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(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行合理的調(diào)整，本文主要是全面分析了低負(fù)荷發(fā)電工況，探討了換擋進(jìn)行中，混合發(fā)動(dòng)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的主要對策。

混合動(dòng)力；汽車發(fā)動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速控制；策略

目前來看在進(jìn)行混合動(dòng)力汽車的研制中，發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)生劇烈的轉(zhuǎn)速振蕩，很大程度上降低了驅(qū)動(dòng)的效率，不利于經(jīng)濟(jì)性的實(shí)現(xiàn)。雖然離合器能夠改善動(dòng)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(dòng)機(jī)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(dòng)也會越高。所以針對這種現(xiàn)象來說，必須要做好發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，使其發(fā)揮作用，防止發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速波動(dòng)的發(fā)生。

1 混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的有效實(shí)現(xiàn)

1）利用控制器對轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，簡單地說也就是對發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣門開度進(jìn)行控制，油門踏板位置的傳感器對轉(zhuǎn)矩要求進(jìn)行信息接收，控制器對實(shí)際狀況進(jìn)行考量，對能源消耗和排放進(jìn)行有效優(yōu)化，將請求信號發(fā)至EMS，而后，借助模擬信號，實(shí)現(xiàn)對電控節(jié)氣門開度的控制，實(shí)現(xiàn)對發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)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(shí)現(xiàn)。此時(shí)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(jìn)行計(jì)算，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需要，進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，滿足抵抗振蕩的需要，達(dá)到抗飽和積分的作用。對于電控節(jié)氣門來說，其特點(diǎn)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(lì)的變化來進(jìn)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(jìn)行簡單的控制。然而PID控制的特點(diǎn)是不需要對被控對象的數(shù)量模型進(jìn)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)。

2 對并聯(lián)混合動(dòng)力汽車的轉(zhuǎn)速控制特點(diǎn)的分析

并聯(lián)混合動(dòng)力汽車主要是指發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)可以借助變速箱前端的轉(zhuǎn)矩禍合器，實(shí)現(xiàn)對整車動(dòng)力的有效供給，動(dòng)力總成結(jié)構(gòu)比較緊湊，操作性強(qiáng)，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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速問題。這種混合動(dòng)力的汽車存在諸多情況需要面對：主要是混合驅(qū)動(dòng)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(dòng)汽車工況較多，在工況切換的過程中，電動(dòng)機(jī)首先要進(jìn)行空載狀態(tài)的切換，使得發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載出現(xiàn)突然增大或者減少的狀態(tài)，也有可能全負(fù)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(jìn)行調(diào)整，實(shí)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(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速振動(dòng)而帶來的不舒適的感覺。再次，混合動(dòng)力汽車由于增加主電動(dòng)機(jī)，提升了整個(gè)系統(tǒng)的慣性。在進(jìn)行換檔的時(shí)候，動(dòng)力中斷，在進(jìn)行調(diào)整的過程中，要保證發(fā)動(dòng)機(jī)有效運(yùn)轉(zhuǎn)，減少換檔時(shí)間的耽擱，提高整車的動(dòng)力效果，要減少系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。由此可見，對混合動(dòng)力汽車轉(zhuǎn)速的控制，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和價(jià)值。

3 混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制的具體對策

3.1 對低負(fù)荷轉(zhuǎn)速的有效控制

1）對于混合動(dòng)力汽車來說，若是其發(fā)動(dòng)機(jī)處于一個(gè)低負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)中，并且其工作區(qū)域的效率很差，主要采用ISG驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)的，要權(quán)衡經(jīng)濟(jì)性和排放之間的關(guān)系。

2）對于混合動(dòng)氣汽車而言，對發(fā)動(dòng)機(jī)的優(yōu)化至關(guān)重要。內(nèi)燃機(jī)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(dòng)力汽車在油耗和排放方面的要求。在對發(fā)動(dòng)機(jī)性能進(jìn)行優(yōu)化的時(shí)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(gè)科學(xué)合理的措施對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行優(yōu)化。對于混合動(dòng)力汽車低負(fù)荷發(fā)電的工況，其轉(zhuǎn)速的控制需要在如下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：首先，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速以及節(jié)氣門開度，整車EUC處于低車速低負(fù)荷位置，需要發(fā)號指令，這樣將會導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)斷油現(xiàn)象，這樣會使電機(jī)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)整車運(yùn)行。其次，整車的扭矩若超過發(fā)動(dòng)機(jī)最大的扭矩，這樣電機(jī)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(dòng)機(jī)處于低效率位置，電機(jī)置于發(fā)動(dòng)機(jī)為電池組進(jìn)行充電，以此來提升符合率。在這個(gè)時(shí)候，發(fā)動(dòng)機(jī)將會處于一個(gè)效率最大值，這樣將會在一定程度促進(jìn)燃油率的提升。同時(shí)若是在此時(shí)，其發(fā)動(dòng)機(jī)的符合的效率較高，則是可以借助負(fù)荷的提升來達(dá)到效率的提升。第四，如果整車制動(dòng)，節(jié)氣門的打開可以借助氣門驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部壓力會發(fā)生急速降低，以此來充分的促進(jìn)電機(jī)發(fā)電對能量的回收。第五，若是相關(guān)的整車處于一個(gè)較長的跟車工況，那么會導(dǎo)致ISG的發(fā)電負(fù)荷無法有效滿足發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，無法對其提升，指導(dǎo)其能夠達(dá)到高效區(qū)。這時(shí)，可以將一些個(gè)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(dòng)變速器和干式離合器的前提下，ATM達(dá)到自動(dòng)換檔，結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)的具體轉(zhuǎn)速等，控制單元進(jìn)行信息判定，借助特殊的換檔規(guī)律，實(shí)現(xiàn)對油門開度的操縱，同時(shí)，也能實(shí)現(xiàn)對離合器的有效控制，達(dá)到對變速器檔位的有效選擇。在這次操縱中，發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行控制，都要以滿足兩個(gè)目標(biāo)為主，分別是整車對動(dòng)力性的要求以及整車的燃油經(jīng)濟(jì)性。為了實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)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(shí)現(xiàn)動(dòng)力和燃油的最佳，缺乏發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速控制很難實(shí)現(xiàn)。

3）在進(jìn)行汽車換擋的過程中，一定要根據(jù)油門踏板來對發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)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(jìn)行相關(guān)的控制，這樣可以借助油門踏板來進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)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(dòng)、低噪聲。但是，鑒于整車慣性的提升，汽車車速會因?yàn)樽枇Χ鴮?shí)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一致，從而來減少離合器主從動(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q，目的是保證換檔的順利進(jìn)行。對于發(fā)動(dòng)起轉(zhuǎn)速的控制主要分為四個(gè)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速必須進(jìn)行升高。（3）對于起步過程，離合器的主從動(dòng)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(shí)，要求發(fā)動(dòng)機(jī)也結(jié)合車速進(jìn)行有效調(diào)整，防止出現(xiàn)不合適的轉(zhuǎn)速振動(dòng)。

4 結(jié)論

綜上，結(jié)合混合動(dòng)力汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際需要，為了實(shí)現(xiàn)對轉(zhuǎn)速震蕩的有效控制，要結(jié)合發(fā)動(dòng)機(jī)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(jìn)行不同工況轉(zhuǎn)速控制措施的有效分析，使得轉(zhuǎn)速達(dá)到期望值，防止較大震蕩的發(fā)生，滿足整車設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)和需要。

[1]李天宇.混合動(dòng)力工程車輛自動(dòng)變速換擋策略及控制方法研究[D].吉林大學(xué)，2014.

[2]李曉英.混合動(dòng)力汽車輔助動(dòng)力單元控制系統(tǒng)研究[D].吉林大學(xué)，2004.

U46

A

1674-6708（2015）148-0062-02