基于DHT架构混合动力系统的发动机启停控制系统的制作方法

基于dht架构混合动力系统的发动机启停控制系统
技术领域
1.本发明属于混动专用变速器（dht）架构动力系统领域，涉及一种功率分流式混合动力系统，具体涉及一种功率分流式dht混动专用变速器在发动机启动及停机过程中的控制系统。


背景技术：

2.目前可供电动汽车使用的电池在能量密度、寿命和成本等方面仍然满足不了消费者需求。为了应对这一问题，开发混合动力架构动力总成，在具备纯电行驶基础上，增加发动机参与驱动的串联、并联模式，是一种非常适合当前现状的过渡方案，正逐步受到国家、各大汽车公司和消费者的关注。尤其近阶段dht混动架构备受国内市场青睐，各大主机厂相继推出dht混动车型，相较于增程串联架构、p2并联架构等主流路线，功率分流式dht混合动力本体架构更为紧凑，由混动专用电驱动变速器构成，重量轻、尺寸小、传动效率高，具有高效的节油能力。


技术实现要素：

3.为了解决上述问题，抑制功率分流式dht架构混合动力发动机启停过程带来的冲击，本发明提供了一种基于dht架构混合动力系统的发动机启停控制系统。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于dht架构混合动力系统的发动机启停控制系统，包括整车控制单元、发动机控制单元、发电机控制单元、驱动电机控制单元，其中：所述整车控制单元负责协调驱动电机控制单元、发电机控制单元、发动机控制单元的扭矩管理、发动机启停条件判断等功能，并向发电机控制单元发送停机控制指令，向驱动电机控制单元发送扭矩提前加载指令；所述发动机控制单元负责采集高精度曲轴位置信号和凸轮轴位置信号，并通过滤波解析后发送给发电机控制单元用于停机角度控制；所述发电机控制单负责在启动过程接收整车控制单元控制指令，拖动发动机启动，在停机过程，负责接收并处理发动机控制单元反馈的曲轴位置信号和凸轮轴位置信号，用于识别发动机曲轴转角并通过扭矩控制将发动机倒拖到指定曲轴转角；所述驱动电机控制单元负责接收整车控制单元的驱动指令，进行扭矩加载或能量回收，在启动发动机时，负责响应整车控制单元进行扭矩预加载，同时进行电机防抖damping控制。
5.一种利用上述发动机启停控制系统进行发动机启动控制的方法，包括如下步骤：步骤一：驱动电机扭矩基于指数曲线加载，发电机扭矩保持为0，驱动电机扭矩加载到46nm后，执行步骤二；步骤二：驱动电机扭矩保持，发电机以指数曲线扭矩拖转发动机，同时驱动电机进行扭矩补偿，发电机扭矩达到46nm后保持，当发动机转速达到spd=300rpm后，发电机扭矩下
降到15nm保持，发动机转速达到spd=600rpm，发动机喷油点火判断启动成功后，进入闭环怠速控制；步骤三：发动机喷油点火后，整车控制单元始终向发动机控制单元发送5nm的期望扭矩；发电机扭矩开始下降，继续将发动机转速拉升至spd=950rpm；发动机实际转速达到950rpm后，混动系统状态切换到running。
6.一种利用上述发动机启停控制系统进行发动机停机控制的方法，包括如下步骤：步骤一：发动机扭矩卸载，驱动电机进行扭矩补偿，满足驾驶员需求，当发动机实际扭矩降低到0~10nm后，执行步骤二；步骤二：发动机自怠速控制，驱动电机扭矩基于指数曲线加载，发电机扭矩保持为0，驱动电机扭矩加载到p挡：-25nm、d挡：36nm后，执行步骤三；步骤三：驱动电机扭矩保持，发动机断油，发电机以指数曲线开环扭矩拖转发动机，快速将发动机转速拉低，穿过共振点，同时驱动电机进行扭矩补偿；步骤四：发电机进行pid闭环控制，防止发动机转速过冲，将发动机转速缓慢降低到spd=100rpm后，执行步骤五；步骤五：发电机进行停缸控制，驱动电机基于发电机扭矩进行扭矩补偿，停缸控制扭矩及补偿扭矩在电机控制单元中执行。
7.相比于现有技术，本发明具有如下优点：本发明提供的基于dht架构混合动力系统的发动机启停控制系统集成驱动电机扭矩提前加载和发动机停机角度控制的功能，通过此种特殊的控制方式解决发动机启停过程带来的冲击感，从而优化车辆nvh，提高驾驶舒适性平顺性。
附图说明
8.图1为功率分流式混动专用变速器机械结构示意图；图2为功率分流式混动专用变速器行星齿轮杠杆图；图3为启停控制系统框图；图4为功率分流式混动专用变速器发动机启动控制流程图；图5为功率分流式混动专用变速器发动机停机控制流程图；图中，nmot为发动机转速，em1 speed为驱动电机转速，trqdrvreq为驾驶员需求扭矩，tem1为驱动电机扭矩，tem2为发电机扭矩，htcu_fulcutoffreq为恢复供油请求，htcu_engstrtreq为启动发动机请求，htcu_engfuelrelay为供油继电器状态，ems_enginestauts为发动机反馈状态，htcu_enginestatuscal为需求发动机状态，peu_icestoppositionctrl为发动机停机位置控制状态。
具体实施方式
9.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
10.如图1所示，从功率分流式混动专用变速器的机械结构可以看出，行星齿轮组的太阳轮1与发电机em2刚性连接，行星架4与发动机ice刚性连接，外齿圈3通过减速器与驱动电
机em1和驱动轮刚性连接，因此，发动机、电机和驱动轮始终刚性耦合在一起，任何一轴的扭矩波动都会影响到最终的扭矩输出，在发动机起动和熄火过程中，由于发动机端扭矩会产生突变，导致整车在起动、熄火工况下抖动明显，严重影响了车辆的平顺性和驾驶感受。
11.如图2所示，从行星齿轮杠杆图上可以看出，发动机静止启动时，由与太阳轮刚性连接的em2电机扭矩模式拖动与行星架刚性连接的发动机，达到指定转速后喷油点火完成启动。在此过程，输出端外齿圈将受到向下的反作用力，机械结构上外齿圈与驱动电机和轮端刚性连接，导致轮端受到反作用力，因此在原地发动机启动过程将有一部分力传递到车身引起振动。同理，负载启动时，轮端仍然会受到一部分反作用力。基于此，本发明提供了一种基于dht架构混合动力系统的发动机启停控制系统及方法，在发动机启动前通过整车控制单元htcu控制驱动电机em1扭矩提前加载，抵消此反作用力，同时消除传动系统及齿轮间隙，从而优化发动机启动过程带来的冲击。
12.下面将分三部分介绍基于dht混动专用变速器的发动机启停控制系统及方法。
13.1、一种基于dht混动专用变速器的发动机启停控制系统本发明设计的一种基于dht架构混合动力系统的发动机启动及停机控制系统可实现驱动电机扭矩提前加载和发动机停机角度控制的功能，并将功能模块集成于控制单元中，整车控制单元htcu开发功能模块，设计控制策略，综合启停控制条件，向驱动电机控制单元mcu1发送扭矩提前加载指令，向发电机控制单元mcu2发送停机控制指令。发电机控制单元mcu2开发停机控制功能模块，发动机控制单元ecu开发信号处理及信号输出功能模块，采集高精度曲轴转角信号和凸轮轴位置信号。
14.此部分，按照传统控制理念，发动机控制单元ecu需通过can总线采集凸轮轴位置信号及曲轴转角信号，同时发送给发电机控制单元mcu2来计算电驱动系统的制动扭矩，由发电机控制单元mcu2按给定制动扭矩将发动机停到指定位置。但由于can通讯速率的限制，且系统要求较高精度且控制实时性，此部分信号采用硬线发送给发电机控制单元mcu2，用于停机位置控制。这样，保证了传感器采集与发送信号的精度，对发动机停机角度控制起到至关重要的作用。
15.如图3所示，功率分流式混动专用变速器的发动机启停控制系统由整车控制单元htcu、发动机控制单元ecu、发电机控制单元mcu2、驱动电机控制单元mcu1四个控制单元组成，其中：所述整车控制单元htcu负责协调驱动电机控制单元mcu1、发电机控制单元mcu2、发动机控制单元ecu的扭矩管理、发动机启停条件判断等功能，并向发电机控制单元mcu2发送停机控制指令，向驱动电机控制单元mcu1发送扭矩提前加载指令；所述发动机控制单元ecu负责采集高精度曲轴位置信号和凸轮轴位置信号，并通过滤波解析后发送给发电机控制单元mcu2用于停机角度控制；所述发电机控制单元mcu2负责在启动过程接收整车控制单元htcu控制指令，拖动发动机启动，在停机过程，负责接收并处理发动机控制单元ecu反馈的曲轴位置信号和凸轮轴位置信号，用于识别发动机曲轴转角并通过扭矩控制将发动机倒拖到指定曲轴转角；所述驱动电机控制单元mcu1负责接收整车控制单元htcu的驱动指令，进行扭矩加载或能量回收，在启动发动机时，负责响应整车控制单元htcu进行扭矩预加载，同时进行电机防抖damping控制。
16.2、一种基于dht架构混合动力系统的发动机启动控制方法混动架构发动机启动工况十分复杂，包含静止启动和负载启动，不同启动工况下，控制目标及控制策略不太一样。
17.所述静止启动：发动机启动完成后，不立刻进行负载运行。由于启动完成后短时间内无扭矩输出要求，以抑制启动冲击为优先条件进行启动，比如静止工况发动机启动。
18.所述负载启动：发动机启动完成后，立刻进行负载运行。由于启动完成后立即要求扭矩输出，以扭矩响应特性为优先条件进行启动，比如纯电行驶中大油门或恒定油门加速到较高车速触发发动机启动。
19.所述静止启动时，em1电机扭矩会提前加载，扭矩提前加载一方面可以消除传动系及齿轮间隙，另一方面可以为快速起步做准备。静止启动因em1电机扭矩的提前加载，启动时间明显高于行驶中启动，以抑制启动冲击为目标。
20.所述负载启动时，启动过程中，em1电机响应油门踏板的同时，进行扭矩补偿，启动成功后，em1电机和发动机共同响应油门踏板扭矩需求驱动车辆。
21.基于此，无论是原地静止启动还是行驶中的负载启动，启动过程中为了防止整车冲击，需要利用驱动电机提前加载扭矩或电机进行damping控制来降低输出端扭矩波动和整车冲击。
22.如图4所示，发动机启动控制方法的具体过程如下：ph1：驱动电机em1扭矩基于指数曲线加载，发电机em2扭矩保持为0，驱动电机em1扭矩加载到一定值（46nm）后，进入ph2；ph2：驱动电机em1扭矩保持，发电机em2以指数曲线扭矩拖转发动机，同时驱动电机em1进行扭矩补偿，发电机em2达到46nm后保持（发动机转速spd=60rpm，基于实车通过目标角加速度进行标定），当发动机转速达到spd=300rpm后，发电机em2扭矩下降到15nm保持（基于实车通过目标角加速度进行标定），发动机转速达到spd=600rpm，发动机喷油点火判断启动成功后，进入闭环怠速控制ph3；ph3：发动机喷油点火后，发动机输出转矩朝期望转矩缓慢逼近。为了防止与发动机自怠速控制起冲突，发动机喷油点火后整车控制单元htcu始终向发动机控制器ecu发送5nm的期望转矩；发电机em2扭矩开始下降，继续将发动机转速拉伸至spd=950rpm左右；发动机实际转速达到950rpm后，混动系统状态切换到running。
23.上述启动控制过程中：s1：切换到running后，提前加载的驱动电机em1扭矩向0逼近，同时驱动电机em1进行扭矩补偿保证轮边扭矩为0；s2：驱动电机em1的提前加载扭矩+发电机em2拖转等效的补偿值+满足驾驶员的需求扭矩（0nm），作为最终的驱动电机em1扭矩请求；s3：驱动电机em1和发电机em2响应扭矩=停缸控制的扭矩+整车控制单元htcu的需求扭矩+防抖扭矩。
24.3、一种基于dht架构混合动力系统的发动机停机控制方法混动架构发动机启动时，初始曲轴转角与对应的发动机总阻力矩有必然联系，总阻力矩越小对应起动过程的平顺性与快速响应性越好。
25.基于此，当发动机停机时，根据前期评估的发动机倒拖低速脉冲阻力矩对应角度，
通过发电机将发动机拖到指定曲轴转角以备下次起动，保证启动过程控制软件标定参数及发动机本体状态一致性。通过此种发动机停机角度控制的方式，提高功率分流式混动系统发动机起动平顺性效果明显。
26.如图5所示，发动机停机控制方法的具体过程如下：ph1：发动机扭矩卸载，驱动电机em1进行扭矩补偿，满足驾驶员需求，当发动机实际扭矩降低到一定值后（此处可根据驾驶员主观感受进行标定，扭矩一般在0~10nm范围之内），进入ph2；ph2：发动机自怠速控制，驱动电机em1扭矩基于指数曲线加载，发电机em2扭矩保持为0，驱动电机em1扭矩加载到一定值（p挡，-25nm；d挡，36nm）后，进入ph3；ph3：驱动电机em1扭矩保持，发动机断油，发电机em2以指数曲线开环扭矩拖转发动机，快速将发动机转速拉低，穿过共振点（spd=350rpm左右），同时驱动电机em1进行扭矩补偿；ph4：发电机em2进行pid闭环控制，防止发动机转速过冲，将发动机转速缓慢降低到spd=100rpm后，进入停缸控制，在此期间，驱动电机em1扭矩基于发电机em2扭矩进行扭矩补偿；ph5：进入停缸控制，发电机em2进行停缸控制，驱动电机em1进行扭矩补偿，停缸控制扭矩及补偿扭矩在发电机控制单元mcu2中执行。
27.上述停机控制过程中：s1：完成ph5，切换到stopped后，驱动电机em1和发电机em2的扭矩均为0；s2：驱动电机em1的提前加载扭矩+发电机em2拖转等效的补偿值+满足驾驶员的需求扭矩（0nm），作为最终的驱动电机em1扭矩请求；s3：驱动电机em1提前加载扭矩的方向和挡位相关，n/d 挡为正，p/r挡为负值；s4：发电机em2的指数拖转曲线考虑基于角加速度实现，前馈角加速度和水温、发动机转速相关，做成指数曲线s型角加速度，基于转动惯量计算的发电机em2扭矩按指数曲线加载；s5：整车控制单元htcu发送can指令告知发电机控制单元mcu2进入停缸控制模式；s6：停缸控制时，发电机控制单元mcu2自行完成发电机em2停缸控制扭矩以及驱动电机em1的扭矩补偿控制，驾驶员需求扭矩由整车控制单元htcu控制驱动电机em1完成；s7：电机控制器mcu2进行停缸控制时，发电机控制单元mcu2反馈停缸控制标志位置true，完成停缸控制后，反馈停缸控制标志位置false，表示停缸控制已经完成，整车控制单元htcu接收到该完成信号后，切换到stop状态。