CN101157341A - 一种用于串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统，包括发动机、发电机、整流器，发动机与发电机相联，并给整流器供电，在发动机和发电机旁接有的辅助动力单元控制系统，发动机和发电机由辅助动力单元控制系统所控制。所述的发动机为电喷柴油发动机；所述的发电机为三相同步交流发电机；所述的整流器为三相不可控整流桥；所述的辅助动力单元系统是辅助动力单元系统控制器。所述的辅助动力单元控制系统包括发动机油门控制部分和发电机励磁控制部分。

Description

一种用于串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统
技术领域
本发明涉及一种车辆的部件系统及其控制方法，特别涉及一种用于给混合动力电动车提供整车能量需求和电池能量补给的辅助动力单元系统及其控制方法。主要用于串联式混合动力电动车的电控发动机的动力单元系统，也可以用于其它车辆电控发动机的动力单元系统。
背景技术
在串联式混合动力客车由于电池技术和整车控制技术的不成熟，还存在着整车油耗偏高、尾气排放不理想、转速波动、噪声振动大等问题，这些问题制约着整车的推广运营。
出现上述原因，主要是串联式混合动力电动车中，由于采用的双动力系统，两套动力系统在协调控制方面存在一些问题，导致两套控制系统不协调，因此在串联式混合动力电动车的电控发动机的动力单元系统中很需要一种专用于整车能量需求和电池能量补给的辅助动力单元--APU系统作为补充。但目前国内串联式混合动力客车产业才刚刚起步，还没有形成完善的APU系统，尤其是目前串联式混合动力系统中没有专用的用于提供整车能量需求和电池能量补给的APU系统，因此有必要对现有APU系统的组成、控制和安装布置方法进行研究，以实现整车系统集成。
发明内容
本发明的目的在于针对现有串联式混合动力电动车的动力单元系统中的不足，提出一种专用于整车能量需求和电池能量补给的辅助动力单元系统，该系统能有效改善串联式混合动力电动车的动力单元系统的性能，达到降低油耗和整车排放、提高整车动态响应、减弱噪声振动等目的。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。一种串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统，包括发动机、发电机、整流器，发动机与发电机相联，并给整流器供电，其特点在于发动机和发电机旁接有的辅助动力单元控制系统，发动机和发电机由辅助动力单元控制系统所控制。其中，所述的发动机为电喷柴油发动机；所述的发电机为三相同步交流发电机；所述的整流器为三相不可控整流桥；所述的辅助动力单元系统是辅助动力单元系统控制器。
所述的辅助动力单元控制系统包括发动机油门控制部分和发电机励磁控制部分，其中，发动机油门控制是通过由整车控制单元发出的发动机目标功率，通过计算该功率下的最佳经济转速获取信号，该信号最后由油门调节器发出，并可以初步调节柴油发动机输出功率以及转速，油门调节同时也通过发动机转速、功率PI调节通过信号处理后加入油门前馈，从而获得精确的油门控制信号，该信号采取双路油门电压信号控制方式；发电机励磁控制即是对发电机励磁PWM占空比进行控制，与发动机油门控制类似，通过电压参考值对PWM占空比进行初步调节，同时信号处理单元根据电压参考、电流参考值进行PI调节加入励磁控制前馈信号，在功率调节输出端得出初步的励磁控制电流，然后在信号处理单元中根据转速参考、电压参考值通过功率限制曲线查表得出更进一步的励磁控制电流。在所述的辅助动力单元系统控制器内有信号处理芯片，信号处理芯片为Motorola公司的PowerPC561主控制芯片，且系统控制器的上层算法是以MATLAB/simulink系统为基础的。通过对发动机油门控制和发电机励磁控制可以最终精确的控制APU输出功率和转速，简单来说，在功率变化时，随着功率的突然变化转速也会随之波动，而在此时通过PI调节以及前馈控制而及时调节发动机油门则可以将转速波动消除同时也提升了整车的动态相应过程，从而在功率和转速上都达到良好的控制效果。
本发明的优点在于通过对辅助动力单元系统的控制方式和安装布置的优化研究，可以得到以下优点：提高燃油经济性、降低排放，减少噪声减弱振动，提高系统稳定性。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明的辅助动力单元控制原理图；
图3为本发明的辅助动力单元纵向布置示意图；
图4为本发明的辅助动力单元横向布置示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例进一步对本发明作进一步的描述。
附图1给出了本发明的一个系统框图，从附图中可以看出，本发明为一种串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统，包括发动机1、发电机2、整流器3，发动机1与发电机2相联，并给整流器3供电，其特点在于发动机和发电机旁接有的辅助动力单元系统4，发动机1和发电机2由辅助动力单元系统4所控制。其中，所述的发动机1为电喷柴油发动机；所述的发电机2为三相同步交流发电机；所述的整流器3为三相不可控整流桥；所述的辅助动力单元系统4包括辅助动力单元系统控制器。
图2为辅助动力单元控制原理图，通过图2可以看出，辅助动力单元系统包括发动机油门控制部分5和发电机励磁控制部分6，其中发动机油门控制部分5主要负责调节发动机转速，发电机励磁控制部分6负责调节整个系统的输出功率。在辅助动力单元系统控制器内有信号处理芯片7，信号处理芯片7为Motorola公司的PowerPC561主控制芯片，且系统控制器的上层算法是以MATLAB/simulink系统为基础的。控制系统接受整车功率需求指令，根据发动机经济、排放最佳曲线调节发动机转速并对应输出相应的功率。其中，发动机油门控制是通过由整车控制单元发出的发动机目标功率，通过计算该功率下的最佳经济转速获取信号，该信号最后由油门调节器8发出，并可以初步调节柴油发动机输出功率以及转速，油门调节同时也通过发动机转速、功率PI调节通过信号处理后加入油门前馈9，从而获得精确的油门控制信号，该信号采取双路油门电压信号控制方式；发电机励磁控制即是对发电机励磁PWM占空比进行控制，与发动机油门控制类似，通过电压参考值对PWM占空比进行初步调节，同时信号处理单元根据电压参考、电流参考值进行PI调节加入励磁控制前馈信号，在功率调节器10的输出端得出初步的励磁控制电流，然后在信号处理单元中根据转速参考、电压参考值通过功率限制曲线查表得出更进一步的励磁控制电流。通过对发动机油门控制和发电机励磁控制可以最终精确的控制APU输出功率和转速，简单来说，在功率变化时，随着功率的突然变化转速也会随之波动，而在此时通过PI调节以及前馈控制而及时调节发动机油门则可以将转速波动消除同时也提升了整车的动态相应过程，从而在功率和转速上都达到良好的控制效果。
整个系统的布置方式有两种，一种是APU纵向布置，一种是APU横向布置。如附图3所示为APU纵向布置示意图，该布置方法与传统车布置方式类似，驱动电机、齿轮箱、电池等大多设备都摆放于整车中、前部位，发动机1与发电机2位于整车的后部，且发动机1与发电机2相对于整车为纵向布置。
相比之下，如附图4所示为APU横向布置示意图。横向布置相对的纵向布置具有更多的优点。首先，在很大程度上节约整车纵向空间，可以为满足舒适性要求而实现超低地板布局；其次，在噪声处理方面，横向布置可以更有效的、更有针对性的对于发动机摆放空间进行隔音，隔音处理复杂程度也大大降低；根据整车布局，驱动电机、齿轮箱、电池等大多设备都摆放于整车中、前部位，发动机1与发电机2位于整车的后部，且发动机1与发电机2相对于整车为横向布置。于是APU横向布置于车尾将给车带来更理想的重量配比，这样做的好处是：整车噪声、振动进一步降低，车辆运行更加平稳；也可以在一定程度上提高燃油经济性、降低排放；同时，因为可以让电气部件更好的远离发动机1、发电机2强干扰源，整车电气系统的稳定性也大幅度提高，等等。

Claims (5)

1.一种串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统，包括发动机、发电机、整流器，发动机与发电机相联，并给整流器供电，其特征在于：发动机和发电机旁接有的辅助动力单元系统，发动机和发电机由辅助动力单元系统所控制。
2.如权利要求1所述的串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统，其特征在于：所述的发动机为电喷柴油发动机；所述的发电机为三相同步交流发电机；所述的整流器为三相不可控整流桥；所述的辅助动力单元系统包括辅助动力单元系统控制器。
3.如权利要求1或2所述的串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统，其特征在于：所述的辅助动力单元器的系统控制包括发动机油门控制部分和发电机励磁控制部分，其中油门控制主要负责调节发动机转速，发电机励磁控制负责调节整个系统的输出功率。
4.如权利要求3所述的串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统，其特征在于：所述的辅助动力单元器的系统控制通过对发动机油门控制和发电机励磁控制控制APU输出功率和转速。
5.如权利要求3或4所述的串联式混合动力电动车的辅助动力单元系统，其特征在于：所述的辅助动力单元系统内有信号处理芯片，信号处理芯片为Motorola公司的PowerPC561主控制芯片，且系统控制器的上层算法是以MATLAB/simulink系统为基础的。
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