插电式混合动力汽车双离合动力系统发动机启动优化分析

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摘 要：针对插电式混合动力汽车动力系统双离合器的结构特点，对纯电动工作模式切换到发动机单独驱动模式的过程进行力学特性研究。在Matlab/Simulink平台建立动力学仿真模型，以变速器速比、目标结合转速、发动机启动特性为变量着重分析离合器的接合特性以及冲击度，通过调节发动机在不同初始工况下的启动特性优化插电式混合动力汽车工作模式切换的平顺度。结果表明，提出的发动机启动特性能够有效提高工作模式切换的平顺度，降低离合器的冲击度。

关键词：插电式混合动力；双离合动力系统；冲击度；接合特性；发动机启动特性

中图分类号：U463.23文献标文献标识码：A文献标DOI：10.3969/j.issn.2095-1469.2015.05.03

本文研究的插电式混合动力汽车的动力系统主要由发动机、ISG电机以及无级变速器（Continuously VariableTransmission，CVT）组成。CVT取代传统

的机械式自动变速器（Automated Mechanical Trans-mission，AMT），能够很好地提高车辆换挡平顺性和换挡品质。然而，对于该混合动力汽车，在不同工作模式之间切换的过程中产生的离合器冲击度和切换平顺性问题仅靠CVT是无法优化的。如何提高该新型双离合混合动力系统不同工作模式切换的平顺性，已经成为人们关注和研究的重点。

文献[1]通过对混合动力系统在换挡过程中的动力源协调控制，缩短了换挡过程的动力中断时间，降低了离合器的磨损。文献[2]根据不同的行驶工况和行驶里程来修正发动机启停时刻的蓄电池荷电状态（State of Charge，SOC）值，可有效缩短发动机运行时间，降低油耗和能量损失。文献[3]结合CVT速比控制，提出根据车速、节气门开度和发动机目标转速计算行驶需求功率的算法，并将该算法运用于动态逻辑门限控制策略，解决了模式切换的平顺性、动力性、经济性的优化问题。上述研究为了提高平顺性，或只对动力源进行控制，或只对发动机进行控制，或只对CVT速比进行控制，尚未结合双离合系统的动力学特性来研究通过对动力源和CVT同时控制解决工作模式切换平顺性的问题。

本文着重分析了插电式混合动力汽车的动力系统工作时的动力特性，在此基础上建立Simulink仿真模型，采用发动机、ISG电机、CVT综合控制的方法，对发动机的启动冲击度进行分析。结合最优指标，总结出能够达到指标的发动机启动方式。

1 插电式混合动力汽车的力学特性分析

1.1插电式混合动力汽车动力系统结构特性分析

本文研究的插电式混合动力汽车双离合四驱混合动力系统的结构示意图和整车参数如图1和表1所示。

该混合动力汽车的结构特点为：动力源由ISG电机和发动机共同组成，中间增加了1#离合器；在ISG电机和CVT中间加入2#离合器；发动机、ISG电机和变速器呈串联布置；ISG电机由电机控制器控制，由电池组驱动；发动机、两个离合器、两个电机和变速器均由整车控制器控制。采用该结构的混合动力汽车具有怠速启停、发动机单独驱动、电机助力、轻载充电和制动能量回收的功能，可实现较高的燃油经济性。实际运行中，纯电动模式由2#电机驱动来实现。本文主要以纯电动模式切换到发动机单独驱动模式为例分析发动机启动时对车辆的冲击度。

1.2 动力系统动力学分析

工作模式的切换过程大致可分为以下阶段：离合器分离阶段、动力源启动阶段、2#离合器接合阶段。本文建立的发动机单独驱动模式下的动力学模型如图2所示。研究对象为两个离合器，1#离合器的接合对应发动机单独驱动或电机助力驱动模式。2#离合器实现动力的短暂中断和接合，以完成模式切换过程。

3 结论

为了完整分析插电式混合动力汽车双离合动力系统由纯电动工作模式切换到发动机单独驱动模式的动力学特性，在Matlab/ Simulink平台建立动力学系统的数学模型，着重分析了切换过程中的离合器接合特性、冲击度，通过调节发动机输出控制因子，让系统工作在满足评价标准的范围，从而对系统工作模式切换时发动机最优启动方式的制定有很大的参考作用，提高模式切换的平顺性。

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