CN111502884B - 一种bsg起动助力系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BSG起动助力系统及方法，涉及汽车控制技术领域，该系统包括：起动控制器，设置于整车控制器EECU或发动机控制器VECU内，起动控制器用于在接收到起动命令时，检测环境温度，并向起动继电器发送吸合命令；起动机，用于在起动继电器吸合后，起动发动机；电机控制器，设置于皮带传动启动/发电一体化电机BSG内；当环境温度小于温度阈值时，起动控制器还用于在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间，然后向电机控制器发送起动控制命令；电机控制器用于响应起动控制命令，控制BSG辅助起动发动机。本发明，可有效提高中重卡的低温起动性能，解决中重卡冬季难以启动的问题，减少对卡车润滑系统及电池的预热工作。

Description

一种BSG起动助力系统及方法

技术领域

本发明涉及汽车控制技术领域，具体涉及一种BSG起动助力系统及方法。

背景技术

目前，汽车在冬季或寒区存在难以起动的现况，一是因为冬季气候寒冷，环境温度低，机油粘度增大，各运动机件的摩擦阻力增加；二是因为电池低温时放电能力变差，放出的电量也不多。因此，提高汽车的低温起动性能一直是行业亟需解决的问题。

相关技术中，主要的解决方案有以下几点：一是提高电池的容量，同样放电倍率的电池可以输出更高的电流，进而提高电池的起动性能；二是对电池等起动燃油系统部件进行预热，提高电池的放电性能；三是利用BSG(Belt-Driven Starter Generator，皮带传动启动/发电一体化电机)替代原有起动机和发电机，实现起发电机一体化，同时BSG的功率比原有起动机大，可改善起动困难问题。

但是，对于增大电池的容量、以及对电池等起动燃油系统部件进行预热，存在如下缺点，第一，电池容量的增加，提高了客户的成本；第二，预热大幅增加整车电量损耗，蓄电池寿命降低。对于利用BSG替代原有起动机和发电机，由于BSG目前只能在乘用车市场应用，尽管安装到卡车上，因为卡车的发动机功率过大，所需的起动扭矩过大，BSG无法起动卡车发动机，因此，在目前商用车领域，无法有效应用BSG。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种BSG起动助力系统及方法，有效提高了中重卡的低温起动性能。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：一种BSG起动助力系统，其包括：

起动控制器，其设置于整车控制器EECU或发动机控制器VECU内，上述起动控制器用于在接收到起动命令时，检测环境温度，并向起动继电器发送吸合命令；

起动机，其用于在上述起动继电器吸合后，起动发动机；

电机控制器，其设置于皮带传动启动/发电一体化电机BSG内；

当环境温度小于温度阈值时，上述起动控制器还用于在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间，然后向电机控制器发送起动控制命令；上述电机控制器用于响应上述起动控制命令，控制上述BSG辅助起动发动机。

在上述技术方案的基础上，上述起动机起动发动机的时间段包括尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段；

上述BSG的起动时间处于上述第一拖动时间段的前10％时间段内。

在上述技术方案的基础上，还包括：

48V电源，其与上述电机控制器连接，用于为BSG供电；

ACDC逆变器，其分别与上述电机控制器和48V电源连接，上述电机控制器还控制上述ACDC逆变器为48V电源充电。

在上述技术方案的基础上，上述起动控制器还用于判断车辆是否满足起动条件；若满足，则用于检测环境温度，否则，用于发出提示信息；

上述起动条件包括：变速箱处于空挡，且手刹处于放下状态。

在上述技术方案的基础上，上述BSG通过皮带连接上述发动机的曲轴小轮。

本发明还提供一种BSG起动助力方法，其包括步骤：

当起动控制器接收到起动命令时，检测环境温度，然后向起动继电器发送吸合命令；

起动机在上述起动继电器吸合后起动发动机；

若环境温度小于温度阈值时，上述起动控制器在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间，然后向电机控制器发送起动控制命令；上述电机控制器响应上述起动控制命令，控制上述BSG辅助起动发动机。

在上述技术方案的基础上，上述起动机起动发动机的时间段包括尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段；

上述BSG的起动时间处于上述第一拖动时间段的前10％时间段内。

在上述技术方案的基础上，当起动控制器接收到起动命令时，还包括判断车辆是否满足起动条件；

若满足，则检测环境温度，否则，发出提示信息；

上述起动条件包括：变速箱处于空挡，且手刹处于放下状态；

当车辆不满足起动条件时，上述起动控制器发出提示信息。

在上述技术方案的基础上，上述电机控制器控制上述BSG以恒扭矩模式运行。

在上述技术方案的基础上，当上述BSG起动时，上述BSG通过皮带带动曲轴小轮转动，进而拖动上述发动机。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的BSG起动助力系统，由于起动控制器可检测环境，且在环境温度小于温度阈值时，起动控制器可在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间，然后再向电机控制器发送起动控制命令，使电机控制器控制BSG辅助起动发动机，因此，可有效提高中重卡的低温起动性能，解决了中重卡冬季难以启动的问题，也减少对卡车润滑系统及电池的预热工作。

附图说明

图1为本发明实施例提供的BSG起动助力系统的结构框图；

图2为本发明实施例提供的起动机起动发动机的起动电压和起动电流的波形图；

图3为本发明实施例提供的BSG扭矩曲线；

图4为本发明实施例提供的BSG起动助力方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1所示，本发明实施例提供一种BSG起动助力系统，该系统包括起动控制器、起动机和电机控制器。

起动控制器设置在整车控制器EECU或发动机控制器VECU内，上述起动控制器用于在接收到起动命令时，检测环境温度，并向起动继电器发送吸合命令。

起动机用于在上述起动继电器接到吸合命令并吸合后，起动发动机。本实施例中，起动机可为原车起动机，也可是根据匹配试验降低功率要求后的起动机，以便于降低整车成本。

电机控制器设置于BSG内。当环境温度小于温度阈值时，上述起动控制器还用于在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间，然后再向电机控制器发送起动控制命令；上述电机控制器用于响应上述起动控制命令，控制上述BSG辅助起动发动机。优选地，本实施例的温度阈值为0℃。

可选地，上述BSG的起动功率在5-12KW，BSG的起动扭矩在20-80Nm。

本实施例的BSG起动助力系统，由于起动控制器可检测环境，且在环境温度小于温度阈值时，起动控制器可在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间后，再向电机控制器发送起动控制命令，使电机控制器控制BSG辅助起动发动机，因此，可有效提高中重卡的低温起动性能，解决了中重卡冬季难以启动的问题，也减少对卡车润滑系统及电池的预热工作。

本实施例中，发动机起动阶段按照输出至起动机的电流变化进行分段，起动机起动发动机的起动电压波形和起动电流波形如图2所示，上方的电压跌落波形与下方的整车24V蓄电池电流输出波形相对应。起动机起动发动机的时间段包括尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段，对应输出电流的尖峰阶段、第一拖动阶段和第二拖动阶段。上述尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段由起动机起动发动机的机械特性和起动机自身的电机特性决定。

第一拖动阶段是从尖峰阶段脉冲下降至50％电流幅值起，此时起动机拖动发动机，发动机开始喷油但还没有点火成功，到发动机转速超过起动机驱动齿轮，此时曲轴连杆阻力较大，起动机收到往复性波动阻力，故起动电流为波浪振荡状态，到最后一个波峰下降后为止。

第二拖动阶段从发动机点火成功开始，此时发动机依靠自身的工作循环，曲轴连杆已经能够自动作，只是转速还没有起动机的驱动齿轮快，故此时电流曲线为上一阶段后的一段幅值逐渐降低的平滑曲线在降为0之前的部分。

发动机能否起动成功取决于：1、当输出电流达到尖峰阶段之后，起动机的动力矩能否克服发动机的起动阻力进入第一拖动阶段；2、在第一拖动阶段时，发动机能否达到足够的转速进入第二拖动阶段。当二者都满足时，发动机才能成功点火起动。

从起动过程上来看，由于起动一瞬间的功率消耗极大，然后因蓄电池能量下降，该BSG的功率输出能力反而不强，因此，若在起动电流的尖峰阶段增加BSG的起动功率，则BSG的贡献度最差。

本实施例中，通过起动控制器等待预设时间后向电机控制器发送起动控制命令，即可使上述BSG的起动时间处于第一拖动时间段的前10％时间段内，以便于在发动机开始转动而起动机扭矩开始衰减时，通过增加BSG的起动扭矩辅助发动机起动，实现在不同时间段，起动机力矩和BSG力矩在动力驱动方面的耦合，以达到事半功倍的效果。可选地，上述BSG的起动时间点可标定。

可选地，上述预设时间包括第一时间段和第二时间段，第一时间段为：起动控制器发送吸合命令后到尖峰时间段初始时刻的时间；第二时间段为：尖峰时间段初始时刻到起动控制器发送起动控制命令的时间。

参见图3所示，上述BSG在起动阶段以恒扭矩模式运行，其扭矩曲线以台架标定值map图为标定值，在转速阶跃过程中，可实现以最快响应速度提升到当前尽可能大的扭矩值，进而实现与起动机扭矩在发动机上相耦合。

本实施例中，上述系统还包括48V电源和ACDC逆变器。

上述48V电源与上述电机控制器连接，用于向BSG供电。48V电源的容量为8-150AH。可选地，48V电源为48V锂电池、48V AGM电池或48V铅酸电池。可选地，48V电源布置在卡车的底盘上。

上述ACDC逆变器分别与上述电机控制器和48V电源连接。ACDC逆变器也设置于BSG内。电机控制器还控制ACDC逆变器为48V电源充电。

进一步地，上述起动控制器在接收到起动命令时，还用于判断车辆是否满足起动条件；若满足，则检测环境温度，否则，发出提示信息以提醒驾驶者。

上述起动条件包括：变速箱处于空挡，且手刹处于放下状态。

本实施例中，上述BSG布置在发动机轮系中，通过皮带连接上述发动机的曲轴小轮，对发动机进行动力输出，进而实现与起动机进行动力耦合。

本实施例中，48V电源为48V/20AH锂电池，BSG的功率为5KW，起动扭矩为20Nm，BSG通过皮带连接在曲轴小轮上，环境温度为-10℃，BSG和起动机共同工作，实现发动机起动。

在其他实施例中，48V电源为48V/40AH锂电池，BSG的功率为10KW，起动扭矩为50Nm，BSG通过皮带连接在曲轴小轮上，环境温度为-10℃，BSG电机和起动机共同工作，实现发电机起动。

本发明实施例还提供一种BSG起动助力方法，其包括步骤：

当起动控制器接收到起动命令时，检测环境温度，然后在车辆满足起动条件时向起动继电器发送吸合命令，起动继电器响应吸合命令吸合。

起动机在上述起动继电器吸合后通电并起动发动机。可选地，温度阈值为0℃。

若环境温度小于温度阈值时，上述起动控制器在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间，然向电机控制器发送起动控制命令；上述电机控制器响应上述起动控制命令，控制上述BSG辅助起动发动机。

本实施例中，上述起动机起动发动机的时间段包括尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段。

上述BSG的起动时间处于第一拖动时间段的前10％时间段内。

进一步地，当起动控制器接收到起动命令时，还包括判断车辆是否满足起动条件。若满足，则检测环境温度，若车辆不满足起动条件，则发出提示信息以提醒驾驶者。

上述起动条件包括：变速箱处于空挡，且手刹处于放下状态。

本实施例中，当上述BSG起动时，上述BSG通过皮带带动曲轴小轮转动，进而拖动上述发动机。

具体地，当点火锁打到起动档，start档位信息会通过信号线(CAN线或硬线)输入起动控制器。在起动控制器向起动继电器发出控制信号之后，经过预设时间t，起动控制器再发出总线报文给电机控制器MCU，MCU控制BSG以恒扭矩模式运转。其中，预设时间t可通过标定设定，直接以时间控制BSG的驱动起始点，使其动作起始点落在第一拖动阶段的前部。

进一步地，可根据原型车发动机和起动机的台架匹配试验，得到尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段的时间范围。本实施例中，尖峰时间段在0-20ms左右，第一拖动时间段在20-1000ms左右。相应的，预设时间在50-100ms之间，以便于该BSG辅助起动机起动。

参见图4所示，本实施例的BSG起动助力方法具体包括：

A1.起动控制器检测到钥匙拧动到start挡位的信息后，判断车辆是否具备起动条件，若是，则转向A3，否则，转向A2；

A2.起动控制器发出提示信息，并结束起动。

A3.起动控制器判断环境温度是否大于或等于0℃，若是，则转向A4，否则，转向A5；

A4.起动控制器向起动继电器发送吸合命令，起动机在起动继电器吸合后起动发动机。

A5.起动控制器向起动继电器发送吸合命令，然后等待预设时间后，向电机控制器发送起动控制命令；

A6.起动机在起动继电器吸合后起动发动机，电机控制器响应起动控制命令，控制BSG辅助起动发动机。

本实施例的BSG起动助力方法，适用于上述各BSG起动助力系统，其打破了BSG无法在商用车上应用的现状，提高了中重卡的低温起动性能，还可减少对中重卡发动机和起动系统的损伤。

本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种BSG起动助力系统，其特征在于，其包括：

起动控制器，其设置于整车控制器EECU或发动机控制器VECU内，所述起动控制器用于在接收到起动命令时，检测环境温度，并向起动继电器发送吸合命令；

起动机，其用于在所述起动继电器吸合后，起动发动机；

电机控制器，其设置于皮带传动启动/发电一体化电机BSG内；

当环境温度小于温度阈值时，所述起动控制器还用于在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间，然后向电机控制器发送起动控制命令；所述电机控制器用于响应所述起动控制命令，控制所述BSG辅助起动发动机；

所述起动机起动发动机的时间段包括尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段；

所述BSG的起动时间处于所述第一拖动时间段的前10％时间段内；

所述起动机起动发动机的尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段，分别对应输出电流的尖峰阶段、第一拖动阶段和第二拖动阶段。

2.如权利要求1所述的BSG起动助力系统，其特征在于，还包括：

48V电源，其与所述电机控制器连接，用于为BSG供电；

ACDC逆变器，其分别与所述电机控制器和48V电源连接，所述电机控制器还控制所述ACDC逆变器为48V电源充电。

3.如权利要求1所述的BSG起动助力系统，其特征在于，所述起动控制器还用于判断车辆是否满足起动条件；若满足，则用于检测环境温度，否则，用于发出提示信息；

所述起动条件包括：变速箱处于空挡，且手刹处于放下状态。

4.如权利要求1所述的BSG起动助力系统，其特征在于：所述BSG通过皮带连接所述发动机的曲轴小轮。

5.一种BSG起动助力方法，其特征在于，其包括步骤：

当起动控制器接收到起动命令时，检测环境温度，然后向起动继电器发送吸合命令；

起动机在所述起动继电器吸合后起动发动机；

若环境温度小于温度阈值时，所述起动控制器在向起动继电器发送吸合命令后，等待预设时间，然后向电机控制器发送起动控制命令；所述电机控制器响应所述起动控制命令，控制所述BSG辅助起动发动机；

所述起动机起动发动机的时间段包括尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段；

所述BSG的起动时间处于所述第一拖动时间段的前10％时间段内；

所述起动机起动发动机的尖峰时间段、第一拖动时间段和第二拖动时间段，分别对应输出电流的尖峰阶段、第一拖动阶段和第二拖动阶段。

6.如权利要求5所述的BSG起动助力方法，其特征在于，当起动控制器接收到起动命令时，还包括判断车辆是否满足起动条件；

若满足，则检测环境温度，否则，发出提示信息；

所述起动条件包括：变速箱处于空挡，且手刹处于放下状态；

当车辆不满足起动条件时，所述起动控制器发出提示信息。

7.如权利要求6所述的BSG起动助力方法，其特征在于：所述电机控制器控制所述BSG以恒扭矩模式运行。

8.如权利要求5所述的BSG起动助力方法，其特征在于：当所述BSG起动时，所述BSG通过皮带带动曲轴小轮转动，进而拖动所述发动机。

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