P2混合动力离合器辅助发动机起动控制方法研究
赵彬1 宁甲奎2 周达2 刘四海1 郑岩1 （ 1. 一汽解放事业本部商用车开发院，长春 130011；2. 中国第一汽车集团有限公司研发总院，长春 130011） 【摘要】为实现P2构型混合动力系统离合器辅助发动机起动的平顺控制，提出一种离合器与电机协调控制方法。建立了P2构型混合动力系统的动力学模型，并对离合器辅助发动机起动的控制过程进行了仿真分析。制定了离合器前馈+反馈并结合扭矩观测的控制策略，通过增加电机转速与DCT离合器之间的滑摩差，避免了起机过程中出现的转速波动给车辆带来冲击，同时给出动力电机扭矩的控制方法，实现了扭矩的合理分配。仿真分析和整车试验表明，所提出的扭矩控制方法可有效避免P2构型混合动力系统离合器辅助起机过程的冲击，实现了发动机起动各阶段的平稳过渡，确保车辆行驶的平顺性和舒适性。主题词： P2构型 双离合器式自动变速器 离合器辅助起机 控制策略 HEV U463.211 A 10.19620/j.cnki.1000-3703.20172193中图分类号： 文献标识码： DOI: Research on Clutch-Assisted Engine Start Control of P2 Hybrid System Zhao Bin1, Ning Jiakui2, Zhou Da2, Liu Sihai1, Zheng Yan1 1. Commercial Vehicle Development, FAW Jiefang Truck Co., Ltd., China FAW Group Corporation Limited, Changchun （ 130011; 2. General Research and Development, China FAW Group Corporation Limited, Changchun 130011） Abstract In order to realize the smooth control of the P2 configuration hybrid system clutch- assisted engine start, a【 】coordinated control method of clutch and motor was proposed. A dynamic model of P2 hybrid system was built, the control process of clutch- assisted engine start was simulated. The control strategy of clutch feed forward + feedback combined with torque observation was established. By increasing the sliding friction difference between motor speed and DCT clutch, the impact of speed fluctuation on vehicle during engine start was avoided. In addition, control method of power motor torque was proposed, and rational distribution of torque was realized. Simulation and vehicle test results show that, the proposed torque control method can effectively avoid the impact of P2 hybrid system clutch- assisted engine start on vehicle during engine start, smooth transition can be realized in each engine starting stage, driving smoothness and comfort can be ensured. Key words: P2 Structure, DCT, Clutch-assist start, Control strategy, HEV
1 前言
混合动力汽车具有对传统汽车动力总成继承性好、续驶里程长、节能减排效果明显等特点，是应对能源紧缺和环境污染问题的主流技术方案之一[1]。在混合动力汽车研究领域中，模式切换中发动机起动控制始终是重
[2]
要的研究内容之一，如文献 提出通过发动机曲轴位置和拖转扭矩预估行星架输入端阻力的方法，目的是改
[3]
善功率分流式混合动力系统模式切换性能；文献 和
[4]
文献 重点研究了分离离合器和动力电机之间的扭矩
[5]
协调控制，但未对离合器扭矩控制进行分析；文献 提出双离合器混合动力的转矩协调控制策略，但未考虑 AMT
离合器滑摩差控制问题。本文以单电机双离合自动变速器前置结构的混合动力系统[6]作为研究对象，通过对离合器辅助发动机起动过程的分析，提出发动机起动过程中离合器和动力电机的协调控制策略，并通过模型仿真和整车试验对该控制策略进行了验证。
2 动力传动系统结构
单电机混合动力系统结构按电机布置位置的不同
P0 P1 P2 P2
分别定义为 、 、 等构型，其中 构型的电机布置在发动机与变速器之间，主要包括发动机、分离离合器、
1 1
电机和自动变速器，如图 所示。图 中，变速器采用湿
DCT）， C0）
式双离合器式自动变速器（ 分离离合器（ 同样采用湿式离合器，其与动力电机集成在一起，称为离合
Clutch Coupling Motor，CCM） C0
器耦合电机（ 。 离合器的主要作用是辅助发动机起动、传递发动机动力和切断
C0
发动机与电机的连接，实现停机功能。 离合器的液
DCT
压控制模块属于 液压控制系统的一个子模块，通
C0
过比例压力阀和比例流量阀来控制 离合器的作动压力和冷却流量。为保证发动机起动过程的平顺，需要协调控制上述两个离合器与动力电机之间的扭矩。
3 传动系统动力学模型
为便于进行传动系统动力学分析，忽略了传动系统
DCT
的弹性和动力传递损失，将整车阻力折算到 的输出端，因为模式切换过程中会尽量避免发动机起动与
DCT
换挡同时进行，所以在发动机起动过程中只有一个离合器接合传递动力，不考虑换挡双离合器扭矩交换的
2
情况。简化的传动系统动力学模型见图 。
ω ω
2图 简化的传动系统动力学模型
2
图 中， Te为发动机飞轮端的扭矩，当发动机运行时表示飞轮端的输出扭矩，当发动机处于停机状态时表示发动机起动阻力矩； Tc0、Tm、Tc1、Tv分别为C0
离合器扭
DCT
矩、耦合电机扭矩、 离合器扭矩和等效到变速器离合器输出端的车辆阻力矩； ωe、ωccm、ωc1分别为发动机飞
DCT
轮、离合器耦合电机、 离合器的角速度； Je、Jc0、Jm、Jv
C0
分别为发动机飞轮转动惯量、 离合器转动惯量、动力
DCT
电机转动惯量和等效到 离合器输出端的整车转动惯量； be、bc0、bm、bc1分别为发动机飞轮、C0
离合器、动力电
DCT
机和 离合器的阻尼系数。在车辆纯电动行驶过程中，如果动力电池SOC低于一定阈值或电机功率无法满足驾驶员加速要求时则起动发动机。发动机起动控制方式主要有起动机起动和离合器辅助起动两种，本文主要对离合器辅助起动发动
机控制方法进行分析。纯电动驱动模式切换至发动机驱动模式主要经历
纯电动行驶、发动机起动及发动机参与驱动3个过程，模式切换过程的动力学分析如下。
a. 纯电动行驶过程中， C0离合器处于分离状态，电机驱动车辆行驶，其动力学方程为： ì
T -( b + b ) ω - T =(J + J ) dω ccm m c0 m ccm c1 c0 m dt 1） í （
T -T -b = J dω c1 c1 c1ω c1 î v v dt
b. 发动机起动过程。电机驱动车辆行驶， C0离合器接合拖动发动机起机，同时电机增加输出扭矩，用来
克服发动机被拖动时产生的阻力矩，其动力学方程为：
dω ì
ï T - T - b ω = J dt e c0 e e e e
dω ) 2）
í T - T -( b + b ω - T =(J + J ) dt ccm （ m c0 c0 m ccm c1 c0 m ï dω T -T -b c1ω c1 =J dt c1 î c1 v v式中， Te为发动机起动阻力矩。
c.
发动机起动成功后进入正常运行状态，其输出扭
C0
矩经 离合器传递给传动系统驱动车辆行驶，其动力学方程为：
dω ì
ï T - T - b ω = J dt e e c0 e e e
dω
í T + T -( b + b ) ω - T =(J + J ) ccm （ 3）
c0 m c0 m ccm c1 c0 m dt ï dω T -T -b c1ω c1 =J dt c1 î c1 v v
湿式离合器处于滑摩状态时，离合器传递的扭矩主要与作用压力相关，其计算式为：
= ( - ) 4）
T nμ A R P P （ c0 c0 c0 c0 in sp R3o R3i 2( - ) = 5）
R （ R2o R2i c0 3( - )式中， n为离合器摩擦面数； μc0为离合器摩擦因数； Ac0为活塞作用面积； Rc0为摩擦片有效半径； Pin为液压油缸控制压力； Psp为湿式离合器回位弹簧压力； Ri、Ro分别为摩擦片内、外半径。离合器辅助发动机起动过程中，如果离合器控制不当会使车辆出现顿挫或前冲感，为此采用冲击度对离合
:器控制平顺性进行评价[7]，其表达式为
= da = d2
J r ω 6） w v dt i0i dt2 （ g
式中，为冲击度； j ωv为变速器输入轴角速度； rw为车轮半径， ig为挡位传动比， i0为主减速器传动比。