CN114810379A - 一种增程式电动汽车发动机启停方法和系统 - Google Patents

一种增程式电动汽车发动机启停方法和系统 Download PDF

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刘锦杰
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孙国媛
刘玉明
张世伟
闫立凯
马江涛
卢俊
潘丽莉
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Abstract

一种增程式电动汽车发动机启停方法和系统，属于增程式电动汽车领域。它能够解决发动机启动整车NVH水平较差的问题。该发动机停止方法，为发电机拖动发动机使发动机曲柄连杆机构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。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

一种增程式电动汽车发动机启停方法和系统
技术领域
本发明属于增程式电动汽车领域，具体涉及一种增程式电动汽车发动机启动、停止方法和系统。
背景技术
随着人民生活水平的提高，环境保护意识越加强烈，油耗和排放法规不断升级，需要做到从源头到用户，整个产业链要降低污染，保护环境，碳中和、碳达峰目标实现势在必行。在众多新能源系统架构中，增程式电动汽车应用与集成相对于并联、功率分流等结构具有架构简单，单车实现容易等特点，发动机转速、扭矩与整车车速完全解耦，通过电力进行连接和能力传递，发动机一直工作在高效区，发动机冷却系统与整车也具有解耦关系，所以油耗、排放控制相对于传统动力，更能够满足国家法规要求，是打响蓝天保卫战的一种技术手段。
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，由于发动机工作特性，最大爆压压力远远大于平均有效压力，浪涌式的动力传递在与发电机一起工作是，也容易伤害连接部件，因此存在着发动机启动整车NVH水平较差，系统可靠性降低情况。
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，前期由于政策推广及技术应用试点，在物流车、公交车上应用增程式架构车辆，发动机启动工况，NVH效果极差。
发明内容
本发明为了解决发动机启动整车NVH水平较差的问题，进而提供一种增程式电动汽车发动机启停方法和系统。
本发明所采取的技术方案是：
一种增程式电动汽车发动机启停系统，包括发动机、发电机、动力电池、电机控制器及发动机传感器；所述发动机内安装有发动机传感器，所述发动机与发电机连接，所述发动机传感器与电机控制器连接，电机控制器与发电机连接，控制发电机的转速，所述动力电池与电机控制器连接。
一种增程式电动汽车发动机的发动机停止方法，包括以下步骤：
S1.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电机矢量控制模块；
S2.所述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；
S3.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传感器的凸轮轴位置传感器输出的发动机凸轮轴位置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传感器的曲轴位置传感器输出的发动机曲轴位置信号后输出给逻辑判断模块；
逻辑判断模块接收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；
S4.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，从而控制发电机的转子转速；
S5.发电机拖动发动机使发动机曲柄连杆机构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。
一种增程式电动汽车发动机的发动机启动方法，包括以下步骤：
S1.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；
S2.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；
S3.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，从而控制发电机的转子转速。
S4.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。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
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是本发明启停系统组成架构图；
图2是本发明发动机起停控制功能原理图；
图3是不同曲轴位置发动机缸内压力阻力（泵气阻力）；
图4是发动机启停过程影响NVH性能注意因素；
其中：1、增程器电动汽车；2、发动机；3、发电机；4、驱动电机；6、减速器；7、动力电池； 9、凸轮轴位置传感器；10、曲轴位置传感器；11、第一线束；12、第二线束；13、高压线束；14、高压动力线束；15、电机控制器；21、发动机传感器；22、整车控制单元；23、旋转变压器；24、第一滤波模块；25、第二滤波模块；26、电机旋转变压器信号解析模块；27、整车控制单元信号接收模块；28、发动机曲轴位置传感器信号解析模块；29、发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块；30、逻辑判断模块；31、电机矢量控制模块。
具体实施方式
为了更好地了解本发明的目的、结构及功能，下面结合附图，对本发明的做进一步详细的描述。
一种增程式电动汽车发动机启停系统
如图1所示，一种增程式电动汽车发动机启停系统，包括发动机2，发电机3、驱动电机4、减速器6、动力电池7、电机控制器15、轮胎等零件。
发动机2采用阿特金森循环高效发动机；发动机2至少包含一个气缸、包含气门机构、曲柄连杆结构、机体组等部分，保留曲轴位置、凸轮轴位置检测装置。并在上述两个位置处安装凸轮轴位置传感器9，曲轴位置传感器10；
发电机3包括定子、转子、水套、壳体等结构，发电机3与发动机2采用固定速比连接，速比通常为1或1~0.42之间；
发动机2与发电机3采用机械连接方法，发动机2能够作为动机源将化学能转换成机械能输出，发电机3将发动机2输出的机械能转换为电能输出，发电机3可以将电能转化为机械能，对发动机输出机械能用于启动发动机，发电机旋转方向为正向，扭矩有正扭矩和负扭矩两种，将动力传递给发动机2。
连接方法包括2种，其一是发动机2的曲轴与发电机3的转子直接连接，其二是发动机2的曲轴通过飞轮、减震器与发电机总成连接。
发电机3和驱动电机4与电机控制器15均通过高压动力线束14（代表2组UVW动力线）和低压线束连接；
驱动电机4与减速器6的输入轴连接，所述减速器6与增程器电动汽车1的整车半轴连接，将驱动电机4的动力通过整车半轴传递给车轮，也可以将驱动的动力转换为电能储存到动力电池中。
动力电池7与双电机控制器15通过高压线束13连接；
凸轮轴位置传感器9、曲轴位置传感器10与电机控制器15均采用第一线束11和第二线束12进行连接；
发动机起停控制功能的电机控制器15如图2所示；
发动机传感器21包括凸轮轴位置传感器9、曲轴位置传感器10，
电机控制器15包括第一滤波模块24、第二滤波模块25、发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块29、发动机曲轴位置传感器信号解析模块28、电机旋转变压器信号解析模块26、整车控制单元信号接收模块27、逻辑判断模块30和电机矢量控制模块31，其中：
第一滤波模块24与发动机传感器21连接，用于接收和滤波由发动机传感器21的凸轮轴位置传感器9发送的凸轮轴位置信号并输出；
第二滤波模块25与发动机传感器21连接，用于接收和滤波由发动机传感器21的曲轴位置传感器10发送的曲轴位置信号并输出；
所述电机旋转变压器信号解析模块26与发电机3的旋转变压器23连接，用于接收、解析由旋转变压器23发送的发电机3转速和位置信号并输出；
整车控制单元信号接收模块27与增程器电动汽车1的整车控制单元22连接，用于接收由整车控制单元22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；
发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块29用于接收并解析由发动机传感器21输出的发动机凸轮轴位置信号并输出；
所述发动机曲轴位置传感器信号解析模块28用于接收并解析由发动机传感器21输出的发动机曲轴位置信号并输出；
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，发动机传感器21和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块29、发动机曲轴位置传感器信号解析模块28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24和第二滤波模块25，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。
逻辑判断模块30用于接收由发动机曲轴位置传感器信号解析模块28和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块29发送的传感器信号，判断发动机2当前转速及曲柄连杆机构所处位置并输出；
电机矢量控制模块31用于接收由逻辑判断模块30发送的发动机2当前转速及曲柄连杆机构位置信号、由电机旋转变压器信号解析模块26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27发送的起停控制功能模式开关指令信号、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3的控制电流并输出，对电机进行矢量控制，拖动发动机曲柄连杆机构停在最优起动位置。
电机控制器15的起停控制功能如下：
在停机时，通过发电机3拖动发动机2，使发动机2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。
一、当发动机停机时：
增程式电动汽车发动机启停系统的发动机停止方法：包括以下步骤：
S1.整车控制单元22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27，整车控制单元信号接收模块27接收信号并输出给电机矢量控制模块31；
S2.所述旋转变压器23输出发电机3的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块26，电机旋转变压器信号解析模块26接收信号解析后输出给电机矢量控制模块31；
S3.发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块29接收并解析由发动机传感器21的凸轮轴位置传感器9输出的发动机凸轮轴位置信号后输出给逻辑判断模块30；
发动机曲轴位置传感器信号解析模块28接收并解析由发动机传感器21的曲轴位置传感器10输出的发动机曲轴位置信号后输出给逻辑判断模块30；
逻辑判断模块30接收发动机曲轴位置传感器信号解析模块28和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块29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31；
S4.电机矢量控制模块31根据逻辑判断模块30、电机旋转变压器信号解析模块26、整车控制单元信号接收模块27发送的信号计算出发电机3的控制电流并输出，从而控制发电机3的转子转速；
S5.发电机3拖动发动机2使发动机2曲柄连杆机构停止在最优起动位置，整车控制单元22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27，退出起停控制功能。
二、当发动机起动时：
增程式电动汽车发动机启停系统的发动机启动方法，包括以下步骤：
S1.整车控制单元22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27，整车控制单元信号接收模块27接收信号并输出给电机矢量控制模块31；
S2.电机旋转变压器23输出发电机3的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块26，电机旋转变压器信号解析模块26接收信号解析后输出给电机矢量控制模块31；
S3.电机矢量控制模块31根据电机旋转变压器信号解析模块26、整车控制单元信号接收模块27发送的信号计算出发电机3的控制电流并输出，从而控制发电机3的转子转速。
S4.发电机3拖动发动机2至发动机目标拖动转速，整车控制单元22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27，退出起停控制功能。
泵气损失如图3所示，1缸压力曲线如图中31，2缸压力曲线如图中32，3缸压力曲线如图中33，4缸压力曲线如图中34；在不同曲轴转角下，发动机泵气损失与曲轴转角近似周期变化。
区间36为1缸上止点后，压力下行，相对压力最小；区间37、区间38、区间39内启动发动机，启动时刻克服泵气扭矩小，克服摩擦扭矩小，有利于发动机启动。
发动机启动转速与时间的关系如图4所示；
发动机转速41随着时间t增加而变化。
启动过程中，发动机共振最低转速43，发动机共振高转速42之间区域称为共振区间。
发动机开始启动时刻44，时刻t1，发动机转速进入共振转速时刻45，时刻t2，发动机转速离开共振转速时刻46，时刻t3，发动机第一次点火转速时刻47，时刻t4，发动机启动完成时刻48，时刻t5。
在发动机启动过程中，共计存在2次振动大或NVH效果不好情况，为了避免这种情况出现，应使45到46时间尽可能短，47时刻尽可能快。
为了使45到46时刻尽可能短，减少振动产生，因此发动机启动时刻位置需要控制在区间36、37、38、39位置上。
为了47时刻尽可能快，需要将发动机启动时刻位置需要控制在区间36、37、38、39中的一个区间，既停机停在区间36、37、38、39中的一个区间内。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处所公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。

Claims (9)

1.一种增程式电动汽车发动机启停系统，其特征在于：包括发动机(2)、发电机(3)、动力电池(7)、电机控制器(15)及发动机传感器(21)；所述发动机(2)内安装有发动机传感器(21)，所述发动机(2)与发电机(3)连接，所述发动机传感器(21)与电机控制器(15)连接，电机控制器(15)与发电机(3)连接，控制发电机(3)的转速，所述动力电池(7)与电机控制器(15)连接。
2.根据权利要求1所述的一种增程式电动汽车发动机启停系统，其特征在于：所述发动机(2)的曲轴与发电机(3)的转子连接。
3.根据权利要求2所述的一种增程式电动汽车发动机启停系统，其特征在于：所述发动机传感器(21)包括凸轮轴位置传感器(9)、曲轴位置传感器(10)；
所述电机控制器(15)包括第一滤波模块(24)、第二滤波模块(25)、发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块(29)、发动机曲轴位置传感器信号解析模块(28)、电机旋转变压器信号解析模块(26)、整车控制单元信号接收模块(27)、逻辑判断模块(30)及电机矢量控制模块(31)；
所述第一滤波模块(24)与发动机传感器(21)连接，用于接收和滤波由发动机传感器(21)的凸轮轴位置传感器(9)发送的凸轮轴位置信号并输出给发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块(29)，发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块(29)用于接收、解析该信号并输出给逻辑判断模块(30)；
所述第二滤波模块(25)与发动机传感器(21)连接，用于接收和滤波由发动机传感器(21)的曲轴位置传感器(10)发送的曲轴位置信号并输出给发动机曲轴位置传感器信号解析模块(28)，发动机曲轴位置传感器信号解析模块(28)用于接收、解析该信号并输出给逻辑判断模块(30)；
所述逻辑判断模块(30)用于判断发动机(2)当前转速及曲柄连杆机构所处位置并将信号输出给电机矢量控制模块(31)；
所述电机旋转变压器信号解析模块(26)与发电机(3)的旋转变压器(23)连接，用于接收、解析由旋转变压器(23)发送的发电机(3)转速和位置信号并输出给电机矢量控制模块(31)；
所述整车控制单元信号接收模块(27)与增程器电动汽车(1)的整车控制单元(22)连接，用于接收由整车控制单元(22)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信号并输出给电机矢量控制模块(31)；
电机矢量控制模块(31)用于计算出发电机(3)的控制电流并输出，从而控制发电机(3)的转子转速。
4.根据权利要求3所述的一种增程式电动汽车发动机启停系统，其特征在于：所述增程式电动汽车发动机启停系统还包括驱动电机(4)及减速器(6)；所述电机控制器(15)与驱动电机(4)连接，驱动电机(4)与减速器(6)的输入轴连接，所述减速器(6)的输出轴与增程器电动汽车(1)的整车半轴连接，将驱动电机(4)的动力通过整车半轴传递给车轮。
5.根据权利要求4所述的一种增程式电动汽车发动机启停系统，其特征在于：所述发电机(3)与电机控制器(15)通过高压动力线束(14)和低压线束连接；
所述驱动电机(4)与电机控制器(15)通过高压动力线束(14)和低压线束连接。
6.根据权利要求5所述的一种增程式电动汽车发动机启停系统，其特征在于：所述动力电池(7)与电机控制器(15)通过高压线束(13)连接。
7.根据权利要求3所述的一种增程式电动汽车发动机启停系统，其特征在于：所述凸轮轴位置传感器(9)与电机控制器(15)采用第一线束(11)、第二线束(12)进行连接；
所述曲轴位置传感器(10)与电机控制器(15)采用第一线束(11)、第二线束(12)进行连接。
8.一种利用权利要求1～7中任意一项权利要求的所述的增程式电动汽车发动机启停系统的发动机停止方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.整车控制单元(22)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(27)，整车控制单元信号接收模块(27)接收信号并输出给电机矢量控制模块(31)；
S2.旋转变压器(23)输出发电机(3)的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块(26)，电机旋转变压器信号解析模块(26)接收信号解析后输出给电机矢量控制模块(31)；
S3.发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块(29)接收并解析由发动机传感器(21)的凸轮轴位置传感器(9)输出的发动机凸轮轴位置信号后输出给逻辑判断模块(30)；
发动机曲轴位置传感器信号解析模块(28)接收并解析由发动机传感器(21)的曲轴位置传感器(10)输出的发动机曲轴位置信号后输出给逻辑判断模块(30)；
逻辑判断模块(30)接收发动机曲轴位置传感器信号解析模块(28)和发动机凸轮轴位置传感器信号解析模块(29)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(31)；
S4.电机矢量控制模块(31)根据逻辑判断模块(30)、电机旋转变压器信号解析模块(26)、整车控制单元信号接收模块(27)发送的信号计算出发电机(3)的控制电流并输出，从而控制发电机(3)的转子转速；
S5.发电机(3)拖动发动机(2)使发动机(2)曲柄连杆机构停止在最优起动位置，整车控制单元(22)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(27)，退出起停控制功能。
9.一种利用权利要求1～7中任意一项权利要求的所述的增程式电动汽车发动机启停系统的发动机启动方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1.整车控制单元(22)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(27)，整车控制单元信号接收模块(27)接收信号并输出给电机矢量控制模块(31)；
S2.电机旋转变压器(23)输出发电机(3)的转速和位置信号给电机旋转变压器信号解析模块(26)，电机旋转变压器信号解析模块(26)接收信号解析后输出给电机矢量控制模块(31)；
S3.电机矢量控制模块(31)根据电机旋转变压器信号解析模块(26)、整车控制单元信号接收模块(27)发送的信号计算出发电机(3)的控制电流并输出，从而控制发电机(3)的转子转速。
S4.发电机(3)拖动发动机(2)至发动机目标拖动转速，整车控制单元(22)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(27)，退出起停控制功能。
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