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CN109572666B - 一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法 - Google Patents

一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法 Download PDF

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CN109572666B CN201811372931.9A CN201811372931A CN109572666B CN 109572666 B CN109572666 B CN 109572666B CN 201811372931 A CN201811372931 A CN 201811372931A CN 109572666 B CN109572666 B CN 109572666B
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Abstract

本发明提供了一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法，该方法采用起动机起动和电机1起动两种起动方式，充分考虑了驾驶员输入和动力系统状态对起停控制的影响，保障了发动机起停时的安全性和可靠性，改善了驾驶员的驾驶体验。本发明包括以下内容：(1)发动机工作/关闭请求判断，根据钥匙信号和怠速起停条件判断发动机是否满足起停条件；(2)起动方式选择，根据SOC、温度等信号发动机起动类型；(3)发动机起停控制，采用电机1起机时根据发动机所处的工作模式以及发动机温度、转速确定起动扭矩以及起动时间；(4)起停结果判断，根据发动机在起动过程中的状态变化判断起停是否成功，如果发动机起动或关闭失败，不允许再次起动。

Description

一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法
技术领域
本发明属于混合动力汽车控制技术领域，具体涉及行星式混合动力汽车发动机起停控制控制方法，尤其适用于以超级电容为动力电源且无离合器的行星式混合动力系统。
背景技术
行星式混合动力汽车不需要离合器和变速器，具有结构紧凑，便于布置的优点。行星式混合动力汽车能够在约束范围内实现发动机转速转矩与路面载荷解耦，易于实现发动机的优化控制，获得良好的燃油经济性。同时，行星式混合动力系统无级调速的功能，使车辆具备良好的动力性。发动机怠速起停是混合动力汽车实现节能减排的有效手段，混合动力汽车由于配备了功率较大的电机，能够快速起动发动机，因而可以在不影响行驶特性的前提下尽量减少发动机怠速时间，进而减少怠速油耗。发动机怠速起停控制受到了极大关注。
中国专利公布号为CN101947915A，公布日为2011年1月19日的发明专利申请公开了《一种强混合动力汽车工作模式切换中发动机起停控制方法》，该控制方法可以实现发动机可靠、经济、高效地起动和停止控制，同时可以降低起停过程的振动，改善整车性能。此外，在停止过程中还可回收发动机停车过程的动能，提高能量的利用率。
专利公布号为CN108045372A，公布日为2018年5月18日的中国发明专利申请公开了《混合动力车辆的发动机起停控制方法及控制系统》。该专利通过识别所述车辆与前方车辆之间的相对距离和相对车速作为发动机起停的判断条件，能够有效减少拥堵道路行驶时发动机频繁起停的问题。
专利公布号为CN108466614A，公布日为2018年8月31日的中国发明专利申请公开了《一种混合动力客车发动机起动方法》。该发明通过采用车辆动力电池当前电压与车辆强制起动发动机电压阈值的差值所对应的电量控制启动高压发电机，进而启动发动机，不用再专门设置24V起动机，有效节省了资源。
以上专利从起动能耗、振动、部件成本的角度分析了混合动力汽车发动机起停存在的问题，有效改善了起停特性。
发明内容
相比其他混合动力构型，行星式混合动力汽车由于不包括离合器，发动机起动或关闭时会输出向后或前向的驱动力。因此，起停发动机时动力系统需要足够的制动力以避免溜车。另外，对于以超级电容为动力电源的混合动力车辆，由于超级电容电量很小，一般不具备纯电驱动的能力，行车过程中需要保持发动机工作。针对所述系统的以上特点以及驾驶员输入和其他系统状态，本发明提出了一种发动机起停控制方法，该方法充分考虑了多种因素对发动机起停的影响，在充分保证动力系统的稳定运行的前提下，可以安全、可靠地起动和关闭发动机，改善了发动机起停对驾驶体验的不良影响。
所述动力系统至少包括起动机、发动机、扭转减振器、行星排、电机1、主减速器、电机1控制器、超级电容、DCDC转换器、电机2、电机2控制器、24V蓄电池；
所述电机1与太阳轮连接，发动机通过扭转减振器与行星架连接，齿圈与输出轴连接，电机2与输出轴同轴连接；发动机有两种起动方式，一种是起动机起动，起动时由24V电源提供电能，另外一种是电机1起动，由超级电容提供电能。为了保证起动可靠，保留了发动机传统的起动机起动方式，电机1起动时，起动扭矩由太阳轮经行星架和扭转减振器传递到发动机曲轴；另外，所述动力系统有D/N/R三个挡位，通过手刹实现驻车制动；钥匙有Acc/On/Start三个挡位，Acc挡发出下电和发动机关闭信号，On挡发出系统上电信号，Start挡发出发动机起动信号；
本发明采用如下技术方案：
一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法，包括以下步骤：
步骤1，发动机工作/关闭请求判断：
发动机工作/关闭请求判断分为钥匙请求判断、怠速请求判断和请求仲裁三部分，请求仲裁部分综合钥匙请求信号得到发动机起停请求，当输出信号为1表示需要发动机工作，为0时表示需要发动机关闭。
各部分判断时用到了延时条件Z-1、滞环条件Relay、选择输出条件Switch。其中Z-1表示上一采样时刻的信号值；各滞环描述如下：当输入信号值小于滞环下限时，滞环输出为假，大于滞环上限时输出为真，介于上下限之间时输出前一时刻判断结果；Switch模块中当if条件成立时输出then端信号，反之输出else端信号。
1)钥匙请求判断
钥匙请求信号判断如图3所示，输入信号为钥匙位置、制动踏板开度、手刹、车速、高压上电状态。分别判断钥匙起动和钥匙关闭对起停需求，然后综合输出发动机工作/关闭请求。
(1)发动机工作请求判断
当以下条件均满足时，钥匙能够起动发动机：
①挡位为N挡；②手刹拉起；③制动踏板开度满足滞环条件Relay1；④高压上电成功。
这时拧钥匙至Start挡发出发动机工作请求信号。所述动力系统有D/N/R三个挡位，驻车制动通过手刹实现，因此起动发动机时可以用拉起手刹防止起动溜车。钥匙起动时要求踩制动踏板是为了初始检验制动踏板信号以及驻车制动是否正常，以保证行车安全。
(2)发动机关闭请求判断
当以下条件均满足时，钥匙关闭条件满足：
①制动踏板开度满足滞环Relay2或者手刹拉起；②车速小于下电安全车速Vmin1，这时钥匙拧至Acc挡发出发动机关闭请求信号。制动踏板开度满足滞环Relay2或者手刹拉起时认为制动力满足安全起动时制动力需求。
2)怠速工作/关闭请求判断：
发动机怠速时在能够保证动力系统正常工作的前提下可以关闭发动机以减少怠速油耗。但是频繁起停发动机会影响驾驶体验，缩短发动机使用寿命，油耗也会增加，因此怠速起停需要充分考虑多种因素的影响。
怠速时根据加速踏板开度、挡位、手刹、发动机状态、动力系统模式、SOC、制动气室压力、催化剂加热器信号、车速这些信号判断是否需要发动机工作。具体描述如下：
(1)挡位挂到N挡后经过时间tN1延时确认为真并且加速踏板开度满足滞环条件Relay3判断时输出工作请求信号。N挡时为了模拟驾驶员驾驶传统车的体验，发动机需要响应驾驶员踏板需求。为了避免发动机状态过快切换对其他模式的控制以及发动机自身带来不影响，在N挡需要保持一定时间。
(2)挡位为N挡且N挡保持时间大于tN2后不需要发动机工作，输出发动机关闭请求信号。挡位切换到N挡后，为了避免挡位频繁切换造成发动机频繁起停，需要保持发动机工作一段时间再关闭。
(3)动力系统由驱动模式切换到空挡模式后SOC不满足设定的滞环条件Relay4时需要发动机工作发电，发出工作请求信号。Relay4上下限为驱动模式切换到空挡模式后允许的SOC最大值SOCmax1和最小值SOCmin1。
(4)SOC满足设定的滞环条件Relay5时允许发动机关闭，发出关闭请求信号。当SOC过低时，需要发动机保持工作为超级电容充电，Relay5上下限分别为设定的空挡时允许的SOC最大值SOCmax2和最小值SOCmin2。其中SOCmax1＜SOCmax2，SOCmin1≥SOCmin2。与条件④相比，条件③可以有效避免停车后超级电容维持在较高SOC，减少多次能量转换造成的效率损失。
(5)制动气室压力不满足设定的滞环条件Relay6时需要发动机驱动气泵充气，发出工作请求信号。Relay6的上下限分别为设定的制动气室压力上限值Pmax和下限值Pmin。
(6)催化剂加热器发出加热请求时需要发动机工作，发出工作请求信号。发动机催化剂加热器温度过低时需要发动机保持工作。
(7)车速大于安全车速上限Vmin2时需要发动机工作，发出工作请求信号。当车速足够高如果其他因素导致发动机未工作，这时需要发动机维持附件运行，保障行车安全。
进一步综合判断以上七种情况，如果其中任意一种情况都不需要发动机工作则发出发动机关闭请求。反之，只要有一种情况不满足关闭条件则发出工作请求。由于动力系统结构特点，发动机起停过程中会输出驱动力，进而出现溜车的现象，发动机起停过程中车辆必须保持足够的制动力。考虑到驾驶员踩制动踏板时制动力大小无法保证，因此以手刹作为制动条件。因此，在发动机工作/关闭请求综合判断的基础上必须拉起手刹才能起动或关闭发动机，反之保持发动机前一采样时刻的状态。
3)钥匙请求和怠速请求仲裁
当动力系统未进入过驱动模式时，发动机工作或者关闭只取决于钥匙请求判断。进入过驱动模式后，只有钥匙请求信号和怠速请求信号都为真时发动机工作请求才为真。第一次起动发动机后，整个动力系统如散热系统和润滑系统等可能并未处于合适的工作状态，这时保持发动机较长工作有利于动力系统快速达到合适状态。
步骤2，发动机起动方式选择
本发明中所述动力系统有两种起动方式：起动机起动和电机1起动为了快速起动发动机，减少起动油耗，发动机起动时优先选择电机1起动。当系统满足以下条件时可以采用电机1起动：
1)SOC高于起动允许最低SOC；
2)超级电容允许放电功率大于电机1起动消耗的最大电功率；
3)超级电容温度不低于工作温度下限；
在以上条件的基础上还需要考虑当发动机处于起动阶段时，不管条件如何变化，不允许改变发动机的起动方式。
步骤3，发动机起动控制
1)起动机起动控制
发动机采用起动机起动时，起动机扭矩和发动机喷油转速由发动机ECU控制，具体控制方法与传统车相同，无需VCU参与。
2)电机1启动控制
(1)起动扭矩计算：
计算发动机起动阻力矩，进一步根据发动机和电机1的转动惯量和传动效率计算得到电机1的起动需求扭矩：
Figure GDA0002707687420000041
式中，Ic表示行星架转动惯量，Ie表示发动机转动惯量，k表示行星排特征参数，是齿圈齿数与太阳轮齿数之比，Is1表示太阳轮的转动惯量，Ig表示电机1的转动惯量，
Figure GDA0002707687420000042
表示发动机角加速度，
Figure GDA0002707687420000043
表示电机1角加速度，Te表示发动机阻力矩，ηg表示电机1到发动机的传动效率，ΔT表示起动扭矩增量。
其中，Te是关于发动机转速和冷却液温度的查表量，ΔT随着发动机转速升高先增大后减小。ΔT既要满足发动机快速起动，又要保证起动过程平稳。
(2)起动时间控制
发动机温度在温度阈值以上时，启动时间上限为5s，如果温度低于正常温度阈值下限时，温度越低，允许起动时间越长。起动时间超过限值后，退出起动过程，起动机或电机1的起动扭矩变为0；
(3)发动机喷油转速控制
采用电机1起动时，如果发动机冷却液温度高于温度阈值，发动机转速高于怠速转速时开始喷油；如果冷却液温度低于设定温度阈值，发动机喷油转速随着温度降低而降低。
3)发动机关闭控制
发动机需要关闭时如果电机1不工作，VCU直接发出熄火命令，发动机断油。如果发动机需要关闭时电机1工作，则发动机先逐渐减少喷油，电机1随之减小扭矩，避免电机1消扭过快导致发动机转速升高。
步骤4，发动机起停成功判断
1)发动机状态
根据发动机状态变化判断发动机是否起动/关闭成功。发动机分为四种工作状态，即关闭状态、起动阶段、工作状态、关闭阶段。这四种状态以发动机转速和状态保持时间为条件进行切换。发动机状态是发动机起停控制的重要参考条件，其中关闭状态和工作状态是稳定状态，起动阶段和关闭阶段是过渡状态。发动机起动时随着转速升高发动机由关闭状态进入起动阶段，再进一步到工作状态。关闭时，发动机由工作状态先进入关闭阶段，再进入关闭状态。各模式描述如下：
(1)关闭模式，当发动机转速小于起动阶段转速阈值ne1时认为发动机处于关闭模式。
(2)起动阶段，当发动机转速增加至大于ne1且小于工作状态切换阈值ne2或者在起动阶段保持时间不大于tumin时，发动机处于起动阶段。为了保证发动机起动成功后保持稳定输出，需要发动机保持一定时间后再输出动力。
(3)工作状态，当起动阶段发动机转速逐渐增加至大于ne2且在起动阶段保持时间大于tumin后进入工作模式；发动机进入起动阶段后需要保持一定时间以检验起动过程是否异常。
(4)关闭阶段，当发动机处于起动阶段或工作状态时如果转速下降至小于发动机关闭转速阈值ne3后进入关闭阶段。起动过程中转速减小时认为起动异常，直接进入关闭阶段，执行发动机关闭控制。
2)起停结果判断
(1)如果发出起动信号后在限定的起动时间内发动机进入工作状态则认为发动机起动成功。
(2)如果发出起动信号后在限定的起动时间内并未处于工作状态，而是处于关闭模式、起动阶段、关闭阶段中某一个状态时认为发动机起动失败。这里保持在关闭模式有两种情况：①发动机未进入过起动阶段；②发动机进入起动阶段后转速降低，经关闭阶段关闭发动机。处于关闭阶段则表示发动机转速先升高后降低，但是未能降低至停机转速阈值ne1。
(3)如果发出关闭信号后，在限定时间内发动机进入关闭模式，则认为发动机关闭成功。
(4)如果发出关闭信号后，在限定时间内发动机未进入关闭模式，而是保持在工作模式或关闭阶段，则认为发动机关闭失败。
起动失败后这时钥匙起动和怠速起动均失效，只有钥匙下电后再次上电并起动才能起动发动机。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为本发明所述行星式混合动力汽车动力系统结构简图；
图2为本发明所述发动机起停控制方法整体流程图；
图3为本发明所述钥匙请求判断流程图；
图4为本发明所述怠速请求判断流程图；
图5为本发明所述钥匙起停和怠速起停仲裁流程图；
图6为本发明所述为发动机起动方式选择流程图；
图7为本发明所述发动机起动阻力矩随冷却液温度和转速的曲面图；
图8为本发明所述发动机起动扭矩增量随发动机转速变化曲线；
图9为本发明所述发动机起动时间限值随冷却液温度变化曲线；
图10为本发明所述发动机喷油转速随冷却液温度变化曲线；
图11为本发明所述发动机工作模式切换流程图。
图中：1—起动机；2—发动机；3—扭转减振器；4—行星排太阳轮；5—行星排齿圈；6—行星排行星架；7—电机2；8—主减速器；9—电机2控制器；10—超级电容；11—DCDC转换器；12—电机1控制器；13—电机1；14—24V蓄电池。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作出详细描述：
图1示出了一种实现本发明所述发动机起停控制方法的行星式混合汽车动力系统的结构简图。所述动力系统应至少包括图1中所述各部件。其中，所述起动机起动发动机时由24V蓄电池14提供电能。电机1起动发动机时由超级电容10提供电能。电机1起动发动机时起动扭矩由太阳轮经行星架和扭转减振器传递到发动机曲轴。起动或关闭发动机过程中，电机1或者发动机扭矩会传递至齿圈5，进而传递驱动力到车轮。为了避免溜车，起动或关闭时需要拉起手刹或踩下制动踏板。动力系统由于超级电容容量很小，动力系统不具备纯电驱动的能力，行驶过程中需要发动机保持工作。另外，所述混合动力汽车有D/N/R三个挡位，用手刹实现驻车制动；钥匙有Acc/On/Start三个挡位，Acc挡发出下电和发动机关闭信号，On挡发出系统上电信号，Start挡发出发动机起动信号；
参阅图2，本发明所述的行星式混合动力汽车起停控制方法包括以下4个步骤：
步骤1为发动机工作/关闭请求判断，根据驾驶员输入和整车包括发动机的状态判断是否需要发动机工作；步骤2为发动机起动类型判断，根据超级电容状态判断发动机应该采用起动机起动还是电机1起动；步骤3为发动机起停控制，包括起动机起动控制、电机1起动控制、发动机关闭控制；步骤4为发动机起停结果判断，根据发动机在起动过程中的状态变化判断起停是否成功。
首先由步骤1判断发动机是否需要起动或关闭，当需要发动机工作时，根据步骤2判断发动机起动类型，如果电机1起动条件满足时进一步由VCU控制电机1的起动扭矩、发动机喷油转速以起动发动机，经过限定时间后起动过程结束，如果发动机起动失败，除非动力系统重新上电，否则不允许再次起动发动机。
各步骤具体实施方式如下：
步骤1，发动机工作/关闭请求判断：
发动机工作/关闭请求判断分为钥匙请求判断、怠速请求判断和请求仲裁三部分，请求仲裁部分综合钥匙请求信号得到发动机起停请求，当输出信号为1表示需要发动机工作，为0时表示需要发动机关闭。
各部分判断时用到了延时条件Z-1、滞环条件Relay、选择输出条件Switch。其中Z-1表示上一采样时刻的信号值；各滞环满足如下判断：当输入信号值小于滞环下限时，滞环输出为假，大于滞环上限时输出为真，介于上下限之间时输出前一时刻判断结果；Switch模块中当if条件成立时输出then端信号，反之输出else端信号。
1)钥匙请求判断
钥匙请求信号判断如图3所示，输入信号为钥匙位置、制动踏板开度、手刹、车速、高压上电状态。分别判断钥匙起动和钥匙关闭对起停需求，然后综合判断输出发动机工作/关闭请求。
(1)发动机工作请求判断
当挡位为N挡、手刹拉起且制动踏板开度经滞环条件Relay1的输出为真、高压上电成功这四个条件均满足时，钥匙起动条件满足，拧钥匙至Start挡发出发动机工作请求信号。
(2)发动机关闭请求判断
当制动踏板开度经滞环条件Relay2的输出为真或者手刹拉起、车速小于下电安全车速VLlim这些条件都满足时认为发动机满足钥匙关闭条件，钥匙拧至Acc挡发出钥匙关闭信号。
2)怠速工作/关闭请求判断
如图4所示，怠速时根据加速踏板开度、挡位、手刹、发动机状态、动力系统模式、SOC、制动气室压力、催化剂加热器信号、车速这些信号判断是否需要发动机工作。具体描述如下：
(1)挡位挂到N挡后经过tN1延时确认为真并且加速踏板开度满足滞环条件Relay3判断时输出工作请求信号；
(2)挡位为N挡且N挡保持时间大于tN2后不需要发动机工作，输出发动机关闭请求信号；
(3)动力系统由驱动模式切换到空挡模式后SOC不满足设定的滞环条件Relay4时需要发动机工作发电，发出工作请求信号；Relay4上下限为驱动模式切换到空挡模式后允许的SOC最大值SOCmax1和最小值SOCmin1；
(4)SOC满足设定的滞环条件Relay5时允许发动机关闭，发出关闭请求信号。当SOC过低时，需要发动机保持工作为超级电容充电，Relay5上下限分别为设定的空挡时允许的SOC最大值SOCmax2和最小值SOCmin2；其中SOCmax1＜SOCmax2，SOCmin1≥SOCmin2；
(5)制动气室压力不满足设定的滞环条件Relay6时需要发动机驱动气泵充气，发出工作请求信号；Relay6的上下限分别为设定的制动气室压力上限值Pmax和下限值Pmin；
(6)催化剂加热器发出加热请求时需要发动机工作，发出工作请求信号；
(7)车速大于安全车速上限Vmin2时需要发动机工作，发出工作请求信号。
进一步综合判断以上七种情况，如果其中任意一种情况都不需要发动机工作则发出发动机关闭请求。反之，只要有一种情况不满足关闭条件则发出工作请求。在发动机工作/关闭请求综合判断的基础上必须拉起手刹才能起动或关闭发动机，反之保持发动机前一采样时刻的状态。
3)钥匙请求和怠速请求仲裁
钥匙请求和怠速请求仲裁如图5所示，当动力系统未进入过驱动模式时，发动机工作或者关闭只取决于钥匙请求判断。进入过驱动模式后，只有钥匙请求信号和怠速请求信号都为真时发动机工作请求才为真。
步骤2，发动机起动方式选择
本发明中所述动力系统有两种起动方式：起动机起动和电机1起动。如图6所示，当系统满足以下条件时可以采用电机1起动：
1)SOC高于起动允许最低值SOCmin3；
2)超级电容允许放电功率大于电机1起动消耗的最大电功率PUCmax；
3)超级电容温度不低于工作温度下限TUCmin；
在以上条件的基础上，当发动机处于起动阶段时，不管条件如何变化，不允许改变发动机的起动方式。
步骤3，发动机起动控制
1)起动机起动控制
发动机采用起动机起动时，起动机扭矩和发动机喷油转速由发动机ECU控制，具体控制方法与传统车相同，无需VCU参与。
2)电机1启动控制
(1)起动扭矩计算：
计算发动机起动阻力矩，进一步根据发动机和电机1的转动惯量和传动效率计算得到电机1的起动需求扭矩：
Figure GDA0002707687420000091
式中，Ic表示行星架转动惯量，Ie表示发动机转动惯量，k表示行星排特征参数，是齿圈齿数与太阳轮齿数之比，Is1表示太阳轮的转动惯量，Ig表示电机1的转动惯量，Te表示发动机阻力矩，ηg表示电机1到发动机的传动效率，ΔT表示起动扭矩增量。
其中，Te如图7所示是与发动机转速和冷却液温度有关，温度越低发动机总阻力越大，随着转速的升高，发动机阻力先减小后增大，ΔT如图8所示随着发动机转速升高先增大后减小。
(2)起动时间控制
如图9所示，发动机在正常温度值以上时，启动时间上限为5s，如果温度低于正常温度阈值下限时温度越低，允许起动时间越长。起动时间超过限值后，退出起动过程，起动机或电机1的起动扭矩变为0。
(3)发动机喷油转速控制
如图10所示，采用电机1起动时，如果发动机冷却液温度高于温度阈值，发动机转速高于怠速转速时开始喷油(发动机怠速转速为800rpm)；如果冷却液温度低于设定温度阈值，发动机喷油转速随着温度降低而降低。
3)发动机关闭控制
发动机需要关闭时如果电机1不工作，VCU直接发出熄火命令，发动机断油。如果发动机需要关闭时电机1工作，则发动机先逐渐减少喷油，电机1随之减小扭矩，避免电机1消扭过快导致发动机转速升高。
步骤4，发动机起停成功判断
1)发动机状态
根据发动机状态变化判断发动机是否起动/关闭成功。如图11所示，发动机具有四种工作状态，即关闭状态、起动阶段、工作状态、关闭阶段。这四种状态以发动机转速和状态保持时间为条件进行切换。发动机状态是发动机起停控制的重要参考条件，其中关闭状态和工作状态是稳定状态，起动阶段和关闭阶段是过渡状态。发动机起动时随着转速升高发动机由关闭状态进入起动阶段，再进一步到工作状态。关闭时，发动机由工作状态先进入关闭阶段，再进入关闭状态。各模式描述如下：
(1)关闭模式，当发动机转速小于起动阶段转速阈值ne1时认为发动机处于关闭模式；
(2)起动阶段，当发动机转速增加至大于ne1且小于工作状态切换阈值ne2或者在起动阶段保持时间不大于tumin时，发动机处于起动阶段；发动机进入起动阶段后需要保持一定时间以检验起动过程是否异常；
(3)工作状态，当起动阶段发动机转速逐渐增加至大于ne2且在起动阶段保持时间大于tumin后进入工作模式；
(4)关闭阶段，当发动机转速由起动阶段或工作状态后如果转速下降至小于发动机关闭转速阈值ne3后进入关闭阶段。起动过程中转速减小时认为起动异常，直接进入关闭阶段。
2)起停结果判断
(1)如果发出起动信号后在限定的起动时间内发动机进入工作状态则认为发动机起动成功；
(2)如果发出起动信号后在限定的起动时间内发动机处于关闭模式、起动阶段、关闭阶段中某一个状态时，认为发动机起动失败。这里保持在关闭模式有两种情况：①发动机未进入过起动阶段；②发动机进入起动阶段后转速降低，经关闭阶段关闭发动机。处于关闭阶段则表示发动机转速先升高后降低，但是未能降低至停机转速阈值ne1；
(3)如果发出关闭信号后，在限定时间内发动机进入关闭模式，则认为发动机关闭成功；
(4)如果发出关闭信号后，在限定时间内发动机保持在工作模式或关闭阶段，未进入关闭模式，则认为发动机关闭失败；
起动失败后这时钥匙起动和怠速起动均失效，只有钥匙下电后再次上电并起动才能起动发动机。

Claims (4)

1.一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法，其特征在于所述行星式混合动力汽车的动力系统至少包括起动机(1)、发动机(2)、扭转减振器(3)、行星排太阳轮(4)、行星排齿圈(5)、行星排行星架(6)、电机2(7)、主减速器(8)、电机2控制器(9)、超级电容(10)、DCDC转换器(11)、电机1控制器(12)、电机1(13)、24V蓄电池(14)；
所述电机1与行星排太阳轮连接，发动机通过扭转减振器与行星排行星架连接，行星排齿圈与输出轴连接，电机2与输出轴同轴连接，输出轴连接至主减速器；所述DCDC转换器分别与超级电容、电机1控制器和电机2控制器电连接；所述发动机有两种起动方式，一种是起动机起动，起动时由24V蓄电池(14)提供电能，另外一种是电机1起动，由超级电容提供电能；起动时，电机1扭矩由行星排太阳轮经行星排行星架和扭转减振器传递到发动机曲轴；所述动力系统有D/N/R三个挡位，通过手刹实现驻车制动；钥匙有Acc/On/Start三个挡位，Acc挡发出下电和发动机关闭信号，On挡发出系统上电信号，Start挡发出发动机起动信号；
所述的行星式混合动力汽车发动机起停控制方法包括以下步骤：
步骤1，发动机工作/关闭请求判断，根据驾驶员输入和包括发动机状态的整车状态判断是否需要发动机工作，具体为：
发动机工作/关闭请求判断分为钥匙请求判断、怠速请求判断和请求仲裁三部分，请求仲裁部分综合钥匙请求信号得到发动机起停请求，当输出信号为1表示需要发动机工作，为0时表示需要发动机关闭；
各部分判断时用到延时条件Z-1、滞环条件Relay、选择输出条件Switch；其中Z-1表示上一采样时刻的信号值；滞环条件Relay满足如下判断：当输入信号值小于滞环下限时，滞环输出为假，大于滞环上限时输出为真，介于上下限之间时输出前一时刻判断结果；Switch模块中当if条件成立时输出then端信号，反之输出else端信号；
1)钥匙请求判断
(1)发动机工作请求判断
拧钥匙至Start挡时如果以下条件均满足时，发出发动机工作请求信号：
①挡位为N挡；②手刹拉起；③制动踏板开度满足滞环条件Relay1；④高压上电成功；
(2)发动机关闭请求判断
拧钥匙至Acc挡时如果以下条件均满足时，发出发动机关闭请求信号：
①制动踏板开度满足滞环条件Relay2或者手刹拉起；②车速小于下电安全车速Vmin1，这时钥匙拧至Acc挡发出发动机关闭请求信号；
2)怠速工作/关闭请求判断：
怠速时根据加速踏板开度、挡位、手刹、发动机状态、动力系统模式、SOC、制动气室压力、催化剂加热器信号、车速判断是否需要发动机工作；
(1)挡位挂到N挡后经过tN1延时确认为真并且加速踏板开度满足滞环条件Relay3时输出工作请求信号；
(2)挡位为N挡且N挡保持时间大于tN2后不需要发动机工作，输出发动机关闭请求信号；
(3)所述动力系统由驱动模式切换到空挡模式后SOC不满足设定的滞环条件Relay4时需要发动机工作发电，发出工作请求信号；Relay4上下限为驱动模式切换到空挡模式后允许的SOC最大值SOCmax1和最小值SOCmin1；
(4)SOC满足设定的滞环条件Relay5时允许发动机关闭，发出关闭请求信号；Relay5上下限分别为设定的空挡时允许的SOC最大值SOCmax2和最小值SOCmin2；其中SOCmax1＜SOCmax2，SOCmin1≥SOCmin2；
(5)制动气室压力不满足设定的滞环条件Relay6时需要发动机驱动气泵充气，发出工作请求信号；Relay6的上下限分别为设定的制动气室压力上限值Pmax和下限值Pmin；
(6)催化剂加热器发出加热请求时需要发动机工作，发出工作请求信号；
(7)车速大于安全车速上限Vmin2时需要发动机工作，发出工作请求信号；
如果以上七种情况中任意一种都不需要发动机工作则发出发动机关闭请求；反之，只要有一种情况不满足关闭条件则发出工作请求；此外，在发动机工作/关闭请求综合判断的基础上必须拉起手刹才能起动或关闭发动机，反之保持发动机前一采样时刻的状态；
3)钥匙请求和怠速请求仲裁
当所述动力系统未进入过驱动模式时，发动机工作或者关闭只取决于钥匙请求判断；进入过驱动模式后，只有钥匙请求信号和怠速请求信号都为真时发动机工作请求才为真；
步骤2，发动机起动方式选择，根据超级电容状态判断发动机应该采用起动机起动还是电机1起动；
步骤3，发动机起停控制，包括起动机起动控制、电机1起动控制、发动机关闭控制；采用电机1起动时，电机1起动扭矩、发动机喷油、起动时间由VCU控制；
步骤4，发动机起停结果判断，根据发动机在起动过程中的状态变化判断起停是否成功。
2.按照权利要求1所述的一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法，其特征在于所述步骤2发动机起动方式选择，当系统满足以下条件时采用电机1起动；
1)SOC高于起动允许最低值；
2)超级电容允许放电功率大于电机1起动消耗的最大电功率；
3)超级电容温度不低于工作温度下限；
在以上条件的基础上，当发动机处于起动阶段时，不管条件如何变化，不允许改变发动机的起动方式。
3.按照权利要求1中所述的一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法，其特征在于所述步骤3发动机起停控制中电机1起动控制和发动机关闭控制描述如下：
1)电机1起动控制
(1)起动扭矩计算：
计算发动机起动阻力矩，并根据发动机和电机1的转动惯量和传动效率计算得到电机1的起动需求扭矩：
Figure FDA0002707687410000031
式中，Ic为行星架转动惯量，Ie为发动机转动惯量，k为行星排特征参数，是齿圈齿数与太阳轮齿数之比，Is1为太阳轮的转动惯量，Ig为电机1的转动惯量，
Figure FDA0002707687410000032
表示发动机角加速度，
Figure FDA0002707687410000033
表示电机1角加速度，Te为发动机阻力矩，ηg为电机1到发动机的传动效率，ΔT为起动扭矩增量；
其中，Te是与发动机转速和冷却液温度有关，温度越低发动机总阻力越大，随着转速的升高，发动机阻力先减小后增大，ΔT随着发动机转速升高先增大后减小；
(2)起动时间控制
发动机温度在正常温度阈值以上时，启动时间上限为5s，如果温度低于正常温度阈值下限时，温度越低，允许起动时间越长；起动时间超过限值后，退出起动过程，起动机或电机1的起动扭矩变为0；
(3)发动机喷油转速控制
采用电机1起动时，如果发动机冷却液温度高于设定的温度阈值，发动机转速高于怠速转速时开始喷油；如果冷却液温度低于设定温度阈值，发动机喷油转速随着温度降低而降低；
2)发动机关闭控制
发动机需要关闭时如果电机1不工作，VCU直接发出熄火命令，发动机断油；如果发动机需要关闭时电机1工作，则发动机先逐渐减少喷油，电机1随之减小扭矩。
4.按照权利要求1中所述的一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法，其特征在于所述步骤4发动机起停结果判断包括以下内容：
1)发动机状态
发动机具有四种工作状态，即关闭状态、起动阶段、工作状态、关闭阶段；这四种状态以发动机转速和状态保持时间为条件进行切换；其中关闭状态和工作状态是稳定状态，起动阶段和关闭阶段是过渡状态；发动机起动时随着转速升高发动机由关闭状态进入起动阶段，再进一步到工作状态；关闭时，发动机由工作状态先进入关闭阶段，再进入关闭状态；各模式如下：
(1)关闭模式，当发动机转速小于起动阶段转速阈值ne1时发动机处于关闭模式；
(2)起动阶段，当发动机转速增加至大于ne1且小于工作状态切换阈值ne2或者在起动阶段保持时间不大于tumin时，发动机处于起动阶段；发动机进入起动阶段后需要保持一定时间以检验起动过程是否异常；
(3)工作状态，当起动阶段发动机转速逐渐增加至大于ne2且在起动阶段保持时间大于tumin后进入工作模式；
(4)关闭阶段，当发动机状态为起动阶段或工作状态时如果转速下降至小于发动机关闭转速阈值ne3后进入关闭阶段；
2)起停结果判断
(1)如果发出起动信号后在限定的起动时间内发动机进入工作状态则认为发动机起动成功；
(2)如果发出起动信号后在限定的起动时间内并未处于工作状态，而是处于关闭模式、起动阶段、关闭阶段中某一个状态时认为发动机起动失败；
(3)如果发出关闭信号后，在限定时间内发动机进入关闭模式，则认为发动机关闭成功；
(4)如果发出关闭信号后，在限定时间内发动机未进入关闭模式，而是保持在工作模式或关闭阶段，则认为发动机关闭失败；
起动失败后这时钥匙起动和怠速起动均失效，只有钥匙下电后再次上电并起动才能起动发动机。
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