混合动力汽车发动机起动过程阻力矩研究-绵羊汽车生活记录

功率分流式同化动力编制发起机、电机与驱动轮永远耦合正在沿途，任何一个输入轴的转矩震撼都将影响轮边转矩输出，大幅或不原则的转矩震撼还将导致起动平顺性恶化。为长远剖释同化动力发起机起动平顺性的影响成分，发展发起机起动流程阻力矩探求显得尤为紧张。

发起机起动流程中的倒拖转阻力矩首要囊括泵气阻力矩、活塞组件往返惯性力矩、运动部件摩擦阻力矩和附件运转阻力矩。此中，往返惯性力矩和泵气阻力矩由其他学者推导的公式表现，运动部件摩擦阻力矩通过体味公式近似，附件运转阻力矩通过试验获取。

本文采用表面联络试验的伎俩对发起机起动流程阻力矩实行探求，衡量了拖转流程中差异转速各曲轴转角下的缸内压力，诈欺发起机参数、搜集的数据和表面公式对泵气阻力矩和往返惯性力矩实行了仿真预备；为衡量静摩擦与动摩擦阻力矩，还发展了摩擦阻力矩试验。为探求骨气门开度、初始曲轴转角和发起机水温对起动流程阻力矩的影响，区别发展了各转速下差异骨气门开度的缸内压力试验、差异初始曲轴转角静摩擦阻力矩试验和差异发起机水温动摩擦阻力矩试验。本探求可为同化动力汽车发起机起动流程平顺性支配探求供给参考。

图1为同化动力编制组织简图。该同化动力编制发起机起动格式差异于守旧发起机。发起机经由挽回减震器和变速箱固连，正在驻车或者行驶两种工况下，都能够通过电机1来使发起机起动。表1为同化动力汽车发起机起动与守旧汽车发起机起动的首要区别。整车支配器(HCU)会凭据今朝车速与加快踏板开度、电池荷电形态(SOC)、发起机水温、电池愿意充放电功率等信号判决起动条目。

图2为发起机起动流程归纳阻力矩编制图，首要构成囊括：往返惯性力矩、泵气阻力矩和摩擦阻力矩。各阻力矩首要影响成分区别为：曲轴转角、发起机转速；曲轴转角、发起机转速和骨气门开度；初始曲轴转角、发起机转速、发起机水温。

和气缸壁对象分析为Fl和Fs，此中连杆上用意分力Fl再次沿曲柄径向和法向分析为Fr和Fn。以是，压缩氛围用意正在曲柄上的泵气阻力矩为：

式中，r为曲柄半径；α为曲柄与核心线的夹角；β为压缩氛围用意正在气缸上的用意力与连杆的夹角；l为连杆长度；Ap为活塞面积；p为压缩氛围正在气缸中的用意压力；p0为情况压力。由式(1)可知：气缸泵气阻力矩与缸内压力、曲轴转角、曲柄半径及连杆长度相合。当发起机型号确定后，曲柄半径和连杆长度即已知，只需通过试验测取缸内压力随发起机曲轴转角的改变合联即可。

同化动力发起机起动流程往返惯性力矩与活塞连杆组等效质料、加快率和活塞位移成正比，凭据曲柄连杆机构动力学学问能够推导出起动流程往返惯性力矩为：

式中，m为活塞组等效质料。本文的发起机行使正在复合功率分流ECVT编制中，首要预备与技能参数如表2所示。

凭据公式(2)，联络表2参数，诈欺Matlab/Simulink仿真预备获得规范转速下的单缸、4缸发起机往返惯性力矩。

图3和图4区别为发起机单缸和4缸发起机往返惯性力矩正在差异转速下随曲轴角度改变的秩序。发起机转速100 r/min以下时，单缸及4缸发起机往返惯性力矩幅值均小于0.1 N·m，且随曲轴转角呈非原则周期性改变；而转速大于100 r/min时，单缸及4缸发起机往返惯性力矩跟着转速增大而增大，且随曲轴角度改变呈原则周期性改变，4缸发起机往返惯性力转矩幅值鲜明大于单缸幅值。

图5为传感器数据搜集实物与试验现场图，为无误获取发起机曲轴转角和缸内压力新闻，对现有发起机台架实行改制，囊括：正在发起机皮带轮侧装置光电编码器；采用带压力探头的火花塞代替某一缸原有火花塞。传感器首要参数如表3所示。缸内压力传感器、盘旋编码器和转矩转速传感器均配有独立的数采装配和搜集软件，实质操作时各自纪录绝对年华，并正在每一项试验起头前校订绝对年华，结果正在治理数据时实行离线同步。盘旋编码器零度地方为一缸压缩上止点地方，试验均正在30 ℃温度情况下实行。

发起机静摩擦和动摩擦阻力矩采用转矩和转速支配形式衡量。移除4缸发起机一切的火花塞，衡量静摩擦阻力矩时，驱动电机从容加载转矩至发起机起头盘旋，纪录发起机曲轴从差异初始角度起头盘旋时的瞬态转矩值；衡量动摩擦阻力矩时，驱动电机以恒转速拖转发起机，纪录发起机差异转速下的稳态转矩值。2.2 试验结果剖释

图6为骨气门默认开度6%，差异发起机转速下单缸发起机缸内压力随曲轴转角的改变秩序。当发起机转速低于100 r/min时，缸内压力先降低至负压(最低为30 r/min时的-0.222 MPa)，然后跟着曲轴角度的增进从容上升，正在-120°邻近规复至大气压；正在发起机转速高于200 r/min时，缸内压力正在曲轴角度90°～360°和-360°～-90°鸿沟内改变平缓。正在差异发起机转速下，缸内压力均正在压缩上止点邻近快速上升并到达最大值，此中缸内压力峰值显露正在400 r/min～600 r/min转速鸿沟内，达1.482 MPa。

骨气门开度与进气压力相合，骨气门开度越大，进气压力越大，而进气压力影响泵气耗损，进气压力越高泵气耗损越小，燃油经济性与热效用越好。归纳商酌骨气门开度对燃油经济性、热效用及发起机起动平顺性的影响，将骨气门开度设立为1%、6%、50%和100%发展泵气阻力矩探求。

图7区别为单缸发起机转速正在100 r/min和600 r/min时，差异骨气门开度下缸内压力随曲轴角度改变秩序。统一转速下，缸内压力正在压缩上止点邻近到达峰值，而且缸内压力峰值随骨气门开度增大而增大。比照发起机转速100 r/min和600 r/min可知，泵气压力峰值与发起机转速相合，发起机转速100 r/min时缸内最大压力峰值为1.053 MPa，而发起机转速600 r/min时缸内最大压力峰值为1.68 MPa，大于发起机转速100 r/min的缸内最大压力峰值。

凭据试验测得缸内压力，联络公式(1)诈欺Matlab/Simulink仿线缸发起机泵气阻力矩。

图8、图9区别为单缸发起机与4缸发起机泵气阻力矩正在差异转速下随曲轴角度改变秩序。单缸泵气转矩峰值与曲轴地方相合，正在曲轴转角20°和700°显露正、负峰值。发起机转速小于100 r/min时，正在280°和420°处显露幅值略低的次波峰和波谷，其值区别达22.2 N·m和-13.7 N·m，且跟着发起机转速的降低，次波峰和波谷幅值降低。发起机转速高于100 r/min时，次波峰和波谷幅值鲜明低落，但跟着发起机转速的上升，次波峰和波谷幅值仍会从容增进。

4缸发起机总泵气阻力矩跟着曲轴角度的改变，正在一个任务轮回内周期性、大幅值震撼4次。差异发起机转速条目下，正向峰值均区别显露正在曲轴地方20°、200°、380°和560°邻近，负向峰值均显露正在曲轴地方160°、340°、520°、700°邻近，其两两相隔180°。正向峰值显露正在发起机转速600 r/min时，为驱动转矩107.5 N·m；负向峰值显露正在发起机转速800 r/min时，阻力矩为-103.8 N·m。当发起机转速低于100 r/min时，跟着转速的低落，发起机泵气阻力矩峰值降低。图10为4缸发起机静摩擦阻力矩、动摩擦阻力矩随初始曲轴转角和发起机转速改变秩序。发起机静摩擦阻力矩随初始曲轴转角地方呈非原则性改变，正在0°至40°之间呈上升趋向，正在40°至60°之间到达峰值22.5 N·m，正在60°至180°之间呈降低趋向，此中正在90°至160°之间坚持正在16 N·m。

图10 4缸发起机摩擦阻力矩弧线 r/min时，动摩擦阻力矩坚持正在15 N·m邻近；发起机转速从100 r/min到1 000 r/min 线性上升流程中，动摩擦阻力矩跟着发起机转速的线 r/min时，动摩擦阻力矩随发起机水温改变秩序。统一转速下，跟着发起机水温上升，动摩擦阻力矩梗概呈降低趋向；一致发起机水温条目下，跟着转速的升高，发起机动摩擦阻力矩慢慢增大。发起机水温正在30 ℃～60 ℃区间时动态摩擦阻力矩改变鲜明，正在60 ℃以上时发起机动态摩擦阻力矩改变很小。

将驱动电机转矩设定为0.1 s内由0 N·m线 N·m，模仿发起机实质倒拖流程，当发起机转速上升至900 r/min后撤退转矩。

图12为4缸发起机差异初始曲轴转角下起动时转速随年华改变秩序。由图12可知，发起机转速正在0～90 r/min上升流程中，发起机转速改变秩序与初始曲轴转角相合。当初始曲轴转角小于90°时，发起机0～90 r/min改变流程中转速先从容上升，随后降低至零转速，一段年华后再次上升，此中初始曲轴转角越大，初始转速上升幅值越小。当初始曲轴转角大于90°时，发起机0～90 r/min改变流程中转速先从容上升，随后略微降低，后再次上升，此中初始曲轴转角越大，转速降低水平越大。发起机转速正在90 r/min至600 r/min上升流程和600 r/min至50 r/min 降低流程中均形成猛烈震撼，改变秩序与初始曲轴转角改变无合。发起机转速正在50 r/min至0 r/min降低流程中震撼较小且改变秩序相仿，也与初始曲轴转角改变无合。

图12 差异初始曲轴转角-4缸发起机拖转转速弧线°初始曲轴转角下，发起机起动流程中轴端实测转矩、转速和角度随年华的改变秩序。由图13(a)可知，初始曲轴转角0°拖转时，跟着驱动转矩的梯度上升，转速和轴端实测阻力转矩起头从容增进，第3缸活塞慢慢靠拢压缩上止点，泵气阻力转矩到达峰值。此时，驱动转矩亏欠以抑制泵气阻力转矩，发起机曲轴停正在158°邻近，转速降低为零。曲轴静止一段年华后，泵气阻力转矩因缸内压力低落而降低，曲轴正在35 N·m驱动转矩用意下再次起头盘旋。当曲轴转角抢先180°时，第3缸由压缩行程转入做功行程，泵气转矩由阻力转矩转为驱动转矩，加快曲轴盘旋。直至曲轴盘旋至下一个180°时，因第4缸压缩行程导致发起机盘旋阻力增进，转速降低。

由图13(b)可知，初始曲轴转角135°拖转时，跟着驱动转矩的梯度上升，第3缸活塞向压缩上止点运转，转速和轴端实测阻力转矩起头从容增进，此时压缩缸内的泵气阻力转矩有限，曲轴较为安定地通过气缸压缩上止点。当活塞由压缩行程转入做功行程时，泵气转矩由阻力转矩转为驱动转矩，加快曲轴盘旋。此时第4缸活塞慢慢靠拢压缩上止点，导致发起机盘旋阻力增进，转速降低。但因为飞轮惯性的用意，发起机速捷通过第4缸压缩上止点并进入下一个加快流程。