Isg電機介入雙離合器式自動變速器換擋的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發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】
[0002] 傳統DCT換擋過程，發動機配合完成換擋，其轉矩變化率及變化量直接決定了轉 速同步時間，但一方面，發動機轉矩響應速度較慢，轉速同步時間較長（見圖1);另一方面， 發動機工作點發生躍迀，增加了發動機控制難度，不利于發動機燃油經濟性和排放的改善。 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 型結構參數的不確定性和干擾對換擋控制性能的影響。
[0003] 隨著DCT逐漸被應用于混合動力汽車，其多動力源的存在可以使得電機部分或者 完全介入DCT換擋過程成為可能，這樣可以利用電機較快的轉矩響應特性和較高的轉矩 (和轉速）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調控制難題。
[0004] 對現有技術的文獻檢索發現，混合動力汽車在純發動機運行模式下的相關的控制 策略并未充分考慮換擋過程車輛的動力性，以及發動機動態響應能力和精度，也未有電機 介入DCT換擋控制過程的先例。
[0005] 在DCT換擋動力源協調控制過程中，通過分相控制，只是得到了動力源的總需求 轉矩TOTg+IS(；，發動機和ISG電機轉矩以及ISG工作模式并未確定，所以需要進一步對動力源 轉矩進行分配。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種ISG電機介入 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動機運行模式DCT換擋過 程，讓ISG電機全程介入DCT換擋，完成換擋后ISG電機便主動退出。
[0007] 針對ISG電機介入DCT換擋過程，本發明能有效解決DCT換檔過程中雙離合器、發 動機與ISG電機間的轉矩協調控制問題。以升擋為例，整個換檔過程可以分為轉矩相（用 于離合器轉矩的交替），慣性相（離合器主從動盤轉速同步）和需求轉矩切換階段。因此， 在獲得動力源總需求轉矩以及發動機參考軌跡的前提下，在換擋過程各階段，需要設計轉 矩協調控制算法，利用ISG電機在換擋過程各階段介入并實現轉矩的快速精確變化，調節 離合器主動盤的轉速，以實現快速同步，并合理分配發動機和ISG電機轉矩以滿足要求。
[0008] 本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
[0009] -種ISG電機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 動機工況下，使ISG電機全面介入DCT換擋過程，減少換擋過程對發動機轉矩響應速度和精 度的要求，降低發動機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 能量并改善燃油經濟性。所述的控制方法具體步驟如下：
[0010] 1)在DCT換擋過程的轉矩相，讓ISG電機工作在升檔助力模式或降檔發電模式，以 減少發動機的轉矩變化，實現發動機轉速的快速變化，并為下一過程大幅電機轉矩改變儲 蓄轉矩空間；
[0011] 2)在DCT換擋過程的慣性相，迅速使ISG電機切換工作狀態，并進入升檔發電模式 或者降檔助力模式，讓ISG電機提供使發動機和目標離合器從動盤快速同步的同步轉矩， 以大幅減少發動機在慣性相的轉矩變化；
[0012] 3)在轉矩切換階段，ISG電機逐漸退出工作模式，發動機轉矩逐漸切換到駕駛需 求轉矩。
[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，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矩進行協調控制 并系統解決信號經多控制器處理延時的問題，且能有效提高控制精度。
[0014] 在DCT換擋過程的轉矩相，采用分離離合器傳遞轉矩的控制規律，并在此階段，依 據基于模型的控制，實時決策發動機和ISG電機的合成轉矩。
[0015] 所述的分離離合器傳遞轉矩的計算具體如下：
[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模型得到離合器等效傳遞轉矩，再由分離離合器傳遞轉矩， 得到換擋過程兩離合器各自所傳遞的轉矩。
[0017] 在DCT換擋過程的慣性相，采用發動機轉速切換至目標離合器從動盤轉速的滾動 優化參考轉速軌跡，該參考軌跡體現了對離合器執行機構響應的適應性；與此同時，在DCT 換擋過程的慣性相，根據實時更新的目標發動機參考軌跡，采用模型預測控制，實時決策了 發動機和ISG電機的合成轉矩。
[0018] 該方法充分利用ISG電機轉矩控制響應快、精度高的優勢，對換擋過程轉矩相和 慣性相所得到的目標合成轉矩，分為快變部分和慢變部分，快變部分由ISG電機實現，慢變 部分則由發動機實現，降低了發動機控制的難度。
[0019] 該方法分階段實現了動力源合成轉矩的決策過程，具體為：
[0020] 在DCT換擋過程的轉矩相，考慮駕駛員意圖和離合器執行機構響應特性，獲取分 離離合器分離規律，利用DCT換擋過程動力學模型得到動力源總需求轉矩；
[0021] 在DCT換擋過程的慣性相，基于模型預測控制，設計并滾動優化參考軌跡，通過預 測控制得到動力源總需求轉矩，并完成離合器主從動盤轉速同步；
[0022] 在轉矩切換階段，考慮駕駛員、車輛、道路以及沖擊度約束，設計動力源需求轉矩 切換規律。
[0023] 所述的控制方法動力源轉矩分配策略為：考慮蓄電池荷電狀態（SOC)、ISG電機輸 出轉矩能力限制以及動力源的工作特性，對動力源輸出轉矩進行了分配。
[0024] 與現有技術相比，本發明解決了 DCT換擋過程中雙離合器及動力源（發動機和ISG 電機）間的轉矩實時協調優化控制問題，具體優點如下：
[0025] 1)針對DCT變速混合動力汽車，考慮到與發動機相比，ISG電機輸出轉矩具有響應 快且精度高的特點，讓ISG電機充分介入DCT換擋過程，為優化DCT換擋品質，提出了雙離 合器傳遞轉矩和動力源（包括發動機和ISG電機）輸出轉矩的協調控制方法，將整個換擋 過程控制認為是雙離合器傳遞轉矩計算+動力源合成轉矩決策+動力源轉矩分配的綜合結 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特性的差異和駕駛意圖，讓發動機工作在穩態，保 持換擋初始時刻的節氣門開度不變，動力源轉矩快變部分由ISG電機響應。也即在整個換 擋過程中，可使發動機可以部分脫離工況限制，基本工作在穩態優化工作點，改善其燃油經 濟性，克服了其轉矩響應滯后和瞬態排放惡化問題。
[0027] 3)利用ISG電機較快的轉矩響應速度和控制精度加快了換擋過程并減小了換擋 沖擊。在轉矩相和需求轉矩切換階段，ISG電機工作在驅動模式，提供換擋期間車輛所需求 的動力；在慣性相，ISG則工作在制動發電模式，將發動機轉速快速同步至接合離合器從動 盤轉速，并回收了部分換擋能量。
【附圖說明】
[0028] 圖1為傳統換擋過程示意圖；
[0029] 圖2為電機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拓撲結構圖；
[0031 ] 圖4為發動機轉速參考軌跡滾動更新示意圖。
【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖和具體實施例對本發明進行詳細說明。
[0033] 實施例
[0034] 本發明動力源合成轉矩以及離合器等效傳遞轉矩的計算，基于DCT換擋滑摩階段 八自由度動力學方程以及利用傳動比關系簡化得到二自由度換擋動力學模型：
[0036] 式中r、和#分別為等效到變速器輸出軸的當量轉動慣量和當量旋轉粘性阻尼 系數，Km、Kciff分別為接合離合器、分離離合器傳遞轉矩等效到變速器輸出軸的放大因子。
[0037] DCT換擋過程本質上是相對獨立的連續變量動態系統的切換過程，具體表現為換 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切換過程。本發明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。之后聯立DCT 換擋過程動力學模型（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 轉矩T (k+1) =Tcin(I^l) UTciff(I^l) Kcifft3最后根據分離離合器傳遞的轉矩!^(k+l)(在轉 矩相可通過分離離合器分離規律得到；在慣性相和轉矩切換階段離合器已經完全分離，因 此值為〇)，就可以得到換擋過程中Tcin, Tcifft3本實施例中，DCT換擋動力源協調控制過程采 用分相控制，具體包括：
[0038] 1)在DCT換擋過程的轉矩相，主要完成離合器傳遞轉矩的交互，分離離合器傳遞 轉矩逐漸下降為0,接合離合器傳遞轉矩逐漸上升，兩離合器轉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。本發明中要求二離合器共同傳遞的轉矩滿足離合器等效 傳遞轉矩，分離離合器轉矩的下降可以通過接合離合器彌補，只要二者共同傳遞的轉矩滿 足離合器等效傳遞轉矩，車輛沖擊度就得以保證，所以分離離合器分離規律主要影響了換 擋轉矩相時間，而與車輛沖擊度解耦，理論上應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行機構響應特性的限制。本發明首先根據離合器執行機構特性 確定了轉矩相時間，然后設計了類指數型分離規律，其特征為：初始時間段內下降率較小， 旨在降低離合器執行電機啟動轉矩，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；結束階段下降率也較