混合動力汽車發動機轉數PID控制探究

摘 要：混合動力汽車發動機在轉運過程當中會存在一定的轉速震蕩問題，為了能夠有效降低發動機轉速的波動，就必須采用PID控制器，同時還需要利用好發動機轉速節氣門開度扭距等一系列的對應關系，這篇文章就是全面分析了在低負荷的狀態之下，在換擋過程當中，混合發動機汽車發動機轉速控制的對策，進行了一系列的探究。

關鍵詞：混合動力汽車；發動機；轉速控制

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.22.034

在能源消費日益嚴重的今天，越來越多的人們將節能產品放在消費的首選之作。為此，汽車這一行業也在開始進行節能減排的低耗油汽車研制，就目前來說，混合動力是汽車工業競爭之下的新技術之一，這種技術能夠有效的節省能源，并且在科技日益發展的今天，使電控技術逐漸完美，讓混合動力由汽車向電車轉變。

1 混合動力汽車概述

在混合動力車輛開發的過程當中存在非常多的問題，需要去攻克，其最大的問題就是發動機轉速出現劇烈的震蕩現象，因此在駕駛過程當中離合器接合會呈現出非常多的問題，混合驅動效率大大降低，這樣會導致整個混合動力汽車的經濟性變壞。但是在人為操作過程當中能夠使用離合器轉化消除兩個動力源的不同步現象，但是在高速的摩擦過程當中就會導致離合器組從動摩擦盤燒毀，繼而出現壽命下降的現象。就整個發動機的自身而言，一旦速度失去控制，就會造成發動機的轉速出現大幅度的震蕩，這樣也會造成發動機飛車熄火等一系列現象，在這種情況之下，振動和噪聲一旦加大，就會出現發動機氣門開度自動調節，這樣也能夠消除發動機轉速所帶來的波動。

2 混合動力汽車發動機轉速控制的有效實現

2.1 利用控制器對轉速進行控制

轉速控制的方法非常之多，那么要使用控制器進行控制，最主要的手段就是控制好發動機氣門的開關，一旦發動機的氣門開關得到良好的控制，那么油門踏板的傳感器，也會得到相應的控制，這些，轉距的信息接收就會得到有效的體現。這是對控制器在實施過程當中會受到很多因素的影響，所以要根據不同的情況而制定，根據不同的情況把控控制器，會節省能源消耗，大概所有的操作完成之后，就會將這些信號發送至EMS，這時中樞控制器就會借助模擬信號，對發動機的氣門這些有效的調節控制，在這一過程當中，最大的優勢就在于，對于發動機運行狀態的信息得到有效的把控，實現了對轉速的閉環控制。

2.2 實施外環控制

實施外環控制的主要方法是利用PID計算，將計算所得的結果，通過實際情況，進行扭矩之間的適當調整，所調整之后的數據，必須要滿足抵抗震蕩的需要，還需要達到抗飽和的作用。因為發動機的節氣門特點是非常簡單的，如果運行狀態良好，那么環境因素對此影響是非常小的。所以在控制過程當中，所有的操作都是要借助PID參數所進行調整，因此PID參數在控制過程當中，必須要滿足相關的控制標準，才能夠達到預期的控制效果。使用這種方式進行控制的最主要優勢是，在使用之前不需要對被控對象的數量和模型進行了解，只要在實施過程當中，能夠利用參數做很好的調整，就能夠滿足其控制效果。

3 對并聯混合動力汽車的轉速控制特點的分析

并聯混合動力汽車在實際的應用范圍是非常廣泛的。但是在具體的使用過程當中并聯混合動力汽車也存在非常多的問題，其最主要的問題是如何能夠控制好發動機的轉速問題，面對這一問題，在這么多的情況當中需要面對的主要問題有混合驅動的工況問題發電狀況以及坐車發電等一系列的情況，所以需要對此進行全方位的考慮。首先，由于混合發動機汽車的工況是比較多的一次，在工礦的切換過程當中需要注意到空載狀態的切換，而在切換過程當中發動機會隨時出現負載的狀況，或者增大或者減小的狀態，也有可能會出現全負荷的突變狀態，這種情況對于整個轉速控制體系來說是非常難以把控的，因此需要對系統進行細致的調節，在實踐的過程當中，使其適應能力提升。其次，當汽車的狀態顯示為注冊發電工況的情況時，這是需要面對的最主要問題，是發動機的轉速穩定狀態會占據非常重要的位置，因此也需要采取相應的控制方式，最好的控制方式是能夠適當的減少發動機轉速正度給人帶來的不舒適感。再次，混合動力汽車由于會增加一些主電動機，因此在實際的運行過程當中，整個系統的關系就會有所提升，這樣在進行換擋的過程當中，動力會中斷，面對這一問題在調整的過程當中就需要保證發動機能夠進行有效的運轉，這樣的調整是為了減少換擋的時間耽擱，使整個汽車的動力效果有所提升，也因此能夠減少系統的響應時間。從這些狀況來看，對于動力汽車的轉速進行有效控制，就有了一定的現實意義和現實價值。

4 混合動力汽車發動機轉速控制的具體對策

4.1 對低負荷轉速的有效控制

（1）對于混合動力汽車來說，如果發動機的狀態處于低負荷運轉的狀態當中，就會出現這些狀況，工作區域的效率非常差，進而導致一系列問題的發生。最新的混合動力汽車主要是采用ISG系驅動類型，這種驅動類型的優勢就在于排放量非常低，在實際的運行過程當中能夠節省大量的能源消耗，為了適應這一標準，單單是依賴，提高電池組的能力密度，是沒有辦法對這一問題進行圓滿的解決，所以要權衡經濟性和排放之間的關系。

（2）就混合動力汽車來說，如果對發動機進行優化，就能夠使整個汽車的性能有所提升。通過對比可以發現內燃機車輛在運行過程當中存在一定的劣勢，因為在一些位置上，內燃機車輛的熱效率是較低的，這樣就會導致，氣體排放出現問題，這樣會導致汽車在耗油方面存在非常大的問題。為了對此問題進行優化，提出了一系列的措施。那么首先要考慮到的是混合動力汽車的當前狀況，通過對狀況的分析，然后再結合問題，對發動機進行優化。其次還需要掌握混合動力汽車的低負荷發電狀況，如果出現第一副和發電狀況，首先需要控制發動機氣門的開度，這樣能夠使整個汽車處于低負荷位置，一旦收到指令，發動機會中斷油量，只要在低負荷運轉狀態之下，電機會驅動整車運行。另外，一旦出現整車扭矩超出發動機的最大扭矩，電機會自動為此提供一些多余的扭距。但是在這一過程當中，如果相關的電池SOC比較低的話，那么發電機的工作效率也是處于較低的位置，電機處于發電機為電池組進行充電的狀態，這樣才能夠提升整車的行進效率，通過這種方法使發電機處于效率的最大值，從某個方面來說，能夠在一定程度上促進燃油率的提升。而就在這樣一個過程當中，如果發電力是符合效率最高的情況，就能夠借助負荷來提升達到效率的提升。然而到混合動力汽車處于自動狀態時，借助氣門驅動機的結構，能夠實現節氣門的開度控制，這樣就會使發動機內部的壓力受到影響，從而產生急劇加速的現象，促使電機發電能量的回收。最后，發電機如果處于長期運轉狀態，就會導致ISG發電負荷，無法滿足發電機的需求，這樣車輛在運行狀態時，效率的提升也會受到限制，如果遇到這種狀況，就可以關閉個別氣缸，使用充氣將氣閥打開，這樣能夠使整車的能耗降低，提升車輛的運行效率。endprint

4.2 對轉檔過程轉速控制策略的介紹

（1）在手動變速和干式離合器的前提之下，ATM就會達到自動換擋的情況，結合發動機具體轉速對控制單元進行信息的判定，而在這一過程當中就能夠借助特殊的換擋規律對油門開度的操作進行很好的運用，而對于離合器的有效控制需要達到對變速器換擋的有效選擇，在這種操作的狀態之下，發動機的控制就顯得十分重要。

（2）立足性能角度，無論從哪一種參數作為基礎進行控制，其最主要的目標都是要使參數控制，滿足整車驅動的需要。具體在實現過程當中應該滿足兩個目標，第一個目標是整車對動力性的要求，第二個目標則是整車的燃油經濟性。這兩個目標的實現主要是依據離合器的調節以及變速器同步器等一些情況是無法滿足這兩個目標的，那么怎樣才能夠實現動力和燃油性能的最佳，這時就需要對汽車發動機轉速進行很好的控制。

（3）在混合動力汽車換擋的過程當中，一定要根據油門踏板，對發動機轉速進行相關程度的調整，而調整之后就是要針對離合器的規律，對踏板進行相關程度的控制，在這種情況之下就能夠借助油門踏板來進行發動機轉速的調整，在另一種情況之下就要對離合器兩盤片之間的轉速差進行相關的調節，盡量使其轉速加到最低，而且還需要保證換擋過程當中的靈活和穩定，做到無振動噪聲低的效果。但是汽車在行進的過程當中，整車關系就會有所提升，汽車的阻力也會有一定程度的降低，這時如果汽車換倒的位置處于高檔中，那么就要降低發動機的轉速，這樣可以保證目標擋的齒輪轉速能夠與發動機的轉速相互協調，處于一致狀態，價來減少離合器主從動片的轉速差，降低摩擦率。

5 結束語

就以上這些情況來看，混合動力汽車發動機的實際需要需求，能夠有效的使轉速證道得到控制，在這一過程當中需要我們對節氣門開度扭矩這些條件發揮控制器對轉速的調節作用，通過機車行進過程當中不同工況的分析，滿足汽車的整車設計需要。

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作者簡介：李玉柱（1966-）男，山西人，本科，學士，研究員級高工，研究方向：汽車。endprint