CN113879309B - 一种非道路弱混车辆起步加速控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及非道路弱混车辆起步控制技术领域，特别涉及一种非道路弱混车辆起步加速控制方法及系统。其方法，包括以下步骤：A、车辆上电后，整车控制器根据油门踏板和制动踏板信号控制区分车辆起步控制模式，所述起步控制模式包括驻车模式，纯电起步模式和弹射起步模式；B、根据所述的车辆起步控制模式控制车辆起步前后系统的功率流。本发明的一种非道路弱混车辆起步加速控制方法及系统，其能够有效减小涡轮增压器的响应滞后时间，从而提升发动机功率输出的响应性，防止因驱动功率不足导致车辆加速缓慢，改善了车辆的起步加速性能。
Description
技术领域
本发明涉及非道路弱混车辆起步控制技术领域，特别涉及一种非道路弱混车辆起步加速控制方法及系统。
背景技术
非道路移动车辆是相对于道路车辆的另一种重要形式，包括但不限于越野车辆、工程机械和农用拖拉机，各种轮式或履带式的非道路行驶的车辆也属于此范畴。
混合动力系统应用于非道路移动车辆能改善车辆燃油经济性并减小污染物排放，但由于非道路移动车辆具有大功率、高负载、长工时的特点，并且受到重量、空间约束，其多采用大功率高增压的柴油机与小容量动力电池构成的串联式弱度混合动力系统。
由于高度增压的柴油机和发电机组成的发动机-发电机单元的动态响应差，并且小容量动力电池的放电功率有限，两者无法在车辆起步加速过程中提供足够的电功率，导致车辆无法获得最大驱动力，起步加速用时长，车辆的机动性差。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种非道路弱混车辆起步加速控制方法及系统，其能够有效减小涡轮增压器的响应滞后时间，从而提升发动机功率输出的响应性，防止因驱动功率不足导致车辆加速缓慢，改善了车辆的起步加速性能。
本发明所采用的技术方案如下：
一种非道路弱混车辆起步加速控制方法，包括以下步骤：
A、车辆上电后，整车控制器根据油门踏板和制动踏板信号控制区分车辆起步控制模式，所述起步控制模式包括驻车模式，纯电起步模式和弹射起步模式；
B、根据所述的车辆起步控制模式控制车辆起步前后系统的功率流。
优选的步骤A中，具体包括：
当油门踏板全关时，车辆处于驻车模式，涡轮增压发动机处于怠速状态、ISG电机和驱动电机不启动；
当车辆动力系统为驱动状态，油门踏板从全关到任一开度，且制动踏板为断开状态时，车辆进入纯电起步模式；
当车辆动力系统为驱动状态，油门踏板从全关到任一开度，且制动踏板为闭合状态时，车辆进入弹射起步模式。
优选的步骤B中，具体包括：
B1、车辆进入纯电起步模式的控制方法：
B11、ISG电机控制器切换ISG电机的工作模式为驱动模式，动力电池在为驱动电机驱动整车提供足够功率的同时，富余功率用于驱动所述ISG电机，使所述ISG电机拖动涡轮增压发动机转速提升，所述涡轮增压发动机在被拖动的过程中喷入燃油燃烧做功，使所述涡轮增压发动机迅速达到预设的目标转速，即P需求+PISG＝P电池；
B12、随着加速过程的进行，当系统检测到需求功率大于电池最大放电功率或者发动机转速提升至目标转速时，ISG电机切换为发电模式，ISG电机根据一定的加载速度对发动机施加反向转矩，使得两者组成的发动机-发电机组以一定的速率提升功率，为车辆加速提供功率，且所述动力电池提供或吸收所述发动机-发电机组的输出功率与整车需求功率的差值，即P电池+PISG＝P需求；
B2、车辆进入弹射起步模式的控制方法：
B21、第一阶段，ISG电机控制器切换ISG电机的工作模式为驱动模式，动力电池为所述ISG电机提供电能，使所述ISG电机拖动涡轮增压发动机转速提升，所述涡轮增压发动机在被拖动的过程中喷入燃油燃烧做功，使所述涡轮增压发动机迅速达到预设的目标转速n1，其中，该目标转速n1由发动机外特性和发动机的目标功率确定；
B22、第二阶段，发动机达到目标转速n1后，ISG电机切换为发电模式，并根据转矩斜率加载策略，即以一定的加载速率对发动机施加反向转矩。加载速率的具体大小跟发动机和发电机的协调控制相关，取不影响发动机工作稳定性的最大值，可通过试验和标定得到。
对发动机施加反向转矩，使得发动机功率上升，在燃烧产生的废气的驱动下涡轮增压器转速上升，增压压力建立，该过程中ISG电机发电产生的电能储存于动力电池中；
在电机使能前，发动机的目标功率上限为车辆停车充电的最大功率Pe-max，取决于电池的最大充电功率大小Pb-max(Pe-max＝Pb-max)；当制动踏板切换为断开状态时，电机使能，车辆起步；油门开度对应驱动电机转矩，当油门踏板踩到底时，发动机-发动机组与动力电池同时为驱动电机提供电流，驱动电机以最大转矩驱动车辆起步；在起步后车辆加速的过程中，发动机和ISG电机组成的发动机-发电机组在保证功率不下降的前提下跟随整车需求功率，且所述动力电池提供或回收所述ISG电机输出功率与整车需求功率的差值。
一种非道路弱混车辆起步加速控制系统，包括涡轮增压发动机、ISG电机、ISG电机控制器、动力电池和驱动电机，其特征在于，根据非道路弱混车辆的油门踏板和制动踏板信号以及所述涡轮增压发动机的运行状态，所述ISG电机控制器通过控制所述ISG电机的工作模式，所述动力电池配合所述ISG电机的工作模式，控制驱动电机变速以使得所述涡轮增压发动机和所述ISG电机输出达到预设功率或转速数据。
优选的，ISG电机的工作模式包括纯电起步模式和发电模式，所述的纯电起步模式中，所述的动力电池为所述ISG电机提供电能，使所述ISG电机拖动涡轮增压发动机转速提升，所述涡轮增压发动机在被拖动的过程中喷入燃油燃烧做功，使所述涡轮增压发动机迅速达到预设的目标转速；所述的发电模式中，对所述的涡轮增压发动机施加反向转矩，使得涡轮增压发动机功率上升，在燃烧产生的废气的驱动下涡轮增压器转速上升，增压压力建立，该过程中ISG电机发电产生的电能储存于动力电池中。
优选的，动力电池与ISG电机控制器之间设置DC/DC变换器。
优选的，动力电池通过驱动电机控制器控制所述的驱动电机。
本发明提供的技术方案带来的有益效果是：
本发明的一种非道路移动车辆弱混系统的起步加速控制方法，包括根据油门踏板和制动踏板信号，确定车辆的起步模式，根据起步模式控制策略控制ISG电机的工作模式，动力电池配合ISG电机的工作模式，以使得所述涡轮增压发动机和所述ISG电机输出达到预设功率或转速数据。
本发明能在车辆起步加速的过程中，提前提升发动机转速和功率，使涡轮增压器尽快处于高转速状态，有效减小了涡轮增压器的响应滞后时间，从而提升发动机功率输出的响应性，防止因驱动功率不足导致车辆加速缓慢，改善了车辆的起步加速性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1、图2分别为本发明技术方案中，非道路弱混车辆在纯电起步模式下系统功率流情况和功率随着车速的变化关系图；
图3、图4分别为本发明技术方案中，非道路弱混车辆在弹射起步模式下系统功率流情况和系统功率及涡轮增压器转速随着时间的变化关系图。
图5为本发明的技术方案中，弹射起步模式下发动机的工况图。
图6为本发明提供的非道路弱混车辆的起步加速控制方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
实施例提供一种非道路弱混车辆起步的加速控制方法，是根据所述非道路弱混车辆的油门踏板和制动踏板信号以及所述涡轮增压发动机的运行状态，所述ISG电机控制器通过控制所述ISG电机的工作模式，所述动力电池配合所述ISG电机的工作模式，以使得所述涡轮增压发动机和所述ISG电机输出达到预设功率或转速数据。
对于非道路弱混车辆的特殊应用要求，其弱混系统的发动机多为大功率高增压的柴油机，辅助能量源多为小容量且支持大电流放电的功率型动力电池或者超级电容。
本实施例的主要技术方案包括：
车辆上电后，整车控制器根据油门踏板和制动踏板信号控制区分车辆起步控制模式。
根据所述车辆起步控制模式控制车辆起步前后系统的功率流。所述起步控制模式包括纯电起步模式和弹射起步模式。
通过控制ISG电机的工作模式，并对所述涡轮增压发动机进行油量控制和ISG电机进行转矩加载控制，以使得所述涡轮增压发动机和所述ISG电机输出达到预设转速或功率数据，使涡轮增压发动机的涡轮增压器处于较高转速状态。
其中，ISG电机转矩加载控制策略会限制ISG电机加载速度，根据一定的加载速度对发动机施加反向转矩可避免发动机因载荷过大导致转速下降甚至熄火。
其中，预设的发动机转速和功率由发动机外特性和发动机的目标功率确定，发动机的目标功率上限为车辆停车充电的最大功率，包括电池最大充电功率和辅助系统所需功率。
所述起步加速控制方法的起始工况为怠速工况。
本实施例的非道路弱混车辆起步的加速控制方法中，具体控制方法包括：
当油门踏板全关时，车辆处于驻车模式，涡轮增压发动机处于怠速状态、ISG电机和驱动电机不启动。
当车辆动力系统为驱动状态(D挡)，油门踏板从全关到任一开度，且制动踏板为断开状态(非制动状态)时，车辆进入纯电起步模式。系统控制电机使能，油门开度对应驱动电机转矩，车辆起步。车辆纯电起步模式系统功率流情况，如图1所示，其功率随着车速的变化关系如图2所示。
具体过程为：所述ISG电机控制器切换所述ISG电机的工作模式为驱动模式，动力电池在为驱动电机驱动整车提供足够功率的同时，富余功率用于驱动所述ISG电机，使所述ISG电机拖动所述涡轮增压发动机转速提升，所述涡轮增压发动机在被拖动的过程中喷入适量的燃油燃烧做功，使所述涡轮增压发动机迅速达到预设的目标转速，即P需求+PISG＝P电池，对应图2中的0-v1阶段。随着加速过程的进行，当系统检测到需求功率大于电池最大放电功率或者发动机转速提升至目标转速时，ISG电机切换为发电模式，ISG电机根据一定的加载速度对发动机施加反向转矩，使得两者组成的发动机-发电机组以一定的速率提升功率，为车辆加速提供功率，且所述动力电池提供或吸收所述发动机-发电机组的输出功率与整车需求功率的差值，即P电池+PISG＝P需求，对应图2中车速大于v1的阶段。其中，ISG电机的加载速度过快会导致发动机功率下降甚至熄火，加载速度过慢则导致车辆加速到某一速度时驱动电机无法获得足够的电功率，导致车辆无法获得最大驱动力，加速用时长。加载速率的具体大小tanα跟发动机和发电机的协调控制相关，取不影响发动机工作稳定性的最大值，可通过试验和标定得到。维持发动机功率以一定的速率提升，能使缸内燃烧产生的废气持续驱动涡轮增压器转速上升，增压压力迅速建立，涡轮增压发动机功率输出的响应性得到改善。
当车辆动力系统为驱动状态(D挡)，油门踏板从全关到任一开度，且制动踏板为闭合状态(制动状态)时，车辆进入弹射起步模式。车辆弹射起步模式系统功率流情况，如图3所示，其功率及涡轮增压器转速随着时间的变化关系如图4所示，发动机的工况如图5所示。
具体过程为：阶段一(t＝0-t1)，所述ISG电机控制器切换所述ISG电机的工作模式为驱动模式，所述动力电池为所述ISG电机提供电能，使所述ISG电机拖动所述涡轮增压发动机转速提升，所述涡轮增压发动机在被拖动的过程中喷入适量的燃油燃烧做功，使所述涡轮增压发动机迅速达到预设的目标转速n1，其中，该目标转速由发动机外特性和发动机的目标功率确定。阶段二(t＝t1-t2)，发动机达到目标转速后，ISG电机切换为发电模式，并根据一定的加载策略对发动机施加反向转矩，使得发动机功率快速上升，在燃烧产生的废气的驱动下涡轮增压器转速上升，增压压力迅速建立，该过程ISG电机发电产生的电能储存于动力电池中。其中，ISG电机的加载速度过快会导致发动机功率下降甚至熄火，加载速度过慢则导致车辆加速到某一速度时驱动电机无法获得足够的电功率，导致车辆无法获得最大驱动力，加速用时长，加载速率的具体大小tanα跟发动机和发电机的协调控制相关，取不影响发动机工作稳定性的最大值，可通过试验和标定得到。在电机使能前，发动机的目标功率上限为车辆停车充电的最大功率Pe-max，取决于电池的最大充电功率大小Pb-max。当t＝t2，制动踏板切换为断开状态(非制动状态)时，电机使能，车辆起步。油门开度对应驱动电机转矩，当油门踏板踩到底时，发动机-发动机组与动力电池同时为驱动电机提供电流，驱动电机以最大转矩驱动车辆起步。在起步后车辆加速的过程中，发动机和ISG电机组成的发动机-发电机组在保证功率不下降的前提下跟随整车需求功率，且所述动力电池提供或回收所述ISG电机输出功率与整车需求功率的差值。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种非道路弱混车辆起步加速控制方法，包括以下步骤：
A、车辆上电后，整车控制器根据油门踏板和制动踏板信号控制区分车辆起步控制模式，所述起步控制模式包括驻车模式，纯电起步模式和弹射起步模式；
B、根据所述的车辆起步控制模式控制车辆起步前后系统的功率流；
所述的步骤B中，具体包括：
B1、车辆进入纯电起步模式的控制方法：
B11、ISG电机控制器切换ISG电机的工作模式为驱动模式，动力电池在为驱动电机驱动整车提供足够功率的同时，富余功率用于驱动所述ISG电机，使所述ISG电机拖动涡轮增压发动机转速提升，所述涡轮增压发动机在被拖动的过程中喷入燃油燃烧做功，使所述涡轮增压发动机迅速达到预设的目标转速，即P需求+PISG＝P电池；
B12、随着加速过程的进行，当系统检测到需求功率大于电池最大放电功率或者发动机转速提升至目标转速时，ISG电机切换为发电模式，ISG电机对发动机施加反向转矩，使得两者组成的发动机-发电机组以一定的速率提升功率，为车辆加速提供功率，且所述动力电池提供或吸收所述发动机-发电机组的输出功率与整车需求功率的差值，即P电池+PISG＝P需求；
B2、车辆进入弹射起步模式的控制方法：
B21、第一阶段，ISG电机控制器切换ISG电机的工作模式为驱动模式，动力电池为所述ISG电机提供电能，使所述ISG电机拖动涡轮增压发动机转速提升，所述涡轮增压发动机在被拖动的过程中喷入燃油燃烧做功，使所述涡轮增压发动机迅速达到预设的目标转速n1，其中，该目标转速n1由发动机外特性和发动机的目标功率确定；
B22、第二阶段，发动机达到目标转速n1后，ISG电机切换为发电模式，并根据转矩斜率加载策略对发动机施加反向转矩，使得发动机功率上升，在燃烧产生的废气的驱动下涡轮增压器转速上升，增压压力建立，该过程中ISG电机发电产生的电能储存于动力电池中；
在电机使能前，发动机的目标功率上限为车辆停车充电的最大功率Pe-max，取决于电池的最大充电功率大小Pb-max；当制动踏板切换为断开状态时，电机使能，车辆起步；油门开度对应驱动电机转矩，当油门踏板踩到底时，发动机-发电机组与动力电池同时为驱动电机提供电流，驱动电机以最大转矩驱动车辆起步；在起步后车辆加速的过程中，发动机和ISG电机组成的发动机-发电机组在保证功率不下降的前提下跟随整车需求功率，且所述动力电池提供或回收所述ISG电机输出功率与整车需求功率的差值。
2.根据权利要求1所述的一种非道路弱混车辆起步加速控制方法，其特征在于，所述的步骤A中，具体包括：
当油门踏板全关时，车辆处于驻车模式，涡轮增压发动机处于怠速状态、ISG电机和驱动电机不启动；
当车辆动力系统为驱动状态，油门踏板从全关到任一开度，且制动踏板为断开状态时，车辆进入纯电起步模式；
当车辆动力系统为驱动状态，油门踏板从全关到任一开度，且制动踏板为闭合状态时，车辆进入弹射起步模式。
3.一种根据权利要求1所述的非道路弱混车辆起步加速控制系统，包括涡轮增压发动机、ISG电机、ISG电机控制器、动力电池和驱动电机，其特征在于，根据非道路弱混车辆的油门踏板和制动踏板信号以及所述涡轮增压发动机的运行状态，所述ISG电机控制器通过控制所述ISG电机的工作模式，所述动力电池配合所述ISG电机的工作模式，控制驱动电机变速以使得所述涡轮增压发动机和所述ISG电机输出达到预设功率或转速数据；所述的ISG电机的工作模式包括纯电起步模式和发电模式，所述的纯电起步模式中，所述的动力电池为所述ISG电机提供电能，使所述ISG电机拖动涡轮增压发动机转速提升，所述涡轮增压发动机在被拖动的过程中喷入燃油燃烧做功，使所述涡轮增压发动机迅速达到预设的目标转速；所述的发电模式中，对所述的涡轮增压发动机施加反向转矩，使得涡轮增压发动机功率上升，在燃烧产生的废气的驱动下涡轮增压器转速上升，增压压力建立，该过程中ISG电机发电产生的电能储存于动力电池中。
4.根据权利要求3所述的一种非道路弱混车辆起步加速控制系统，其特征在于，所述的动力电池与ISG电机控制器之间设置DC/DC变换器。
5.根据权利要求3所述的一种非道路弱混车辆起步加速控制系统，其特征在于，所述的动力电池通过驱动电机控制器控制所述的驱动电机。
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- 2021-10-28 CN CN202111265857.2A patent/CN113879309B/zh active Active
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