祝 浩，徐家良 Zhu Hao，Xu Jialiang

雙電機(jī)混合動力車輛發(fā)動機(jī)起停機(jī)控制方法研究

祝 浩，徐家良
Zhu Hao，Xu Jialiang

（中國第一汽車集團(tuán)公司 新能源開發(fā)院，吉林 長春 130013）

針對雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型混合動力的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在城市低速工況下，整車驅(qū)動模式僅在純電動模式和串聯(lián)模式間切換，為保證模式切換的快速進(jìn)行，需要開發(fā)一套高效的發(fā)動機(jī)起停機(jī)控制方法，以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)快速的起機(jī)和停機(jī)控制。將發(fā)動機(jī)起機(jī)過程分為發(fā)動機(jī)拖動和工作點(diǎn)調(diào)整兩個階段，將停機(jī)過程分為工作點(diǎn)調(diào)整和發(fā)動機(jī)降轉(zhuǎn)速兩個階段，基于整車的驅(qū)動模式請求，可在起停機(jī)各個階段之間靈活跳轉(zhuǎn)，快速實現(xiàn)發(fā)動機(jī)起機(jī)和停機(jī)控制，最后進(jìn)行試驗驗證，結(jié)果表明，起停機(jī)策略能夠及時完成發(fā)動機(jī)起停機(jī)控制，支持整車驅(qū)動模式切換。

雙電機(jī)；混合動力；模式切換；起停機(jī)控制

0 引 言

進(jìn)入新世紀(jì)以來，國內(nèi)汽車保有量不斷攀升，導(dǎo)致每年需進(jìn)口大量石油。電動車被證明是降低機(jī)動車石油消耗的一個較好方案，但里程焦慮問題限制了純電動汽車的推廣使用。HEV（Hybrid Electric Vehicle，混合動力汽車）被證明是純電動汽車普及前一個較好的過渡方案[1-2]，其中雙電機(jī)混聯(lián)式構(gòu)型被國內(nèi)各大主機(jī)廠認(rèn)為是實現(xiàn)HEV的一個較好方案[3-8]。

現(xiàn)有學(xué)者多聚焦于起停機(jī)條件判斷[9-10]，發(fā)動機(jī)起動過程中的基本燃燒理論[11]，以及發(fā)動機(jī)起機(jī)后串聯(lián)模式下的能量分配管理[12]，但是對于車輛從純電動模式下快速起機(jī)進(jìn)入到串聯(lián)模式，以及從串聯(lián)模式下迅速停機(jī)進(jìn)入純電動模式，即快速完成模式切換，同樣重要。在分析起停機(jī)過程中發(fā)動機(jī)、發(fā)電機(jī)工作過程的基礎(chǔ)上，對起機(jī)和停機(jī)過程進(jìn)行階段劃分，在各階段中，發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)分別通過一定的操作協(xié)調(diào)配合完成起機(jī)和停機(jī)操作；另外，由于整車模式請求存在不確定性，會存在起機(jī)過程中再次停機(jī)，以及停機(jī)過程中再次起機(jī)，所以對這種情況也進(jìn)行了分析和試驗。

1 雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型特性分析

1.1 雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)特征

圖1為雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖，動力系統(tǒng)主要包括發(fā)動機(jī)、驅(qū)動電機(jī)、發(fā)電機(jī)、動力電池組、機(jī)械耦合器。發(fā)電機(jī)始終與發(fā)動機(jī)相連，主要用于起動發(fā)動機(jī)和發(fā)電；驅(qū)動電機(jī)用于驅(qū)動行駛和制動能量回收；當(dāng)離合器分離時，整個系統(tǒng)為串聯(lián)構(gòu)型；當(dāng)離合器結(jié)合后，整個系統(tǒng)為并聯(lián)構(gòu)型。

圖1 雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)圖

在圖1雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型中，傳統(tǒng)的變速箱被耦合器所取代，耦合器將驅(qū)動電機(jī)、發(fā)動機(jī)/發(fā)電機(jī)以及離合器連在一起，離合器位于發(fā)動機(jī)和驅(qū)動電機(jī)之間。發(fā)電機(jī)始終與發(fā)動機(jī)相連，主要用于發(fā)電，驅(qū)動電機(jī)與驅(qū)動輪相連，用于驅(qū)動行駛，在減速和制動時，驅(qū)動電機(jī)可以回收能量對動力電池進(jìn)行充電。

1.2 雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型驅(qū)動模式分析

根據(jù)雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，整車工作模式分為以下3種。

（1）純電動模式。

圖2 純電動模式系統(tǒng)能量流圖

在純電動模式下，發(fā)動機(jī)保持停機(jī)狀態(tài)，發(fā)電機(jī)保持零扭矩狀態(tài)，離合器打開，發(fā)動機(jī)與驅(qū)動輪間無動力連接，動力電池輸出能量供驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動車輛前進(jìn)，或驅(qū)動電機(jī)回收能量向動力電池充電，能量只在驅(qū)動電機(jī)和動力電池間轉(zhuǎn)移，如圖2所示。純電動模式多發(fā)生在車輛對驅(qū)動功率需求不大并且電池電量足夠的情況下；在串聯(lián)工況下，當(dāng)驅(qū)動電機(jī)進(jìn)行制動能量回收時，為保證動力電池有足夠的充電功率吸收驅(qū)動電機(jī)的回收功率，此時發(fā)動機(jī)也會停機(jī)進(jìn)入純電動模式。

（2）串聯(lián)模式。

在串聯(lián)模式下，離合器依然保持打開狀態(tài)，發(fā)動機(jī)燃燒輸出扭矩，發(fā)電機(jī)輸出負(fù)扭矩來平衡發(fā)動機(jī)扭矩，并將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在期望轉(zhuǎn)速上以保證一定的發(fā)電功率輸出，此時車輛依然由驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動。在串聯(lián)模式下，基于動力電池的充放電情況，串聯(lián)模式又可分為3種模式：串聯(lián)驅(qū)動模式、串聯(lián)發(fā)電機(jī)模式和串聯(lián)助力模式。在串聯(lián)驅(qū)動模式下，如圖3所示，發(fā)電機(jī)輸出的功率正好全部用于驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，動力電池沒有充放電；在串聯(lián)發(fā)電機(jī)模式下，如圖4所示，發(fā)電機(jī)輸出功率大于驅(qū)動電機(jī)的消耗功率發(fā)電機(jī)輸出功率除用于驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動以外，還向動力電池充電；在串聯(lián)助力模式下，如圖5所示，當(dāng)驅(qū)動電機(jī)的驅(qū)動功率較大時，比如高車速下急加速，此時發(fā)動機(jī)輸出功率無法滿足驅(qū)動電機(jī)的功率消耗，不足部分由動力電池輸出能量，此時發(fā)電機(jī)和動力電池共同提供能量來驅(qū)動車輛。

圖3 串聯(lián)驅(qū)動模式系統(tǒng)能量流圖

圖4 串聯(lián)發(fā)電模式系統(tǒng)能量流圖

圖5 串聯(lián)助力模式系統(tǒng)能量流圖

（3）并聯(lián)模式。

并聯(lián)模式下，離合器吸合，發(fā)電機(jī)工作在零扭矩隨轉(zhuǎn)模式，發(fā)動機(jī)輸出扭矩直接傳遞至車輪，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和車速呈固定速比關(guān)系，類似傳統(tǒng)車上高速擋；在滑行時，驅(qū)動電機(jī)可回收能量向動力電池充電，輕微加速時，驅(qū)動電機(jī)可提供一定的助力，同時，當(dāng)整車驅(qū)動功率需求較小時，為保證發(fā)動機(jī)工作在較經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷點(diǎn)，發(fā)動機(jī)可邊驅(qū)動車輛邊帶動驅(qū)動電機(jī)發(fā)電，多余的能量儲存于動力電池中，如圖6所示。

2 純電與串聯(lián)模式間切換起停機(jī)需求分析

雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型節(jié)能的原理是：當(dāng)整車驅(qū)動功率較小時或車速較低時，整車工作在串聯(lián)模式，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與車速解耦，發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)可自由工作在低油耗經(jīng)濟(jì)區(qū)，雖然能量轉(zhuǎn)換效率不如發(fā)動機(jī)直驅(qū)模式，但是通過提高了發(fā)動機(jī)燃燒效率從而彌補(bǔ)了能量轉(zhuǎn)換效率的損失，即實現(xiàn)了總能量利用率較高；當(dāng)車速較高時，整車驅(qū)動功率適中，此時選擇工作在并聯(lián)模式，發(fā)動機(jī)輸出扭矩直接用于驅(qū)動車輛前進(jìn)，由于此時車速較高，因此發(fā)動機(jī)可工作在經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速和負(fù)荷點(diǎn)上，此時相當(dāng)于傳統(tǒng)車的高速擋。

2.1 純電到串聯(lián)模式切換起機(jī)需求分析

基于整車的驅(qū)動模式分析，純電到串聯(lián)模式切換的條件是：整車驅(qū)動功率與動力電池充電功率之和較大，使得發(fā)動機(jī)可以工作在低油耗經(jīng)濟(jì)區(qū)，或是電池可用放電功率即將不滿足整車驅(qū)動功率需求。特別是針對后一個條件，此時需要發(fā)動機(jī)迅速起機(jī)并燃燒輸出功率，以滿足整車的驅(qū)動功率需求，保證駕駛性。

因此，從純電模式切換到串聯(lián)模式對起機(jī)的需求是，發(fā)電機(jī)需要快速將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速拖至較高，盡快掠過發(fā)動機(jī)低轉(zhuǎn)速共振區(qū)，同時發(fā)動機(jī)在相位同步后快速點(diǎn)火燃燒輸出扭矩，發(fā)電機(jī)需要從輸出正扭矩拖動發(fā)動機(jī)迅速轉(zhuǎn)換為輸出負(fù)扭矩發(fā)電，同時盡快使發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速爬升至目標(biāo)轉(zhuǎn)速點(diǎn)以保證一定的功率輸出。

2.2 串聯(lián)到純電模式切換停機(jī)需求分析

在串聯(lián)模式下，發(fā)動機(jī)工作在經(jīng)濟(jì)區(qū)發(fā)電，根據(jù)發(fā)動機(jī)的油耗特性，此時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與負(fù)荷皆較高。當(dāng)整車有純電驅(qū)動模式請求時，發(fā)動機(jī)需要從當(dāng)前工作點(diǎn)迅速降低轉(zhuǎn)速和負(fù)荷直至停機(jī)。為了提升停機(jī)過程中NVH（Noise、Vibration、Harshness，噪聲、振動、聲振粗糙度）特性，需要發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速快速掠過低速共振區(qū)，因此停機(jī)過程中發(fā)電機(jī)會輸出一定的負(fù)扭矩來快速降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

對于發(fā)動機(jī)降負(fù)荷的方式，第1種方式是發(fā)電機(jī)先將發(fā)動機(jī)維持在當(dāng)前轉(zhuǎn)速，同時發(fā)動機(jī)降扭，待發(fā)動機(jī)扭矩完全降低后再通過發(fā)電機(jī)輸出負(fù)扭矩來快速降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速；第2種方式是發(fā)動機(jī)降低扭矩的同時，發(fā)電機(jī)增大負(fù)扭矩來壓低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速直至停機(jī)。對于第2種發(fā)動機(jī)降負(fù)荷方式，發(fā)動機(jī)降扭矩和降轉(zhuǎn)速同步進(jìn)行，發(fā)動機(jī)降扭過程中轉(zhuǎn)速偏離了經(jīng)濟(jì)區(qū)，降扭過程中發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性相比第1種方式變差；另外，當(dāng)發(fā)動機(jī)降負(fù)荷和降轉(zhuǎn)速同步進(jìn)行時，由于發(fā)動機(jī)扭矩響應(yīng)較慢，在降扭初期可以認(rèn)為是在發(fā)動機(jī)扭矩不變的情況下降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，因此發(fā)電機(jī)需要提供更大的負(fù)扭矩才能壓低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，為此發(fā)電機(jī)需輸出更大的發(fā)電機(jī)功率。整車進(jìn)入純電模式多是在整車驅(qū)動功率很小或是處于能量回收階段，即驅(qū)動電機(jī)沒有功率消耗或是在能量回收，而發(fā)電機(jī)此時輸出了更大的發(fā)電機(jī)功率，所以當(dāng)?shù)蜏仉姵乜捎贸潆姽β什蛔銜r，會導(dǎo)致電池過充，影響電池壽命。

基于上述分析，在停機(jī)過程中，發(fā)電機(jī)先通過轉(zhuǎn)速控制模式維持當(dāng)前經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)同步完成降扭，此時發(fā)電機(jī)從輸出發(fā)電功率轉(zhuǎn)換為消耗正功率，當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩完全降低后，發(fā)電機(jī)輸出負(fù)扭矩來輔助降低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

2.3 純電與串聯(lián)模式切換中起停機(jī)意圖改變需求分析

在實車環(huán)境下，由于整車所處工況的不確定性，整車的驅(qū)動模式請求也存在不確定性，因此在發(fā)動機(jī)起停機(jī)過程中，存在因為整車驅(qū)動模式請求發(fā)生改變導(dǎo)致再次返回到起停機(jī)操作之前狀態(tài)的可能，即發(fā)動機(jī)起停機(jī)過程中存在起停機(jī)意圖改變需求。

當(dāng)起停機(jī)過程中發(fā)生起停機(jī)意圖改變需求，應(yīng)立即停止當(dāng)前的起停機(jī)操作并迅速完成新的起停機(jī)控制，以滿足整車的功率需求。

3 建模與實車功能驗證

3.1 軟件建模實現(xiàn)

根據(jù)上述分析，起停機(jī)控制模塊在整個軟件策略中的作用是，整車驅(qū)動模式管理模塊根據(jù)車輛當(dāng)前的狀態(tài)判斷車輛的目標(biāo)驅(qū)動模式，并向起停機(jī)控制模塊發(fā)出起停機(jī)控制請求，起停機(jī)控制模塊接收到起停機(jī)請求后，通過控制發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)完成發(fā)動機(jī)起停機(jī)操作，待起停機(jī)完成后整車驅(qū)動模式分別進(jìn)入純電動模式或串聯(lián)模式，如圖7所示。

（1）起機(jī)過程。

對于起機(jī)過程，根據(jù)上述的需求分析，將起機(jī)過程分為2個階段：發(fā)電機(jī)拖機(jī)階段和發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段。

在發(fā)電機(jī)拖機(jī)階段，發(fā)電機(jī)輸出正扭矩來將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速拖至一定的轉(zhuǎn)速值，此轉(zhuǎn)速值應(yīng)大于發(fā)動機(jī)的怠速轉(zhuǎn)速。發(fā)電機(jī)拖動發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速升高的目的是使發(fā)動機(jī)盡快完成相位同步，同時盡快掠過低速發(fā)動機(jī)共振區(qū)，因此發(fā)電機(jī)拖動發(fā)動機(jī)正扭矩的計算可通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速查表獲取，同時為避免拖動發(fā)動機(jī)消耗功率過大，拖動階段發(fā)電機(jī)功率消耗應(yīng)該小于設(shè)定限值。

在發(fā)電機(jī)拖機(jī)階段，當(dāng)發(fā)動機(jī)上報相位已至同步狀態(tài)后，意味著發(fā)動機(jī)已經(jīng)可以進(jìn)行噴油燃燒，HCU（Hybrid vehicle Control Unit，新能源整車控制器）隨后向發(fā)動機(jī)發(fā)送請求扭矩值，此請求扭矩值等于串聯(lián)模式下發(fā)動機(jī)目標(biāo)扭矩值，在HCU向發(fā)動機(jī)請求扭矩的同時，HCU將發(fā)電機(jī)的拖機(jī)扭矩置零；發(fā)動機(jī)在響應(yīng)HCU請求扭矩后，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速上升，待發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速超過HCU請求扭矩的轉(zhuǎn)速一定值后，認(rèn)為發(fā)動機(jī)已經(jīng)點(diǎn)火成功，發(fā)電機(jī)拖機(jī)階段結(jié)束，進(jìn)入到發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段。

在發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，HCU向發(fā)動機(jī)請求的扭矩依然等于串聯(lián)模式下發(fā)動機(jī)目標(biāo)扭矩值，發(fā)電機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制，輸出一定的負(fù)扭矩將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在串聯(lián)模式下發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速值上。

待發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩與串聯(lián)模式下發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速、扭矩的偏差小于一定的限值后，認(rèn)為發(fā)動機(jī)起機(jī)過程結(jié)束，整車進(jìn)入到串聯(lián)驅(qū)動模式。

（2）停機(jī)過程。

對于停機(jī)過程，根據(jù)上述需求分析，將停機(jī)過程分為兩個階段，發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段和發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段。

在發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，HCU向發(fā)動機(jī)請求的扭矩從當(dāng)前值逐步降低至零，在發(fā)動機(jī)降扭的過程中，發(fā)電機(jī)通過調(diào)整自身扭矩將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在停機(jī)過程初始時的轉(zhuǎn)速，當(dāng)發(fā)動機(jī)扭矩降低到零后，發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段結(jié)束，進(jìn)入到停機(jī)第2階段，即發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段。

在發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段，其控制需求是快速將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速降低至零以掠過低速共振區(qū)，同時保證此階段發(fā)電機(jī)輸出發(fā)電機(jī)功率不超過動力電池允許的充電功率限值，此階段發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)負(fù)扭矩通過發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速查表得到，從進(jìn)入此階段開始，HCU向發(fā)動機(jī)發(fā)出斷油請求，以保證發(fā)動機(jī)不再燃燒。發(fā)電機(jī)輸出負(fù)扭矩逐步增大，待發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速接近零時，為避免反轉(zhuǎn)，HCU將發(fā)電機(jī)的輔助停機(jī)扭矩設(shè)置為零。

待發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速等于零后，認(rèn)為發(fā)動機(jī)停機(jī)過程結(jié)束，整車進(jìn)入到純電動驅(qū)動模式。

對于起機(jī)過程和停機(jī)過程的發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，都是HCU向發(fā)動機(jī)請求一定的扭矩值，同時HCU通過發(fā)電機(jī)輸出扭矩對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制，因此可以將起機(jī)和停機(jī)過程中的發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段合并為一個階段，通過不同的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速、扭矩目標(biāo)值來區(qū)分。

（3）起停機(jī)過程中的起停機(jī)意圖改變操作。

當(dāng)發(fā)動機(jī)起機(jī)過程處于發(fā)電機(jī)拖機(jī)階段時，如果整車驅(qū)動模式模塊發(fā)出了停機(jī)請求，由于此時發(fā)動機(jī)可能并未燃燒，或是雖然燃燒但是扭矩并不大，因此可直接進(jìn)入到停機(jī)過程發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段。

當(dāng)發(fā)動機(jī)起機(jī)過程處于發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段時，如果此時有停機(jī)請求，則將發(fā)動機(jī)目標(biāo)扭矩設(shè)置為零，將發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)置為當(dāng)前值，待發(fā)動機(jī)降扭完成后，進(jìn)入到發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段。

當(dāng)發(fā)動機(jī)停機(jī)過程處于發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段時，如果此時有起機(jī)請求，則將發(fā)動機(jī)目標(biāo)扭矩設(shè)置為串聯(lián)目標(biāo)扭矩，將發(fā)動機(jī)目標(biāo)轉(zhuǎn)速設(shè)置為串聯(lián)目標(biāo)轉(zhuǎn)速，待發(fā)動機(jī)實際扭矩轉(zhuǎn)速在目標(biāo)值附近后，起機(jī)過程結(jié)束。

當(dāng)發(fā)動機(jī)停機(jī)過程處于發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段時，如果此時有起機(jī)請求，則立即進(jìn)入起機(jī)過程發(fā)電機(jī)拖動階段，待發(fā)動機(jī)點(diǎn)火燃燒成功后進(jìn)入到起機(jī)過程發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，待發(fā)動機(jī)實際扭矩轉(zhuǎn)速在目標(biāo)值附近后，起機(jī)過程結(jié)束。

起停機(jī)過程流程圖如圖8所示。

3.2 實車驗證

在某款雙電機(jī)混合動力車上進(jìn)行起停機(jī)算法驗證，試驗車主要動力部件參數(shù)見表1。

圖8 起停機(jī)控制程序流程圖

表1 試驗車主要部件參數(shù)

起停機(jī)過程中所用到的整車驅(qū)動模式請求和起停機(jī)控制階段數(shù)值定義見表2。

表2 起停機(jī)相關(guān)模式參數(shù)定義

由于發(fā)動機(jī)和發(fā)電機(jī)通過齒輪連接，二者轉(zhuǎn)速呈固定速比關(guān)系，同時發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速在低速下精度較差，為清晰表達(dá)起停機(jī)過程中的發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速變化，以下各圖中均以發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速來表示發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速。

圖9為一個完整的起機(jī)過程中數(shù)據(jù)采集結(jié)果，在純電動運(yùn)行模式下，當(dāng)整車驅(qū)動模式模塊發(fā)出串聯(lián)運(yùn)行模式請求后，發(fā)動機(jī)起停機(jī)模塊先后經(jīng)歷發(fā)電機(jī)拖機(jī)階段和發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段，最后整車進(jìn)入串聯(lián)運(yùn)行模式。在此過程中，發(fā)電機(jī)先輸出正扭矩拖動發(fā)動機(jī)，待發(fā)動機(jī)達(dá)到相位同步狀態(tài)后，HCU向發(fā)動機(jī)請求扭矩，在發(fā)動機(jī)輸出扭矩使得轉(zhuǎn)速開始上升后，發(fā)電機(jī)開始輸出負(fù)扭矩，最后將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定在一個設(shè)定轉(zhuǎn)速上。

圖9 完整起機(jī)過程

圖10為一個完整的停機(jī)過程中數(shù)據(jù)采集結(jié)果，在串聯(lián)運(yùn)行模式下，當(dāng)整車驅(qū)動模式模塊發(fā)出純電動運(yùn)行模式請求后，發(fā)動機(jī)起停機(jī)模塊先后經(jīng)歷發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整階段和發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段，最后整車進(jìn)入串聯(lián)運(yùn)行模式。在發(fā)動機(jī)降扭的同時，發(fā)電機(jī)為了將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在當(dāng)前轉(zhuǎn)速上，發(fā)電機(jī)扭矩會逐漸變大，在發(fā)動機(jī)扭矩降到零后，進(jìn)入發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段，在此階段，發(fā)電機(jī)開始逐步輸出負(fù)扭矩，直至將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速壓低至一定值。

圖10 完整停機(jī)過程

圖11為在起機(jī)過程第1階段中再次進(jìn)入停機(jī)過程的數(shù)據(jù)。由于在起機(jī)過程發(fā)電機(jī)拖動階段發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速并不高，發(fā)動機(jī)扭矩也不大，當(dāng)此時有停機(jī)請求時，直接進(jìn)入停機(jī)過程發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)階段，發(fā)電機(jī)從輸出正扭矩拖動發(fā)動機(jī)迅速變?yōu)檩敵鲐?fù)扭矩壓低發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速從當(dāng)前轉(zhuǎn)速迅速降低。

圖11 起機(jī)第1階段再次停機(jī)過程

圖12為在起機(jī)過程第2階段中再次進(jìn)入停機(jī)過程的數(shù)據(jù)。在起機(jī)過程第2階段，發(fā)動機(jī)扭矩已經(jīng)較大，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)沖高至一定值，當(dāng)此時有停機(jī)請求時，發(fā)動機(jī)快速降扭，而發(fā)電機(jī)從輸出負(fù)扭矩迅速變?yōu)檩敵稣ぞ貋砭S持發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，待發(fā)動機(jī)扭矩降低至零后，進(jìn)入到停機(jī)過程第2階段，隨后完成整個停機(jī)過程。

圖13為在停機(jī)過程第1階段中再次進(jìn)入起機(jī)過程的數(shù)據(jù)。在停機(jī)過程第1階段，發(fā)動機(jī)降扭，發(fā)電機(jī)將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速維持在當(dāng)前值，當(dāng)再次發(fā)出起機(jī)請求后，由于發(fā)動機(jī)已經(jīng)完成相位同步，此時只需要再次增加扭矩即可，發(fā)電機(jī)在此過程中依然進(jìn)行轉(zhuǎn)速控制。當(dāng)發(fā)動機(jī)負(fù)荷升至目標(biāo)值附近后，再次進(jìn)入到串聯(lián)驅(qū)動模式。

圖14為在停機(jī)過程第2階段中再次進(jìn)入起機(jī)過程的數(shù)據(jù)。在停機(jī)第2階段，發(fā)動機(jī)扭矩已經(jīng)完全降低，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速也已經(jīng)降低到一定值，當(dāng)此時再次發(fā)出起機(jī)請求后，發(fā)電機(jī)需要先將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速拖高至一定值，即進(jìn)入到起機(jī)第1階段，隨后進(jìn)入到起機(jī)第2階段，完成整個起機(jī)過程。

圖12 起機(jī)第2階段再次停機(jī)過程

圖13 停機(jī)第1階段再次起機(jī)過程

圖14 停機(jī)第2階段再次起機(jī)過程

4 總 結(jié)

在分析雙電機(jī)混聯(lián)構(gòu)型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)整車的控制需求，將發(fā)動機(jī)起機(jī)過程分為發(fā)電機(jī)拖機(jī)和發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整2個階段，將發(fā)動機(jī)停機(jī)過程分為發(fā)動機(jī)工作點(diǎn)調(diào)整和發(fā)電機(jī)輔助停機(jī)2個階段，并進(jìn)行了控制模型搭建，最后進(jìn)行了試驗驗證；結(jié)果表明，所提出的起停機(jī)控制方法能夠快速地進(jìn)行發(fā)動機(jī)起機(jī)和停機(jī)控制，并且針對起停機(jī)過程中起停機(jī)意圖改變需求也能給予很好的支持。

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2020-07-02

U464.235

A

10.14175/j.issn.1002-4581.2020.05.011

1002-4581（2020）05-0043-07