一种非道路移动车辆的弱度混合动力系统和动力性控制方法

本发明涉及混合动力车辆技术领域，尤其涉及一种非道路移动车辆的弱度混合动力系统和动力性控制方法。

背景技术：

随着环境污染和能源紧张问题日益突出，非道路移动车辆采用混合动力系统能够充分利用各动力源的优势，可以在不降低车辆动力性的前提下减少油耗和降低排放。目前，混合动力非道路移动车辆多采用发动机－发电机组与动力电池构成的串联式混合动力系统，由于受重量、空间约束，该动力系统具有瞬态功率大、电池容量小的特点，属于弱度混合动力系统，其中发动机仍是系统的主要动力源。

由于弱混系统电池容量较小，在车辆加速过程中，电池功率会迅速达到其功率上限，而由于高度增压的柴油机和发电机组成的发动机-发电机单元的动态响应差，在急加速工况不能迅速提供足够功率来满足驱动需求，导致电池过度放电甚至发动机冒黑烟而车速难以提升的情况，严重影响电池寿命并且严重制约着车辆的机动性能。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种非道路移动车辆的弱度混合动力系统和动力性控制方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种非道路移动车辆的弱度混合动力系统，所述系统包括涡轮增压柴油机、发动机控制器、isg电机、isg电机控制器、超级电容、动力电池、dc/dc变换器、电机、电机控制器和侧传动：

所述涡轮增压柴油机与所述isg电机通过轴连接，所述isg电机通过所述isg电机控制器与直流母线连接，所述动力电池通过所述dc/dc变换器与所述超级电容并联后与所述直流母线连接，所述直流母线的后端连接所述电机控制器，所述电机控制器驱动所述电机运转，所述电机通过所述侧传动驱动车轮运转；

根据所述非道路移动车辆的运行状态，所述isg电机控制器通过切换所述isg电机的工作模式，所述动力电池和所述超级电容配合所述isg电机的模式，以使得所述涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是车辆启动时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为驱动模式，所述动力电池的额外功率用于驱动所述isg电机，所述isg电机拖动所述涡轮增压柴油机启动，所述发动机控制器传递喷油信号至所述涡轮增压柴油机，使所述涡轮增压柴油机在被拖动的过程中喷入适量的柴油燃烧做功，使所述涡轮增压柴油机迅速达到指定转速。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是加速状态时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为发电模式，所述涡轮增压柴油机带动所述isg电机输出需求功率，所述动力电池及所述超级电容提供所述需求功率中瞬态变化的高频部分。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是减速制动时，所述发动机控制器控制所述涡轮增压柴油机断油，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为驱动模式，部分制动能量驱动所述isg电机拖动所述涡轮增压柴油机维持在预设转速运转，多余制动能量由所述动力电池和所述超级电容吸收。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是制动减速后需停车时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为发电模式，将所述涡轮增压柴油机惯性转动的动能转化为电能给所述动力电池充电，同时所述涡轮增压柴油机的转速迅速下降为零，行驶结束。

本发明的有益效果是：提出了一种非道路移动车辆的弱度混合动力系统，包括根据所述非道路移动车辆的运行状态，所述isg电机控制器通过切换所述isg电机的工作模式，所述动力电池和所述超级电容配合所述isg电机的模式，以使得所述涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据。本发明能有效减小涡轮增压器的响应滞后时间，从而提升发动机功率输出的响应性，进而改善了车辆加速性。并在车辆制动时，进一步吸收了再生制动能量，提高能量利用率，同时保证了车辆的机动性能。

本发明还解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种非道路移动车辆的动力性控制方法，基于上述技术方案中任一项所述的非道路移动车辆的弱度混合动力系统，

根据非道路移动车辆的运行状态，isg电机控制器通过切换isg电机的工作模式；

动力电池和超级电容配合所述isg电机的模式，以使得涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据。

进一步地，所述根据非道路移动车辆的运行状态，isg电机控制器通过切换isg电机的工作模式，动力电池和超级电容配合所述isg电机的模式，以使得涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据，具体包括：

当所述非道路移动车辆的运行状态是车辆启动时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为驱动模式，所述动力电池的额外功率用于驱动所述isg电机，所述isg电机拖动所述涡轮增压柴油机启动，发动机控制器传递喷油信号至所述涡轮增压柴油机，使所述涡轮增压柴油机在被拖动的过程中喷入适量的柴油燃烧做功，使所述涡轮增压柴油机迅速达到指定转速。

进一步地，所述根据非道路移动车辆的运行状态，isg电机控制器通过切换isg电机的工作模式，动力电池和超级电容配合所述isg电机的模式，以使得涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据，还具体包括：

当所述非道路移动车辆的运行状态是加速状态时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为发电模式，所述涡轮增压柴油机带动所述isg电机输出需求功率，所述动力电池及所述超级电容提供所述需求功率中瞬态变化的高频部分。

进一步地，所述根据非道路移动车辆的运行状态，isg电机控制器通过切换isg电机的工作模式，动力电池和超级电容配合所述isg电机的模式，以使得涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据，还具体包括：

当所述非道路移动车辆的运行状态是减速制动时，发动机控制器控制所述涡轮增压柴油机断油，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为驱动模式，部分制动能量驱动所述isg电机拖动所述涡轮增压柴油机维持在预设转速运转，多余制动能量由所述动力电池和所述超级电容吸收。

进一步地，所述根据非道路移动车辆的运行状态，isg电机控制器通过切换isg电机的工作模式，动力电池和超级电容配合所述isg电机的模式，以使得涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据，还具体包括：

当所述非道路移动车辆的运行状态是制动减速后需停车时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为发电模式，将所述涡轮增压柴油机惯性转动的动能转化为电能给所述动力电池充电，同时所述涡轮增压柴油机的转速迅速下降为零，行驶结束。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所述的非道路移动车辆的弱度混合动力系统的模块示意图；

图2为本发明另一实施例所述的非道路移动车辆的动力性控制方法的流程示意图；

图3为本发明另一实施例所述的非道路移动车辆的动力性控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

如图1所示，一种非道路移动车辆的弱度混合动力系统包括涡轮增压柴油机、发动机控制器、isg电机、isg电机控制器、超级电容、动力电池、dc/dc变换器、电机、电机控制器和侧传动：

所述涡轮增压柴油机与所述isg电机通过轴连接，所述isg电机通过所述isg电机控制器与直流母线连接，所述动力电池通过所述dc/dc变换器与所述超级电容并联后与所述直流母线连接，所述直流母线的后端连接所述电机控制器，所述电机控制器驱动所述电机运转，所述电机通过所述侧传动驱动车轮运转；

根据所述非道路移动车辆的运行状态，所述isg电机控制器通过切换所述isg电机的工作模式，所述动力电池和所述超级电容配合所述isg电机的模式，以使得所述涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据。

基于上述实施例，进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是车辆启动时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为驱动模式，所述动力电池的额外功率用于驱动所述isg电机，所述isg电机拖动所述涡轮增压柴油机启动，所述发动机控制器传递喷油信号至所述涡轮增压柴油机，使所述涡轮增压柴油机在被拖动的过程中喷入适量的柴油燃烧做功，使所述涡轮增压柴油机迅速达到指定转速。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是加速状态时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为发电模式，所述涡轮增压柴油机带动所述isg电机输出需求功率，所述动力电池及所述超级电容提供所述需求功率中瞬态变化的高频部分。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是减速制动时，所述发动机控制器控制所述涡轮增压柴油机断油，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为驱动模式，部分制动能量驱动所述isg电机拖动所述涡轮增压柴油机维持在预设转速运转，多余制动能量由所述动力电池和所述超级电容吸收。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是制动减速后需停车时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为发电模式，将所述涡轮增压柴油机惯性转动的动能转化为电能给所述动力电池充电，同时所述涡轮增压柴油机的转速迅速下降为零，行驶结束。

基于上述实施例提出的一种非道路移动车辆的弱度混合动力系统，包括根据所述非道路移动车辆的运行状态，所述isg电机控制器通过切换所述isg电机的工作模式，所述动力电池和所述超级电容配合所述isg电机的模式，以使得所述涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据。本发明能有效减小涡轮增压器的响应滞后时间，从而提升发动机功率输出的响应性，进而改善了车辆加速性。并在车辆制动时，进一步吸收了再生制动能量，提高能量利用率，同时保证了车辆的机动性能。

如图2所示，一种非道路移动车辆的动力性控制方法，基于上述实施例中任一项所述的非道路移动车辆的弱度混合动力系统，包括以下步骤：

110、根据非道路移动车辆的运行状态，isg电机控制器通过切换isg电机的工作模式；

120、动力电池和超级电容配合所述isg电机的模式，以使得涡轮增压柴油机和所述isg电机输出达到预设功率或转速数据。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是车辆启动时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为驱动模式，所述动力电池的额外功率用于驱动所述isg电机，所述isg电机拖动所述涡轮增压柴油机启动，发动机控制器传递喷油信号至所述涡轮增压柴油机，使所述涡轮增压柴油机在被拖动的过程中喷入适量的柴油燃烧做功，使所述涡轮增压柴油机迅速达到指定转速。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是加速状态时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为发电模式，所述涡轮增压柴油机带动所述isg电机输出需求功率，所述动力电池及所述超级电容提供所述需求功率中瞬态变化的高频部分。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是减速制动时，发动机控制器控制所述涡轮增压柴油机断油，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为驱动模式，部分制动能量驱动所述isg电机拖动所述涡轮增压柴油机维持在预设转速运转，多余制动能量由所述动力电池和所述超级电容吸收。

进一步地，当所述非道路移动车辆的运行状态是制动减速后需停车时，所述isg电机控制器切换所述isg电机的工作模式为发电模式，将所述涡轮增压柴油机惯性转动的动能转化为电能给所述动力电池充电，同时所述涡轮增压柴油机的转速迅速下降为零，行驶结束。

应理解，所述涡轮增压柴油机与isg电机通过轴连接，isg电机通过电机控制器与直流母线连接，动力电池通过dc/dc变换器与超级电容并联后与直流母线连接，直流母线后端连接两个电机控制器，两个电机控制器分别独立驱动两电机运转，双侧电机通过侧传动驱动车轮运转。

其中，整车系统会根据车辆行驶状态计算发动机的实时喷油量，并通过发动机控制器将喷油信号传递给涡轮增压柴油机，从而控制涡轮增压柴油机的输出功率；isg电机采用永磁同步电机，isg电机控制器既可以工作于逆变模式，控制isg电机拖动发动机启动，又可以工作于整流模式，控制isg电机发电；动力电池在车辆纯电行驶过程中为系统提供能量，并且在发动机-发电机组难以满足需求功率时输出功率进行补充；dc/dc变换器用于限制动力电池的输出和输入功率，防止电池受到大电流充放电的影响；在动力电池功率受限的情况下，超级电容车辆驱动时可提供高频瞬态功率，并在车辆制动时吸收再生制动能量，对整车系统功率流起到削峰填谷的作用。

该弱混系统中，涡轮增压柴油机是主要动力源，受体积和重量限制，动力电池和超级电容的功率相对发动机较小，仅作为整车系统的辅助动力。

如图3所示，以下为车辆从启动到停车的全过程的动力输出说明。

当车辆启动时，车辆为纯电动加速行驶状态，由于初始阶段车速较低，整车需求功率小于动力电池的最大输出功率，该阶段将isg电机切换为驱动模式，使动力电池的额外功率用于驱动isg电机，isg电机拖动发动机启动，并持续拖动发动机运转，发动机控制器传递喷油信号给发动机，使发动机在电机拖动的过程中喷入适量的柴油燃烧做功，发动机转速得到迅速提升。利于带动涡轮增压器建立起一定的增压压力，减小了涡轮增压器的响应滞后时间，从而提升了涡轮增压柴油机的动态响应性，使得后续isg电机切换为发电状态时发动机-发电机组能良好地跟随需求功率的变化。

随着车速的提升，需求功率不断升高，当需求功率大于电池最大输出功率时，isg电机切换为发电模式，由于发动机转速已提升至目标转速且涡轮增压器建立起了一定的增压压力，涡轮增压柴油机带动isg电机输出足够的电功率来满足整车的行驶需求，动力电池及超级电容用于提供需求功率中瞬态变化的高频部分，从而保证了车辆的加速性能。

当车辆减速制动时，发动机控制器控制发动机断油，isg电机控制器由整流模式切换为逆变模式，回收一部分车辆制动时驱动电机产生的再生制动能量，用于驱动isg电机拖动发动机维持在高转速运转，其余制动能量由动力电池和超级电容吸收，以补充行驶阶段动力电池和超级电容所消耗的能量。由于发动机断油后需克服自身的压缩过程阻力和摩擦阻力等因素做功，其转速会迅速下降，若后续车辆有急加速的需求，发动机-发电机组难以短时间内输出足够的功率，故利用isg电机维持发动机的高转速运转有利于保证车辆的机动性能。

当车辆制动减速后需加速时，isg电机切换为发电模式，此时发动机处于高转速状态，发动机-发电机组可及时满足整车的功率需求，并能较好地跟随需求功率的变化，需求功率中瞬态变化的高频部分由动力电池和超级电容进行补充。

当车辆制动减速后需停车时，isg电机切换为发电模式，将发动机惯性转动的动能转化为电能给动力电池充电，同时发动机转速迅速下降为零，行驶结束。

综上所述，上述实施例能有效减小涡轮增压器的响应滞后时间，从而提升发动机功率输出的响应性，进而改善了车辆加速性。并在车辆制动时，进一步吸收了再生制动能量，提高能量利用率，同时保证了车辆的机动性能。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、u盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。