CN113353055B - 一种具备发动机起停控制功能的电机控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具备发动机起停控制功能的电机控制器，所述电机控制器包括发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块、发动机曲轴位置传感器信号解析模块、电机旋转变压器信号解析模块、整车控制单元信号接收模块、逻辑判断模块和电机矢量控制模块。本发明通过发动机起停控制功能，在发动机停机时利用发电机拖动使发动机每次的停机位置固定，从而使发动机的起动阻力矩固定，发电机可以根据发动机起动阻力矩稳定拖动发动机至拖动转速，解决发动机和发电机的转速抖动问题，从而解决在整车静止或行驶中起动发动机时的NVH问题。
Description
技术领域
本发明属于混合动力总成技术领域，涉及一种用于双电机集成混合动力总成、具备发动机起停控制功能的电机控制器。
背景技术
油耗和排放法规越来越严格，拓展混合动力总成产品谱系势在必行。在多种混动系统中，双电机集成混动专用变速箱可以通过电机使发动机转速、扭矩和整车工况完全解耦，从而使发动机持续工作在高效区，且具备发动机直驱工况，电损耗小，从而大幅提升整车的经济性。为了将发动机转速解耦，此种混动系统通常将双电机中的一个作为发电机连接太阳轮并和发动机、行星齿轮结构一起组成输入端；为了使发动机扭矩解耦，通常将双电机中的一个布置在输入端后主减前作为驱动电机连接输出端。为使动力总成成本最优，在输入端和输出端间没有离合器。此种构型在整车静止或行驶中起动发动机时，由发电机拖动发动机到一定转速后发动机再喷油点火，由于发动机停机位置不固定导致非同次起动时发动机起动阻力矩情况不同，发电机无法稳定拖动发动机起动，起动时电机转速和发动机转速存在抖动，且所在的输入端与输出端间没有离合器，发动机起动时造成的抖动传递到了输出轴端，在起动时整车NVH较差。
目前市场上对于该类构型起动时的NVH问题，没有成熟的解决手段。这部分问题往往限制了双电机集成混动专用变速箱、动力总成及整车的市场推进工作。
近年来有多个专利涉及混合动力总成发动机起停控制领域，其中：
CN101947915B公开了一种强混合动力汽车工作模式切换中发动机起停控制方法，该控制方法具备起停逻辑、能量回收功能，通过驱动电机进行输出轴端扭矩补偿，可以降低由输入端起动发动机对输出端造成的扭矩波动，进而改善整车NVH。此外，在停止过程中还可回收发动机停车过程的动能，提高能量的利用率。
CN108045372A公开了一种混合动力车辆的发动机起停控制方法及控制系统，该专利根据车辆与前方车辆之间的相对距离和相对车速进行发动机起停逻辑判断，能够避免发动机频繁起停工况，且使发动机高效运行。
CN109572666B公开了一种行星式混合动力汽车发动机起停控制方法，该发明根据钥匙信号、SOC和发动机温度判定通过起动机还是电机进行起动，根据发动机转速及温度确定发动机起动力矩，并检测是否起停成功，避免了无法起动情况下的多次起动。
以上专利着眼于避免发动机频繁起停、起停过程能量回收、起停过程中用输出端补偿输入端起停发动机造成的扭矩波动等几个方面，改善了起停过程中的能耗及NVH，但缺少对发动机起停抖动的源头即减小起停发动机时产生的扭矩和转速波动的解决方案。
在起停发动机时，发动机阻力矩由两部分组成：一部分为摩擦阻力矩，这部分力矩与发动机水温和转速相关；另一部分为发动机泵气阻力矩，这部分力矩与发动机转速及起动时的曲轴位置相关，且在发动机水温相同的情况下，存在最优起动曲轴位置，此时起动发动机的NVH情况较好。
起停发动机时产生的抖动由两部分原因组成，一部分是由于起停发动机导致输入端扭矩变化传递到输出端导致输出轴扭矩变化，这部分可以通过输出轴的驱动电机进行补偿；另一部分是由于发动机阻力矩的影响因素较多，估算或测量发动机在不同工况下的起停力矩难度较大，在起停时无法用和发动机阻力矩大小相同方向相反的力拖动发动机，造成发动机转速波动，传递到输出端造成输出端扭矩波动，导致NVH较差。
发明内容
本发明的目的是提供一种具备发动机起停控制功能的电机控制器，以解决现有技术中双电机集成混动动力总成在整车静止或行驶中起动发动机时NVH较差的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种具备发动机起停控制功能的电机控制器，包括发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块、发动机曲轴位置传感器信号解析模块、电机旋转变压器信号解析模块、整车控制单元信号接收模块、逻辑判断模块和电机矢量控制模块，其中：
所述发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块用于接收并解析由发动机控制单元输出的发动机凸轮轴位置传感器信号并输出；
所述发动机曲轴位置传感器信号解析模块用于接收并解析由发动机控制单元输出的发动机曲轴位置传感器信号并输出；
所述逻辑判断模块用于接收由发动机曲轴位置传感器信号解析模块和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块发送的传感器信号，判断发动机转速、位置并输出给电机矢量控制模块；
所述电机旋转变压器信号解析模块用于接收并解析由旋变器输出的电机转速及位置信号，输出电机转速、位置给电机矢量控制模块；
所述整车控制单元信号接收模块用于接收整车控制单元输出的进入发动机起停控制模式信号、目标停机位置、起动指令、拖动目标转速并输出；
所述电机矢量控制模块用于根据发动机当前转速、位置，发动机最优起动位置，电机转速、位置，对电机进行矢量控制，拖动发动机停在最优起动位置。
可选的，上述具备发动机起停控制功能的电机控制器还包括与发动机曲轴位置传感器信号解析模块相连接的第二滤波模块和与发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块相连接的第一滤波模块，其中：
第二滤波模块用于对发动机控制单元输出的发动机曲轴位置传感器信号进行滤波；
第一滤波模块用于对发动机控制单元输出的发动机凸轮位置传感器信号进行滤波。
为保证信号传输速度，进一步提高位置判断精度及起停控制质量，发动机控制单元和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块、发动机曲轴位置传感器信号解析模块间可以采用硬线连接通讯而非CAN网络通讯。硬线传递信号时，可能会存在干扰，使信号波形变差，影响发动机位置判断，尤其是当硬线线束较长及整车EMS情况较差时。通过增加第一滤波模块和第二滤波模块，可以改善传感器信号波形质量，提高发动机位置判断的准确性，改善发动机起停质量及NVH。
一种双电机集成混合动力总成，包括至少一个如上述任一项所述的具备发动机起停控制功能的电机控制器。
一种双电机集成混合动力汽车，包括至少一个如上述任一项所述的具备发动机起停控制功能的电机控制器。
本发明电机控制器的起停控制功能如下：
在停机时，通过发电机拖动发动机，使发动机的停机位置固定在最优起动位置，停机过程中采用低转速低扭矩且每次停机都从特定的转速开始进入停机模式，消除不同转速下发动机阻力矩不同停机扭矩测量难度大的问题，停机扭矩只与发动机水温相关，便于测量并采用合适的停机阻力矩停止发动机，改善停机NVH；
起动过程中转速固定从0开始，由于停机位置固定，因而发动机起动力矩只受发动机水温影响，便于测量并采用合适的起动阻力矩起动发动机，改善起动NVH；
通过以上技术方案，可以从源头上改善起停发动机时的抖动问题，这是其他专利所忽视和无法解决的。
相比于现有技术，本发明具有如下优点：
通过发动机起停控制功能，在发动机停机时利用发电机拖动使发动机每次的停机位置固定，从而使发动机的起动阻力矩固定，发电机可以根据发动机起动阻力矩稳定拖动发动机至拖动转速，解决发动机和发电机的转速抖动问题，从而解决在整车静止或行驶中起动发动机时的NVH问题。
附图说明
图1为实施例1中具备发动机起停控制功能的电机控制器结构原理图；
图2为实施例2中具备发动机起停控制功能的电机控制器结构原理图；
图3为发动机起停控制功能结构原理图；
图4为双电机集成混合动力总成结构原理图；
图5为不同发动机曲轴位置起动发动机造成的输出轴扭矩波动图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
实施例1：
本实施例提供了一种具备发动机起停控制功能的电机控制器，如图1所示，所述电机控制器包括发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19、发动机曲轴位置传感器信号解析模块18、电机旋转变压器信号解析模块16、整车控制单元信号接收模块17、逻辑判断模块20和电机矢量控制模块21，其中：
所述电机旋转变压器信号解析模块16与旋转变压器13连接，用于接收、解析由旋转变压器13发送的电机转速和位置信号并输出；
所述整车控制单元信号接收模块17与整车控制单元12连接，用于接收由整车控制单元12发送的起停控制功能模式开关指令、发动机目标停机停机位置、发动机起动扭矩指令并输出并输出；
所述发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19用于接收并解析由发动机控制单元输出的发动机凸轮轴位置传感器信号并输出；
所述发动机曲轴位置传感器信号解析模块18用于接收并解析由发动机控制单元输出的发动机曲轴位置传感器信号并输出；
所述逻辑判断模块20用于接收由发动机曲轴位置传感器信号解析模块18和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19发送的传感器信号，判断发动机当前转速及所处位置并输出；
所述电机矢量控制模块21用于接收由逻辑判断模块20发送的发动机当前转速及位置信号、由电机旋转变压器信号解析模块16发送的电机转速和位置信号、由整车控制单元信号接收模块17发送的起停控制功能模式开关指令信号、图5中发动机最优起动位置信号、发动机起动扭矩指令信号并根据这些信号计算出发电机22的控制电流并输出。
当发动机停机时：
a、整车控制单元12输出起停控制功能开启指令信号、发动机目标停机位置信号给整车控制单元信号接收模块17，整车控制单元信号接收模块17接收信号并输出给矢量控制模块21。
b、旋转变压器13输出发电机22的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块16，电机旋转变压器信号解析模块16接收信号解析后输出给电机矢量控制模块21。
c、发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19接收并解析由发动机控制单元11输出的发动机凸轮轴位置传感器信号后输出给逻辑判断模块20；发动机曲轴位置传感器信号解析模块18接收并解析由发动机控制单元11输出的发动机曲轴位置传感器信号后输出给逻辑判断模块20；逻辑判断模块接收20由发动机曲轴位置传感器信号解析模块18和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19输出的信号并判断发动机转速、位置并输出给电机矢量控制模块21。
d、电机矢量控制模块21根据逻辑判断模块20、电机旋转变压器信号解析模块16、整车控制单元信号接收模块17发送的信号计算出发电机22的控制电流并输出。
e、发电机22拖动发动机使发动机停止在最优起动位置。整车控制单元12输出起停控制功能关闭指令信号给整车控制单元信号接收模块17，退出起停控制功能。
二、当发动机起动时：
a、整车控制单元12输出起停控制功能开启指令信号、发动机起动扭矩指令给整车控制单元信号接收模块17，整车控制单元信号接收模块17接收信号并输出给电机矢量控制模块21。
b、电机旋转变压器13输出发电机22的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块16，电机旋转变压器信号解析模块16接收信号解析后输出给电机矢量控制模块21。
c、电机矢量控制模块21根据电机旋转变压器信号解析模块16、整车控制单元信号接收模块17发送的信号计算出发电机22的控制电流并输出。
d、发电机22拖动发动机至发动机目标拖动转速，整车控制单元12输出起停控制功能关闭指令信号给整车控制单元信号接收模块17，退出起停控制功能。在此过程中，为了减小发动机起动过程中由输入端传递给输出端的振动和力矩波动，整车控制单元根据公式（1）进行扭矩计算驱动电机此时应补偿的扭矩，补偿因起动发动机带来的引起的输出转矩变化，使得输出转矩T输出轴在起动过程中保持不变。
T输出轴＝aT发动机+bT驱动电机+cT发电机 （1）。
本实施例的具备发动机起停控制功能的电机控制器可应用于双电机集成混合动力总成，如图4所示，所述发电机22与制动器1和太阳轮5相连接，发动机24与行星架26相连接，驱动电机23与电机齿轮7连接后通过从动齿轮6与输出轴10连接经由主减速器9将动力送往车轴25。
实施例2：
本实施例与实施例1不同的是，如图2和3所示，所述电机控制器包括第一滤波模块14、第二滤波模块15、发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19、发动机曲轴位置传感器信号解析模块18、电机旋转变压器信号解析模块16、整车控制单元信号接收模块17、逻辑判断模块20和电机矢量控制模块21，其中：
所述第一滤波模块14与发动机控制单元11连接，用于接收并滤波由发动机控制单元11发送的凸轮轴位置传感器信号并输出；
所述第二滤波模块15与发动机控制单元11连接，用于接收并滤波由发动机控制单元11发送的曲轴位置传感器信号并输出；
所述电机旋转变压器信号解析模块16与旋转变压器13连接，用于接收、解析由旋转变压器13发送的电机转速和位置信号并输出；
所述整车控制单元信号接收模块17与整车控制单元12连接，用于接收由整车控制单元12发送的起停控制功能模式开关指令、发动机目标停机停机位置、发动机起动扭矩指令并输出；
所述发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19用于接收并解析由第一滤波模块14发送的凸轮轴位置传感器信号并输出；
所述发动机曲轴位置传感器信号解析模块18用于接收并解析由第二滤波模块15发送的曲轴位置传感器信号并输出；
所述逻辑判断模块20用于接收由发动机曲轴位置传感器信号解析模块18和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19发送的传感器信号，判断发动机当前转速及所处位置并输出；
所述电机矢量控制模块21用于接收由逻辑判断模块20发送的发动机当前转速及位置信号、由电机旋转变压器信号解析模块16发送的电机转速和位置信号、由整车控制单元信号接收模块17发送的起停控制功能模式开关指令信号、图5中发动机最优起动位置信号、发动机起动扭矩指令信号并根据这些信号计算出发电机22的控制电流并输出。
当发动机停机时：
a、整车控制单元12输出起停控制功能开启指令信号、发动机目标停机位置信号给整车控制单元信号接收模块17，整车控制单元信号接收模块17接收信号并输出给矢量控制模块21。
b、旋转变压器13输出发电机22的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块16，电机旋转变压器信号解析模块16接收信号解析后输出给电机矢量控制模块21。
c、第一滤波模块14接收由发动机控制单元11发送的凸轮轴位置传感器信号滤波后输出给发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19，发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19解析后输出给逻辑判断模块。第二滤波模块15接收由发动机控制单元11发送的曲轴位置传感器信号滤波后输出给发动机曲轴位置传感器信号解析模块18，发动机曲轴位置传感器信号解析模块18解析后输出给逻辑判断模块。逻辑判断模块20接收由发动机曲轴位置传感器信号解析模块18和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块19输出的信号并判断发动机转速、位置并输出给电机矢量控制模块21。
d、电机矢量控制模块21根据逻辑判断模块20、电机旋转变压器信号解析模块16、整车控制单元信号接收模块17发送的信号计算出发电机22的控制电流并输出。
e、发电机22拖动发动机使发动机停止在最优起动位置。整车控制单元12输出起停控制功能关闭指令信号给整车控制单元信号接收模块17，退出起停控制功能。
当发动机起动时：
a、整车控制单元12输出起停控制功能开启指令信号、发动机起动扭矩指令给整车控制单元信号接收模块17，整车控制单元信号接收模块17接收信号并输出给电机矢量控制模块21。
b、电机旋转变压器13输出发电机22的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块16，电机旋转变压器信号解析模块16接收信号解析后输出给电机矢量控制模块21。
c、电机矢量控制模块21根据电机旋转变压器信号解析模块16、整车控制单元信号接收模块17发送的信号计算出发电机22的控制电流并输出。
d、发电机22拖动发动机至发动机目标拖动转速，整车控制单元12输出起停控制功能关闭指令信号给整车控制单元信号接收模块17，退出起停控制功能。
Claims (2)
1.一种发动机起停控制的方法，其特征在于所述方法利用电机控制器进行发动机起停控制，所述电机控制器包括发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块、发动机曲轴位置传感器信号解析模块、电机旋转变压器信号解析模块、整车控制单元信号接收模块、逻辑判断模块和电机矢量控制模块，其中：
所述发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块用于接收并解析由发动机控制单元输出的发动机凸轮轴位置传感器信号并输出；
所述发动机曲轴位置传感器信号解析模块用于接收并解析由发动机控制单元输出的发动机曲轴位置传感器信号并输出，
所述逻辑判断模块用于接收由发动机曲轴位置传感器信号解析模块和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块发送的传感器信号，判断发动机转速、位置并输出给电机矢量控制模块；
所述电机旋转变压器信号解析模块用于接收并解析由旋变器输出的电机转速及位置信号，输出电机转速、位置给电机矢量控制模块；
所述整车控制单元信号接收模块用于接收整车控制单元输出的进入发动机起停控制模式信号、目标停机位置、起动指令、拖动目标转速并输出；
所述电机矢量控制模块用于根据发动机当前转速、位置，发动机最优起动位置，电机转速、位置，对电机进行矢量控制，拖动发动机停在最优起动位置；
所述方法包括如下步骤：
一、当发动机停机时：
a、整车控制单元输出起停控制功能开启指令信号、发动机目标停机位置信号给整车控制单元信号接收模块，整车控制单元信号接收模块接收信号并输出给矢量控制模块；
b、旋转变压器输出发电机的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块，电机旋转变压器信号解析模块接收信号解析后输出给电机矢量控制模块；
c、发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块接收并解析由发动机控制单元输出的发动机凸轮轴位置传感器信号后输出给逻辑判断模块；发动机曲轴位置传感器信号解析模块接收并解析由发动机控制单元输出的发动机曲轴位置传感器信号后输出给逻辑判断模块；逻辑判断模块接收由发动机曲轴位置传感器信号解析模块和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块输出的信号并判断发动机转速、位置并输出给电机矢量控制模块；
d、电机矢量控制模块根据逻辑判断模块、电机旋转变压器信号解析模块、整车控制单元信号接收模块发送的信号计算出发电机的控制电流并输出；
e、发电机拖动发动机使发动机停止在最优起动位置，整车控制单元输出起停控制功能关闭指令信号给整车控制单元信号接收模块，退出起停控制功能；
二、当发动机起动时：
a、整车控制单元输出起停控制功能开启指令信号、发动机起动扭矩指令给整车控制单元信号接收模块，整车控制单元信号接收模块接收信号并输出给电机矢量控制模块；
b、电机旋转变压器输出发电机的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块，电机旋转变压器信号解析模块接收信号解析后输出给电机矢量控制模块；
c、电机矢量控制模块根据电机旋转变压器信号解析模块、整车控制单元信号接收模块发送的信号计算出发电机的控制电流并输出；
d、发电机拖动发动机至发动机目标拖动转速，整车控制单元输出起停控制功能关闭指令信号给整车控制单元信号接收模块，退出起停控制功能。
2.根据权利要求1所述的发动机起停控制的方法，其特征在于所述电机控制器还包括与发动机曲轴位置传感器信号解析模块相连接的第二滤波模块和与发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块相连接的第一滤波模块，其中：
第一滤波模块用于对发动机控制单元输出的发动机凸轮位置传感器信号进行滤波；
第二滤波模块用于对发动机控制单元输出的发动机曲轴位置传感器信号进行滤波。
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