CN106553634A - 通过bsg电机启动发动机的控制方法、系统及车辆 - Google Patents

通过bsg电机启动发动机的控制方法、系统及车辆 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种通过BSG电机启动发动机的控制方法、系统及车辆，该方法包括：连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到BSG电机的输出轴的转速波形；从BSG电机的输出轴的转速波形中滤除基础波形对应的低频部分，以得到BSG电机的输出轴的转速震动波形，其中，基础波形为BSG电机的输出轴的正常转速波形；根据BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形；根据补偿波形得到补偿扭矩；以及根据补偿扭矩对BSG电机的输出扭矩进行补偿。本发明的方法可以实现发动机全转速段通过BSG电机系统启动，且安全性高。不需要在启动过程中进行电机系统控制模式切换，减少了启动时间。

Description

通过BSG电机启动发动机的控制方法、系统及车辆
技术领域
本发明涉及车辆技术领域，具体涉及通过BSG电机启动发动机的控制方法、系统及车辆。
背景技术
近些年，在全球变暖的大环境下，新能源车辆应运而生，混合动力车辆及纯电动车辆具有低污染、低排放等优点，近几年更是发展迅速。由于纯电动车辆具有充电不便捷的制约因素，目前混合动力车辆是各大车厂的研发主流。
BSG(皮带式启动/发电机，下同)轿车属于弱混合动力电动车辆，采用皮带驱动一体化起动/发电机技术，能够有效降低油耗和改善排放。此种车辆结构较传统车型改动小，控制简单、成本低，容易实现产业化。
当传统发动机由BSG电机系统启动的过程中，发现由于某一段转速区间的振动造成BSG电机及涨紧轮剧烈抖动的情况后，现有技术的解决方式是：电机系统会将此特殊的振动转速范围内电机系统控制策略由扭矩控制改为转速控制，旨在通过电机系统转速控制避开此共振区间。另一种解决方案是，在BSG电机系统扭矩控制启动发动机的过程中，进行开环控制，取消通过转速结果反馈进行转矩调整的闭环控制。但是此方案通过BSG电机转速控制进行功能实现，但是由于发动机启动过程中内部负载的变化，以及具有非刚性特质的皮带传动造成的振动，需要在转速控制过程中按照这些不同的负载和振动进行大量的标定工作，过程繁琐。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种通过BSG电机启动发动机的控制方法，实现发动机全转速段通过BSG电机系统启动，且安全性高。不需要在启动过程中进行电机系统控制模式切换，减少了启动时间。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种通过BSG电机启动发动机的控制方法，包括以下步骤：连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到所述BSG电机的输出轴的转速波形；从所述BSG电机的输出轴的转速波形中滤除基础波形对应的低频部分，以得到所述BSG电机的输出轴的转速震动波形，其中，所述基础波形为所述BSG电机的输出轴的正常转速波形；根据所述BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消所述BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形；根据所述补偿波形得到补偿扭矩；以及根据所述补偿扭矩对所述BSG电机的输出扭矩进行补偿。
进一步的，所述连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到所述BSG电机的输出轴的转速波形，进一步包括：通过旋转变压器连续采集所述BSG电机的输出轴的转速；根据连续采集所述BSG电机的输出轴的转速通过CANoe采集所述BSG电机控制器上报转速报文，进而得到所述BSG电机的输出轴的转速值及波形。
进一步的，所述根据所述BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消所述BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形，进一步包括：对所述BSG电机的输出轴的转速震动波形进行预定角度的相位变换，以得到所述补偿波形。
进一步的，所述预定角度为180°。
进一步的，所述根据所述补偿波形得到补偿扭矩，具体包括：通过实验得到所述BSG电机的输出轴的转速与所述BSG电机的输出扭矩之间的对应关系表；从所述对应关系表中查询与所述补偿波形对应的BSG电机的输出扭矩波形；根据所述BSG电机的输出扭矩波形得到所述补偿扭矩。
相对于现有技术，本发明所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法具有以下优势：
本发明所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法，采用转矩闭环控制，实现发动机全转速段通过BSG电机系统启动，且安全性高。不需要在启动过程中进行电机系统控制模式切换，减少了启动时间。
本发明的另一个目的在于提出一种通过BSG电机启动发动机的控制系统，该系统可以实现发动机全转速段通过BSG电机系统启动，且安全性高。不需要在启动过程中进行电机系统控制模式切换，减少了启动时间。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种通过BSG电机启动发动机的控制系统，包括：波形生成模块，用于连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到所述BSG电机的输出轴的转速波形；滤波模块，用于从所述BSG电机的输出轴的转速波形中滤除基础波形对应的低频部分，以得到所述BSG电机的输出轴的转速震动波形，其中，所述基础波形为所述BSG电机的输出轴的正常转速波形；控制模块，用于根据所述BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消所述BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形，并根据所述补偿波形得到补偿扭矩，以及根据所述补偿扭矩对所述BSG电机的输出扭矩进行补偿。
进一步的，所述波形生成模块用于：通过旋转变压器连续采集所述BSG电机的输出轴的转速；根据连续采集所述BSG电机的输出轴的转速通过CANoe软件采集所述BSG电机控制器上报转速报文，进而得到所述BSG电机的输出轴的转速值及波形。
进一步的，所述控制模块用于：对所述BSG电机的输出轴的转速震动波形进行预定角度的相位变换，以得到所述补偿波形。
进一步的，所述控制模块用于：通过实验得到所述BSG电机的输出轴的转速与所述BSG电机的输出扭矩之间的对应关系表；从所述对应关系表中查询与所述补偿波形对应的BSG电机的输出扭矩波形；根据所述BSG电机的输出扭矩波形得到所述补偿扭矩。
所述的通过BSG电机启动发动机的控制系统与上述的通过BSG电机启动发动机的控制方法相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
本发明的另一个目的在于提出一种车辆，该车辆可以实现发动机全转速段通过BSG电机系统启动，且安全性高。不需要在启动过程中进行电机系统控制模式切换，减少了启动时间。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种车辆，设置有如上述实施例所述的通过BSG电机启动发动机的控制系统。
所述的车辆与上述的发动机启动系统相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。
附图说明
构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，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。在附图中：
图1为本发明实施例所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法的流程图；
图2为本发明实施例所述的扭矩控制原理图；
图3为本发明实施例所述的主动减震原理图；
图4为本发明实施例所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法、系统未加入补偿扭矩时的BSG电机实际转速、实际扭矩和需求扭矩的波形示意图；
图5为本发明实施例所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法、系统加入补偿扭矩时后BSG电机实际转速、实际扭矩和需求扭矩的波形示意图；
图6为本发明实施例所述的通过BSG电机启动发动机的控制系统的结构框图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是根据本发明一个实施例的发动机启动方法的流程图，图2是本发明一个实施例的扭矩控制原理图，图3是本发明一个实施例的主动减震原理图。
如图1-3所示，根据本发明一个实施例的通过BSG电机启动发动机的控制方法，包括如下步骤：
S1：连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到BSG电机的输出轴的转速波形。
具体地，图2和图3所示，通过安装在BSG电机上的旋转变压器连续采集BSG电机输出轴的转速，并通过CANoe软件采集BSG电机控制器上报转速报文，进而得到BSG电机的输出轴的转速值及波形图，生成的波形图如图4所示。
S2：从BSG电机的输出轴的转速波形中滤除基础波形对应的低频部分，以得到BSG电机的输出轴的转速震动波形，其中，基础波形为BSG电机的输出轴的正常转速波形，正常转速波形既不发生震动时的转速波形。
具体地，请再次参考图2和图3，通过旋转变压器和CANoe软件采集BSG电机控制器上报转速报文，进而得到BSG电机的输出轴的转速值及波形。将实际转速波形与正常转速波形(不发生震动时产生的波形)进行比较，判断实际转速波形与正常转速波形的相似度是否小于阈值。当实际转速波形与标准转速波形的相似度低于阈值时，表明电机及涨紧轮剧烈抖动，因此需要消除此剧烈抖动的情况。
为了消除电机及涨紧轮之间的剧烈抖动，本发明的实施例采用了以下技术方案：从图4中获取实际转速波形的一个周期进行滤波，滤除基础波形对应的低频部分(即正常转速波形)，保留剩余部分波形(即转速震动波形)。
S3：根据BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形。
具体地，请再次参考图2和图3，对进行过滤波后的转速震动波形进行180°相位角变换，则可得到可以与转速震动波形互相抵消的额外增加的波形。
S4：根据补偿波形得到补偿扭矩。
理想状态下，扭矩与转速之间的关系如下式：T＝Px/n，其中，P为功率，T为转矩，n为转速，x为常数。在本发明的一个示例中，x取9550。有上述可知，在功率需求不变的情况下，转矩和转速成反比关系。但是，实际应用中要考虑电机本体电感随扭矩电流的变化以及电机系统的效率等，需要基于此公式进行扭矩和转速对应关系的建模得到BSG电机的输出轴的转速与BSG电机的输出扭矩之间的对应关系表。根据补偿波形和实际转速和BSG电机的输出轴的转速与BSG电机的输出扭矩之间的对应关系表，得到抵消波形的对应补偿扭矩。
S5：根据补偿扭矩对BSG电机的输出扭矩进行补偿。
通过补偿用于抵消震动波形的补偿扭矩，使发动机能够平缓启动。
图5为本发明一个实施例的通过BSG电机启动发动机的控制方法加入补偿扭矩时后BSG电机实际转速、实际扭矩和需求扭矩的波形示意图。
请参考图5，根据补偿扭矩对BSG电机的输出扭矩进行补偿从而消除了震动波形，补偿扭矩后的实际转速波形比较平滑。
本发明实施例通过BSG电机启动发动机的控制方法，对扭矩采用闭环控制。请再次参考图2，扭矩请求控制器对BSG电机发送请求扭矩信号，BSG电机根据请求扭矩信号运行。但是由于发动机启动过程中内部负载的变化，以及具有非刚性特质的皮带传动造成的振动，实际采集的BSG电机输出轴的转速，计算器平缓启动下的转速的差值，通过此差值利用反推算法得到对应的补偿扭矩，将此补充扭矩对BSG电机的输出扭矩进行补偿。
本发明实施例通过BSG电机启动发动机的控制方法，主动减震的具体过程如下如图3所示，连续采集经过过滤的速度信号生成速度波形，经过对进出波形进行滤波保留震动波形，对震动波形进行180度相位角变换得到此震动波形对应的抵消波形，将此抵消波形和速度扭矩对应算法得到补偿扭矩，将此补充扭矩对BSG电机的输出扭矩进行补偿。
图6是根据本发明一个实施例的通过BSG电机启动发动机的控制系统的控制原理图。如图6所示，根据本发明一个实施例的通过BSG电机启动发动机的控制系统200，包括：波形生成模块210、滤波模块220和控制模块230。
具体地，波形生成模块210用于连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到BSG电机的输出轴的转速波形。设置在BSG电机上的旋转变压器用于连续采集BSG电机的输出轴的转速，根据连续采集BSG电机的输出轴的转速通过CANoe软件采集BSG电机控制器上报转速报文，进而得到BSG电机的输出轴的转速值及波形。生成的BSG电机的输出轴的实际转速波形如图2所示。
滤波模块220用于获取实际转速波形的一个周期进行滤波，滤除基础波形对应的低频部分(即正常转速波形)，保留剩余部分波形(转速震动波形)。
控制模块230用于根据BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形，并根据补偿波形得到补偿扭矩，以及根据所述补偿扭矩对BSG电机的输出扭矩进行补偿。在本发明的一个实施例中，控制模块230控制对BSG电机的输出轴形成的转速震动波形进行180°的相位变换，以得到补偿波形。通过实验得到BSG电机的输出轴的转速与BSG电机的输出扭矩之间的对应关系表，从对应关系表中查询与补偿波形对应的BSG电机的输出扭矩波形，控制模块230根据BSG电机的输出扭矩波形得到所述补偿扭矩。
根据本发明实施例的通过BSG电机启动发动机的控制系统，采用转矩闭环控制，实现发动机全转速段通过BSG电机系统启动，且安全性高。不需要在启动过程中进行电机系统控制模式切换，减少了启动时间。
需要说明的是，本发明实施例的通过BSG电机启动发动机的控制系统的具体实现方式与本发明实施例的通过BSG电机启动发动机的控制方法的具体实现方式类似，具体请参见方法部分的描述，为了减少冗余，此处不做赘述。
进一步地，本发明的实施例公开了一种车辆，设置有如上述实施例所述的通过BSG电机启动发动机的控制系统。该车辆可以采用转矩闭环控制，实现发动机全转速段通过BSG电机系统启动，且安全性高。不需要在启动过程中进行电机系统控制模式切换，减少了启动时间。
另外，根据本发明实施例的车辆的其它构成以及作用对于本领域的普通技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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。

Claims (10)

1.一种通过BSG电机启动发动机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到所述BSG电机的输出轴的转速波形；
从所述BSG电机的输出轴的转速波形中滤除基础波形对应的低频部分，以得到所述BSG电机的输出轴的转速震动波形，其中，所述基础波形为所述BSG电机的输出轴的正常转速波形；
根据所述BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消所述BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形；
根据所述补偿波形得到补偿扭矩；以及
根据所述补偿扭矩对所述BSG电机的输出扭矩进行补偿。
2.根据权利要求1所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法，其特征在于，所述连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到所述BSG电机的输出轴的转速波形，进一步包括：
通过旋转变压器连续采集所述BSG电机的输出轴的转速；
根据连续采集所述BSG电机的输出轴的转速通过CANoe软件采集所述BSG电机控制器上报转速报文，进而得到所述BSG电机的输出轴的转速值及波形。
3.根据权利要求1所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法，其特征在于，所述根据所述BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消所述BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形，进一步包括：
对所述BSG电机的输出轴的转速震动波形进行预定角度的相位变换，以得到所述补偿波形。
4.根据权利要求3所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法，其特征在于，所述预定角度为180°。
5.根据权利要求1所述的通过BSG电机启动发动机的控制方法，其特征在于，所述根据所述补偿波形得到补偿扭矩，具体包括：
通过实验得到所述BSG电机的输出轴的转速与所述BSG电机的输出扭矩之间的对应关系表；
从所述对应关系表中查询与所述补偿波形对应的BSG电机的输出扭矩波形；
根据所述BSG电机的输出扭矩波形得到所述补偿扭矩。
6.一种通过BSG电机启动发动机的控制系统，其特征在于，包括：
波形生成模块，用于连续采集BSG电机的输出轴的转速以得到所述BSG电机的输出轴的转速波形；
滤波模块，用于从所述BSG电机的输出轴的转速波形中滤除基础波形对应的低频部分，以得到所述BSG电机的输出轴的转速震动波形，其中，所述基础波形为所述BSG电机的输出轴的正常转速波形；
控制模块，用于根据所述BSG电机的输出轴的转速震动波形得到用于抵消所述BSG电机的输出轴的转速震动波形的补偿波形，并根据所述补偿波形得到补偿扭矩，以及根据所述补偿扭矩对所述BSG电机的输出扭矩进行补偿。
7.根据权利要求6所述的通过BSG电机启动发动机的控制系统，其特征在于，所述波形生成模块用于：
通过旋转变压器连续采集所述BSG电机的输出轴的转速；
根据连续采集所述BSG电机的输出轴的转速通过CANoe软件采集所述BSG电机控制器上报转速报文，进而得到所述BSG电机的输出轴的转速值及波形。
8.根据权利要求6所述的通过BSG电机启动发动机的控制系统，其特征在于，所述控制模块用于：
对所述BSG电机的输出轴的转速震动波形进行预定角度的相位变换，以得到所述补偿波形。
9.根据权利要求6所述的通过BSG电机启动发动机的控制系统，其特征在于，所述控制模块用于：
通过实验得到所述BSG电机的输出轴的转速与所述BSG电机的输出扭矩之间的对应关系表；
从所述对应关系表中查询与所述补偿波形对应的BSG电机的输出扭矩波形；
根据所述BSG电机的输出扭矩波形得到所述补偿扭矩。
10.一种车辆，其特征在于，包括权利要求6-9任一所述的通过BSG电机启动发动机的控制系统。
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