CN111016614B - 混合动力电动车辆系统及控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种系统，包括：车辆，该车辆具有发动机；第一电机，该第一电机机械耦接至发动机的轴；第二电机，该第二电机被配置为与第一电机结合，向车辆或发动机提供转矩；和第一控制器，该第一控制器耦接至第一电机和第二电机中的至少一个，其中该第一控制器被配置为使得第一电机和第二电机在发动机运转之前输出机械转矩以驱动发动机的轴旋转。

Description

混合动力电动车辆系统及控制方法
技术领域
本发明涉及电驱动系统，在具体实施例中，尤其涉及改进混合动力电动车辆的设计、配置和控制的创新技术。
背景技术
随着技术的进一步发展，已经开发出环保的电机电机驱动系统来代替传统的基于内燃机的车辆，以提高燃料效率并减少温室气体排放。此类电机电机驱动系统广泛用于各种节能汽车系统中，包括混合动力电动车辆、电动车辆、燃料电池电动车辆等。
近来，混合动力电动车辆已经成为用于减少温室气体排放从而符合环境和燃料消耗法规的有效且可靠的解决方案。每一混合动力电动车辆由两个或两个以上的能源提供动力：内燃机、电池组、燃料电池堆或其他类似能源。这些能源组合以有效地向混合动力电动车辆提供动力。存在好几种程度的混合。混合动力电动车辆包括插电式混合动力车辆、全混合动力车辆、轻度混合动力车辆和微混合动力车辆。本发明中的技术可以应用于所有混合动力车辆。在下面的讨论中，将使用具有发动机和电池源的系统来说明本发明的实施例。
图1示出了一种混合动力车辆的系统框图。该混合动力车辆100包括有发动机114(一般是内燃机发动机，也可以是其他形式的发动机)、起动机104、起动发电一体机(ISG)124、车辆控制单元102、发动机控制单元112和ISG控制器122。如图1所示，轴116连接于发动机114。在运行中，当发动机运转时，发动机114驱动轴116旋转。轴116机械地耦接至混合动力车辆100的车轮。
如图1所示，起动机104和ISG 124通过合适的机械耦接件耦接于轴116。机械耦接件可以是带、齿轮、链条或任何其他有效地转换机械转矩的装置。
车辆控制单元102与发动机控制单元112、和/或ISG控制器122交换各种控制指令。车辆控制单元102被配置为生成用于控制起动机104运行的控制指令。同样地，ISG控制器122与发动机控制单元112、和/或车辆控制单元102交换各种控制指令。ISG控制器122被配置为生成各种用于控制ISG 124运行的控制指令。发动机控制单元112用于控制发动机114的运行。图1所示的信息交换是单向的或双向的。例如，起动机104可以仅需要从车辆控制单元102接收指令。ISG 124可以从ISG控制器122接收信号和动力。同时，ISG 124可以将状态和反馈信息提供给ISG控制器122。可以通过诸如有线连接(wire connections)或数字总线(digital bus)等合适的通信装置来执行信息交换。数字总线可以采用控制器局域网(CAN)总线、通用串行总线(USB)等实现。
ISG 124可采用可与发动机114结合的低功率电机实现。ISG 124用于在起动和停车过程中起动和驱动车辆。此外，ISG 124可用于在低速或其他合适的运行期间驱动车辆或向车辆提供额外的转矩和动力，从而提高燃料效率并减少空气污染和燃料消耗。ISG 124由车载电池系统供电。
起动机104是采用小型车载电池组供电的低功率电机，该小型车载电池组可以是也可以不是用于ISG 124的相同电池系统。为起动机104供电的电池组的电压通常约为12V。取决于不同的应用，可以使用24V、48V或其他合适的电池组为起动机104供电。如图1所示，ISG 124和起动机104独立控制。当ISG124和起动机104由不同的电池(或电池组)供电时，可以使用dc/dc功率转换器将电池耦合在一起，并在它们之间传输电力。
在运行中，起动机104主要用于冷起动。在冷起动中，车辆已长时间停止，发动机已冷却，需要高转矩来起动。起动机104能够提供高转矩以起动发动机。ISG 124用于热起动。当车辆需要热起动(例如，在停止后不久起动——发动机较热，仅需较低的转矩来起动)时，ISG 124输出动力来起动发动机，甚至可能起动车辆。
在图1所示的系统配置中，由于ISG 124和起动机104是分开使用的，因此它们必须独立设计和操作来起动发动机。这样的系统配置导致较高的成本和较低的可靠性。ISG和起动机的协调运行有利于降低混合动力车辆的系统成本，并提高混合动力车辆的操作可靠性。
发明内容
通过本发明所提供的混合动力电动车辆的高性能实施的优选实施例，上述和其他问题总体上可得以解决或避免，并且总体上实现了技术优势。
根据一实施例，一种方法包括：将起动发电一体机(ISG)配置为在发动机运行之前为车辆提供第一机械转矩；将起动机配置为在发动机运行之前提供第二机械转矩以旋转车辆的发动机的轴；以及通过开关网络降低起动机的起动电流。
根据另一实施例，一种系统包括：车辆，该车辆具有发动机；第一电机，该第一电机机械地耦接至该发动机的轴；第二电机，该第二电机被配置为与该第一电机结合地向该车辆或该发动机提供转矩；和第一控制器，该第一控制器与该第一电机和该第二电机中的至少一个耦接，其中该第一控制器被配置为使得该第一电机和该第二电机在该发动机运转之前输出机械转矩以旋转该发动机的轴。
根据又一实施例，一种系统包括：第一电机的第一绕组和第二绕组；开关网络，包括第一开关、第二开关和二极管，其中，第一绕组耦合至电源的第一端子，第一开关耦合至该电源的第二端子，并且其中该第一绕组和该第一开关串联连接，该第二开关耦合至该电源的第一端子，第二绕组耦合至该电源的第二端子，并且其中第二绕组和第二开关串联连接，并且该二极管连接在该第一绕组和该第一开关的公共节点与该第二开关和该第二绕组的公共节点之间；和控制器，该控制器被配置为响应于转矩需求来控制该开关网络。
本发明实施例的优点是使用协同控制机制来控制混合动力电动车辆的起动机和ISG。
前文已相当广泛地概括了本发明的特征和技术优点，以便于可以更好地理解下述本发明的详细内容。下文将描述本发明的附加特征和优点，其构成本发明权利要求的主题。本领域技术人员应当理解，所公开的概念和具体实施例可以容易地用作修改或设计用于实现本发明相同目的的其他结构或过程的基础。本领域技术人员还应该认识到，此类等同构造并不脱离所附权利要求书所阐述的本发明的精神和范围。
附图说明
为了更完整地理解本发明及其优点，现在结合附图参考以下描述，其中：
图1示出了混合动力车辆的系统框图；
图2示出了根据本发明的各个实施例的混合动力电动车辆的系统框图；
图3示出了图2所示的根据本发明各个实施例的混合动力电动车辆的第一控制时序图；
图4示出了图2所示的根据本发明各个实施例的混合动力电动车辆的方法的流程图；
图5示出了根据本发明的各个实施例的另一车辆的系统框图；
图6示出了图2所示的根据本发明各个实施例的车辆的第二控制时序图；
图7示出了图2所示的根据本发明各个实施例的车辆的第三控制时序图。
图8示出了图2所示的根据本发明各个实施例的车辆的第四控制时序图；
图9示出了图2所示的根据本发明各个实施例的起动机的第一实施方式；
图10示出了图2所示的根据本发明各个实施例的起动机的第二实施方式；
图11示出了图2所示的根据本发明各个实施例的起动机的第三实施方式；
图12示出了图2所示的根据本发明各个实施例的起动机的第四实施方式；以及
图13示出了根据本发明的各个实施例的用于控制起动机的控制回路的框图。
除非另外指出，否则不同附图中的相应数字和符号通常指代相应的部分。为了清楚地示出各个实施例的相关方面而绘制附图，并且不一定按比例绘制。
具体实施方式
下面详细讨论本优选实施例的制造和使用。然而，应当理解，本发明提供了许多可于各种具体环境中实施的可应用的发明构思。所讨论的具体实施例仅仅是制造和使用本发明的示例性具体方式，并不限制本发明的范围。
本发明对具体环境中的优选实施例，即一种高性能的混合动力电动车辆进行描述。然而，本发明也可以应用于各种电动车辆。在下文中，将参考附图详细解释各种实施例。
图2示出了根据本发明的各种实施例的混合动力电动车辆的系统框图。该混合动力电动车辆200包括有发动机214、起动机204、起动发电一体机(ISG)224、车辆控制单元202、发动机控制单元212和ISG控制器222。如图2所示，轴216连接至发动机114。在运行中，当发动机214运转时，发动机214驱动轴216旋转。该轴216通常机械地耦接至混合动力电动车辆200的车轮。如图2所示，起动机204和ISG 224可以通过合适的机械耦接件耦接至轴216。机械耦接件可以采用一个或多个带、齿轮、链条或任何其他装置实现，以有效地转换机械转矩。可选地，ISG 224的机械输出可以耦接至其他部分，例如车辆的车轮以向车辆提供转矩，这实际上或多或少地等同于机械耦接于发动机的轴以提供更大的系统转矩。在本发明的图2和其他附图中，ISG 224是任何合适的能够执行电动和发电功能的电机。
与图1所示的传统配置相比，ISG 224和起动机204的运转通过协同控制机制进行协调。协同控制机制可以在诸如ISG控制器222的单个控制器中实现。在这种协同控制机制下，当ISG控制器222接收到来自发动机控制单元212和/或车辆控制单元202的起动指令时，ISG 224和起动机204几乎同时起动。下文将参照图3-4和图6-8阐述协同控制机制的详细运作原理。
在运行时，该ISG 224被控制在转矩控制模式下运行。作为在转矩控制模式下运行的结果，该ISG 224产生的机械转矩调节可以被调整为一个或一个或多个预设值。
起动机204可以在简单控制模式下运行而无需严格调节输出转矩。例如，施加到起动机204的电压或电流可以逐步增加。此外，可以通过将起动机204的绕组分成若干组来实现对起动机204的控制，每组具有若干股。每股单独供电和控制。下面将参照图9描述将起动机204的绕组分成若干组的详细实施方式。
此外，起动机204的绕组可以通过抽头电路动态地调节。通过选择不同的抽头配置，相应地控制流经起动机204的电流。下面参照图11阐述在起动机204的绕组中包括抽头电路的详细实施方式。
另外，可以将电阻器与起动机204的绕组串联以减少流经该绕组的电流，从而控制起动机204的运行。下面将参照图10对将电阻器添加到起动机204的绕组中的详细实施方式进行描述。
图3示出了图2所示的根据本发明各个实施例的混合动力电动车辆的第一控制时序图。图3的横轴表示时间间隔。有三个纵轴，第一个纵轴Y1代表由图2所示的起动机204产生的转矩，第二个纵轴Y2代表由图2所示的ISG 224产生的转矩，第三个纵轴Y3代表发动机214的状态。
在时刻T0，混合动力电动车辆开始起动。发动机214在T0和T2之间保持关机。发动机214具有一个或多个进气门和排气门。当发动机214关机时，进气门和排气门可以打开，但是不向发动机214的燃烧室喷射燃料。在时刻T2，发动机214接收到发动机起动指令。响应于该指令，进气门和排气门均关闭，并且向发动机214的燃烧室喷射燃料。发动机214在T2处开始运行。
在协同控制机制下，在T0至T1，起动机204和ISG 224均可输出机械转矩以驱动轴旋转。在T1处，起动机204响应于起动机关机指令而停止运行。ISG 224保持运行，直到在T3处接收到ISG关机指令为止。在协同控制机制下，在T0至T1，由ISG 224和起动机204产生的转矩相加，并且通过适当的机械耦接件将结合的转矩施加到车辆的发动机214的轴上。在T0至T1，车辆的起动转矩由ISG 224和起动机204分担。因此，ISG 224或起动机204都不需要输出全部的起动转矩。
具有图3所示的协同控制机制的一个优点是：将起动转矩分配到两个电机(ISG224和起动机204)有助于减小施加到这两个电机上的应力。应力减小有助于提高混合动力电动车辆的可靠性，并有助于降低ISG 224和起动机204的成本、重量和/或尺寸。
在运行中，当两个电机(ISG 224和起动机204)的其中一个发生故障时，没有故障的电机可用于单独起动车辆。在该容错控制方案下，ISG 224和起动机204在车辆起动期间形成冗余系统。冗余系统有助于进一步提高车辆的可靠性。下面将参照图4讨论操作ISG224和起动机204的容错控制方案。
图4示出了根据本申请的各种实施例的用于控制图2中所示的混合动力车辆的方法的流程图。图4所示的流程图仅是示例，其不应不适当地限制权利要求的范围。本领域普通技术人员可认识到许多变化、替代和修改。例如，可以添加、移除、替换、重新布置和重复图4所示的各个步骤。
控制方法400开始于步骤402，在步骤402中，接收到起动指令。在步骤404中，检测ISG的状态。如果ISG正常(在ISG或ISG控制器中没有发生故障)，则方法400进行到步骤406。同样在步骤404中，如果ISG不正常(在ISG或ISG控制器中发生故障)，方法400前进到步骤408。
在步骤406中，检测起动机的状态。如果起动机正常(在起动机或起动机控制器中没有发生故障)，则方法400进行到步骤410，在该处，ISG和起动机都开始运行并为车辆提供机械转矩。同样在步骤406中，如果起动机不正常(在起动机或起动机控制器中发生故障)，则方法400进行到步骤412，在该处，仅ISG为车辆提供机械转矩。
在步骤408中，检测起动机的状态。如果起动机正常，则方法400进行到步骤414，在该处，仅起动机为车辆提供机械转矩。同样在步骤408中，如果起动机不正常，则方法400进行到步骤416，在该处，起动过程失败，生成警报信号并将其发送至车辆的控制器。
图5示出了根据本发明的各种实施例的另一车辆的系统框图。图5中所示的车辆500与图2中所示的车辆相似，不同之处在于，该车辆500包括有起动机控制器206以进一步改善车辆的性能。
如上所述的协同控制机制可以在图5所示的两个单独的控制器中实现。由于具有两个单独的控制器，如图5所示，一个控制器中发生的任何故障都可以与另一个控制器隔离。
在一些实施例中，ISG控制器222和起动机控制器206根据需要可以物理地放置在一起。在一些实施例中，起动机控制器206可以非常简单。起动机控制器206可采用粗调压器(rough voltage regulator)实现，其可以输出一些不同的电压数值。可选地，起动机控制器206可以采用用于控制直流电机(起动机)的励磁绕组(field winding)的低功率调节器实现。此外，起动机控制器206可以是用于重新配置起动机204的励磁绕组或电枢绕组(armature winding)的一个或多个继电器或接触器。例如，通过布置一个或多个继电器或接触器，起动机控制器206可以将电阻器与绕组连接以限制流经绕组的电流。在这种情况下，用于起动车辆的指令信号可以从车辆控制单元202或发动机控制元212被发送到ISG控制器222和起动机控制器206两者，该指令信号包括ISG 224的参考转矩和/或起动机204的转矩水平。
在运行中，通过应用上面图2-5所描述的协同控制机制，已经减轻了每个电机的起动负荷。由于起动负荷降低，可以基于高速运行的要求来设计ISG 224，从而改进各种性能指标，例如转矩提升(torque boosting)、再生制动等。改进的性能指标导致更好的系统性能和更好的性能/成本折衷。例如，可以减小ISG 224的尺寸、重量和成本，同时改进车辆的燃料效率。
此外，该协同控制机制中发动机控制功能也可以进行调整，以通过在起动过程的初始阶段减小来自发动机的机械阻力而实现更容易的起动。例如，为了减小或消除气缸中发动机的冲程阻力，发动机的进气门和/或排气门可以在起动过程的第一阶段或低速运行期间打开。由于发动机的进气门和/或排气门是打开的，因此发动机不运转，并且发动机可以保持在这种低阻力的“空运转”模式，直到需要点火以输出机械转矩为止。
在运行中，当起动机204停止并将其负载转移到ISG 224时，可以控制ISG224接收负载，并在负载从起动机204转移到ISG 224后的短时间内将速度保持近似恒定。这样的平滑过渡有助于减少起动机204停止的影响。该负载转移过程短且平稳，因此乘客不会感觉到这种过渡。为了实现这种平稳过渡，在起动机停止后的短时间内，可以控制ISG 224以恒速模式运行。可选地，可以修改ISG的参考转矩，以便通过使来自ISG 224和起动机204的总转矩保持大致相同来维持基本恒定的速度。
图6示出了图2所示的根据本发明各种实施例的车辆的第二控制时序图。除了在起动机204的起动时间和ISG 224的起动时间之间存在延迟之外，图6所示的控制时序图与图3所示的控制时序图类似。更具体地，起动机204在T0处开始运行。在预定延迟之后，ISG 224开始运行。具有图6所示的延迟的一个优点是该延迟可以用作控制变量以进一步改善车辆的运行。
图7示出了图2所示的根据本发明各种实施例的车辆的第三控制时序图。除了在起动机204的起动时间和ISG 224的起动时间之间存在延迟之外，图7所示的控制时序图与图3所示的控制时序图类似。更具体地，ISG 224在T0处开始运行。在预定延迟之后，起动机204开始运行。具有图7所示的延迟的一个优点是该延迟可以用作控制变量以进一步改善车辆的运行。
图8示出了图2所示的根据本发明各种实施例的车辆的第四控制时序图。除了ISG224、起动机204和发动机214同时运行以形成转矩增强器(torque booster)之外，图8所示的控制时序图与图3所示的控制时序图类似。在T0至T2，发动机214运转。如图8所示，在T0至T1，ISG 224、起动机204和发动机214同时运转。
在正常的车辆起动过程中，当起动之后，起动机204在短时间(如几秒钟)内停机。ISG 224可以继续运转更长一段时间，并且在车辆不需要由ISG 224产生的转矩时停止运行。当车辆在运行过程中需要更大的转矩(转矩提升)时，则ISG可以再次起动。可选地，可以控制起动机204运行更长一段时间以独立地提供转矩提升。此外，如图8所示，ISG 224和起动机204可以共同工作以提供额外的转矩。
应当注意的是，起动机204被设计为具有有限的热容量。同样地，ISG 224也可以设计为具有有限的热容量。这样，在转矩提升过程中，起动机204和/或ISG 224的转矩输出应被限制为预设值或根据诸如机器温度、环境温度等不同的运行条件进行调节。可选地，ISG224可以被设计为运行更长一段时间并且独立于发动机运行。例如，当车辆的运行不需要高转矩时，在特定运行模式下可以仅由ISG电机提供转矩。这种纯电动运行有利于实现良好的能量效率。
应当注意的是，ISG 224还需要为车辆的电池充电。ISG 224可以运行于两种不同的运行模式，即电机(电动)模式和发电机(发电)模式。ISG 224可用于从车辆中回收机械能。另一方面，起动机204可以不需要在发电机模式下工作，这可以用来简化和改善起动机204的控制。
根据上述协同控制方案，与由标准控制方案控制的起动机相比，起动机204的使用频率更高。为了具有可靠的系统，重要的是减小起动机元件上的应力(例如电流应力)。
在一些实施例中，起动机204可采用用于低速运行的直流电机实现。直流电机具有电枢绕组。如果直流电机中未使用永磁体，则起动机204也具有励磁绕组。下面以具有电枢绕组和励磁绕组的起动机为例。传统上，起动机被设计为在起动(例如，从近似等于零的速度起动)时产生高转矩。起动机可以仅在从几分之一秒到几秒钟的短时间范围内工作。在起动操作期间，对起动机施加最大电池电压(例如12V)。如果在运行期间可以降低电枢绕组和/或励磁绕组中的电流，则可以显著改善起动机的可靠性和使用寿命。下面图9～12示出了用于降低起动机的电枢绕组和/或励磁绕组中电流的各种结构和控制方法。
图9示出了图2所示的根据本发明各种实施例的起动机的第一实施方式。起动机900的绕组分为若干组(G1、G2、…、Gn)，每组包含一股或多股。每一组包括有一与对应的一股或多股串联连接的开关。如图9所示，一个或多个组并联连接于起动机900的两个端子之间。起动机900的两个端子施加有直流电压Vw。
在运行时，可以通过控制开关(S1、S2、...、Sn)的开/关来分别对图9所示的每个组进行控制和供电。当起动过程需要减小流经起动机900的电流时，关断一些开关而只为部分组供电。开关可采用合适的开关设备实现，例如继电器、接触器、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)、绝缘栅双极型晶体管(IGBTs)、它们的任意组合等。
图10示出了图2所示的根据本发明各种实施例的起动机的第二实施方式。该起动机1000包括有绕组W1、电阻器R1和开关S1。电阻器R1与绕组W1串联连接。开关S1与电阻器R1并联连接。
在车辆起动期间，当需要减小电流时，断开开关S1。电阻器R1帮助减小流经绕组W1的电流。图10所示的绕组结构对于在起动过程开始时就经受高电流的电枢绕组非常有用。电阻器R1可以采用温度或频率敏感装置实现，例如负温度系数热敏电阻。
在运行时，当需要高起动转矩时(例如，在冷起动或起动机单独起动中)，可以从起动开始时就闭合开关S1。通过旁路掉电阻器R1，可提供大电流和相应的高转矩。另一方面，如果可以减小来自起动机的起动转矩(例如，在起动机和ISG协同起动中)，则在起动开始时，断开开关S1。电阻器R1减小流经绕组W1的电流。在预定持续时间之后，开关S1可以闭合以降低功率损耗。
图11示出了图2所示的根据本发明各种实施例的起动机的第三实施方式。起动机1100的绕组具有不同的抽头。该抽头用作选择器。通过配置图11所示的开关S1和S2的开/关，会有不同的绕组电流流经绕组(G1、G2和G3)。抽头可以耦合至多掷开关或一个或多个单掷开关并由其控制。图11示出的起动机1100包括两个抽头T1和T2。通过控制开关S1和S2的接通和断开，可以相应地调节流经起动机1100的电流。
图12示出了图2所示的根据本发明各种实施例的起动机的第四实施方式。起动机1200的绕组可以分为若干组(每组包含一股或多股)。布置开关以改变组的配置(组的串联或并联)。图12示出了具有两组(G1和G2)的起动机绕组的示例。当开关S1闭合时，组G1被激活。当开关S2闭合时，组G2被激活。当两个开关均闭合时，组G1和G2均被激活，并且组G1和G2并联连接。当S1和S2均断开时，组G1和G2均被激活，但组G1和G2通过二极管D1串联连接，导致高电阻/小电流模式。
请注意，开关S1和S2可以集成到一个开关中(带有两组触点)。此外，开关S1和S2可以由一个信号控制。这样，控制开关可以导致不同的电流流经绕组。例如，如果绕组是起动机的电枢绕组，则在起动时所需的转矩非常高或起动机高速运行时，可以激活组G1和G2并将其并联。当来自起动机的起动转矩较低时，仅激活其中一组。此外，为了减小绕组中的电流，如果需要低转矩，可以将G1和G2串联连接。
励磁绕组和电枢绕组的连接可以通过这样的开关网络控制。当需要较低的电流(进而较低的转矩)时，可以将励磁绕组与电枢绕组串联。当需要较高的电流(进而更高的转矩)时，可以将励磁绕组与电枢绕组并联。图12所示的配置可用于此目的。在此应用中，G1和G2中的一个是励磁绕组，另一个是电枢绕组。
应该注意的是，图9-12中所示的技术可以应用于起动机的电枢绕组和励磁绕组两者，也可以结合使用以改进起动机的设计。
在运行中，在某些应用中可能需要使起动机以较高的速度运行以提供转矩提升。为了降低功率损耗和车辆成本，最好控制励磁绕组电流来实现对起动机的粗略转矩控制。通常，在较高的速度下应减小励磁电流，但应将其保持在适当的值，从而使电枢电流合理地保持低值并产生足够的转矩，同时减小功率损耗和起动机内部的应力。可以由功率转换器通过监控电枢电流并将其限制在可接受的值来控制流经励磁绕组的电流。下面的图13说明了控制流经励磁绕组的电流的细节。
图13示出了根据本发明各种实施例的用于控制起动机的控制回路的框图。如图13所示，在第一加法器1310处将电枢电流Ia与预设电枢电流基准Ia_ref进行比较。Ia和Ia_ref之间的差值被馈送至电枢电流调节器1314。电枢电流调节器1314生成励磁电流基准If_ref。在第二加法器1308处将励磁电流If和励磁电流基准If_ref进行比较。If和If_ref之间的差值被馈送至励磁电流调节器1306。在第三加法器1304处将励磁电流调节器1306的输出和预设的If进行比较。第三加法器1304的输出用于通过功率转换器1312而控制流经励磁绕组的电流。
请注意，可以在电枢绕组中增加一个可选的二极管D1，这样即使在运行速度下励磁电流过高，电枢绕组电流也不会为负。该二极管有助于保护系统并改善系统性能。图13所示的框图允许功率转换器1312被设计为在转矩提升开始时或瞬变时输出相对较高的励磁绕组电流，从而电枢电流始终从低值或零开始，这有助于降低浪涌电流，从而实现起动机的软起动。
功率转换器1312可以是线性调节器、开关调节器或其任意组合。由于励磁绕组的额定功率低于电枢绕组的额定功率，因此该调节器增加的成本相对较低。根据各种运行条件和目的，例如环境/定子/控制器的温度、功率损耗、电池电压、起动机的期望转矩等，考虑到发动机的转速和起动机的期望转矩来确定电枢电流基准Ia_ref。
电枢电流调节器1314获取该基准和实际或估计的电枢电流Ia的输入，并输出励磁电流基准If_ref，然后励磁电流调节器尝试将励磁电流控制为期望值。由于为了简化控制，励磁绕组可以在稳态运行中被建模为电阻器，故而可以通过测量实际的励磁绕组电流If或通过根据励磁绕组电压Vf估算励磁绕组电流来获取励磁电流反馈。
根据发动机的转速、电池电压、和/或起动机的期望转矩来确定励磁绕组电流的预设值，以确保在起动开始时未启用闭环反馈回路控制时存在合适的励磁电流，使得电枢电流从零或较低的值开始，以避免高浪涌电流。
尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但是应当理解，在不脱离所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种改变、替换和变更。
此外，本申请的范围不旨在限于说明书中描述的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。如本领域的普通技术人员将从本发明的公开内容中容易地理解的是，根据本发明可以使用目前存在或以后将要开发的，执行与本文描述的相应实施例基本相同功能或达到基本相同的效果的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在在其范围内包括此类过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。

Claims (9)

1.一种混合动力电动车辆系统的控制方法，包括有：
将起动发电一体机(ISG)配置为在发动机运转之前为车辆提供第一机械转矩；
将起动机配置为在所述发动机运转之前提供第二机械转矩以驱动所述车辆的所述发动机的轴旋转；和
通过开关网络减小所述起动机的起动电流；
将所述ISG和所述起动机配置为其中一个先于另一个起动；
当起动机停止并将负载转移到ISG时，控制ISG接收负载，并在负载从起动机转移到ISG后将速度保持恒定；在正常的车辆起动过程中，当起动之后，起动机停机，ISG可以继续运转更长一段时间，并且在车辆不需要由ISG产生的转矩时停止运行，当车辆在运行过程中需要转矩时，则ISG可以再次起动以提供需要的转矩。
2.根据权利要求1所述的混合动力电动车辆系统的控制方法，还包括：
在所述发动机起动之前，控制所述发动机使其具有较低的机械阻力。
3.根据权利要求1所述的混合动力电动车辆系统的控制方法，其中：
所述起动机的绕组分为若干组，其中每个组与一个开关串联。
4.根据权利要求1所述的混合动力电动车辆系统的控制方法，其中：
所述起动机包括第一绕组和第二绕组；
所述开关网络包括第一开关、第二开关和二极管，其中：
所述第一绕组耦合至电源的第一端子，所述第一开关耦合至所述电源的第二端子，并且所述第一开关与所述第一绕组串联连接；
所述第二开关耦合至所述电源的所述第一端子，所述第二绕组耦合至所述电源的所述第二端子，所述第二开关与所述第二绕组串联连接；及
所述二极管连接在所述第一绕组和所述第一开关的公共节点与所述第二开关和所述第二绕组的公共节点之间。
5.一种混合动力电动车辆系统，包括有：
车辆，其具有发动机；
第一电机，其机械耦接于所述发动机的轴；
第二电机，其被配置为与所述第一电机结合而向所述车辆或所述发动机提供转矩；及
第一控制器，其耦接至所述第一电机和所述第二电机中的至少一个，其中，所述第一控制器被配置为使得所述第一电机和所述第二电机在所述发动机运转之前输出机械转矩以驱动所述发动机的所述轴旋转；
将第一电机和第二电机配置为其中一个先于另一个起动；
当起动机停止并将负载转移到第一电机时，控制第一电机接收负载，并在负载从起动机转移到第一电机后将速度保持恒定；在正常的车辆起动过程中，当起动之后，起动机停机，第一电机可以继续运转更长一段时间，并且在车辆不需要由第一电机产生的转矩时停止运行，当车辆在运行过程中需要转矩时，则第一电机可以再次起动，以提供需要的转矩。
6.如权利要求5所述的混合动力电动车辆系统，进一步包括有：
功率转换器，其耦合至励磁绕组，其中，所述功率转换器被控制为调节所述第一电机的电枢绕组中的电流，且，所述电枢绕组被配置为使其具有低的浪涌电流。
7.一种混合动力电动车辆系统，包括有：
第一电机的第一绕组和第二绕组；
开关网络，包括有第一开关、第二开关及二极管，其中：
所述第一绕组耦合于电源的第一端子，所述第一开关耦合于所述电源的第二端子，且其中所述第一绕组与所述第一开关串联连接；
所述第二开关耦合于所述电源的所述第一端子，所述第二绕组耦合于所述电源的所述第二端子，且其中所述第二绕组和所述第二开关串联连接；及
所述二极管连接于所述第一绕组和第一开关的公共节点与所述第二开关和第二绕组的公共节点之间；及
控制器，其被配置为响应于转矩需求而控制所述开关网络。
8.如权利要求7所示的混合动力电动车辆系统，进一步包括有：
发动机；及
第二电机，其中，所述控制器被配置为控制所述第一电机和第二电机输出转矩以起动所述发动机。
9.如权利要求8所述的混合动力电动车辆系统，其中：
在所述发动机起动后，所述第一电机和第二电机均被配置为输出转矩以驱动车辆。
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