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摘要：针对装配干式双离合器式自动变速器（dualclutchtransmission，DCT）的弱混合动力轿车发动机辅助制动工况，为充分回收制动能量，制定了电液复合制动力矩分配策略，并对该工况瞬态降档过程各阶段离合器传递力矩和ISG电机输出力矩协调控制问题展开了研究.首先，建立了DCT降档过程动力学方程，模糊识别驾驶员制动意图，计算并获得驾驶员需求制动力矩，考虑电机最大制动力矩限制、发动机辅助制动力矩以及整车行驶阻力矩，根据所制定的复合制动力矩分配策略决策了发动机辅助制动过程ISG目标输出力矩；其次，设计降档过程转矩相分离离合器控制律，模型计算得到了离合器传递力矩；再者，考虑ISG电机力矩响应速度及转速同步时刻冲击度等，设计了发动机转速参考轨迹，并综合运用线性二次型最优跟踪及模型参考自适应控制，在外界扰动及模型参数摄动的情况下求取了惯性相结合离合器转速同步过程ISG电机输出力矩；最后，为避免从降档过程切换至在档稳定减速制动时，由于电机力矩突变所造成的车辆较大冲击，设计了电机力矩切换控制策略.仿真结果表明：所设计的制动降档控制策略能够充分利用发动机辅助制动力矩，并回收部分制动能量，ISG电机能够响应降档过程需求制动力矩的变化，实现快速换档.
关键词：DCT变速混合动力轿车；复合制动减速；降档过程；线性二次型最优跟踪；模型参考自适应控制
引言
随着双离合自动变速器（DualClutchTrans-mission，DCT）逐渐被应用于混合动力轿车，其多动力源的存在使得电机部分或者完全介入ＤＣＴ换挡过程成为可能，这样可以利用电机较快的转矩响应特性和较高的转矩（和转速）控制精度，一方面加速换挡过程，另一方面减小换挡冲击，但由此也带来了ＤＣＴ与多动力源在换挡过程中综合协调控制的难题。
一、DCT变速HEV减速制动过程分析
本文研究对象为弱混合动力轿车，其动力系统拓扑结构如图1所示，其中发动机曲轴与ISG电机转子固接，并通过6速干式DCT变速器驱动前轮.较高车速非紧急制动时，发动机节气门开度将逐渐减小至怠速工况开度，此时发动机输出力矩已不足以克服发动机内部机械损耗，发动机端相对于整车将输出辅助制动力矩.而图1所示的混合动力轿车，其ISG电机在制动过程中与发动机一同输出负力矩，回收再生制动能量，因此需要制定复合制动力矩分配策略，使发动机、ISG电机与液压制动系统一同响应驾驶员需求制动力矩.
1、制动意图模糊识别
混合动力汽车为了制动能量回收的需要，在轻度及中度制动工况下采用复合制动，而在紧急制动时为了保证刹车可靠性，仅采用机械制动.因此，为了满足对驾驶员需求制动强度的识别，混合动力车常对制动踏板进行模拟式改造，制动意图识别时常选取的参数有制动减速度、制动踏板开度及其变化率等等.但由于制动减速度是在驾驶员对踏板作出相应动作后车辆的响应，在控制上会出现滞后，控制的实时性较差.因此，本文同时选取制动踏板开度及其变化率两个识别参数，通过模糊决策实时判断驾驶员制动意图.
所述模糊决策方法具体如图2所示，输入语言变量为制动踏板开度β，其值范围为[0~100]，及其变化率，其值范围为[−50~50]，输出语言变量为制动减速度的状态，并分别对应轻度制动、中度制动及紧急制动3种工况.隶属度函数选取梯形-三角形-梯形的线性隶属度函数.参考识别参数在各个工况的范围，根据各参数极限工况下的范围及所选定的隶属度函数曲线，制定模糊规则，模糊推理所对应的制动减速度的状态，即不同制动意图.
2、需求制动力矩
本文所针对的混合动力汽车，利用在制动踏板上安装的位移传感器，可实时监测制动踏板的行程；为充分反映驾驶员对当前总制动力矩的需求，同时选取了制动踏板开度及其变化率，通过总结试验数据，采用设置两参数权重因子拟合了不同制动踏板开度及其变化率下的总需求制动力矩（图3）， （1）式中，Trep表示驾驶员需求的制动力矩，β表示制动踏板开度，表示制动踏板开度变化率，k1和k2分别为前述两参数的权重因子，通过总结实验数据得到，式（1）中对Trep小于零的情况作取零处理，对应实际行驶过程中，驾驶员需求总制动力矩为零的情况.由实际制动踏板开度及其变化率查表可得总需求制动力矩.
断发动机与传动系的联系则产生发动机辅助制动效果.发动机辅助制动力矩可用如下的经验公式表示： （2）式中， 为发动机辅助制动力矩，T0为与转速无关的常量，k为由发动机特性决定的系数，ne为发动机转速.由式（2）可知，发动机辅助制动力矩随发动机转速的升高而增大，因此，为充分利用发动机辅助制动作用，应使发动机转速处于较高的水平.
4、ISG电机制动力矩
在不考虑驾驶员制动强度影响下，电机最大制动力矩主要与电机特性、电池充电特性有关.下文不考虑电池SOC（stateofcharge）变化对电机最大制动力矩的影响，即认为电机最大输出制动力矩Tm_max仅随转速变化，如图4所示.值得注意的是，电机在降档过程中的调速阶段将暂时工作在“放电”状态，此时，电机最大驱动力矩与上述电机最大制动力矩的特性类似，在此不再赘述.由于ISG电机转子与发动机曲轴固接，其转速与发动机曲轴转速相等.因此，基于图4的关系曲线，实时采集发动机（或电机）转速并查表，即可得到每一时刻ISG电机输出力矩限制.
二、在减速制动工况下，由于发动机转速迅速下降，
离合器主、从动盘之间的转速差为负值，则发动机相规制动工况降档过程最优控制对于离合器输入轴输出制动力矩.在这种情况下如果采用发动机正力矩换档的控制策略，即先进行2个离合器力矩交互，将会因2个离合器传递力矩的方向相反导致功率循环；同时，输出力矩也可能出现急剧变化，使整车产生较大的冲击度.综上，负力矩降档应先经历转矩相再经历惯性相.
当降档信号触发后，制动意图识别模块识别驾驶员意图并根据制动踏板开度求取总需求制动力矩，为降低离合器传递力矩的控制难度，使液压机械制动力矩响应换档过程中整车需求制动力矩的变化，而保证离合器传递力矩的值维持恒定，转矩相依靠ISG电机响应力矩需求并由两离合器共同传递；在惯性相，ISG电机输出力矩快速上升，工作在正力矩，拉高发动机转速以尽快实现接合离合器主、从动盘的转速同步；当转速同步后，控制ISG电机逐渐恢复至再生制动状态，完成由换档到在档稳定制动减速的切换.只要能够实现离合器传递力矩及电机输出力矩的精确控制，整车需求制动力矩就可以一直保持在驾驶员需求的水平，保证制动安全.
结束语
（1）ＩＳＧ电机参与换挡过程不仅能提高换挡品质，而且能降低换挡过程中发动机控制的难度，改善其燃油经济性和排放性能，延长发动机使用寿命。（２）混合动力轿车换挡过程必然涉及离合器转矩优化和动力源的协调及分配问题，在制定上层协调控制策略时必须考虑到下层执行机构的能力。（３）从车辆目标冲击度出发，实时更新车辆加速度可以保证换挡过程中车辆的动力性和驾乘感受。（４）预测控制应用于ＤＣＴ换挡过程不仅改善了换挡品质，而且也有效保证了控制器的鲁棒性。（５）本文针对ＩＳＧ电机介入ＤＣＴ换挡过程离合器传递转矩和动力源输出转矩协调控制策略只进行了仿真验证，后续有待于台架试验和实车试验的进一步验证。
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论文作者:李甫,张妍
论文发表刊物:《基层建设》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/25
标签：力矩论文; 发动机论文; 电机论文; 离合器论文; 换挡论文; 转速论文; 过程论文; 《基层建设》2017年第11期论文;