插電式混合動力汽車雙離合動力系統發動機啟動優化分析

柳士江++周文競++朱玉光++陳龍++盤朝奉

摘 要：針對插電式混合動力汽車動力系統雙離合器的結構特點，對純電動工作模式切換到發動機單獨驅動模式的過程進行力學特性研究。在Matlab/Simulink平臺建立動力學仿真模型，以變速器速比、目標結合轉速、發動機啟動特性為變量著重分析離合器的接合特性以及沖擊度，通過調節發動機在不同初始工況下的啟動特性優化插電式混合動力汽車工作模式切換的平順度。結果表明，提出的發動機啟動特性能夠有效提高工作模式切換的平順度，降低離合器的沖擊度。

關鍵詞：插電式混合動力；雙離合動力系統；沖擊度；接合特性；發動機啟動特性

中圖分類號：U463.23文獻標文獻標識碼：A文獻標DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2015.05.03

本文研究的插電式混合動力汽車的動力系統主要由發動機、ISG電機以及無級變速器（Continuously VariableTransmission，CVT）組成。CVT取代傳統

的機械式自動變速器（Automated Mechanical Trans-mission，AMT），能夠很好地提高車輛換擋平順性和換擋品質。然而，對于該混合動力汽車，在不同工作模式之間切換的過程中產生的離合器沖擊度和切換平順性問題僅靠CVT是無法優化的。如何提高該新型雙離合混合動力系統不同工作模式切換的平順性，已經成為人們關注和研究的重點。

文獻[1]通過對混合動力系統在換擋過程中的動力源協調控制，縮短了換擋過程的動力中斷時間，降低了離合器的磨損。文獻[2]根據不同的行駛工況和行駛里程來修正發動機啟停時刻的蓄電池荷電狀態（State of Charge，SOC）值，可有效縮短發動機運行時間，降低油耗和能量損失。文獻[3]結合CVT速比控制，提出根據車速、節氣門開度和發動機目標轉速計算行駛需求功率的算法，并將該算法運用于動態邏輯門限控制策略，解決了模式切換的平順性、動力性、經濟性的優化問題。上述研究為了提高平順性，或只對動力源進行控制，或只對發動機進行控制，或只對CVT速比進行控制，尚未結合雙離合系統的動力學特性來研究通過對動力源和CVT同時控制解決工作模式切換平順性的問題。

本文著重分析了插電式混合動力汽車的動力系統工作時的動力特性，在此基礎上建立Simulink仿真模型，采用發動機、ISG電機、CVT綜合控制的方法，對發動機的啟動沖擊度進行分析。結合最優指標，總結出能夠達到指標的發動機啟動方式。

1 插電式混合動力汽車的力學特性分析

1.1插電式混合動力汽車動力系統結構特性分析

本文研究的插電式混合動力汽車雙離合四驅混合動力系統的結構示意圖和整車參數如圖1和表1所示。

該混合動力汽車的結構特點為：動力源由ISG電機和發動機共同組成，中間增加了1#離合器；在ISG電機和CVT中間加入2#離合器；發動機、ISG電機和變速器呈串聯布置；ISG電機由電機控制器控制，由電池組驅動；發動機、兩個離合器、兩個電機和變速器均由整車控制器控制。采用該結構的混合動力汽車具有怠速啟停、發動機單獨驅動、電機助力、輕載充電和制動能量回收的功能，可實現較高的燃油經濟性。實際運行中，純電動模式由2#電機驅動來實現。本文主要以純電動模式切換到發動機單獨驅動模式為例分析發動機啟動時對車輛的沖擊度。

1.2 動力系統動力學分析

工作模式的切換過程大致可分為以下階段：離合器分離階段、動力源啟動階段、2#離合器接合階段。本文建立的發動機單獨驅動模式下的動力學模型如圖2所示。研究對象為兩個離合器，1#離合器的接合對應發動機單獨驅動或電機助力驅動模式。2#離合器實現動力的短暫中斷和接合，以完成模式切換過程。

3 結論

為了完整分析插電式混合動力汽車雙離合動力系統由純電動工作模式切換到發動機單獨驅動模式的動力學特性，在Matlab/ Simulink平臺建立動力學系統的數學模型，著重分析了切換過程中的離合器接合特性、沖擊度，通過調節發動機輸出控制因子，讓系統工作在滿足評價標準的范圍，從而對系統工作模式切換時發動機最優啟動方式的制定有很大的參考作用，提高模式切換的平順性。

參考文獻（References）：

廖承林，張君智，盧青春. 混合動力轎車機械式自動變速器換擋過程中的動力系統協調控制法 [J].機械工程學報， 2005，41（12）：37-41.

Liao Chenglin，Zhang Junzhi，Lu Qingchun. Coordinated Powertrain Control Method for Shifting Process of Auto-mated Mechanical Transmission in the Hybrid Electric Vehicle [J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering，2005，41（12）：37-41. （in Chinese）

李獻菁，孫永正，鄧俊，等. 插電式串聯混合動力汽車發動機起停控制策略的優化 [J]. 汽車工程，2011，33（2）：112-117.

Li Xianjing，Sun Yongzheng，Deng Jun，et al. Optimi-zation of Control Strategy for Engine Start-Stop in a Plug-In Series Hybrid Electric Vehicle [J]. Automotive Engineering，2011，33（2）：112-117.（in Chinese）

張軍，周云山.基于CVT的混合動力汽車關鍵技術研究 [D]. 長沙：湖南大學，2012.

Zhang Jun，Zhou Yunshan. Key Technical Research of CVT Based Hybrid Electric Vehicle [D]. Changsha： Hunan University，2012. （in Chinese）

胡建軍，李光輝，伍國強，等.汽車起步過程離合器傳遞轉矩精確計算分析 [J]. 汽車工程，2008，30（12）： 1083-1086.

Hu Jianjun，Li Guanghui，Wu Guoqiang，et al. Accurate Calculation of Clutch Torque Transmission During Vehicle Starting [J]. Automotive Engineering，2008，30（12）：1083-1086. （in Chinese）

葉心，秦大同，胡明輝，等. ISG型中度混合動力AMT汽車換擋綜合控制 [J]. 汽車工程，2011，33（9）：798-804.

Ye Xin，Qin Datong，Hu Minghui，et al. Comprehensive Shifting Control of ISG type Medium Hybrid Electric Vehicle of AMT [J]. Automotive Engineering，2011，33（9）：798-804. （in Chinese）

劉永剛，胡明輝，秦大同. 混合動力總成臺架試驗報告 [D]. 重慶：重慶大學，2013.

Liu Yonggang，Hu Minghui，Qin Datong. Hybrid Power Train Test Report [D]. Chongqing：Chongqing University，2013. （in Chinese）

SMITH A，BUCKNOR N，Yang Hong，et al. Controls Development for Clutch-Assisted Engine Starts in a Parallel Hybrid Electric Vehicle [C]//SAE International，2011-01-0870.