混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)數(shù)PID控制探究

摘 要：混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)在轉(zhuǎn)運(yùn)過程當(dāng)中會(huì)存在一定的轉(zhuǎn)速震蕩問題，為了能夠有效降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的波動(dòng)，就必須采用PID控制器，同時(shí)還需要利用好發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速節(jié)氣門開度扭距等一系列的對應(yīng)關(guān)系，這篇文章就是全面分析了在低負(fù)荷的狀態(tài)之下，在換擋過程當(dāng)中，混合發(fā)動(dòng)機(jī)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的對策，進(jìn)行了一系列的探究。

關(guān)鍵詞：混合動(dòng)力汽車；發(fā)動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.034

在能源消費(fèi)日益嚴(yán)重的今天，越來越多的人們將節(jié)能產(chǎn)品放在消費(fèi)的首選之作。為此，汽車這一行業(yè)也在開始進(jìn)行節(jié)能減排的低耗油汽車研制，就目前來說，混合動(dòng)力是汽車工業(yè)競爭之下的新技術(shù)之一，這種技術(shù)能夠有效的節(jié)省能源，并且在科技日益發(fā)展的今天，使電控技術(shù)逐漸完美，讓混合動(dòng)力由汽車向電車轉(zhuǎn)變。

1 混合動(dòng)力汽車概述

在混合動(dòng)力車輛開發(fā)的過程當(dāng)中存在非常多的問題，需要去攻克，其最大的問題就是發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)劇烈的震蕩現(xiàn)象，因此在駕駛過程當(dāng)中離合器接合會(huì)呈現(xiàn)出非常多的問題，混合驅(qū)動(dòng)效率大大降低，這樣會(huì)導(dǎo)致整個(gè)混合動(dòng)力汽車的經(jīng)濟(jì)性變壞。但是在人為操作過程當(dāng)中能夠使用離合器轉(zhuǎn)化消除兩個(gè)動(dòng)力源的不同步現(xiàn)象，但是在高速的摩擦過程當(dāng)中就會(huì)導(dǎo)致離合器組從動(dòng)摩擦盤燒毀，繼而出現(xiàn)壽命下降的現(xiàn)象。就整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的自身而言，一旦速度失去控制，就會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)大幅度的震蕩，這樣也會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)飛車熄火等一系列現(xiàn)象，在這種情況之下，振動(dòng)和噪聲一旦加大，就會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)氣門開度自動(dòng)調(diào)節(jié)，這樣也能夠消除發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速所帶來的波動(dòng)。

2 混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的有效實(shí)現(xiàn)

2.1 利用控制器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制

轉(zhuǎn)速控制的方法非常之多，那么要使用控制器進(jìn)行控制，最主要的手段就是控制好發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的開關(guān)，一旦發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門開關(guān)得到良好的控制，那么油門踏板的傳感器，也會(huì)得到相應(yīng)的控制，這些，轉(zhuǎn)距的信息接收就會(huì)得到有效的體現(xiàn)。這是對控制器在實(shí)施過程當(dāng)中會(huì)受到很多因素的影響，所以要根據(jù)不同的情況而制定，根據(jù)不同的情況把控控制器，會(huì)節(jié)省能源消耗，大概所有的操作完成之后，就會(huì)將這些信號發(fā)送至EMS，這時(shí)中樞控制器就會(huì)借助模擬信號，對發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門這些有效的調(diào)節(jié)控制，在這一過程當(dāng)中，最大的優(yōu)勢就在于，對于發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的信息得到有效的把控，實(shí)現(xiàn)了對轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。

2.2 實(shí)施外環(huán)控制

實(shí)施外環(huán)控制的主要方法是利用PID計(jì)算，將計(jì)算所得的結(jié)果，通過實(shí)際情況，進(jìn)行扭矩之間的適當(dāng)調(diào)整，所調(diào)整之后的數(shù)據(jù)，必須要滿足抵抗震蕩的需要，還需要達(dá)到抗飽和的作用。因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的節(jié)氣門特點(diǎn)是非常簡單的，如果運(yùn)行狀態(tài)良好，那么環(huán)境因素對此影響是非常小的。所以在控制過程當(dāng)中，所有的操作都是要借助PID參數(shù)所進(jìn)行調(diào)整，因此PID參數(shù)在控制過程當(dāng)中，必須要滿足相關(guān)的控制標(biāo)準(zhǔn)，才能夠達(dá)到預(yù)期的控制效果。使用這種方式進(jìn)行控制的最主要優(yōu)勢是，在使用之前不需要對被控對象的數(shù)量和模型進(jìn)行了解，只要在實(shí)施過程當(dāng)中，能夠利用參數(shù)做很好的調(diào)整，就能夠滿足其控制效果。

3 對并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的轉(zhuǎn)速控制特點(diǎn)的分析

并聯(lián)混合動(dòng)力汽車在實(shí)際的應(yīng)用范圍是非常廣泛的。但是在具體的使用過程當(dāng)中并聯(lián)混合動(dòng)力汽車也存在非常多的問題，其最主要的問題是如何能夠控制好發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速問題，面對這一問題，在這么多的情況當(dāng)中需要面對的主要問題有混合驅(qū)動(dòng)的工況問題發(fā)電狀況以及坐車發(fā)電等一系列的情況，所以需要對此進(jìn)行全方位的考慮。首先，由于混合發(fā)動(dòng)機(jī)汽車的工況是比較多的一次，在工礦的切換過程當(dāng)中需要注意到空載狀態(tài)的切換，而在切換過程當(dāng)中發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)隨時(shí)出現(xiàn)負(fù)載的狀況，或者增大或者減小的狀態(tài)，也有可能會(huì)出現(xiàn)全負(fù)荷的突變狀態(tài)，這種情況對于整個(gè)轉(zhuǎn)速控制體系來說是非常難以把控的，因此需要對系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致的調(diào)節(jié)，在實(shí)踐的過程當(dāng)中，使其適應(yīng)能力提升。其次，當(dāng)汽車的狀態(tài)顯示為注冊發(fā)電工況的情況時(shí)，這是需要面對的最主要問題，是發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定狀態(tài)會(huì)占據(jù)非常重要的位置，因此也需要采取相應(yīng)的控制方式，最好的控制方式是能夠適當(dāng)?shù)臏p少發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速正度給人帶來的不舒適感。再次，混合動(dòng)力汽車由于會(huì)增加一些主電動(dòng)機(jī)，因此在實(shí)際的運(yùn)行過程當(dāng)中，整個(gè)系統(tǒng)的關(guān)系就會(huì)有所提升，這樣在進(jìn)行換擋的過程當(dāng)中，動(dòng)力會(huì)中斷，面對這一問題在調(diào)整的過程當(dāng)中就需要保證發(fā)動(dòng)機(jī)能夠進(jìn)行有效的運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣的調(diào)整是為了減少換擋的時(shí)間耽擱，使整個(gè)汽車的動(dòng)力效果有所提升，也因此能夠減少系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。從這些狀況來看，對于動(dòng)力汽車的轉(zhuǎn)速進(jìn)行有效控制，就有了一定的現(xiàn)實(shí)意義和現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

4 混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的具體對策

4.1 對低負(fù)荷轉(zhuǎn)速的有效控制

（1）對于混合動(dòng)力汽車來說，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的狀態(tài)處于低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)當(dāng)中，就會(huì)出現(xiàn)這些狀況，工作區(qū)域的效率非常差，進(jìn)而導(dǎo)致一系列問題的發(fā)生。最新的混合動(dòng)力汽車主要是采用ISG系驅(qū)動(dòng)類型，這種驅(qū)動(dòng)類型的優(yōu)勢就在于排放量非常低，在實(shí)際的運(yùn)行過程當(dāng)中能夠節(jié)省大量的能源消耗，為了適應(yīng)這一標(biāo)準(zhǔn)，單單是依賴，提高電池組的能力密度，是沒有辦法對這一問題進(jìn)行圓滿的解決，所以要權(quán)衡經(jīng)濟(jì)性和排放之間的關(guān)系。

（2）就混合動(dòng)力汽車來說，如果對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，就能夠使整個(gè)汽車的性能有所提升。通過對比可以發(fā)現(xiàn)內(nèi)燃機(jī)車輛在運(yùn)行過程當(dāng)中存在一定的劣勢，因?yàn)樵谝恍┪恢蒙?，?nèi)燃機(jī)車輛的熱效率是較低的，這樣就會(huì)導(dǎo)致，氣體排放出現(xiàn)問題，這樣會(huì)導(dǎo)致汽車在耗油方面存在非常大的問題。為了對此問題進(jìn)行優(yōu)化，提出了一系列的措施。那么首先要考慮到的是混合動(dòng)力汽車的當(dāng)前狀況，通過對狀況的分析，然后再結(jié)合問題，對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。其次還需要掌握混合動(dòng)力汽車的低負(fù)荷發(fā)電狀況，如果出現(xiàn)第一副和發(fā)電狀況，首先需要控制發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的開度，這樣能夠使整個(gè)汽車處于低負(fù)荷位置，一旦收到指令，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)中斷油量，只要在低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)之下，電機(jī)會(huì)驅(qū)動(dòng)整車運(yùn)行。另外，一旦出現(xiàn)整車扭矩超出發(fā)動(dòng)機(jī)的最大扭矩，電機(jī)會(huì)自動(dòng)為此提供一些多余的扭距。但是在這一過程當(dāng)中，如果相關(guān)的電池SOC比較低的話，那么發(fā)電機(jī)的工作效率也是處于較低的位置，電機(jī)處于發(fā)電機(jī)為電池組進(jìn)行充電的狀態(tài)，這樣才能夠提升整車的行進(jìn)效率，通過這種方法使發(fā)電機(jī)處于效率的最大值，從某個(gè)方面來說，能夠在一定程度上促進(jìn)燃油率的提升。而就在這樣一個(gè)過程當(dāng)中，如果發(fā)電力是符合效率最高的情況，就能夠借助負(fù)荷來提升達(dá)到效率的提升。然而到混合動(dòng)力汽車處于自動(dòng)狀態(tài)時(shí)，借助氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)氣門的開度控制，這樣就會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部的壓力受到影響，從而產(chǎn)生急劇加速的現(xiàn)象，促使電機(jī)發(fā)電能量的回收。最后，發(fā)電機(jī)如果處于長期運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，就會(huì)導(dǎo)致ISG發(fā)電負(fù)荷，無法滿足發(fā)電機(jī)的需求，這樣車輛在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，效率的提升也會(huì)受到限制，如果遇到這種狀況，就可以關(guān)閉個(gè)別氣缸，使用充氣將氣閥打開，這樣能夠使整車的能耗降低，提升車輛的運(yùn)行效率。endprint

4.2 對轉(zhuǎn)檔過程轉(zhuǎn)速控制策略的介紹

（1）在手動(dòng)變速和干式離合器的前提之下，ATM就會(huì)達(dá)到自動(dòng)換擋的情況，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)具體轉(zhuǎn)速對控制單元進(jìn)行信息的判定，而在這一過程當(dāng)中就能夠借助特殊的換擋規(guī)律對油門開度的操作進(jìn)行很好的運(yùn)用，而對于離合器的有效控制需要達(dá)到對變速器換擋的有效選擇，在這種操作的狀態(tài)之下，發(fā)動(dòng)機(jī)的控制就顯得十分重要。

（2）立足性能角度，無論從哪一種參數(shù)作為基礎(chǔ)進(jìn)行控制，其最主要的目標(biāo)都是要使參數(shù)控制，滿足整車驅(qū)動(dòng)的需要。具體在實(shí)現(xiàn)過程當(dāng)中應(yīng)該滿足兩個(gè)目標(biāo)，第一個(gè)目標(biāo)是整車對動(dòng)力性的要求，第二個(gè)目標(biāo)則是整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。這兩個(gè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)主要是依據(jù)離合器的調(diào)節(jié)以及變速器同步器等一些情況是無法滿足這兩個(gè)目標(biāo)的，那么怎樣才能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)力和燃油性能的最佳，這時(shí)就需要對汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行很好的控制。

（3）在混合動(dòng)力汽車換擋的過程當(dāng)中，一定要根據(jù)油門踏板，對發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行相關(guān)程度的調(diào)整，而調(diào)整之后就是要針對離合器的規(guī)律，對踏板進(jìn)行相關(guān)程度的控制，在這種情況之下就能夠借助油門踏板來進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，在另一種情況之下就要對離合器兩盤片之間的轉(zhuǎn)速差進(jìn)行相關(guān)的調(diào)節(jié)，盡量使其轉(zhuǎn)速加到最低，而且還需要保證換擋過程當(dāng)中的靈活和穩(wěn)定，做到無振動(dòng)噪聲低的效果。但是汽車在行進(jìn)的過程當(dāng)中，整車關(guān)系就會(huì)有所提升，汽車的阻力也會(huì)有一定程度的降低，這時(shí)如果汽車換倒的位置處于高檔中，那么就要降低發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，這樣可以保證目標(biāo)擋的齒輪轉(zhuǎn)速能夠與發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速相互協(xié)調(diào)，處于一致狀態(tài)，價(jià)來減少離合器主從動(dòng)片的轉(zhuǎn)速差，降低摩擦率。

5 結(jié)束語

就以上這些情況來看，混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要需求，能夠有效的使轉(zhuǎn)速證道得到控制，在這一過程當(dāng)中需要我們對節(jié)氣門開度扭矩這些條件發(fā)揮控制器對轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)作用，通過機(jī)車行進(jìn)過程當(dāng)中不同工況的分析，滿足汽車的整車設(shè)計(jì)需要。

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作者簡介：李玉柱（1966-）男，山西人，本科，學(xué)士，研究員級高工，研究方向：汽車。endprint