Isg電機(jī)介入雙離合器式自動變速器換擋的控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及混合動力汽車（Hybrid Electric Vehicle, HEV)雙離合器式自動變速 器（Dual Clutch Transmission, DCT)的換檔控制方法，尤其是涉及一種 ISG (Integrated Starter Generator，ISG)電機(jī)介入雙離合器式自動變速器換擋的控制方法，也可適用于混 合動力汽車液力自動變速器的換擋過程。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)DCT換擋過程，發(fā)動機(jī)配合完成換擋，其轉(zhuǎn)矩變化率及變化量直接決定了轉(zhuǎn) 速同步時間，但一方面，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度較慢，轉(zhuǎn)速同步時間較長（見圖1);另一方面， 發(fā)動機(jī)工作點發(fā)生躍迀，增加了發(fā)動機(jī)控制難度，不利于發(fā)動機(jī)燃油經(jīng)濟(jì)性和排放的改善。 此外，目前DCT換擋控制過程多采用基于模型的控制，算法缺乏魯棒性，沒有充分考慮到模 型結(jié)構(gòu)參數(shù)的不確定性和干擾對換擋控制性能的影響。
[0003] 隨著DCT逐漸被應(yīng)用于混合動力汽車，其多動力源的存在可以使得電機(jī)部分或者 完全介入DCT換擋過程成為可能，這樣可以利用電機(jī)較快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)特性和較高的轉(zhuǎn)矩 (和轉(zhuǎn)速）控制精度，一方面加速換擋過程，另一方面減少換檔沖擊，但由此也帶來了 DCT與 多動力源在換擋過程中的綜合協(xié)調(diào)控制難題。
[0004] 對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，混合動力汽車在純發(fā)動機(jī)運(yùn)行模式下的相關(guān)的控制 策略并未充分考慮換擋過程車輛的動力性，以及發(fā)動機(jī)動態(tài)響應(yīng)能力和精度，也未有電機(jī) 介入DCT換擋控制過程的先例。
[0005] 在DCT換擋動力源協(xié)調(diào)控制過程中，通過分相控制，只是得到了動力源的總需求 轉(zhuǎn)矩TOTg+IS(；，發(fā)動機(jī)和ISG電機(jī)轉(zhuǎn)矩以及ISG工作模式并未確定，所以需要進(jìn)一步對動力源 轉(zhuǎn)矩進(jìn)行分配。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種ISG電機(jī)介入 雙離合器式自動變速器換擋的控制方法，針對混合動力汽車純發(fā)動機(jī)運(yùn)行模式DCT換擋過 程，讓ISG電機(jī)全程介入DCT換擋，完成換擋后ISG電機(jī)便主動退出。
[0007] 針對ISG電機(jī)介入DCT換擋過程，本發(fā)明能有效解決DCT換檔過程中雙離合器、發(fā) 動機(jī)與ISG電機(jī)間的轉(zhuǎn)矩協(xié)調(diào)控制問題。以升擋為例，整個換檔過程可以分為轉(zhuǎn)矩相（用 于離合器轉(zhuǎn)矩的交替），慣性相（離合器主從動盤轉(zhuǎn)速同步）和需求轉(zhuǎn)矩切換階段。因此， 在獲得動力源總需求轉(zhuǎn)矩以及發(fā)動機(jī)參考軌跡的前提下，在換擋過程各階段，需要設(shè)計轉(zhuǎn) 矩協(xié)調(diào)控制算法，利用ISG電機(jī)在換擋過程各階段介入并實現(xiàn)轉(zhuǎn)矩的快速精確變化，調(diào)節(jié) 離合器主動盤的轉(zhuǎn)速，以實現(xiàn)快速同步，并合理分配發(fā)動機(jī)和ISG電機(jī)轉(zhuǎn)矩以滿足要求。
[0008] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：
[0009] -種ISG電機(jī)介入雙離合器式自動變速器換擋的控制方法，其特征在于，在純發(fā) 動機(jī)工況下，使ISG電機(jī)全面介入DCT換擋過程，減少換擋過程對發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和精 度的要求，降低發(fā)動機(jī)控制難度并減少排放，加速換擋過程，縮短換擋時間，回收部分換擋 能量并改善燃油經(jīng)濟(jì)性。所述的控制方法具體步驟如下：
[0010] 1)在DCT換擋過程的轉(zhuǎn)矩相，讓ISG電機(jī)工作在升檔助力模式或降檔發(fā)電模式，以 減少發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)矩變化，實現(xiàn)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的快速變化，并為下一過程大幅電機(jī)轉(zhuǎn)矩改變儲 蓄轉(zhuǎn)矩空間；
[0011] 2)在DCT換擋過程的慣性相，迅速使ISG電機(jī)切換工作狀態(tài)，并進(jìn)入升檔發(fā)電模式 或者降檔助力模式，讓ISG電機(jī)提供使發(fā)動機(jī)和目標(biāo)離合器從動盤快速同步的同步轉(zhuǎn)矩， 以大幅減少發(fā)動機(jī)在慣性相的轉(zhuǎn)矩變化；
[0012] 3)在轉(zhuǎn)矩切換階段，ISG電機(jī)逐漸退出工作模式，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)矩逐漸切換到駕駛需 求轉(zhuǎn)矩。
[0013] 該方法采用集成整車控制和變速控制功能于一體的控制器THCU來實現(xiàn)，該控制 器集成了對DCT和混合動力整車的控制功能，可直接對多動力源的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行協(xié)調(diào)控制 并系統(tǒng)解決信號經(jīng)多控制器處理延時的問題，且能有效提高控制精度。
[0014] 在DCT換擋過程的轉(zhuǎn)矩相，采用分離離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的控制規(guī)律，并在此階段，依 據(jù)基于模型的控制，實時決策發(fā)動機(jī)和ISG電機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩。
[0015] 所述的分離離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的計算具體如下：
[0016] 通過駕駛員踏板開度以及變化率實時滾動更新車輛加速度來反映駕駛員換擋意 圖；之后，基于換擋過程動力學(xué)模型得到離合器等效傳遞轉(zhuǎn)矩，再由分離離合器傳遞轉(zhuǎn)矩， 得到換擋過程兩離合器各自所傳遞的轉(zhuǎn)矩。
[0017] 在DCT換擋過程的慣性相，采用發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速切換至目標(biāo)離合器從動盤轉(zhuǎn)速的滾動 優(yōu)化參考轉(zhuǎn)速軌跡，該參考軌跡體現(xiàn)了對離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)的適應(yīng)性；與此同時，在DCT 換擋過程的慣性相，根據(jù)實時更新的目標(biāo)發(fā)動機(jī)參考軌跡，采用模型預(yù)測控制，實時決策了 發(fā)動機(jī)和ISG電機(jī)的合成轉(zhuǎn)矩。
[0018] 該方法充分利用ISG電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制響應(yīng)快、精度高的優(yōu)勢，對換擋過程轉(zhuǎn)矩相和 慣性相所得到的目標(biāo)合成轉(zhuǎn)矩，分為快變部分和慢變部分，快變部分由ISG電機(jī)實現(xiàn)，慢變 部分則由發(fā)動機(jī)實現(xiàn)，降低了發(fā)動機(jī)控制的難度。
[0019] 該方法分階段實現(xiàn)了動力源合成轉(zhuǎn)矩的決策過程，具體為：
[0020] 在DCT換擋過程的轉(zhuǎn)矩相，考慮駕駛員意圖和離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)特性，獲取分 離離合器分離規(guī)律，利用DCT換擋過程動力學(xué)模型得到動力源總需求轉(zhuǎn)矩；
[0021] 在DCT換擋過程的慣性相，基于模型預(yù)測控制，設(shè)計并滾動優(yōu)化參考軌跡，通過預(yù) 測控制得到動力源總需求轉(zhuǎn)矩，并完成離合器主從動盤轉(zhuǎn)速同步；
[0022] 在轉(zhuǎn)矩切換階段，考慮駕駛員、車輛、道路以及沖擊度約束，設(shè)計動力源需求轉(zhuǎn)矩 切換規(guī)律。
[0023] 所述的控制方法動力源轉(zhuǎn)矩分配策略為：考慮蓄電池荷電狀態(tài)（SOC)、ISG電機(jī)輸 出轉(zhuǎn)矩能力限制以及動力源的工作特性，對動力源輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行了分配。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明解決了 DCT換擋過程中雙離合器及動力源（發(fā)動機(jī)和ISG 電機(jī)）間的轉(zhuǎn)矩實時協(xié)調(diào)優(yōu)化控制問題，具體優(yōu)點如下：
[0025] 1)針對DCT變速混合動力汽車，考慮到與發(fā)動機(jī)相比，ISG電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩具有響應(yīng) 快且精度高的特點，讓ISG電機(jī)充分介入DCT換擋過程，為優(yōu)化DCT換擋品質(zhì)，提出了雙離 合器傳遞轉(zhuǎn)矩和動力源（包括發(fā)動機(jī)和ISG電機(jī)）輸出轉(zhuǎn)矩的協(xié)調(diào)控制方法，將整個換擋 過程控制認(rèn)為是雙離合器傳遞轉(zhuǎn)矩計算+動力源合成轉(zhuǎn)矩決策+動力源轉(zhuǎn)矩分配的綜合結(jié) 果。
[0026] 2)在換擋過程中，為改善車輛的換擋舒適性、動力性和排放性能，提高不同換擋工 況控制器的魯棒性，充分考慮動力源響應(yīng)特性的差異和駕駛意圖，讓發(fā)動機(jī)工作在穩(wěn)態(tài)，保 持換擋初始時刻的節(jié)氣門開度不變，動力源轉(zhuǎn)矩快變部分由ISG電機(jī)響應(yīng)。也即在整個換 擋過程中，可使發(fā)動機(jī)可以部分脫離工況限制，基本工作在穩(wěn)態(tài)優(yōu)化工作點，改善其燃油經(jīng) 濟(jì)性，克服了其轉(zhuǎn)矩響應(yīng)滯后和瞬態(tài)排放惡化問題。
[0027] 3)利用ISG電機(jī)較快的轉(zhuǎn)矩響應(yīng)速度和控制精度加快了換擋過程并減小了換擋 沖擊。在轉(zhuǎn)矩相和需求轉(zhuǎn)矩切換階段，ISG電機(jī)工作在驅(qū)動模式，提供換擋期間車輛所需求 的動力；在慣性相，ISG則工作在制動發(fā)電模式，將發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速快速同步至接合離合器從動 盤轉(zhuǎn)速，并回收了部分換擋能量。
【附圖說明】
[0028] 圖1為傳統(tǒng)換擋過程示意圖；
[0029] 圖2為電機(jī)介入換擋過程示意圖；
[0030] 圖3為DCT變速混合動力原型車動力系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；
[0031 ] 圖4為發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速參考軌跡滾動更新示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0033] 實施例
[0034] 本發(fā)明動力源合成轉(zhuǎn)矩以及離合器等效傳遞轉(zhuǎn)矩的計算，基于DCT換擋滑摩階段 八自由度動力學(xué)方程以及利用傳動比關(guān)系簡化得到二自由度換擋動力學(xué)模型：
[0036] 式中r、和#分別為等效到變速器輸出軸的當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量和當(dāng)量旋轉(zhuǎn)粘性阻尼 系數(shù)，Km、Kciff分別為接合離合器、分離離合器傳遞轉(zhuǎn)矩等效到變速器輸出軸的放大因子。
[0037] DCT換擋過程本質(zhì)上是相對獨立的連續(xù)變量動態(tài)系統(tǒng)的切換過程，具體表現(xiàn)為換 擋過程中接合離合器分離，同時分離離合器接合的雙離合器工作狀態(tài)切換過程。本發(fā)明DCT 換擋過程控制，首先通過實時滾動更新車輛加速度以量化駕駛員換擋意圖。之后聯(lián)立DCT 換擋過程動力學(xué)模型（1)及車輪角速度Ws和角加速度?，可以計算得到離合器等效傳遞 轉(zhuǎn)矩T (k+1) =Tcin(I^l) UTciff(I^l) Kcifft3最后根據(jù)分離離合器傳遞的轉(zhuǎn)矩!^(k+l)(在轉(zhuǎn) 矩相可通過分離離合器分離規(guī)律得到；在慣性相和轉(zhuǎn)矩切換階段離合器已經(jīng)完全分離，因 此值為〇)，就可以得到換擋過程中Tcin, Tcifft3本實施例中，DCT換擋動力源協(xié)調(diào)控制過程采 用分相控制，具體包括：
[0038] 1)在DCT換擋過程的轉(zhuǎn)矩相，主要完成離合器傳遞轉(zhuǎn)矩的交互，分離離合器傳遞 轉(zhuǎn)矩逐漸下降為0,接合離合器傳遞轉(zhuǎn)矩逐漸上升，兩離合器轉(zhuǎn)矩變化率一方面影響換擋時 間，另一方面決定了車輛沖擊度。本發(fā)明中要求二離合器共同傳遞的轉(zhuǎn)矩滿足離合器等效 傳遞轉(zhuǎn)矩，分離離合器轉(zhuǎn)矩的下降可以通過接合離合器彌補(bǔ)，只要二者共同傳遞的轉(zhuǎn)矩滿 足離合器等效傳遞轉(zhuǎn)矩，車輛沖擊度就得以保證，所以分離離合器分離規(guī)律主要影響了換 擋轉(zhuǎn)矩相時間，而與車輛沖擊度解耦，理論上應(yīng)盡可能快地分離離合器，以減少換擋時間， 但其分離速度受到離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)特性的限制。本發(fā)明首先根據(jù)離合器執(zhí)行機(jī)構(gòu)特性 確定了轉(zhuǎn)矩相時間，然后設(shè)計了類指數(shù)型分離規(guī)律，其特征為：初始時間段內(nèi)下降率較小， 旨在降低離合器執(zhí)行電機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩，加快啟動過程；中間部分變化率較大，以較快地速度分 離離合器；結(jié)束階段下降率也較