P2混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制設(shè)計(jì)

莫崇相 修彩靖 梁萬(wàn)武

廣州汽車(chē)集團(tuán)股份有限公司汽車(chē)工程研究院，廣州，511434

0 引言

混合動(dòng)力車(chē)輛在實(shí)際應(yīng)用中越來(lái)越普及，目前混合動(dòng)力主流分別是以豐田雙擎混動(dòng)系統(tǒng)(Toyota hybrid system，THS)為代表的雙電機(jī)功率耦合和以大眾P2構(gòu)型為代表的單電機(jī)扭矩耦合。THS構(gòu)型[1]的功率耦合特點(diǎn)使THS在動(dòng)力耦合[2]方式以及發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速的靈活性調(diào)節(jié)方面具有很好的優(yōu)勢(shì)，但相對(duì)于P2雙離合器自動(dòng)變速器(double clutch transmission,DCT)混合動(dòng)力構(gòu)型，THS構(gòu)型在成本[3]和動(dòng)力響應(yīng)方面顯得弱勢(shì)。此外，雙離合器自動(dòng)變速器在國(guó)內(nèi)企業(yè)具有良好的研發(fā)和生產(chǎn)基礎(chǔ)，結(jié)合以雙離合器自動(dòng)變速器為基礎(chǔ)的P2混合動(dòng)力在成本、動(dòng)力響應(yīng)以及企業(yè)生產(chǎn)基礎(chǔ)的優(yōu)勢(shì)等綜合考慮，采用P2雙離合器自動(dòng)變速器構(gòu)型的混合動(dòng)力在國(guó)內(nèi)企業(yè)具有良好的現(xiàn)實(shí)意義。發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制技術(shù)是混合動(dòng)力動(dòng)態(tài)控制的關(guān)鍵技術(shù)之一，也是控制研究的熱門(mén)領(lǐng)域。本文對(duì)P2雙離合器自動(dòng)變速器構(gòu)型的混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)[4-6]控制進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，并驗(yàn)證了發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制的魯棒性和平順性可為混合動(dòng)力的性能提供有力的保障。

1 P2混合動(dòng)力車(chē)輛模型

為更好地研究啟動(dòng)過(guò)程動(dòng)力傳遞控制算法，假設(shè)P2混合動(dòng)力車(chē)輛的動(dòng)力傳遞模型為剛性模型[6]，同時(shí)又考慮到車(chē)輛動(dòng)力系統(tǒng)相關(guān)彈性變化，本文將車(chē)輛傳動(dòng)效率因子η引入剛性模型計(jì)算中。該車(chē)輛剛性動(dòng)力模型如圖1所示，圖中相關(guān)模型參數(shù)如下：Je為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωe為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；Te為發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪端扭矩；Jk為K0離合器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωk為K0離合器轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；Tk為K0離合器扭矩；Tr為K0離合器處等效殘余扭矩；Jm為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωm為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；Tm為電機(jī)實(shí)際輸出扭矩；Jc為雙離合器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；Jp為車(chē)輪至雙離合器端等效到輸入軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；ωp為輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；ωw為車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)角速度；Tt為傳遞到車(chē)輛端扭矩；τ為總傳動(dòng)比。

圖1 P2動(dòng)力總成車(chē)輛剛性模型Fig.1 Vehicle rigid model of P2 powertrain

在上述模型中，發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩包括兩部分意義：驅(qū)動(dòng)時(shí)表示凈輸出驅(qū)動(dòng)力，啟動(dòng)開(kāi)始時(shí)表示發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)阻力矩[7]。發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩和電機(jī)的扭矩經(jīng)由K0離合器[4]進(jìn)行耦合，然后由雙離合器傳遞到變速器再傳遞到車(chē)輪端從而驅(qū)動(dòng)車(chē)輪行駛。在發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，除了耦合驅(qū)動(dòng)力與雙離合器之間的傳遞外，還存在發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)經(jīng)由K0離合器的動(dòng)力耦合，因此在計(jì)算動(dòng)態(tài)過(guò)程啟動(dòng)控制時(shí)假設(shè)雙離合器是閉合的或完全打開(kāi)的狀態(tài)(沒(méi)有換擋或沒(méi)有滑摩損失)?；诖?，依據(jù)最復(fù)雜的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程對(duì)該模型進(jìn)行分析。

K0離合器接合 (穩(wěn)態(tài)驅(qū)動(dòng)) 時(shí)

(1)

K0離合器滑摩 (啟動(dòng)) 時(shí)

(2)

(3)

2 啟動(dòng)過(guò)程設(shè)計(jì)及控制計(jì)算

2.1 發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制設(shè)計(jì)

根據(jù)P2混合動(dòng)力構(gòu)型的特點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程包括3種車(chē)輛工況，分別為靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、起步工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、行車(chē)工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)。上述3種工況的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制設(shè)計(jì)分別如圖2～圖4所示，其中，S、M、E、K分別表示控制轉(zhuǎn)速曲線、電機(jī)扭矩曲線、發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩曲線、K0離合器扭矩曲線，字母后的數(shù)字表示曲線上各點(diǎn)的位置。從啟動(dòng)的特點(diǎn)來(lái)看，3種工況的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程均包括電機(jī)拖動(dòng)提速控制、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制、扭矩耦合控制這3個(gè)共同的控制階段。此外，在靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，雙離合器處于打開(kāi)狀態(tài)，沒(méi)有車(chē)輛慣量的介入，為更好地調(diào)節(jié)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速變化，在該工況下需要增加轉(zhuǎn)速耦合控制以及耦合至怠速充電控制這兩個(gè)部分。

圖2 靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程控制Fig.2 Engine start control in stand operation

圖3 起步工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程控制Fig.3 Engine start control in pick up operation

在起步及行車(chē)工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，其相應(yīng)階段的扭矩點(diǎn)標(biāo)識(shí)基本與靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的扭矩點(diǎn)標(biāo)識(shí)保持一致，其控制過(guò)程中的計(jì)算也與靜置工況基本類(lèi)同，因此本文的動(dòng)力計(jì)算分析只圍繞靜置工況的啟動(dòng)過(guò)程來(lái)展開(kāi)。

圖3和圖4所示均為車(chē)輛非靜置工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)工況，其電機(jī)拖動(dòng)提速、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火以及扭矩耦合這3個(gè)階段的控制計(jì)算公式可參照靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中相應(yīng)的控制目標(biāo)。本文以靜態(tài)工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制為例進(jìn)行說(shuō)明。靜置工況啟動(dòng)過(guò)程可劃分為5個(gè)階段，下面將對(duì)各階段控制節(jié)點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)力計(jì)算分析并給出相應(yīng)的控制需求說(shuō)明。

(1)電機(jī)拖動(dòng)提速階段。這一階段包括電機(jī)快速啟動(dòng)(A階段)、電機(jī)峰值扭矩(B階段)、電機(jī)轉(zhuǎn)速提升(C階段)。

圖4 行車(chē)工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程控制Fig.4 Engine start control in driving operation

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火階段。這一階段包括拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)(D階段)、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火噴油(E階段)、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升(F階段)。

(3)轉(zhuǎn)速耦合階段。這一階段包括發(fā)動(dòng)機(jī)停止噴油(G階段)、電機(jī)快速降扭(H階段)、電機(jī)扭矩過(guò)零控制(I階段)、電機(jī)調(diào)速(J階段)、發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)噴油(K階段)。

(4)扭矩耦合階段。此過(guò)程主要是將前面由電機(jī)主導(dǎo)的耦合控制轉(zhuǎn)變?yōu)橛砂l(fā)動(dòng)機(jī)主導(dǎo)的耦合控制(L階段)。

(5)耦合至怠速充電階段。該階段是將發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)已經(jīng)耦合的扭矩提高至充電目標(biāo)的耦合扭矩(M階段)。若怠速充電目標(biāo)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化時(shí)，則需先對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行耦合至目標(biāo)轉(zhuǎn)速，如圖2中右上方在此階段的3條同轉(zhuǎn)速虛線(從上到下)分別代表電機(jī)、K0離合器和發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在高怠速轉(zhuǎn)速工況下充電可能的情形。

此外，為進(jìn)行相關(guān)扭矩計(jì)算及控制過(guò)程時(shí)間的估算，需要引入K0離合器、發(fā)動(dòng)機(jī)、電機(jī)扭矩及轉(zhuǎn)速響應(yīng)能力的基本邊界參數(shù)，這也是后面分析啟動(dòng)過(guò)程動(dòng)力學(xué)目標(biāo)計(jì)算的基礎(chǔ)和邊界，具體定義如下：Im,Mx為電機(jī)扭矩響應(yīng)能力；Ik，Mx為K0離合器扭矩響應(yīng)能力；Ie,Mx為發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)能力；Im,Mx，0為電機(jī)過(guò)零扭矩響應(yīng)能力；Im，Jk為電機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)能力；Ie,Jk為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速響應(yīng)能力；Ik,Jk為K0離合器轉(zhuǎn)速響應(yīng)能力。

2.2 電機(jī)拖動(dòng)提速控制

圖2中的電機(jī)拖動(dòng)提速控制階段又可分為A、B、C 3個(gè)控制子階段，下面將分別從這3個(gè)階段進(jìn)行介紹。

(1)A階段：電機(jī)快速啟動(dòng)。M1處扭矩為電機(jī)初始扭矩，可通過(guò)標(biāo)定選擇一個(gè)比較固定的初始值，通常電機(jī)初始扭矩取20 N·m，以便于整個(gè)過(guò)程控制。M2處扭矩為電機(jī)拖動(dòng)峰值扭矩，該值受到發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)阻力的大小、啟動(dòng)環(huán)境工況、離合器扭矩從K1至K2的最短響應(yīng)時(shí)間以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)腟3上升到S6的最短響應(yīng)時(shí)間等因素影響。電機(jī)在S1處的轉(zhuǎn)速和A階段的控制時(shí)間分別由下式求得：

(4)

(5)

(2)B階段：電機(jī)峰值扭矩。M2′處扭矩值與M2處扭矩值可保持一致,該過(guò)程受到電機(jī)啟動(dòng)峰值扭矩響應(yīng)穩(wěn)定控制性能以及該階段控制時(shí)間的影響。該階段的控制時(shí)間tB通過(guò)標(biāo)定進(jìn)行確定。考慮到K0離合器存在拖拽，則S2處電機(jī)轉(zhuǎn)速可由下式求得：

(6)

(3)C階段：電機(jī)轉(zhuǎn)速提升。M3處扭矩是保證K0離合器能夠穩(wěn)定拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到噴油轉(zhuǎn)速S6(S6處發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速值與S5處電機(jī)轉(zhuǎn)速值相同)所需的扭矩，其表達(dá)式如下：

(7)

C階段的控制時(shí)間可由下式確定：

(8)

2.3 發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制

當(dāng)電機(jī)的拖動(dòng)扭矩和轉(zhuǎn)速達(dá)到相應(yīng)的控制要求后，K0離合器開(kāi)始快速接合以拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速快速上升至噴油轉(zhuǎn)速(即S6處轉(zhuǎn)速),此后發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始噴油并輸出扭矩，然后與K0離合器扭矩進(jìn)行耦合，該耦合扭矩用來(lái)進(jìn)一步推高發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速至怠速轉(zhuǎn)速。此階段可具體分為如下3個(gè)子階段進(jìn)行計(jì)算分析。

(9)

D階段的控制時(shí)間可由下式求得：

(10)

(2)E階段：發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火噴油。E2處扭矩為發(fā)動(dòng)機(jī)空怠速穩(wěn)定扭矩，一般根據(jù)實(shí)際各工況進(jìn)行標(biāo)定。

(3)F階段：發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速提升。在此過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速繼續(xù)提高，取S6至S7轉(zhuǎn)速差的0.5倍(具體可標(biāo))，將提升該轉(zhuǎn)速值所需的扭矩作為控制目標(biāo)，并考慮電機(jī)扭矩降低帶來(lái)的影響，則可以計(jì)算出此時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)需要達(dá)到的目標(biāo)扭矩：

(11)

F階段的控制時(shí)間可由下式確定：

(12)

2.4 轉(zhuǎn)速耦合控制

傳統(tǒng)車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)噴油后，發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)一般通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)自身去控制調(diào)節(jié)。而P2混合動(dòng)力因?yàn)殡姍C(jī)的存在，可為發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)提供另一條有效的途徑，即通過(guò)電機(jī)的扭矩對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，由于電機(jī)具有控制精度高和響應(yīng)快等特點(diǎn)，故可以較為精確地控制整個(gè)動(dòng)力鏈耦合的轉(zhuǎn)速波動(dòng)。此階段可具體分為如下5個(gè)子階段進(jìn)行計(jì)算分析。

(1)G階段：發(fā)動(dòng)機(jī)停止噴油。在靜置啟動(dòng)工況，此時(shí)的發(fā)動(dòng)機(jī)停止噴油，這代表凈輸出扭矩為0(即圖2中E5處發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩為0)。而在起步工況和行車(chē)工況則不存在通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)斷油(停止噴油)來(lái)快速降低扭矩的需求，而是直接由E2處扭矩切換到E6處扭矩。M4處電機(jī)扭矩根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行標(biāo)定，一般情況取K2處K0離合器扭矩與E4處發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩之間的扭矩值以使得轉(zhuǎn)速不至于回落過(guò)快。G階段的控制時(shí)間需要同時(shí)考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)斷油控制所需的最短時(shí)間te,min以及發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩響應(yīng)能力，其表達(dá)式如下：

(13)

(2)H階段：電機(jī)快速降扭。在此過(guò)程中，電機(jī)扭矩快速下降至電機(jī)過(guò)零控制前的M5處扭矩，具體數(shù)值視過(guò)零控制扭矩需求來(lái)標(biāo)定，一般情況下標(biāo)定為2 N·m。H階段控制的最短時(shí)間由電機(jī)扭矩響應(yīng)能力決定，其表達(dá)式如下：

(14)

(3)I階段：電機(jī)扭矩過(guò)零控制。電機(jī)扭矩過(guò)零控制過(guò)程即為電機(jī)正負(fù)扭矩切換過(guò)渡過(guò)程，該過(guò)程需要考慮傳動(dòng)齒輪間隙和響應(yīng)沖擊等具體參數(shù)來(lái)進(jìn)行標(biāo)定優(yōu)化，M6處扭矩為過(guò)零控制結(jié)束時(shí)的負(fù)扭矩，一般情況下標(biāo)定為-7 N·m。I階段的最短控制時(shí)間可由下式求得：

(15)

(4)J階段：電機(jī)調(diào)速。M7處扭矩的作用是快速將發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)的轉(zhuǎn)速拖拽下來(lái)，它與M6處扭矩的變化差值可取S7轉(zhuǎn)速值下降到S8轉(zhuǎn)速值所需負(fù)扭矩的1倍。在該控制過(guò)程中,M7、M8處電機(jī)扭矩可分別按下式進(jìn)行估算：

(16)

(17)

式中，Δt為扭矩變化控制動(dòng)態(tài)響應(yīng)的時(shí)間差。

J階段的最短控制時(shí)間可由下式得到：

(18)

(5)K階段：發(fā)動(dòng)機(jī)恢復(fù)噴油。在此過(guò)程中，發(fā)動(dòng)機(jī)開(kāi)始恢復(fù)噴油并使扭矩恢復(fù)到怠速轉(zhuǎn)速所需的扭矩，該扭矩也可為下一階段的扭矩耦合做準(zhǔn)備。將S8處轉(zhuǎn)速標(biāo)定為在達(dá)到空怠速穩(wěn)定轉(zhuǎn)速前的提速起始轉(zhuǎn)速，該值可標(biāo)定為與S9處轉(zhuǎn)速存在100 r/min左右的轉(zhuǎn)速差以便扭矩能夠完全耦合。E7處發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩為E2處扭矩減去用于扭矩耦合提升的偏移量。K4處K0離合器扭矩為E7處發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩與離合器傳遞拖拽扭矩值之和。M9處電機(jī)扭矩為E7處發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩與考慮S8處轉(zhuǎn)速波動(dòng)所需的附加負(fù)扭矩之間的偏差扭矩，其表達(dá)式如下：

(19)

2.5 扭矩耦合控制

在起步工況及行車(chē)工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)控制過(guò)程中，由于此時(shí)電機(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)的扭矩均為正值且車(chē)輛處于移動(dòng)過(guò)程，因此可以進(jìn)行直接的扭矩耦合疊加且不會(huì)造成動(dòng)力鏈的振蕩。而在靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中，與發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩耦合的電機(jī)扭矩為負(fù)扭矩，兩者在耦合至怠速充電時(shí)會(huì)產(chǎn)生因效率估算不準(zhǔn)而造成扭矩鏈的振蕩，因此先需將扭矩耦合至非充電狀態(tài)，這樣可以較好地完成扭矩耦合而不至于出現(xiàn)轉(zhuǎn)速大幅波動(dòng)的情形。

M10處電機(jī)扭矩與M6處電機(jī)扭矩相同，這樣設(shè)計(jì)的好處是可以有效避免再次進(jìn)行過(guò)零控制。E8處發(fā)動(dòng)機(jī)的耦合扭矩和此階段的控制時(shí)間分別由下式求得：

(20)

(21)

2.6 耦合至怠速充電控制

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成并與電機(jī)形成扭矩有效耦合后，在絕大多數(shù)怠速工況下都是發(fā)動(dòng)機(jī)在給電池充電，因此相較于其他兩種工況，靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)完成后會(huì)存在一個(gè)耦合至怠速充電控制的階段，且這一階段必須和發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程放在一起進(jìn)行控制討論。下面給出了此階段相應(yīng)的控制目標(biāo)要求。

M11處扭矩為穩(wěn)定怠速充電時(shí)的電機(jī)扭矩，該扭矩是在考慮充電功率、充電轉(zhuǎn)速以及充電效率等相應(yīng)控制的綜合計(jì)算中得出來(lái)的目標(biāo)值。對(duì)應(yīng)此階段的發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩(即E9處發(fā)動(dòng)機(jī)扭矩)及最短控制時(shí)間可分別由下式求得：

(22)

(23)

3 仿真分析

本文以靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)為例來(lái)進(jìn)行基于控制設(shè)計(jì)的仿真分析。根據(jù)上述設(shè)計(jì)的控制策略及其控制計(jì)算公式，設(shè)置表1中仿真基礎(chǔ)定義參數(shù)作為模型控制仿真計(jì)算的輸入并進(jìn)行仿真分析。

表1 仿真參數(shù)

考慮到簡(jiǎn)化仿真過(guò)程的需要，定義發(fā)動(dòng)機(jī)摩擦扭矩Tef和K0離合器殘余扭矩Tr為常值。根據(jù)上述控制計(jì)算公式可以計(jì)算出相應(yīng)的扭矩和轉(zhuǎn)速，然后根據(jù)這些計(jì)算值估算出整個(gè)控制過(guò)程細(xì)分階段的控制時(shí)間值并與仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，具體計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2 控制時(shí)間計(jì)算結(jié)果

(a)轉(zhuǎn)速

(b)扭矩

(c)啟動(dòng)控制階段圖5 靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)仿真結(jié)果Fig.5 Engine start simulation in stand operation

通過(guò)上述的參數(shù)值可以仿真出發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程中電機(jī)、K0離合器以及發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速、扭矩的過(guò)程數(shù)據(jù)，如圖5所示。其中，階段1～階段6依次為啟動(dòng)完成控制、電機(jī)拖動(dòng)提速控制、發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制、轉(zhuǎn)速耦合控制、扭矩耦合控制、耦合至怠速充電控制。由圖5可知，通過(guò)仿真得到的控制時(shí)間與估算出的控制時(shí)間近似相等，這證明了該啟動(dòng)控制設(shè)計(jì)的動(dòng)力計(jì)算方法能夠很好地實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制。

4 實(shí)車(chē)驗(yàn)證

將上述啟動(dòng)控制設(shè)計(jì)策略應(yīng)用到某P2項(xiàng)目車(chē)輛的實(shí)際控制過(guò)程中。車(chē)輛通過(guò)聯(lián)合測(cè)試和標(biāo)定，分別采集3種不同工況下發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)過(guò)程的CAN信號(hào)數(shù)據(jù)，具體測(cè)試參數(shù)見(jiàn)表3，其中雙離合狀態(tài)包括：關(guān)閉(close)、滑動(dòng)(slip)、靜置(stand)。

表3 測(cè)試參數(shù)

該啟動(dòng)過(guò)程在變速箱控制單元(transmission control unit，TCU)控制雙離合器的配合下，全程由整車(chē)功能控制主動(dòng)向發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)(engine management system，EMS)、電機(jī)控制單元(motor control unit,MCU)發(fā)出控制目標(biāo)需求，該控制策略可較為精確地實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)控制。

圖6～圖8所示為不同工況下的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，圖中豎線①、②處的具體數(shù)值參見(jiàn)右邊表格中Cursor1和Cursor2列所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，圖中數(shù)字1、2、…、12對(duì)應(yīng)右邊表格中相應(yīng)行的參數(shù)信號(hào)曲線，圖中左側(cè)坐標(biāo)軸代表不同信號(hào)類(lèi)的坐標(biāo)值范圍(如轉(zhuǎn)速、扭矩等)。由圖6～圖8中3種工況的發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可知，該控制策略成功地實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力源的有效切入。此外，由實(shí)測(cè)車(chē)輛縱向加速度和曲線波形可知，該控制策略可保證車(chē)輛很好的平順性。

圖6 靜置工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.6 Engine start test data in stand operation

圖7 起步工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.7 Engine start test data in pick up operation

圖8 行車(chē)工況發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.8 Engine start test data in driving operation

5 結(jié)語(yǔ)

本文從P2混合動(dòng)力結(jié)構(gòu)的剛性車(chē)輛動(dòng)力模型出發(fā)，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際啟動(dòng)的需求設(shè)計(jì)了啟動(dòng)過(guò)程控制策略，給出了相應(yīng)過(guò)程控制動(dòng)力計(jì)算公式并進(jìn)行了仿真分析。然后結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)情況，將P2混合動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)策略應(yīng)用到具體的整車(chē)項(xiàng)目上，通過(guò)對(duì)啟動(dòng)過(guò)程控制理論的探討、控制計(jì)算、實(shí)例仿真以及實(shí)車(chē)測(cè)試可知，該控制策略有效地實(shí)現(xiàn)了發(fā)動(dòng)機(jī)在各工況下的啟動(dòng)功能，同時(shí)由實(shí)車(chē)測(cè)試車(chē)輛縱向加速度曲線的變化可知，所提控制策略保證了車(chē)輛非常優(yōu)異的平順性性能。目前該控制策略已成功應(yīng)用于新車(chē)輛且已得到了良好的評(píng)價(jià)。