楊 陽(yáng)，黃劍峰，秦大同，蘇 嶺

(1.重慶大學(xué)，機(jī)械傳動(dòng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400044;2.重慶長(zhǎng)安新能源汽車有限公司，重慶 400023)

前言

為有效降低汽車油耗和排放，強(qiáng)混合動(dòng)力汽車已經(jīng)成為世界各大汽車公司研究開發(fā)的熱點(diǎn)。其在結(jié)構(gòu)上較多地采用了雙電機(jī)加行星排的混合動(dòng)力系統(tǒng)(如Prius)，其特點(diǎn)是運(yùn)行平穩(wěn)，但成本較高［1-3］。

在強(qiáng)混合動(dòng)力汽車中，能量管理策略與轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)算法已成為重要的研究?jī)?nèi)容。文獻(xiàn)［4］中采用了基于邏輯門限值的能量管理策略，限制發(fā)動(dòng)機(jī)工作在高效率區(qū)間，提供要求的轉(zhuǎn)矩。但邏輯門限值只是直觀地在發(fā)動(dòng)機(jī)萬(wàn)有特性圖上劃分出工作模式區(qū)域，未考慮發(fā)動(dòng)機(jī)效率與電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。文獻(xiàn)［5］中提出了“內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)矩開環(huán)控制+電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償控制”;文獻(xiàn)［6］中采用了“穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)矩分配+發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩估計(jì)+電機(jī)轉(zhuǎn)矩補(bǔ)償”的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)控制算法。但兩者均未考慮離合器接合的動(dòng)態(tài)過(guò)程。文獻(xiàn)［7］和文獻(xiàn)［8］中將混合動(dòng)力汽車工作模式劃分為子域，分析了混雜系統(tǒng)的切換，控制離合器接合時(shí)刻，對(duì)模式切換過(guò)程進(jìn)行了研究，但未對(duì)離合器接合過(guò)程進(jìn)行具體控制。

本文中以新型的單電機(jī)、雙離合器式強(qiáng)混合動(dòng)力長(zhǎng)安轎車為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)構(gòu)成和工作模式進(jìn)行分析，按發(fā)動(dòng)機(jī)效率與電機(jī)轉(zhuǎn)矩劃分了工作模式區(qū)域，制定了能量分配策略。在此基礎(chǔ)上，重點(diǎn)研究行進(jìn)中電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略與限矩離合器接合的模糊控制策略，并進(jìn)行仿真分析與臺(tái)架試驗(yàn)，以實(shí)現(xiàn)該過(guò)程動(dòng)力傳遞的平穩(wěn)性與乘坐的舒適性。

1 系統(tǒng)組成和運(yùn)行模式分析

1.1 系統(tǒng)組成

強(qiáng)混合動(dòng)力長(zhǎng)安轎車結(jié)構(gòu)方案如圖1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)之間通過(guò)單向離合器與限矩離合器相連。限矩離合器的使用使電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的過(guò)程平穩(wěn)可控，且能保證電機(jī)有足夠的輸出動(dòng)力，不會(huì)產(chǎn)生動(dòng)力不足或中斷。單向離合器保證起動(dòng)完成后，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不高于電機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力傳遞。

當(dāng)限矩離合器斷開時(shí)，可由驅(qū)動(dòng)電機(jī)單獨(dú)提供所需轉(zhuǎn)矩驅(qū)動(dòng)車輛運(yùn)行。在限矩離合器接合過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可在驅(qū)動(dòng)車輛的同時(shí)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，電機(jī)提供的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩由限矩離合器限定(約55N·m)，不造成動(dòng)力中斷。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)過(guò)程完成后，限矩離合器分離，單向離合器鎖止，發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)可共同驅(qū)動(dòng)車輛行駛或由發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)。

1.2 運(yùn)行模式分析

為便于進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，將模型圖進(jìn)行簡(jiǎn)化，忽略旋轉(zhuǎn)黏性阻尼的作用，見(jiàn)圖2。本文中重點(diǎn)研究驅(qū)動(dòng)工況，對(duì)于制動(dòng)及其相關(guān)的工況不予討論。

(1)純電動(dòng)工況 在低需求轉(zhuǎn)矩或低速運(yùn)行的情況下，汽車以純電動(dòng)工況運(yùn)行，限矩離合器分離，發(fā)動(dòng)機(jī)不起動(dòng)，汽車所需要的動(dòng)力由電機(jī)單獨(dú)提供。此時(shí)，

(2)行進(jìn)中電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī) 當(dāng)車速提高或需求轉(zhuǎn)矩增大時(shí)，單獨(dú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)不能滿足需求，須從純電動(dòng)工況轉(zhuǎn)換到發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)工況。在此過(guò)程中，電機(jī)不僅要提供車輛運(yùn)行所需求的轉(zhuǎn)矩，還要保證能順利起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。限矩離合器接到接合指令，開始接合滑摩，主從動(dòng)片有轉(zhuǎn)速差，此時(shí)，

當(dāng)離合器結(jié)合，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)完成后，電機(jī)并沒(méi)有馬上退出工作，而是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行補(bǔ)償，避免產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)完全起動(dòng)，汽車將以發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)工況運(yùn)行。

(3)發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng) 限矩離合器分離，由單向離合器傳遞轉(zhuǎn)矩，可以減少限矩離合器使用時(shí)間，延長(zhǎng)其壽命。此時(shí)，

(4)聯(lián)合驅(qū)動(dòng) 發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)共同輸出轉(zhuǎn)矩，由單向離合器傳遞。此時(shí)，

(5)行車充電 當(dāng)電池的電量不足，需要充電時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)不僅須提供車輛運(yùn)行所需轉(zhuǎn)矩，還要提供充電轉(zhuǎn)矩。單向離合器工作，限矩離合器分離，電機(jī)作為發(fā)電機(jī)給電池充電。此時(shí)，

采用沖擊度來(lái)評(píng)價(jià)模式切換的控制效果，可表示為

沖擊度反映轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的情況，沖擊度越大，平順性也就越差。沖擊度的量化指標(biāo)各國(guó)不盡相同。我國(guó)的推薦值為 |J|≤17.64m/s3［9］。

2 模式切換的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略

2.1 轉(zhuǎn)矩管理策略

2.1.1 工作模式區(qū)域劃分

發(fā)動(dòng)機(jī)工作在低轉(zhuǎn)速、小負(fù)荷時(shí)，效率較低，要發(fā)揮混合動(dòng)力汽車的優(yōu)勢(shì)，則須對(duì)工作模式的區(qū)域進(jìn)行劃分，這也是進(jìn)行模式切換的前提。

由于邏輯門限值控制策略的不足，本文中在結(jié)合電機(jī)特性，保證電機(jī)在需要起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)要能提供足夠的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和汽車運(yùn)行所需轉(zhuǎn)矩的基礎(chǔ)上，以發(fā)動(dòng)機(jī)油耗為重點(diǎn)，選取發(fā)動(dòng)機(jī)油耗小的點(diǎn)進(jìn)行工作區(qū)域的劃分。通過(guò)試驗(yàn)，得到發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和燃油消耗率的相關(guān)數(shù)據(jù)，繪成三維油耗圖見(jiàn)圖3，工作區(qū)域的劃分如圖4所示。

圖4中a為發(fā)動(dòng)機(jī)工作最小轉(zhuǎn)矩曲線，b為通過(guò)試驗(yàn)獲得的發(fā)動(dòng)機(jī)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)曲線，c為電機(jī)功率輔助最小轉(zhuǎn)矩曲線。這些曲線將發(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)態(tài)圖劃分成不同的區(qū)域:(1)為純電動(dòng)工作區(qū)，(2)為發(fā)動(dòng)機(jī)單獨(dú)工作區(qū)，(3)為發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)聯(lián)合驅(qū)動(dòng)工作區(qū)。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速小于1 000r/min時(shí)，其效率很低，且電機(jī)在低速時(shí)，可提供較大的轉(zhuǎn)矩，因此在這個(gè)區(qū)域均由電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)，以提高經(jīng)濟(jì)性。

2.1.2 轉(zhuǎn)矩管理策略的實(shí)現(xiàn)

轉(zhuǎn)矩管理策略是為了將需求轉(zhuǎn)矩實(shí)時(shí)合理地分配給發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)，提高混合動(dòng)力汽車的效率。在正常情況下，駕駛員需求轉(zhuǎn)矩的優(yōu)先級(jí)高于電池充電需求轉(zhuǎn)矩的優(yōu)先級(jí)。如果需求轉(zhuǎn)矩是在發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)聯(lián)合工作區(qū)，即使電池處于低效率區(qū)，電池也必須工作在放電狀態(tài)，使混合動(dòng)力汽車進(jìn)入功率輔助狀態(tài)，以滿足動(dòng)力性需求。其轉(zhuǎn)矩管理策略見(jiàn)表1，其中SOCmin、SOClow和SOChigh表示允許放電最小值、高效區(qū)下限值和高效區(qū)上限值;Td_req、Tm_ass、Tch_req、Te_max和Tm_max表示需求轉(zhuǎn)矩、電機(jī)助力最小轉(zhuǎn)矩、充電需求轉(zhuǎn)矩、發(fā)動(dòng)機(jī)最大轉(zhuǎn)矩和電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩;ne_min表示發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的最低轉(zhuǎn)速。

2.2 轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略

由于發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化時(shí)間常數(shù)相差很大，如果僅僅由油門開度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩進(jìn)行開環(huán)控制，將使發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩嚴(yán)重滯后于電機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化，而且動(dòng)態(tài)過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩控制還與瞬態(tài)空燃比控制和其他補(bǔ)償措施有關(guān)，使其動(dòng)態(tài)性能不能滿足要求［10］。此外，在有濕式離合器接合的過(guò)程中，還須對(duì)離合器油壓與電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，否則會(huì)使輸出轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生波動(dòng)。行進(jìn)中電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)是模式切換中一個(gè)十分重要的過(guò)程，將直接影響動(dòng)力傳遞的平穩(wěn)性與乘坐的舒適性，包括發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)與限矩離合器接合的動(dòng)態(tài)過(guò)程，本文中重點(diǎn)研究其動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的協(xié)調(diào)控制策略。

當(dāng)滿足模式切換條件，車輛須要起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，首先發(fā)出限矩離合器接合指令，要對(duì)其油壓進(jìn)行控制。在滿足平順性的前提下，盡量減少其接合時(shí)間。接合過(guò)程中電機(jī)轉(zhuǎn)矩與限矩離合器的接合動(dòng)作需要?jiǎng)討B(tài)協(xié)調(diào)控制，以保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)且不對(duì)車輛的正常行駛造成過(guò)大的沖擊。限矩離合器的結(jié)構(gòu)確定后，滑動(dòng)摩擦力矩取決于作用在摩擦面上限矩離合器的油壓大小，因此對(duì)限矩離合器目標(biāo)油壓的控制至關(guān)重要。

離合器接合過(guò)程與油門開度、油門開度變化率及電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速差等相關(guān)，各參數(shù)之間的關(guān)系難以用精確的數(shù)學(xué)模型表示，使用傳統(tǒng)的基于模型的控制方法不能滿足要求。采用模糊控制，無(wú)須建立精確的模型，能較好地識(shí)別各參數(shù)之間的關(guān)系，可在不同工況下選擇合適的語(yǔ)言變量和控制參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)離合器的合理控制。因此，采用模糊控制策略對(duì)離合器進(jìn)行控制，其初始?jí)毫突﹄A段的油壓控制對(duì)接合性能影響很大，是研究的重點(diǎn)［11］。

2.2.1 初始接合壓力控制

離合器初始接合壓力為離合器預(yù)設(shè)初始?jí)毫0與離合器初始?jí)毫υ隽喀之和，其中p0為設(shè)定值，Δp為模糊控制器輸出，由駕駛員意圖決定。油門開度和油門開度變化率可反映駕駛員意圖，當(dāng)加速踏板行程大且變化率大時(shí)，表明駕駛員希望車輛快速進(jìn)入動(dòng)力更強(qiáng)的工作模式，應(yīng)優(yōu)先考慮動(dòng)力性，輸出較大的離合器油壓增量Δp，以建立較高的初始?jí)毫?反之，當(dāng)加速踏板行程小且變化率小時(shí)，優(yōu)先考慮平順性與舒適性，建立較低的初始?jí)毫?，以降低沖擊度。因此，建立離合器油壓增量的模糊控制規(guī)則應(yīng)遵循:當(dāng)油門開度小且變化率小時(shí)，初始接合壓力小;當(dāng)油門開度小且變化率大時(shí)，初始接合壓力中等;當(dāng)油門開度大且變化率小時(shí)，初始接合壓力中等;當(dāng)油門開度大且變化率大時(shí)，初始接合壓力大。對(duì)此規(guī)則進(jìn)行細(xì)化則可得到所有離合器油壓增量的模糊控制規(guī)則。

表1 轉(zhuǎn)矩管理策略

模糊控制器的第1個(gè)輸入為加速踏板行程α，模糊論域(0，1)，模糊語(yǔ)言變量為{非常小，小，較小，中，較大，大，很大}，相應(yīng)的模糊子集為{VS、S、MS、M、MB、B、VB}。第2個(gè)輸入為加速踏板行程變化率α·，模糊論域(0，12)，模糊語(yǔ)言變量為{非常小，小，較小，中，較大，大，很大}，相應(yīng)的模糊子集為{VS、S、MS、M、MB、B、VB}。輸出為 Δp，模糊論域(0，12)，模糊語(yǔ)言變量為{非常小，小，較小，中，較大，大，很大}，相應(yīng)的模糊子集為{VS、S、MS、M、MB、B、VB}，隸屬函數(shù)均為高斯函數(shù)，詳細(xì)的控制規(guī)則如表2所示。

2.2.2 接合壓力變化率控制

在滑摩階段，須考慮駕駛員操作意圖和離合器接合過(guò)程的沖擊度與滑摩功，用加速踏板行程變化率反映駕駛員意圖，離合器主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差來(lái)控制沖擊度與滑摩功。駕駛員快速踩下加速踏板表示希望迅速完成模式切換過(guò)程，應(yīng)增大油壓的上升速率，反之，則減緩油壓的上升速率。若離合器主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差較大時(shí)，油壓上升速率應(yīng)慢，以減小沖擊度;若離合器主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差較小，油壓上升速率應(yīng)快，以減少滑摩功。因此，建立離合器壓力變化率的模糊控制規(guī)則應(yīng)遵循:當(dāng)油門開度變化率小且離合器主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差小時(shí)，離合器接合壓力變化率中等;當(dāng)油門開度變化率小且離合器主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差大時(shí)，離合器接合壓力變化率很小;當(dāng)油門開度變化率大且離合器主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差小時(shí)，離合器接合壓力變化率很大;當(dāng)油門開度變化率大且離合器主從動(dòng)盤轉(zhuǎn)速差大時(shí)，離合器接合壓力變化率中等。對(duì)此規(guī)則進(jìn)行細(xì)化，可得到所有離合器接合壓力變化率的模糊控制規(guī)則。

表3 接合壓力變化率模糊控制規(guī)則表

在此過(guò)程中離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩為

式中:R=(r23-r13)/(r22-r12)，r1、r2為離合器摩擦片的內(nèi)外徑，m;μ為摩擦因數(shù);pn為控制油壓對(duì)壓盤的正壓力，Pa;S為摩擦片面積，m2;Z為摩擦副數(shù);pn為控制油壓對(duì)壓盤的正壓力，Pa;Δω為發(fā)動(dòng)機(jī)與電機(jī)轉(zhuǎn)速差。

在發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)的離合器接合過(guò)程中還須對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行控制，其大小與需求轉(zhuǎn)矩和離合器傳遞轉(zhuǎn)矩有關(guān)。當(dāng)離合器開始接合時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩增大，其值為

在此過(guò)程中發(fā)動(dòng)機(jī)開始增速，若達(dá)到其點(diǎn)火所需轉(zhuǎn)速時(shí)，則發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火，同時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)控制器發(fā)出相關(guān)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速指令。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)轉(zhuǎn)速相同時(shí)，則離合器接合完全。此時(shí)由于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩的滯后性，使用電機(jī)繼續(xù)補(bǔ)償發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的不足。若發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩為Te，與其目標(biāo)轉(zhuǎn)矩存在差值為

為保證總需求轉(zhuǎn)矩平穩(wěn)，利用電機(jī)進(jìn)行補(bǔ)償，電機(jī)的實(shí)際輸出轉(zhuǎn)矩Tm與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩關(guān)系為

式中Te_req和Tm_req為發(fā)動(dòng)機(jī)和電機(jī)的目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩差值δ進(jìn)入允許范圍時(shí)，此時(shí)電機(jī)退出補(bǔ)償，只輸出其目標(biāo)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程的控制流程如圖6所示。

3 仿真與試驗(yàn)和結(jié)果分析

3.1 行進(jìn)中電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)仿真

在MATLAB/Simulink仿真平臺(tái)上建立整車模型，并進(jìn)行仿真。整車和關(guān)鍵部件參數(shù)如表4所示。

表4 整車及關(guān)鍵部件技術(shù)參數(shù)表

圖7為無(wú)轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略時(shí)的仿真結(jié)果。當(dāng)車輛運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到控制策略要求，須進(jìn)行電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，發(fā)出限矩離合器接合指令，電機(jī)加載一特定轉(zhuǎn)矩，進(jìn)行電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，電機(jī)卸載。在此過(guò)程中電機(jī)轉(zhuǎn)速出現(xiàn)較大幅度下降，而后由于發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的升高，電機(jī)轉(zhuǎn)速才由單向離合器帶動(dòng)提升。由于本文中發(fā)動(dòng)機(jī)模型采用的是實(shí)驗(yàn)建模法，仿真計(jì)算時(shí)通過(guò)查表和插值得到相應(yīng)數(shù)據(jù)，因而其轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩控制較為穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生大的波動(dòng)。由圖7(a)可見(jiàn)，低速時(shí)汽車在6.99s發(fā)出電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)指令，發(fā)動(dòng)機(jī)在7.38s達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)間為0.39s，但在電機(jī)加載與卸載時(shí)刻，產(chǎn)生了較大的轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，使沖擊度偏大，其最大值達(dá)到了19m/s3。由圖7(b)可見(jiàn)，中速時(shí)，起動(dòng)時(shí)間為0.36s，沖擊度最大值則達(dá)到了25m/s3，對(duì)車輛行駛產(chǎn)生了較大的沖擊，影響乘坐舒適性。

圖8為采取轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略后的仿真結(jié)果。由圖8可知，電機(jī)轉(zhuǎn)速在整個(gè)電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程中較為穩(wěn)定。低速時(shí)，整車最大沖擊度為5m/s3，發(fā)動(dòng)機(jī)的起動(dòng)時(shí)間為0.33s;中速時(shí)，最大沖擊度為6m/s3，起動(dòng)時(shí)間則為0.37s，均能較好地滿足起動(dòng)要求。結(jié)果表明，該協(xié)調(diào)控制策略能有效降低行進(jìn)中電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程的沖擊度，滿足舒適性要求。

3.2 行進(jìn)中電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)

圖9為未使用轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略的電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果。當(dāng)發(fā)出電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)時(shí)，開始接合限矩離合器，電機(jī)在相應(yīng)時(shí)刻加載特定的轉(zhuǎn)矩，由測(cè)功機(jī)模擬車輛的需求轉(zhuǎn)矩，要求在0.5s內(nèi)將發(fā)動(dòng)機(jī)帶到設(shè)定轉(zhuǎn)速。由圖可見(jiàn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到點(diǎn)火速度時(shí)，由于電機(jī)的突然卸載以及發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的滯后，會(huì)造成合成轉(zhuǎn)矩的不足，使電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，出現(xiàn)一個(gè)波谷。而發(fā)動(dòng)機(jī)在起動(dòng)階段，轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，易產(chǎn)生波動(dòng)，在單向離合器的作用下，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能大于電機(jī)轉(zhuǎn)速，因此發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)帶著電機(jī)轉(zhuǎn)速也產(chǎn)生波動(dòng)，達(dá)到最大值后下降，最后趨于平穩(wěn)。低速時(shí)，系統(tǒng)在14.31s發(fā)出電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)指令，14.57s發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到設(shè)定轉(zhuǎn)速，起動(dòng)時(shí)間不足0.3s;中速時(shí)此值也不足0.3s，能較好地滿足起動(dòng)時(shí)間要求，在行進(jìn)中可以穩(wěn)定起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。但在整個(gè)起動(dòng)過(guò)程中，由于未對(duì)轉(zhuǎn)矩進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，產(chǎn)生了較大的沖擊度，低速時(shí)最大沖擊度達(dá)到28m/s3，中速時(shí)則達(dá)到了34m/s3，這會(huì)對(duì)車輛行駛造成較大沖擊，不能滿足平順性的要求，因此須進(jìn)行合理控制。

圖10為采取轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略后的試驗(yàn)結(jié)果。由圖可見(jiàn)，由于進(jìn)行了轉(zhuǎn)矩控制，電機(jī)轉(zhuǎn)速在電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程中不出現(xiàn)明顯的下降，但在發(fā)動(dòng)機(jī)的作用下仍會(huì)產(chǎn)生一定的波動(dòng)。低速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間小于0.3s，整個(gè)過(guò)程最大沖擊度為10m/s3;中速時(shí)起動(dòng)時(shí)間也小于0.3s，最大沖擊度為13m/s3。起動(dòng)時(shí)間均滿足要求，且較大程度地降低了電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程的沖擊度，驗(yàn)證了該策略的有效性。

仿真與試驗(yàn)結(jié)果表明，該混合動(dòng)力系統(tǒng)在行進(jìn)中能順利起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，但由于未進(jìn)行轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制，使該過(guò)程產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩波動(dòng)，電機(jī)轉(zhuǎn)速下降較大，對(duì)車輛行駛造成較大沖擊。采用所制定的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略，能有效降低沖擊度，滿足平順性要求。

4 結(jié)論

(1)對(duì)新型的單電機(jī)、雙離合器式混合動(dòng)力汽車結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行分析，以發(fā)動(dòng)機(jī)油耗為重點(diǎn)，按電機(jī)轉(zhuǎn)矩劃分了該車的工作區(qū)域，制定了驅(qū)動(dòng)工況的轉(zhuǎn)矩管理策略。

(2)制定了限矩離合器油壓的模糊控制策略與轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略。利用電機(jī)響應(yīng)迅速的特點(diǎn)，協(xié)調(diào)其與整車需求轉(zhuǎn)矩、限矩離合器傳遞轉(zhuǎn)矩和發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩的關(guān)系，保證車輛正常行駛的同時(shí)順利起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)，不造成動(dòng)力中斷或轉(zhuǎn)矩過(guò)大的波動(dòng)，滿足動(dòng)力傳遞的平穩(wěn)性與乘坐的舒適性。

(3)對(duì)行進(jìn)中電機(jī)起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)程分別進(jìn)行仿真和臺(tái)架試驗(yàn)。結(jié)果表明，臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果與仿真結(jié)果一致。未采用轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制策略時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間滿足要求，但沖擊度偏大;采取轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制后，發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)間與沖擊度均滿足要求，改善了平順性，驗(yàn)證了該控制策略的有效性。

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