混合動力汽車發(fā)動機(jī)啟停工況扭振自適應(yīng)模糊控制

陳龍 陶磊

摘要：混合動力汽車（hybrid electric vehicle， HEV）發(fā)動機(jī)啟停過程伴隨的轉(zhuǎn)矩脈動，易誘發(fā)車輛傳動系扭振，導(dǎo)致車輛動力不平順。為解決上述問題，提出并驗證基于電磁阻尼自適應(yīng)模糊控制的傳動系扭振主動控制方法。建立行星混聯(lián)式混合動力汽車發(fā)動機(jī)啟停工況動力學(xué)仿真模型和發(fā)動機(jī)啟?？刂七壿?，提出發(fā)動機(jī)啟停扭振自適應(yīng)模糊控制策略，開展2種運(yùn)行狀態(tài)下發(fā)動機(jī)啟停工況仿真，對比分析無控制和自適應(yīng)模糊控制下傳動系扭轉(zhuǎn)振動響應(yīng)曲線。結(jié)果表明，自適應(yīng)模糊控制相比無控制狀態(tài)：定置停車時發(fā)動機(jī)啟動和停機(jī)工況扭振平均衰減率分別為23.8%和30.1%，車輛行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟動和停機(jī)工況扭振平均衰減率分別為12.1%和23.6%。該方法可有效衰減發(fā)動機(jī)啟停工況傳動系扭轉(zhuǎn)振動，提升混合動力汽車發(fā)動機(jī)啟停工況NVH（noise， vibration， and harshness）性能。

關(guān)鍵詞：行星混聯(lián)傳動系；啟停工況；扭轉(zhuǎn)振動；主動控制；自適應(yīng)模糊控制

中圖分類號：TH113.2???????? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A???????? 文章編號：1000-582X（2024）01-104-11

Adaptive fuzzy control of torsional vibration of hybrid electric vehicle engine under start-stop condition

CHEN Long1，2， TAO lei1

（1. College of Mechanical and Vehicle Engineering， Taiyuan University of Technology， Taiyuan 030024， P. R. China; 2. State Key Laboratory of Automotive Simulation and Control， Jilin University， Changchun 130025， P. R. China）

Abstract： The starting and stopping process of a hybrid electric vehicle engine often results in torque ripple， leading to torsional vibrations in the vehicles powertrain system and causing irregular vehicle power delivery. To solve these problems， an active control method for torsional vibrations based on active control of electromagnetic damping torque of the motor is proposed. Firstly， a dynamic simulation model and engine start-stop control logic under engine start-stop condition is established. Additionally， an adaptive fuzzy control strategy for engine start-stop torsional vibration is proposed. Finally， the simulation model is used to simulate the engine starting and stopping conditions under two driving conditions of the vehicle. The torsional vibration response curves of the driveline under the proposed control method and without any control are compared and analyzed. The results show that the average torsional vibration attenuation rates achieved by the proposed method are 23.8% and 30.1%， respectively， during stationary stop engine conditions， compared to the uncontrolled state. Moreover， the average attenuation rate of torsional vibration under the starting-stopping conditions during vehicle travel is 12.1% and 23.6%， respectively. This proposed method effectively attenuates the torsional vibrations of the driveline during engine starting and stopping conditions， thereby improving the NVH （noise， vibration， and harshness） performance of the hybrid electric vehicle during these operational states.

Keywords： planetary hybrid powertrains; start-stop conditions; torsional vibration; active control; adaptive fuzzy control

混合動力汽車是一種將內(nèi)燃機(jī)技術(shù)和電驅(qū)動技術(shù)相結(jié)合的集成創(chuàng)新成果，兼具了傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車長續(xù)航、動力特性和電動汽車低排放的優(yōu)勢，成為當(dāng)前各大汽車廠商的研發(fā)熱點(diǎn)[1]?；旌蟿恿ζ嚳筛鶕?jù)實(shí)時功率需求動態(tài)調(diào)整車輛的驅(qū)動模式，但是驅(qū)動模式的轉(zhuǎn)換易出現(xiàn)轉(zhuǎn)矩波動，影響整車動力傳動的平順性[2]。且模式切換必然存在頻繁的發(fā)動機(jī)啟停[3]，極易誘發(fā)混合動力傳動系統(tǒng)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動問題，引發(fā)整車沖擊振動，進(jìn)而影響車輛舒適性[4-5]。

混合動力汽車發(fā)動機(jī)啟停工況扭轉(zhuǎn)振動問題已經(jīng)成為當(dāng)前重點(diǎn)研究內(nèi)容。Tang等[6]針對多電機(jī)混合動力汽車模式切換過程中發(fā)動機(jī)啟停引發(fā)的扭振問題，采用聯(lián)合仿真研究了該工況的振動特性，提出發(fā)動機(jī)不平衡扭矩補(bǔ)償和傳遞路徑隔振2種控制方法，并通過仿真驗證了有效性；Liu等[7]通過仿真與試驗指出行星混聯(lián)式混合動力汽車傳動系運(yùn)動學(xué)上的不解耦會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)啟停工況下車輛的振動噪聲問題，發(fā)現(xiàn)曲軸位置對發(fā)動機(jī)啟動工況的階次振動有明顯的影響；Su等[8]指出行星混聯(lián)式混合動力汽車發(fā)動機(jī)啟動工況下傳動系統(tǒng)扭振問題主要是由發(fā)動機(jī)扭矩脈動引起；熊偉威等[9]提出采用電機(jī)調(diào)速的方式來降低發(fā)動機(jī)啟動過程負(fù)載扭矩波動引起的轉(zhuǎn)速波動，并進(jìn)行了建模仿真研究，但是未對發(fā)動機(jī)啟動噴油點(diǎn)火過程的扭矩波動問題進(jìn)行研究；Canova等[10]針對含BSA（belted starter/alternator）電機(jī)的輕混車輛發(fā)動機(jī)啟停工況扭振主動控制，提出前饋+反饋的控制方法；秦大同等[11]針對并聯(lián)式混合動力汽車行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟動引起的沖擊振動問題開展研究，提出通過控制離合器結(jié)合狀態(tài)來控制因發(fā)動機(jī)點(diǎn)火引起的整車平順性問題；胡云峰等[12]提出了三步法發(fā)動機(jī)啟?？刂破?，改善混聯(lián)式混合動力汽車發(fā)動機(jī)啟動過程的平穩(wěn)性；趙治國等[13]提出一種發(fā)動機(jī)停機(jī)優(yōu)化控制策略，以降低發(fā)動機(jī)再次啟動引起的車輛平順性問題。文獻(xiàn)分析可知，當(dāng)前針對行星混聯(lián)式混合動力傳動系發(fā)動機(jī)啟停工況扭振控制，主要是通過改善發(fā)動機(jī)的啟動控制策略來降低發(fā)動機(jī)啟動過程的扭轉(zhuǎn)振動，而對發(fā)動機(jī)停機(jī)工況扭轉(zhuǎn)振動沒有效果；若在發(fā)動機(jī)啟停過程中實(shí)時調(diào)整電機(jī)電磁阻尼力，則可實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)啟停工況扭振主動控制，無須對傳動系進(jìn)行結(jié)構(gòu)上的改動即可實(shí)現(xiàn)傳動系扭振主動控制，為提升車輛NVH性能提供一種新思路。

基于上述分析，筆者對行星混聯(lián)式混合動力汽車啟停工況傳動系扭振主動控制問題展開研究。首先對行星混聯(lián)式混合動力汽車涉及發(fā)動機(jī)啟停工況的車輛行駛模式進(jìn)行了分析；其次建立了傳動系動力學(xué)仿真模型和發(fā)動機(jī)啟?？刂颇Ｐ停换谡駝又鲃涌刂评碚?，設(shè)計并提出了自適應(yīng)模糊扭振主動控制策略；最后利用建立的混合動力汽車傳動系仿真模型驗證了該控制方法的有效性。

1 啟停工況混合動力傳動系建模

研究對象為某型行星混聯(lián)式混合動力汽車傳動系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。該型混合動力傳動系的動力源分別為發(fā)動機(jī)、電機(jī)1和電機(jī)2。發(fā)動機(jī)通過扭轉(zhuǎn)減振器與行星變速箱的行星架相連，電機(jī)1與行星變速箱的太陽輪相連，電機(jī)2與行星變速箱的齒圈相連，齒圈與主減速器輸入端相連，為車輛行駛提供動力。為適應(yīng)車輛不同運(yùn)行工況，充分發(fā)揮發(fā)動機(jī)、電機(jī)的各自優(yōu)勢，混合動力汽車需要根據(jù)運(yùn)行工況，切換不同工作模式，通過對發(fā)動機(jī)啟停工況的模式類型進(jìn)行分析，可以將發(fā)動機(jī)啟停工況分為2類：定置停車狀態(tài)啟停工況和車輛行進(jìn)間啟停工況。

基于單元建模的思想，簡化得到混合動力汽車傳動系單元結(jié)構(gòu)，如圖2所示。行星混聯(lián)式混合動力汽車傳動系主要可分為發(fā)動機(jī)、扭轉(zhuǎn)減振器、電機(jī)、行星齒輪及整車等效負(fù)載。

1.1 發(fā)動機(jī)單元模型

1.1.1 發(fā)動機(jī)單缸扭矩模型

發(fā)動機(jī)曲柄連桿機(jī)構(gòu)是由活塞、連桿和曲軸等部件組成的復(fù)雜系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3所示[14-15]。圖中：α為曲軸轉(zhuǎn)角；β為連桿擺動角度；r為曲柄半徑；L為連桿長度；m_p為活塞組件及連桿部分的等效質(zhì)量；P_gas為缸內(nèi)壓力。

由圖3可得曲軸轉(zhuǎn)角與活塞位移x_p的關(guān)系：

x_p=r+rcosα+L-L√（1-λ^2 sin^2 α）。??? （1）

式中，λ=r?L。

設(shè)曲軸角速度為ω，則

α=ωt。 （2）

發(fā)動機(jī)氣體作用力存在2種狀態(tài)。

1）發(fā)動機(jī)工作狀態(tài)。發(fā)動機(jī)工作運(yùn)行狀態(tài)下，發(fā)動機(jī)燃油缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生的氣體力為

F_（g，j）^+=（P_（gas，j）^+ （α）-P_0）（πD^2）/4。????? （3）

式中：F_（g，j）^+為第j個氣缸產(chǎn)生的燃燒氣體作用力；P_（gas，j）^+ （α）為第j個氣缸內(nèi)燃燒氣體產(chǎn)生的缸內(nèi)壓力隨α變化的函數(shù)；P0為大氣壓力；D為氣缸直徑。

2）發(fā)動機(jī)反拖狀態(tài)。發(fā)動機(jī)反拖時氣缸內(nèi)不噴燃油，缸內(nèi)不存在燃油燃燒做功的過程，但由于進(jìn)排氣門仍然按照正常的氣門時序工作，即發(fā)動機(jī)進(jìn)、排氣過程仍然在進(jìn)行，此時發(fā)動機(jī)壓縮空氣做功，產(chǎn)生的空氣作用力阻礙發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生反拖阻力矩[16]。

F_（g，j）^-=（P_（gas，j）^- （α）-P_0）（πD^2）/4，? （4）

P_（gas，j）^- （α）=〖（V_a/（V（α）））〗^k P_0，?? （5）

V（α）=V_c-（πD^2）/4 x_p。?? （6）

式中：F_（g，j）^-為第j個氣缸產(chǎn)生的空氣作用力；P_（gas，j）^- （α）為第j個氣缸內(nèi)壓縮空氣產(chǎn)生的缸內(nèi)壓力隨α變化的函數(shù)；Va為氣缸總?cè)莘e；V（α）為氣缸容積隨α變化的函數(shù)；k為絕熱系數(shù)；Vc為燃燒室容積。

發(fā)動機(jī)氣體作用力在曲軸產(chǎn)生的扭矩計算公式為：

T_（g，j）=K（α）F_（g，j） r，? （7）

式中：K（α）為轉(zhuǎn)換系數(shù)；F_（g，j）為氣體作用力。

K（α）=sinα+λsin2α/〖2√（1-（λsinα））〗^2 ；?? （8）

F_（g，j）={（F_（g，j）^+，發(fā)動機(jī)運(yùn)行工況；@F_（g，j）^-，發(fā)動機(jī)反拖工況。）┤ （9）

發(fā)動機(jī)慣性力矩主要由活塞往復(fù)運(yùn)動的慣性力引起，根據(jù)牛頓第二定律，可得活塞運(yùn)動方程：

F_（p，j）+sign（sinα）?m_p g=m_p x ¨_p。?? （10）

式中，F(xiàn)_（p，j）為第j個氣缸產(chǎn)生的往復(fù)慣性力。

發(fā)動機(jī)往復(fù)慣性力在曲軸產(chǎn)生的扭矩計算公式為

T_（p，j）=K（α）F_（p，j） r。? （11）

式中，T_（p，j）為第j個氣缸產(chǎn)生的慣性力矩。

1.1.2 發(fā)動機(jī)單缸摩擦模型

發(fā)動機(jī)摩擦力矩分為多個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的摩擦力矩，分別為：活塞環(huán)黏性摩擦力矩Tf1、活塞環(huán)混合摩擦力矩Tf2、活塞裙部摩擦力矩Tf3、氣門組摩擦力矩Tf4、附件摩擦力矩Tf5和主軸承摩擦力矩Tf6，各部分詳細(xì)計算見文獻(xiàn)[17-18]，綜合可得發(fā)動機(jī)單缸總摩擦力矩：

T_（F，j）=∑_（j'=1）^6?T_fj' 。 （12）

1.1.3 四缸汽油發(fā)動機(jī)模型

根據(jù)四缸發(fā)動機(jī)相位角關(guān)系，由發(fā)動機(jī)單缸扭矩得到發(fā)動機(jī)四缸總的輸出扭矩：

T_engine=∑_（j=1）^4?〖（T_（p，j）+sign（κ）T_（g，j）-T_（F，j））〗。? （13）

式中，κ表征發(fā)動機(jī)狀態(tài)變量，sign（κ）取1時發(fā)動機(jī)為熄火狀態(tài)，取1時發(fā)動機(jī)為工作運(yùn)行狀態(tài)。

1.2 扭轉(zhuǎn)減振器模型

文中采用的扭轉(zhuǎn)減振器模型為

T_damper （θ）=kθ+k/2[（θ-θ_0）tanh（β（θ-θ_0））-（θ+θ_0）tanh（β（θ+θ_0））]+M_0 tanh（βθ ˙）。?? （14）

式中：k為扭轉(zhuǎn)減振器扭轉(zhuǎn)剛度；θ0為扭轉(zhuǎn)減振器空行程；M0為扭轉(zhuǎn)減振器摩擦阻尼；β為反正切平滑擬合系數(shù)，本文中取100。

1.3 電機(jī)電磁阻尼模型

混合動力汽車所用電機(jī)是永磁同步電機(jī)，其扭矩輸出數(shù)學(xué)模型為[19]

T_em=3/2 p（ψ_f i_q+（L_d-L_q）i_d i_q）。????? （15）

式中：i為電流；ψ為磁鏈；下標(biāo)d、q分別為電機(jī)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中的直軸和交軸分量；ψf為永磁體磁鏈；Tem為電磁轉(zhuǎn)矩；p為電機(jī)極對數(shù)。

當(dāng)電機(jī)采用id=0控制策略時，其扭矩模型可進(jìn)一步簡化為：

T_em=3/2 pψ_f i_q。??? （16）

由式（16）可知，通過調(diào)整q軸電流可動態(tài)調(diào)整電機(jī)電磁阻尼力矩的大小。由于電機(jī)扭矩特性的限制，其產(chǎn)生的電磁阻尼力還受轉(zhuǎn)速約束，圖4為某型電機(jī)的阻尼力矩外特性曲線。

由圖4可知，在未達(dá)到電磁阻尼力矩邊界時，通過調(diào)節(jié)電流大小可調(diào)整電機(jī)輸出可行域內(nèi)的任意阻尼力矩值；當(dāng)達(dá)到邊界條件時，其輸出最大阻尼力矩為邊界值。因此電機(jī)的阻尼力矩特性可表示為：

T_em=min[3/2 pψ_f i_q，f_b （n_em）]?sign（n_em）。??? （17）

式中：nem為電機(jī)轉(zhuǎn)速；fb（·）為邊界條件函數(shù)。

1.4 行星齒輪組模型

行星混聯(lián)式混合動力汽車的變速箱為行星齒輪組[20]，本文僅研究各構(gòu)件在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線時的平面扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，認(rèn)為各構(gòu)件為剛體，各行星輪均勻分布且性能參數(shù)相同，不考慮行星齒輪組的嚙合間隙、嚙合誤差，忽略嚙合剛度的時變特性，簡化后的扭轉(zhuǎn)振動動力學(xué)模型如圖5所示。

根據(jù)行星齒輪動力學(xué)模型，由牛頓力學(xué)定律可得其動力學(xué)方程如下。

行星架：

（J_c+∑_（n=1）^4?J_（p，n） +Nm_（p，n） 〖r_c〗^2）θ ¨_c+r_c k_cu θ_c-∑_（n=1）^4?〖k_（r，n） δ_（r，n） cosα_r 〗-∑_（n=1）^4?〖k_（s，n） δ_（s，n） cosα_s 〗=0。???? （18）

內(nèi)齒圈：

J_r θ ¨_r+r_r k_ru θ_r+∑_（n=1）^4?〖k_（r，n） δ_（r，n） 〗=0。 （19）

太陽輪：

J_s θ ¨_s+r_s k_su θ_s+∑_（n=1）^4?〖k_（s，n） δ_（s，n） 〗=0。??? （20）

行星輪：

J_（p，n） θ ¨_（p，n）-k_（r，n） δ_（r，n）+k_（s，n） δ_（s，n）=0（n=1，2，…，N），???? （21）

δ_（s，n）=θ_s+θ_（p，n）-θ_c cosα_s；δ_（r，n）=θ_r-θ_（p，n）-θ_c cosα_r。

式中：N為行星齒輪個數(shù)；Jc、Jr、Js和Jp，n分別為行星架、內(nèi)齒圈、太陽輪和行星輪轉(zhuǎn)動慣量；mp，n為行星輪質(zhì)量；θc、θr、θs、θp，n分別為行星架、內(nèi)齒圈、太陽輪、行星輪轉(zhuǎn)動角位移；δs，n和δr，n分別為太陽輪、內(nèi)齒圈與第n個行星輪產(chǎn)生的相對角位移；αs、αr分別為內(nèi)嚙合與外嚙合的嚙合角；rc為行星架回轉(zhuǎn)半徑；rr、rs分別為內(nèi)齒圈和太陽輪的基圓半徑；ksu為太陽輪軸扭轉(zhuǎn)剛度；kcu、kru為行星架扭轉(zhuǎn)剛度和內(nèi)齒圈扭轉(zhuǎn)剛度；kr，n和ks，n分別為第n個行星輪和內(nèi)齒圈與太陽輪的嚙合剛度。

2 啟停工況扭振主動控制策略

2.1 發(fā)動機(jī)啟停工況控制邏輯

行星混聯(lián)式混合動力汽車不論是在停車狀態(tài)下還是車輛行進(jìn)間，發(fā)動機(jī)啟停過程的控制邏輯基本一致。車輛發(fā)出發(fā)動機(jī)啟動信號后，電機(jī)1輸出扭矩帶動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到設(shè)定閾值時，發(fā)動機(jī)ECU控制發(fā)動機(jī)開始噴油點(diǎn)火，實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)的啟動；發(fā)動機(jī)停機(jī)過程較為簡單，汽車發(fā)出停機(jī)信號后，發(fā)動機(jī)停止噴油點(diǎn)火，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)發(fā)動機(jī)停機(jī)熄火工況，整個發(fā)動機(jī)啟停工況下，啟動電機(jī)1扭矩輸出和發(fā)動機(jī)節(jié)氣門開度的控制量變化如圖6所示。

2.2 啟停工況扭振主動控制策略設(shè)計

根據(jù)上一節(jié)分析可知，發(fā)動機(jī)啟停過程中，電機(jī)1只在啟動初始時刻輸出扭矩拖動發(fā)動機(jī)到點(diǎn)火閾值轉(zhuǎn)速，其他時刻驅(qū)動電機(jī)處于隨動狀態(tài)。通過控制電機(jī)1產(chǎn)生電磁阻尼力矩，對轉(zhuǎn)速波動進(jìn)行抑制與衰減，則可實(shí)現(xiàn)混合動力汽車發(fā)動機(jī)啟停工況下傳動系扭振主動控制。自適應(yīng)模糊扭振主動控制策略的控制邏輯如圖7所示。

筆者設(shè)計的自適應(yīng)模糊控制包含一個雙輸入單輸出模糊控制器，選取的控制器輸入為扭轉(zhuǎn)減振器輸出端轉(zhuǎn)速波動值和波動角加速度，電機(jī)1產(chǎn)生的期望阻尼力矩為輸出量，減振器輸出端轉(zhuǎn)速波動期望值取0。定義模糊控制輸入輸出模糊子集為

input1={NL，NM，NS，ZO，PS，PM，PL}，

input2={NL，NS，ZO，PS，PL}，

output={NL，NM，NS，ZO，PS，PM，PL}。

式中：NL表示負(fù)大；NM表示負(fù)中；NS表示負(fù)?。籞O表示零；PS表示正?。籔M表示正中；PL表示正大。

相應(yīng)的模糊論域分別為

（input1=[-4，4]，@input2=[-3，3]，@output=[-4，4]。）

上述3個變量隸屬度函數(shù)都采用高斯函數(shù)，模糊控制規(guī)則曲面如圖8所示。

發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速對其扭矩波動也存在較大影響，以停機(jī)過程發(fā)動機(jī)阻力矩為例，根據(jù)文獻(xiàn)[12]試驗結(jié)果可知，發(fā)動機(jī)的扭矩波動幅值隨著轉(zhuǎn)速的增大而呈現(xiàn)增大趨勢，因此，采用固定的比例因子會因轉(zhuǎn)速的快速變化而影響最終控制效果，據(jù)此提出一種根據(jù)發(fā)動機(jī)波動轉(zhuǎn)速能夠自適應(yīng)變化的比例因子k3，其表達(dá)式為

k_3=λK_3，????? （22）

λ=1/（1+e^（-（（n-n_0））/τ） ）。????? （23）

式中：K3為比例因子k3的基本值；λ為自適應(yīng)調(diào)整系數(shù)；n為發(fā)動機(jī)波動轉(zhuǎn)速；n0為轉(zhuǎn)速閾值；τ為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速縮放因子。自適應(yīng)調(diào)整系數(shù)λ隨發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速n的變化規(guī)律如圖9所示。

3 仿真分析

根據(jù)前文所建立的發(fā)動機(jī)啟停工況行星混聯(lián)式混合動力汽車傳動系動力學(xué)方程和啟停工況仿真控制策略，采用MATLAB/Simulink搭建動態(tài)仿真模型，對混合動力汽車發(fā)動機(jī)啟停工況傳動系扭轉(zhuǎn)振動及其主動控制進(jìn)行仿真分析。

3.1 定置停車發(fā)動機(jī)啟停

車輛處于停車定置狀態(tài)，即行星齒輪外齒圈處于靜止?fàn)顟B(tài)，發(fā)動機(jī)啟停工況下傳動系各部件仿真結(jié)果如圖10所示。

由圖10可知，本文所搭建的傳動系仿真模型和發(fā)動機(jī)啟停工況仿真策略可有效反映發(fā)動機(jī)啟停工況下混合動力傳動系的動態(tài)特性。仿真時間0.0～0.2 s時，電機(jī)1輸出啟動力矩拖動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動，此時轉(zhuǎn)速波動是由發(fā)動機(jī)反拖過程的內(nèi)部摩擦和活塞壓縮空氣產(chǎn)生的阻力矩引起；在0.2 s時，由發(fā)動機(jī)啟?？刂七壿嬁芍l(fā)動機(jī)開始噴油點(diǎn)火，電機(jī)1停止輸出，此后發(fā)動機(jī)開始輸出扭矩并帶動行星架轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)速波動的產(chǎn)生也是由發(fā)動機(jī)輸出扭矩波動所引起；在4.0 s時，發(fā)動機(jī)熄火，傳動系轉(zhuǎn)速最終都為0。整個發(fā)動機(jī)啟停過程齒圈轉(zhuǎn)速始終為0，說明變速箱沒有轉(zhuǎn)速輸出，汽車處于停車靜止?fàn)顟B(tài)。

由圖10可知，發(fā)動機(jī)啟停過程中，傳動系轉(zhuǎn)速出現(xiàn)了非常明顯的大幅度波動，可能引發(fā)車輛NVH問題。為有效抑制這一過程的轉(zhuǎn)速波動，筆者提出了基于電機(jī)電磁阻尼力矩自適應(yīng)模糊控制的傳動系扭振主動控制方法，其仿真結(jié)果如圖11～12所示。

圖11為自適應(yīng)模糊控制發(fā)動機(jī)啟停工況仿真結(jié)果。圖12為主動控制前后發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速波動與變速器輸入轉(zhuǎn)速差值，用來表征啟停工況轉(zhuǎn)速波動大小。由圖12可知，發(fā)動機(jī)啟動和停機(jī)工況下，自適應(yīng)模糊控制策略能夠有效抑制混合動力傳動系的轉(zhuǎn)速波動。為量化本文所提方法的減振性能，分別取相對角速度的峰值Δθpp[21]和最大絕對值|Δθ|的衰減率進(jìn)行評價，其結(jié)果如表1所示。

由表1可知，混聯(lián)式混合動力汽車在定置停車發(fā)動機(jī)啟停工況下，扭振主動控制相比無控制，發(fā)動機(jī)啟動和停機(jī)工況轉(zhuǎn)速波動平均衰減率分別為23.8%和30.1%，說明本文方法有效。

3.2 車輛行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟停

首先車輛以純電動工況行駛，4.0 s后發(fā)動機(jī)開始點(diǎn)火，執(zhí)行點(diǎn)火控制程序，整個過程車輛處于行駛狀態(tài)，行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟停工況下傳動系各部件仿真結(jié)果如圖13所示。

由圖13可知，在0.0～4.0 s，發(fā)動機(jī)、扭轉(zhuǎn)減振器和行星架轉(zhuǎn)速為0，發(fā)動機(jī)為停機(jī)狀態(tài)；電機(jī)2輸出扭矩驅(qū)動齒圈轉(zhuǎn)動，車速從0開始起步加速，同時根據(jù)行星齒輪變速箱嚙合關(guān)系，行星輪和太陽輪也發(fā)生轉(zhuǎn)動；第4.0 s時，發(fā)動機(jī)啟動控制策略輸出啟動指令，電機(jī)1輸出扭矩驅(qū)動太陽輪進(jìn)而帶動行星架-扭轉(zhuǎn)減振器-發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)動，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到點(diǎn)火轉(zhuǎn)速（第4.2 s時），發(fā)動機(jī)開始點(diǎn)火同時電機(jī)1扭矩變?yōu)?，從而完成車輛行進(jìn)間的發(fā)動機(jī)啟動工況。可發(fā)現(xiàn)發(fā)動機(jī)點(diǎn)火啟動瞬間對車速有一定影響。第6.0 s時，發(fā)動機(jī)熄火，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速以及離合器、行星架轉(zhuǎn)速變?yōu)?，汽車車速降低。進(jìn)一步分析扭振主動控制傳動系仿真結(jié)果，如圖14和15所示。

圖14為自適應(yīng)模糊控制行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟停工況仿真結(jié)果。圖15為控制前后行進(jìn)間發(fā)動機(jī)輸出轉(zhuǎn)速波動與變速器輸入轉(zhuǎn)速波動差值。由圖可知，自適應(yīng)模糊控制行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟停工況下轉(zhuǎn)速波動有明顯的降低，有效抑制了行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟停工況轉(zhuǎn)速波動，衰減率評價指標(biāo)如表2所示。

由表2可知，自適應(yīng)模糊扭振主動控制下，車輛行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟動工況和停機(jī)工況的轉(zhuǎn)速波動平均衰減率分別為12.1%和23.6%，說明本文方法在行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟停工況也是有效的。

4 結(jié)束語

1）建立了考慮發(fā)動機(jī)扭矩波動和啟?？刂七壿嫷男行腔靹悠嚢l(fā)動機(jī)啟停工況動力學(xué)仿真模型，模型包括發(fā)動機(jī)、扭轉(zhuǎn)減振器、電機(jī)以及行星齒輪變速箱，構(gòu)建發(fā)動機(jī)啟停控制邏輯和啟停工況扭振主動控制策略，進(jìn)行了車輛定置停車發(fā)動機(jī)啟停和行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟停仿真研究。

2）提出了發(fā)動機(jī)啟停傳動系扭振自適應(yīng)模糊主動控制策略，對比分析了扭振主動控制和無控制下發(fā)動機(jī)啟停工況傳動系扭轉(zhuǎn)振動。結(jié)果表明筆者提出的方法相比無控制，停車狀態(tài)發(fā)動機(jī)啟動工況和停機(jī)工況的扭振平均衰減率分別為23.8%和30.1%；車輛行進(jìn)間發(fā)動機(jī)啟動和停機(jī)工況的扭振平均衰減率分別為12.1%和23.6%。本文方法可有效減輕發(fā)動機(jī)啟停工況傳動系扭振，提升車輛發(fā)動機(jī)啟停工況的NVH性能。

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（編輯? 呂建斌）