CN108216206A - 一种控制混合动力车辆的系统及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于混合动力车辆的控制系统及其方法。用于混合动力车辆(100)的控制系统(200)包括混合动力控制单元(204)、第二控制器(207)、集成启动器发电机单元(203)、牵引马达(202)以及电源(201)。控制系统(200)能够通过单个电源(201)控制并且向混合动力控制单元(204)和集成启动器发电机(203)提供电源。此外，控制系统(200)包括牵引马达(202)，并且所述集成启动器发电机单元(203)分别由混合动力控制单元(204)和第二控制器(207)控制。单个电源(201)节省了资源，并且产生了更易于在车辆中容纳的更简单的电路系统。

Description

一种控制混合动力车辆的系统及其方法
技术领域
本发明总体上涉及混合动力车辆，并且更具体地但不排他地涉及一种控制系统及其方法。
背景技术
通常，混合动力车辆包括内燃(IC)发动机和用于为车辆提供动力的牵引马达。在这种混合动力车辆上安装的内燃发动机与任何其它传统内燃发动机一样使用汽油/燃料。牵引马达由车载电源提供电力。混合动力车辆使用内燃发动机或牵引马达来操作，或者共同地使用内燃发动机和牵引马达来操作。用户可以根据需要以三种模式(即发动机模式、电动模式和混合模式)中的任何一种模式来操作混合动力车辆。混合模式还包括混合动力模式和混合经济模式。在混合动力模式下，内燃发动机和牵引马达设置共同地操作。在混合经济模式下，内燃发动机和牵引马达交替地操作。如果用户需要更多的动力，则车辆可以在混合动力模式下操作。
发明内容
众所周知，不可再生能源资源的稀缺已经提高了减少来自于内燃发动机提供电力的车辆的化石燃料消耗和排放的需求。实现上述目标的一种方式是通过电力驱动车辆。然而，由于受管理电池所需要的技术的限制和体重的影响，与传统车辆相比，这样的车辆具有更大的体重和每次充电的更短的行驶距离。混合动力车辆克服了这些缺陷，混合动力车辆将内燃发动机和电力牵引马达的优点利用于一个车辆中。混合动力车辆在不严重损失车辆性能或驾驶性能的前提下，为减少车辆燃料消耗和排放提供了极大的潜力。
典型地，电源和内燃(IC)发动机为混合动力车辆提供电力。由电池提供动力的启动器马达运行磁马达以启动内燃发动机。另一电池为负责后轮转动的牵引马达提供电力，即提供能量。混合动力控制单元控制内燃发动机和牵引马达两者。电池启动牵引马达后，牵引马达也会产生一定电力。此外，由磁马达和牵引马达产生的电力可以被用于给电池供电以直接运转负载。磁马达和牵引马达两者都在较高的电压(大约在48-60V)下发电。
因此，非常明显地，典型的混合动力车辆的操作需要两个不同的马达，包括牵引马达和启动器马达。
运转磁马达所需的启动器马达可以由集成启动器发电机(ISG)取代，该发电机能够平稳启动内燃发动机。ISG直接转动曲轴，使内燃发动机平稳启动。因此，混合动力车辆中的ISG更为理想。
ISG和牵引马达在两个不同的电压电平下操作。因此，通过使用具有两个不同电压电平的两个不同的电源来实现更容易操作混合动力车辆中的ISG和牵引马达。
但是，两种不同动力源所涉及的困难之处在于，与使用两种不同的马达一起来使用两种不同的电源来满足两种不同的电压电平需要复杂的电路系统。将复杂的电路系统容纳在车辆布局的空间中变成一项繁琐的操作。因此，需要解决上述问题，并提供一种紧凑而简单的控制系统来进行控制不同系统的操作。
ISG、牵引马达和电源由混合动力控制单元控制。混合动力控制单元包括内置的DC-DC转换器。控制部件(包括ISG、牵引马达和电源)的单个混合动力控制单元容易过热。这是因为在不同的电压电平和不同的电流下操作的部件的不同操作条件。此外，混合动力控制单元不易于消散由于高功率电子开关的操作而在混合动力控制单元中产生的热量。例如，在目前情况下，包括用于电力转换的功率电子开关的两个六角桥的高功率电子开关产生高热量，并且为了保持由控制器壳体提供的散热片的低热阻，必须保持大的截面积。
此外，混合动力控制单元在牵引马达的控制和ISG的控制之间进行切换，在不同的频率下进行每个操作。由于切换，电磁噪声干扰被释放。为了消除电磁噪声干扰，需要大尺寸的滤波器。容纳大尺寸滤波器将使电路系统体积庞大且更复杂。
此外，在牵引马达的功能性和ISG的功能性之间的切换中，涉及功率电子开关的启用和禁用，并且功率电子开关包括内部体二极管，以允许每当开关被禁用时不平衡电流流过。这种不平衡电流的流动将影响开关的功能性。
此外，由于在期望的输出上叠加了不需要的谐波，因此由单个混合动力控制单元控制的ISG产生的电力输出非常低。
根据所提出的发明，在混合动力车辆中使用两个不同电源和以不同电压操作的单个混合动力控制单元的前述困难被克服。
根据本发明的实施例，用于混合动力车辆的控制系统包括单个电源。
电源能够同时驱动牵引马达和ISG。牵引马达由混合动力控制单元(HCU)控制，并且ISG由第二个控制器控制。根据另一实施例的第二控制器是ISG控制器和DC-DC转换器，该转换器被配置为将由ISG产生的高输出电压转换成足以驱动车辆负载的期望的低电压。
根据本发明的实施例，在预定电压(例如，48V)下操作的电源能够向在较低的预定电压(例如12V)下操作的ISG提供输入电力，并且能够向在预定的电压(例如48V)下操作的牵引马达提供输入电力。在馈送到ISG之前，高电压由电路系统转换。该电路系统包括两个电力模块，其包括用于驱动牵引马达的一个六角桥配置和用于驱动ISG的第二六角桥。电力模块将来自电源的直流输入电力转换成可控制的直流输出电力用于驱动牵引马达，牵引马达在本发明中为BLDC马达。第一和第二电力模块的DC输入侧包括用于滤波的单独的DC链路电容器以及用于向牵引马达和ISG提供关于输入电力的信息的电流感测电阻器。此外，功率电子开关包括用于在开关被禁用时在电流循环期间提供电流路径的一个或多个内部体二极管。特别地，功率电子开关通过特定的门驱动器集成电路来驱动。门驱动器集成电路进一步由控制模块提供的输入控制。
此外，控制模块包括微控制器和相应的电力供给模块。另外，来自车辆操作条件(诸如节流阀、车辆速度、发动机速度、点火、制动器)的输入作为模拟和数字输入被馈送到微控制器端口。
此外，取决于车辆操作条件，牵引马达和ISG的操作由闭环参数控制。牵引马达和ISG的输入是通过来自单个电源的控制器馈送的电功率。牵引马达和ISG的输出是分别依据车速、车轮力、以及发动机转速和起动转矩来测量的机械动力。
此外，为了控制ISG机器以实现所需的电流，馈送到ISG的输入电压通过脉宽调制切换技术来控制。
此外，通过监测ISG的输出速度来控制功率电子开关的操作的工作周期。
附图说明
参考附图描述本发明的控制系统及其方法的详细说明。在所有附图中使用相同的编号用来指代相似的特征和组件。
图1示出了根据本发明的实施例的作为示例的跨骑式车辆的左侧立体图。
图2示出了描绘混合动力控制单元的作业的框图。
图3示出了在不同作业模式下控制混合动力车辆的控制系统的电路图。
图4示出了由单个电源提供电力的HCU的操作方法。
具体实施方式
在以下说明中结合附图详细地描述本发明的前述和其它优点。
图1示出了根据本发明的实施例的示例性车辆100的左侧视图。图示的车辆100具有跨骑式框架组件105。跨骑式框架组件105包括头管105A和主框架105B。一个或多个后管105C从主管105B向后倾斜延伸。此外，一个或多个前悬架110A连接前轮110B和车把组件110C，从而形成转向组件110。转向组件110通过头管105A可转动地连接。内燃发动机115用作驱动后轮125的主要驱动装置。此外，牵引马达120用作驱动后轮125的次要驱动装置。在优选实施例中，牵引马达120被轮毂安装在后轮125上。车载电池170(未示出)驱动牵引马达120。在一个实施例中，内燃发动机115安装至摆臂130，该摆臂130使用肘杆可摆动地连接至主框架105B。车辆100设置有安装在框架组件105上的多个主体面板，并且多个主体面板包括前面板135A、腿部护罩135B、座椅下盖135C和一对侧面板135C。
前挡泥板140覆盖前轮110A的至少一部分。踏板145设置在车把组件110C后方设置的跨骑空间处。座椅组件150安装至主框架105B。在座椅组件150的下方布置有公用箱(未示出)。燃料箱(未示出)位于公用箱的下方。后挡泥板155覆盖后轮125的至少一部分，并布置在燃料箱的下方。一个或多个后悬架160设置在车辆100的后部以便舒适地驾驶。车辆100包括一个或多个电气/电子负载165(以下称为“负载”)，其包括诸如前灯165A、尾灯165B、晶体管控制点火(TCI)单元(未示出)、交流发电机(未示出)以及启动器马达(未示出)之类的部件。
图2示出了根据一个实施例的用于混合动力车辆的控制系统的框图。根据本发明的实施例，用作电源201的电池为包括牵引马达202和集成启动器发电机(ISG)203的两个三相机器提供电力。混合动力控制单元(HCU)204通过由HCU 204接收的各种输入来控制牵引马达202的作业。各种输入包括节流阀位置传感器、点火锁、每分钟转速输入、模式开关和制动器。
根据本发明的另一实施例，优选地以48V操作的电源201能够对以48V操作的牵引马达202和以12V操作的ISG 203提供电力。ISG 203产生12V的输出电压。由ISG 203产生的12V输出电压足以操作以12V操作的负载206。由ISG 203产生的输出电压12V通过第二控制器207被发送到负载206。第二控制器207优选地是ISG控制器和DC-DC转换器。第二控制器207还控制ISG 203的作业。由ISG 203的输出提供电力并通过第二控制器207控制的各种负载包括发动机速度读取器、点火锁的检查，仪表组以及各种车辆负载。
根据本发明的另一实施例，混合动力控制单元204被配置为直接操作在12V下操作的负载206。
因为包括电池201的单个电源被配置为对混合动力车辆中的牵引马达202和ISG203提供电力，所以获得了简单且有成本效益的系统。
图3示出了在不同作业模式下控制混合动力车辆的控制系统的电路图。控制系统200包括48V辅助单个电源201，例如电池、可充电储能系统。此外，控制系统200包括混合动力控制单元204，混合动力控制单元204包括集成启动器发电机控制模块204b、牵引马达控制模块204a和DC-DC转换器204c。集成启动器发电机控制模块204b被配置为控制可在48V下操作并且能够产生12V输出的集成启动器发电机203。如此由集成启动器发电机203产生的12V的输出被用于为可在12V下操作的一个或多个DC负载提供电力。取决于用户选择的条件，每当模式开关被选择为包括混合经济模式和混合动力模式的混合模式时，集成启动器发电机203由集成启动器发电机控制器204b接通。此外，控制系统200包括由牵引马达控制器204a控制的牵引马达202。当和在用户通过模式开关选择期望的模式时，可在48V下操作的牵引马达202由48V的单个电源提供电力，特别是在混合动力车辆的电动模式期间以及在混合动力模式期间。此外，在混合经济模式期间，每当牵引马达202被禁用时，其能够产生电力，以能够继而为48V电源提供电力。此外，DC-DC转换器204c还有助于将由牵引马达202产生的非常高的输出减少到可以为一个或多个DC车辆负载206提供电力的12V DC输出。
根据本发明的实施例，48V的单个电源201能够为一个或多个12V DC车辆负载206提供电力。
根据本发明的另一实施例，DC-DC控制器204c不是混合动力控制单元200的一部分。
根据本发明的实施例，DC-DC控制器204c是第二控制器207的内置部分。
图4示出了由单个电源提供电力的混合动力控制单元和第二控制器的操作方法。根据本发明的实施例，包括电池的单个电源为牵引马达和集成启动器发电机提供电力。首先，在步骤301，混合动力控制单元的功能被启动，在步骤302检查点火锁的开/关。如果点火开关接通，则在模式开关303下HCU切换到混合动力车辆的三种模式中的任一模式，混合动力车辆的三种模式包括EV模式(电动车辆模式)、混合模式和发动机模式。混合模式还包括混合经济模式和混合动力模式，其可以取决于所提供的条件由用户来选择。如步骤304所示，每当车辆在电动模式下作业时，HCU检查节流阀位置传感器(TPS)，以确定其大于如步骤305所示的预定数字。如步骤307所示，如果TPS读数大于5％，那么牵引马达由HCU接通，牵引马达由单个电源提供电力。如步骤308所示，牵引马达的输出用于运转在12V操作的负载。此外，如果在步骤304中检测到的模式开关不是电动模式，则车辆以混合模式或发动机模式操作。如果如步骤306所示选择的模式开关是用于混合模式，则如步骤306a所示车辆在混合经济模式下操作，然后由HCU检查TPS。如步骤309所示，如果TPS的读数大于5％，则如步骤310所示牵引马达通过HCU由单个电源提供电力。此外，如果车辆的速度超过预定值，例如如步骤311中所示的25kmph，则如步骤312所示通过单个电源启动发动机并且停止运转的牵引马达。如步骤313所示，一旦发动机开始运转，则由发动机操作产生的动力被用于为12V负载提供电力。
此外，如步骤306中所示，在模式开关被选择为混合模式而不是混合经济模式之后，则如步骤314所示混合动力模式被选择。在混合动力模式下，检查TPS，如果TPS大于5％，则如步骤315所示，第二控制器通过单个电源同时激活对ISG和牵引马达提供电力。此外，在通过ISG和牵引马达开始发电之后，如步骤316所示，如此所产生的电力被用于为12V负载提供电力。
如果所选择的模式开关不是混合模式，则发动机模式被选择。此外，TPS被恒定地监测。如步骤317所示，如果TPS大于5％，则如步骤318所示，通过经由第二控制器从单个电源向ISG提供电力来启动车辆的发动机。此外，由ISG产生的电力能够运转车辆中的12V负载。在这个步骤中，发动机和牵引马达两者使用单个电源来启动。如步骤315所示，所产生的电力被用于操作12V负载。
因为包括电池201的单个动力源被配置为对混合动力车辆中的牵引马达202和ISG203提供动力，所以获得了简单且有成本效益的系统。
尽管已经参考一些实施例相当详细地阐述了本发明，但是其它实施例也是可能的。应该理解的是，实施例的各方面不一定受限于在此说明的特征。

Claims (10)

1.一种混合动力车辆(100)，包括：
控制系统(200)，所述控制系统(200)用于控制所述混合动力车辆(100)，所述控制系统(200)包括使得能够在所述混合动力车辆(100)的不同作业模式之间切换的混合动力控制单元(HCU)(204)；
集成启动器发电机(ISG)(203)，所述集成启动器发电机与所述混合动力车辆(100)的内燃发动机(115)耦接；
牵引马达(202)，所述牵引马达(202)能够独立地并且与所述内燃发动机(115)联合地驱动所述混合动力车辆(100)；和
电源(201)，
其中，
所述牵引马达(202)和所述集成启动器发电机(203)两者均接收来自所述电源(201)的电力供给，并且所述牵引马达(202)由所述混合动力控制单元(204)控制，并且所述集成启动器发电机(203)由所述第二控制器(207)控制。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆(100)，其中所述集成启动器发电机(203)被配置为独立地为一个或多个车辆负载(206)提供电力，所述牵引马达(202)能够通过所述第二控制器(207)为所述一个或多个车辆负载(206)提供电力，并且在所述牵引马达(202)的发电期间所述牵引马达(202)能够对所述电源(201)充电。
3.如权利要求1所述的混合动力车辆(100)，其中所述第二控制器(207)包括内置的DC-DC转换器(204c)。
4.根据权利要求1所述的混合动力车辆(100)，其中所述电源(201)生成预定的输出电压，所述预定的输出电压通过电路系统被馈送到在较低的预定电压下操作的所述集成启动器发电机(203)，所述电路系统包括至少一个能够驱动所述牵引马达(202)的六角桥和配置成驱动所述集成启动器发电机(203)的第二六角桥。
5.如权利要求2所述的混合动力车辆(100)，其中所述电源(201)能够为所述一个或多个车辆负载(206)提供电力。
6.一种控制混合动力车辆的方法，所述方法包括以下步骤：
由混合动力控制单元(204)监测(302)点火开关状态和节流阀位置传感器状态；
在所述点火开关状态为接通的情况下，由第二控制器(207)激活车辆负载；
在点火锁的状态通过模式开关(303)为接通的情况下，通过所述HCU(204)切换(303)至所述混合动力车辆(100)的三种模式中的任一模式；
在通过所述HCU(204)选择了EV模式并且所述TPS大于预定值的情况下，接通牵引马达(308)；
在TPS大于预定值并且速度大于预定值的情况下，通过所述HCU(204)切换到混合模式(306)；
在未检测到所述EV模式和所述混合模式(306)的情况下，通过所述第二控制器(207)切换到发动机模式(320)；
并且
在通过所述HCU(204)选择了所述三种模式中的任一模式的情况下，使得一个或多个车辆负载(206)通过所述电源(201)启用，通过所述第二控制器(207)控制所述一个或多个车辆负载(206)。
7.根据权利要求6所述的控制混合动力车辆(100)的方法，其中，每当如步骤(304)所示车辆在电动模式下作业时，则如步骤(305)中所示，所述混合动力控制单元(204)检查节流阀位置传感器以确定大于预定数字。
8.根据权利要求6所述的控制混合动力车辆(100)的方法，其中在如步骤(306a)所示的、在所选的所述模式开关是用于混合经济模式的情况下，则如步骤(309)中所示，所述混合动力控制单元(204)检查TPS以确定大于5％，以通过单个电源(201)为所述牵引马达(202)提供电力。
9.根据权利要求6所述的用于控制混合动力车辆(100)的方法，其中所述电源(201)被配置为通过对所述集成启动器发电机(203)提供电力来为发动机(115)提供电力，并且当在混合动力模式下如步骤(314)中所示车辆的速度超过25Kmph的预定值的情况下，还使得所述牵引马达(202)通过所述第二控制器(207)启用。
10.根据权利要求6所述的控制混合动力车辆(100)的方法，其中在所选模式不是电动模式(304)也不是混合模式(306)的情况下，所述模式开关(303)切换到发动机模式(320)，如步骤(317)所示所述第二控制器(207)监测TPS，并且在TPS大于预定值的情况下，仅所述发动机(115)通过经由所述电源(201)向所述集成启动器发电机201提供电力而被激活。
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