[發明專利]增程式混合動力汽車的動力系統及其控制方法

有效

• 申請號: 201410161237.8
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103935226A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 柳建輝;周海松;王志偉
• 申請（專利權）人: 聯合汽車電子有限公司
• 主分類號: B60K6/20
• 分類號: B60K6/20;B60W10/06;B60W10/08
• 代理公司: 上海浦一知識產權代理有限公司 31211
• 代理人: 殷曉雪

技術領域

本申請涉及一種增程式混合動力汽車的動力系統。

背景技術

請參閱圖1，傳統汽車的動力系統包括：

——發動機，通常為汽油發動機，連接變速箱等驅動機構；

——傳感器，包括空氣流量計（或者氣體溫度壓力傳感器）、發動機轉速傳感器、曲軸位置傳感器等；

——執行器，包括進氣門、噴油器、點火裝置等；

——發動機管理系統（Engine?Management?System，簡稱為EMS），采集各傳感器的信號，控制各執行器的操作。

傳統汽車的動力系統的控制方法為：各種傳感器為EMS提供所需信號，EMS根據發動機運行狀況的空燃比需求，計算出每個工作循環的供油量，控制各種執行器進行相應操作，實現發動機性能的平衡。所述傳感器的信號包括：空氣流量計或者氣體溫度壓力傳感器檢測出發動機的進氣量，為EMS提供空氣流量信號；發動機轉速傳感器為EMS提供發動機轉速信號；曲軸位置傳感器為EMS提供曲軸轉角信號。所述執行器的操作包括：控制進氣門的開度、控制噴油器的噴油量和噴油時間、控制點火裝置的點火時間等。

發動機在運轉時可分為怠速工況和非怠速工況。怠速工況時，EMS采用閉環轉速控制，以根據發動機運轉工況所設定的目標轉速為控制目標，基于實際轉速和目標轉速的差值為輸入，對進氣量和點火角進行PID計算，以保證發動機的轉速穩定性。非怠速工況時，EMS采用扭矩控制，建立發動機的扭矩輸入輸出模型，動態調整進氣量和點火角度，使發動機實際扭矩輸出跟隨駕駛員的扭矩需求，以保證動力輸出滿足駕駛扭矩需要。

請參閱圖2，現有的增程式混合動力汽車的動力系統包括：

——蓄電池，儲存電量，或者通過功率變換器給驅動電機、ISG提供能源。

——驅動電機，以交流電為電源，通常為高壓交流電，驅動車輪使車輛行駛。

——發動機，僅用于帶動ISG發電。

——集成式起動電機和發電機（Integrated?starter/generator，簡稱為ISG），通常為永磁同步電機，直接集成在發動機的主軸上。一方面，ISG作為發動機的起動電機，幫助發動機起動。另一方面，在發動機正常運轉后ISG作為發電機，由發動機帶動產生交流電。

——功率變換器，一方面將ISG發電產生的交流電轉換為直流，以供蓄電池充電；另一方面在蓄電池放電時，將蓄電池輸出的直流電轉換為高壓交流電，作為驅動電機、ISG的電力來源。

——EMS，控制發動機運轉。怠速工況時，EMS對發動機采用閉環轉速控制。非怠速工況時，EMS對發動機采用扭矩控制。

——整車控制器（Hybrid?Control?Unit，簡稱為HCU），采集ISG發電時產生的三相交流電的相電流信號、以及發動機轉速信號、以及ISG的轉子位置信號，對ISG進行勵磁電流控制。

增程式混合動力汽車可根據需要工作于純電動模式、增程模式或混合動力模式。純電動模式下，發動機不運轉，完全由蓄電池儲備電量供應驅動電機運轉。增程模式下，發動機運轉帶動ISG發電，完全由這部分發電電量供應驅動電機運轉，不消耗蓄電池儲備電量。混合動力模式下，發動機帶動ISG發電和蓄電池同時供電，通過功率變換器一起供應驅動電機運轉。

ISG作為起動電機工作時，要求在低轉速恒扭矩區提供大扭矩；目前是采用自控式變頻調速方法，在電機軸上安裝轉子位置傳感器，能檢測出轉子的磁極位置，通過控制定子的電流頻率和相位產生旋轉磁場，該旋轉磁場對轉子產生恒定轉矩。

請參閱圖3，現有的增程式混合動力汽車的動力系統在ISG作為發電機工作時的控制方法為：HCU采集ISG發電時產生的三相交流電的相電流信號、以及發動機轉速信號、以及ISG的轉子位置信號，對ISG進行勵磁電流控制。ISG作為發電機工作時，要求實現穩壓發電。HCU對ISG采用弱磁控制方法，通過降低輸出給ISG的勵磁電流，保持發電電壓穩定。然而，發動機的轉速會在較寬廣的范圍內變化，而永磁同步電機的寬范圍弱磁控制技術難度很大，對ISG電機參數的依賴性強且動態響應差。作為一種替換方案，ISG作為發電機工作時也可采用DC-DC變換器實現穩壓發電，然而這將增加系統成本，同時降低發電效率。

發明內容

本申請所要解決的技術問題是提供一種增程式混合動力汽車的動力系統，在ISG作為發電機工作時簡化控制方案，不增加額外成本，同樣實現ISG的穩定電壓輸出。為此，本申請還要提供一種增程式混合動力汽車的動力系統的控制方法。