电控离合器的系统结构与APU的起动控制

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串联式混合动力系统中，APU的输出与驱动电机、动力电池通过电系统耦合在一起，因此，各部件机械结构相对独立，可以分开设计。APU的结构设计主要考虑发动机和发电机之间的连接方式。

    传统APU的结构设计比较简单，多采用发动机输出轴—过渡连接盘—发电机输入轴的形式直接连接发动机和发电机。由于发电机转子的转动惯量非常大(约1kg·m2)，接近发动机曲轴转动惯量的10倍，直连方式会致使发动机无论何时都要承受额外负担。起动时，由于转动惯量增大，发动机可能出现“起不来”的现象，严重时还会烧毁起动电机；而怠速时，发动机需多驱动一个巨大的转子，会有能量损失。

    对于串联式混合动力城市客车来说，发动机工作在怠速工况的时间很长，APU直连方式造成的能量损失累计起来就很大。若采用怠速停机策略降低系统能耗，发动机需频繁起停，其起动必须平顺可靠，而直连方式难以保证这一点。

    针对发动机和发电机之间增加了1个电控离合器，APU可以在离合器脱开的情况下空载起动发动机，再通过电控系统控制离合器平顺接合，使发动机驱动发电机输出能量。若发动机需长期处于怠速状态，APU也可以脱开离合器以减少能量损失。

    电控离合器系统结构：

    电控离合器系统结构由气路部分、控制部分、机械部分和气动部分组成。气路部分包括电动压气机、高压气罐、减压阀、进气阀和进排气两位三通阀。压气机可以将高压气罐内的空气压力保持在0.6～0.8MPa，气罐出口与减压阀相连，确保后面气路中气体压力保持不变，便于控制计算。进气阀为常闭阀A，需要时才打开让高压气体通过。进排气两位三通阀包括常开阀B和排气阀C，两者配合控制可以调节进入驱动活塞气缸的气体压力。

    机械部分的拨叉与驱动活塞的推杆铰链，推杆的初始位置和极限位置分别对应了离合器的接合和脱开状态。

    控制部分的转速传感器为整车控制单元(VCU)提供发动机转速信息，VCU根据该信息选择离合器接合/脱开的时机；位置传感器与拨叉相连，为VCU提供离合器的状态信息。VCU的输出经驱动电路可直接控制常闭阀A、常开阀B和排气阀C的开闭，调节驱动活塞的气缸压力，从而控制离合器的接合与脱开。

    APU起动控制：

    APU的起动控制需与电控离合器系统的控制相配合，起动过程可以分为3步：脱开离合器、发动机起动至平稳工况和接合离合器。起动过程要求离合器脱开迅速可靠，接合平稳，对发动机冲击尽可能小。

    APU发出起动指令后，离合器首先脱开，其过程为VCU向常闭阀A输出高电平信号，使其打开，高压气体通过常闭阀A和常开阀B进入气缸推动活塞运动，使离合器脱开。脱开过程所用时间与高压气压力以及活塞有效截面积有关。气体压力越高，截面越大，活塞作用力越大，离合器脱开所用时间越短。此外，从常闭阀A到活塞气缸的气路长度也会对脱开时间有影响。

    发动机在离合器脱开后起动，起动成功后，APU发出接合离合器指令。接合过程可以分为3个阶段：

    第一阶段，离合器压盘与发动机飞轮没有接触，分离轴承位移增加，但离合器不传递扭矩；

    第二阶段，压盘与飞轮开始接合，随着分离轴承位移增加，离合器传递的扭矩也增加；

    第三阶段，压盘与飞轮完全接合，离合器传递的扭矩不再增加。接合过程控制目标是尽可能缩短第一、第三阶段的时间，同时保证第二阶段接合转矩的上升不要过快，减少对发动机的冲击。

    离合器控制过程中，首先关闭常开阀B以形成常开阀B至活塞气缸的封闭回路，之后调节排气阀C的开闭频率，控制气缸内气压降低的速度，实现三阶段接合过程。
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