CN102555760B - 串联式柴油机-电机汽车驱动装置及其使用方法 - Google Patents

串联式柴油机-电机汽车驱动装置及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及两个以上不同的原动机的联合控制装置领域，具体为一种串联式柴油机-电机汽车驱动装置。一种串联式柴油机-电机汽车驱动装置，包括牵引电机(7)、减速器(8)和车轮(9)，其特征是：还包括整车控制器(1)、发动机电控单元(2)、发动机(3)、起动发电一体机电机(4)、电池(5)和电机驱动器(6)，整车控制器(1)通过通信线分别连接发动机电控单元(2)和电机驱动器(6)，发动机电控单元(2)通过通信线和发动机(3)连接。串联式柴油机-电机汽车驱动装置的使用方法，其特征是：按五个步骤依次进行。本发明结构简单，控制精确，提高发动机节油率，减少废气排放。

Description

串联式柴油机-电机汽车驱动装置及其使用方法
技术领域
本发明涉及两个以上不同的原动机的联合控制装置领域，具体为一种串联式柴油机-电机汽车驱动装置及其使用方法。
背景技术
随着对环保要求的提升及其对节能理念的逐步深入，新型混合动力汽车不断涌现，所谓混合动力，是将内燃机和电机组成串联的混合动力系统，通过发电机将内燃机的能量转换成电能用以驱动电动机，使内燃机始终工作在一个高效的工作区内。根据内燃机的种类，混合动力有汽油机-电机、柴油机-电机、增压柴油机-电机等，对于汽油机-电机混合动力系统，由于可以频繁起停，因此可以通过熄灭发动机来进行节油。然而对于增压柴油机-电机而言，由于增压柴油机无法频繁起停，而必须保持怠速运转，这样也将消耗一定的能量，而在持续工作的情况下的怠速运转的能量消耗将不能忽视。
发明内容
为了克服现有技术的缺陷，提供一种的结构简单、操作方便、控制精确、节省燃油的汽车驱动装置，本发明公开了一种串联式柴油机-电机汽车驱动装置及其使用方法。
本发明通过如下技术方案达到发明目的：
一种串联式柴油机-电机汽车驱动装置，包括牵引电机、减速器和车轮，牵引电机的输出轴和减速器连接，减速器的输出轴和车轮连接，其特征是：还包括整车控制器、发动机电控单元、发动机、起动发电一体机电机、电池和电机驱动器，整车控制器通过通信线分别连接发动机电控单元和电机驱动器，发动机电控单元通过通信线和发动机连接，电机驱动器通过导线分别连接电池、起动发电一体机电机和牵引电机，发动机的输出轴和起动发电一体机电机的输出轴连接，牵引电机的输出轴和减速器连接，减速器的输出轴和车轮连接。
所述的串联式柴油机-电机汽车驱动装置，其特征是，发动机采用增压柴油机，牵引电机采用永磁磁阻电机。
所述的串联式柴油机-电机汽车驱动装置的使用方法，其特征是：按如下五个步骤依次进行：
步骤一，整车控制器通过电机驱动器控制牵引电机启动发动机，使发动机进入正常怠速状态；
步骤二，整车控制器检测电池当前容量，当电池容量的充电状态大于45%时，停止对电池进行充电；
步骤三，发动机怠速稳定后，整车控制器发出怠速新转速指令，发动机维持较低的怠速转速；
步骤四，整车控制器通过电机驱动器控制起动发电一体机电机输出力矩T，T=(n'-n)×D(s)×P(s)，式中，n'为给定的参考转速，n为实测转速，D(s)是整车控制器模型，P(s)为起动发电一体机电机模型。此时，起动发电一体机电机维持转速闭环控制状态，输出力矩T能够平抑由发动机带来的周期性力矩脉动引起的转速不稳定，保持发动机与牵引电机输出转速的平稳，从而保持系统的转速稳定。
步骤五，整车控制器检测电池当前容量，当电池容量的充电状态小于45%时，整车控制器通过发动机电控单元调试发动机至较高转速，牵引起动发电一体机电机通过电机驱动器对电池实施充电。
本发明使用时，发动机和起动发电一体机电机在电机驱动器的控制下一起给电池充电，电机驱动器同时控制牵引电机并经过减速器驱动车轮。电机驱动器驱动起动发电一体机电机和牵引电机，发动机电控单元控制发动机。整车控制器为系统控制器，向发动机电控单元和电机驱动器发送指令。为了降低发动机的怠速转速，整车控制器将需要发出的降低后的怠速转速命令，发动机电控单元接收到命令后就会控制发动机的执行机构，将发动机的转速控制到低的怠速转速。
此方案实施过程中会造成发动机振动变大。针对方案所产生的振动问题，通过起动发电一体机电机进行主动阻尼控制的方法来消除发动机的振动。控制方法是：在一个工作周期内，当发动机的输出转矩为正时，起动发电一体机电机输出等值的负力矩，当发动机的输出力矩为负时，起动发电一体机电机输出等值的正力矩。这样，在整个控制过程中，起动发电一体机电机与发动机的合力矩很小，减小了系统的脉动输出力矩，振动也就相应的减小。
本发明充分利用的电机的快速响应的特性，通过抵消发动机在低转速下的力矩脉动，从而使低怠速转速成为一种可能。本发明的有益效果是：结构简单，控制精确，在提高了发动机节油率的同时减少了废气的排放，对保护环境和节省能源都有十分重要的意义。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明使用时主动阻尼控制的流程图。
具体实施方式
以下通过具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
一种串联式柴油机-电机汽车驱动装置，包括整车控制器1、发动机电控单元2、发动机3、起动发电一体机电机4、电池5、电机驱动器6、牵引电机7、减速器8和车轮9，如图1所示，具体结构是：牵引电机7的输出轴和减速器8连接，减速器8的输出轴和车轮9连接，整车控制器1通过通信线分别连接发动机电控单元2和电机驱动器6，发动机电控单元2通过通信线和发动机3连接，电机驱动器6通过导线分别连接电池5、起动发电一体机电机4和牵引电机7，发动机3的输出轴和起动发电一体机电机4的输出轴连接，牵引电机7的输出轴和减速器8连接，减速器8的输出轴和车轮连接。
本实施例中，发动机3采用增压柴油机，牵引电机7采用永磁磁阻电机。
本实施例使用时，发动机3和起动发电一体机电机4在电机驱动器6的控制下一起给电池5充电，电机驱动器6同时控制牵引电机7并经过减速器8驱动车轮9。具体按如下五个步骤依次进行：
步骤一，整车控制器1通过电机驱动器6控制牵引电机7启动发动机3，使发动机3进入正常怠速状态；
步骤二，整车控制器1检测电池5当前容量，当电池5容量的充电状态大于45%时，停止对电池5进行充电；
步骤三，发动机3怠速稳定后，整车控制器1发出怠速新转速指令，发动机1维持较低的怠速转速；
步骤四，整车控制器1通过电机驱动器6控制起动发电一体机电机4输出力矩T，T=(n'-n)×D(s)×P(s)，式中，n'为给定的参考转速，n为实测转速，D(s)是整车控制器1模型，P(s)为起动发电一体机电机4模型。此时，起动发电一体机电机4维持转速闭环控制状态，输出力矩T能够平抑由发动机3带来的周期性力矩脉动引起的转速不稳定，保持发动机3与牵引电机7输出转速的平稳，从而保持系统的转速稳定。
步骤五，整车控制器1检测电池5当前容量，当电池5容量的充电状态小于45%时，整车控制器1通过发动机电控单元2调试发动机3至较高转速，牵引起动发电一体机电机4通过电机驱动器6对电池5实施充电。
此方案实施过程中会造成发动机振动变大。针对方案所产生的振动问题，通过起动发电一体机电机4进行主动阻尼控制的方法来消除发动机的振动，控制方法是：在一个工作周期内，当发动机3的输出转矩为正时，起动发电一体机电机4输出等值的负力矩，当发动机3的输出力矩为负时，起动发电一体机电机4输出等值的正力矩。这样，在整个控制过程中，起动发电一体机电机4与发动机3的合力矩很小，减小了系统的脉动输出力矩，振动也就相应的减小。
具体控制过程如图2所示：
图2中，P(s)为起动发电一体机电机模型，D(s)是控制器，G(s)代表传动部分的动力学模型，R(s)为发动机模型，n*为给定的参考转速。发动机经过R(s)后会发出Te力矩，命令转速n*与电机的反馈转速n的转速误差经过D(s)*P(s)电机控制模型后，变成与Te方向相反的力矩，从而减少了系统的力矩脉动。
本系统采用永磁磁阻电机，电机的响应速度快，能够快速的进行电动与发电的切换，从而能够抵消发动机的转矩脉动，实现对发动机的主动阻尼控制。

Claims (1)

1.一种串联式柴油机-电机汽车驱动装置的使用方法，串联式柴油机-电机汽车驱动装置包括整车控制器(1)、发动机电控单元(2)、发动机(3)、起动发电一体机电机(4)、电池(5)、电机驱动器(6)、牵引电机(7)、减速器(8)和车轮(9)，牵引电机(7)的输出轴和减速器(8)连接，减速器(8)的输出轴和车轮(9)连接，整车控制器(1)通过通信线分别连接发动机电控单元(2)和电机驱动器(6)，发动机电控单元(2)通过通信线和发动机(3)连接，电机驱动器(6)通过导线分别连接电池(5)、起动发电一体机电机(4)和牵引电机(7)，发动机(3)的输出轴和起动发电一体机电机(4)的输出轴连接，牵引电机(7)的输出轴和减速器(8)连接，减速器(8)的输出轴和车轮连接；
其特征是：按如下五个步骤依次进行：
步骤一，整车控制器(1)通过电机驱动器(6)控制牵引电机(7)启动发动机(3)，使发动机(3)进入正常怠速状态；
步骤二，整车控制器(1)检测电池(5)当前容量，当电池(5)容量的充电状态大于45%时，停止对电池(5)进行充电；
步骤三，发动机(3)怠速稳定后，整车控制器(1)发出怠速新转速指令，发动机(1)维持较低的怠速转速；
步骤四，整车控制器(1)通过电机驱动器(6)控制起动发电一体机电机(4)输出力矩T，T=(n'-n)×D(s)×P(s)，式中，n'为给定的参考转速，n为实测转速，D(s)是整车控制器(1)模型，P(s)为起动发电一体机电机(4)模型；
步骤五，整车控制器(1)检测电池(5)当前容量，当电池(5)容量的充电状态小于45%时，整车控制器(1)通过发动机电控单元(2)调试发动机(3)至较高转速，牵引起动发电一体机电机(4)通过电机驱动器(6)对电池(5)实施充电。
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