CN109017982A - 用于控制混合动力汽车用电气辅助系统的空压机的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于控制混合动力汽车用电气辅助系统的空压机的方法。本发明根据混合动力汽车的负载工作特点和分布区域进行了集成设计，利用同一个驱动电机来拖动均处于常流式工作状态、且工作区域高度重叠的转向泵和水泵，从而增加了驱动电机的有效负载，提高了系统利用率的同时，提高了系统的集成度，降低了系统的制造成本。本发明的电气辅助系统的硬件利用率高、结构紧凑、集成度高、成本低。

Description

用于控制混合动力汽车用电气辅助系统的空压机的方法

本申请是申请日为2015年11月13日，申请号为201510781090.7，发明创造名称为《混合动力汽车用电气辅助系统》的分案申请。

技术领域

本发明涉及电气控制技术领域，尤其涉及一种混合动力汽车用电气辅助系统，还涉及该电气辅助系统的低压配电方法，以及用于控制该电气辅助系统中的空压机的方法。

背景技术

图1示出了现有技术中混合动力汽车用电气辅助系统的结构示意图。参照图1，电气辅助系统的负载主要包括：液压转向系统用电动转向泵P1、整车气路系统用电动空压机P2(某些车型无电动空压机)、电动水冷散热系统用风机F1和水泵P3、发动机水冷散热系统用风机F2、其它系统负载Rx(例如控制板电源)和传统电气负载Rt(例如大灯、雨刮器等)。具体地，发动机通过机械直联或皮带连接方式来驱动高压发电机G1。发电机控制器将发动机输出的机械能转化为电能，电能用于驱动车辆或者存储在储能系统中。辅助电源包括两个5kW的直流-交流(DC/AC)变换器和一个3kW的直流-直流(DC/DC)变换器。其中一个DC/AC变换器将高压回路的直流高压电转化为电动液压转向系统的转向泵P1所需的三相交流高压电，另一个DC/AC变换器将高压回路的直流高压电转化为电动空压机P2所需的三相交流高压电。DC/AC变换器将高压回路的直流高压电转化为供电动水冷系统的水泵P3和风机F1、发动机水冷系统的风机F2、以及传统电气负载Rt和其它电气负载Rx所需的直流电，从而实现各子系统负载的正常工作。

电动液压转向系统的转向泵P1和电动水冷系统的水泵P3均属于常流式工作，两者的工作区域高度重叠。然而上述电气辅助系统为电动液压转向系统的转向泵P1配备DC/AC变换器，同时为电动水冷系统的水泵P3配备DC/DC变换器，系统利用率低，集成度不高，成本高。

总体来说，现有技术中的混合动力汽车用电气辅助系统的缺陷在于：结构分散、集成度低、成本高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的混合动力汽车用电气辅助系统的结构分散、集成度低、成本高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种混合动力汽车用电气辅助系统及其控制方法。

根据本发明的第一个方面，提供了一种混合动力汽车用电气辅助系统，其包括：

电动液压转向系统；

电动水冷散热系统，所述电动液压转向系统具有的转向泵和所述电动水冷散热系统具有的水泵由同一驱动电机拖动，所述驱动电机通过直流-交流变换器连接所述混合动力汽车的直流高压回路，所述直流高压回路通过直流-直流变换器连接所述混合动力汽车的直流低压回路；以及

发动机水冷散热系统和低压蓄电池，所述低压蓄电池连接所述直流低压回路。

优选的是，上述电气辅助系统还包括电动气制动系统，所述电动气制动系统具有的空压机通过电磁离合器与所述驱动电机的输出轴传动连接。

优选的是，在所述电动液压转向系统的液压回路中设置止回装置。

优选的是，所述电动水冷散热系统的风机是连接所述直流低压回路的直流风机，或者是通过所述直流-交流变换器连接所述直流高压回路的交流风机。

优选的是，所述发动机水冷散热系统的风机是连接所述直流低压回路的直流风机，或者是通过所述直流-交流变换器连接所述直流高压回路的交流风机。

优选的是，上述电气辅助系统还包括由所述混合动力汽车的发动机驱动的直流低压发电机，所述直流低压发电机的输出端连接所述直流低压回路。

优选的是，所述直流低压发电机的额定输出电压为24V。

根据本发明的第二个方面，提供了一种上述混合动力汽车用电气辅助系统的低压配电方法，其包括：

获取所述混合动力汽车的发动机的转速和所述低压蓄电池的电压；

在所述发动机的转速大于或者等于预设的转速阈值，并且所述低压蓄电池的电压大于或者等于预设的电压阈值时，控制所述直流-直流变换器停止工作，同时控制所述直流低压发电机工作；

在所述发动机的转速小于所述转速阈值，或者所述低压蓄电池的电压小于所述电压阈值时，控制所述直流-直流变换器工作。

根据本发明的第三个方面，提供了一种用于控制上述混合动力汽车用电气辅助系统的空压机的控制，其包括：

获取所述混合动力汽车的驻车信息、车速和整车气压；

在所述混合动力汽车的车速大于或者等于预设的车速阈值，并且所述整车气压小于预设的第一气压阈值时，控制所述电磁离合器闭合，以使所述驱动电机拖动所述空压机向所述混合动力汽车的储气筒蓄压。

优选的是，上述控制方法还包括：

在所述混合动力汽车处于驻车状态，并且所述整车气压小于预设的第二气压阈值时，控制所述电磁离合器闭合，使所述驱动电机拖动所述空压机向所述混合动力汽车的气路供气。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明根据混合动力汽车的负载工作特点和分布区域进行了集成设计，利用同一个驱动电机来拖动均处于常流式工作状态、且工作区域高度重叠的转向泵和水泵，从而增加了驱动电机的有效负载，提高了系统利用率的同时，提高了系统的集成度，降低了系统的制造成本。本发明的电气辅助系统的硬件利用率高、结构紧凑、集成度高、成本低。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1示出了现有技术中混合动力汽车用电气辅助系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例混合动力汽车用电气辅助系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

本发明所要解决的技术问题是：现有技术中的混合动力汽车用电气辅助系统的结构分散、集成度低、成本高。具体地，现有技术中的混合动力汽车用电气辅助系统为工作区域高度重叠的电动液压转向系统和电动水冷系统各配备一个DC/AC变换器，从而导致系统利用率低，集成度不高，成本高。为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种系统利用率高、集成度高、成本低的混合动力汽车用电气辅助系统。

图2示出了本发明实施例的混合动力汽车用电气辅助系统的结构示意图。如图2所示，混合动力汽车用电气辅助系统包括电动液压转向系统、电动水冷散热系统、发动机水冷散热系统和低压蓄电池。

具体地，电动液压转向系统包括转向泵P1(油泵)，电动水冷散热系统包括水泵P3。电动液压转向系统的转向泵P1和电动水冷散热系统的水泵P3均属于常流式工作，工作区域高度重叠。所谓常流式工作指的是，电动液压转向系统的转向泵P1始终工作，当无转向角度时，转向泵P1处于空转状态(会产生空转损耗)，只有出现方向转角时，系统才建立压力；电动水冷散热系统的水泵P3同样始终处于工作状态。

在本实施例中，处于常流式工作状态的转向泵P1和水泵P3由同一驱动电机M1拖动。发动机通过机械直联或皮带连接方式来驱动直流高压发电机。发电机控制器将发动机输出的机械能转化为电能，电能输入至直流高压回路中或者存储在储能系统中。直流高压回路中的直流高压电通过直流-交流变换器为驱动电机M1供电。直流高压回路中的直流高压电还通过直流-直流变换器转换为直流低压电，直流低压电输入至混合动力汽车的直流低压回路中。直流低压电向混合动力汽车的其它系统负载Rx(例如控制板电源)、传统电气负载Rt(例如大灯、雨刮器等)和低压蓄电池供电。

常流式液压转向系统中，为保证转向泵P1正常工作及转向实时性要求，电机M1需要常转，从而存在较大的“电机空载损耗”。本实施例根据混合动力汽车的负载工作特点和分布区域进行了集成设计，利用同一个驱动电机M1来拖动均处于常流式工作状态、且工作区域高度重叠的转向泵P1和水泵P3，从而增加了驱动电机M1的有效负载，提高了系统利用率的同时，提高了系统的集成度，降低了系统的制造成本。本实施例的电气辅助系统的硬件利用率高、结构紧凑、集成度高、成本低。

在本发明一优选的实施例中，混合动力汽车用电气辅助系统还包括电动气制动系统。仍参照图2，电动气制动系统包括对整车的气路供气的空压机P2。空压机P2也由上述驱动电机M1拖动，空压机P2、转向泵P1和水泵P3共同构成了集成度高的复合泵P，三者共同由驱动电机M1拖动。转向泵P1与水泵P3需要随着驱动电机M1常转，而空压机P2则通过电磁离合器(附图中未示出)实现与驱动电机M1的结合与断开。电磁离合器优选地受控于整车控制器。具体地，当整车控制器控制电磁离合器打开时，驱动电机M1不能拖动空压机P2，空压机P2停止工作。当整车控制器控制电磁离合器闭合时，由驱动电机M1拖动空压机P2工作，以使空压机P2向混合动力汽车的气路供气。

本发明实施例提供的用于控制上述空压机P2的方法主要包括以下步骤101至步骤107。

在步骤101中，获取混合动力汽车的驻车信息、车速和整车气压。

在步骤102中，判断混合动力汽车是否处于驻车状态。

在步骤103中，在判断出混合动力汽车处于驻车状态时，判断整车气压是否小于预设的第二气压阈值。

在步骤104中，在整车气压小于第二气压阈值时，控制电磁离合器闭合，使驱动电机M1拖动空压机P2向混合动力汽车的气路供气。此时，应通过输出功率或相关转向信息(如转向灯等)，提醒司机转向回正或减少转向角，以避免大转向角导致的较大的转向负载。

在步骤105中，在判断出混合动力汽车未处于驻车状态时，判断整车的车速是否大于或者等于预设的车速阈值。

在步骤106中，在判断出整车车速大于或者等于车速阈值，判断整车气压是否小于预设的第一气压阈值。

在步骤107中，在判断出整车气压小于第一气压阈值时，控制电磁离合器闭合，以使驱动电机M1拖动空压机P2向混合动力汽车的储气筒(附图中未示出)蓄压。

一般来说，在低车速工况下可能出现较大的转向负载，因此本实施例的车速阈值应大于可能出现较大的转向负载时对应的车速。也就是说，本实施例避免在低速时启动空压机供气，而是在中速或者高速工况时，通过驱动电机M1拖动空压机P2向储气筒供气蓄压，从而实现错开低速工况下可能出现较大的转向负载。本实施例基于负载特性曲线和整车配置优化控制策略，将转向负载与空压机负载错开，从而在常用的5kw DC/AC变换器配置下实现多个负载的拖动(取消原电动水冷散热系统用直流电动水泵、空压机用DC/AC变换器和电机M2)，提高系统利用率。本实施例根据转向低速大负载的特性和储气筒蓄压作用进行负载调节，从而实现现有配置的最优化。

值得注意的是，关于本实施例中涉及的第一气压阈值、第二气压阈值和车速阈值，相关领域技术人员可根据具体实施情况进行相应设定，在本文中不再赘述。

现有技术中的电气辅助系统DC/DC变换器的负载较多，从而会导致系统成本高、传输损耗大的问题，同时由于DC/DC变换器的负载率较大会引发过温、过流等可靠性问题。针对上述技术问题，本实施例引入了直流低压发电机G2，根据发动机的工作状态及低压蓄电池的电压来实现直流低压发电机G2和直流-直流变换器的切换。

具体地，引入的直流低压发电机G2的额定输出电压为24V。仍参照图2，混合动力汽车的发动机驱动的直流低压发电机G2，直流低压发电机G2输出的直流低压电输入至混合动力汽车的直流低压回路。

本发明实施例混合动力汽车用电气辅助系统的低压配电方法主要包括步骤201至步骤205。

在步骤201中，获取混合动力汽车的发动机的转速和低压蓄电池的电压。

在步骤202中，判断发动机的转速是否大于或者等于预设的转速阈值。

在步骤203中，在判断出发动机的转速大于或者等于转速阈值时，判断低压蓄电池的电压是否大于或者等于预设的电压阈值。

在步骤204中，在判断出低压蓄电池的电压大于或者等于电压阈值时，控制直流-直流变换器停止工作，同时控制直流低压发电机G2工作。

在步骤205中，在判断出发动机的转速小于转速阈值，或者低压蓄电池的电压小于电压阈值时，控制直流-直流变换器工作。注意，在此种情况下，由于实际直流低压发电机G2与发动机直联，转速对输出电压影响不大，因此既可以控制直流低压发电机G2停止工作，也可以控制直流低压发电机G2继续工作。

本实施例根据系统动力模式切换低压供电电源。具体地，在发动机工作且低压蓄电池电压较高时，仅由直流低压发电机G2作为主电源向直流低压回路供电。而在发动机停机、或者发动机转速较低、或者低压蓄电池的电压较低时，切换到小功率的直流-直流变换器作为剩余负载用的辅助电源。本实施例通过优化负载和电源的设计(即通过切换直流-直流变换器和新引入的直流低压发电机G2来提供直流低压电)，降低了DC/DC功率需求，提高可靠性，降低传输损耗和成本。

值得注意的是，关于本实施例中涉及的转速阈值和电压阈值，相关领域技术人员可根据具体实施情况进行相应设定，在本文中不再赘述。

用于本发明实施例电气辅助系统的控制方法，还包括：第一，通过检测整车气压、电机转速/车速/手刹信号、车辆配置等信息对DC/AC变换器、电磁离合器进行控制。当检测车速大于0或电机转速大于某设定值等行车信号，此时通过DC/AC变换器控制驱动电机以额定转速运行，保证液压转向系统流量，同时水泵P3随驱动电机M1运转。第二，当检测驻车信息及电驱动温度大于某设定值时，通过DC/AC变换器控制驱动电机以设定转速工作，此时水泵P3工作，给电动水冷散热系统提供水循环。第三，通过输入不同车型配置信息(通过软件版本或硬件接口切换)，控制驱动电机M1以最高转速运行，以实现满足不同车型通用化设计。

现有液压转向系统中，液压回路未做“截止”设计，当电气或部件失效且存在转向角时，较大的转向回正力易引发行车或人员伤害风险。针对此技术问题，在本发明一优选的实施例中，在电动液压转向系统的液压回路中设置止回装置。特别地，止回装置优选为如单向阀、止回阀以及同样具备止回功能的装置。如此设置可降低现有电动转向失效过程转向回正导致的行车及人员安全风险。

在本发明一优选的实施例中，电动水冷散热系统的风机F1为直流风机或者交流风机。选择为直流风机时，电动水冷散热系统的风机F1直接连接直流低压回路。选择为交流风机时，直流高压回路通过直流-交流变换器向该电动水冷散热系统的风机F1提供三相交流电。

在本发明一优选的实施例中，发动机水冷散热系统的风机F2为直流风机或者交流风机。选择为直流风机时，发动机水冷散热系统的风机F2直接连接直流低压回路。选择为交流风机时，直流高压回路通过直流-交流变换器连接该发动机水冷散热系统的风机F2提供三相交流电。

在本发明一优选的实施例中，为进一步提高电气辅助系统的集成度，可将所有功能模块的控制单元集成到一个中央控制单元内。

综上所述，本发明实施例基于各负载特性、动力系统模式切换、硬件配置特点等进行系统设计，提高系统集成、利用率，从而提高可靠性并降低成本。本发明实施例所述的电气辅助系统的优点在于：

1、集成度较高：系统采用一路DC/AC变换器和驱动电机M1即满足液压转向、水冷循环、空压机的驱动；

2、系统利用率高：通过增加有效负载改善电动液压转向中电机空载损耗、根据负载分布特点，通过储气筒蓄压作用，通过优化控制策略，在现常用5kwDC/AC变换器的配置下实现“错峰调节”，拖动多个负载；

3、可靠性高：系统失效点大幅减少，同时采用直流低压发电机作为主电源，可靠经济，另外通过降低DC/DC变换器的容量和负荷率，提高了该部件的可靠性。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (2)

1.一种用于控制混合动力汽车用电气辅助系统的空压机的方法，所述混合动力汽车用电气辅助系统包括：

电动液压转向系统；

电动水冷散热系统；

发动机水冷散热系统；

电动气制动系统；

用于拖动所述电动液压转向系统的转向泵和所述电动水冷散热系统的水泵以及所述电动气制动系统的空压机的驱动电机，所述驱动电机通过直流-交流变换器连接所述混合动力汽车的直流高压回路，所述直流高压回路通过直流-直流变换器连接所述混合动力汽车的直流低压回路,所述直流低压回路连接低压蓄电池,并且所述驱动电机的输出轴通过电磁离合器与所述空压机结合或断开；

所述方法的特征在于，包括以下步骤：

获取所述混合动力汽车的驻车信息、车速和整车气压；

在所述混合动力汽车的车速大于或者等于预设的车速阈值，并且所述整车气压小于预设的第一气压阈值时，控制所述电磁离合器闭合，以使所述驱动电机拖动所述空压机向所述混合动力汽车的储气筒蓄压。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

在所述混合动力汽车处于驻车状态，并且所述整车气压小于预设的第二气压阈值时，控制所述电磁离合器闭合，使所述驱动电机拖动所述空压机向所述混合动力汽车的气路供气。