CN112660104B - 一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，车载动力电池下降到一定数值后，使用ISG电机作为APU发动机的起动机，但不是全程参与，ISG电机先以转速控制的方式，拖动发动机起动，逐步达到发动机初次点火转速，此时发动机按照稳定的怠速喷油量进行喷油点火；之后ISG电机以转矩控制的方式，使发动机转速平稳迅速达到怠速转速，再逐步将转矩退出，从而退出起动模式。本发明能够改善传统增程式电动汽车辅助动力单元起动过程中加浓喷油造成的发动机转速严重超调，产生较大噪声和振动，影响行驶平顺性等问题，提升增程式电动汽车辅助动力单元起动过程的燃油经济性，减少废气排放，一定程度上改善了城市空气质量。

Description

一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法

技术领域

本发明属于电动汽车技术领域，特别涉及一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法。

背景技术

近年来，世界各国为减轻空气污染和温室效应对环境的影响，大力发展新能源汽车。增程式电动汽车是目前新能源汽车中具有代表性的一种，因其动力电池较小，成本较低，并且续驶里程可观，成为目前新能源汽车的研究热点。

增程式电动汽车的辅助动力单元(Auxiliary Power Unit，APU)，也称增程器，是其整车动力系统的最核心的部分，由发动机、发电机及相应控制系统组成。在整车电池SOC(State Of Charge)下降到一定值后，增程模式开启，发动机起动。传统的起动方式由ISG电机(集成启动/发电一体化电机)充当发动机的起动机，拖动发动机至300rpm左右后，发动机开始喷油点火，并增大喷油量以保证发动机转速迅速提升到目标怠速值附近，约800-1000rpm，完成发动机起动任务。该起动方式中，为了保证足够的起动动力，使发动机转速迅速达到目标怠速值，喷油系统会不断加浓喷油，致使发动机在起动过程中会产生严重的转速超调，并产生较大噪声，会影响行驶平顺性和驾驶体验，并且整车在全程行驶工况中可能会起动若干次，造成不必要的燃油消耗和尾气排放。

发明内容

为了改善传统增程式电动汽车辅助动力单元起动过程中加浓喷油造成的发动机转速严重超调，产生较大噪声和振动，影响行驶平顺性等问题，本发明提出了一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，提升增程式电动汽车辅助动力单元起动过程的燃油经济性，减少废气排放，一定程度上改善了城市空气质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，该方法的思路是，车载动力电池下降到一定数值后，使用ISG电机作为APU发动机的起动机，但不是全程参与。ISG电机先以转速控制的方式，拖动发动机起动，逐步达到发动机初次点火转速，此时发动机按照稳定的怠速喷油量进行喷油点火；之后ISG电机以转矩控制的方式，使发动机转速平稳迅速达到怠速转速，再逐步将转矩退出，从而退出起动模式。具体的控制步骤如下：

步骤一：增程器进入起动程序：

整车以纯电动模式行驶，当动力电池SOC值下降到预警SOC阈值后，增程器进入起动程序，整车从纯电动行驶模式向增程模式切换；

步骤二：ISG电机以转速控制方式拖动发动机至初次点火转速：

ISG电机将其转速按照阶梯增长方式上升至初次点火转速n₁；当检测到发动机转速达到n₁时，发动机的喷油器按照怠速行驶工况的喷油量进行喷油，并同时启动点火；在发动机起动的过程中，控制ISG电机的输出转速在n₁±50rpm范围之内，直至起动完成；

步骤三：ISG电机将发动机拖动至怠速转速：

ISG电机保持当前的转矩T_m不变，将发动机从初次点火转速n₁拖动至稳定怠速转速n₂；发动机达到稳定怠速转速n₂后进入闭环控制，将转速稳定在n₂附近；

步骤四：ISG电机退出起动模式：

在发动机达到怠速转速后，ISG电机保持当前的转矩T_m一定时间后，再以阶梯下降方式进行转矩卸载；

步骤五：辅助动力单元起动完成：

发动机按规定控制策略运行，ISG电机切换到发电模式，整车增程模式开启。优选的，所述步骤一中，增程式电动汽车动力电池的预警SOC阈值为20％-30％。

进一步地，所述步骤二具体包括以下步骤：

2.1)ISG电机在GCU控制下开始启动；

2.2)ISG电机按照每10ms增加40rpm的阶梯增长方式，将其转速在200ms之内上升到初次点火转速n₁，此时的发动机转速也同样上升到n₁；

2.3)APU控制器对发动机转速进行检测，当发动机转速达到n₁时，发送指令给发动机ECU进行喷油点火；

2.4)发动机的喷油器按照怠速行驶工况的喷油量进行喷油，并同时启动点火，发动机正式起动；

2.5)在发动机起动的过程中，GCU实时检测ISG电机的输出转速，并以PID控制的方式，将其转速控制在n₁±50rpm范围之内，直至起动完成。

进一步地，所述步骤三具体包括以下步骤：

3.1)发动机喷油器继续按照稳定怠速喷油量进行喷油；

3.2)ISG电机进入转矩控制模式，保持当前的转矩T_m不变，将发动机从初次点火转速n₁拖动至稳定怠速转速n₂；

3.3)发动机达到稳定怠速转速n₂后，发动机ECU对其转速进行PID闭环控制，将转速稳定在n₂附近，此时发动机正式进入怠速状态。

进一步地，所述步骤四具体包括以下步骤：

4.1)在发动机达到怠速转速后，ISG电机再保持当前的转矩T_m，经过时间t₁之后，在对其进行转矩卸载；

4.2)ISG电机按照每t₁间隔下降

的方式，在3倍t₁时间后完成转矩卸载，即正式退出起动模式。

优选的，所述步骤二中，发动机初次点火转速n₁设定为600rpm，较之于传统控制方法中的初次点火转速偏大，这样可增加四冲程汽油发动机的点火效率，该数值可根据不同发动机型号进行调整。

优选的，所述步骤三中，发动机稳定怠速转速n₂为1000rpm，该数值不同型号的汽油发动机会略有不同。

需要说明的是，步骤四中，保持时间t₁设置为50ms左右，这里考虑到发动机达到怠速转速后也会有稍许超调现象，ISG电机保持转矩可起到降低发动机振动及噪声的作用。

本发明技术方案显著优点：

1.本发明有效避免了传统增程式电动汽车辅助动力单元起动过程中加浓喷油造成的发动机转速严重超调、产生较大造成和振动、影响行驶平顺性等问题；

2.提升增程式电动汽车辅助动力单元起动过程的燃油经济性，减少废气排放，一定程度上改善了城市空气质量。

附图说明

图1为本发明的一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法的工作流程图。

具体实施方式

为了使本文的发明目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。

本发明提供了一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，该方法的工作流程请参阅图1，包括如下步骤：

步骤一：增程器进入起动程序

S1：增程式电动汽车电量充足时，整车以纯电动模式行驶。电池管理系统实时检测车载动力电池SOC值，当SOC值下降到固定阈值后，电池管理系统通过CAN线向整车控制器发送电量预警信息；

S2：整车控制器接收到该预警信息后，通过CAN线向APU控制器发送起动指令，APU控制器接收指令后，控制增程器进入起动操作，整车从纯电动行驶模式向增程模式切换。

步骤二：ISG电机拖动发动机至初次点火转速

S3：ISG电机在GCU(Generator Control Unit)控制下开始启动；

S4：ISG电机在开始启动后首先进入转速控制模式，按照每10ms增加40rpm的阶梯增长方式，将其转速在200ms之内，上升到初次点火转速n₁，ISG电机与发动机存在机械连接，发动机曲轴被同速拖动，即此时的发动机转速也同样上升到n₁；

S5：APU控制器对发动机转速进行实时检测，当发动机转速达到n₁时，发送指令给发动机ECU，进行喷油点火；

S6：发动机的喷油器按照稳定怠速行驶工况的喷油量进行喷油，并同时启动点火，发动机正式起动；

S7：在发动机起动的过程中，GCU实时检测ISG电机的输出转速，并以PID控制的方式，将其转速控制住n₁±50rpm范围之内，直至起动完成。

步骤三：ISG电机将发动机拖动至怠速转速

S8：发动机喷油器继续按照稳定怠速喷油量进行喷油；

S9：ISG电机进入转矩控制模式，保持当前的转矩T_m不变，将发动机从初次点火转速n₁拖动至稳定怠速转速n₂；

S10：发动机达到稳定怠速转速n₂后，发动机ECU对其转速进行PID闭环控制，将转速稳定在n₂附近，此时发动机正式进入怠速状态；

步骤四：ISG电机退出起动模式

S11：在发动机达到怠速转速后，ISG电机再继续保持当前的转矩T_m，经过时间t₁之后，在对其进行转矩卸载；

S12：ISG电机在GCU的控制下，按照每t₁间隔下降

的方式，在3倍t₁时间后完成转矩卸载，即正式退出起动模式；

步骤五：辅助动力单元起动完成

S13：发动机按规定控制策略运行，ISG电机切换到发电模式，整车增程模式正式开启。

优选的，步骤一中，增程式电动汽车动力电池的预警SOC阈值，一般为20％-30％，根据不同动力电池容量和汽车动力特性决定；

优选的，步骤二中，发动机初次点火转速n₁一般设定为600rpm左右，较之于传统控制方法中的初次点火转速偏大，这样可增加四冲程汽油发动机的点火效率，该数值可根据不同发动机型号进行调整；

优选的，步骤三中，发动机稳定怠速转速n₂一般为1000rpm左右，该数值不同型号的汽油发动机会略有不同；

需要说明的是，步骤四中，保持时间t₁一般可设置为50ms左右，这里考虑到发动机达到怠速转速后也会有稍许超调现象，ISG电机保持转矩可起到降低发动机振动及噪声的作用。

本发明具有以下优点：

1.本发明通过合理利用ISG电机，先后以转速控制和转矩控制的方式，分别将发动机的转速拖动至初次点火转速和稳定怠速转速，有效地避免了传统增程式电动汽车辅助动力单元起动过程中因加浓喷油造成的发动机转速严重超调、产生较大造成和振动、影响行驶平顺性等问题；

2.ISG电机转速控制中的梯次加载以及转矩控制中的分段卸载，有效避免了拖动初期由于发动机目标转速与实际转速相差过度而导致的ISG电机电流过大，和发动机进入怠速转速时的振动及噪声问题。

Claims (5)

1.一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，其特征在于，包括以下控制步骤：

步骤一：增程器进入起动程序：

整车以纯电动模式行驶，当动力电池SOC值下降到预警SOC阈值后，增程器进入起动程序，整车从纯电动行驶模式向增程模式切换；

步骤二：ISG电机以转速控制方式拖动发动机至初次点火转速：

ISG电机将其转速按照阶梯增长方式上升至初次点火转速n₁；当检测到发动机转速达到n₁时，发动机的喷油器按照怠速行驶工况的喷油量进行喷油，并同时启动点火；在发动机起动的过程中，控制ISG电机的输出转速在n₁±50rpm范围之内，直至起动完成；

步骤二具体包括以下步骤：

2.1)ISG电机在GCU控制下开始启动；

2.2)ISG电机按照每10ms增加40rpm的阶梯增长方式，将其转速在200ms之内上升到初次点火转速n₁，此时的发动机转速也同样上升到n₁；

2.3)APU控制器对发动机转速进行检测，当发动机转速达到n₁时，发送指令给发动机ECU进行喷油点火；

2.4)发动机的喷油器按照怠速行驶工况的喷油量进行喷油，并同时启动点火，发动机正式起动；

2.5)在发动机起动的过程中，GCU实时检测ISG电机的输出转速，并以PID控制的方式，将其转速控制在n₁±50rpm范围之内，直至起动完成；

步骤三：ISG电机将发动机拖动至怠速转速：

ISG电机保持当前的转矩T_m不变，将发动机从初次点火转速n₁拖动至稳定怠速转速n₂；发动机达到稳定怠速转速n₂后进入闭环控制，将转速稳定在n₂附近；

步骤三具体包括以下步骤：

3.1)发动机喷油器继续按照稳定怠速喷油量进行喷油；

3.2)ISG电机进入转矩控制模式，保持当前的转矩T_m不变，将发动机从初次点火转速n₁拖动至稳定怠速转速n₂；

3.3)发动机达到稳定怠速转速n₂后，发动机ECU对其转速进行PID闭环控制，将转速稳定在n₂附近，此时发动机正式进入怠速状态；

步骤四：ISG电机退出起动模式：

在发动机达到怠速转速后，ISG电机保持当前的转矩T_m一定时间后，再以阶梯下降方式进行转矩卸载；

步骤四具体包括以下步骤：

4.1)在发动机达到怠速转速后，ISG电机再保持当前的转矩T_m，经过时间t₁之后，在对其进行转矩卸载；

4.2)ISG电机按照每t₁间隔下降

的方式，在3倍t₁时间后完成转矩卸载，即正式退出起动模式；

步骤五：辅助动力单元起动完成：

发动机按规定控制策略运行，ISG电机切换到发电模式，整车增程模式开启。

2.如权利要求1所述的一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，其特征在于，所述步骤一中，预警SOC阈值为20％-30％。

3.如权利要求1所述的一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，其特征在于，所述步骤二中，发动机初次点火转速n₁设定为600rpm。

4.如权利要求1所述的一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，其特征在于，所述步骤三中，发动机稳定怠速转速n₂为1000rpm。

5.如权利要求1所述的一种增程式电动汽车辅助动力单元起动控制方法，其特征在于，所述步骤四中，保持时间t₁设置为50ms。

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