CN106740826A - 一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法和装置，当单轴并联混合动力汽车在纯电动行驶过程中，满足发动机起动条件，且出现换挡需求时，控制变速箱进行换挡，当变速箱完成摘挡，处于空挡位置时，用电机将发动机拖动至目标转速，减少了马达的使用次数，进而提高了马达的使用寿命；且发动机调速和换挡调速过程融合为一个过程，即调速完成并挂档后，发动机便可以开始输出动力，整个发动机起动过程和换挡过程结合，大大缩短了发动机起动到参与输出动力过程的时间，提高了整车动力性能，以及避免行车中不挂空挡，直接接合离合器拖动发动机起动造成的车辆抖动及离合器磨损。
Description
技术领域
本发明涉及单轴并联混合动力汽车技术领域，更具体地说，涉及一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法和装置。
背景技术
传统汽车起动发动机的方法，在停车时，驾驶员用钥匙触发发动机自带的起动马达带动发动机起动。单轴并联式混合动力汽车，增加了一种发动机起动方法，即在停车状态下，保持档位为空挡，接合离合器，然后用电机输出扭矩拖动发动机起动的方法。但是上述两种发动机起动方法都有各自的限制条件：马达起动发动机方式必须要保持档位是空挡或者离合器保持分离状态；电机起动方式必须在停车状态下，空挡起动发动机。
在单轴并联式混合动力汽车行驶过程中，有发动机怠速起停功能，即满足发动机熄火条件时，此时发动机熄火，仅靠电机驱动车辆行驶；在满足发动机起动条件后，需要将发动机起动，并迅速进入工作状态，输出扭矩，驱动车辆行驶(混动模式)。目前车辆行驶过程中，起动发动机方式包括两种，一种是采用控制发动机自带的马达起动发动机，发动机起动后，调节发动机转速与电机转速同步，并结合离合器。但是，发动机起动马达的寿命有限，即马达起动次数有限，而单轴并联式混合动力汽车由于有怠速起停功能，发动机的起停次数是传统汽车的几十倍，且起动间隔短，进一步降低了马达的寿命，增加了发动机起动马达的维修更换成本。
另一种发动机起动方式是，行车过程中当车速等满足发动机起动条件时，不挂空挡，直接控制离合器接合，控制电机将发动机拖动至目标转速，但是，这种方法启动发动机的过程会有抖动，影响舒适性，且对离合器磨损较大，不利于离合器寿命。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法和装置，欲解决频繁使用马达进而造成马达寿命降低，以及行车中直接接合离合器拖动发动机起动造成的车辆抖动及离合器磨损的技术问题。
为了解决上述技术问题，现提出的方案如下：
一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法，包括：
当满足发动机起动条件时，监测是否接收到变速箱的换挡指令；
当接收到所述换挡指令时，控制所述变速箱进行换挡；
当所述变速箱处于空挡状态时，采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速。
优选的，所述采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速，包括：
调节所述电机的转速归零，且调节所述电机的输出扭矩归零；
控制连接所述电机与所述发动机的离合器闭合；
调节所述电机的输出扭矩以使所述电机的转速达到所述目标转速；
调节所述电机的输出扭矩为零，且调节发动机的输出扭矩为零。
优选的，所述方法还包括：在电机出现异常时，则采用马达起动发动机的方法控制所述发动机转动至预设转速。
优选的，所述目标转速等于目标档位传动比乘以所述变速箱的输出轴当前转速。
优选的，所述发动机起动条件包括：车速大于预设车速阈值。
一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动装置，包括：
监测单元，用于当满足发动机起动条件时，监测是否接收到变速箱的换挡指令；
换挡单元，用于当接收到所述换挡指令时，控制所述变速箱进行换挡；
第一调速单元，用于当所述变速箱处于空挡状态时，采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速。
优选的，所述第一调速单元，包括：
第一调节子单元，用于调节所述电机的转速归零，且调节所述电机的输出扭矩归零；
第二调节子单元，用于控制连接所述电机与所述发动机的离合器闭合；
第三调节子单元，用于调节所述电机的输出扭矩以使所述电机的转速达到所述目标转速；
第四调节子单元，用于调节所述电机的输出扭矩为零，且调节发动机的输出扭矩为零。
优选的，所述装置还包括：
第二调速单元，用于在电机出现异常时，则采用马达起动发动机的方法控制所述发动机转动至预设转速。
优选的，所述目标转速等于目标档位传动比乘以所述变速箱的输出轴当前转速。
优选的，所述发动机起动条件包括：车速大于预设车速阈值
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法和装置，当单轴并联混合动力汽车在纯电动行驶过程中，满足发动机起动条件，且出现换挡需求时，控制变速箱进行换挡，当变速箱完成摘挡，处于空挡位置时，用电机将发动机拖动至目标转速，减少了马达的使用次数，进而提高了马达的使用寿命；且发动机调速和换挡调速过程融合为一个过程，即调速完成并挂档后，发动机便可以开始输出动力，整个发动机起动过程和换挡过程结合，大大缩短了发动机起动到参与输出动力过程的时间，提高了整车动力性能，以及避免行车中不挂空挡，直接接合离合器拖动发动机起动造成的车辆抖动及离合器磨损。
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为单轴并联式混合动力汽车的动力总成系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的一种采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速的具体流程图；
图4为本发明实施例提供的另一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法的流程图；
图5为本发明实施例提供的一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动装置的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种调速单元的示意图；
图7为本发明实施例提供的另一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动装置的示意图。
具体实施方式
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、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，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。
单轴并联式混合动力汽车的动力总成系统参见图1所示，由发动机、离合器、电机、变速箱和车桥在同一轴线上机械连接构成。其中，电池通过高压线路为电机提供电能驱动。发动机驱动和高压电力驱动并联构成整车两种动力源。
HCU(Hybrid Control Unit，混合动力整车控制器)采集车辆信息(油门、车速等)，监控车辆状态，并根据驾驶员需求，协调MCU(Motor Control Unit、电机控制单元)、TCU(Transmission Control Unit，变速箱控制单元)、BMS(Battery Management Systerm，电池管理系统)和ECU(Engine Control Unit，发动机控制单元)等，进而控制零部件状态和输出扭矩等。
纯电动模式：车辆起步至发动机起动并开始输出扭矩驱动车辆行驶前，此过程车辆仅靠电机输出扭矩驱动行驶，该阶段车辆驱动模式，称为纯电动模式。
混动模式：发动机起动运转，并且离合器接合，变速箱不是空挡，发动机和电机都可以输出扭矩驱动车辆行驶的动力模式，车位混合动力模式，简称混动模式。
本实施例提供一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法，满足发动机起动条件，且出现换挡需求时，控制变速箱进行换挡，当变速箱完成摘挡，处于空挡位置时，用电机将发动机拖动至目标转速，减少了马达的使用次数参见图2所示，该方法包括：
步骤S11：监测发动机起动条件是否满足，若满足发动机起动条件，则进入步骤S12；
预先建立油门开度信号、车速信号，与发动机起动、发动机熄火的对应关系。在单轴冰灵混合动力汽车的行驶过程中，根据预先建立的关系，以及油门开度信号和车速，实时判断油门开度信号和车速是否满足发动机起动条件。例如，设置当车速大于车速阈值时为发动机起动的条件，当车速逐渐提升大于车速阈值时，判断满足发动机起动条件。
步骤S12：监测是否接收到变速箱的换挡指令，若接收到所述换挡指令，则转入步骤S13；
步骤S13：控制所述变速箱进行换挡；
电机起动发动机的方法必须保持变速箱的档位是空挡。一般的单轴并联混合动力汽车的换挡过程分为以下步骤：
清扭：变速箱的输入轴扭矩清零，即发动机和/或电机输出扭矩清零；
摘挡：HCU发出指令，由TCU控制机械结构将变速箱挡位摘至空挡；
转速同步：将变速箱输入轴转速调节至目标转速值(如果发动机不工作，则输入轴转速＝电机转速；如果发动机工作，离合器处于接合状态，则变速箱输入轴转速＝电机转速＝发动机转速)；
挂档：TCU控制变速箱机械结构挂上目标档位。
此后，换挡过程完成，电机和/或发动机开始输出扭矩。
步骤S14：当所述变速箱处于空挡状态时，采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速。所述目标转速等于目标档位传动比乘以所述变速箱的输出轴当前转速。
调速完成并挂档后使变速箱达到目标档位后，发动机和电机便可以开始输出扭矩，驱动车辆。
当变速箱完成摘挡，处于空挡位置时，用电机将发动机拖动至目标转速，减少了马达的使用次数，进而提高了马达的使用寿命；行驶过程中采用马达起动发动机的方法时，如果发动机起动后，转速与电机转速同步过程中，且离合器接合前，有换挡需求出现，则需要先进行换挡过程，等换挡完成后，才能继续调速同步和离合器接合过程，然后进入混动模式，输出动力。这样使得发动机从开始起动到开始输出动力驱动车辆行驶的过程相对较长，降低车辆动力性能。
而本实施例提供的上述单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法，将发动机调速和换挡调速过程融合为一个过程，即调速完成并挂档后，发动机便可以开始输出动力，整个发动机起动过程和换挡过程结合，大大缩短了发动机起动到参与输出动力过程的时间，提高了整车动力性能，以及避免行车中不挂空挡，直接接合离合器拖动发动机起动造成的车辆抖动及离合器磨损。
本实施例还提供了采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速的具体过程，参见图3，该过程包括：
步骤S41：调节所述电机的转速归零，且调节所述电机的输出扭矩归零；
当变速箱处于空挡状态后，先进行电机释放，即HCU控制电机的转速归零且扭矩归零。
步骤S42：控制连接所述电机与所述发动机的离合器闭合；
步骤S43：调节所述电机的输出扭矩以使所述电机的转速达到所述目标转速；
HCU采用PID(Proportion Integration Differentiation，比例-积分-导数)算法控制电机的输出扭矩，进而带动发动机转动至目标转速。实现发动机的起动和调速，即将发动机调速和换挡调速过程融合为一个过程。
步骤S44：调节所述电机的输出扭矩为零，且调节发动机的输出扭矩为零。
因此，当HCU控制TCU完成挂档，使变速箱达到目标档位后；发动机和电机便可以开始输出扭矩，驱动车辆。
本实施例还提供了另一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法，参见图4所示，为增强车辆控制灵活性和可靠性，将马达起动发动机的方法作为车辆行驶过程中的备用起动方式，该方法在转入步骤S12之前还包括：
步骤S21：判断电机是否出现异常，若电机出现异常，则转入步骤S22，若电机未出现异常，则转入步骤S12。
步骤S22：采用马达起动发动机的方法控制所述发动机转动至预设转速。
通过设置电池低容量阈值，来判断电池是否可以维系电机起动发动机过程，若当前电池容量低于低容量阈值，则控制马达起动发动机，将发动机转动至预设转速。马达起动发动机的过程为现有技术内容，本发明不再做过多介绍。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
本实施例提供一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动装置，参见图5所示，该装置包括：
监测单元11，用于当满足发动机起动条件时，监测是否接收到变速箱的换挡指令；具体的，所述发动机起动条件包括：车速大于预设车速阈值。
换挡单元12，用于当接收到所述换挡指令时，控制所述变速箱进行换挡；
第一调速单元13，用于当所述变速箱处于空挡状态时，采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速。具体的，所述目标转速等于目标档位传动比乘以所述变速箱的输出轴当前转速。
本实施例提供一种第一调速单元，参见图6所示，该第一调速单元具体包括：
第一调节子单元131，用于调节所述电机的转速归零，且调节所述电机的输出扭矩归零；
第二调节子单元132，用于控制连接所述电机与所述发动机的离合器闭合；
第三调节子单元133，用于调节所述电机的输出扭矩以使所述电机的转速达到所述目标转速；
第四调节子单元134，用于调节所述电机的输出扭矩为零，且调节发动机的输出扭矩为零。
本实施例还提供另一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动装置，参见图7所示，该装置还包括：
第二调速单元14，用于在电机出现异常时，采用马达起动发动机的方法控制所述发动机转动至预设转速。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
对于装置实施例而言，由于其基本相应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对本发明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。
Claims (10)
1.一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动方法，其特征在于，包括：
当满足发动机起动条件时，监测是否接收到变速箱的换挡指令；
当接收到所述换挡指令时，控制所述变速箱进行换挡；
当所述变速箱处于空挡状态时，采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速，包括：
调节所述电机的转速归零，且调节所述电机的输出扭矩归零；
控制连接所述电机与所述发动机的离合器闭合；
调节所述电机的输出扭矩以使所述电机的转速达到所述目标转速；
调节所述电机的输出扭矩为零，且调节发动机的输出扭矩为零。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在电机出现异常时，则采用马达起动发动机的方法控制所述发动机转动至预设转速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标转速等于目标档位传动比乘以所述变速箱的输出轴当前转速。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述发动机起动条件包括：车速大于预设车速阈值。
6.一种单轴并联混合动力汽车的发动机起动装置，其特征在于，包括：
监测单元，用于当满足发动机起动条件时，监测是否接收到变速箱的换挡指令；
换挡单元，用于当接收到所述换挡指令时，控制所述变速箱进行换挡；
第一调速单元，用于当所述变速箱处于空挡状态时，采用电机起动发动机的方法控制发动机转动至目标转速。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述调速单元，包括：
第一调节子单元，用于调节所述电机的转速归零，且调节所述电机的输出扭矩归零；
第二调节子单元，用于控制连接所述电机与所述发动机的离合器闭合；
第三调节子单元，用于调节所述电机的输出扭矩以使所述电机的转速达到所述目标转速；
第四调节子单元，用于调节所述电机的输出扭矩为零，且调节发动机的输出扭矩为零。
8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
第二调速单元，用于在电机出现异常时，则采用马达起动发动机的方法控制所述发动机转动至预设转速。
9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述目标转速等于目标档位传动比乘以所述变速箱的输出轴当前转速。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述发动机起动条件包括：车速大于预设车速阈值。
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