CN109421692B - 一种新能源汽车发动机的控制方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种新能源汽车发动机的控制方法及其系统，发明内容为在发电机输出能力已知的情况下，根据整车运行状态，计算发动机需求的目标转矩、发电机目标转速以及发电机达到目标转速时的最大输出转矩，通过调节发动机的输出转矩，使得发电机的实际转速与目标转速的误差为零。本发明可以使汽车在运行过程中发动机和发电机处于动态平衡状态，使得整车控制更加稳定。

Description

一种新能源汽车发动机的控制方法及其系统
技术领域
本发明涉及新能源汽车控制领域，具体涉及一种新能源汽车发动机的控制方法及其系统。
背景技术
XCVT系统车型是一种特殊的混合动力系统,是由超级电容，发动机、行星排变速箱，发电机、驱动电机以及相应的电机控制构件组成，这种系统相较于带离合器的传统式混联混合系统有较大的节油和动力提升，驱动电机输出转矩通过变速箱传递给传统轴进行减速增扭，发动机、ISG与驱动电机的转速关系可以按比例进行线性调节，从而使发动机高效区能够覆盖在整车的全车速范围，减小了油耗。XCVT系统虽然相较于普通的混合动力系统有较大的性能优势，但发动机控制的复杂性提升，发电机必须与发动机时刻处于动平衡状态，一方失控就会引起双方共同失控，这就要求发动机必须有稳定的控制方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种新能源汽车发动机的控制方法及其系统，用以解决在发电机输出能力已知的情况下，发动机控制不稳定容易导致发动机和发电机失控的问题。
为实现上述目的，本发明的方案提供了一种新能源汽车发动机的控制方法，包括：
方法方案一，计算发动机需要输出的目标转矩Te；
发动机运转过程中，计算发电机目标转速并将发电机调速至所述目标转速；确定与所述目标转速对应的发电机最大输出转矩Tm；
如果Te≥N·Tm，N为系数且0＜N≤1，并且检测到母线电压小于设定下限值，则通过闭环控制调整发动机的实际输出转矩从而调整发电机的转速保持在所述目标转速；所述闭环控制的输入量为所述目标转速，反馈量为发电机的实际转速，控制量为所述发动机的实际输出转矩。
方法方案二，在方法方案一的基础上，根据油门踏板开度、超级电容电压值和当前车速查询三维表，计算整车需求总转矩，然后根据发动机、发电机和驱动电机的最优高效工作区分配转矩，从而计算发动机需求的所述目标转矩Te；如果发动机不需要输出转矩，则保持当前汽车运行状态不变；如果发动机需要输出转矩，但是检测到发动机的转速为零，则发电机以恒定转矩启动发动机，使发动机转速达到怠速。
方法方案三、四，分别在方法方案一、二的基础上，根据当前车速和油门开度计算发动机的需求转速并折算出发电机的所述目标转速，同时调整发电机转速至所述目标转速。
方法方案五、六，分别在方法方案三、四的基础上，发电机达到所述目标转速时，根据发电机当前转速和母线电压值查表发电机的外特性曲线，从而得到发电机对应转速下的所述最大输出转矩Tm。
方法方案七，在方法方案一的基础上，如果Te＜N·Tm，则发动机输出转矩为所述目标转矩Te。
方法方案八，在方法方案一的基础上，如果Te≥N·Tm，但是检测到母线电压不小于所述设定下限值，则判断所述目标转矩Te是否大于所述最大输出转矩Tm，如果大于，则发动机输出转矩为所述最大输出转矩Tm；如果小于，则发动机的输出转矩为所述目标转矩Te。
方法方案九，在方法方案一的基础上，所述发电机的实际转速根据所述发动机的实测转速与当前车速计算得到；或者把发电机实际转速的实测值作为所述闭环控制的反馈量。
相应的本发明还提供了一种新能源汽车发动机的控制系统，包括：
系统方案一，所述控制系统包括检测装置和控制装置；
所述检测装置用于：检测发动机转速、发电机转速和母线电压，并发往所述控制装置；
所述控制装置用于：计算发动机需要输出的目标转矩Te；
发动机运转过程中，计算发电机目标转速并将发电机调速至所述目标转速；确定与所述目标转速对应的发电机最大输出转矩Tm；
如果Te≥N·Tm，N为系数且0＜N≤1，并且检测到母线电压小于设定下限值，则通过闭环控制调整发动机的实际输出转矩从而调整发电机的转速保持在所述目标转速；所述闭环控制的输入量为所述目标转速，反馈量为发电机的实际转速，控制量为所述发动机的实际输出转矩。
系统方案二，在系统方案一的基础上，根据油门踏板开度、超级电容电压值和当前车速查询三维表，计算整车需求总转矩，然后根据发动机、发电机和驱动电机的最优高效工作区分配转矩，从而计算发动机需求的所述目标转矩Te；如果发动机不需要输出转矩，则保持当前汽车运行状态不变；如果发动机需要输出转矩，但是检测到发动机的转速为零，则发电机以恒定转矩启动发动机，使发动机转速达到怠速。
系统方案三、四，分别在系统方案一、二的基础上，根据当前车速和油门开度计算发动机的需求转速并折算出发电机的所述目标转速，同时调整发电机转速至所述目标转速。
系统方案五、六，分别在系统方案三、四的基础上，发电机达到所述目标转速时，根据发电机当前转速和母线电压值查表发电机的外特性曲线，从而得到发电机对应转速下的所述最大输出转矩Tm。
系统方案七，在系统方案一的基础上，如果Te＜N·Tm，则发动机输出转矩为所述目标转矩Te。
系统方案八，在系统方案一的基础上，如果Te≥N·Tm，但是检测到母线电压不小于所述设定下限值，则判断所述目标转矩Te是否大于所述最大输出转矩Tm，如果大于，则发动机输出转矩为所述最大输出转矩Tm；如果小于，则发动机的输出转矩为所述目标转矩Te。
系统方案九，在系统方案一的基础上，所述发电机的实际转速根据所述发动机的实测转速与当前车速计算得到；或者把发电机实际转速的实测值作为所述闭环控制的反馈量。
本发明的有益效果是：根据整车运行状态，计算发动机目标转矩Te、发电机目标转速以及发电机达到目标转速时的最大输出转矩Tm，通过引入闭环控制调节发动机的实际输出转矩，使得发电机的实际转速与目标转速的误差为零，从而达到发动机和发电机处于动态平衡状态的目的，使得整车控制更加稳定。
同时，本发明根据发动机目标转矩Te、发电机目标转速以及发电机达到目标转速时的最大输出转矩Tm这三者之间的不同关系，设置恰当的控制策略调节发动机的输出转矩，使得发电机的实际转速与目标转速的误差为零，从而达到发动机和发电机处于动态平衡状态的目的。
附图说明
图1是本发明一种新能源汽车发动机的控制方法的流程图；
图2是本发明一种新能源汽车发动机的控制方法中闭环控制结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
在新能源汽车行驶过程中，如果发动机控制不稳定，有很大风险造成发电机功率输出不足无法稳定发动机，从而造成发动机与发电机超速“飞车”，使整车处于发动机失控状态，影响发动机转矩输出。本发明提供了一种新能源汽车发动机的控制方法及其系统，用于解决所述问题。
本发明的主要思路是通过控制发动机的输出转矩使发电机按照目标转速进行运行，使得发动机和发电机能够处于动态平衡状态，下面给出了一个具体的实施例，本实施例中控制装置为整车ECU。
图1所示为本发明一种新能源汽车发动机的控制方法的流程图，包括以下步骤：
1.当车辆正在运行时，整车ECU根据驾驶员油门踏板开度、当前车速查三维表(此表根据厂家经验制作)计算整车需求总转矩，然后根据发动机、发电机和驱动电机的最优高效工作区分配转矩，从而计算发动机需求的目标转矩Te。
2.完成步骤1后，如果计算发动机不需要输出转矩(即整车工作在纯电动模式)，则保持车辆当前状态运行；如发动机需要输出转矩，首先检测发动机的转速是否为0，如是，则对发电机进行转矩控指令，以恒定扭矩启动发动机至怠速状态(转速根据发动机参数设定)。
3.发动机进入怠速后，发电机接受整车ECU指令进入转速控模式，整车ECU根据当前车速确定发电机调速的目标转速，同时根据目标转速值查表发电机的外特性曲线所对应的最大输出转矩Tm。
4.如果Te≥0.9Tm(预留10％的转矩误差)则进入步骤5，否则发动机输出转矩为目标转矩Te。
5.如果发动机的转矩Te≥0.9Tm，则检测母线电压是否小于设定下限值(下限值的设定可根据发电机标定数据的最小电压平台设定，但必须大于欠压点)，如果小于，则进入步骤6；如果不小于，则判断Te是否大于Tm，如果大于，则发动机的输出转矩为Tm；如果不大于，则发动机的输出转矩为Te。
6.如果母线电压小于下限值且大于欠压故障点，则引入包括P环节的闭环控制，通过闭环控制有效调节发动机的实际输出转矩T，使发电机转速维持在目标转速，从而使发电机的工作状态控制在自己的输出能力范围之内，从而避免发电机和发动机失控现象发生。
图2所示为包括P环节的闭环控制的结构图，将发电机的目标转速ξ作为输入量，将发动机的输出转矩T作为控制量，根据发动机的实际转速、当前车速(驱动电机转速)折算出发电机的实际转速(根据行星排的结构，发动机转速和驱动电机转速确定，发电机的转速即确定)，也可直接将发电机的实际转速实测值作为反馈量形成闭环控制。如果发电机的目标转速和实际值有偏差，有效调节发动机的输出转矩T，使发电机的工作状态控制在自己的输出能力范围之内，从而避免发动机失控现象发生。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，在发电机输出能力已知的情况下，通过调节发动机的输出转矩，使得发电机的实际转速与目标转速的误差为零，从而达到发动机和发电机处于动态平衡状态的目的，使得整车控制更加稳定。通过引入的闭环调节，使得对发动机的控制更加精确，整车控制效果更加稳定。
上述步骤中的4、5、和6所述内容为本发明的关键内容，通过比较发动机目标转矩Te和发电机最大输出转矩Tm的大小关系，从而决定发动机的实际输出转矩；步骤1、2和3是本发明给出的一种计算Te和Tm的具体方法，如果使用现有技术中的其他方式得到Te和Tm，也在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.一种新能源汽车发动机的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算发动机需要输出的目标转矩Te；
发动机运转过程中，计算发电机目标转速并将发电机调速至所述目标转速；确定与所述目标转速对应的发电机最大输出转矩Tm；
如果Te≥N·Tm，N为系数且0＜N≤1，并且检测到母线电压小于设定下限值，则通过闭环控制调整发动机的实际输出转矩从而调整发电机的转速保持在所述目标转速；所述闭环控制的输入量为所述目标转速，反馈量为发电机的实际转速，控制量为所述发动机的实际输出转矩；
如果Te≥N·Tm，但是检测到母线电压不小于所述设定下限值，则判断所述目标转矩Te是否大于所述最大输出转矩Tm，如果大于，则发动机输出转矩为所述最大输出转矩Tm；如果小于，则发动机的输出转矩为所述目标转矩Te。
2.根据权利要求1所述一种新能源汽车发动机的控制方法，其特征在于：根据油门踏板开度、超级电容电压值和当前车速查询三维表，计算整车需求总转矩，然后根据发动机、发电机和驱动电机的最优高效工作区分配转矩，从而计算发动机需求的所述目标转矩Te；如果发动机不需要输出转矩，则保持当前汽车运行状态不变；如果发动机需要输出转矩，但是检测到发动机的转速为零，则发电机以恒定转矩启动发动机，使发动机转速不为零。
3.根据权利要求1或2所述一种新能源汽车发动机的控制方法，其特征在于：根据当前车速和油门开度计算发动机的需求转速并折算出发电机的所述目标转速，同时调整发电机转速至所述目标转速。
4.根据权利要求3所述一种新能源汽车发动机的控制方法，其特征在于：发电机达到所述目标转速时，根据发电机当前转速和母线电压值查表发电机的外特性曲线，从而得到发电机对应转速下的所述最大输出转矩Tm。
5.根据权利要求1所述一种新能源汽车发动机的控制方法，其特征在于：如果Te＜N·Tm，则发动机输出转矩为所述目标转矩Te。
6.根据权利要求1所述一种新能源汽车发动机的控制方法，其特征在于：所述发电机的实际转速根据所述发动机的实测转速与当前车速计算得到；或者把发电机实际转速的实测值作为所述闭环控制的反馈量。
7.一种新能源汽车发动机的控制系统，其特征在于：包括检测装置和控制装置；
所述检测装置用于：检测发动机转速、发电机转速和母线电压，并将检测信息发往所述控制装置；
所述控制装置用于：计算发动机需要输出的目标转矩Te；
发动机运转过程中，计算发电机目标转速并将发电机调速至所述目标转速；确定与所述目标转速对应的发电机最大输出转矩Tm；
如果Te≥N·Tm，N为系数且0＜N≤1，并且检测到母线电压小于设定下限值，则通过闭环控制调整发动机的实际输出转矩从而调整发电机的转速保持在所述目标转速；所述闭环控制的输入量为所述目标转速，反馈量为发电机的实际转速，控制量为所述发动机的实际输出转矩；
如果Te≥N·Tm，但是检测到母线电压不小于所述设定下限值，则判断所述目标转矩Te是否大于所述最大输出转矩Tm，如果大于，则发动机输出转矩为所述最大输出转矩Tm；如果小于，则发动机的输出转矩为所述目标转矩Te。
8.根据权利要求7所述一种新能源汽车发动机的控制系统，其特征在于：所述检测装置还用于：检测油门踏板开度、当前车速和超级电容电压值，并将检测结果发往所述控制装置；
所述控制装置根据油门踏板开度、超级电容电压值和当前车速查询三维表，计算整车需求总转矩，然后根据发动机、发电机和驱动电机的最优高效工作区分配转矩，从而计算发动机需求的所述目标转矩Te；如果发动机不需要输出转矩，则保持当前汽车运行状态不变；如果发动机需要输出转矩，但是检测到发动机的转速为零，则发电机以恒定转矩启动发动机，使发动机转速达到怠速。
9.根据权利要求7或8所述一种新能源汽车发动机的控制系统，其特征在于：所述控制装置根据当前车速和油门踏板开度计算发动机的需求转速并折算出发电机的所述目标转速，同时调整发电机转速至所述目标转速。
10.根据权利要求9所述一种新能源汽车发动机的控制系统，其特征在于：发电机达到所述目标转速时，所述控制装置根据发电机当前转速和母线电压值查表发电机的外特性曲线，从而得到发电机对应转速下的所述最大输出转矩Tm。
11.根据权利要求7所述一种新能源汽车发动机的控制系统，其特征在于：如果Te＜N·Tm，则发动机输出转矩为所述目标转矩Te。
12.根据权利要求7所述一种新能源汽车发动机的控制系统，其特征在于：所述发电机的实际转速根据所述发动机的实测转速与当前车速计算得到；或者把发电机实际转速的实测值作为所述闭环控制的反馈量。
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