插電式混合動力汽車雙離合動力系統(tǒng)發(fā)動機啟動優(yōu)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(tǒng)雙離合器的結(jié)構(gòu)特點，對純電動工作模式切換到發(fā)動機單獨驅(qū)動模式的過程進行力學(xué)特性研究。在Matlab/Simulink平臺建立動力學(xué)仿真模型，以變速器速比、目標(biāo)結(jié)合轉(zhuǎn)速、發(fā)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(diào)節(jié)發(fā)動機在不同初始工況下的啟動特性優(yōu)化插電式混合動力汽車工作模式切換的平順度。結(jié)果表明，提出的發(fā)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(guān)鍵詞：插電式混合動力；雙離合動力系統(tǒng)；沖擊度；接合特性；發(fā)動機啟動特性

中圖分類號：U463.23文獻標(biāo)文獻標(biāo)識碼：A文獻標(biāo)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(tǒng)主要由發(fā)動機、ISG電機以及無級變速器（Continuously VariableTransmission，CVT）組成。CVT取代傳統(tǒng)

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(zhì)。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(chǎn)生的離合器沖擊度和切換平順性問題僅靠CVT是無法優(yōu)化的。如何提高該新型雙離合混合動力系統(tǒng)不同工作模式切換的平順性，已經(jīng)成為人們關(guān)注和研究的重點。

文獻[1]通過對混合動力系統(tǒng)在換擋過程中的動力源協(xié)調(diào)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(jù)不同的行駛工況和行駛里程來修正發(fā)動機啟停時刻的蓄電池荷電狀態(tài)（State of Charge，SOC）值，可有效縮短發(fā)動機運行時間，降低油耗和能量損失。文獻[3]結(jié)合CVT速比控制，提出根據(jù)車速、節(jié)氣門開度和發(fā)動機目標(biāo)轉(zhuǎn)速計算行駛需求功率的算法，并將該算法運用于動態(tài)邏輯門限控制策略，解決了模式切換的平順性、動力性、經(jīng)濟性的優(yōu)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(fā)動機進行控制，或只對CVT速比進行控制，尚未結(jié)合雙離合系統(tǒng)的動力學(xué)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(tǒng)工作時的動力特性，在此基礎(chǔ)上建立Simulink仿真模型，采用發(fā)動機、ISG電機、CVT綜合控制的方法，對發(fā)動機的啟動沖擊度進行分析。結(jié)合最優(yōu)指標(biāo)，總結(jié)出能夠達(dá)到指標(biāo)的發(fā)動機啟動方式。

1 插電式混合動力汽車的力學(xué)特性分析

1.1插電式混合動力汽車動力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性分析

本文研究的插電式混合動力汽車雙離合四驅(qū)混合動力系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖和整車參數(shù)如圖1和表1所示。

該混合動力汽車的結(jié)構(gòu)特點為：動力源由ISG電機和發(fā)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(fā)動機、ISG電機和變速器呈串聯(lián)布置；ISG電機由電機控制器控制，由電池組驅(qū)動；發(fā)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(jié)構(gòu)的混合動力汽車具有怠速啟停、發(fā)動機單獨驅(qū)動、電機助力、輕載充電和制動能量回收的功能，可實現(xiàn)較高的燃油經(jīng)濟性。實際運行中，純電動模式由2#電機驅(qū)動來實現(xiàn)。本文主要以純電動模式切換到發(fā)動機單獨驅(qū)動模式為例分析發(fā)動機啟動時對車輛的沖擊度。

1.2 動力系統(tǒng)動力學(xué)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(fā)動機單獨驅(qū)動模式下的動力學(xué)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(yīng)發(fā)動機單獨驅(qū)動或電機助力驅(qū)動模式。2#離合器實現(xiàn)動力的短暫中斷和接合，以完成模式切換過程。

3 結(jié)論

為了完整分析插電式混合動力汽車雙離合動力系統(tǒng)由純電動工作模式切換到發(fā)動機單獨驅(qū)動模式的動力學(xué)特性，在Matlab/ Simulink平臺建立動力學(xué)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)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(diào)節(jié)發(fā)動機輸出控制因子，讓系統(tǒng)工作在滿足評價標(biāo)準(zhǔn)的范圍，從而對系統(tǒng)工作模式切換時發(fā)動機最優(yōu)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。

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