一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法

专利名称：一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法
技术领域：
本发明涉及电动汽车技术领域，尤其涉及一种增程式电动汽车控制系统及其控制方法。
背景技术：
纯电动汽车的续驶里程是当前纯电动汽车与传统汽车相比，性能上较有差距的方面。而增程式电动汽车的设计概念和使用方式刚好弥补了纯电动汽车在续驶里程方面不足的问题，但是现有技术增程式电动汽车存在功率密度低，振动噪声大等问题。

发明内容
本发明的目的在于在现有发动机控制系统和发电机控制系统基础上，不进行发动机控制器ECU和发电机控制器GCU重新开发标定的情况下，开发出满足增程式电动汽车对增程器系统功能要求的控制方案和方法。为了解决以上问题，一种增程式电动汽车控制系统，包括一台传统节气门控制的发动机、发动机曲轴一体连接的集驱动和发电功能一体的发电机、车载动力电池、整车控制器、增程器控制器、电池管理系统、电池直流电流传感器、发动机控制器、发电机控制器、发电机端直流电流传感器、永磁同步驱动电机与动力电池和发电机一起连接在动力线用于驱动车轮、电机控制器、电机直流电流传感器、节气门、曲轴位置传感器，发动机飞轮和发电机转子通过机械装置刚性连接，发电机控制器中集成逆变功率元件，发电机通过发电机控制器连接到高压母线，通过DC/DC可以对动力电池充电，通过电机控制器给驱动电机供电，驱动电机直接通过机械变速箱与车轮连接，其中，发动机和发电机统称为增程器，增程器控制器与发动机控制器和发电机控制器进行通讯和发送控制指令，增程器控制器根据驾驶员需求和增程器系统的状态进行发电功率能量管理和辅助系统控制。进一步，作为一种优选方案，该系统的动力电池可以通过车载充电机进行外部充电，增程器的工作状态受整车控制器控制，增程器为动力电池充电或者给驱动电机供电或者提供辅助系统的机械功率。本发明还公开了一种增程式电动汽车控制方法，包括以下步骤整车控制器采集来自驾驶员钥匙位置，踏板位置，挡位，辅助系统需求按钮信号，电池当前电量SOC和电池允许的充放电电流信息，判断是否需要启动增程器以及增程器的工作模式如果满足电池SOC < 30%或者空调请求为I或者暖风请求为I或者电池SOC
<90%并且加速踏板开度> 80%，满足条件后，增程器启动请求置I ;并且满足条件二 钥匙门位置位于On挡并且加速踏板位置> 2%，增程器关闭请求置0 ;满足以上两个条件，增程器进入启动模式；进入启动模式50ms以后，判断发动机转速是否大于SOOrpm，满足条件后进入增程器工作模式；如果满足30% < SOC < = 90%并且加速踏板开度>80%进入增程器加速控制模式；如果满足30%< SOC <= 90%并且加速踏板开度< 50%退出增程器加速控制模式；
如果满足S0C <= 30%并且统计车速<标定车速I进入增程器第一发电工作点控制模式；如果满足S0C <= 30%并且统计车速>标定车速2进入增程器第二发电工作点控制模式；如果满足S0C > 45%并且空调请求为1，进入增程器怠速工作点二 ；如果满足S0C > 45%并且暖风请求为1，进入增程器怠速工作点一；如果满足S0C > 45%并且暖风请求为0并且空调请求为0并且加速踏板< 80%或者满足条件二 钥匙门位置位于Acc挡并且加速踏板位置< 2并且发电机转速< 1，增程器关闭请求置1，进入增程器停机模式；如果满足检测发电机生命信号为0进入增程器关闭模式。进一步，作为一种优选方案，整车控制器首先对驾驶意图和增程器状态进行判断，根据驾驶员的档位信号和踏板信号判断出增程器应该工作的模式增程器关闭、增程器启动、增程器发电工作点一、增程器发电工作点二、增程器怠速工作点一、增程器怠速工作点二、增程器加速助力点、增程器停机；工况判断完成后，增程器控制器根据整车控制器的模式指令进行发动机和发电机的协调控制。进一步，作为一种优选方案，所述增程器启动控制模式为发电机工作在电动转速控制模式，以800rpm启动发动机,检测发电机转速大于750rpm,发送发动机点火开关信号，检测发动机转速大于850rpm且小于1450rpm,发电机进入随转控制模式。进一步，作为一种优选方案，所述增程器的停机控制模式为发送发电机目标转速为0,检测发电机转速低于800rpm,关闭发动机点火开关信号,检测发电机转速低于5rpm,关闭发电机高压控制继电器，50ms后关闭发电机低压继电器。进一步，作为一种优选方案，所述增程器恒功率发电控制模式为发动机工作在转矩闭环控制方式，发电机工作在转速控制方式。根据标定的发电机工作点，对应发电机的目标转速，发动机的目标工作转矩，达到功率平衡。增程器控制器根据标定好的开环节气门位置，采集发电机反馈的实际转矩作为闭环控制参考值与目标转矩做差，进行开环节气门位置修正，发电机始终工作在转速控制模式，增程器控制器根据目标转速以lOOOrpm/s的梯度发送目标转速给发电机控制器，其中增程器的加速控制模式也处于恒功率发电控制的一种，发电功率不同于恒功率工作点一和工作二，一旦增程器已经处于恒功率发电工作点一或者二，不会进行加速工作模式控制。进一步，作为一种优选方案，所述增程器怠速工作模式满足驾驶员对乘员舱的制冷和加热需求，进行空调压缩机驱动和怠速暖机提供暖风，在这两工作点，发动机工作在转速控制方式，发电机处于随转状态，不为动力电池和驱动电机提供电功率。由于采用增程式结构，增程式电动汽车增程器的控制流程，在基于现有发动机和发电机技术特点下，不需要重新设计开发标定E⑶和G⑶通过增程式器控制器进行协调控制达到满足整车对增程器的功能要求。增程器工作模式控制策略，能够根据行驶工况进行发电工作点切换；能够补充动力电池放电倍率不足的特性。制动能量回收和增程器能量管理控制策略。以最大程度利用回收能量并且节省回收时发动机的油耗为目的，进行能量管理控制。


当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中 图I为整车控制系统和增程器控制系统框图；图2为增程器控制流程图。
具体实施例方式以下参照图1-2对本发明的实施例进行说明。为使上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。实施例I如图I所示，一种增程式电动汽车控制系统，包括一台传统节气门控制的发动机
2、与发动机曲轴一体连接的集驱动和发电功能一体的发电机5、车载动力电池14、整车控制器12、增程器控制器7、电池管理系统15、电池直流电流传感器13、发动机控制器4、发电机控制器6、发电机端直流电流传感器8、永磁同步驱动电机11与动力电池14和发电机5一起连接在动力线用于驱动车轮、电机控制器10、电机直流电流传感器9、节气门I、曲轴位置传感器3，发动机2飞轮和发电机5转子通过机械装置刚性连接，发电机控制器6中集成逆变功率元件，发电机5通过发电机控制器6连接到高压母线，通过DC/DC可以对动力电池14充电，通过电机控制器10给驱动电机11供电，驱动电机11直接通过机械变速箱与车轮连接，其中，发动机2和发电机5统称为增程器，增程器控制器7与发动机控制器4和发电机控制器6进行通讯和发送控制指令，增程器控制器7根据驾驶员需求和增程器系统的状态进行发电功率能量管理和辅助系统控制。动力电池组14采用能量功率兼顾型蓄电池，既要满足一定续驶里程的要求，还要满足可以频繁I. 5C 2. 5C的充电能力。充电电池管理系统15 (BMS)对动力电池组充电、放电时的电流、电压、放电深度、电池温度等进行监控，保持单体电池间的一致性。驱动电机11是纯电动汽车行驶的唯一动力装置。增程式电动汽车工作在增程模式(增程器开启)时，增程器的功率为尽量满足驱动电机的平均需求功率，而动力电池14用于满足瞬时充放电功率的功能需求。增程器控制系统的主要控制单元包括增程器控制器7 (RE_Controller)、发动机控制器4 (ECU)和发电机控制器6 (GCU)。发动机控制器4 (ECU)是原有传统发动机2，具备传统发动机的各项控制功能怠速开环控制、转矩闭环控制、发动机当前工作状态检测、风扇控制继电器、油泵继电器控制、空调离合器控制、故障检测等等。发动机控制器4(ECU)接收来自增程器控制器7(RE_Controller)的加速踏板模拟信号进行节气门控制，进而实现发动机不同负荷控制，改变增程器的机械输入功率。发电机控制器4(GCU)具备转速控制模式和随转模式，相应来自增程器控制器7 (RE_Controller)的目标转速命令和模式命令，启动发动机，为发动机提供负载转矩或者随转。通过改变发电机的目标转速和改变发动机的负荷最终达到改变增程器的发电功率。RE_Controller7用于接收来自整车控制器的工作指令，根据发动机最低燃油经济曲线设定不同发电功率对应的发动机转矩和发动机转速，对发动机和发电机的状态和目标指令进行解析，协调ECU4和GCU6达到整车控制器对增程器的需求工作状态。系统中发动机的目标工作转速定义在发动机最小燃油消耗区域，发电机的目标发电功率定义在发动机转速和发电机基速范围内。其中发动机节气门I的控制用来控制在设定的发电功率的发动机负荷，通过目标发电转速点快速找到发动机节气门I的控制位置。增程器在工作点切换的时候要避免发动机的速度飞车。实施例2 如图2所示，种增程式电动汽车控制方法，包括以下步骤SI、整车控制器采集来自驾驶员钥匙位置，踏板位置，挡位，辅助系统需求按钮信号，电池当前电量SOC和电池允许的充放电电流信息，判断是否需要启动增程器以及增程器的工作模式S2、如果满足电池SOC < 30%或者空调请求为I或者暖风请求为I或者电池SOC
<90%并且加速踏板开度> 80%，满足条件后，增程器启动请求置I ;并且满足条件二 钥匙门位置位于On挡并且加速踏板位置> 2%，增程器关闭请求置0 ;满足以上两个条件，增程器进入启动模式；S3、进入启动模式50ms以后,判断发动机转速是否大于800rpm,满足条件后进入增程器工作模式；S4、如果满足30%< SOC <= 90%并且加速踏板开度> 80%进入增程器加速控制模式；如果满足30%< SOC <= 90%并且加速踏板开度< 50%退出增程器加速控制模式；S5、如果满足S0C<= 30%并且统计车速<标定车速I进入增程器第一发电工作点控制模式；S6、如果满足S0C<= 30%并且统计车速>标定车速2进入增程器第二发电工作点控制模式；S7、如果满足S0C > 45%并且空调请求为1，进入增程器怠速工作点二 ；S8、如果满足S0C > 45%并且暖风请求为1，进入增程器怠速工作点一；S9、如果满足S0C > 45%并且暖风请求为0并且空调请求为0并且加速踏板
<80%或者满足条件二 钥匙门位置位于Acc挡并且加速踏板位置< 2并且发电机转速
<1，增程器关闭请求置1，进入增程器停机模式；S10、如果满足检测发电机生命信号为0进入增程器关闭模式。整车控制器首先对驾驶意图和增程器状态进行判断，根据驾驶员的档位信号和踏板信号判断出增程器应该工作的模式增程器关闭、增程器启动、增程器发电工作点一、增程器发电工作点二、增程器怠速工作点一、增程器怠速工作点二、增程器加速助力点、增程器停机；工况判断完成后，增程器控制器根据整车控制器的模式指令进行发动机和发电机的协调控制。增程器启动控制模式为发电机工作在电动转速控制模式，以800rpm启动发动机，检测发电机转速大于750rpm,发送发动机点火开关信号，检测发动机转速大于850rpm且小于1450rpm,发电机进入随转控制模式。
增程器启动控制模式为发电机工作在电动转速控制模式，以800rpm启动发动机，检测发电机转速大于750rpm,发送发动机点火开关信号，检测发动机转速大于850rpm且小于1450rpm,发电机进入随转控制模式。增程器的停机控制模式为发送发电机目标转速为0，检测发电机转速低于800rpm,关闭发动机点火开关信号,检测发电机转速低于5rpm,关闭发电机高压控制继电器，50ms后关闭发电机低压继电器。
增程器恒功率发电控制模式为发动机工作在转矩闭环控制方式，发电机工作在转速控制方式。根据标定的发电机工作点，对应发电机的目标转速，发动机的目标工作转矩，达到功率平衡。增程器控制器根据标定好的开环节气门位置，采集发电机反馈的实际转矩作为闭环控制参考值与目标转矩做差，进行开环节气门位置修正，发电机始终工作在转速控制模式，增程器控制器根据目标转速以lOOOrpm/s的梯度发送目标转速给发电机控制器，其中增程器的加速控制模式也处于恒功率发电控制的一种，发电功率不同于恒功率工作点一和工作二，一旦增程器已经处于恒功率发电工作点一或者二，不会进行加速工作模式控制。增程器怠速工作模式满足驾驶员对乘员舱的制冷和加热需求，进行空调压缩机驱动和怠速暖机提供暖风，在这两工作点，发动机工作在转速控制方式，发电机处于随转状态，不为动力电池和驱动电机提供电功率。增程器的控制主要就是根据整车对增程器的功率需求进行发动机和发电机的协调控制。发动机系统的主要控制量为发动机的节气门。发动机节气门I通过步进电机进行控制，并不与加速踏板直接机械连接。节气门位置传感器与步进电机直接连接用于检测节气门转角，进行节气门的开环和闭环控制。对于发动机系统启动控制的重要控制参数为曲轴位置传感器3和ECU反馈计算的怠速参考转速。启动阶段，RE_Contix)ller不仅需要检测当前发动机的转速，同时要与ECU反馈的怠速参考转速进行比较。为了避免发动机点火瞬间造成的增程器系统转速突变和骤升，需要发电机根据参考怠速转速进行转速控制，提供稳定发动机由于点火造成的转矩突变。当检测发动机转速大于800rpm并且低于1450rpm时,认为发动机已经进入怠速工况。此外发动机系统的冷却水温是影响整个系统控制效果的重要因素，发动机的冷却水温影响发动机的排放和燃油经济性，并且影响节气门控制效果的稳定性，由于冷却风扇的开启和关闭造成的系统扰动是稳定工作点的重要外接扰动。由于系统温度所以对于怠速以外的工作点不能采用节气门的开环控制，该系统采用的反馈控制参数为发电机控制器反馈的负载转矩。发动机节气门根据目标工作转速进行插值获得开环控制节气门参数，通过发电机实时反馈的转矩参数进行目标发电功率的闭环PID调节。电流传感器8用于检测发电机控制器直流输出端电流大小，电流传感器13用于检测电池输出端电流大小。传感器8检测的电流大小用于RE_Contix)ller观测发电机实际的发电功率，传感器13检测的电流大小用于检测动力电池当前充放电状态和故障检测，保护电池过充或者过放。关于制动能量回收和增程器协调工作的能量管理办法当增程器不工作时，按照电池允许的充电电流制定制动能量回收策略，当增程器处于工作状态的时候，RE_Controller控制发动机节气门全关,发电机转速处于随转状态，发电机此时并不发电，不能够向电池包充电，所以不会造成驱动电机和增程器一起向电池包充电产生短时过充的问题。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式
，但是本领域的技术人员应当理解，这些具体实施方式
仅是举例说明，本领域的技术人员在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以对上述方法和系统的细节进行各种省略、替换和改变。例如，合并上述方法步骤，从而按照实质相同的方法执行实质相同的功能以实现实质相同的结果则属于本发明的范围。因此，本发明的范围仅由所附权利要求书限定。
权利要求
1.一种增程式电动汽车控制系统，其特征在于包括一台传统节气门控制的发动机、发动机曲轴一体连接的集驱动和发电功能一体的发动机、车载动力电池、整车控制器、增程器控制器、电池管理系统、电池直流电流传感器、发动机控制器、发电机控制器、发电机端直流电流传感器、永磁同步驱动电机与动力电池和发电机一起连接在动力线用于驱动车轮、电机控制器、电机直流电流传感器、节气门、曲轴位置传感器，发动机飞轮和发电机转子通过机械装置刚性连接，发电机控制器中集成逆变功率元件，发电机通过发电机控制器连接到高压母线，通过DC/DC可以对动力电池充电，通过电机控制器给驱动电机供电，驱动电机直接通过机械变速箱与车轮连接，其中，发动机和发电机统称为增程器，增程器控制器与发动机控制器和发电机控制器进行通讯和发送控制指令，增程器控制器根据驾驶员需求和增程器系统的状态进行发电功率能量管理和辅助系统控制。
2.如权利要求I所述的一种增程式电动汽车控制系统，其特征在于该系统的动力电池可以通过车载充电机进行外部充电，增程器的工作状态受整车控制器控制，增程器为动力电池充电或者给驱动电机供电或者提供辅助系统的机械功率。
3.—种增程式电动汽车控制方法，其特征在于包括以下步骤整车控制器采集来自驾驶员钥匙位置，踏板位置，挡位，辅助系统需求按钮信号，电池当前电量SOC和电池允许的充放电电流信息，判断是否需要启动增程器以及增程器的工作模式 如果满足电池SOC < 30%或者空调请求为I或者暖风请求为I或者电池SOC < 90%并且加速踏板开度> 80%，满足条件后，增程器启动请求置I ;并且满足条件二 钥匙门位置位于On挡并且加速踏板位置> 2%，增程器关闭请求置0 ;满足以上两个条件，增程器进入启动模式； 进入启动模式50ms以后，判断发动机转速是否大于SOOrpm，满足条件后进入增程器工作模式； 如果满足30%< SOC <= 90%并且加速踏板开度> 80%进入增程器加速控制模式；如果满足30%< SOC <= 90%并且加速踏板开度< 50%退出增程器加速控制模式； 如果满足S0C <= 30%并且统计车速<标定车速I进入增程器第一发电工作点控制模式； 如果满足S0C <= 30%并且统计车速>标定车速2进入增程器第二发电工作点控制模式； 如果满足S0C > 45%并且空调请求为I，进入增程器怠速工作点二 ； 如果满足S0C > 45%并且暖风请求为I，进入增程器怠速工作点一； 如果满足S0C > 45%并且暖风请求为0并且空调请求为0并且加速踏板< 80%或者满足条件二 钥匙门位置位于Acc挡并且加速踏板位置< 2并且发电机转速< 1，增程器关闭请求置I，进入增程器停机模式； 如果满足检测发电机生命信号为0进入增程器关闭模式。
4.根据权利要求3所述的一种增程式电动汽车控制方法，其特征在于整车控制器首先对驾驶意图和增程器状态进行判断，根据驾驶员的档位信号和踏板信号判断出增程器应该工作的模式增程器关闭、增程器启动、增程器发电工作点一、增程器发电工作点二、增程器怠速工作点一、增程器怠速工作点二、增程器加速助力点、增程器停机；工况判断完成后，增程器控制器根据整车控制器的模式指令进行发动机和发电机的协调控制。
5.根据权利要求4所述的一种增程式电动汽车控制方法，其特征在于所述增程器启动控制模式为发电机工作在电动转速控制模式，以800rpm启动发动机，检测发电机转速大于750rpm,发送发动机点火开关信号,检测发动机转速大于850rpm且小于1450rpm,发电机进入随转控制模式。
6.如权利要求4所述的一种增程式电动汽车控制方法，其特征在于所述增程器的停机控制模式为发送发电机目标转速为O，检测发电机转速低于SOOrpm，关闭发动机点火开关信号，检测发电机转速低于5rpm,关闭发电机高压控制继电器,50ms后关闭发电机低压继电器。
7.如权利要求4所述的一种增程式电动汽车控制方法，其特征在于所述增程器恒功率发电控制模式为发动机工作在转矩闭环控制方式，发电机工作在转速控制方式。根据标定的发电机工作点，对应发电机的目标转速，发动机的目标工作转矩，达到功率平衡。增程器控制器根据标定好的开环节气门位置，采集发电机反馈的实际转矩作为闭环控制参考值与目标转矩做差，进行开环节气门位置修正，发电机始终工作在转速控制模式，增程器控制器根据目标转速以lOOOrpm/s的梯度发送目标转速给发电机控制器，其中增程器的加速控制模式也处于恒功率发电控制的一种，发电功率不同于恒功率工作点一和工作二，一旦增程器已经处于恒功率发电工作点一或者二，不会进行加速工作模式控制。
8.如权利要求4所述的一种增程式电动汽车控制方法，其特征在于所述增程器怠速工作模式满足驾驶员对乘员舱的制冷和加热需求，进行空调压缩机驱动和怠速暖机提供暖风，在这两工作点，发动机工作在转速控制方式，发电机处于随转状态，不为动力电池和驱动电机提供电功率。
全文摘要
本发明公开了一种增程式电动汽车增程器控制系统及整车控制系统，包括一台传统节气门控制的发动机、发动机曲轴一体连接的集驱动和发电功能一体的发电机、车载动力电池、整车控制器、增程器控制器、电池管理系统、电池直流电流传感器、发动机控制器、发电机控制器、发电机端直流电流传感器、永磁同步驱动电机与动力电池和发电机一起连接在动力线用于驱动车轮、电机控制器、电机直流电流传感器、节气门、曲轴位置传感器，增程器控制器与发动机控制器和发电机控制器进行通讯，发送控制指令，增程器控制器根据驾驶员需求和增程器系统的状态进行发电功率能量管理和辅助系统控制。本发明还公开了一种增程式电动汽车控制方法。可用于电动汽车。
文档编号B60L11/02GK102616148SQ20121011960
公开日2012年8月1日 申请日期2012年4月20日 优先权日2012年4月20日
发明者张青平, 曲婧瑶, 魏跃远 申请人:北京汽车新能源汽车有限公司