一种用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法

摘要

本发明提供了一种用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法，发动机在工作状态下输出预定功率，以满足增程器发电功率的需求，预定功率对应发动机的目标扭矩，控制方法包括：确定在预定功率下，发动机的实际输出扭矩与目标扭矩的第一波动值；并确定发电机的扭矩补偿控制因子，以使得根据扭矩补偿控制因子和第一波动值得到发电机需要对发动机进行补偿的补偿扭矩值；根据目标扭矩和补偿扭矩值确定发电机的实际输出扭矩，以使得发电机的实际输出扭矩与发动机的实际输出扭矩方向相反，大小相等或者相近。本发明的控制方法根据发动机的不同工况，通过调节发电机的实时扭矩，从而达到降低发动机振动水平的目的，进而提高了増程器整体的NVH性能。

说明书

技术领域

本发明涉及混合动力汽车技术领域，特别是涉及一种用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法。

背景技术

随着发动机热效率、电机效率的提升，以及新能源技术的推广，新能源车流量得到越来越广泛的普及。但是相对于完全电力驱动的车辆，新能源车辆一般采用增程器及混合动力的形式。而且随着高效的增程器技术渐渐兴起，尤其是偏向于小型化的增程器技术的发展，小型化的增程器往往采用小排量的单缸、2缸或者3缸的四冲程发动机。

增程器工作时发动机输出机械功，发电机将机械能转换为电能。在此过程中，发动机输出的扭矩与发电机的扭矩相等，发动机的转速也与发电机的转速相等。但随着发动机气缸数量的减少，发动机的振动越难抑制，如果仅靠优化曲轴、飞轮惯量的结构等方法将很难达到理想的发动机振动水平。

发明内容

本发明的一个目的是要提供一种用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法，所述控制方法根据发动机的不同工况，通过调节发电机的实时扭矩，从而达到降低发动机振动水平的目的，进而提高了増程器整体的NVH性能。

特别地，本发明提供了一种用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法，所述增程器中的发动机在工作状态下输出预定功率，以满足所述增程器发电功率的需求，所述预定功率对应所述发动机的目标扭矩，所述发电机补偿扭矩的控制方法包括：确定在所述预定功率下，所述发动机的实际输出扭矩与目标扭矩的差值，所述差值为第一波动值；并确定所述发电机的扭矩补偿控制因子，以使得根据所述扭矩补偿控制因子和所述第一波动值得到所述发电机需要对所述发动机进行补偿的补偿扭矩值；然后，根据所述目标扭矩和所述补偿扭矩值确定所述发电机的实际输出扭矩，以使得所述发电机的实际输出扭矩与所述发动机的实际输出扭矩方向相反，大小相等或者相近。

进一步地，所述发动机的所述工作状态为进气量、压缩比、喷油量以及燃烧时刻相同的定工况。

进一步地，所述预定功率是一个预定值。

进一步地，所述预定功率是多个不同的预定值，每一预定值对应每一预定功率，所述发电机补偿扭矩的控制方法还包括：确定在所述每一预定功率下的所述第一波动值、所述扭矩补偿控制因子、所述补偿扭矩值以及所述发电机的实际输出扭矩，以使得所述每一预定功率下的所述发电机的实际输出扭矩与所述发动机的实际输出扭矩方向相反，大小相等或者相近。

进一步地，所述发动机为单缸的四冲程发动机。

进一步地，所述发动机为多缸的四冲程发动机，所述发动机的实际输出扭矩为所述多缸中每一缸的输出扭矩的叠加。

进一步地，所述扭矩补偿控制因子根据所述发电机在所述预定功率下的扭矩响应特性以及所述第一波动值获得。

进一步地，当所述发动机稳定输出所述预定功率后，所述发电机根据所述控制方法输出所述发电机的实际输出扭矩。

本发明用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法由于只是通过计算确定发电机的补偿扭矩值，进而使得在预定功率下发电机达到所述补偿扭矩值，因此本发明能够在不增加零部件成本，不特别地优化发动机飞轮惯量的情况下，达到优化增程器NVH性能的目的。

进一步地，本发明用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法，由于准确控制了发电机的扭矩，因此在发动机的做工行程中，能够使得发电机适当补偿一部分因发动机波动而产生的扭矩，进而能够抵消部分作用在机械部件上的冲击力，以平抑在做功行程中发动机的活塞对曲轴的冲击，并降低相关零部件的失效概率。

进一步地，本发明用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法，由于通过控制发电机扭矩来抑制发动机的振动，因此本发明的控制方法能够将由振动损失的能量一部分经发电机转化为电能，从而提高增程器的系统效率。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1是本发明增程器中各部件位置的示意图，其中示出了发动机1、飞轮2、发电机3；

图2是本发明的发动机输出扭矩与发动机缸内压力的关系示意图，其中，横坐标为发动机飞轮的角度相位，左边的纵坐标代表缸内压力P，右边的纵坐标代表发动机的活塞输出扭矩T；

图3是三缸发动机的飞轮端扭矩、三缸发动机的目标扭矩以及飞轮的角度相位之间的关系示意图，其中，横坐标为发动机飞轮的角度相位，纵坐标为扭矩T，图中示出的平行于横坐标的直线为三缸发动机的目标扭矩T_set，而图中示出的上下波动的曲线为三缸发动机的飞轮端扭矩，即三缸发动机的实际输出扭矩；

图4是根据本发明一个实施例中用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法的发电机的实际输出扭矩与发动机的实际输出扭矩的关系示意图，其中，横坐标为发动机飞轮的角度相位，沿着纵坐标向上代表发动机的扭矩T，沿着纵坐标向下代表发电机的扭矩T_M，图中示出的在第一象限平行于横坐标的直线为三缸发动机的目标扭矩T_set，在第一象限上下波动的曲线为三缸发动机的飞轮端扭矩，即三缸发动机的实际输出扭矩；图中示出的在第四象限平行于横坐标的直线为发电机的目标扭矩T_set-M，在第四象限上下波动的曲线为发电机的实际输出扭矩。

具体实施方式

如图1所示，增程器由发电机3、发动机1机械连接组成。发动机通过曲柄连杆结构将能量通过曲柄传递至飞轮2，并传递至发电机3。增程器工作时发动机1将燃料的化学能转换为机械能输出，然后发电机3将这部分机械能转换为电能输出。

增程器的振动源主要来自发动机1内部。尤其是对于四冲程发动机来说，当发动机1处于做功行程时，缸内可燃气燃烧，推动活塞将力传递至曲轴，此行程中活塞、曲轴、飞轮2所受的冲击力较其他行程所受力要大得多。因此，在飞轮2转动一周的过程中，做功行程中的飞轮2所受的力要大于其他时刻，且飞轮2所受的力呈周期性。而对于单个气缸来说，飞轮2每旋转720度完成一次做功。曲轴和飞轮2在做功行程时承受活塞传递的冲击力，此冲击力为发动机振动的能量源。

如图2所示，其示出了本发明的发动机输出扭矩T与发动机缸内压力P的关系示意图。所述发动机是在定工况下完成的输出扭矩T与缸内压力P的测量，此时，所述发动机的进气量、压缩比、喷油量以及燃烧时刻可以认为是相同的。发动机飞轮的角度相位在360°～540°的范围内，发动机缸内压力P变化剧烈，从而导致发动机输出扭矩T也产生了波动。并且，在360°～540°的范围内，发动机缸内压力P和发动机输出扭矩T都具有峰值。由于发动机输出扭矩T产生的波动，发动机中的其他零部件，比如曲轴和飞轮在此时需要承受活塞传递的冲击力，从而降低了NVH性能。因此，本发明为了达到降低发动机振动水平，进而提高了増程器整体的NVH性能的目的，提出了一种用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法。

所述增程器中的发动机在工作状态下输出预定功率，以满足所述增程器发电功率的需求，其中，所述预定功率对应所述发动机的目标扭矩。所述发电机补偿扭矩的控制方法包括：

步骤一：确定在所述预定功率下，所述发动机的实际输出扭矩与目标扭矩的差值，所述差值为第一波动值。

具体地，根据图3以及下列公式可以得到第一波动值。

图3示出了三缸发动机的飞轮端扭矩、三缸发动机的目标扭矩以及飞轮的角度相位之间的关系示意图，其中，横坐标为发动机飞轮的角度相位，纵坐标为扭矩T，图中示出的平行于横坐标的直线为三缸发动机的目标扭矩T_set，而图中示出的上下波动的曲线为三缸发动机的飞轮端扭矩，即三缸发动机的实际输出扭矩。在一些实施例中，所述发动机可以为单缸的四冲程发动机。在其他实施例中，所述发动机可以为多缸的四冲程发动机，所述发动机的实际输出扭矩为所述多缸中每一缸的输出扭矩的叠加。

所述发动机的实际输出扭矩可以通过台架进行测试，而发动机各缸的实时相位可以由发动机控制器得到。图3中三缸发动机的实际输出扭矩与发动机飞轮的角度相位的关系如下：

其中：

T_flywheel是发动机的实际输出扭矩；

是发动机各缸的相位；

n_set是发动机的目标转速；

T_set是发动机的目标扭矩。

增程器中发动机的工况相较于传统车载发动机的工况更稳定。增程器中的发动机仅需要在工作状态下输出预定功率，以满足所述增程器发电功率的需求。并且，所述预定功率可以是一个预定值。在其他实施例中，所述预定功率也可以是多个不同的预定值。其中，每一个所述预定功率都对应所述发动机的一个目标扭矩和一个目标转速。因此，预定功率能够由发动机设定的目标扭矩和目标转速得到，预定功率与发动机的目标扭矩和目标转速的关系如下：

P_i＝f(T_set-i，n_set-i)(2)

其中：

P_i是增程器设定的预定功率；

n_set-i是在所述预定功率下，发动机设定的目标转速；

T_set-i是在所述预定功率下，发动机设定的目标扭矩。

因此，根据公式(1)和公式(2)，发动机的实际输出扭矩与发动机飞轮的角度相位的关系还可以表示如下：

如图3所示，在飞轮的同一相位，平行于横坐标的直线所代表的三缸发动机的目标扭矩T_set与上下波动的曲线所代表的发动机的实际输出扭矩T_flywheel之间差值：

ΔT_flywheel＝Tf_lywheel-T_set(4)

进而得到在预定功率下，所述发动机的实际输出扭矩与目标扭矩的差值，所述差值为第一波动值：

其中：

ΔT_flywheel是在飞轮的同一相位，目标扭矩与发动机的实际输出扭矩的差值；

ΔT_flywheel-i是在预定功率下，目标扭矩与发动机的实际输出扭矩的差值，即第一波动值，而且，所述第一波动值的大小也是发电机后续需要进行补偿的目标值。

进一步地，所述发电机补偿扭矩的控制方法还包括：

步骤二：确定所述发电机的扭矩补偿控制因子，以使得根据所述扭矩补偿控制因子和所述第一波动值得到所述发电机需要对所述发动机进行补偿的补偿扭矩值。

具体地，根据图4以及下列公式可以得到补偿扭矩值。

图4示出了根据本发明一个实施例中用于增程器中的发电机补偿扭矩的控制方法的发电机的实际输出扭矩与发动机的实际输出扭矩的关系示意图，其中，横坐标为发动机飞轮的角度相位，沿着纵坐标向上代表发动机的扭矩T，沿着纵坐标向下代表发电机的扭矩T_M，图中示出的在第一象限平行于横坐标的直线为三缸发动机的目标扭矩T_set，在第一象限上下波动的曲线为三缸发动机的飞轮端扭矩，即三缸发动机的实际输出扭矩；图中示出的在第四象限平行于横坐标的直线为发电机的目标扭矩T_set-M，在第四象限上下波动的曲线为发电机的实际输出扭矩。

当增程器发电时，发电机相对是发动机的负载。发动机输出扭矩，由于发电机扭矩响应实时性较好，此时发电机施加与发动机输出扭矩反向的扭矩。因此，发电机施加的反向的补偿扭矩值能够补偿发动机输出端的扭矩波动。

因此，为了获得发电机所需要施加的补偿扭矩值的大小，本发明需要确定扭矩补偿控制因子。所述扭矩补偿控制因子根据所述发电机在所述预定功率下的扭矩响应特性以及所述第一波动值获得。其中，所述扭矩响应特性可以通过电机台架，模拟增程器在预定功率下发电机的工况获得。因此，本发明能够根据所述扭矩补偿控制因子和所述第一波动值得到所述发电机需要对所述发动机进行补偿的补偿扭矩值。所述补偿扭矩值的计算方式如下：

T_offset-M＝ΔT_flywheel×λ_i(6)

其中：

T_offset-M是补偿扭矩值；

λ_i是扭矩补偿控制因子。

由于在上文中已经得到了ΔT_flywheel与其他变量的关系式，因此，所述补偿扭矩值的计算方式还可以如下：

进一步地，所述发电机补偿扭矩的控制方法还包括：

步骤三：根据所述目标扭矩和所述补偿扭矩值确定所述发电机的实际输出扭矩，以使得所述发电机的实际输出扭矩与所述发动机的实际输出扭矩方向相反，大小相等或者相近。

具体地，根据图4以及下列公式可以得到发电机的实际输出扭矩。

由于发动机的目标扭矩T_set等于发电机的目标扭矩T_set-M，因此，本发明最后根据所述目标扭矩和所述补偿扭矩值确定所述发电机的实际输出扭矩，以使得所述发电机的实际输出扭矩与所述发动机的实际输出扭矩方向相反，大小相等或者相近：

其中：

T_motor是发电机的实际输出扭矩值。

由此，最终根据得到所述目标扭矩和所述补偿扭矩值确定了所述发电机的实际输出扭矩。当所述发动机稳定输出所述预定功率后，所述发电机根据所述控制方法输出所述发电机的实际输出扭矩，并准确控制了发电机的扭矩。因此在发动机的做工行程中，能够使得发电机适当补偿一部分因发动机波动而产生的扭矩，进而能够抵消部分作用在机械部件上的冲击力，以平抑在做功行程中发动机的活塞对曲轴的冲击，并降低相关零部件的失效概率。

进一步地，可以从图4中明显的看到，发动机的目标扭矩T_set与发电机的目标扭矩T_set-M方向相反，大小相等。而且，为了更好的抵消发动机的冲击力，最终得到的发电机的实际输出扭矩与所述发动机的实际输出扭矩方向相反，大小相等或者相近。

进一步地，当所述预定功率是多个不同的预定值时，每一预定值对应每一预定功率，所述发电机补偿扭矩的控制方法还包括：确定在所述每一预定功率下的所述第一波动值、所述扭矩补偿控制因子、所述补偿扭矩值以及所述发电机的实际输出扭矩，以使得所述每一预定功率下的所述发电机的实际输出扭矩与所述发动机的实际输出扭矩方向相反，大小相等或者相近。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。