一种增程器怠速过渡工况控制方法与流程

1.本发明涉及新能源汽车控制技术领域，具体而言，涉及一种增程器怠速过渡工况控制方法。


背景技术：

2.增程器是一种发电装置，主要搭载在新能源汽车上为车辆提供电能，增加新能源汽车的行驶里程。
3.增程器主要由发动机、ems(enginemanagementsystem，发动机管理系统)、isg(integrated starter/generator，智能启动驱动发电机)、gcu(generator control unit，发电机控制器)以及增程器控制器五部分构成。而增程器在工作时主要分为起动、怠速、发电三个工况；其中，在怠速工况时ems处于怠速工作模式，发动机的目标扭矩由ems自行计算，在发电工况时，ems则处于转矩工作模式，发动机的目标扭矩由增程器控制器根据发电功率来计算，计算出来后会经过斜率因子(斜率因子的作用是让发动机的扭矩缓慢变化，用于缓解转矩波动问题)的滤波，然后通过can通讯发送给ems，ems控制发动机输出。但是，在怠速工况切换到发电工况时，由于发动机的目标扭矩来源不同以及斜率因子的影响，发动机的目标扭矩会回零，从零开始上升到目标扭矩值，因此容易导致发动机在工况切换的瞬间掉转速，严重时甚至会停机。
4.现有技术试图加大斜率因子，这样能让目标扭矩快速从零上升，减缓转速下降的幅度。其缺陷在于，若斜率因子过大，就会加剧转矩波动的问题，因此加大斜率因子只能缓解掉转速的现象，不能彻底解决目标转矩回零的问题。


技术实现要素：

5.为解决上述问题之一，本发明提供一种防止发动机的目标扭矩回零的增程器怠速过渡工况控制方法。
6.一种增程器怠速过渡工况控制方法，所述增程器包括发动机、isg、gcu、ems以及增程器控制器，所述增程器控制器分别与所述gcu和所述ems电连接，所述ems与所述发动机电连接，所述gcu与所述isg电连接，包括以下步骤：
7.步骤1、所述增程器进入怠速工况；
8.步骤2、所述增程器控制器获取vcu、充电机或控制面板发送的目标功率，并进入发电工况；所述增程器进入发电工况后包括以下步骤：
9.步骤2.1、所述增程器控制器根据所述目标功率得到所述发动机的目标转速，并根据所述目标功率和所述目标转速得到第一目标扭矩；
10.步骤2.2、所述增程器控制器对所述第一目标扭矩进行预处理，得到预处理后的第二目标扭矩；
11.步骤2.3、所述增程器控制器根据所述第二目标扭矩和预先配置的前馈扭矩，得到第三目标扭矩，所述增程器控制器将所述第三目标扭矩传输至所述ems，并通过所述ems控
制所述发动机输出；
12.步骤2.4、所述增程器控制器实时获取所述isg的实际功率，并根据所述实际功率得到所述第七目标扭矩，所述增程器控制器将所述第七目标扭矩替换所述步骤2.2中的所述第一目标扭矩，完成后返回所述步骤2.2。
13.本发明方法的优点及有益效果：在最终传输给ems的目标扭矩中，增加一个前馈扭矩，该前馈扭矩为预设量，并且不参与任何形式的滤波，相对于现有技术仅通过加大斜率因子来缓解掉转速，本技术增加了前馈扭矩的控制方式，解决了增程器怠速工况过渡至发电工况时发动机的目标扭矩回零的问题，并通过实时获取isg的实际功率，根据实际功率得到第七目标扭矩，并替换步骤2.2中的第一目标扭矩，同时循环步骤2.2，实现了功率闭环，消除实际功率和目标功率的偏差，使实际功率和目标功率保持一致，提高了控制精度。
14.优选地，所述步骤2.3中，通过所述ems控制所述发动机输出之后还包括如下步骤：
15.步骤a1、所述增程器控制器实时获取所述发动机的实际转速和实际扭矩，并将所述实际扭矩作为所述发动机的第四目标扭矩；
16.步骤a2、所述增程器控制器根据所述实际转速和所述发动机的目标转速计算得到第一补偿扭矩，并根据所述第四目标扭矩和所述第一补偿扭矩得到第五目标扭矩；
17.步骤a3、所述增程器控制器对所述第五目标扭矩进行预处理，得到预处理后的第六目标扭矩；
18.步骤a4、所述gcu获取所述第六目标扭矩，并控制所述isg输出，随后进入步骤2.4。
19.优选地，所述步骤a2中，所述增程器控制器根据所述实际转速和所述发动机的目标转速的偏差，通过pid控制计算得到第一补偿扭矩，并根据所述第四目标扭矩和所述第一补偿扭矩得到第五目标扭矩。
20.优选地，所述增程器控制器获取预先配置的第一斜率因子，所述步骤a3中，所述增程器控制器将所述第五目标扭矩经过所述第一斜率因子滤波，得到滤波后的第六目标扭矩。
21.优选地，所述第一斜率因子包括第一上升斜率因子和第一下降斜率因子，所述第一上升斜率因子用于所述isg扭矩上升的时候对所述第五目标扭矩进行滤波，所述第一下降斜率因子用于所述isg扭矩下降的时候对所述第五目标扭矩进行滤波。
22.优选地，所述增程器控制器获取预先配置的第二斜率因子，所述步骤2.2中，所述增程器控制器将所述第一目标扭矩经过所述第二斜率因子滤波，得到滤波后的第二目标扭矩。
23.优选地，所述第二斜率因子包括第二上升斜率因子和第二下降斜率因子，所述第二上升斜率因子用于所述发动机扭矩上升的时候对所述第一目标扭矩进行滤波，所述第二下降斜率因子用于所述发动机扭矩下降的时候对所述第一目标扭矩进行滤波。
24.优选地，所述步骤2.4包括：
25.步骤2.41、所述增程器控制器实时获取所述isg的实际功率和目标功率；
26.步骤2.42、所述增程器控制器根据所述实际功率和所述目标功率计算得到第二补偿扭矩；
27.步骤2.43、所述增程器控制器根据所述第一目标扭矩和所述第二补偿扭矩得到所述第七目标扭矩，并将所述第七目标扭矩替换所述步骤2.2中的所述第一目标扭矩，完成后
返回所述步骤2.2。
28.优选地，所述步骤2.42中，所述增程器控制器根据所述实际功率和所述目标功率的偏差，通过pid控制计算得到第二补偿扭矩。
29.优选地，所述电连接方式为can总线通信连接。
附图说明
30.图1为本发明方法的增程器工作时的流程图；
31.图2为本发明方法的步骤2的流程图；
32.图3为本发明方法的步骤2.3中通过ems控制发动机输出之后的流程图；
33.图4为本发明方法的步骤2.4的详细流程图；
34.图5为本发明方法的转速和扭矩变化对照试验表；
35.图6为现有技术的转速和扭矩变化对照试验表。
36.其中，1、转速变化曲线；2、扭矩变化曲线；3、掉转速区。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
38.结合图1所示，一种增程器怠速过渡工况控制方法，增程器包括发动机、isg、gcu、ems以及增程器控制器，增程器控制器分别与gcu和ems电连接，ems与发动机电连接，gcu与isg电连接，包括以下步骤：
39.步骤1、增程器进入怠速工况；
40.步骤2、增程器控制器获取vcu、充电机或控制面板发送的目标功率，并进入发电工况；增程器进入发电工况后包括以下步骤：
41.步骤2.1、增程器控制器根据目标功率得到发动机的目标转速，并根据目标功率和目标转速得到第一目标扭矩；
42.步骤2.2、增程器控制器对第一目标扭矩进行预处理，得到预处理后的第二目标扭矩；
43.步骤2.3、增程器控制器根据第二目标扭矩和预先配置的前馈扭矩，得到第三目标扭矩，增程器控制器将第三目标扭矩传输至ems，并通过ems控制发动机输出；
44.步骤2.4、增程器控制器实时获取isg的实际功率，并根据实际功率得到第七目标扭矩，增程器控制器将第七目标扭矩替换步骤2.2中的第一目标扭矩，完成后返回步骤2.2。
45.具体的，当增程器控制器接收到vcu、充电机或者控制面板发送来的目标功率时，增程器瞬间由怠速工况进入到发电工况，此时，增程器控制器会跟据目标功率查表，得到发动机的目标转速，表格形式如下：
46.目标功率102030405060目标转速150020002500300035004000
47.然后，增程器控制器会根据发动机的目标转速，计算出发动机的第一目标扭矩，计算公式如下：
[0048][0049]
其中，
[0050]
t1为第一目标扭矩；
[0051]
p1为目标功率；
[0052]
n1为目标转速。
[0053]
算出第一目标扭矩后，该扭矩便会经过第二斜率因子的滤波，使其经过一定的时间平滑变化，得到滤波后的第二目标扭矩，得到滤波后的第二目标扭矩后，在第二目标扭矩发送给ems之前，会加上一个前馈扭矩，得到ems最终的第三目标扭矩，最后将通过can总线通信将第三目标扭矩发送给ems，使其控制发动机输出。
[0054]
t3＝t2+tq[0055]
其中，
[0056]
t3为第三目标扭矩；
[0057]
t2为第二目标扭矩；
[0058]
tq为前馈扭矩。
[0059]
具体的，在最终传输给ems的目标扭矩中，增加一个前馈扭矩，该前馈扭矩为预设量，并且不参与任何形式的滤波，相对于现有技术仅通过加大斜率因子来缓解掉转速，本技术增加了前馈扭矩的控制方式，解决了增程器怠速工况过渡至发电工况时发动机的目标扭矩回零的问题，并通过实时获取isg的实际功率，根据实际功率得到第七目标扭矩，并替换步骤2.2中的第一目标扭矩，同时循环步骤2.2，实现了功率闭环，消除实际功率和目标功率的偏差，使实际功率和目标功率保持一致，提高了控制精度。
[0060]
结合图3所示，本发明的较佳实施例中，所述步骤2.3中，通过所述ems控制所述发动机输出之后还包括如下步骤：
[0061]
步骤a1、增程器控制器实时获取发动机的实际转速和实际扭矩，并将实际扭矩作为发动机的第四目标扭矩；
[0062]
步骤a2、增程器控制器根据实际转速和发动机的目标转速计算得到第一补偿扭矩，并根据第四目标扭矩和第一补偿扭矩得到第五目标扭矩；
[0063]
步骤a3、增程器控制器对第五目标扭矩进行预处理，得到预处理后的第六目标扭矩；
[0064]
步骤a4、gcu获取第六目标扭矩，并控制isg输出。
[0065]
本发明的较佳实施例中，步骤a2中，增程器控制器根据实际转速和发动机的目标转速的偏差，通过pid控制计算得到第一补偿扭矩，并根据第四目标扭矩和第一补偿扭矩得到第五目标扭矩。
[0066]
本发明的较佳实施例中，增程器控制器获取预先配置的第一斜率因子，步骤a3中，增程器控制器将第五目标扭矩经过第一斜率因子滤波，得到滤波后的第六目标扭矩。
[0067]
具体的，ems控制发动机输出的同时，也会给增程器控制器实时反馈发动机的实际转速和实际扭矩，随即，增程器控制器便把发动机的实际扭矩做为isg的第四目标扭矩，同时，增程器控制器还会根据ems反馈的实际转速和发动机的目标转速做一个差值，运用pid控制计算出第一补偿扭矩，与isg的第四目标扭矩相加，得到新的isg目标扭矩，即第五目标
扭矩。
[0068]
注：pid控制系统是一种技术成熟、应用广泛的控制系统，不是本次申请的专利点，针对它的具体算法在这里不做详述。
[0069]
t5＝t4+t
gpi
[0070]
其中，
[0071]
t5为第五目标扭矩；
[0072]
t4为第四目标扭矩；
[0073]
t
gpi
为第一补偿扭矩。
[0074]
第五目标扭矩经过第一斜率因子的滤波后，得到第六目标扭矩，增程器控制器将第六目标扭矩直接传输至gcu，通过gcu控制isg输出。同时，gcu也把isg输出的实际功率传输至增程器控制器。
[0075]
本发明的较佳实施例中，第一斜率因子包括第一上升斜率因子和第一下降斜率因子，第一上升斜率因子用于isg扭矩上升的时候对第五目标扭矩进行滤波，第一下降斜率因子用于isg扭矩下降的时候对第五目标扭矩进行滤波。
[0076]
本发明的较佳实施例中，增程器控制器获取预先配置的第二斜率因子，步骤2.2中，增程器控制器将第一目标扭矩经过第二斜率因子滤波，得到滤波后的第二目标扭矩。
[0077]
本发明的较佳实施例中，第二斜率因子包括第二上升斜率因子和第二下降斜率因子，第二上升斜率因子用于发动机扭矩上升的时候对第一目标扭矩进行滤波，第二下降斜率因子用于发动机扭矩下降的时候对第一目标扭矩进行滤波。
[0078]
结合图4所示，本发明的较佳实施例中，步骤2.4包括：
[0079]
步骤2.41、增程器控制器实时获取isg的实际功率和目标功率；
[0080]
步骤2.42、增程器控制器根据实际功率和目标功率计算得到第二补偿扭矩；
[0081]
步骤2.43、增程器控制器根据第一目标扭矩和第二补偿扭矩得到第七目标扭矩，并将第七目标扭矩替换步骤2.2中的第一目标扭矩，完成后返回步骤2.2。
[0082]
具体的，当发动机的转速逐渐接近目标转速，转速变化率也随着下降，当转速变化率低于一定值(即预先设定的值)，便会触发功率闭环；所谓功率闭环就是增程器控制器根据gcu反馈的实际功率和目标功率做差值，运用pid控制系统计算出第二补偿扭矩，该第二补偿扭矩与第一目标扭矩做和，得到新的发动机目标扭矩，即第七目标扭矩，第七目标扭矩替换步骤2.2中的第一目标扭矩，完成后返回步骤2.2。
[0083]
t7＝t1+t
epi
[0084]
其中，
[0085]
t7为第七目标扭矩；
[0086]
t
epi
为第二补偿扭矩。
[0087]
本发明的较佳实施例中，步骤2.42中，增程器控制器根据实际功率和目标功率的偏差，通过pid控制计算得到第二补偿扭矩。
[0088]
本发明的较佳实施例中，电连接方式为can总线通信连接。
[0089]
本发明方法的最佳实施例如下，在最终通过can总线通信发送给ems的第一目标扭矩中，增加一个前馈扭矩，该前馈扭矩以一个标定量的形式呈现，并且不参与任何形式的滤波。
[0090]
控制方法包括如下步骤：
[0091]
当增程器启动后，增程器会进入怠速工况；
[0092]
当增程器控制器接收到vcu、充电机或者控制面板发送来的目标功率时，增程器瞬间由怠速工况进入到发电工况，此时，增程器控制器会跟据目标功率查表，得到发动机的目标转速，表格形式如下：
[0093]
目标功率102030405060目标转速150020002500300035004000
[0094]
然后，增程器控制器会根据发动机的目标转速，计算出发动机的第一目标扭矩，计算公式如下：
[0095][0096]
其中，
[0097]
t1为第一目标扭矩；
[0098]
p1为目标功率；
[0099]
n1为目标转速。
[0100]
算出第一目标扭矩后，该扭矩便会经过第二斜率因子的滤波，使其经过一定的时间平滑变化，得到滤波后的第二目标扭矩，得到滤波后的第二目标扭矩后，在第二目标扭矩发送给ems之前，会加上一个前馈扭矩，得到ems最终的第三目标扭矩，最后将通过can总线通信将第三目标扭矩发送给ems，使其控制发动机输出。
[0101]
t3＝t2+tq[0102]
其中，
[0103]
t3为第三目标扭矩；
[0104]
t2为第二目标扭矩；
[0105]
tq为前馈扭矩。
[0106]
ems控制发动机输出的同时，也会给增程器控制器实时反馈发动机的实际转速和实际扭矩，随即，增程器控制器便把发动机的实际扭矩做为isg的第四目标扭矩，同时，增程器控制器还会根据ems反馈的实际转速和发动机的目标转速做一个差值，运用pid控制计算出第一补偿扭矩，与isg的第四目标扭矩相加，得到新的isg目标扭矩，即第五目标扭矩。
[0107]
注：pid控制系统是一种技术成熟、应用广泛的控制系统，不是本次申请的专利点，针对它的具体算法在这里不做详述。
[0108]
t5＝t4+t
gpi
[0109]
其中，
[0110]
t5为第五目标扭矩；
[0111]
t4为第四目标扭矩；
[0112]
t
gpi
为第一补偿扭矩。
[0113]
第五目标扭矩经过第一斜率因子的滤波后，得到第六目标扭矩，增程器控制器将第六目标扭矩直接传输至gcu，通过gcu控制isg输出。同时，gcu也把isg输出的实际功率传输至增程器控制器。
[0114]
当发动机的转速逐渐接近目标转速，转速变化率也随着下降，当转速变化率低于
一定值(即预先设定的值)，便会触发功率闭环；所谓功率闭环就是增程器控制器根据gcu反馈的实际功率和目标功率做差值，运用pid控制系统计算出第二补偿扭矩，该第二补偿扭矩与第一目标扭矩做和，得到新的发动机目标扭矩，即第七目标扭矩，第七目标扭矩替换步骤2.2中的第一目标扭矩，完成后返回步骤2.2。
[0115]
t7＝t1+t
epi
[0116]
其中，
[0117]
t7为第七目标扭矩；
[0118]
t
epi
为第二补偿扭矩。
[0119]
具体的，如附图5所示，预先配置的前馈扭矩为20nm，其中，横坐标为时间，左侧纵坐标为转速，右侧纵坐标为扭矩，上方一条为转速变化曲线1，下方为一条为扭矩变化曲线2。
[0120]
现有技术仅通过加大斜率因子来缓解掉转速，结合图6所示在扭矩提升的过程中，还是会存在掉转速的现象，即如图6的掉转速区3；如图5所示，本技术的方法通过can总线通信发送给ems的扭矩中，增加一个前馈扭矩，该前馈扭矩的预设量为20nm，并且不参与任何形式的滤波，解决了增程器怠速工况过渡至发电工况时发动机的目标扭矩回零的问题，同时不会出现现有技术中掉转速的情况。
[0121]
需要说明的是，新增的前馈扭矩需标定出合适的值，该值与转动惯量和摩擦扭矩有关，因此不同型号的增程器的前馈扭矩的预设量不一样。
[0122]
最后应说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种增程器怠速过渡工况控制方法，所述增程器包括发动机、isg、gcu、ems以及增程器控制器，所述增程器控制器分别与所述gcu和所述ems电连接，所述ems与所述发动机电连接，所述gcu与所述isg电连接，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、所述增程器进入怠速工况；步骤2、所述增程器控制器获取vcu、充电机或控制面板发送的目标功率，并进入发电工况；所述增程器进入发电工况后包括以下步骤：步骤2.1、所述增程器控制器根据所述目标功率得到所述发动机的目标转速，并根据所述目标功率和所述目标转速得到第一目标扭矩；步骤2.2、所述增程器控制器对所述第一目标扭矩进行预处理，得到预处理后的第二目标扭矩；步骤2.3、所述增程器控制器根据所述第二目标扭矩和预先配置的前馈扭矩，得到第三目标扭矩，所述增程器控制器将所述第三目标扭矩传输至所述ems，并通过所述ems控制所述发动机输出；步骤2.4、所述增程器控制器实时获取所述isg的实际功率，并根据所述实际功率得到所述第七目标扭矩，所述增程器控制器将所述第七目标扭矩替换所述步骤2.2中的所述第一目标扭矩，完成后返回所述步骤2.2。2.根据权利要求1所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述步骤2.3中，通过所述ems控制所述发动机输出之后还包括如下步骤：步骤a1、所述增程器控制器实时获取所述发动机的实际转速和实际扭矩，并将所述实际扭矩作为所述发动机的第四目标扭矩；步骤a2、所述增程器控制器根据所述实际转速和所述发动机的目标转速计算得到第一补偿扭矩，并根据所述第四目标扭矩和所述第一补偿扭矩得到第五目标扭矩；步骤a3、所述增程器控制器对所述第五目标扭矩进行预处理，得到预处理后的第六目标扭矩；步骤a4、所述gcu获取所述第六目标扭矩，并控制所述isg输出，随后进入步骤2.4。3.根据权利要求2所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述步骤a2中，所述增程器控制器根据所述实际转速和所述发动机的目标转速的偏差，通过pid控制计算得到第一补偿扭矩，并根据所述第四目标扭矩和所述第一补偿扭矩得到第五目标扭矩。4.根据权利要求2所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述增程器控制器获取预先配置的第一斜率因子，所述步骤a4中，所述增程器控制器将所述第五目标扭矩经过所述第一斜率因子滤波，得到滤波后的第六目标扭矩。5.根据权利要求4所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述第一斜率因子包括第一上升斜率因子和第一下降斜率因子，所述第一上升斜率因子用于所述isg扭矩上升的时候对所述第五目标扭矩进行滤波，所述第一下降斜率因子用于所述isg扭矩下降的时候对所述第五目标扭矩进行滤波。6.根据权利要求1所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述增程器控制器获取预先配置的第二斜率因子，所述步骤2.2中，所述增程器控制器将所述第一目标扭矩经过所述第二斜率因子滤波，得到滤波后的第二目标扭矩。7.根据权利要求4所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述第二斜率因
子包括第二上升斜率因子和第二下降斜率因子，所述第二上升斜率因子用于所述发动机扭矩上升的时候对所述第一目标扭矩进行滤波，所述第二下降斜率因子用于所述发动机扭矩下降的时候对所述第一目标扭矩进行滤波。8.根据权利要求1至7任一所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述步骤2.4包括：步骤2.41、所述增程器控制器实时获取所述isg的实际功率和目标功率；步骤2.42、所述增程器控制器根据所述实际功率和所述目标功率计算得到第二补偿扭矩；步骤2.43、所述增程器控制器根据所述第一目标扭矩和所述第二补偿扭矩得到所述第七目标扭矩，并将所述第七目标扭矩替换所述步骤2.2中的所述第一目标扭矩，完成后返回所述步骤2.2。9.根据权利要求8所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述步骤2.42中，所述增程器控制器根据所述实际功率和所述目标功率的偏差，通过pid控制计算得到第二补偿扭矩。10.根据权利要求9所述的增程器怠速过渡工况控制方法，其特征在于，所述电连接方式为can总线通信连接。

技术总结
本发明涉及新能源汽车控制技术领域，具体而言，涉及一种增程器怠速过渡工况控制方法，增程器包括发动机、ISG、GCU、EMS以及增程器控制器，包括以下步骤：增程器控制器获取目标功率并进入发电工况；包括以下步骤：步骤2.1、得到第一目标扭矩；步骤2.2、得到预处理后的第二目标扭矩；步骤2.3、根据第二目标扭矩和预先配置的前馈扭矩，得到第三目标扭矩并将其传输至EMS以控制发动机输出；步骤2.4、增程器控制器实时获取ISG的实际功率，并根据实际功率得到第七目标扭矩并将其替换步骤2.2中的第一目标扭矩，返回步骤2.2；本申请增加了前馈扭矩的控制方式，解决了增程器怠速工况过渡至发电工况时发动机的目标扭矩回零的问题，同时实现了功率闭环，提高了控制精度。提高了控制精度。提高了控制精度。


技术研发人员：黄远平 罗力成 王新立 王月宏 孙强
受保护的技术使用者：宁波圣龙新能源汽车动力有限公司
技术研发日：2022.12.19
技术公布日：2023/6/3