CN112319245A - 增程器及其控制发电方法 - Google Patents

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CN112319245A CN202010666975.3A CN202010666975A CN112319245A CN 112319245 A CN112319245 A CN 112319245A CN 202010666975 A CN202010666975 A CN 202010666975A CN 112319245 A CN112319245 A CN 112319245A
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Abstract

本发明提供一种增程器，包括转速扭矩解耦模块、NT/TN两种控制模式选择模块、多种模式驾驶选择模块和一般/快速升降功率模式选择模块；多种模式驾驶选择模块、转速扭矩解耦模块一般/快速升降功率模式选择模块、NT/TN两种控制模式选择模块依次信号连接。本发明还提供一种增程器控制发电方法，本发明具有恒功率/恒电压/多点/功率跟随发电模式，发电模式多样性；NT(扭矩/转速)、TN(转速/扭矩)两种控制模式；升降功率平顺性。本发明永磁同步增程器控制器(RCU)兼容发动机转速‑发电机扭矩(NT)控制模式，和发动机扭矩‑发电机转速(TN)控制模式，应用范围更加广泛，为客户提供了更多的选择可能。

Description

增程器及其控制发电方法
技术领域
本发明涉及增程器，具体涉及一种增程器及其控制发电方法。
背景技术
增程器是用于混合动力电动汽车上的发电装置，增程器内部有一套独立的发电系统，该发电系统通过汽油机带动活塞运动，活塞带动曲柄连杆机构带动发电机转动，从而将汽油的化学能转化为机械能再转化为电能。
现有的增程器存在以下缺点：
1、工作方式单一，如恒功率点工作；
2、升降功率是有凸起，功率切换有凸起不平顺；
3、控制模式单一，NT(扭矩/转速)一种模式。
因此，需要对现有技术进行改进。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种高效的增程器及其控制发电方法
为解决上述技术问题，本发明提供一种增程器，包括转速扭矩解耦模块、NT/TN两种控制模式选择模块、多种模式驾驶选择模块和一般/快速升降功率模式选择模块；
多种模式驾驶选择模块、转速扭矩解耦模块一般/快速升降功率模式选择模块、NT/TN两种控制模式选择模块依次信号连接。
作为对本发明增程器的改进：
多种模式驾驶选择模块用于选择驾驶模式，驾驶模式包括normal模式、ECO模式和sport模式；
转速扭矩解耦模块用于解耦机械功率REPwrSet得到转速请求和扭矩请求；
一般/快速升降功率模块用于对目标转速、目标扭矩进行一阶惯性环节的处理，使得目标值较为缓慢响应；
NT/TN两种控制模式选择模块用于选择控制模式，控制模式包括NT模式和TN模式；
NT模式下，发动机转速-电机扭矩，将解耦之后目标转速发送给发动机，目标扭矩发送给电机；同时让发动机以转速控制模式运行，让电机以扭矩控制模式运行；
TN模式下，发动机扭矩-电机转速，将解耦之后目标转速发送给电机，目标扭矩发送给发动机；同时让电机以转速控制模式运行，让发动机以扭矩控制模式运行。
作为对本发明增程器的进一步改进：
转速扭矩解耦模块中设有高原修正模块，高原修正模块用于根据大气压力信号AtmPre修正转速扭矩。
本发明还提供一种增程器控制发电方法，包括以下步骤：
1)、VCU将驾驶信号发送给多种模式驾驶选择模块，多种模式驾驶选择模块根据驾驶信号选择驾驶模式，并发送给转速扭矩解耦模块；
2)、VCU发送目标机械功率REPwrSet到转速扭矩解耦模块，转速扭矩解耦模块根据目标机械功率REPwrSet和驾驶模式，经解耦得到修正前的转速请求SpdReq_pre和扭矩请求TrqReq_pre，并发送给高原修正模块；
3)、VCU发送大气压力信号AtmPre到高原修正模块，VCU发送大气压力信号AtmPre到高原修正模块，高原修正模块根据大气压力信号AtmPre得到大气压力修正系数，再根据大气压力修正系数、修正前的转速请求SpdReq_pre和扭矩请求TrqReq_pre，得到目标扭矩TrqReq和目标转速SpdReq，并作为扭矩前值ISGTrqCmd_pre和转速前值ISGSpdCmd_pre发送给一般/快速升降功率模块；
4)、VCU发送快升快降指令FastPowerRep到一般/快速升降功率模块；一般/快速升降功率模块根据快升快降指令FastPowerRep启动正常模式或者快升/快降模式，对快升快降指令FastPowerRep做信号合并处理，再根据合并处理后的快升快降指令FastPowerRep对扭矩前值ISGTrqCmd_pre和转速前值ISGSpdCmd_pre进行滤波处理，使响应曲线更加平滑，得到扭矩值ISGTrqCmd和转速值ISGSpdCmd；
5)、VCU下发模式选择指令RECtriMode发送到NT/TN两种控制模式选择模块，NT/TN两种控制模式选择模块根据模式选择指令RECtriMode启动发动机转速-电机扭矩模块或者发动机扭矩-电机转速模块；发动机转速-电机扭矩模块或者发动机扭矩-电机转速模块接收目标扭矩TrqReq和目标转速SpdReq；
GCU及ECU将增程器当前扭矩值RETrq和增程器当前转速值RESpd发送到发动机转速-电机扭矩模块和发动机扭矩-电机转速模块；发动机转速-电机扭矩模块或发动机扭矩-电机转速模块扭矩根据扭矩值ISGTrqCmd和转速值ISGSpdCmd、增程器当前扭矩值RETrq和增程器当前转速值RESpd修正下发指令参数，得到修正后的扭矩值或转速值，发送给发动机或电机。
作为对本发明增程器控制发电方法的改进：
驾驶模式的map包括15个增程器运行工况点，
若将15个点标定成一模一样的，实现恒功率发电模式；
若将若干个点标定成一样的，实现多点发电模式；
维持输出电压恒定不变,通过调节转速及扭矩，实现恒电压发电模式。
作为对本发明增程器控制发电方法的进一步改进：
输出的修正后的转速请求SpdReq为修正前的转速请求SpdReq_pre/大气压力修正系数、修正后的扭矩请求TrqReq为修正前的扭矩请求TrqReq_pre*大气压力修正系数。
作为对本发明增程器控制发电方法的进一步改进：
在步骤4中，滤波处理使用一阶惯性滤波方法。
本发明发电策略主要包含以下：
1、一般/快速升降功率模式；
2、恒功率/恒电压/多点/功率跟随发电模式
3、支持NT(扭矩/转速)、TN(转速/扭矩)两种控制模式选择；
4、经济/运动/正常多种模式选择；
5、高原修正模式；
本发明增程器及其控制发电方法的技术优势为：
本发明具有恒功率/恒电压/多点/功率跟随发电模式，发电模式多样性；NT(扭矩/转速)、TN(转速/扭矩)两种控制模式；升降功率平顺性。本发明永磁同步增程器控制器(RCU)兼容发动机转速-发电机扭矩(NT)控制模式，和发动机扭矩-发电机转速(TN)控制模式，应用范围更加广泛，为客户提供了更多的选择可能。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
图1是转速扭矩解耦模块图；
图2是转速扭矩解耦模块的功能框图；
图3是转速扭矩解耦模块的功能逻辑框图；
图4是NT/TN两种控制模式选择模块的功能逻辑框图；
图5是多种模式驾驶选择模块的功能逻辑框图；
图6是一般/快速升降功率模式选择模块的功能逻辑框图；
图7是高原修正功能逻辑框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。
实施例1、增程器，如图1-7所示，包括转速扭矩解耦模块、NT/TN两种控制模式选择模块、多种模式驾驶选择模块和一般/快速升降功率模式选择模块。
转速扭矩解耦模块中还设置有高原修正模块。
本发明可以选择增程器发电模式为恒功率模式发电、多点模式发电或功率跟随模式发电。通过转速扭矩解耦模块实现：
1)、恒功率发电模式：
即增程器仅工作于一个固定的工况点，发出功率恒定不变。
2)、恒电压发电模式：
即增程器在无电池包提供高压情况下，发电功率恒定不变，发电电压保持恒定，多适用于跛行模式。
3)、多点发电模式：
即增程器工作于最优经济运行线上，有限个工况点。
4)、功率跟随发电模式：
即增程器跟随VCU请求发电功率指令，工作于整个最优经济运行区间。
不管选用何种发电模式，从起动到开始发电的过程中，增程器实际发电功率都会从最小发电功率开始，沿着最优发电曲线进行迁移，逐渐上升至目标发电功率，完成对发动机和发电机的协调控制过程，避免两者之间因响应速度不一致而导致的运行不平稳，也可避免偏离最优发电曲线而导致的油耗/排放较差。
发动机控制器(ECU)有扭矩控制和转速控制两种控制模式，发电机控制器(GCU)也有扭矩控制和转速控制两种控制模式，永磁同步增程器控制器(RCU)主要用于响应VCU的指令，实现对发动机和发电机的协调控制。
通过多种模式驾驶可以选择ECO，Sport和Normal模式ECO，Sport和Normal是整车运行的三种模式。当整车在不同的模式下运行时，增程器的目标机械功率计算和解耦路径也将有所不同。
(1)Normal模式：正常模式。在此模式下，增程器将同时注重车辆动力性和经济性；
(2)ECO模式：经济模式。在此模式下，增程器将较为注重车辆的经济性；
(3)Sport模式：动力模式。在此模式下，增程器将较为注重车辆的动力性；
RCU支持一般升降功率和快速升降功率两种功率变换的策略。在一般/快速升降功率模式
选择模块选择快速增加或降低功率的功能时，RCU能快速增加发电功率或降低发电功率，以更好地响应整车控制器的功率请求指令。
在高原低气压环境下，由于发动机进气压力减小，导致增程器最大允许扭矩值减小。因此在高原环境下，RCU将对控制策略做适当修正，控制增程器降扭增速，以适应高原环境。
功能实现：
1、发电状态下，为了使得增程器实时快速响应目标功率，RCU需要将目标机械功率解耦成为目标转速和目标扭矩指令；
2、发电状态下，可以选择NT/TN两种控制模式，前者为发动机转速-电机扭矩、后者为发动机扭矩-电机转速，这样一套RCU可以通过标定选择两种控制模式，可以适配更多的ECU和GCU；
3、发电状态下，需要进行高原修正，提高转速、降低扭矩，保证增程器在高原状态下，也可以响应目标功率；
4、发电状态下，需要响应整车VCU的驾驶模式指令，选择不同驾驶模式下对应的增程器运行工况线；
5、为了防止经解耦之后的目标转速、目标扭矩直接阶跃发下去，需要对目标转速、目标扭矩进行一阶惯性环节的处理，使得目标值较为缓慢响应。
6、响应整车VCU的快速升降功率指令，通过标定不同的一阶惯性环节的时间常数，可以调节响应快慢完成增程器正常升功率、降功率，以及快速升功率、降功率操作。
一、多种模式驾驶选择模块：
功能实现方法：
改变驾驶模式输入，观察不同驾驶模式输入下，需要输出的目标扭矩TrqReq和目标转速SpdReq按照各自模式下的map查表而不同。
驾驶模式为0和1时，按照标定的normal模式下的map来运行。
驾驶模式为2时，按照标定的ECO模式下的map来运行。
驾驶模式为3时，按照标定的sport模式下的map来运行。
二.转速扭矩解耦模块：
功能实现方法
不同目标机械功率REPwrSet输入之后，经解耦得到map对应的转速、扭矩，作为修正前的转速请求SpdReq_pre和扭矩请求TrqReq_pre。
针对不同模式，map有略微不同,如运动模式更注重动力性,经济模式更节油,正常模式兼顾两者运行在最佳功率点。
目前map支持15个增程器运行工况点的标定，增程器运行工况点是预先确定的，例如通过台架实验确认数据,然后写入到模块内的表格中。15个点连起来即为增程器运行线，增程器可以沿着这条运行线进行功率跟随。
若将15个点标定成一模一样的，那可以实现恒功率发电模式。
若将若干个点标定成一样的，那可以实现多点发电模式。
维持输出电压恒定不变,通过调节转速及扭矩，可以实现恒电压发电模式。
三、高原修正模块
高原修正模块算是解耦模块内部子模块，对解耦出来的值进行修正后输出；
功能实现方法：
VCU发送大气压力信号AtmPre到高原修正模块，转速扭矩解耦模根据目标机械功率REPwrSet得到修正前的转速请求SpdReq_pre和扭矩请求TrqReq_pre，高原修正模块根据大气压力信号AtmPre查表得到大气压力修正系数；
不同的大气压力下，大气压力修正系数不同，输出的修正后的转速请求SpdReq为修正前的转速请求SpdReq_pre/大气压力修正系数、修正后的扭矩请求TrqReq为修正前的扭矩请求TrqReq_pre*大气压力修正系数。
高原模式下，发动机扭矩会下降，为得到相同的功率在扭矩达不到时会选择升高转速降低扭矩的方式达到相应功率值。
四、一般/快速升降功率模块：
为了防止转速扭矩解耦模块解耦得到的目标转速、目标扭矩直接阶跃发下去，需要对目标转速、目标扭矩进行一阶惯性环节的处理，使得目标值较为缓慢响应。
一般/快速升降功率模块修改的是正常与快速模式的指令下发指令速度,简单理解为时间快慢；
功能实现方法：
上述模块仅以电机目标扭矩举例，电机目标转速、发动机目标扭矩、发动机目标转速的设置与电机目标扭矩类似，在此不赘述。
不同的快升快降指令下，电机目标转速、电机目标扭矩、发动机目标转速、发动机目标扭矩，有不同的响应的速率，响应速率与标定的一阶惯性时间常数有关。其中快升快降指令为0和3时，响应速率一样；快升快降指令为1和2时，响应速率一样；
快升快降指令：0(正常)-正常、1(升)/2(降)-快速升降功率请求，3-预留，这是由VCU下发的指令；快升快降指令为2、0时，启动正常模式；快升快降指令为1时，启动快模式。
电机目标转速、电机目标扭矩、发动机目标转速、发动机目标扭矩的一阶惯性时间常数单独可标，快升/快降、正常模式下的一阶惯性时间常数单独可标；更改标定的一阶惯性时间常数，响应速率也会不一样。
VCU发送快升快降指令FastPowerRep到一般/快速升降功率模块；一般/快速升降功率模块根据快升快降指令FastPowerRep启动正常模式或者快升/快降模式，对快升快降指令FastPowerRep做信号合并处理，再根据合并处理后的快升快降指令FastPowerRep对扭矩前值ISGTrqCmd_pre进行采用一阶惯性滤波方法进行滤波处理，使响应曲线更加平滑，得到扭矩值ISGTrqCmd。
五、NT/TN两种控制模式选择模块：
NT/TN两种控制模式选择模块集成了NT/TN两种控制模式，前者电机控制扭矩、发电机控制转速，后者电机控制转速、发电机控制扭矩。
功能实现方法：
NT模式下，发动机转速-电机扭矩，将解耦之后目标转速发送给发动机，目标扭矩发送给电机。同时让发动机以转速控制模式运行，让电机以扭矩控制模式运行。
TN模式下，发动机扭矩-电机转速，将解耦之后目标转速发送给电机，目标扭矩发送给发动机。同时让电机以转速控制模式运行，让发动机以扭矩控制模式运行。
VCU下发模式选择指令RECtriMode发送到模式选择模块，模式选择模块根据模式选择指令启动发动机转速-电机扭矩模块或者发动机扭矩-电机转速模块；发动机转速-电机扭矩模块或者发动机扭矩-电机转速模块接收目标扭矩TrqReq和目标转速SpdReq。发动机转速-电机扭矩模块和发动机扭矩-电机转速模块还分别接收GCU及ECU上传得到增程器当前扭矩值RETrq和增程器当前转速值RESpd，发动机转速-电机扭矩模块和发动机扭矩-电机转速模块扭矩闭环及转速变换修正下发指令参数，得到修正后的扭矩值或者转速值。
转速与扭矩解耦出来后经过高原修正后下发给GCU/ECU；RCU内部带功率闭环，根据反馈功率与请求功率进行PI调节,然后输入解耦模块进行解耦。
本发明控制发电方法包括以下步骤：
1)、VCU将驾驶信号发送给多种模式驾驶选择模块，多种模式驾驶选择模块根据驾驶信号选择驾驶模式，并发送给转速扭矩解耦模块；
2)、VCU发送目标机械功率REPwrSet到转速扭矩解耦模块，转速扭矩解耦模块根据目标机械功率REPwrSet和驾驶模式，经解耦得到修正前的转速请求SpdReq_pre和扭矩请求TrqReq_pre，并发送给高原修正模块；
3)、VCU发送大气压力信号AtmPre到高原修正模块，VCU发送大气压力信号AtmPre到高原修正模块，高原修正模块根据大气压力信号AtmPre得到大气压力修正系数，再根据大气压力修正系数、修正前的转速请求SpdReq_pre和扭矩请求TrqReq_pre，得到目标扭矩TrqReq和目标转速SpdReq，并作为扭矩前值ISGTrqCmd_pre和转速前值ISGSpdCmd_pre发送给一般/快速升降功率模块。
4)、VCU发送快升快降指令FastPowerRep到一般/快速升降功率模块；一般/快速升降功率模块根据快升快降指令FastPowerRep启动正常模式或者快升/快降模式，对快升快降指令FastPowerRep做信号合并处理，再根据合并处理后的快升快降指令FastPowerRep对扭矩前值ISGTrqCmd_pre和转速前值ISGSpdCmd_pre进行滤波处理，使响应曲线更加平滑，得到扭矩值ISGTrqCmd和转速值ISGSpdCmd。
5)、VCU下发模式选择指令RECtriMode发送到NT/TN两种控制模式选择模块，NT/TN两种控制模式选择模块根据模式选择指令RECtriMode启动发动机转速-电机扭矩模块或者发动机扭矩-电机转速模块；发动机转速-电机扭矩模块或者发动机扭矩-电机转速模块接收目标扭矩TrqReq和目标转速SpdReq。
GCU及ECU将增程器当前扭矩值RETrq和增程器当前转速值RESpd发送到发动机转速-电机扭矩模块和发动机扭矩-电机转速模块；发动机转速-电机扭矩模块或发动机扭矩-电机转速模块扭矩根据扭矩值ISGTrqCmd和转速值ISGSpdCmd、增程器当前扭矩值RETrq和增程器当前转速值RESpd修正下发指令参数，得到修正后的扭矩值或转速值，发送给发动机或电机。
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.增程器，其特征在于：包括转速扭矩解耦模块、NT/TN两种控制模式选择模块、多种模式驾驶选择模块和一般/快速升降功率模式选择模块；
多种模式驾驶选择模块、转速扭矩解耦模块一般/快速升降功率模式选择模块、NT/TN两种控制模式选择模块依次信号连接。
2.根据权利要求1所述的增程器，其特征在于：
多种模式驾驶选择模块用于选择驾驶模式，驾驶模式包括normal模式、ECO模式和sport模式；
转速扭矩解耦模块用于解耦机械功率REPwrSet得到转速请求和扭矩请求；
一般/快速升降功率模块用于对目标转速、目标扭矩进行一阶惯性环节的处理，使得目标值较为缓慢响应；
NT/TN两种控制模式选择模块用于选择控制模式，控制模式包括NT模式和TN模式；
NT模式下，发动机转速-电机扭矩，将解耦之后目标转速发送给发动机，目标扭矩发送给电机；同时让发动机以转速控制模式运行，让电机以扭矩控制模式运行；
TN模式下，发动机扭矩-电机转速，将解耦之后目标转速发送给电机，目标扭矩发送给发动机；同时让电机以转速控制模式运行，让发动机以扭矩控制模式运行。
3.根据权利要求1所述的增程器，其特征在于：
转速扭矩解耦模块中设有高原修正模块，高原修正模块用于根据大气压力信号AtmPre修正转速扭矩。
4.利用如权利要求1-3任一所述的增程器的增程器控制发电方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)、VCU将驾驶信号发送给多种模式驾驶选择模块，多种模式驾驶选择模块根据驾驶信号选择驾驶模式，并发送给转速扭矩解耦模块；
2)、VCU发送目标机械功率REPwrSet到转速扭矩解耦模块，转速扭矩解耦模块根据目标机械功率REPwrSet和驾驶模式，经解耦得到修正前的转速请求SpdReq_pre和扭矩请求TrqReq_pre，并发送给高原修正模块；
3)、VCU发送大气压力信号AtmPre到高原修正模块，VCU发送大气压力信号AtmPre到高原修正模块，高原修正模块根据大气压力信号AtmPre得到大气压力修正系数，再根据大气压力修正系数、修正前的转速请求SpdReq_pre和扭矩请求TrqReq_pre，得到目标扭矩TrqReq和目标转速SpdReq，并作为扭矩前值ISGTrqCmd_pre和转速前值ISGSpdCmd_pre发送给一般/快速升降功率模块；
4)、VCU发送快升快降指令FastPowerRep到一般/快速升降功率模块；一般/快速升降功率模块根据快升快降指令FastPowerRep启动正常模式或者快升/快降模式，对快升快降指令FastPowerRep做信号合并处理，再根据合并处理后的快升快降指令FastPowerRep对扭矩前值ISGTrqCmd_pre和转速前值ISGSpdCmd_pre进行滤波处理，使响应曲线更加平滑，得到扭矩值ISGTrqCmd和转速值ISGSpdCmd；
5)、VCU下发模式选择指令RECtriMode发送到NT/TN两种控制模式选择模块，NT/TN两种控制模式选择模块根据模式选择指令RECtriMode启动发动机转速-电机扭矩模块或者发动机扭矩-电机转速模块；发动机转速-电机扭矩模块或者发动机扭矩-电机转速模块接收目标扭矩TrqReq和目标转速SpdReq；
GCU及ECU将增程器当前扭矩值RETrq和增程器当前转速值RESpd发送到发动机转速-电机扭矩模块和发动机扭矩-电机转速模块；发动机转速-电机扭矩模块或发动机扭矩-电机转速模块扭矩根据扭矩值ISGTrqCmd和转速值ISGSpdCmd、增程器当前扭矩值RETrq和增程器当前转速值RESpd修正下发指令参数，得到修正后的扭矩值或转速值，发送给发动机或电机。
5.根据权利要求4所述的增程器控制发电方法，其特征在于：
驾驶模式的map包括15个增程器运行工况点，
若将15个点标定成一模一样的，实现恒功率发电模式；
若将若干个点标定成一样的，实现多点发电模式；
维持输出电压恒定不变,通过调节转速及扭矩，实现恒电压发电模式。
6.根据权利要求5所述的增程器控制发电方法，其特征在于：
输出的修正后的转速请求SpdReq为修正前的转速请求SpdReq_pre/大气压力修正系数、修正后的扭矩请求TrqReq为修正前的扭矩请求TrqReq_pre*大气压力修正系数。
7.根据权利要求6所述的增程器控制发电方法，其特征在于：
在步骤4中，滤波处理使用一阶惯性滤波方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113375948A (zh) * 2021-06-24 2021-09-10 哈尔滨东安汽车动力股份有限公司 一种增程器台架联调测试方法

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