CN108162954B - 混合动力汽车起动方法、气体发动机起动方法及动力系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及混合动力汽车起动方法、气体发动机起动方法及动力系统，首先由主电机单独驱动汽车，当汽车的速度大于一设定值时，控制气体发动机起动，ISG电机为转矩控制模式，以拖动气体发动机，当气体发动机的转速到达一设定转速值时，为气体发动机供气并点火，然后ISG电机转换为转速控制模式，继续拖动气体发动机转动，当气体发动机的转速与主电机的转速之差小于一设定差值时，控制离合器结合，完成汽车的起动。该控制方式提高了车辆的起停性能，使气体发动机不但起动平顺，而且在发动机起动成功后使发动机和电机的扭矩切换平顺，保证发动机的起动可靠性。

Description

混合动力汽车起动方法、气体发动机起动方法及动力系统
技术领域
本发明属于涉及混合动力系统中的气体发动机转速调节控制技术领域，具体提供混合动力汽车起动方法、气体发动机起动方法及动力系统。
背景技术
气体发动机受气体燃烧值低、燃烧速度慢、火焰传播速度慢、速燃期长的影响，气体发动机的转速调节稳态响应时间较长，瞬态响应速度偏差较大，气体发动机的这种特性在实际车辆应用中影响了车辆的平顺性，增加了车辆的纵向振动。
现有技术中给出了常规的供油发动机的起动控制方式，相关技术中，发动机的起停控制方式较简单，例如整车控制器发送发动机起动标志位，从而让发动机开始供油，同时让电机进入转速控制模式，以及整车控制器同时直接给电机发送一个固定转速值，以使电机利用PID(Proportion Integration Differentiation，比例积分微分)控制电机拖动扭矩拖动发动机起动。
然而，首先，相关技术中发动机的起停控制方式的缺点有：1)、一旦电机拖动扭矩过大，则容易产生母线过压，同时容易造成发动机超调，导致增加系统的能量消耗，浪费能源；2)、一旦发动机喷油的时刻太早，易导致发动机燃烧不稳定，从而降低车辆的起停性能，同时不利于控制发动机的油耗，无法很好地保证发动机起动的可靠性；而且，由于气体发动机与常规供油发动机有一定的区别，所以，现有相关技术中的常规发动机的起动控制方式，比如：中国专利申请公布号：CN 102180167 A公布的一种混合动力汽车启动时发动机转速的控制方法，提出了对发动机启动初始阶段的转速控制方法，以及启动阶段ISG的工作模式变化，并不适用于气体发动机的相关控制。
发明内容
本发明的目的是提供一种混合动力汽车起动方法，能够有效进行基于气体发动机的混合动力汽车的起动控制。本发明同时提供一种混合动力汽车气体发动机起动方法和一种混合动力汽车动力系统。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种混合动力汽车动力系统，包括气体发动机、ISG电机、主电机、离合器、动力电池、控制单元、气体发动机转速检测模块和主电机转速检测模块，气体发动机与ISG电机机械传动连接，ISG电机通过所述离合器与主电机机械传动连接，主电机用于驱动车辆，所述动力电池分别与ISG电机和主电机通过电能传输线路连接，所述控制单元采样连接所述气体发动机转速检测模块和主电机转速检测模块，控制连接气体发动机和ISG电机。
所述动力系统还包括双电机控制器，所述动力电池通过所述双电机控制器分别与ISG电机和主电机通过电能传输线路连接，所述控制单元连接所述双电机控制器。
一种专用于上述混合动力汽车动力系统的混合动力汽车起动方法，首先由主电机单独驱动汽车，当汽车的速度大于一设定值时，控制气体发动机起动并使转速逐渐增大，当气体发动机的转速与主电机的转速之差小于一设定差值时，控制离合器结合，完成汽车的起动；
实现所述控制气体发动机起动并使转速逐渐增大的过程为：首先ISG电机为转矩控制模式，以拖动气体发动机转动，当气体发动机的转速上升到一设定转速值时，控制为气体发动机供气并点火，然后ISG电机转换为转速控制模式，继续拖动气体发动机；
所述转矩控制模式为以下两种控制方式中的其中一种：第一种，ISG电机以一设定的转矩值定转矩控制；第二种，ISG电机在刚开始拖动气体发动机的时候，ISG电机的转矩为一设定的启动转矩值，随着气体发动机转速的上升，ISG电机的转矩逐渐降低。
转速控制模式中设定的目标转速为在ISG电机改变控制模式时主电机的转速。
双电机控制器中的PID计算模块根据所述转速控制模式对应的目标转速和气体发动机的实际转速来相应控制ISG电机的输出扭矩。
一种专用于上述混合动力汽车动力系统的混合动力汽车气体发动机起动方法，首先，ISG电机为转矩控制模式，以拖动气体发动机转动，当气体发动机的转速上升到一设定转速值时，控制为气体发动机供气并点火，然后ISG电机转换为转速控制模式，继续拖动气体发动机转动；当转速达到一设定的起动转速阈值时，气体发动机起动完成；
所述转矩控制模式为以下两种控制方式中的其中一种：第一种，ISG电机以一设定的转矩值定转矩控制；第二种，ISG电机在刚开始拖动气体发动机的时候，ISG电机的转矩为一设定的启动转矩值，随着气体发动机转速的上升，ISG电机的转矩逐渐降低。
转速控制模式中设定的目标转速为在ISG电机改变控制模式时主电机的转速。
双电机控制器中的PID计算模块根据所述转速控制模式对应的目标转速和气体发动机的实际转速来相应控制ISG电机的输出扭矩。
控制汽车起动时，首先由主电机单独驱动汽车，当汽车的速度大于一设定值时，控制气体发动机起动，由于气体发动机的转速变化较快，当车速达到一定值时才控制气体发动机起动能够降低拖动气体发动机消耗的能量；当气体发动机起动时，ISG电机为转矩控制模式，并以一设定的转矩拖动气体发动机，当气体发动机的转速到达一设定转速值时，为气体发动机供气并点火，然后ISG电机转换为转速控制模式，继续拖动气体发动机转动，当气体发动机的转速与主电机的转速之差小于一设定差值时，控制离合器结合，由气体发动机和主电机共同驱动车辆，完成汽车的起动。该控制方式专用于气体发动机，针对气体发动机的独特性能进行控制，实现气体发动机的起动，提高了车辆的起停性能，使气体发动机不但起动平顺，而且在气体发动机起动成功后使气体发动机和电机的扭矩切换平顺，保证气体发动机的起动可靠性，节约能源，提高用户的使用体验。
并且，由于ISG电机的瞬态响应和稳态响应较好，采用ISG电机控制气体发动机的转速的方式具有调节时间短、动态响应好的特点，并能有效降低离合器结合时的冲击载荷，能显著提升车辆的平顺性；同时能降低离合器的磨损，增加动力系统的可靠性，延长车辆的使用寿命。
附图说明
图1是混合动力汽车动力系统的结构示意图；
图2是混合动力汽车气体发动机控制方法流程示意图；
图1中，10为气体发动机，20为ISG电机，30为离合器，40为主电机，50为主减速器，60为差速器，70为车轮，80为动力电池，100为控制单元，200为双电机控制器。
具体实施方式
混合动力汽车动力系统实施例
如图1所示，为本发明提供的混合动力汽车动力系统，该动力系统为混合动力汽车的动力核心部分，用于汽车的动力驱动。该动力系统包括气体发动机10、ISG电机20、离合器30、主电机40、驱动行驶部分、动力电池80、控制单元100和双电机控制器200，其中，气体发动机属于现有设备，所以，关于气体发动机的具体结构和工作原理这里不再详细说明；驱动行驶部分也为现有常规技术，在本实施例中，包括主减速器50、差速器60和车轮70。
气体发动机10与ISG电机20机械传动连接，ISG电机20通过离合器30与主电机40机械传动连接，主电机40通过主减速器50与差速器60机械传动连接，进而驱动车轮70行驶；动力电池80通过双电机控制器200分别与ISG电机20和主电机40通过电能传输线路连接，实现电能的传输，控制单元100与双电机控制器200和气体发动机10通过信号连接线路进行连接，实现信号的传输。这里，控制单元100可以是整车控制器，还可以是专门设置的控制器。
而且，为了实施本发明提供的一种混合动力汽车起动方法和一种混合动力汽车气体发动机控制方法，该动力系统包括用于检测汽车速度的车速检测模块，用于检测气体发动机转速的气体发动机转速检测模块和用于检测主电机转速的主电机转速检测模块(图中未画出)，控制单元100采样连接这三个检测模块，由于这三个检测模块属于现有器件，这里不再具体说明。作为其他的实施例，由于主电机转速检测模块检测的主电机的转速与车速之间存在着一定的关系，所以，在不设置专门的车速检测模块的情况下，利用主电机转速检测模块也可以得到车速信息。
另外，本实施例中，动力系统使用双电机控制器200同时对ISG电机20和主电机40进行控制，作为其他的实施例，还可以使用单独的电机控制器进行控制，这时，就需要两个电机控制器，一个与ISG电机相连，用于对ISG电机进行控制；另一个与主电机相连，用于对主电机进行控制，动力电池分别与这两个电机控制器进行电力连接，控制单元也分别与这两个电机控制器信号连接。
基于上述动力系统，以下分别对本发明提供的混合动力汽车起动方法和混合动力汽车气体发动机起动方法进行说明。
混合动力汽车起动方法实施例
该起动方法以软件程序的方式加载在控制单元100内，控制单元100执行该软件程序来实现对混合动力汽车的起动控制。
车辆刚起动时，此时为纯电动驱动模式，由主电机40单独驱动车辆，车辆的速度逐渐上升，由于主电机40的转速与车速相对应，当车速大于某一设定速度值(该设定速度根据实际控制要求而定，本实施例中给出一个数值范围：20km/h～30km/h)时，即当主电机40的转速到达对应的数值时，控制气体发动机10起动，然后气体发动机10的转速逐渐上升。由于气体发动机10的转速增长较快，所以，即使主电机40先转动并且转速逐渐增加，气体发动机10的转速也会慢慢追上主电机40的转速，当气体发动机10的转速增加到和主电机40的转速之差小于某一设定的转速差值时(本实施例以5转为例，当然，转速差值是可以根据具体情况进行具体设置的，另外，该转速差值还可以设置为0)，控制单元100发出离合器结合指令，离合器30结合，此时由气体发动机10和主电机40共同驱动车辆，或者由气体发动机10独自驱动车辆，自此完成汽车的起步(也称为起动)。
实现上述当车速大于某一设定速度值时，控制气体发动机10起动，然后气体发动机10的转速逐渐上升的具体过程即为本发明同时提供的一种混合动力汽车气体发动机起动方法的具体步骤，以下对该气体发动机起动方法的具体过程进行说明：
如图2所示，当车速大于设定速度值时，控制单元100发出气体发动机起动指令，由于该控制方法的最终目的是使气体发动机10的转速与主电机40的转速相同或者相近，以便于离合器结合，所以，该气体发动机起动指令可以理解为控制气体发动机10转速跟随主电机40转速的指令。当控制单元100发出气体发动机起动指令时，首先控制ISG电机20为转矩控制模式，转矩控制模式分为以下两种情况，根据实际需要来选择哪一种控制方式：第一种为定转矩控制，即ISG电机20在拖动气体发动机10启动的过程中，ISG电机20以某一设定的转矩值(本实施例中，该定转矩值的范围为200Nm～300Nm)定转矩运行；第二种为变转矩控制，即ISG电机20在刚开始拖动气体发动机10转动的时候，即气体发动机10的转速为0时，ISG电机20的转矩为一设定的启动转矩值(本实施例中，该启动转矩值的范围为200Nm～300Nm)，气体发动机10转速逐渐上升，ISG电机20的转矩随着气体发动机10转速的上升而逐渐降低，也就是说，ISG电机20的转矩与气体发动机10的转速呈反比，进一步地，当气体发动机10的转速到达设定转速阈值时(该实施例以700转为例，但是根据具体情况来进行具体阈值的设定)，ISG电机20的转矩降为0，另外，ISG电机20的转矩还可以随着气体发动机10的转速的上升而线性降低。
不管转矩控制模式为上述哪一种(本实施例以定转矩控制方式为例)，ISG电机20均是拖动气体发动机10转动，气体发动机10的转速逐渐上升，当把气体发动机10的转速拖到上述设定转速阈值时，此时开始为气体发动机10供气并点火，然后控制改变ISG电机20的控制模式，由转矩控制模式改为转速控制模式，ISG电机20继续拖动气体发动机10转动。
转速控制模式为以设定的目标转速作为目标来拖动气体发动机10转动，该设定的目标转速可以为主电机40在ISG电机20控制模式改变时的转速。由于主电机40拖动整个车辆行驶，负载较大，因此主电机40的转速上升较慢，而ISG电机20只拖动气体发动机10转动，是轻载转动，而且，气体发动机10也因点火而有一定的功率输出，所以，ISG电机20的转速上升很快。ISG电机20的转速上升到一定转速时消耗的时间要远小于主电机40的转速上升到相同的转速所消耗的时间。因此，转速控制模式中的设定目标转速可以设定为主电机40在ISG电机20控制模式改变时的转速。假设ISG电机20控制模式改变的时刻为t1，ISG电机20的转速上升到目标设定转速的时刻设定为t2，即ISG电机20的转速控制模式中的设定目标转速为t1时刻的主电机40的转速，当ISG电机20的转速上升到目标设定转速时，主电机40的转速为t2时刻的转速。那么，虽然ISG电机20从控制模式改变时的转速上升到目标设定转速需要花费一定的时间，花费的时间为t2-t1，该时间较短，主电机40在该时间之后转速虽然会发生一定的变化，但是由于主电机40的转速变化较慢，t2时刻的主电机的转速相对于t1时刻的主电机的转速，变化并不大。所以，当ISG电机20的转速达到设定目标转速时，与主电机40在t2时刻的转速之间的差值并不大，该差值是小于上述设定的转速差值的，因此控制单元100可以发出离合器结合指令，离合器30可以结合。
另外，为了对ISG电机20进行有效控制，在本实施例中，双电机控制器200中的PID计算模块根据上述目标转速和气体发动机10实际的转速通过PID控制来实时调节ISG电机20的输出扭矩。当上述目标转速和气体发动机10实际的转速相差较大时，此时控制ISG电机20的输出扭矩为一个较大值，用于拖动气体发动机10转动，使气体发动机10转速快速提高；当气体发动机10的转速越来越大时，即目标转速和气体发动机10实际的转速相差也来越小时，为了精准控制气体发动机10的转速，就不能快速提升气体发动机10的转速，即ISG电机20就无需较大的输出扭矩，那么逐渐降低ISG电机20的输出扭矩。所以，ISG电机20的输出扭矩与目标转速和气体发动机10实际的转速之差是呈正比关系的，在目标转速和气体发动机10实际的转速的差值越来越小的过程中，ISG电机20的输出扭矩越来越小。由于ISG电机20具有动态响应快的特点，所以能够达到快速、准确调节气体发动机跟随转速的目的。
当气体发动机10的转速与主电机40的转速相差小于设定的转速差值时，离合器30结合，气体发动机10与主电机40同时驱动车辆或者气体发动机10单独驱动车辆，此时气体发动机10主动驱动车辆行驶，那么，ISG电机20就无需继续拖动气体发动机10转动，那就控制ISG电机20不再拖动气体发动机10。
由于ISG电机的瞬态响应和稳态响应较好，采用ISG电机调节气体发动机转速的方法具有调节时间短、动态响应好的特点，并能有效降低离合器结合时的冲击载荷，能显著提升车辆的平顺性；同时能降低离合器的磨损，增加动力系统的可靠性，延长车辆的使用寿命。
混合动力汽车气体发动机起动方法实施例
本实施例中，气体发动机控制方法为独立的控制方法，并不局限于应用在上述实施例中的汽车起动方法中。该起动方法为：首先，ISG电机为转矩控制模式，并以一设定的转矩拖动气体发动机转动，当气体发动机的转速上升到一设定转速值时，控制为气体发动机供气并点火，然后ISG电机转换为转速控制模式，继续拖动气体发动机转动，当转速达到一设定的起动转速阈值(该阈值根据实际情况进行设定，比如能够正常运行的最小转速)时，气体发动机起动完成。
本实施例中，在控制气体发动机起动时，当ISG电机拖动气体发动机的转速上升到该设定的起动转速阈值时，气体发动机转速较高，表明气体发动机起动完成。而对于该起动方法中的其他部分在上述汽车起动方法实施例中已进行了详细描述，这里不再具体说明。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种混合动力汽车动力系统，其特征在于，包括气体发动机、ISG电机、主电机、离合器、动力电池、控制单元、气体发动机转速检测模块和主电机转速检测模块，气体发动机与ISG电机机械传动连接，ISG电机通过所述离合器与主电机机械传动连接，主电机用于驱动车辆，所述动力电池分别与ISG电机和主电机通过电能传输线路连接，所述控制单元采样连接所述气体发动机转速检测模块和主电机转速检测模块，控制连接气体发动机和ISG电机；
所述控制单元用于实现以下起动方法：首先由主电机单独驱动汽车，当汽车的速度大于一设定值时，控制气体发动机起动并使转速逐渐增大，当气体发动机的转速与主电机的转速之差小于一设定差值时，控制离合器结合，完成汽车的起动；
实现所述控制气体发动机起动并使转速逐渐增大的过程为：首先ISG电机为转矩控制模式，以拖动气体发动机转动，当气体发动机的转速上升到一设定转速值时，控制为气体发动机供气并点火，然后ISG电机转换为转速控制模式，继续拖动气体发动机；
所述转矩控制模式为以下两种控制方式中的其中一种：第一种，ISG电机以一设定的转矩值定转矩控制；第二种，ISG电机在刚开始拖动气体发动机的时候，ISG电机的转矩为一设定的启动转矩值，随着气体发动机转速的上升，ISG电机的转矩逐渐降低。
2.根据权利要求1所述的混合动力汽车动力系统，其特征在于，所述动力系统还包括双电机控制器，所述动力电池通过所述双电机控制器分别与ISG电机和主电机通过电能传输线路连接，所述控制单元连接所述双电机控制器。
3.一种混合动力汽车起动方法，其特征在于，该方法专用于一种混合动力汽车动力系统，混合动力汽车动力系统包括气体发动机、ISG电机、主电机、离合器、动力电池、控制单元、气体发动机转速检测模块和主电机转速检测模块，气体发动机与ISG电机机械传动连接，ISG电机通过所述离合器与主电机机械传动连接，主电机用于驱动车辆，所述动力电池分别与ISG电机和主电机通过电能传输线路连接，所述控制单元采样连接所述气体发动机转速检测模块和主电机转速检测模块，控制连接气体发动机和ISG电机；
混合动力汽车起动方法为：首先由主电机单独驱动汽车，当汽车的速度大于一设定值时，控制气体发动机起动并使转速逐渐增大，当气体发动机的转速与主电机的转速之差小于一设定差值时，控制离合器结合，完成汽车的起动；
实现所述控制气体发动机起动并使转速逐渐增大的过程为：首先ISG电机为转矩控制模式，以拖动气体发动机转动，当气体发动机的转速上升到一设定转速值时，控制为气体发动机供气并点火，然后ISG电机转换为转速控制模式，继续拖动气体发动机；
所述转矩控制模式为以下两种控制方式中的其中一种：第一种，ISG电机以一设定的转矩值定转矩控制；第二种，ISG电机在刚开始拖动气体发动机的时候，ISG电机的转矩为一设定的启动转矩值，随着气体发动机转速的上升，ISG电机的转矩逐渐降低。
4.根据权利要求3所述的混合动力汽车起动方法，其特征在于，转速控制模式中设定的目标转速为在ISG电机改变控制模式时主电机的转速。
5.根据权利要求4所述的混合动力汽车起动方法，其特征在于，双电机控制器中的PID计算模块根据所述转速控制模式对应的目标转速和气体发动机的实际转速来相应控制ISG电机的输出扭矩。
6.一种混合动力汽车气体发动机起动方法，其特征在于，该方法专用于一种混合动力汽车动力系统，混合动力汽车动力系统包括气体发动机、ISG电机、主电机、离合器、动力电池、控制单元、气体发动机转速检测模块和主电机转速检测模块，气体发动机与ISG电机机械传动连接，ISG电机通过所述离合器与主电机机械传动连接，主电机用于驱动车辆，所述动力电池分别与ISG电机和主电机通过电能传输线路连接，所述控制单元采样连接所述气体发动机转速检测模块和主电机转速检测模块，控制连接气体发动机和ISG电机；
混合动力汽车气体发动机起动方法为：首先，ISG电机为转矩控制模式，以拖动气体发动机转动，当气体发动机的转速上升到一设定转速值时，控制为气体发动机供气并点火，然后ISG电机转换为转速控制模式，继续拖动气体发动机转动；当转速达到一设定的起动转速阈值时，气体发动机起动完成；
所述转矩控制模式为以下两种控制方式中的其中一种：第一种，ISG电机以一设定的转矩值定转矩控制；第二种，ISG电机在刚开始拖动气体发动机的时候，ISG电机的转矩为一设定的启动转矩值，随着气体发动机转速的上升，ISG电机的转矩逐渐降低。
7.根据权利要求6所述的混合动力汽车气体发动机起动方法，其特征在于，转速控制模式中设定的目标转速为在ISG电机改变控制模式时主电机的转速。
8.根据权利要求7所述的混合动力汽车气体发动机起动方法，其特征在于，双电机控制器中的PID计算模块根据所述转速控制模式对应的目标转速和气体发动机的实际转速来相应控制ISG电机的输出扭矩。
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