一种增程器集成控制器及其控制方法

1.本发明涉及增程器控制领域，具体涉及一种增程器集成控制器及其控制方法。


背景技术：

2.增程式电动车因其独特的结构性能，不但有效地增加了纯电动汽车的续驶里程，缓解了人们的出行焦虑，而且还兼顾了纯电动汽车零污染零排放的环保优势，正逐渐成为纯电动汽车较为理想的改进方向。
3.增程器作为增程式电动汽车的核心动力部分，主要由发动机、发动机控制器、电机、电机控制器和增程器控制器五部分构成。其中增程器控制器负责与整车控制器进行通信，获得发电功率需求，通过内部计算，对发动机控制器及电机控制器提出转速和扭矩需求并进行动态工况匹配，保证系统效率最优。发动机控制器根据增程器控制器发送的转速指令，控制整个发动机系统运作。它接收发动机运行时的各个传感器信号，将这些信息经系统处理后，通过控制相应的器件来确保发动机满足排放、经济性和动力性需求。电机控制器根据增程器控制器的can指令，实现电机的恒转速或恒转矩控制，通过系统优化保证电机在指定工况下效率最高。然而此时的发动机控制器、电机控制器和增程器控制器分装在增程器内部不同的壳体内独立运行，不仅会增加制造成本，降低系统的集成度，还会因为彼此之间can总线的通讯延时而导致系统控制效率的降低，不利于车辆轻量化设计以及可靠性的目标。


技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于提供一种增程器集成控制器，将发动机控制器、电机控制器和增程器控制器集成在一个壳体内并作为一个整体进行开发，由于所有的功能被集成在一个控制器内，因此减小了增程器控制系统的体积和重量，节约了成本，同时大大提高了增程器控制系统的效率和可靠性
5.为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种增程器集成控制器，包括集成在一个控制器壳体内的增程器集成控制单元和整流逆变器，所述增程器集成控制单元与发动机采用弱电连接，所述增程器集成控制单元与整流逆变器采用弱电连接，所述整流逆变器与电机采用强电连接，所述增程器集成控制单元处理传感器信号并传输信号给发动机执行器，所述增程器集成控制单元将pwm信号传输给整流逆变器，所述整流逆变器将直流电转换为三相交流电以控制电机，所述整流逆变器将电机制动时产生的三相交流电转换为直流电以存储电能。
6.在上述方案中，所述增程器集成控制单元包括信号输入模块、主控芯片、电源模块、信号输出模块和can通信模块，
7.所述信号输入模块分别接收转速传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量计、进气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器、爆震传感器、氧传感器、电压传感器和电流传感器传输的信号以及电池soc值，并将信号处理后传输给所述主控芯片，
8.所述主控芯片分别与所述信号输入模块、电源模块、信号输出模块和can通信模块连接，根据所述信号输入模块分别输出的发动机工况信号、电机工况信号和整车需求功率信号并基于预先编制的控制程序和存储的数据进行计算、处理、判断，确定符合发动机目标扭矩的喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度参数和符合电机目标转速的pwm信号，将各参数和信号传输给所述信号输出模块，
9.所述信号输出模块将所述主控芯片输出的指令生成控制信号来分别驱动包括电子节气门、点火线圈、喷油器、油泵、水泵、风扇、igbt在内的执行机构工作，
10.所述电源模块向所述增程器集成控制器内的各模块提供稳定的电压，
11.所述can通信模块通过整车can总线与整车控制器进行通讯，接收所述整车控制器传输的需求功率信号，将所述主控芯片输出的增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值传输给所述整车控制器。
12.在上述方案中，所述整流逆变器为三相全桥igbt模块，
13.所述三相全桥igbt模块将动力电池释放的直流电转换为交流电以驱动所述电机工作，将所述电机制动时产生的交流电转换为直流电并传输到所述动力电池储存。
14.在上述方案中，所述的信号输入模块包括输入缓冲器和ad转换器，
15.所述输入缓冲器接收包括增程器转速在内的数字输入信号，并将其转换为可输入至所述主控芯片的信号级后传输给所述主控芯片，
16.所述ad转换器分别接收包括进气量、水温、电压、电流在内的模拟输入信号，并将其转换为数字信号后传输给所述主控芯片。
17.在上述方案中，所述主控芯片根据所述信号输入模块和can通信模块传输的各种信号，基于预先设定的控制策略产生增程器启停信号、模式控制信号、发动机目标扭矩信号、电机目标转速信号和控制电压信号，并进一步计算后直接得出喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度、pwm信号、增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值，将产生的各信号和参数传输给所述信号输出模块和can通信模块，
18.所述信号输出模块将所述主控芯片输出的喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度处理后传输给发动机各执行机构，将所述主控芯片输出的pwm信号处理后传输给所述整流逆变器，
19.所述can通信模块将所述主控芯片输出的增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值传输给所述整车控制器。
20.在上述方案中，所述的主控芯片还包括时钟电路、复位电路和电源模块电路，
21.所述时钟电路使用外部时钟源提供的时钟信号，
22.所述复位电路使用芯片内部晶体振荡器设计的时钟电路，将增程器集成控制器中的硬件逻辑归位到一个初始状态，使处理器从第一条指令开始执行程序，
23.所述电源模块电路和增程器集成控制器中的所述电源模块连接，为所述主控芯片供电
24.本发明，还提供了一种增程器集成控制器的控制方法，主控芯片控制增程器集成控制器在停机、启动、怠速、发电和故障五种模式中转换，
25.所述增程器集成控制器的初始模式即为停机模式，当整车控制器判断动力电池无法提供整车所需功率或电池soc值过低时，所述整车控制器向所述增程器集成控制器发送
启动信号，所述增程器集成控制器接收所述整车控制器传递的启动信号后，会控制电机倒拖发动机，并同时控制发动机尝试点火启动，此时所述增程器集成控制器处于启动模式，
26.当发动机转速达到一定值时，发动机点火启动，所述增程器集成控制器向整车控制器发送启动成功信号，并由启动模式切换至怠速模式，
27.增程器启动成功后，若所述增程器集成控制器接收到所述整车控制器的需求功率大于0，则由怠速模式切换至发电模式，此时所述增程器集成控制器将需求功率解耦成发动机目标扭矩和电机目标转速，经过进一步计算后直接控制发动机和电机以维持动力电池电量平衡，
28.增程器处于怠速模式时，若所述增程器集成控制器收到所述整车控制器发送的停机信号，先控制发动机熄火关闭，待确认发动机关闭后，再控制电机关闭，确认电机关闭后所述增程器集成控制器由发电模式切换至停机模式，
29.增程器处于停机、启动、怠速、发电模式时，若所述增程器集成控制器判断出现故障，所述增程器集成控制器切换至故障模式，首先对增程器进行停机操作，再将故障信息通过can通信模块发送给所述整车控制器，由所述整车控制器进一步处理
30.本发明的有益效果是：
31.1.采用本发明的技术方案，将发动机控制器、电机控制器和增程器控制器集成在一个控制器内，减少了控制器之间的线束连接，降低了材料成本和占用的空间，有利于汽车轻量化的目标。
32.2.采用本发明的技术方案，增程器集成控制器同时处理强电信号和弱电信号，实现对发动机和电机的同步控制，消除了控制器之间由于can通信造成的时间滞后，使任务处理速度更快，提高了控制系统的效率和可靠性。
33.3.采用本发明的技术方案，发动机和电机共用一个转速传感器测得的位置和转速信息，不仅实现对增程器发动机和电机精确的控制，还避免了在发动机和电机上均安装转速传感器而造成的浪费，大大降低了制造成本。
附图说明
34.图1为本发明实施例提供的增程器集成控制器的工作原理图；
35.图2为本发明实施例提供的增程器集成控制单元的结构示意图；
36.图3为本发明实施例提供的增程器集成控制器模式控制逻辑示意图。
具体实施方式
37.下面结合说明书附图对本发明做出详细的说明。
38.本发明公开了一种增程器集成控制器及其控制方法，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。需要特别指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明，并且相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围的基础上对本文所述内容进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
39.在发明中，除非另有说明，否则本文中使用的科学和技术名词具有本领域技术人员所通常理解的含义。
40.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
41.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
43.如图1至图3所示，本发明提供的一种增程器集成控制器，其包括集成在一个控制器壳体内的增程器集成控制单元和整流逆变器，增程器集成控制单元与发动机采用弱电连接，增程器集成控制单元与整流逆变器采用弱电连接，整流逆变器与电机采用强电连接，增程器集成控制单元处理传感器信号并传输信号给发动机执行器，增程器集成控制单元将pwm信号传输给整流逆变器，整流逆变器将直流电转换为三相交流电以控制电机，整流逆变器将电机制动时产生的三相交流电转换为直流电以存储电能。
44.本发明提供的增程器集成控制单元的结构示意图如图2所示，包括信号输入模块、主控芯片、电源模块、信号输出模块和can通信模块。
45.信号输入模块，用于接收转速传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量计、进气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器、爆震传感器、氧传感器、电压传感器和电流传感器等传输的信号以及电池soc值，并将信号处理后传输给主控芯片。
46.主控芯片，用于与信号输入模块、电源模块、信号输出模块和can通信模块连接，根据信号输入模块输出的发动机工况信号、电机工况信号和整车需求功率信号基于预先编制的控制程序和存储的数据进行计算、处理、判断，确定符合发动机目标扭矩的喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度等参数和符合电机目标转速的pwm信号，将各参数和信号传输给信号输出模块。
47.信号输出模块，用于将主控芯片输出的指令生成控制信号来驱动电子节气门、点火线圈、喷油器、油泵、水泵、风扇、igbt等执行机构工作。
48.电源模块，用于向增程器集成控制器内的各模块提供稳定的电压。
49.can通信模块，用于通过整车can总线与整车控制器进行通讯，接收整车控制器传输的需求功率信号，将主控芯片输出的增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值传输给整车控制器。
50.进一步优选的，整流逆变器，为三相全桥igbt模块，用于将动力电池释放的直流电转换为交流电以驱动电机工作，将电机制动时产生的交流电转换为直流电并传输到动力电池储存。
51.其中，信号输入模块包括输入缓冲器和ad转换器。
52.输入缓冲器，用于接收增程器转速等数字输入信号，并将其转换为可输入至主控芯片的信号级后传输给主控芯片。
53.ad转换器，用于接收进气量、水温、电压、电流等模拟输入信号，并将其转换为数字信号后传输给主控芯片。
54.其中，主控芯片，用于根据信号输入模块和can通信模块传输的各种信号，基于预先设定的控制策略产生增程器启停信号、模式控制信号、发动机目标扭矩信号、电机目标转速信号和控制电压信号，并进一步计算后直接得出喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度、pwm信号、增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值，将产生的各信号和参数传输给信号输出模块和can通信模块。
55.信号输出模块，用于将主控芯片输出的喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度处理后传输给发动机各执行机构，将主控芯片输出的pwm信号处理后传输给整流逆变器。
56.can通信模块，用于将主控芯片输出的增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值传输给整车控制器。
57.其中，主控芯片用于控制增程器集成控制器工作模式的转换，本发明还提供了增程器集成控制器模式控制逻辑示意图如图3所示，包括停机、启动、怠速、发电和故障五种模式。
58.增程器集成控制器的初始模式即为停机模式，当整车控制器判断动力电池无法提供整车所需功率或电池soc值过低时，整车控制器向增程器集成控制器发送启动信号，增程器集成控制器接收整车控制器传递的启动信号后，会控制电机倒拖发动机，并同时控制发动机尝试点火启动，此时增程器集成控制器处于启动模式。
59.当发动机转速达到一定值时，发动机点火启动，增程器集成控制器向整车控制器发送启动成功信号，并由启动模式切换至怠速模式。
60.增程器启动成功后，若增程器集成控制器接收到整车控制器的需求功率大于0，则由怠速模式切换至发电模式，此时增程器集成控制器将需求功率解耦成发动机目标扭矩和电机目标转速，经过进一步计算后直接控制发动机和电机以维持动力电池电量平衡。
61.增程器处于怠速模式时，若增程器集成控制器收到整车控制器发送的停机信号，先控制发动机熄火关闭，待确认发动机关闭后，再控制电机关闭，确认电机关闭后增程器集成控制器由发电模式切换至停机模式。
62.增程器处于停机、启动、怠速、发电模式时，若增程器集成控制器判断出现故障，增程器集成控制器切换至故障模式，首先对增程器进行停机操作，再将故障信息通过can通信模块发送给整车控制器，由整车控制器进一步处理。
63.其中，所主控芯片还包括时钟电路、复位电路和电源模块电路。
64.时钟电路，用于使用外部时钟源提供的时钟信号。
65.复位电路，用于使用芯片内部晶体振荡器设计的时钟电路，将增程器集成控制器中的硬件逻辑归位到一个初始状态，使处理器从第一条指令开始执行程序。
66.电源模块电路，用于和增程器集成控制器中的电源模块连接，为主控芯片供电。
67.本发明的改进点在于提出一种发动机控制器、电机控制器和增程器控制器三合一的增程器集成控制器，增程器集成控制单元处理传感器信号并传输信号给发动机执行器，并同时将pwm信号传输给整流逆变器，整流逆变器将直流电转换为三相交流电以控制电机，
这样的结构减少了控制器之间的线束连接，降低了生产成本和空间，可以实现对发动机和电机的同步控制，消除了控制器之间由于can通信造成的时间滞后，提高了控制系统的效率，并且发动机和电机可以共用一个转速传感器测得的位置和转速信息，从而大大降低了制造成本。
68.本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种增程器集成控制器，其特征在于，包括集成在一个控制器壳体内的增程器集成控制单元和整流逆变器，所述增程器集成控制单元与发动机采用弱电连接，所述增程器集成控制单元与整流逆变器采用弱电连接，所述整流逆变器与电机采用强电连接，所述增程器集成控制单元处理传感器信号并传输信号给发动机执行器，所述增程器集成控制单元将pwm信号传输给整流逆变器，所述整流逆变器将直流电转换为三相交流电以控制电机，所述整流逆变器将电机制动时产生的三相交流电转换为直流电以存储电能。2.如权利要求1所述的增程器集成控制器，其特征在于：所述增程器集成控制单元包括信号输入模块、主控芯片、电源模块、信号输出模块和can通信模块，所述信号输入模块分别接收转速传感器、凸轮轴位置传感器、空气流量计、进气压力传感器、节气门位置传感器、水温传感器、爆震传感器、氧传感器、电压传感器和电流传感器传输的信号以及电池soc值，并将信号处理后传输给所述主控芯片，所述主控芯片分别与所述信号输入模块、电源模块、信号输出模块和can通信模块连接，根据所述信号输入模块分别输出的发动机工况信号、电机工况信号和整车需求功率信号并基于预先编制的控制程序和存储的数据进行计算、处理、判断，确定符合发动机目标扭矩的喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度参数和符合电机目标转速的pwm信号，将各参数和信号传输给所述信号输出模块，所述信号输出模块将所述主控芯片输出的指令生成控制信号来分别驱动包括电子节气门、点火线圈、喷油器、油泵、水泵、风扇、igbt在内的执行机构工作，所述电源模块向所述增程器集成控制器内的各模块提供稳定的电压，所述can通信模块通过整车can总线与整车控制器进行通讯，接收所述整车控制器传输的需求功率信号，将所述主控芯片输出的增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值传输给所述整车控制器。3.如权利要求1所述的增程器集成控制器，其特征在于：所述整流逆变器为三相全桥igbt模块，所述三相全桥igbt模块将动力电池释放的直流电转换为交流电以驱动所述电机工作，将所述电机制动时产生的交流电转换为直流电并传输到所述动力电池储存。4.如权利要求2所述的增程器集成控制器，其特征在于：所述的信号输入模块包括输入缓冲器和ad转换器，所述输入缓冲器接收包括增程器转速在内的数字输入信号，并将其转换为可输入至所述主控芯片的信号级后传输给所述主控芯片，所述ad转换器分别接收包括进气量、水温、电压、电流在内的模拟输入信号，并将其转换为数字信号后传输给所述主控芯片。5.如权利要求2所述的增程器集成控制器，其特征在于：所述主控芯片根据所述信号输入模块和can通信模块传输的各种信号，基于预先设定的控制策略产生增程器启停信号、模式控制信号、发动机目标扭矩信号、电机目标转速信号和控制电压信号，并进一步计算后直接得出喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度、pwm信号、增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值，将产生的各信号和参数传输给所述信号输出模块和can通信模块，所述信号输出模块将所述主控芯片输出的喷油量、喷油时间、点火提前角、节气门开度
处理后传输给发动机各执行机构，将所述主控芯片输出的pwm信号处理后传输给所述整流逆变器，所述can通信模块将所述主控芯片输出的增程器实际功率、增程器实际转速、电池soc值传输给所述整车控制器。6.如权利要求2所述的增程器集成控制器，其特征在于：所述的主控芯片还包括时钟电路、复位电路和电源模块电路，所述时钟电路使用外部时钟源提供的时钟信号，所述复位电路使用芯片内部晶体振荡器设计的时钟电路，将增程器集成控制器中的硬件逻辑归位到一个初始状态，使处理器从第一条指令开始执行程序，所述电源模块电路和增程器集成控制器中的所述电源模块连接，为所述主控芯片供电。7.一种增程器集成控制器的控制方法，其特征在于：主控芯片控制增程器集成控制器在停机、启动、怠速、发电和故障五种模式中转换，所述增程器集成控制器的初始模式即为停机模式，当整车控制器判断动力电池无法提供整车所需功率或电池soc值过低时，所述整车控制器向所述增程器集成控制器发送启动信号，所述增程器集成控制器接收所述整车控制器传递的启动信号后，会控制电机倒拖发动机，并同时控制发动机尝试点火启动，此时所述增程器集成控制器处于启动模式，当发动机转速达到一定值时，发动机点火启动，所述增程器集成控制器向整车控制器发送启动成功信号，并由启动模式切换至怠速模式，增程器启动成功后，若所述增程器集成控制器接收到所述整车控制器的需求功率大于0，则由怠速模式切换至发电模式，此时所述增程器集成控制器将需求功率解耦成发动机目标扭矩和电机目标转速，经过进一步计算后直接控制发动机和电机以维持动力电池电量平衡，增程器处于怠速模式时，若所述增程器集成控制器收到所述整车控制器发送的停机信号，先控制发动机熄火关闭，待确认发动机关闭后，再控制电机关闭，确认电机关闭后所述增程器集成控制器由发电模式切换至停机模式，增程器处于停机、启动、怠速、发电模式时，若所述增程器集成控制器判断出现故障，所述增程器集成控制器切换至故障模式，首先对增程器进行停机操作，再将故障信息通过can通信模块发送给所述整车控制器，由所述整车控制器进一步处理。

技术总结
本发明公开了一种增程器集成控制器及其控制方法，包括集成在一个控制器壳体内的增程器集成控制单元和整流逆变器，增程器集成控制单元与发动机采用弱电连接，增程器集成控制单元与整流逆变器采用弱电连接，整流逆变器与电机采用强电连接，增程器集成控制单元处理传感器信号并传输信号给发动机执行器，增程器集成控制单元将PWM信号传输给整流逆变器，整流逆变器将直流电转换为三相交流电以控制电机，整流逆变器将电机制动时产生的三相交流电转换为直流电以存储电能。本发明提供的增程器集成控制器，其集成度高，能够实现对发动机和电机的同步控制，提高了系统效率和可靠性，且系统共用一个转速传感器，从而也降低制造成本。从而也降低制造成本。从而也降低制造成本。


技术研发人员：高金武 孙少龙 尹海 胡云峰 陈虹
受保护的技术使用者：吉林大学
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/7/4