本发明涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种电动汽车混合励磁式内燃发电增程系统的控制方法。
背景技术：
为了缓解纯电动车续驶里程短和充电不方便的难题，增程技术应运而生。目前，应用最广泛的内燃发电型增程器是通过内燃机和发电机直接耦合连接而组成的。增程式电动汽车通过在传统电动汽车平台上增加一套内燃机发电装置，不仅保留了纯电动车节能环保的特点，又解决了现有纯电动车存在的续航里程短、充电不方便、充电等候时间长等问题。
增程器作为整车的动力模块，其控制系统一方面需要实时响应整车命令进行模式切换并给予反馈，另一方面需要保证增程器在满足整车驱动功率需求的前提下，尽可能多的降低油耗和排放、加快响应速度、提高稳定性。目前内燃发电型增程器普遍采用内燃机与永磁同步发电机直接机械耦合，针对永磁同步增程器的控制需要依赖igbt可控整流桥，增加了控制难度和系统成本。
目前针对混合励磁式内燃发电增程系统控制方法的研究仍较少，且一般存在以下问题。由于混合励磁式内燃发电增程系统是通过调节励磁电流改变励磁磁场的强弱，进而大范围地改变给定转速下的输出电压，从而间接控制输出功率，因此，存在输出电压或输出电流过高的情况，会对电子器件产生不利影响；并且调节励磁电流并不能直接控制输出功率的大小，即使用单级调控的控制方式存在较大的干扰。
鉴于上述分析，设计和开发一种针对混合励磁增程器的控制方法，对于增程式电动汽车的发展具有重要意义。
技术实现要素：
为了克服现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是：降低增程器的控制成本和控制难度，保证增程器在新能源电动车动力电池亏电情况下能够提供稳定电能供应，以及提高增程器的安全性。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种电动汽车混合励磁式内燃发电增程系统的控制方法，所述增程系统采用内燃机与混合励磁发电机进行耦合，系统的工作模式包括：停机模式、怠速模式及发电模式，基于这三种工作模式，所述控制方法包括如下步骤：
s1：开始，进入步骤s2；
s2：增程系统进行初始化，进入步骤s3；
s3：增程系统进入停机模式，实时监测并及时响应由vcu或上位机发来的起动或退出指令——
1)增程系统响应由vcu或上位机发来的起动指令后，进入步骤s4；
2)增程系统响应由vcu或上位机发来的退出指令后，则进入步骤s6；
s4：增程系统进入怠速模式后——
1)响应由vcu或上位机发来的停机指令，返回步骤s3、进入停机模式；
2)保持怠速模式；
3)响应由vcu或上位机发来的发电请求，进入步骤s5；
s5：增程系统进入发电模式，所述发电模式又详细划分三个子模式：恒功率子模式、恒电流子模式以及恒电压子模式，分别对应接下来的步骤s51、s52及s53；
s51：增程系统进入发电模式中的恒功率子模式；
s52：增程系统进入发电模式中的恒电流子模式；
s53：增程系统进入发电模式中的恒电压子模式；
在发电模式下，无论处于哪个子模式，若系统接到由vcu或上位机发来的取消发电的指令，则直接返回步骤s4，进入怠速模式；
s6：系统断电，进入步骤s7；
s7：结束。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
优选地，所述恒功率子模式为默认模式，系统响应由vcu或上位机发来的发电请求，对外输出所请求的功率；恒功率子模式下系统针对vcu或上位机请求的功率做闭环控制，维持输出功率恒定；该模式下实时监测母线电流和电压，如果母线电流超限就切换到恒电流子模式，如果母线电压超限就切换到恒电压子模式。
优选地，系统处于恒电流子模式下，以母线电流为目标进行闭环控制；该模式下实时监测功率和母线电压，如果母线电压超限就切换到恒电压子模式，如果功率超限就切换到恒功率子模式。
优选地，系统处于恒电压子模式下，以母线电压为目标进行闭环控制；该模式下实时监测功率和母线电流，如果母线电流超限就切换到恒电流子模式，如果功率超限就切换到恒功率子模式。
优选地，所述增程系统采用内燃机与混合励磁发电机通过连接轴进行耦合，所述内燃机的转速和所述混合励磁发电机的转速相等；所述混合励磁发电机的输出端连接有三相整流桥，所述混合励磁发电机输出的电能经所述三相整流桥整流后向外输出；
所述增程系统中还设有转速闭环pi控制器，所述内燃机的输入端电连接至所述转速闭环pi控制器的输出端，所述内燃机的输出端还电连接至所述转速闭环pi控制器的输入端；
怠速模式下内燃机的转速闭环控制的具体实现过程为：预定目标怠速转速nit作为给定量，内燃机的实际转速ni作为反馈量，通过所述转速闭环pi控制器的闭环调节输出汽车节气门开度θ控制量，控制内燃机的转速。
优选地，所述增程系统采用内燃机与混合励磁发电机通过连接轴进行耦合，所述内燃机的转速和所述混合励磁发电机的转速相等；所述混合励磁发电机的输出端连接有三相整流桥，所述混合励磁发电机输出的电能经所述三相整流桥整流后向外输出；
所述增程系统中还设有励磁电流pi控制器，所述混合励磁发电机的输入端电连接至所述励磁电流pi控制器的输出端，所述混合励磁发电机的输出端还电连接至所述励磁电流pi控制器的输入端；
怠速模式下混合励磁发电机的励磁电流闭环控制的具体实现过程为：预定目标励磁电流ict作为给定量，混合励磁发电机实际励磁电流ic作为反馈量，通过所述励磁电流pi控制器的闭环调节输出给定励磁占空比d控制量到混合励磁发电机进行励磁调节。
优选地，所述增程系统中还设有vcu和最佳发电转速脉普，所述vcu通过所述最佳发电转速脉普电连接至所述转速闭环pi控制器的输入端；
发电模式下内燃机的转速闭环控制的具体实现过程为：vcu发送发电功率请求preq作为目标发电功率，目标发电功率输入至最佳发电转速脉普，查询出对应的最佳发电转速nreq；查询到的最佳发电转速作为给定量，内燃机的实际转速nr作为反馈量，通过所述转速闭环pi控制器的闭环调节输出汽车节气门开度控制量θ，控制内燃机的转速。
优选地，所述增程系统中还设有vcu、功率闭环pi控制器、电压闭环pi控制器、电流闭环pi控制器及发电模式控制模块，其中，所述vcu与三相整流桥的输出端分别电连接至所述功率闭环pi控制器的输入端，所述三相整流桥的输出端还分别电连接至所述电压闭环pi控制器、电流闭环pi控制器的输入端；所述功率闭环pi控制器、电压闭环pi控制器和电流闭环pi控制器的输出端分别电连接至所述发电模式控制模块的输入端，所述发电模式控制模块的输出端电连接至所述励磁电流pi控制器的输入端；
发电模式下混合励磁发电机的功率闭环控制的具体实现过程为：vcu发送发电功率请求作为目标发电功率preq，目标发电功率作为给定量，混合励磁发电机通过三相整流桥整流后的实际发电功率pr作为反馈量，通过所述功率闭环pi控制器的闭环调节输出给定励磁电流控制量ict1到发电模式控制模块；
发电模式下混合励磁发电机的电压闭环控制的具体实现过程为：初始设定的发电电压上限ul作为目标发电电压，目标发电电压作为给定量，混合励磁发电机通过三相整流桥整流后的实际发电电压ur作为反馈量，通过所述电压闭环pi控制器的闭环调节输出给定励磁电流控制量ict2到发电模式控制模块；
发电模式下混合励磁发电机的电流闭环控制的具体实现过程为：初始设定的发电电流上限il作为目标发电电流，目标发电电流作为给定量，混合励磁发电机通过三相整流桥整流后的实际发电电流ir作为反馈量，通过所述电流闭环pi控制器的闭环调节输出给定励磁电流控制量ict3到发电模式控制模块；
所述发电模式控制模块根据当前增程系统所处的发电子模式选择输出对应的闭环控制的输入；如果增程系统处于恒功率子模式，发电模式控制模块输出功率闭环的结果，如果增程系统处于恒电压子模式，发电模式控制模块输出电压闭环的结果，如果增程系统处于恒电流子模式，发电模式控制模块输出电流闭环的结果；
发电模式下混合励磁发电机的励磁电流闭环控制的具体实现过程为：发电模式控制模块的输出控制量ict作为目标励磁电流，目标励磁电流作为给定量，混合励磁发电机的实际励磁电流ic作为反馈量，通过所述励磁电流pi控制器的闭环调节输出给定励磁占空比控制量d到混合励磁发电机进行励磁调节；其中，根据发电模式的子模式的选择，ict为ict1、ict2和ict3中的其中一个值。
与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
1、本发明的增程系统采用内燃机与混合励磁发电机进行机械耦合，混合励磁发电机综合了励磁电机和永磁同步电机的优点，效率高，体积小而且励磁调节方便，因而基于混合励磁发电机的增程系统不需要依赖可控整流器件或dc/dc变换器，降低了控制难度和成本；
2、根据需求划分停机模式、怠速模式及发电模式三个工作模式，明确各模式间的切换逻辑，避免出现输出电压和电流过高的情况，保证增程系统的稳定性和安全性；
3、针对怠速模式和发电模式设计了闭环控制方法，保证增程系统的快速响应和精确稳定输出；
4、针对混合励磁发电机的控制采用对输出功率和励磁电流的双闭环控制；与单回路反馈控制系统比较，由于在系统的结构上多了一个副回路，所以具有多个优点：改善了过程的动态特性，具有较强的抗扰动能力，具有一定的自适应能力。
附图说明
图1为本发明的电动汽车混合励磁式内燃发电增程系统的控制方法的步骤流程图；
图2为本发明的混合励磁式内燃发电增程系统怠速模式的转速和励磁电流控制示意图；
图3为本发明的混合励磁式内燃发电增程系统发电模式的双闭环控制示意图；
在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：
1内燃机
2混合励磁发电机
3三相整流桥
4转速闭环pi控制器
5励磁电流pi控制器
6vcu
7最佳发电转速脉普
8功率闭环pi控制器
9电压闭环pi控制器
10电流闭环pi控制器
11发电模式控制模块
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
请参照图1所示，其为本发明的电动汽车混合励磁式内燃发电增程系统的控制方法的步骤流程图。所述增程系统采用内燃机与混合励磁发电机进行耦合，系统的工作模式包括：停机模式、怠速模式及发电模式，基于这三种工作模式，本发明的控制方法包括如下步骤：
s1：开始，进入步骤s2；
s2：增程系统进行初始化，进入步骤s3；
s3：增程系统进入停机模式；
此时增程系统完成各项准备工作，处于等待指令的状态，实时监测并及时响应由vcu或上位机发来的起动或退出指令；在本发明中，停机模式既是控制系统逻辑运行的初始位置、也是终止位置，系统要结束运行时也会先跳转到停机模式、再执行断电操作；
增程系统响应由vcu或上位机发来的起动指令后，进入步骤s4；
s4：增程系统进入怠速模式；
怠速模式处于停机模式和发电模式之间，表示停机模式和发电模式相互切换的中间过渡阶段；从停机模式到发电模式的切换过程中要经过怠速模式，进入怠速模式表示增程系统起动成功，可以响应发电功率请求；从发电模式到停机模式同样要经过怠速模式，完成功率平滑卸载，防止产生负载跳变的情况；
进入怠速模式后，可以——
1)响应由vcu或上位机发来的停机指令，返回步骤s3、进入停机模式；
2)保持怠速模式；
3)响应由vcu或上位机发来的发电请求，进入步骤s5；
在停机模式和发电模式之间设置怠速模式，可有效减少增程系统的频繁起停，大大降低设备损耗；
s5：增程系统进入发电模式；
针对有可能存在的输出电压或者输出电流过高的情况，所述发电模式又详细划分三个子模式：恒功率子模式、恒电流子模式以及恒电压子模式，分别对应接下来的步骤s51、s52及s53；
s51：增程系统进入发电模式中的恒功率子模式；
s52：增程系统进入发电模式中的恒电流子模式；
s53：增程系统进入发电模式中的恒电压子模式；
其中，恒功率子模式为默认模式，所以上述发电请求也可称为功率请求；系统响应由vcu或上位机发来的功率请求，对外输出相应的功率；恒功率子模式下系统针对vcu或上位机请求的功率做闭环控制，维持输出功率恒定；该模式下实时监测母线电流和电压，如果母线电流超限就切换到恒电流子模式，如果母线电压超限就切换到恒电压子模式；
系统处于恒电流子模式下，以母线电流为目标进行闭环控制；该模式下实时监测功率和母线电压，如果母线电压超限就切换到恒电压子模式，如果功率超限就切换到恒功率子模式；
系统处于恒电压子模式下，以母线电压为目标进行闭环控制；该模式下实时监测功率和母线电流，如果母线电流超限就切换到恒电流子模式，如果功率超限就切换到恒功率子模式；
发电模式的三个子模式的切换是由增程系统中的控制器根据采集到的功率/电压/电流大小自主调节的，由此实现针对电压和电流的保护，有利于整个增程系统的稳定安全；
在发电模式下，无论处于哪个子模式，若系统接到由vcu或上位机发来的取消发电的指令，则直接返回步骤s4，进入怠速模式；
此外，增程系统在停机模式下，若接到由vcu或上位机发来的退出指令，则进入步骤s6；
s6：系统断电，进入步骤s7；
s7：结束。
在本发明的电动汽车混合励磁式内燃发电增程系统的控制方法中，由于怠速模式下需要完成模式切换过渡中的各项准备工作，因此需要专门针对怠速模式进行控制：一来，控制内燃机目标转速到怠速转速，使内燃机回到准备状态；二来，将混合励磁发电机的励磁电流调整为零，并将励磁电流控制器复位。为了实现电动汽车增程系统的发电转速与发电电压/发电功率的解耦，关于增程系统的控制包括内燃机的控制和混合励磁发电机的控制两部分；其中，针对内燃机采取转速闭环控制，通过调节节气门开度控制发动机达到目标转速；其中，本发明的内燃机为汽油发动机，所述节气门是控制空气进入发动机的一道可控阀门，气体进入进气管后会和汽油混合变成可燃混合气，从而燃烧形成做功，节气门上接空气滤清器，下接发动机缸体，被称为是汽车发动机的咽喉；针对混合励磁发电机，则采用功率(电压/电流)外闭环和励磁电流内闭环的双闭环控制。
接下来，请参照图2所示，其为本发明的混合励磁式内燃发电增程系统怠速模式的转速和励磁电流控制示意图；本发明的增程系统采用内燃机1与混合励磁发电机2通过连接轴进行耦合，因此所述内燃机1的转速和所述混合励磁发电机2的转速相等；所述混合励磁发电机2的输出端连接有三相整流桥3，所述混合励磁发电机2输出的电能经所述三相整流桥3整流后向外输出；
所述增程系统中还设有转速闭环pi控制器4，所述内燃机1的输入端电连接至所述转速闭环pi控制器4的输出端，所述内燃机1的输出端还电连接至所述转速闭环pi控制器4的输入端；怠速模式下内燃机的转速闭环控制的具体实现过程为：预定目标怠速转速nit作为给定量，内燃机的实际转速ni作为反馈量，通过闭环调节输出节气门开度θ控制量，从而控制内燃机的转速，完成怠速模式下的转速闭环控制；
因为怠速模式下不需要系统对外输出功率，因此不需要对混合励磁发电机的磁场做控制，目标励磁电流为零。所述增程系统中还设有励磁电流pi控制器5，所述混合励磁发电机2的输入端电连接至所述励磁电流pi控制器5的输出端，所述混合励磁发电机2的输出端还电连接至所述励磁电流pi控制器5的输入端；怠速模式下混合励磁发电机的励磁电流闭环控制的具体实现过程为：预定目标励磁电流ict作为给定量，混合励磁发电机实际励磁电流ic作为反馈量，通过闭环调节输出给定励磁占空比d控制量到混合励磁发电机进行励磁调节。
请再参照图3所示，其为本发明的混合励磁式内燃发电增程系统发电模式的双闭环控制示意图；本发明的增程系统中还设有vcu(vehiclecontrolunit，车辆控制单元，是实现整车控制决策的核心电子控制单元)6和最佳发电转速脉普7，所述vcu6通过所述最佳发电转速脉普7电连接至所述转速闭环pi控制器4的输入端，最佳发电转速脉普优选如表1的设定，但并不以此为限。
表1
发电模式下内燃机的转速闭环控制的具体实现过程为：vcu发送发电功率请求preq作为目标发电功率，目标发电功率输入至最佳发电转速脉普，查询出对应的最佳发电转速nreq；查询到的最佳发电转速作为给定量，内燃机的实际转速nr作为反馈量，通过闭环调节输出节气门开度控制量θ，从而控制内燃机的转速，完成发电模式下的转速闭环控制。
请继续参照图3所示，本发明的增程系统中还设有：功率闭环pi控制器8、电压闭环pi控制器9、电流闭环pi控制器10以及发电模式控制模块11，其中，所述vcu6与三相整流桥3的输出端分别电连接至所述功率闭环pi控制器8的输入端，所述三相整流桥3的输出端还分别电连接至所述电压闭环pi控制器9、电流闭环pi控制器10的输入端；所述功率闭环pi控制器8、电压闭环pi控制器9和电流闭环pi控制器10的输出端分别电连接至所述发电模式控制模块11的输入端，所述发电模式控制模块11的输出端电连接至所述励磁电流pi控制器5的输入端，所述励磁电流pi控制器5的输入端还与所述混合励磁发电机2的输出端电连接；由此，
发电模式下混合励磁发电机的功率闭环控制的具体实现过程为：vcu发送发电功率请求作为目标发电功率preq，目标发电功率作为给定量，混合励磁发电机通过三相整流桥3整流后的实际发电功率pr作为反馈量，通过闭环调节输出给定励磁电流控制量ict1到发电模式控制模块11；
发电模式下混合励磁发电机的电压闭环控制的具体实现过程为：初始设定的发电电压上限ul作为目标发电电压，目标发电电压作为给定量，混合励磁发电机通过三相整流桥3整流后的实际发电电压ur作为反馈量，通过闭环调节输出给定励磁电流控制量ict2到发电模式控制模块11；
发电模式下混合励磁发电机的电流闭环控制的具体实现过程为：初始设定的发电电流上限il作为目标发电电流，目标发电电流作为给定量，混合励磁发电机通过三相整流桥3整流后的实际发电电流ir作为反馈量，通过闭环调节输出给定励磁电流控制量ict3到发电模式控制模块11；
所述发电模式控制模块11根据当前增程系统所处的发电模式选择输出对应的闭环控制模块的输入；如果增程系统处于恒功率子模式，发电模式控制模块11输出功率闭环的结果，如果增程系统处于恒电压子模式，发电模式控制模块11输出电压闭环的结果，如果增程系统处于恒电流子模式，发电模式控制模块11输出电流闭环的结果；
发电模式下混合励磁发电机的励磁电流闭环控制的具体实现过程为：发电模式控制模块11的输出控制量ict(根据发电模式的子模式的选择，ict为ict1、ict2和ict3中的其中一个值)作为目标励磁电流，目标励磁电流作为给定量，混合励磁发电机的实际励磁电流ic作为反馈量，通过闭环调节输出给定励磁占空比控制量d到混合励磁发电机进行励磁调节。
需要进行说明的是：所述转速闭环pi控制器4、励磁电流pi控制器5、最佳发电转速脉普7、功率闭环pi控制器8、电压闭环pi控制器9、电流闭环pi控制器10以及发电模式控制模块11皆是由软件程序来实现的，如图3中所示，以虚线框起来的部分在实践中集成于单片机中，进行数据的分析和处理。所述预定目标怠速转速nit、预定目标励磁电流ict、初始设定的发电电压上限ul以及初始设定的发电电流上限il皆为单片机内部给定值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。