秦鑫，曹宇，侯財輝，秦健璇，黃祖朋

（上汽通用五菱汽車股份有限公司技術(shù)中心，廣西柳州，545007）

0 引言

混合動力汽車是一種裝配至少兩種不同動力源的汽車類型。一個混合動力系統(tǒng)會結(jié)合兩種驅(qū)動力以獲得單一動力傳動系統(tǒng)所無法達(dá)到的動力性。混合電動汽車(HEV)作為混合動力汽車的一種，它同時擁有兩種動力且其中一種為電能，對于減少空氣污染和能源消耗具有更大的貢獻(xiàn)。[1]

通常，HEV的傳動部件主要有連續(xù)變速箱以及離合器。通過控制離合器開閉來連接或斷開動力系統(tǒng)部件，HEV可以實現(xiàn)選擇任意一種或同時選擇兩種動力源進(jìn)行驅(qū)動。[2]在不同的駕駛模式下，通過離合器的滑膜，可以實現(xiàn)對車輛從靜止開始加速，或者實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的啟動。[3]

為了確保動力系統(tǒng)擁有良好的性能，干式離合器閉合的過程需要進(jìn)行精確的控制?？刂七^程中必須同時滿足一些指標(biāo)：結(jié)合面磨損量小，結(jié)合過程短，駕駛感平穩(wěn)。為了滿足上述需求，作用于離合器正向壓力必須是經(jīng)過精確的計算且適合于當(dāng)前工況。為了達(dá)到上述目標(biāo)，人們研究了大量的控制策略[4-8]。本文通過設(shè)計一個發(fā)動機(jī)啟動過程的離合器狀態(tài)的自學(xué)習(xí)模型，通過計算每一次發(fā)動機(jī)啟動的時間，以及施加在離合器端的扭矩，確認(rèn)啟動過程是否需要優(yōu)化，從而調(diào)整每次閉合離合器所需扭矩，確保每次閉合過程能夠用最小的熱量損和最短的閉合時間完成發(fā)動機(jī)啟動，在獲得較優(yōu)的駕駛性能的同時，可以極大的延長干式離合器的使用壽命。

1 動態(tài)模型描述

1.1 發(fā)動機(jī)啟動時間優(yōu)化模型

通過計數(shù)器計算當(dāng)前發(fā)動機(jī)啟動過程的持續(xù)時間(Tfac)并與預(yù)設(shè)的發(fā)動機(jī)啟動優(yōu)化的時間閾值（Tthd）比較，當(dāng)Tfac＞Tthdup時，則認(rèn)為此次發(fā)動機(jī)啟動時間有過長的風(fēng)險，可能需要啟用發(fā)動機(jī)啟動優(yōu)化過程；或當(dāng)Tfac＞Tthdup時，則認(rèn)為此次發(fā)動機(jī)啟動時間有過短的風(fēng)險，可能需要啟用發(fā)動機(jī)啟動優(yōu)化過程。

通過定義時間常數(shù)Tc，確認(rèn)本次啟動時間與理想啟動時間的時間差異率（Fori），所用公式如下：

其中Fori控制在既定的區(qū)域（MAXFori，MINFori）中。

將獲得的Fori與上一次啟動儲存的時間差異率（Fini）相加從而獲得本次啟動的更新時間差異率（F）：

將獲得的F與既定的允許差異率窗口進(jìn)行比較：當(dāng)Fmin＜F＜Fmax時，則將F儲存到RAM中，替換當(dāng)前的Fini作為下一次啟動中使用的Fini。當(dāng)F＞Fmax時，將Fmax與F的差值作為新的Fini并儲存下來；同理，當(dāng)F＜Fmin時，將F與Fmin的差值的作為新的Fini并儲存下來。其中，F(xiàn)max為既定的允許差異率最大值，F(xiàn)min為既定的允許差異率最小值。

發(fā)動機(jī)啟動扭矩優(yōu)化次數(shù)計算模型如下：

通過比較發(fā)動機(jī)水溫(Tmp)與選定的發(fā)動機(jī)水溫數(shù)組(Taxis)，得到當(dāng)前發(fā)動機(jī)水溫狀況下，需要修正扭矩的次數(shù)(i)，計算方法如下：

其 中l(wèi)ength(Taxis)為Taxis的 長 度，Taxis[MaxLen]為Taxis的最后一個元素，Taxis[i]為Taxis中第i個元素。

每獲得一個i，就會運(yùn)行一次啟動時間優(yōu)化的模型，直到i不再更新或F更新判斷條件不滿足。

1.2 發(fā)動機(jī)啟動離合器閉合扭矩優(yōu)化模型

根據(jù)發(fā)動機(jī)水溫以及啟動時間優(yōu)化修正發(fā)動機(jī)啟動過程離合器閉合請求扭矩獲得離合器閉合扭矩修正值（M），具體過程如下：

其中，TIni為初始設(shè)置的離合器扭矩請求數(shù)組，則TIni[0]為TIni的第0個元素，TIni[MaxLen]為TIni的第MaxLen個元素，其中TIni與i正相關(guān)，與F相關(guān)；當(dāng)Fmin＜F＜Fmax時，TIni不變；當(dāng)F＞Fmax時，TIni=TIni+DeltaT；同理，當(dāng)F＜Fmin時，TIni=TIni-DeltaT；其中DeltaT為每次減少的T值。Taxis[j]為Taxis 的第j個元素；j為3）過程的循環(huán)計數(shù)值，且0 ≤j＜MaxLen。

通過比較當(dāng)前車輛水溫與設(shè)定的發(fā)動機(jī)水溫數(shù)組，確定當(dāng)前啟動過程需要優(yōu)化的次數(shù)。參考優(yōu)化次數(shù)，按照一定比例修正發(fā)動機(jī)啟動過程離合器閉合請求扭矩。

2 測試數(shù)據(jù)分析

通過將程序生成嵌入式軟件更新到車輛控制器硬件中對車輛在不同狀態(tài)下進(jìn)行發(fā)動機(jī)啟動測試得到程序運(yùn)行實際數(shù)據(jù)。以Tfac為分界點(diǎn)，測試兩組數(shù)據(jù)。測試時限制M的最大值為20 Nm，最小值為0 Nm確保每次啟動過程離合器需求扭矩需求修正不會太大導(dǎo)致駕駛體驗不佳。為了使試驗過程中，確保盡可能使每一次試驗數(shù)據(jù)都有參考性，設(shè)置Tthdup為0.37s, Tthddwn為 0.29 s，設(shè)置 Tc為 0.03 s。

圖1(a)為Tfac＞Tthdup時測試的M及Tmp，圖中顯示，Tmp與M整體成反比關(guān)系，隨著溫度的周期性變化，M跟隨著周期性變化，確保每次啟動時間變化波動較小。圖1（b）為Tfac＜Tthddwn時測試的M及Tmp，測試結(jié)果顯示，隨著溫度周期性變化，M跟隨Tmp周期性變化，在0-350 s測試過程中，由于Tfac一直居高不下，導(dǎo)致M一直增加，當(dāng)Tmp上升后，Tfac下降，M也隨之下降。出現(xiàn)這個現(xiàn)象的主要是由于實際環(huán)境下，如果環(huán)境氣溫較低，發(fā)動機(jī)運(yùn)行時間較短的情況下，會導(dǎo)致Tmp上升速度慢，從而延長了啟動時長。

圖1

圖2為記錄的連續(xù)多個發(fā)動機(jī)啟動過程中，每一次啟動所有時間（Tfac）以及啟動修正的啟動扭矩（M）。圖2（a）為Tfac＞Tthdup時測試的Tfac與M的數(shù)據(jù)，圖中顯示，當(dāng)Tfac增加，M也隨之增加，但有大約一次啟動次數(shù)的延遲。這是由于設(shè)計模型中，下次啟動M的值與上一次啟動Tfac值直接相關(guān)，所以M值的變化規(guī)律與Tfac值的變化規(guī)律有一次啟動的差距。圖2（b）為Tfac＜Tthdup時測試的Tfac與M的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)顯示當(dāng)Tfac減少，M值隨之減少；但是，圖2（a）（b）中Tfac與M值的變化并不是線性的，而是一定程度上呈周期性變化，這是由于當(dāng)前的Tfac計算的F值處于Fmin＜F＜Fmax（Fmin=-4, Fmax=4）范圍時，計算M值公式中的Tini值并不會變化，當(dāng)F＞Fmin或F＜Fmin時，模型會通過加減DeltaT來修飾Tini。

圖2

為了進(jìn)一步觀察Tmp與M的變化關(guān)系，繪制了每次啟動過程中Tmp與M的變化關(guān)系如圖3。其中圖3(a)為Tfac＞Tthdup時測試的M及Tmp，其中圖3(b)為Tfac＜Tthddown時測試的M及Tmp。圖中顯示，當(dāng)溫度上升， M值隨著溫度周期性變化。但是由于Tini的存在，Tfac的變化率也直接影響了M值的變化，導(dǎo)致圖中有未嚴(yán)格按照溫度變化規(guī)律來變化的點(diǎn)，如圖3（b）中Count(39)的點(diǎn)。此時溫度下降，而M值也隨之下降。這是由于當(dāng)前啟動的F值小于-4，導(dǎo)致Tini值被修正，從而M值下降。

圖3

3 結(jié)語

干式離合器由于其零件特性，無法支持長時間的滑摩。對于離合器能量的精確使用和精確的啟動控制是延長離合器使用壽命的重要手段。本文通過對輸入的發(fā)動機(jī)水溫、上一次啟動過程的消耗時間以及本次啟動的消耗時間進(jìn)行分析，自動調(diào)節(jié)每一次啟動時離合器需求扭矩，控制離合器啟動能量損耗在一定的范圍內(nèi)，同時也能夠輔助提高啟動過程的一致性。同時，通過軟件邏輯多次自學(xué)習(xí)調(diào)節(jié)的方法，獲得更加智能的啟動控制過程，也為智能車輛控制的方法提供了參考。