行相加运算来获得前馈离合器扭矩。在电机启动基础扭矩的基础上考虑发动机泵气损失、发动机摩擦损失以及发动机水温，其中，发动机水温越低，在同样转速差值下，电机启动扭矩越大，这样的设置，可确保在不同环境下都能成功起动发动机。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，将运算获得的前馈离合器扭矩以预设的第一上升斜率或者第一下降斜率来控制电机。预设第一上升斜率和第一下降斜率，使得运算获得的前馈离合器扭矩在上升阶段，如从0到某个数值时，根据预设的第一上升斜率来将前馈离合器扭矩加载给电机，确保启动过程中无冲击；如果当前发动机转速接近目标怠速转速，则前馈离合器扭矩处于下降阶段，则以预设的第一下降斜率来将前馈离合器扭矩加载给电机，确保发动机启动完成时的转速上冲不会太高，同时可以平稳的进入怠速确保怠速的稳定性。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，P项补偿扭矩的获得包括：基于当前发动机转速与变速箱输入轴转速的转速差值来确定P项补偿系数，进而将P项补偿系数与转速差值的绝对值进行相乘运算来获得P项补偿扭矩。P项补偿系数为转速差值越大而越大，转速差值接近0时为无P项补偿；P项补偿扭矩的应用，确保了在启动过程中离合器快速退出滑膜，确保启动能够快速平稳完成。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，I项补偿扭矩的获得包括：基于当前发动机转速与变速箱输入轴转速的转速差值来确定I项补偿系数，进而将I项补偿系数与转速差值的绝对值进行相乘后再进行PID积分运算来获得I项补偿扭矩。I项补偿系数为转速差值越大而越大，转速差值接近0时为无I项补偿；I项补偿扭矩的应用，进一步确保了在启动过程中离合器快速退出滑膜，确保启动能够快速平稳完成。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，将运算获得的锁止离合器扭矩以预设的第二上升斜率或者第二下降斜率来控制离合器。对锁止离合器扭矩上升和下降的速率进行标定，可避免启动离合器打滑的问题。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，前馈离合器扭矩允许输出的条件包括：
与电机连接的偶数轴挡位是否为空挡；
与奇数轴连接的离合器是否为分离状态；
最终离合器扭矩与预设的优选扭矩进行比较，判断两者差值是否大于等于零；
在上述三个条件均为是时，判断为满足前馈离合器扭矩允许输出的条件。由于离合器扭矩是通过油压建立起来，相对于电机扭矩建立有一定延迟，设定在最终离合器扭矩大于等于优选扭矩时才允许前馈离合器扭矩输出，这样的设置，可确保在电机扭矩建立之前离合器已经有扭矩建立，防止启动阶段离合器打滑和启动延迟和失败的问题。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，锁止离合器扭矩允许输出的条件包括：
与电机连接的偶数轴挡位是否为空挡；
与奇数轴连接的离合器是否为分离状态；
在上述两个条件均为是时，判断为满足锁止离合器扭矩允许输出的条件。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，优选扭矩的预设数值小于等于基础离合器扭矩的预设数值。这样的设定，可保证在离合器有扭矩建立的情况下再建立电机扭矩。
在上述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法中，进入原地发动机启动模式的操作包括通过模式按键进入，或者在电动模式下蓄电池电量不足时自动进入。
与现有技术相比，本混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法具有以下优点：
1、本发明通过预设一个基础离合器扭矩，最终离合器扭矩大于优选扭矩时才容许前馈离合器扭矩输出来控制电机，解决了离合器扭矩建立速度小于电机扭矩建立速度的问题，而且控制离合器的最终离合器扭矩为锁止离合器扭矩加上前馈离合器扭矩，确保了在启动过程中离合器扭矩能够大于电机扭矩，避免出现离合器打滑，造成启动失败或延迟等问题，有效提高了发动机原地启动的成功率。
2、本发明对于前馈离合器扭矩增加了水温、泵气损失以及发动机摩擦损失的修正，确保在不同情况下均可成功启动发动机。
3、本发明还对前馈离合器扭矩进行斜率控制，确保在启动过程中无冲击，且启动完成后转速上冲较小，进入怠速比较平稳。
4、本发明引入PI项补偿扭矩来对锁止离合器扭矩进行修正，确保离合器在启动过程中尽可能少的出现打滑，确保启动能够迅速完成。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明前馈离合器扭矩获得的结构示意图。
图3是本发明锁止离合器扭矩获得的结构示意图。
图4是本发明P项补偿扭矩获得的结构示意图。
图5是本发明I项补偿扭矩获得的结构示意图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1、2、3所示，本混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法包括：进入原地发动机启动模式，其中，包括通过模式按键进入，或者在电动模式下蓄电池电量不足时自动进入；
将发动机目标怠速转速与当前发动机转速进行差值运算获得前馈离合器扭矩；
同时，预先标定一个基础离合器扭矩，并以P项补偿扭矩和I项补偿扭矩进行补偿获得锁止离合器扭矩；
在满足锁止离合器扭矩允许输出的条件时，根据获得的锁止离合器扭矩来控制连接在发动机与电机之间的离合器；
在满足前馈离合器扭矩允许输出的条件时，根据前馈离合器扭矩控制电机，同时将锁止离合器扭矩与前馈离合器扭矩进行相加运算获得电机启动发动机时的最终离合器扭矩，进而以最终离合器扭矩控制离合器。
作为优选方案，如图2所示，前馈离合器扭矩获得的操作还包括获取发动机水温值、发动机泵气损失值以及发动机摩擦损失值，将发动机目标怠速转速和当前发动机转速进行差值运算获得的扭矩作为电机启动基础扭矩，再将电机启动基础扭矩与获取的发动机泵气损失值、发动机摩擦损失值和发动机水温值进行相加运算来获得前馈离合器扭矩。其中，电机启动基础扭矩通过查表获得，在控制时，预先存储转速差值与电机启动基础扭矩对应的控制表，如设定为转速差为-100Rpm时，电机启动基础扭矩为-10Nm；转速差为0时，电机启动基础扭矩为15；转速差值为50时，电机启动基础扭矩为50；转速差值为100时，电机启动基础扭矩为75；转速差值为200时，电机启动基础扭矩为100；转速差值为400时，电机启动基础扭矩为125；转速差值为650时，电机启动基础扭矩为150；转速差值为800时，电机启动基础扭矩为175；转速差值800以上时，电机启动基础扭矩均为175。
在电机启动基础扭矩的基础上考虑发动机泵气损失、发动机摩擦损失以及发动机水温，其中，发动机水温越低，在同样转速差值下，电机启动扭矩越大，一般由于发动机水温损失的扭矩在0-20Nm之间，启动时发动机摩擦损失为根据发动机转速确定的摩擦扭矩，一般为7Nm；发动机泵气损失根据发动机进气量及进排气压力差值确定的损失扭矩，一般在-8Nm至20Nm之间；这样的修正，可确保在不同环境下都能成功起动发动机。
作为优选方案，将运算获得的前馈离合器扭矩以预设的第一上升斜率或者第一下降斜率来控制电机。预设第一上升斜率和第一下降斜率，使得运算获得的前馈离合器扭矩在上升阶段，其中第一上升斜率设定为1000Nm/s至1500Nm/s，第一下降斜率设定为-1000Nm/s至-1500Nm/s；如加载给电机的扭矩从0到某个数值时，根据预设的第一上升斜率来将前馈离合器扭矩加载给电机，确保启动过程中无冲击；如果当前发动机转速接近目标怠速转速，则前馈离合器扭矩处于下降阶段，则以预设的第一下降斜率来将前馈离合器扭矩加载给电机，确保发动机启动完成时的转速上冲不会太高，同时可以平稳的进入怠速确保怠速的稳定性。
作为优选方案，如图4所示，P项补偿扭矩的获得包括：基于当前发动机转速与变速箱输入轴转速的转速差值来确定P项补偿系数，进而将P项补偿系数与转速差值的绝对值进行相乘运算来获得P项补偿扭矩。P项补偿系数为转速差值越大而越大，转速差值接近0时为无P项补偿，P项补偿系数在0-0.3之间，如在转速差值为15rpm时P项补偿系数为0.05，在转速差值为20rpm时P项补偿系数为0.1，在转速差值为200Rpm时P项补偿系数为0.2；P项补偿扭矩的应用，确保了在启动过程中离合器快速退出滑膜，确保启动能够快速平稳完成。
作为优选方案，如图5所示，I项补偿扭矩的获得包括：基于当前发动机转速与变速箱输入轴转速的转速差值来确定I项补偿系数，进而将I项补偿系数与转速差值的绝对值进行相乘后再进行PID积分运算来获得I项补偿扭矩。其中，PID积分运算为现有技术，PID由比例、积分、微分组成，本方法中不包括D项运算，故D项为零，公式为
Figure BDA0002347637790000081
U(t)为输出；e(t)为输入，Kp为比例系数；Ti为积分时间常数。I项补偿系数为转速差值越大而越大，转速差值接近0时为无I项补偿，一般I项补偿系数在0-0.2之间，如转速差值为50时，I项补偿系数为0；转速差值为100时，I项补偿系数为0.01；转速差值为200时，I项补偿系数为0.03；转速差值为1000时，I项补偿系数为0.05；I项补偿扭矩的应用，进一步确保了在启动过程中离合器快速退出滑膜，确保启动能够快速平稳完成。
作为优选方案，将运算获得的锁止离合器扭矩以预设的第二上升斜率或者第二下降斜率来控制离合器。第二上升斜率设定为500-2000Nm/s，第二下降斜率设定为-500至-2000Nm/s；对锁止离合器扭矩上升和下降的速率进行标定，可避免启动离合器打滑的问题。
作为优选方案，如图1所示，前馈离合器扭矩允许输出的条件包括：
与电机连接的偶数轴挡位是否为空挡；
与奇数轴连接的离合器是否为分离状态；
最终离合器扭矩与预设的优选扭矩进行比较，判断两者差值是否大于等于零；
在上述三个条件均为是时，判断为满足前馈离合器扭矩允许输出的条件。由于离合器扭矩是通过油压建立起来，相对于电机扭矩建立有一定延迟，设定在最终离合器扭矩大于等于优选扭矩时才允许前馈离合器扭矩输出，这样的设置，可确保在电机扭矩建立之前离合器已经有扭矩建立，防止启动阶段离合器打滑和启动延迟和失败的问题。
作为优选方案，如图1所示，锁止离合器扭矩允许输出的条件包括：
与电机连接的偶数轴挡位是否为空挡；
与奇数轴连接的离合器是否为分离状态；
在上述两个条件均为是时，判断为满足锁止离合器扭矩允许输出的条件。
作为优选方案，优选扭矩的预设数值小于等于基础离合器扭矩的预设数值。基础离合器扭矩一般设定为50Nm。这样的设定，可保证在离合器有扭矩建立的情况下再建立电机扭矩。
本混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法的工作原理为：在车辆停止状态下，若驾驶员按下模式开关并选择原地发动机启动模式，则车辆进入原地发动机启动模式；或者在车辆停止状态下，当前车辆为电动模式，但是监测到蓄电池电量过低时自动进入原地发动机启动模式；进入原地发动机启动模式后，即接收到原地发动机启动请求指令后，预先设定一个基础离合器扭矩，并将基础离合器扭矩加以I项补偿扭矩和P项补偿扭矩进行运算获得锁止离合器扭矩，在满足锁止离合器扭矩允许输出的条件，即当前偶数轴挡位为空挡，连接奇数轴的离合器为分离状态时，输出锁止离合器扭矩，将获得的锁止离合器扭矩通过预设的第二上升斜率或第二下降斜率来控制离合器；由于此时电机未启动，发动机未启动，则当前发动机转速和变速箱输入轴转速均为零，则P项补偿扭矩和I项补偿扭矩均为0，即无I项补偿和P项补偿，也就是说，锁止离合器扭矩等于基础离合器扭矩，控制离合器的扭矩为0到基础离合器扭矩，则以预设的第二上升斜率来将锁止离合器扭矩加载到离合器二上，由于在锁止离合器扭矩加载到离合器过程中，最终离合器扭矩与优选扭矩的差值小于零，则前馈离合器扭矩不允许输出，作为优选，设定优选扭矩等于基础离合器扭矩，此时的最终离合器扭矩等于锁止离合器扭矩，而锁止离合器扭矩等于基础离合器扭矩，则最终离合器扭矩等于基础离合器扭矩，在加载到离合器上的扭矩等于基础离合器扭矩时，即最终离合器扭矩等于基础离合器扭矩时，前馈离合器扭矩允许输出的条件满足，此时根据获得的前馈离合器扭矩来控制电机，前馈离合器扭矩由发动机目标怠速转速与当前发动机转速进行差值比较获得转速差值，并根据查表获得电机启动基础扭矩，其中，发动机目标怠速转速设定为900rpm至1200rpm，作为优选，发动机目标怠速转速设定为1000rpm；则此时由于当前发动机转速为0，则电机启动基础扭矩为200Nm，在启动过程中，将获得的发动机水温、发动机泵气损失和发动机摩擦损失对电机启动基础扭矩进行补偿从而获得前馈离合器扭矩，前馈离合器扭矩通过第一上升斜率或者第一下降斜率加载到电机上，同时，最终离合器扭矩为通过锁止离合器扭矩和前馈离合器扭矩相加运算得出，根据前馈离合器扭矩控制电机运转，根据最终离合器扭矩控制电机与发动机之间的离合器结合，通过离合器将电机的转速传递给发动机，通过电机拖动发动机转动，直至拖动发动机转速到达发动机目标怠速转速，本控制方法的应用确保了启动过程平顺性和成功率。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，包括：
进入原地发动机启动模式；
将发动机目标怠速转速与当前发动机转速进行差值运算获取前馈离合器扭矩；
同时，预先标定一个基础离合器扭矩，并以P项补偿扭矩和I项补偿扭矩进行补偿获得锁止离合器扭矩；
在满足锁止离合器扭矩允许输出的条件时，根据获得的锁止离合器扭矩来控制连接在发动机与电机之间的离合器；
在满足前馈离合器扭矩允许输出的条件时，根据前馈离合器扭矩控制电机，同时将锁止离合器扭矩与前馈离合器扭矩进行相加运算获得电机启动发动机时的最终离合器扭矩，进而以最终离合器扭矩控制离合器。
2.根据权利要求1所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，前馈离合器扭矩获得的操作还包括获取发动机水温值、发动机泵气损失值以及发动机摩擦损失值，将发动机目标怠速转速和当前发动机转速进行差值运算获得的扭矩作为电机启动基础扭矩，再将电机启动基础扭矩与获取的发动机泵气损失值、发动机摩擦损失值和发动机水温值进行相加运算来获得前馈离合器扭矩。
3.根据权利要求2所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，将运算获得的前馈离合器扭矩以预设的第一上升斜率或者第一下降斜率来控制电机。
4.根据权利要求1所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，P项补偿扭矩的获得包括：基于当前发动机转速与变速箱输入轴转速的转速差值来确定P项补偿系数，进而将P项补偿系数与转速差值的绝对值进行相乘运算来获得P项补偿扭矩。
5.根据权利要求1所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，I项补偿扭矩的获得包括：基于当前发动机转速与变速箱输入轴转速的转速差值来确定I项补偿系数，进而将I项补偿系数与转速差值的绝对值进行相乘后再进行PID积分运算来获得I项补偿扭矩。
6.根据权利要求1或4或5所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，将运算获得的锁止离合器扭矩以预设的第二上升斜率或者第二下降斜率来控制离合器。
7.根据权利要求1-5任一项所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，前馈离合器扭矩允许输出的条件包括：
与电机连接的偶数轴挡位是否为空挡；
与奇数轴连接的离合器是否为分离状态；
最终离合器扭矩与预设的优选扭矩进行比较，判断两者差值是否大于等于零；
在上述三个条件均为是时，判断为满足前馈离合器扭矩允许输出的条件。
8.根据权利要求1-5任一项所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，锁止离合器扭矩允许输出的条件包括：
与电机连接的偶数轴挡位是否为空挡；
与奇数轴连接的离合器是否为分离状态；
在上述两个条件均为是时，判断为满足锁止离合器扭矩允许输出的条件。
9.根据权利要求7所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，优选扭矩的预设数值小于等于基础离合器扭矩的预设数值。
10.根据权利要求1所述的混合动力车型发动机启动离合器扭矩控制方法，其特征在于，进入原地发动机启动模式的操作包括通过模式按键进入，或者在电动模式下蓄电池电量不足时自动进入。
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