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技术领域

本发明涉及新能源汽车技术领域，具体的说是一种增程器工作点切换的控制方法。

背景技术

增程式电动车凭借燃油少，排放低，续驶里程长的性能优点，成为向纯电动车过渡的 最佳选择，具有广泛的市场前景。其中增程器是增程式电动车的关键组成部分，由发动机、 发电机及其逆变器组成，其中发电机兼电动和发电功能。

当动力电池电量充足时，增程器关闭，整车处于纯电动工作模式。当动力电池电量不 足时，增程器打开，增程器跟踪目标功率需求，用于辅助驱动整车，整车进入增程模式。 在增程器跟踪目标功率需求时，由于发动机是个惯量较大的机械式能量转换装置，具有较 大的机械惯性和滞后特性；而发电机具有非常小的惯性，对外界的响应很快，这导致发电 机和发动机之间的耦合协调较为困难，在增程器工作点切换时容易产生转速超调，转矩冲 击和工作噪声增加。

申请号200610032031.0的中国专利提供了一种车用发动机与发电机的离合方法及装 置，通过发动机与发电机之间设置一离合装置，发动机与发电机通过离合装置进行发动机 与发电机的结合和分离。离合装置可以是电控气动装置，也可以是电控液动离合装置，还 可以是机械式手动离合装置。该方案虽然可以减轻发动机发电机的起停振动和噪声，但增 加了结构的复杂性。

因此在增程器工作点切换的过程中，如何保证系统快速响应的同时，减小转速超调， 降低转矩冲击和工作噪声，延长增程器的寿命，同时能保证增程器结构简单化，是一个亟 需解决的问题。

发明内容

本发明提供了一种在增程器工作点切换的过程中，系统快速响应的同时，能减小转速 超调，降低转矩冲击和工作噪声，延长增程器的寿命，保证增程器结构简单的增程器工作 点切换的控制方法，克服了现有增程器工作点切换过程中的上述不足。

本发明技术方案结合附图说明如下：

步骤一、获取增程器的目标功率P_target

增程器控制器根据整车控制器对其控制需求，通过CAN总线信号传输，获取增程器的 目标功率P_target，单位为Kw；

步骤二、获取增程器的目标转速n_target和目标转矩T_target

为使发动机工作于最佳燃油消耗率曲线实现所述增程器的目标功率P_target，取发动机最 佳燃油消耗率曲线上的目标功率P_target对应的转速和转矩作为增程器的目标转速n_target和目 标转矩T_target，其中有如下式(1)的关系式：

T t arg e t = 9550 · P t arg e t n t arg e t - - - ( 1 ) ; ]]>

n_target单位为rpm，T_target单位为Nm；

步骤三、计算增程器的转速差值△n

所述的增程器的转速差值△n为增程器的目标转速n_target减去增程器当前实际转速n_act， 用于判断增程器的状态变化程度；所述增程器当前实际转速n_act由发电机控制器实时获取， 并传至增程器控制器中，并在增程器控制器中计算转速差值△n；

步骤四、在增程器控制器中，判断增程器的转速差值△n的绝对值是否小于工作点切换设定 转速n_diff，如果是，增程器工作点切换过程进入小工作点切换模式，执行步骤五；如果否， 增程器工作点切换过程进入大工作点切换模式，执行步骤六；

步骤五、增程器进入小工作点切换模式，利用发动机转速控制、发电机转矩控制实现工作 点切换；

步骤六、增程器进入大工作点切换模式，利用所述增程器的转速差值△n正负判断工作点变 化，进而进行发动机油门开度控制、转速控制，发电机转速控制、转矩控制，从而完成工 作点切换。

步骤二中所述的发动机最佳燃油消耗率曲线是由发动机台架试验获取发动机万有特性曲 线，并根据发动机万有特性曲线中的燃油消耗率，将发动机不同输出功率下所对应的最低 燃油消耗率点标出，最后连接标出的最低燃油消耗率点所形成的曲线。

步骤五中所述的小工作点切换模式的具体步骤如下：

(51)发动机进行转速控制，控制的目标转速为所述增程器的目标转速n_target；所述发动机 的转速控制，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通过CAN信号传输发送给发动机控 制器，发动机控制器可通过调节油门开度或点火提前角大小来实现转速控制；

(52)发电机进行转矩控制，控制的目标转矩为所述增程器的目标转矩T_target；所述发电机 的转矩控制，增程器控制器将增程器的目标转矩T_target通过CAN信号传输发送给发电机控 制器，发电机控制器可通过控制发电机来实现转矩控制。

步骤六中所述的大工作点切换模式的具体步骤如下：

(61)若所述增程器的转速差值△n<0，增程器的需求功率降低；工作点的切换过程为：

a1、发动机停止喷油，通过降低发动机的功率输出，可实现增程器当前实际转速n_act的快速 降低；

b1、发电机转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target，且发电机进入电动模式， 工作于第一象限；所述发电机的转速控制，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通过 CAN信号传输发送给发电机控制器，发电机控制器可通过控制逆变器来实现转速控制；

c1、实时检测计算增程器的转速差值△n的绝对值是否小于50rpm；如果是，执行步骤d1、 e1，如果否，执行步骤a1、b1；

d1、发动机进行转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target；所述发动机的转速 控制，可以使得增程器的实际转速一直维持在增程器的目标转速n_target附近，实现增程器的 目标转速n_target控制；所述发动机的转速控制方法，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通过CAN信号传输发送给发动机控制器，发动机控制器可通过调节油门开度或点火提前角 大小来实现转速控制；

e1、发电机进入转矩控制，控制的目标转矩为增程器的目标转矩T_target，且发电机进入发电 模式，工作于第四象限；所述发电机的转矩控制，可以使得增程器的实际转矩维持在增程 器的目标转矩T_target附近，从而完成增程器的工作点切换；所述发电机的转矩控制方法，增 程器控制器将增程器的目标转矩T_target通过CAN信号传输发送给发电机控制器，发电机控 制器可通过控制发电机来实现转矩控制。

(62)若所述增程器的转速差值△n>0，增程器的需求功率增加；工作点的切换过程为：

a2、发动机进行油门开度控制，维持当前油门开度，从而避免发动机过量燃油喷射，引起 转速超调，转矩冲击，工作噪声变大；所述发动机油门开度控制，增程器控制器通过CAN 信号传输发送给发动机控制器，使得发动机控制器调节发动机维持在当前油门开度下；

b2、发电机转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target，且发电机进入电动模式， 工作于第一象限；所述发电机的转速控制方法，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通 过CAN信号传输发送给发电机控制器，发电机控制器可通过控制逆变器来实现转速控制；

c2、实时检测计算所述增程器的转速差值△n的绝对值是否小于50rpm；如果是，执行步骤 d2、e2，如果否，执行步骤a2、b2；

d2、发动机进行转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target；所述发动机的转速 控制，可以使得增程器的实际转速一直维持在增程器的目标转速n_target附近，实现增程器的 目标转速n_target控制；所述发动机的转速控制方法，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通过CAN信号传输发送给发动机控制器，发动机控制器可通过调节油门开度或点火提前角 大小来实现转速控制；

e2、发电机进入转矩控制，控制的目标转矩为增程器的目标转矩T_target，且发电机进入 发电模式，工作于第四象限；所述发电机的转矩控制，可以使得增程器的实际转矩维持在 增程器的目标转矩T_target附近，从而完成了增程器的工作点切换；所述发电机的转矩控制方 法，增程器控制器将增程器的目标转矩T_target通过CAN信号传输发送给发电机控制器，发 电机控制器可通过控制发电机来实现转矩控制。

本发明的有益效果为：

1、本发明专利所涉及的增程器工作点切换的控制方法，能够使发动机工作于最佳燃油消耗 率曲线，增程器工作状态根据工作点转速的变化进行调整，使得增程器快速而平滑的响应 需求。

2、增程器工作点转速变化在规定值以内时，增程器进入小工作点切换模式，发动机转速控 制，发电机转矩控制，发动机与发电机协调完成工作点切换，系统控制简单。

3、增程器工作点转速变化超出规定值时，增程器进入大工作点切换模式，利用发动机油门 开度控制、转速控制，发电机转速控制、转矩控制，使得增程器工作点切换快速响应的同 时，减小转速超调，降低转矩冲击和工作噪声，延长增程器的寿命。

4、避免发动机与发电机之间通过增加离合器来降低系统转矩冲击和转速超调，使得增程器 结构简单化。

附图说明

图1为本发明增程式电动车的结构示意图；

图2为本发明增程器工作点切换的逻辑控制流程图；

图3为本发明增程器工作点切换的小工作点切换模式逻辑控制流程图；

图4为本发明增程器工作点切换的大工作点切换模式逻辑控制流程图。

具体实施方式

参阅图1，增程式电动车包括CAN(控制器局域网络)总线连接的整车控制器、增程 器控制器、电池管理系统、电机控制器，以及用于控制发动机的发动机控制器、用于控制 发电机的发电机控制器；通过电力连接的动力电池、增程器、电动机。所述增程器包括发 动机、发电机及其逆变器，增程器与动力电池和驱动电机通过直流母线相连接。所述发电 机兼具有电动和发电功能，即可工作于第一象限和第四象限中。所述增程器控制器根据整 车控制器的控制需求，获得增程器的目标功率需求，通过控制发动机控制器、发电机控制 器，实现对发动机和发电机的控制。

本发明根据增程器目标工作点与实际工作点之间转速差的大小，使得增程器进入不同 的控制模式，进而解决增程器工作点切换时响应滞后、转速超调量大、转矩冲击明显、工 作噪声大的情况，同时发动机与发电机之间无需增加离合器，增程器结构简单。

参阅图2，本发明所述的增程器工作点切换过程的工作模式步骤如下：

步骤一、获取增程器的目标功率P_target

增程器控制器根据整车控制器对其控制需求，通过CAN总线信号传输，获取增程器的 目标功率P_target，单位为Kw；

步骤二、获取增程器的目标转速n_target和目标转矩T_target

为使发动机工作于最佳燃油消耗率曲线实现所述增程器的目标功率P_target，取发动机最 佳燃油消耗率曲线上的目标功率P_target对应的转速和转矩作为增程器的目标转速n_target和目 标转矩T_target，其中有如下式(1)的关系式：

T t arg e t = 9550 · P t arg e t n t arg e t - - - ( 1 ) ; ]]>

n_target单位为rpm，T_target单位为Nm；

所述的发动机最佳燃油消耗率曲线是由发动机台架试验获取发动机万有特性曲线，并 根据发动机万有特性曲线中的燃油消耗率，将发动机不同输出功率下所对应的最低燃油消 耗率点标出，最后连接标出的最低燃油消耗率点所形成的曲线。

步骤三、计算增程器的转速差值△n

所述的增程器的转速差值△n为增程器的目标转速n_target减去增程器当前实际转速n_act， 用于判断增程器的状态变化程度；所述增程器当前实际转速n_act由发电机控制器实时获取， 并传至增程器控制器中，并在增程器控制器中计算转速差值△n；

步骤四、在增程器控制器中，判断增程器的转速差值△n的绝对值是否小于工作点切换设定 转速n_diff，如果是，增程器工作点切换过程进入小工作点切换模式，执行步骤五；如果否， 增程器工作点切换过程进入大工作点切换模式，执行步骤六；

步骤五、参阅图3，增程器进入小工作点切换模式，利用发动机转速控制、发电机转矩控制 实现工作点切换；

步骤六、参阅图4，增程器进入大工作点切换模式，利用所述增程器的转速差值△n正负判 断工作点变化，进而进行发动机油门开度控制、转速控制，发电机转速控制、转矩控制， 从而完成工作点切换。

步骤五中所述的小工作点切换模式的具体步骤如下：

(51)发动机进行转速控制，控制的目标转速为所述增程器的目标转速n_target；所述发动机 的转速控制，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通过CAN信号传输发送给发动机控 制器，发动机控制器可通过调节油门开度或点火提前角大小来实现转速控制；

(52)发电机进行转矩控制，控制的目标转矩为所述增程器的目标转矩T_target；所述发电机 的转矩控制，增程器控制器将增程器的目标转矩T_target通过CAN信号传输发送给发电机控 制器，发电机控制器可通过控制发电机来实现转矩控制。

所述小工作点切换模式的转速差值△n变化程度小，通过发动机转速控制、发电机转矩 控制，增程器可快速响应，工作点切换平滑。

步骤六中所述的大工作点切换模式的具体步骤如下：

(61)若所述增程器的转速差值△n<0，增程器的需求功率降低；工作点的切换过程为：

a1、发动机停止喷油，通过降低发动机的功率输出，可实现增程器当前实际转速n_act的快速 降低；

b1、发电机转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target，且发电机进入电动模式， 工作于第一象限；所述发电机的转速控制，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通过 CAN信号传输发送给发电机控制器，发电机控制器可通过控制逆变器来实现转速控制；

c1、实时检测计算增程器的转速差值△n的绝对值是否小于50rpm；如果是，执行步骤d1、 e1，如果否，执行步骤a1、b1；

d1、发动机进行转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target；所述发动机的转速 控制，可以使得增程器的实际转速一直维持在增程器的目标转速n_target附近，实现增程器的 目标转速n_target控制；所述发动机的转速控制方法，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通过CAN信号传输发送给发动机控制器，发动机控制器可通过调节油门开度或点火提前角 大小来实现转速控制；

e1、发电机进入转矩控制，控制的目标转矩为增程器的目标转矩T_target，且发电机进入发电 模式，工作于第四象限；所述发电机的转矩控制，可以使得增程器的实际转矩维持在增程 器的目标转矩T_target附近，从而完成增程器的工作点切换；所述发电机的转矩控制方法，增 程器控制器将增程器的目标转矩T_target通过CAN信号传输发送给发电机控制器，发电机控 制器可通过控制发电机来实现转矩控制。

(62)若所述增程器的转速差值△n>0，增程器的需求功率增加；工作点的切换过程为：

a2、发动机进行油门开度控制，维持当前油门开度，从而避免发动机过量燃油喷射，引起 转速超调，转矩冲击，工作噪声变大；所述发动机油门开度控制，增程器控制器通过CAN 信号传输发送给发动机控制器，使得发动机控制器调节发动机维持在当前油门开度下；

b2、发电机转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target，且发电机进入电动模式， 工作于第一象限；所述发电机的转速控制方法，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通 过CAN信号传输发送给发电机控制器，发电机控制器可通过控制逆变器来实现转速控制；

c2、实时检测计算所述增程器的转速差值△n的绝对值是否小于50rpm；如果是，执行步骤 d2、e2，如果否，执行步骤a2、b2；

d2、发动机进行转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target；所述发动机的转速 控制，可以使得增程器的实际转速一直维持在增程器的目标转速n_target附近，实现增程器的 目标转速n_target控制；所述发动机的转速控制方法，增程器控制器将增程器的目标转速n_target通过CAN信号传输发送给发动机控制器，发动机控制器可通过调节油门开度或点火提前角 大小来实现转速控制；

e2、发电机进入转矩控制，控制的目标转矩为增程器的目标转矩T_target，且发电机进入 发电模式，工作于第四象限；所述发电机的转矩控制，可以使得增程器的实际转矩维持在 增程器的目标转矩T_target附近，从而完成了增程器的工作点切换；所述发电机的转矩控制方 法，增程器控制器将增程器的目标转矩T_target通过CAN信号传输发送给发电机控制器，发 电机控制器可通过控制发电机来实现转矩控制。

利用所述增程器大工作点切换模式，可在增程器需求功率降低的情况下，通过对发动 机控制实现增程器转速的快速跟随，同时配合发电机的控制，可使增程器快速工作于理想 工作点附近；在增程器需求功率增加的情况下，避免出现发动机通过过量的燃油喷射直接 拖动发电机，引起增程器出现瞬时急剧的转速超调、转矩冲击，并通过对发电机控制，实 现增程器工作点快速、平稳切换。

本发明所述增程器中避免发动机与发电机之间通过增加离合器来降低系统转矩冲击和 转速超调，减少工作噪声的产生，使得增程器结构简单化。

实施例

本发明取两组实施例进行工作点切换，用来说明本发明的具体实施步骤。

实施例1

车辆当前时刻状态数据：

取增程器的目标功率P_target为30Kw，增程器当前实际转速n_act为2400rpm，工作点切换 设定转速n_diff为300rpm。

判断步骤如下：

步骤一、获取增程器的目标功率P_target；

增程器控制器根据整车控制器对其控制需求，通过CAN总线信号传输，获取增程器的 目标功率为30Kw；

步骤二、获取增程器的目标转速n_target和目标转矩T_target；

根据某款发动机的最佳燃油消耗率曲线，发动机最佳燃油消耗率曲线上的目标功率 30Kw对应的转速为2500rpm和转矩为114.6Nm，取其分别作为增程器的目标转速n_target和 目标转矩T_target

步骤三、计算增程器的转速差值△n；

增程器的目标转速n_target为2500rpm，增程器当前实际转速n_act为2400rpm，则增程器的 转速差值△n＝n_target-n_act＝100rpm；

步骤四、判断所述增程器的转速差值△n的绝对值是否小于工作点切换设定转速n_diff， 由于增程器的转速差值△n的绝对值为100rpm小于工作点切换设定转速n_diff为300rpm，增 程器工作点切换过程进入小工作点切换模式，执行步骤五。

步骤五、参阅图3，增程器进入小工作点切换模式，利用发动机转速控制、发电机转矩 控制实现工作点切换。

具体工作点切换步骤如下：

(51)发动机进行转速控制，控制的目标转速为所述增程器的目标转速n_target为 2500rpm；

(52)发电机进行转矩控制，控制的目标转矩为所述增程器的目标转矩T_target为 114.6Nm，从而完成增程器的工作点切换。

实施例2

车辆当前时刻状态数据：

取增程器的目标功率P_target为37Kw，增程器当前实际转速n_act为2400rpm，工作点切换 设定转速n_diff为300rpm。

判断步骤如下：

步骤一、获取增程器的目标功率P_target；

增程器控制器根据整车控制器对其控制需求，通过CAN总线信号传输，获取增程器的 目标功率为30Kw；

步骤二、获取增程器的目标转速n_target和目标转矩T_target；

根据某款发动机的最佳燃油消耗率曲线，发动机最佳燃油消耗率曲线上的目标功率 37Kw对应的转速为3000rpm和转矩为117.8Nm，取其分别作为增程器的目标转速n_target和 目标转矩T_target

步骤三、计算增程器的转速差值△n；

增程器的增程器的目标转速n_target为3000rpm，增程器当前实际转速n_act为2400rpm，则 增程器的转速差值△n＝n_target-n_act＝600rpm；

步骤四、判断所述增程器的转速差值△n的绝对值是否小于工作点切换设定转速n_diff， 由于增程器的转速差值△n为600rpm大于工作点切换设定转速n_diff为300rpm，增程器工作 点切换过程进入大工作点切换模式，执行步骤六。

步骤六、参阅图4，增程器进入大工作点切换模式，利用所述增程器的转速差值△n正 负判断工作点变化，进而进行发动机油门开度控制、转速控制，发电机转速控制、转矩控 制，从而完成工作点切换。

(62)利用所述增程器的转速差值△n正负判断工作点变化，所述增程器的转速差值△ n为600rpm>0，增程器的需求功率增加；

工作点的切换过程为：

a2、发动机进行油门开度控制，维持当前油门开度；

b2、发电机转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target为3000rpm；

c2、实时检测计算所述增程器的转速差值△n的绝对值是否小于50rpm；如果是，执行 步骤d2、e2，如果否，执行步骤a2、b2；

d2、发动机进行转速控制，控制的目标转速为增程器的目标转速n_target为3000rpm。

e2、发电机进入转矩控制，控制的目标转矩为增程器的目标转矩T_target为117.8Nm，从 而完成增程器的工作点切换。