專利名稱：一種弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及弱度混合動力轎車用電機控制系統(tǒng)，特別是帶驅(qū)動啟動電機的混合動力汽車的控制。
背景技術(shù)：
目前，汽車行業(yè)的高速發(fā)展和石油能源的短缺的矛盾日益突出，人們追求汽車大排量和低污染之間存在難以調(diào)和的矛盾。因此，高效、節(jié)能、環(huán)保的清潔汽車就成為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢?；旌蟿恿ζ囈蚱浼嬗须妱榆嚨牡团欧艃?yōu)點與內(nèi)燃機汽車的高比能量優(yōu)點而越來越受到關(guān)注，成為目前階段竟相研發(fā)的新型車輛之一。弱度混合車輛由于其結(jié)構(gòu)相對簡單，對原車的改動最小，因此最易實現(xiàn)。其關(guān)鍵部分是將原來單純的發(fā)電機用集發(fā)電與電動于一體的電機代替，以實現(xiàn)怠速時停止和啟動發(fā)動機的功能，從而達到節(jié)省油耗的目的。因此在弱度混合動力車上，電機及電機控制系統(tǒng)成為直接影響混合動力汽車動力性和燃油經(jīng)濟性的重要部分。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提供一種弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，對車輛實施啟動\停止發(fā)動機、對電機的速度、電機發(fā)電\電動模式切換控制，改善車輛的能耗性能。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，包括包含有電機控制單元的整車控制單元、逆變器、低壓蓄電池、電機、電機驅(qū)動硬件部分構(gòu)成，電機控制單元對電機實施速度模式、怠速模式、發(fā)電模式以及關(guān)閉模式控制；電機控制器根據(jù)整車控制單元發(fā)出的起動請求命令，起動電機，從而起動發(fā)動機；起動時，由低壓蓄電池通過逆變器進入三相繞組向電機供電；發(fā)電時，根據(jù)對低壓蓄電池電壓的監(jiān)測值及發(fā)動機轉(zhuǎn)速查表得出勵磁電流的大小，由勵磁電路給電機供電進行發(fā)電。
本控制系統(tǒng)成功的實現(xiàn)了對于改型電機的控制，且由于采用高性能的驅(qū)動裝置和合理的系統(tǒng)構(gòu)架，保證了信號的正確采集和處理，實現(xiàn)了電機預(yù)設(shè)的功能要求，改善燃油消耗達4-7％，在保證駕駛舒適性的同時，又能實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的功效。
附圖概述

圖1是混合動力車整車基本原理結(jié)構(gòu)框圖；圖2是電機的轉(zhuǎn)子上永磁體安裝示意圖；圖3是系統(tǒng)控制流程圖；圖4是電機速度控制模式時的控制邏輯框圖；圖5是發(fā)電勵磁電流控制流程圖；圖6是電機工作模式及其在各模式間的切換關(guān)系圖。
具體實施例方式
本發(fā)明中的電機控制系統(tǒng)主要由包含有電機控制單元的整車控制單元10、逆變器20、低壓蓄電池30、電機40、電機驅(qū)動硬件部分等主要部分構(gòu)成。根據(jù)混合動力汽車運行工況的要求，電機主要工作在以下幾個模式所述的速度模式由速度控制模塊控制，此時電機作為電動機工作。啟動時，該電機快速啟動發(fā)動機，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到啟動轉(zhuǎn)速時，發(fā)動機開始供油，彌補汽油機啟動時經(jīng)濟性差、排放高的缺點。整個過程由速度控制閉環(huán)保證電機在極短的時間內(nèi)重新啟動發(fā)動機，當轉(zhuǎn)子加速到需求轉(zhuǎn)速時，將保持在這個速度下，且不會產(chǎn)生負扭矩，當轉(zhuǎn)速高于需求轉(zhuǎn)速時，自動關(guān)閉PWM驅(qū)動。
所述的怠速模式控制由怠速控制模塊控制，這種模式是處在速度模式和發(fā)電模式轉(zhuǎn)換中的一個過渡過程，此時，沒有扭矩產(chǎn)生，逆變器是關(guān)閉的，也沒有電流流過電機繞組。
所述的發(fā)電模式由發(fā)電控制模塊控制，當電機順利啟動發(fā)動機后，電機進入怠速模式，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增大，電機需要調(diào)整其工作狀態(tài)。當發(fā)動機轉(zhuǎn)速介于啟動轉(zhuǎn)速和怠速轉(zhuǎn)速時，電機切換到發(fā)電模式。
關(guān)閉模式電機的場繞組和電機相繞組都是關(guān)閉的，電機處于不工作狀態(tài)。
此外，該系統(tǒng)還具有對自身的保護系統(tǒng)，包括欠電壓保護、過電壓保護、硬件驅(qū)動過熱保護以及電機的過熱保護等功能。
具體實施例方式
圖1是混合動力車整車基本結(jié)構(gòu)。本發(fā)明應(yīng)用于弱混合動力車電機控制系統(tǒng)，由混合動力用電機40、混合動力用發(fā)動機50、皮帶傳動機構(gòu)、低壓蓄電池30等構(gòu)成。在整車定義的某一溫度下，任何情況下不能由電機40啟動。在所定義溫度以上，在整車進入怠速停機重起時，在整車控制單元10沒有監(jiān)測到錯誤信息的情況下，由電機40起動。在整車運行過程中，電機40的作用與傳統(tǒng)車中的發(fā)電機作用相同。起動時，電機控制器根據(jù)整車控制單元10發(fā)出的起動請求命令，起動電機40，從而起動發(fā)動機50。起動時，由低壓蓄電池30通過逆變器20進入三相繞組向電機40供電；發(fā)電時，根據(jù)對電池電壓的監(jiān)測值及發(fā)動機50轉(zhuǎn)速查表得出勵磁電流的大小，由專門的勵磁電路給電機40供電進行發(fā)電。整車及發(fā)動機的控制分別由整車控制單元10和發(fā)動機控制單元完成。
圖2所示為本電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。本專利中的電機，包括端蓋、定子鐵心、爪極、磁場繞組、轉(zhuǎn)子磁軛、轉(zhuǎn)子軸，該轉(zhuǎn)子在傳統(tǒng)爪極電機轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)上做了改良，增加了永磁體成分，通過永磁體磁場與主勵磁磁場共同作用，在不增大勵磁電流的情況下增大了電機的氣隙磁密，提高了電機的出力和效率為提高電機扭矩，在傳統(tǒng)電機兩爪極間加入永磁體41，以增強轉(zhuǎn)子磁場。
如圖3所示，系統(tǒng)開始時會監(jiān)測系統(tǒng)有無故障，若有故障，如皮帶打滑、過電壓、過電流等故障，則進入故障處理模塊，若無故障發(fā)生，則進入模式控制，根據(jù)相應(yīng)的條件判斷是該進行發(fā)電還是驅(qū)動。然后退出。
圖4為該混合動力車速度控制模式的原理框圖，圖中左側(cè)陰影部分即在處理器板上實現(xiàn)的功能，主要由五個模塊組成。
模式控制模塊接收整車起動請求、整車狀態(tài)信息及電流反饋信號、過載監(jiān)測信號、門驅(qū)動錯誤信號，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速及直流母線電壓信號，判斷當前情況應(yīng)該采用何種子控制模式，120°導(dǎo)通還是180°導(dǎo)通模式，并將此信號輸出到電機驅(qū)動專用芯片及整車控制單元10中，同時將起動需求速度輸出給速度控制模塊。
速度控制模塊內(nèi)部采用PI控制算法，以保證實際起動速度與所需相差不大，并對所輸出的速度大小進行限制，使電機在不超過最大起動速度的情況下起動，若超過該速度則應(yīng)停止起動。為達到控制精度，必須接收由專用芯片提供的電機轉(zhuǎn)速及方向信號。
電流控制模塊接收來自速度控制模塊的速度信號，查表得出為滿足該速度應(yīng)該提供的電流值。同時監(jiān)測實際電流值，采用PI控制，得出實際控制量，并對應(yīng)成控制電壓信號輸出給控制單元中。
過載監(jiān)測模塊主要實現(xiàn)對于過載信號真實性的判斷。如采用當連續(xù)采集到5次過載信號則認為電機確實過載，并將此信號輸出給模式處理模塊，在模式處理模塊中進行電機模式判斷。
設(shè)置勵磁電流模塊主要實現(xiàn)勵磁電流大小的設(shè)定。在起動時也即速度控制模式下，勵磁電流采用所允許的最大值，以期獲得最大的起動扭矩。此電流需求信號輸出給硬件勵磁電流控制器，然后由硬件向勵磁電路提供所需的電流。
電機驅(qū)動專用芯片即電機控制單元，主要接收來自處理器板的控制電壓信號、模式需求信號及來自霍爾傳感器的位置信號，同時監(jiān)測實際電流大小。該芯片經(jīng)過自身內(nèi)部集成的算法，根據(jù)輸入信號輸出PWM控制信號給門驅(qū)動電路，以給三相繞組提供電流。同時將位置信號處理成速度及方向信號反饋給處理器板中的速度控制模塊。同樣的，它也會監(jiān)測電流信號，以避免硬件過熱。其內(nèi)部集成有保護電路及故障監(jiān)測模塊。
圖5所示為發(fā)電勵磁電流控制流程圖。電機發(fā)電模式控制策略與傳統(tǒng)電機最大的不同是通過“軟件計算勵磁電流占空比從而獲得所需電壓的方式”來取代傳統(tǒng)的調(diào)壓器。首先根據(jù)電池的溫度查表得出發(fā)電電壓的需求值，然后通過PI控制算法獲得相應(yīng)的勵磁電流。同時根據(jù)電機轉(zhuǎn)速及逆變器溫度及上一時刻的勵磁電流大小獲得當前最大勵磁電流允許值。比較PI算法輸出的勵磁電流值與最大允許值后輸出控制勵磁電流值。這樣既可以減少硬件器件又可以提高控制精度。
圖6為電機控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)的電機控制模式，以及各個模式之間的切換關(guān)系。電機不能直接由速度控制模式或發(fā)電模式轉(zhuǎn)換為關(guān)閉模式，也不能直接在速度控制模式和發(fā)電模式之間進行切換。圖6中實線箭頭表示可操作的轉(zhuǎn)換，虛線箭頭表示錯誤的轉(zhuǎn)換。
為改善電動機的驅(qū)動性能，在電機的爪極上加貼永磁體41。對電機的控制由電機控制單元實現(xiàn)，該部分與整車控制單元10集成在一起，根據(jù)整車控制單元10的指令控制電機的工作狀態(tài)。各控制器間通過控制器局域網(wǎng)CAN通訊。為保證電機正常工作，應(yīng)為整車配置可充放電次數(shù)及性能更為優(yōu)越的電池系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于包括包含有電機控制單元的整車控制單元(10)、逆變器(20)、低壓蓄電池(30)、電機(40)、電機驅(qū)動硬件部分構(gòu)成，電機控制單元對電機(40)實施速度模式、怠速模式、發(fā)電模式以及關(guān)閉模式控制；電機控制器根據(jù)整車控制單元發(fā)出的起動請求命令，起動電機(40)，從而起動發(fā)動機(50)；起動時，由低壓蓄電池(30)通過逆變器(20)進入三相繞組向電機(40)供電；發(fā)電時，根據(jù)對低壓蓄電池(30)電壓的監(jiān)測值及發(fā)動機(50)轉(zhuǎn)速查表得出勵磁電流的大小，由勵磁電路給電機(40)供電進行發(fā)電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的速度模式由速度控制模塊控制，電機(40)作為電動機工作，啟動時，電機(40)快速啟動發(fā)動機(50)，當發(fā)動機(50)轉(zhuǎn)速達到啟動轉(zhuǎn)速時，發(fā)動機(50)開始供油，當轉(zhuǎn)子加速到需求轉(zhuǎn)速時，將保持在這個速度下，保持正扭矩，當轉(zhuǎn)速高于需求轉(zhuǎn)速時，自動關(guān)閉PWM驅(qū)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的怠速模式控制由怠速控制模塊控制，是處在速度模式和發(fā)電模式轉(zhuǎn)換中的一個過渡過程，此時扭矩為零，逆變器關(guān)閉，電機繞組無電流流過。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的發(fā)電模式由發(fā)電控制模塊控制，當電機順利啟動發(fā)動機后，電機進入怠速模式，隨著發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增大，電機需要調(diào)整其工作狀態(tài)，當發(fā)動機轉(zhuǎn)速介于啟動轉(zhuǎn)速和怠速轉(zhuǎn)速時，電機切換到發(fā)電模式；所述的關(guān)閉模式電機的場繞組和電機相繞組均關(guān)閉，電機停止工作。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于控制系統(tǒng)還包括模式控制模塊，接收整車起動請求、整車狀態(tài)信息及電流反饋信號、過載監(jiān)測信號、門驅(qū)動錯誤信號，根據(jù)發(fā)動機轉(zhuǎn)速及直流母線電壓信號，判斷當前情況應(yīng)該采用何種子控制模式，120°導(dǎo)通還是180°導(dǎo)通模式，并將此信號輸出到電機控制單元及整車控制單元(10)中，同時將起動需求速度輸出給速度控制模塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或5所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于所述的速度控制模塊內(nèi)部采用PI控制算法，對所輸出的速度大小進行限制，使電機在不超過最大起動速度的情況下起動，若超過該速度則應(yīng)停止起動，
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于電流控制模塊接收來自速度控制模塊的速度信號，查表得出為滿足該速度應(yīng)該提供的電流值，同時監(jiān)測實際電流值，采用PI控制，得出控制量，并對應(yīng)成控制電壓信號輸出給電機控制單元及整車控制單元(10)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于過載監(jiān)測模塊對過載信號真實性的判斷，當連續(xù)采集到3～5次過載信號則認為電機確實過載，并將此信號輸出給模式控制模塊，在模式控制模塊中進行電機模式判斷。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于勵磁電流模塊對勵磁電流大小的設(shè)定，速度控制模式下，勵磁電流采用所允許的最大值，此電流需求信號輸出給勵磁電流控制器，然后向勵磁電路提供所需的電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弱混合轎車用電機控制系統(tǒng)，其特征在于電機控制單元接收來自整車控制單元(10)的控制電壓信號、模式需求信號及來自霍爾傳感器的位置信號，監(jiān)測實際電流大小，根據(jù)輸入信號輸出PWM控制信號給驅(qū)動電路再三相繞組提供電流，將位置信號處理成速度及方向信號反饋給速度控制模塊。
全文摘要
本發(fā)明涉及弱度混合動力轎車用電機控制系統(tǒng)，包括包含有電機控制單元的整車控制單元、逆變器、低壓蓄電池、電機、電機驅(qū)動硬件部分構(gòu)成，電機控制單元對電機實施速度模式、怠速模式、發(fā)電模式以及關(guān)閉模式控制；電機控制器根據(jù)整車控制單元發(fā)出的起動請求命令，由電機起動發(fā)動機；起動時，由低壓蓄電池通過逆變器進入三相繞組向電機供電；實現(xiàn)了電機預(yù)設(shè)的功能要求，改善燃油消耗達4－7％，在保證駕駛舒適性的同時，又能實現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的功效。
文檔編號B60W10/26GK1986308SQ20061009817
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月8日
發(fā)明者雍安姣 申請人:奇瑞汽車有限公司