混合动力汽车及其发动机启动控制方法与流程

本发明涉及混合动力汽车技术领域，更具体地说，涉及一种混合动力汽车及其发动机启动控制方法。

背景技术

随着可再生资源的枯竭，为了降低能耗、减少污染，节能型插电式混合动力汽车等新能源汽车的设计与开发越来越受世界各大汽车制造厂到关注。

而双离合变速箱因具有换挡迅速、无动力中断、动力传递效率高等特点，被广泛用于混合动力汽车。车辆行驶过程中需要从纯电动驱动模式切换至混合驱动模式时需要迅速启动发动机，而发动机启动瞬间会产生动力冲击。车辆在进行变速箱换挡时也存在轻微的动力冲击。并且启动发动机和变速箱换挡过程均控制十分复杂，特别是对离合器的控制较复杂，两者难以同时进行。因此，搭载双离合变速箱的并联式混合动力汽车平顺性控制异常困难。

因此，如何解决混合动力汽车动力切换过程中的冲击问题，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种混合动力汽车的发动机启动控制方法，以解决混合动力汽车动力切换过程中的冲击问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种混合动力汽车的发动机启动控制方法，用于动力系统由电机驱动的纯电动工况切换至电机和发动机同步驱动的混动工况，同时进行双离合变速箱换挡，包括步骤：

步骤1)判断所述双离合变速箱与所述电机的转速同步是否先于所述双离合变速箱的原档位与目标档位的扭矩切换；

步骤2)如果否，控制所述双离合变速箱的原档位与目标档位的扭矩切换，进入步骤3)；

步骤3)如果是，控制所述发动机启动，并控制启动后的所述发动机与所述电机转速同步；

步骤4)当所述发动机与所述电机转速同步后，控制所述电机转速与所述双离合变速箱的目标档位的目标轴转速同步；

步骤5)判断所述双离合变速箱的原档位与目标档位的扭矩交换是否完成，如果是，结束；如果否，控制所述双离合变速箱的原档位与目标档位的扭矩切换后，结束。

优选地，在上述发动机启动控制方法中，所述步骤2)具体为控制所述双离合变速箱的原档位对应的第一离合器夹紧力减小，并控制所述双离合变速箱的目标档位对应的第二离合器夹紧力增大，当所述原档位对应的第一离合器夹紧力低于第一预设阈值，且所述目标档位对应的第二离合器夹紧力大于第二预设阈值时，完成所述双离合变速箱的扭矩交换。

优选地，在上述发动机启动控制方法中，所述步骤3)包括：

步骤31)发动机离合器控制器按照预定斜率控制发动机离合器向闭合方向移动，直至所述发动机离合器移动至拖动所述发动机至达到喷油点火的启动转速；

步骤32)当发动机管理系统监控到所述发动机的转速达到所述启动转速的转速阈值时，控制所述发动机进行喷油点火，并发出点火成功信息；

步骤33)当整车控制器接收到所述发动机的点火成功信息后，控制所述发动机离合器快速移动至闭合位置，完成所述发动机与所述电机的转速同步。

优选地，在上述发动机启动控制方法中，所述步骤31)还包括，当所述整车控制器接收到双离合变速箱控制器发出的转速同步信息后，向所述发动机离合器控制器发送转速同步的控制指令。

优选地，在上述混合动力汽车的发动机启动控制方法中，所述步骤4)还包括：

步骤41)双离合变速箱控制器接收发动机启动完成的信息，并判断所述电机和所述目标轴的转速差；

步骤42)当所述电机转速低于所述目标轴的转速时，所述双离合变速箱控制器向所述整车控制器发送动力源增扭请求，实现所述电机端转速主动增加；

步骤43)当所述电机转速高于所述目标轴的转速时，所述双离合变速箱控制器向所述整车控制器发送动力源降扭请求，实现所述电机端转速主动下降，完成所述电机转速和所述双离合变速箱转速同步。

优选地，在上述发动机启动控制方法中，所述步骤1)前还包括：

步骤01)，整车控制器根据整车动力系统状态判断是否需要启动发动机从纯电动驱动模式切换至混合动力驱动模式；

步骤02)，当所述整车控制器判断需要启动发动机后，与双离合变速箱控制器确认是否安排所述双离合变速箱进行换挡；

步骤03)如果是，所述双离合变速箱控制器将换挡拨叉移动至所述目标档位对应的齿轮副并锁定。

优选地，在上述发动机启动控制方法中，所述双离合变速箱控制器的换挡确认信息包括所述双离合变速箱的当前挡位、电机转速信息、加速踏板开度信息。

优选地，在上述发动机启动控制方法中，所述步骤1)的判断原则为所述加速踏板的开度信息，包括：

当所述加速踏板开度高于踏板预设阈值且将进行升挡，则先进行双离合变速箱扭矩交换；

当所述加速踏板开度高于所述踏板预设阀值且将进行降挡，则先进行转速同步；

当所述加速踏板开度低于所述踏板预设阈值且将进行升挡，则先进行转速同步；

当所述加速踏板开度低于所述踏板预设阈值且将进行降挡，则先进行双离合变速箱扭矩交换。

优选地，在上述发动机启动控制方法中，所述步骤31)后还设置电机输出扭矩保护机制，包括：

步骤310)，所述发动机离合器控制器实时检测当前所述发动机离合器的实际行程，并将所述实际行程转换为所述发动机启动过程中的实时扭矩，并将所述实时扭矩信号反馈至所述整车控制器；

步骤311)，所述整车控制器接收所述实时扭矩信号，并控制所述电机额外输出拖动所述发动机动作的补偿扭矩，直至所述发动机达到所述启动转速。

一种混合动力汽车，包括并联布置的发动机和电机，以及换挡控制的双离合变速箱，其特征在于，当所述双离合变速箱换挡，且所述发动机和所述电机由纯电动切换至混合驱动时，采用如上任一项所述的发动机启动控制方法。

本发明提供的混合动力汽车的发动机启动控制方法，用于动力系统由电机驱动的纯电动工况切换至电机和发动机同步驱动的混动工况，并需要对双离合变速箱换挡时，控制步骤包括：

步骤1)判断双离合变速箱与电机的转速同步是否先于双离合变速箱原档位与目标档位的扭矩切换；

步骤2)如果否，控制双离合变速箱原档位与目标档位的扭矩切换，进入步骤3)；

步骤3)如果是，控制发动机启动，并控制启动后的发动机与电机转速同步；

步骤4)当发动机与电机转速同步后，控制电机转速与双离合变速箱的目标档位的目标轴转速同步；

步骤5)判断双离合变速箱原档位与目标档位的扭矩交换是否完成，如果是，结束；如果否，控制双离合器原档位与目标档位的扭矩切换后，结束。混合动力汽车在纯电模式下工作，当由于外部环境或动力不足需要启动发动机提供动力，并需要对双离合变速箱换挡时，为了避免发动机启动过程和换挡过程的冲击，同时协调控制二者的动作顺序，利用电机通过发动机离合器闭合至预定位置处于滑磨状态的特性，以及双离合变速箱档位切换时，双离合变速箱内部第一离合器和第二离合器切换时处于滑磨状态，由发动机离合器和双离合变速箱同时滑磨吸收换挡过程中的冲击，从而解决混合动力汽车动力切换过程中的冲击问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的混合动力汽车的发动机启动控制方法的动力系统布局结构示意图；

图2为本发明提供的新能源汽车的发动机启动控制方法中转速同步与扭矩交换的的控制流程图；

图3为图2中发动机和电机转速同步的控制流程图；

图4为图2中电机与双离合变速箱转速同步的控制流程图；

图5为图2中由纯电切换至混动的转换确认流程图；

图6为本发明提供的新能源汽车的发动机启动控制方法的系统控制流程图。

具体实施方式

本发明公开了一种混合动力汽车的发动机启动控制方法，解决了混合动力汽车动力切换过程中的冲击问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，图1为本发明提供的混合动力汽车的发动机启动控制方法的动力系统布局结构示意图；图2为本发明提供的新能源汽车的发动机启动控制方法中转速同步与扭矩交换的的控制流程图。

并联结构的混合动力汽车，其动力系统部件一般包括，一个内燃式发动机1、一个发动机管理系统5(简称ems，energymanagementsystem)，发动机离合器2、一个发动机离合器控制器6(简称acu，actuatorcontrolunit，也可以理解为耦合机构控制器，为表征其作用统一命名为发动机离合器控制器)，一个电机3、一个电机控制器7(简称ipu，intelligentpowerunit，智能功率控制单元，一般特指电机控制器，也有称为motorcontrolunit)，一个双离合变速箱4、一个双离合变速箱控制器8(简称tcu，transmissioncontrolunit)和一个整车控制器9(简称vcu，vehiclecontrolunit)

本实施例提供了一种混合动力汽车的发动机启动控制方法，当需要启动发动机1，并需要对双离合变速箱4换挡时，利用发动机1启动和双离合变速箱4换挡同时进行，利用发动机1启动过程中，发动机离合器4的滑磨状态吸收二者产生的冲击。双离合变速箱4换挡过程包含其档位交换过程中扭矩交换，和换挡至目标档位后，电机3转速与双离合变速箱4的目标轴转速同步两部分，扭矩交换和转速同步根据混合动力汽车工况状态二者的动作时序可调整，以下对具体控制步骤的介绍用以说明控制过程，控制时序可交换，包括：

步骤1)判断双离合变速箱与电机的转速同步是否先于双离合变速箱的原档位与目标档位的扭矩切换。

在发动机1启动确认后，双离合变速箱控制器8根据整车运行状态需要确认，当下档位下是否能够满足整车运行要求，如果满足要求，说明启动发动机提供足够动力即可，无需换挡。当不满足要求时，说明此时整车输出的扭矩不足，需要双离合变速箱4进行换挡操作以提供车辆运行过程中足够的扭矩，此时发动机1启动工作和双离合变速箱4换挡工作同时进行，需要解决二者同步动作的冲击问题。无论扭矩交换还是转速同步的先后，均需要经过双离合变速箱控制器tcu告知整车控制器vcu，将控制双离合变速箱4与电机3转速进行同步，整车控制器开始对转速同步进行控制。

双离合变速箱4确认需要换挡操作后，判断当下工况条件下，转速同步与扭矩交换的工作时序，根据双离合变速箱4的输出扭矩和电机3的输出扭矩相配合，保证车辆需要提高扭矩或降低扭矩时，通过转矩的适配，满足车辆的运行条件。

步骤2)如果否，控制双离合变速箱的原档位与目标档位的扭矩切换，进入步骤3)。

如果否，说明此时车辆的运行状态，不满足车辆先于进行转速同步条件，则先通过双离合变速箱由原档位向目标档位进行扭矩切换，再进行转速同步工作。

步骤3)如果是，控制发动机启动，并控制启动后的发动机与电机转速同步。

反之，则可先进行发动机与电机的转速同步，在混合动力汽车由纯电动切换至混合驱动状态后，再进行双离合变速箱的换挡驱动。

步骤4)当发动机与电机转速同步后，控制电机转速与双离合变速箱的目标档位的目标轴转速同步。

发动机与电机的转速同步包括发动机的启动过程，以及发动机启动后，发动机与电机的同步动作进行动力输出，通过与双离合变速箱的目标轴，及双离合变速箱换挡的目标档位，对应地目标轴进行输出同步，进行转速同步和动力输出。

步骤5)判断双离合变速箱的原档位与目标档位的扭矩交换是否完成，如果是，结束；如果否，控制双离合变速箱的原档位与目标档位的扭矩切换后，结束。

由于发动机和电机的转速同步动作，需要预先对双离合变速箱是否先进行换挡进行扭矩切换进行判断选择，因此通过转速同步后对扭矩切换进行二次判断，保证发动机和电机的转速同步和双离合变速箱的扭矩切换同步完成。

通过将混合动力汽车在纯电模式下工作，当由于外部环境或动力不足需要启动发动机提供动力，并需要对双离合变速箱换挡时，为了避免发动机启动过程和换挡过程的冲击，同时协调控制二者的动作顺序，利用电机通过发动机离合器闭合至预定位置处于滑磨状态的特性，以及双离合变速箱档位切换时，双离合变速箱内部第一离合器和第二离合器切换时处于滑磨状态，由发动机离合器和双离合变速箱同时滑磨吸收换挡过程中的冲击，从而解决混合动力汽车动力切换过程中的冲击问题。

在本案一具体实施例中，步骤2)具体为控制双离合变速箱的原档位对应的第一离合器夹紧力减小，并控制双离合变速箱的目标档位对应的第二离合器夹紧力增大，当原档位对应的第一离合器夹紧力低于第一预设阈值，且目标档位对应的第二离合器夹紧力大于第二预设阈值时，完成双离合变速箱的扭矩交换。

在需要双离合变速箱4换挡时，双离合变速箱4由原档位切换至目标档位，档位切换的过程对应不同档位的传递扭矩，最终完成传动扭矩的交换。双离合变速箱4在原档位时对应第一离合器传递扭矩，换挡时，将目标档位对应的第二离合器控制闭合，同时第一离合器控制打开，档位切换过程第一离合器的夹紧力逐步减小，对应第二离合器夹紧力逐步增大。

分别设定第一离合器夹紧力减小后的第一预设阈值，以及第二离合器夹紧力增大后的第二预设阈值，当第一离合器和第二离合器的夹紧力在双离合变速箱4扭矩交换过程同时满足阈值要求时，确定双离合器完成换挡，即完成了双离合变速箱的扭矩交换。

发动机1启动后通过发动机离合器2与并联布置的电机3共同进行混合动力汽车动力的输出，由于换挡过程中电机3的输出扭矩发生变化，换挡后扭矩输出会出现增加或减小变化，对应地，对电机3转速会产生影响，因此根据扭矩变化的实际情况，判定电机3是否需要提前与目标轴的转速同步，避免扭矩变化引起动力不足或冲击大的问题。

如图3所示，图3为图2中发动机和电机转速同步的控制流程图。

在本案一具体实施例中，所述步骤3)包括：

步骤31)发动机离合器控制器按照预定斜率控制发动机离合器向闭合方向移动，直至发动机离合器移动至拖动发动机至达到喷油点火的启动转速。

发动机1启动的过程，通过将发动机1预先拖动到一定转速后，再进行喷油点火工作，以减少发动机1由静止到工作状态的启动难度。发动机1转速的拖动由电机3提供动力，通过发动机离合器2的闭合传递扭矩带动发动机1转动。发动机离合器2逐步闭合过程中，电机3拖动发动机1达到启动转速，将发动机离合器2的闭合按照一定斜率逐步闭合，以降低电机3拖动发动机1的难度

步骤32)当发动机管理系统监控到发动机的转速达到启动转速的转速阈值时，控制发动机进行喷油点火，并发出点火成功信息。

步骤33)当整车控制器接收到发动机的点火成功信息后，控制发动机离合器快速移动至闭合位置，完成发动机与所述电机的转速同步。

发动机管理系统5监测发动机1的点火成功信息并发送至整车控制器9，整车控制器9接收点火成功信息后，向发动机离合器控制器6发送指令要求其快速闭合发动机离合器2。发动机管理系统(vcu)5监测发动机1的点火成功信息，该点火成功信息可以设置为发动机1能够顺利点火时应达到的转速阈值，该转速阈值内，发动机可顺利点火，且点火冲击最小。发动机1的工作状态由发动机管理系统5进行监测，发动机1启动完成通过发动机离合器2传递工作动力，因此需要发动机离合器2完全闭合降低其磨损及能量损耗，该过程由发动机管理系统5实时监测，与整车控制器9协同实现对发动机1的启动控制。

在本案一具体实施例中，所述步骤31)还包括，当整车控制器接收到双离合变速箱控制器发出的转速同步信息后，向发动机离合器控制器发送转速同步的控制指令。

双离合变速箱控制器tcu告知整车控制器vcu，将控制双离合变速箱4与电机3转速进行同步，整车控制器vcu开始对转速同步进行控制。

如图4中，图4为图2中电机与双离合变速箱转速同步的控制流程图。

在本案一具体实施例中，所述步骤4)还包括：

步骤41)双离合变速箱控制器接收发动机启动完成的信息，并判断电机和目标轴的转速差。

步骤42)当电机转速低于目标轴的转速时，双离合变速箱控制器向整车控制器发送动力源增扭请求，实现电机端转速主动增加；

步骤43)当电机转速高于目标轴的转速时，双离合变速箱控制器向整车控制器发送动力源降扭请求，实现电机端转速主动下降，完成电机转速和双离合变速箱转速同步。

发动机1完全启动后，输出动力通过双离合变速箱4带动混合动力汽车动作，发动机离合器控制器6对发动机离合器2的工作状态进行监测，并反馈闭合信息至整车控制器9，整车控制器9根据此时发动机1、发动机离合器2的工作状态，及时对双离合变速箱4进行控制，保证动力的正常输出。

双离合变速箱4控制器接收到发动机启动完成的信息后，向整车控制器发送动力源增扭请求实现电机端转速主动增加，或向整车控制器发送动力源降扭请求实现电机端转速主动下降，完成电机转速和双离合变速箱转速同步。

发动机启动完成后，由发动机输出整车工作动力，发动机经发动机离合器经双离合变速箱输出动力，并联结构的混合动力汽车，发动机和电机同时工作，发动机输出的动力经电机传递到双离合变速箱，因此需要电机和双离合变速箱同步转动输出动力。

发动机根据整车动力需求启动，与电机混合输出动力，双离合变速箱根据整车工况换挡，包含降档或升档两种情况，对应地，电机转速包含转速增加或转速升高两种情况。整车控制器根据工况判断整车工况变化时，双离合变速箱的换挡情况，当双离合变速箱目标轴转速低于原档位轴转速时，整车控制器发送动力源降扭请求，驱动电机端转速主动下降，反之，发送动力源升扭请求，驱动电机端转速主动升高，从而主动控制电机和双离合变速箱转速同步。

如图5中，图5为图2中由纯电切换至混动的转换确认流程图。

在本案一具体实施例中，所述步骤1)前还包括：

步骤01)，整车控制器根据整车动力系统状态判断是否需要启动发动机从纯电动驱动模式切换至混合动力驱动模式。

混合动力汽车的工况由整车控制器9进行监测，当混合动力汽车在纯电模式下工作时，电机3提供工作动力。当整车工况发生变化时，整车控制器9判断需要启动发动机1提供动力，使得混合动力汽车由纯电模式切换至混合动力驱动模式。

步骤02)，当整车控制器判断需要启动发动机后，与双离合变速箱控制器确认是否安排双离合变速箱进行换挡。

在发动机1启动确认后，双离合变速箱控制器8根据整车运行状态需要确认，当下档位下是否能够满足整车运行要求，如果满足要求，说明启动发动机提供足够动力即可，无需换挡。当不满足要求时，说明此时整车输出的扭矩不足，需要双离合变速箱4进行换挡操作以提供车辆运行过程中足够的扭矩。

步骤03)如果是，所述双离合变速箱控制器将换挡拨叉移动至所述目标档位对应的齿轮副并锁定。

适应双离合变速箱4的工作结构，当需要换挡时，换挡拨叉提前移动至目标档位对应的齿轮副，并锁定，以减少换挡冲击。

在本案一具体实施例中，双离合变速箱控制器的换挡确认信息包括双离合变速箱的当前挡位、电机转速信息、加速踏板开度信息。

在本案一具体实施例中，所述步骤1)的判断原则为所述加速踏板的开度信息，包括：

当加速踏板开度高于踏板预设阈值且将进行升挡，则先进行双离合变速箱扭矩交换；

当加速踏板开度高于踏板预设阀值且将进行降挡，则先进行转速同步；

当加速踏板开度低于踏板预设阈值且将进行升挡，则先进行转速同步；

当加速踏板开度低于踏板预设阈值且将进行降挡，则先进行双离合变速箱扭矩交换。

通过将加速踏板的开度信息作为扭矩交换和转速同步先后时序的控制原则，将加速踏板所在的踏板预定位置的踏板预设阈值，作为进行不同工况的判断依据，从而将整车的实际运行状态与车辆由纯电切换至混动进行结合，优化混合动力汽车的控制逻辑，进一步避免车辆状态切换的不同步造成的冲击，提高舒适性。

在本案一具体实施例中，步骤31)后还设置电机输出扭矩保护机制，包括：

步骤310)，发动机离合器控制器实时检测当前发动机离合器的实际行程，并将实际行程转换为发动机启动过程中的实时扭矩，并将实时扭矩信号反馈至整车控制器；

步骤310)，整车控制器接收实时扭矩信号，并控制电机额外输出拖动发动机动作的补偿扭矩，直至发动机达到所述启动转速。

如图6中，图6为本发明提供的新能源汽车的发动机启动控制方法的系统控制流程图。图2-图5的控制流程图共同构成对混动汽车由纯电驱动切换至混动驱动的系统控制流程图。

发动机由电机拖动达到启动转速的过程中，电机需要实时提供发动机一定的扭矩，因此需要保证电机输出至发动机的扭矩不影响混合动力汽车正常的动力输出，因此在发动机拖动过程中设置扭矩保护机制，保证电机提供足够的扭矩输出。

扭矩保护机制包括拖动发动机动作的扭矩大小确认，发动机离合器2的闭合行程由发动机离合器控制器6进行实时检测，并将实际行程信息反馈至整车控制器9，整车控制器9协调电机控制器7，控制电机3输出额外的补偿扭矩，补偿扭矩为电机在保证整车正常运行条件下的额外扭矩，通过对发动机离合器2闭合实际行程的检测，并将实际行程转换为发动机的实时扭矩，通过与电机补偿扭矩的协同，以实现利用最低的电机动力达到发动机达到启动转速，降低启动难度的目的。

电机拖动发动机动作时，需要同时保证整车动力的正常输出，其输出的扭矩将增大，设定补偿扭矩的参数为tq_cl，设定电机3驱动整车维持正常行驶时的工作扭矩参数为tq_drv，因此，在发动机1被拖动至启动转速的过程中，电机3输出的总扭矩为tqem，tqem＝tq_cl+tq_drv。

在本案一具体实施例中，发动机离合器控制器6将实际行程转为实时扭矩并输出扭矩信号，整车控制器9接收实时扭矩信号，并控制电机3输出拖动发动机1至预定转速的补偿扭矩。发动机离合器2闭合过程中的实际行程对应不同扭矩量的传递，发动机离合器控制器6将实际行程转换为实时扭矩信号，整车控制器9接收该实时扭矩信号，对电机控制器7输出控制指令，由电机3输出补偿扭矩，保证发动机1可被拖动至预定转速的足够的补偿扭矩大小

基于上述提供混合动力汽车的发动机启动控制方法，本发明还提供了一种混合动力汽车，包括并联布置的发动机和电机，以及换挡控制的双离合变速箱，当双离合变速箱换挡，且发动机和电机由纯电动切换至混合驱动时，采用如上述实施例所述的发动机启动控制方法。

由于本发明提供的混合动力汽车采用上述实施例提供的混合动力汽车的发动机启动控制方法，所以该混合动力汽车由混合动力汽车的发动机启动控制方法带来的有益效果请参看上述实施例。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。