[发明专利]增程式混合动力汽车的动力系统及其控制方法

说明书

技术领域

本申请涉及一种增程式混合动力汽车的动力系统。

背景技术

请参阅图1，传统汽车的动力系统包括：

——发动机，通常为汽油发动机，连接变速箱等驱动机构；

——传感器，包括空气流量计（或者气体温度压力传感器）、发动机转速传感器、曲轴位置传感器等；

——执行器，包括进气门、喷油器、点火装置等；

——发动机管理系统（Engine Management System，简称为EMS），采集各传感器的信号，控制各执行器的操作。

传统汽车的动力系统的控制方法为：各种传感器为EMS提供所需信号，EMS根据发动机运行状况的空燃比需求，计算出每个工作循环的供油量，控制各种执行器进行相应操作，实现发动机性能的平衡。所述传感器的信号包括：空气流量计或者气体温度压力传感器检测出发动机的进气量，为EMS提供空气流量信号；发动机转速传感器为EMS提供发动机转速信号；曲轴位置传感器为EMS提供曲轴转角信号。所述执行器的操作包括：控制进气门的开度、控制喷油器的喷油量和喷油时间、控制点火装置的点火时间等。

发动机在运转时可分为怠速工况和非怠速工况。怠速工况时，EMS采用闭环转速控制，以根据发动机运转工况所设定的目标转速为控制目标，基于实际转速和目标转速的差值为输入，对进气量和点火角进行PID计算，以保证发动机的转速稳定性。非怠速工况时，EMS采用扭矩控制，建立发动机的扭矩输入输出模型，动态调整进气量和点火角度，使发动机实际扭矩输出跟随驾驶员的扭矩需求，以保证动力输出满足驾驶扭矩需要。

请参阅图2，现有的增程式混合动力汽车的动力系统包括：

——蓄电池，储存电量，或者通过功率变换器给驱动电机、ISG提供能源。

——驱动电机，以交流电为电源，通常为高压交流电，驱动车轮使车辆行驶。

——发动机，仅用于带动ISG发电。

——集成式起动电机和发电机（Integrated starter/generator，简称为ISG），通常为永磁同步电机，直接集成在发动机的主轴上。一方面，ISG作为发动机的起动电机，帮助发动机起动。另一方面，在发动机正常运转后ISG作为发电机，由发动机带动产生交流电。

——功率变换器，一方面将ISG发电产生的交流电转换为直流，以供蓄电池充电；另一方面在蓄电池放电时，将蓄电池输出的直流电转换为高压交流电，作为驱动电机、ISG的电力来源。

——EMS，控制发动机运转。怠速工况时，EMS对发动机采用闭环转速控制。非怠速工况时，EMS对发动机采用扭矩控制。

——整车控制器（Hybrid Control Unit，简称为HCU），采集ISG发电时产生的三相交流电的相电流信号、以及发动机转速信号、以及ISG的转子位置信号，对ISG进行励磁电流控制。

增程式混合动力汽车可根据需要工作于纯电动模式、增程模式或混合动力模式。纯电动模式下，发动机不运转，完全由蓄电池储备电量供应驱动电机运转。增程模式下，发动机运转带动ISG发电，完全由这部分发电电量供应驱动电机运转，不消耗蓄电池储备电量。混合动力模式下，发动机带动ISG发电和蓄电池同时供电，通过功率变换器一起供应驱动电机运转。

ISG作为起动电机工作时，要求在低转速恒扭矩区提供大扭矩；目前是采用自控式变频调速方法，在电机轴上安装转子位置传感器，能检测出转子的磁极位置，通过控制定子的电流频率和相位产生旋转磁场，该旋转磁场对转子产生恒定转矩。

请参阅图3，现有的增程式混合动力汽车的动力系统在ISG作为发电机工作时的控制方法为：HCU采集ISG发电时产生的三相交流电的相电流信号、以及发动机转速信号、以及ISG的转子位置信号，对ISG进行励磁电流控制。ISG作为发电机工作时，要求实现稳压发电。HCU对ISG采用弱磁控制方法，通过降低输出给ISG的励磁电流，保持发电电压稳定。然而，发动机的转速会在较宽广的范围内变化，而永磁同步电机的宽范围弱磁控制技术难度很大，对ISG电机参数的依赖性强且动态响应差。作为一种替换方案，ISG作为发电机工作时也可采用DC-DC变换器实现稳压发电，然而这将增加系统成本，同时降低发电效率。

发明内容

本申请所要解决的技术问题是提供一种增程式混合动力汽车的动力系统，在ISG作为发电机工作时简化控制方案，不增加额外成本，同样实现ISG的稳定电压输出。为此，本申请还要提供一种增程式混合动力汽车的动力系统的控制方法。