馬 薇
長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院汽車系,吉林長春 130122
關(guān)于混合動力汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制策略的相關(guān)思考
馬 薇
長春工業(yè)大學(xué)人文信息學(xué)院汽車系,吉林長春 130122
為了有效避免混合動力汽車發(fā)動機運轉(zhuǎn)進行中轉(zhuǎn)速的振蕩問題,必須要充分發(fā)揮轉(zhuǎn)速-節(jié)氣門開度扭矩的相互對應(yīng)關(guān)系作用,并且能夠借助PID控制器來對其發(fā)動機的轉(zhuǎn)速進行合理的調(diào)整,本文主要是全面分析了低負荷發(fā)電工況,探討了換擋進行中,混合發(fā)動汽車發(fā)動機轉(zhuǎn)速控制的主要對策。
混合動力;汽車發(fā)動機;轉(zhuǎn)速控制;策略
目前來看在進行混合動力汽車的研制中,發(fā)動機的發(fā)生劇烈的轉(zhuǎn)速振蕩,很大程度上降低了驅(qū)動的效率,不利于經(jīng)濟性的實現(xiàn)。雖然離合器能夠改善動力源的不同步的狀態(tài),但是,這樣將會在很大程度上導(dǎo)致摩擦盤被燒壞,以此來導(dǎo)致其使用期限降低。并且對于發(fā)動機自身來說,若是其速度無法得到有效的控制,那么將會導(dǎo)致其熄火,最終出現(xiàn)堵車的狀況。其噪聲逐漸增大,振動也會越高。所以針對這種現(xiàn)象來說,必須要做好發(fā)動機節(jié)氣門開度的自動調(diào)節(jié),使其發(fā)揮作用,防止發(fā)動機轉(zhuǎn)速波動的發(fā)生。
1)利用控制器對轉(zhuǎn)速進行控制,簡單地說也就是對發(fā)動機節(jié)氣門開度進行控制,油門踏板位置的傳感器對轉(zhuǎn)矩要求進行信息接收,控制器對實際狀況進行考量,對能源消耗和排放進行有效優(yōu)化,將請求信號發(fā)至EMS,而后,借助模擬信號,實現(xiàn)對電控節(jié)氣門開度的控制,實現(xiàn)對發(fā)動機運行狀態(tài)的有效信息反饋,這一作用主要通過直通模擬信號來實現(xiàn)。此時就完成了對轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。
2)在外環(huán)的控制過程中,主要應(yīng)用PID進行計算,結(jié)合現(xiàn)實需要,進行適當(dāng)調(diào)整,滿足抵抗振蕩的需要,達到抗飽和積分的作用。對于電控節(jié)氣門來說,其特點是結(jié)構(gòu)十分簡單、現(xiàn)行較好,并且環(huán)境因素對其的影響很小。因此其能夠借助階躍激勵的變化來進行PID參數(shù)的調(diào)整。這樣能夠在PID的控制下,滿足相關(guān)的控制標(biāo)準(zhǔn),最終進行簡單的控制。然而PID控制的特點是不需要對被控對象的數(shù)量模型進行前期了解和掌握,結(jié)合對控制器參數(shù)的控制和調(diào)整就能取得較好的控制目標(biāo)。
并聯(lián)混合動力汽車主要是指發(fā)動機和電動機可以借助變速箱前端的轉(zhuǎn)矩禍合器,實現(xiàn)對整車動力的有效供給,動力總成結(jié)構(gòu)比較緊湊,操作性強,應(yīng)用十分廣泛。但是,在具體應(yīng)用中,也有諸多問題,關(guān)鍵是控制好發(fā)動機的轉(zhuǎn)速問題。這種混合動力的汽車存在諸多情況需要面對:主要是混合驅(qū)動的工況、發(fā)電工況以及駐車發(fā)電工況等,要全方位考慮對轉(zhuǎn)速控制的影響。首先,鑒于混合發(fā)動汽車工況較多,在工況切換的過程中,電動機首先要進行空載狀態(tài)的切換,使得發(fā)動機負載出現(xiàn)突然增大或者減少的狀態(tài),也有可能全負荷的突變,對于轉(zhuǎn)速的控制體系來講十分嚴(yán)重,需要對系統(tǒng)進行調(diào)整,實現(xiàn)適應(yīng)能力的提升。其次,當(dāng)狀態(tài)顯示為駐車發(fā)電工況的時候,發(fā)動機轉(zhuǎn)速的穩(wěn)定狀態(tài)占據(jù)主要位置,要采取相應(yīng)控制方式,適當(dāng)減少因發(fā)動機轉(zhuǎn)速振動而帶來的不舒適的感覺。再次,混合動力汽車由于增加主電動機,提升了整個系統(tǒng)的慣性。在進行換檔的時候,動力中斷,在進行調(diào)整的過程中,要保證發(fā)動機有效運轉(zhuǎn),減少換檔時間的耽擱,提高整車的動力效果,要減少系統(tǒng)的響應(yīng)時間。由此可見,對混合動力汽車轉(zhuǎn)速的控制,具有重要的現(xiàn)實意義和價值。
3.1 對低負荷轉(zhuǎn)速的有效控制
1)對于混合動力汽車來說,若是其發(fā)動機處于一個低負荷的運轉(zhuǎn)中,并且其工作區(qū)域的效率很差,主要采用ISG驅(qū)動類型,其優(yōu)勢是排放不高、能耗較低。為了適應(yīng)這一標(biāo)準(zhǔn),僅僅依賴提高電池組的能力密度是無法實現(xiàn)的,要權(quán)衡經(jīng)濟性和排放之間的關(guān)系。
2)對于混合動氣汽車而言,對發(fā)動機的優(yōu)化至關(guān)重要。內(nèi)燃機車輛熱效率在某些位置還比較低,排放情況不佳,很難滿足混合動力汽車在油耗和排放方面的要求。在對發(fā)動機性能進行優(yōu)化的時候,必須要充分考慮整車當(dāng)前工況對性能的權(quán)重,以此來采取一個科學(xué)合理的措施對發(fā)動機進行優(yōu)化。對于混合動力汽車低負荷發(fā)電的工況,其轉(zhuǎn)速的控制需要在如下幾個方面進行考慮:首先,根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速以及節(jié)氣門開度,整車EUC處于低車速低負荷位置,需要發(fā)號指令,這樣將會導(dǎo)致發(fā)動機出現(xiàn)斷油現(xiàn)象,這樣會使電機單獨驅(qū)動整車運行。其次,整車的扭矩若超過發(fā)動機最大的扭矩,這樣電機就會為提供一些多余的扭矩。另外,若是相關(guān)的電池SOC較低,那么將會直接導(dǎo)致發(fā)動機處于低效率位置,電機置于發(fā)動機為電池組進行充電,以此來提升符合率。在這個時候,發(fā)動機將會處于一個效率最大值,這樣將會在一定程度促進燃油率的提升。同時若是在此時,其發(fā)動機的符合的效率較高,則是可以借助負荷的提升來達到效率的提升。第四,如果整車制動,節(jié)氣門的打開可以借助氣門驅(qū)動機構(gòu)來實現(xiàn),發(fā)動機內(nèi)部壓力會發(fā)生急速降低,以此來充分的促進電機發(fā)電對能量的回收。第五,若是相關(guān)的整車處于一個較長的跟車工況,那么會導(dǎo)致ISG的發(fā)電負荷無法有效滿足發(fā)動機的效率,無法對其提升,指導(dǎo)其能夠達到高效區(qū)。這時,可以將一些個別的氣缸終止,以此來充分的將氣門打開,最終降低消耗,提升效率。
3.2 對換檔過程轉(zhuǎn)速控制策略的介紹
1)在手動變速器和干式離合器的前提下,ATM達到自動換檔,結(jié)合發(fā)動機的具體轉(zhuǎn)速等,控制單元進行信息判定,借助特殊的換檔規(guī)律,實現(xiàn)對油門開度的操縱,同時,也能實現(xiàn)對離合器的有效控制,達到對變速器檔位的有效選擇。在這次操縱中,發(fā)動機的控制十分重要。
2)立足性能角度,無論以何種參數(shù)為基礎(chǔ)進行控制,都要以滿足兩個目標(biāo)為主,分別是整車對動力性的要求以及整車的燃油經(jīng)濟性。為了實現(xiàn)這兩個目標(biāo),離合器的調(diào)節(jié)以及變速器同步器是無法滿足要求的,為了實現(xiàn)動力和燃油的最佳,缺乏發(fā)動機的轉(zhuǎn)速控制很難實現(xiàn)。
3)在進行汽車換擋的過程中,一定要根據(jù)油門踏板來對發(fā)動機的轉(zhuǎn)速進行相關(guān)的調(diào)整。在調(diào)整之后,要針對離合器的規(guī)律,來對其踏板進行相關(guān)的控制,這樣可以借助油門踏板來進行發(fā)動機轉(zhuǎn)速的有效調(diào)整。另外要對離合器兩盤片之間的轉(zhuǎn)速差進行相關(guān)的調(diào)整,要盡量降低其轉(zhuǎn)速,保證換擋過程中的靈活以及穩(wěn)定性,做到無振動、低噪聲。但是,鑒于整車慣性的提升,汽車車速會因為阻力而實現(xiàn)降低。若是在汽車抵擋換置到高檔的過程中,那么必須要降低發(fā)動機的轉(zhuǎn)速,以此來保證目標(biāo)檔的齒輪轉(zhuǎn)速能夠與發(fā)動機轉(zhuǎn)速一致,從而來減少離合器主從動片的轉(zhuǎn)速差,降低摩擦率。
4)汽車在換檔、起步等操作中,需要對發(fā)動機轉(zhuǎn)速進行適當(dāng)?shù)淖儞Q,目的是保證換檔的順利進行。對于發(fā)動起轉(zhuǎn)速的控制主要分為四個方面:(1)是由低檔換至高檔。鑒于車輛的慣性較大,車速下降幅度較小,幾乎呈現(xiàn)不變的趨勢。(2)在高檔換低檔的過程中,發(fā)動機的轉(zhuǎn)速必須進行升高。(3)對于起步過程,離合器的主從動盤轉(zhuǎn)速差較大,需要優(yōu)秀控制離合器的接合。(4)對于巡航行駛,通常保持檔位不變,鑒于路面存在的阻力的不同,車速發(fā)生相應(yīng)變化,此時,要求發(fā)動機也結(jié)合車速進行有效調(diào)整,防止出現(xiàn)不合適的轉(zhuǎn)速振動。
綜上,結(jié)合混合動力汽車發(fā)動機的實際需要,為了實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速震蕩的有效控制,要結(jié)合發(fā)動機轉(zhuǎn)速節(jié)氣門開度扭矩的關(guān)系,發(fā)揮控制器對轉(zhuǎn)速的有效調(diào)整,進行不同工況轉(zhuǎn)速控制措施的有效分析,使得轉(zhuǎn)速達到期望值,防止較大震蕩的發(fā)生,滿足整車設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)和需要。
[1]李天宇.混合動力工程車輛自動變速換擋策略及控制方法研究[D].吉林大學(xué),2014.
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U46
A
1674-6708(2015)148-0062-02