試論混合動力汽車的換擋主動控制技術

邵余豐

摘 要：傳統(tǒng)汽車采用燃油發(fā)動機作為汽車的主動力，但是燃油的利用率較低，并且燃燒產生的汽車尾氣還對造成嚴重的空氣污染。而由于電池技術的制約，純電力動力汽車的發(fā)展也遭遇瓶頸，在這種情況下，混合動力汽車應運而生。混合動力汽車兼具環(huán)保和動力特性，但是在換檔主動控制技術方面仍然存在諸多問題。因此文章從混合動力汽車系統(tǒng)的結構入手分析，在結合現(xiàn)實工作中換擋控制存在問題的情況下，探究其換擋控制技術及主要措施，以期為相關工作提供理論借鑒，從而提升混合動力汽車的調控實效。

關鍵詞：汽車 混合動力 換檔主動控制

中圖分類號：U469.72 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）11（a）-0094-02

由于汽車動力系統(tǒng)的變化，混合動力汽車無論是在汽車整體結構還是內部性能上，與傳統(tǒng)汽車相比都有明顯的改變，在優(yōu)化了動力性能的同時，也使得混合動力汽車的設計和控制更加復雜。在這種情況下，如果沒有根據(jù)混合動力系統(tǒng)進行相應的變更設計，傳統(tǒng)的操作方式將很難適應新車的駕駛要求，因此需要不斷更新控制技術，完善操作流程。

1 混合動力汽車系統(tǒng)結構

該文以QR一HEV混聯(lián)式混合動力系統(tǒng)為例（見圖1）進行分析，動力源在發(fā)動機與電動機共同作用下運轉，并通過動力耦合裝置將動力輸出，該混合動力系統(tǒng)可實現(xiàn)純電動驅動、發(fā)動機驅動、行車充電、混合驅動和再生制動等多種工作模式。變速機構采用5擋機械式自動變速器（AMT），能夠根據(jù)混合動力汽車的運行狀態(tài)實現(xiàn)自動換擋，以進一步提升混合動力汽車的節(jié)能效率[1]。

2 現(xiàn)階段混合動力汽車換檔控制存在的問題

許多混合動力汽車都采用了并聯(lián)雙軸結構，這種結構的特點是將汽車電機、離合器和變速器的輸入軸直接連接，從而提高了變速器在單位時間內的轉動慣量，增加了汽車的加速度。如果仍然按照傳統(tǒng)車AMT（自動變速箱）的同步調節(jié)方式，輸入軸轉動慣量的增加則意味著同步時間的加長，如圖2所示。目標轉速約為1 430 r/min，進而將會增加換擋時間。AMT是動力中斷換擋，因此將影響到整車的動力性。這一結構雖然簡單，卻導致了整車的性能變差[2]。

3 換檔主動控制技術

在混合動力汽車進行換檔操作時，汽車離合器分離，此時汽車的動力系統(tǒng)被迫中斷，發(fā)動機停止運行，但是由于電機運轉過程中產生較大的慣性，因此電機仍然與汽車變速器、動力合成裝置向連接。從汽車的整個運作狀態(tài)來看，發(fā)電機主要有3種工作模式：啟動、運行和關閉。由于發(fā)電機的啟動時所產生的瞬時電流非常大，因此在通常情況下，汽車啟動時不能進行換檔操作，避免出現(xiàn)動力裝置損壞的問題。當汽車發(fā)電機正常運行之后，無論進行何種換檔操作，與換檔控制系統(tǒng)相連接的多能源動力控制器都會使原本閉合的發(fā)電機開關斷開，讓電機停止工作，防止電機轉動影響變速箱換檔。通過上述操作流程，雖然能夠實現(xiàn)混合動力汽車的換檔主動控制操作，但是在換檔過程中汽車電機需要頻繁的關閉和開啟，這就影響了汽車運行的平穩(wěn)性和持續(xù)性。混合動力汽車的降檔主動控制操作與此相類似，不同的操作在于檔位升降指令以及電機同步控制的方式不同，但是其主動控制原理是一致的。

4 發(fā)動機單獨驅動模式下的換檔控制策略

4.1 換檔流程簡述

傳統(tǒng)AMT汽車的離合器分離后，可以通過發(fā)動機電子節(jié)氣門控制器緩慢降低離合器的主、從動盤的轉速差，但是在汽車使用一段時間后，發(fā)動機控制的程度靈敏度逐漸減小，因此對于換檔操作的改善效果明顯減弱。而通常情況下的混合動力汽車發(fā)動機的工作狀態(tài)和動力耦合裝置的工作狀態(tài)不同，可以在換檔主動控制過程中進行分別操作。例如，當混合動力汽車的離合器閉合時，ISG電機與發(fā)動機同步運行，而當離合器分離時，可以利用ISG電機的電子節(jié)氣門控制器來改變離合器的轉速，從而減小了發(fā)動機與動力耦合裝置間的轉速差異，提升了換檔操作的便利性。

4.2 換檔控制策略

（1）離合器分離階段。當駕駛員通過汽車操縱桿發(fā)出換檔操作時，與操縱桿向連接的自動變速箱控制器將換檔操作制定傳達到汽車的發(fā)動機控制單元上，發(fā)動機控制單元根據(jù)相應的程序控制電子節(jié)氣門工作，并在同一時間將離合器分離，完成第一階段的控制流程。需要注意的是，在部分混合動力汽車中，由于自身動力系統(tǒng)的設置不同，因此雖然換檔控制的操作一樣，但是內部指令的運行方式可能存在不同程度的差異。同樣的，由于不同汽車所選用的變速箱、離合器種類、型號和性能存在差異，離合器分離的時間和換檔控制時間也不盡相同。

（2）選檔和掛檔階段。當離合器分離階段完成后，開始依次執(zhí)行選檔、掛檔操作。對于多數(shù)混合動力汽車來說，選檔操作相對簡便，在選檔操作上所花費的時間也很短，雖然在換檔主動控制的一瞬間汽車的動力裝置會停止工作，但是在汽車慣性運作的作用下，對車速的影響基本可以忽略，因此不影響汽車的連續(xù)和平穩(wěn)運行。而掛檔后，發(fā)動機的運轉功率提升，帶動離合器主、從動盤間的轉速差增加，從而相應地提升了汽車的行駛速度。

（3）離合器結合階段。在掛當階段結束后，為了盡可能地降低換檔時間，必須開始結合離合器。當離合器結合之后，駕駛人員可以通過汽車動力裝置控制離合器速度，從而提升汽車的換檔品質。

5 結語

近年來，我國傳統(tǒng)能源的儲量日益匱乏，加上人們環(huán)保意識的增強，對汽車的燃燒動力能源提出了更高的要求。混合動力汽車融合了傳統(tǒng)能源與電力能源的優(yōu)點，逐漸受到了汽車生產廠家和車主的喜愛。混合動力汽車的換檔主動控制技術與汽車駕駛的平穩(wěn)性有直接關系，并且對離合器磨損也有一定程度的影響，因此，加強混合動力汽車的換檔主動控制技術研究具有十分重要的現(xiàn)實意義。文章通過分析換檔控制的操作流程，提升了混合動力技術應用的有效性。

參考文獻

[1] 劉志茹，王慶年，王光平.混合動力汽車換擋主動控制技術[J].吉林大學學報：工學版，2011（2）：153-156.

[2] 汪東坪，李舜酩，魏民祥，等.混合動力汽車電子換擋手柄控制信號可靠性設計[J].農業(yè)機械學報，2012（6）：25-29.