專利名稱：一種用于串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種車輛的部件系統(tǒng)及其控制方法，特別涉及一種用于給混合動(dòng)力電動(dòng) 車提供整車能量需求和電池能量補(bǔ)給的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)及其控制方法。主要用于串聯(lián) 式混合動(dòng)力電動(dòng)車的電控發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力單元系統(tǒng)，也可以用于其它車輛電控發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng) 力單元系統(tǒng)。
技術(shù)背景在串聯(lián)式混合動(dòng)力客車由于電池技術(shù)和整車控制技術(shù)的不成熟，還存在著整車油耗 偏高、尾氣排放不理想、轉(zhuǎn)速波動(dòng)、噪聲振動(dòng)大等問題，這些問題制約著整車的推廣運(yùn) 營(yíng)。出現(xiàn)上述原因，主要是串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車中，由于采用的雙動(dòng)力系統(tǒng)，兩套動(dòng) 力系統(tǒng)在協(xié)調(diào)控制方面存在一些問題，導(dǎo)致兩套控制系統(tǒng)不協(xié)調(diào)，因此在串聯(lián)式混合動(dòng) 力電動(dòng)車的電控發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力單元系統(tǒng)中很需要一種專用于整車能量需求和電池能量補(bǔ) 給的輔助動(dòng)力單元一一APU系統(tǒng)作為補(bǔ)充。但目前國(guó)內(nèi)串聯(lián)式混合動(dòng)力客車產(chǎn)業(yè)才剛剛 起步，還沒有形成完善的APU系統(tǒng)，尤其是目前串聯(lián)式混合動(dòng)力系統(tǒng)中沒有專用的用于 提供整車能量需求和電池能量補(bǔ)給的APU系統(tǒng)，因此有必要對(duì)現(xiàn)有APU系統(tǒng)的組成、控 制和安裝布置方法進(jìn)行研究，以實(shí)現(xiàn)整車系統(tǒng)集成。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的動(dòng)力單元系統(tǒng)中的不足，提出 一種專用于整車能量需求和電池能量補(bǔ)給的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，該系統(tǒng)能有效改善串聯(lián) 式混合動(dòng)力電動(dòng)車的動(dòng)力單元系統(tǒng)的性能，達(dá)到降低油耗和整車排放、提高整車動(dòng)態(tài)響 應(yīng)、減弱噪聲振動(dòng)等目的。本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。 一種串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力 單元系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、整流器，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)相聯(lián)，并給整流器供電，其 特點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)旁接有的輔助動(dòng)力單元控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)由輔助動(dòng)力 單元控制系統(tǒng)所控制。其中，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)為電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；所述的發(fā)電機(jī)為三相同 步交流發(fā)電機(jī)；所述的整流器為三相不可控整流橋；所述的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)是輔助動(dòng) 力單元系統(tǒng)控制器。
所述的輔助動(dòng)力單元控制系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制部分和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制部分，其 中，發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制是通過由整車控制單元發(fā)出的發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率，通過計(jì)算該功率下 的最佳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速獲取信號(hào)，該信號(hào)最后由油門調(diào)節(jié)器發(fā)出，并可以初步調(diào)節(jié)柴油發(fā)動(dòng)機(jī) 輸出功率以及轉(zhuǎn)速，油門調(diào)節(jié)同時(shí)也通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率PI調(diào)節(jié)通過信號(hào)處理后加入 油門前饋，從而獲得精確的油門控制信號(hào)，該信號(hào)采取雙路油門電壓信號(hào)控制方式；發(fā) 電機(jī)勵(lì)磁控制即是對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁PWM占空比進(jìn)行控制，與發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制類似，通過電 壓參考值對(duì)PWM占空比進(jìn)行初步調(diào)節(jié)，同時(shí)信號(hào)處理單元根據(jù)電壓參考、電流參考值進(jìn) 行PI調(diào)節(jié)加入勵(lì)磁控制前饋信號(hào)，在功率調(diào)節(jié)輸出端得出初步的勵(lì)磁控制電流，然后在 信號(hào)處理單元中根據(jù)轉(zhuǎn)速參考、電壓參考值通過功率限制曲線査表得出更進(jìn)一步的勵(lì)磁控制電流。在所述的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)控制器內(nèi)有信號(hào)處理芯片，信號(hào)處理芯片為Motor ola公司的PowerPC561主控制芯片，且系統(tǒng)控制器的上層算法是以MATLAB/simulink系統(tǒng) 為基礎(chǔ)的。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制可以最終精確的控制APU輸出功率 和轉(zhuǎn)速，簡(jiǎn)單來說，在功率變化時(shí)，隨著功率的突然變化轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之波動(dòng)，而在此時(shí) 通過PI調(diào)節(jié)以及前饋控制而及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門則可以將轉(zhuǎn)速波動(dòng)消除同時(shí)也提升了整 車的動(dòng)態(tài)相應(yīng)過程，從而在功率和轉(zhuǎn)速上都達(dá)到良好的控制效果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于通過對(duì)輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)的控制方式和安裝布置的優(yōu)化研究，可 以得到以下優(yōu)點(diǎn)提高燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放，減少噪聲減弱振動(dòng)，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性。


圖l為本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖；圖2為本發(fā)明的輔助動(dòng)力單元控制原理圖；圖3為本發(fā)明的輔助動(dòng)力單元縱向布置示意圖；圖4為本發(fā)明的輔助動(dòng)力單元橫向布置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例進(jìn)一步對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。附圖l給出了本發(fā)明的一個(gè)系統(tǒng)框圖，從附圖中可以看出，本發(fā)明為一種串聯(lián)式混合 動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)l、發(fā)電機(jī)2、整流器3，發(fā)動(dòng)機(jī)1與發(fā)電機(jī)2 相聯(lián)，并給整流器3供電，其特點(diǎn)在于發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)旁接有的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)4，發(fā) 動(dòng)機(jī)1和發(fā)電機(jī)2由輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)4所控制。其中，所述的發(fā)動(dòng)機(jī)l為電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；所述的發(fā)電機(jī)2為三相同步交流發(fā)電機(jī)；所述的整流器3為三相不可控整流橋；所述的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)4包括輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)控制器。 圖2為輔助動(dòng)力單元控制原理圖，通過圖2可以看出，輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī) 油門控制部分5和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制部分6，其中發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制部分5主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī) 轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制部分6負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的輸出功率。在輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)控制器 內(nèi)有信號(hào)處理芯片7，信號(hào)處理芯片7為Motorola公司的PowerPC561主控制芯片，且系統(tǒng) 控制器的上層算法是以MATLAB/simulink系統(tǒng)為基礎(chǔ)的?？刂葡到y(tǒng)接受整車功率需求指 令，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)、排放最佳曲線調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速并對(duì)應(yīng)輸出相應(yīng)的功率。其中，發(fā) 動(dòng)機(jī)油門控制是通過由整車控制單元發(fā)出的發(fā)動(dòng)機(jī)目標(biāo)功率，通過計(jì)算該功率下的最佳 經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)速獲取信號(hào)，該信號(hào)最后由油門調(diào)節(jié)器8發(fā)出，并可以初步調(diào)節(jié)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輸出功 率以及轉(zhuǎn)速，油門調(diào)節(jié)同時(shí)也通過發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、功率PI調(diào)節(jié)通過信號(hào)處理后加入油門前 饋9，從而獲得精確的油門控制信號(hào)，該信號(hào)采取雙路油門電壓信號(hào)控制方式；發(fā)電機(jī)勵(lì) 磁控制即是對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁PWM占空比進(jìn)行控制，與發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制類似，通過電壓參考 值對(duì)PWM占空比進(jìn)行初步調(diào)節(jié)，同時(shí)信號(hào)處理單元根據(jù)電壓參考、電流參考值進(jìn)行PI調(diào) 節(jié)加入勵(lì)磁控制前饋信號(hào)，在功率調(diào)節(jié)器10的輸出端得出初步的勵(lì)磁控制電流，然后在 信號(hào)處理單元中根據(jù)轉(zhuǎn)速參考、電壓參考值通過功率限制曲線査表得出更進(jìn)一步的勵(lì)磁 控制電流。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制可以最終精確的控制APU輸出功率 和轉(zhuǎn)速，簡(jiǎn)單來說，在功率變化時(shí)，隨著功率的突然變化轉(zhuǎn)速也會(huì)隨之波動(dòng)，而在此時(shí) 通過PI調(diào)節(jié)以及前饋控制而及時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)油門則可以將轉(zhuǎn)速波動(dòng)消除同時(shí)也提升了整 車的動(dòng)態(tài)相應(yīng)過程，從而在功率和轉(zhuǎn)速上都達(dá)到良好的控制效果。整個(gè)系統(tǒng)的布置方式有兩種， 一種是APU縱向布置， 一種是APU橫向布置。如附圖3 所示為APU縱向布置示意圖，該布置方法與傳統(tǒng)車布置方式類似，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪箱、 電池等大多設(shè)備都擺放于整車中、前部位，發(fā)動(dòng)機(jī)1與發(fā)電機(jī)2位于整車的后部，且發(fā)動(dòng) 機(jī)1與發(fā)電機(jī)2相對(duì)于整車為縱向布置。相比之下，如附圖4所示為APU橫向布置示意圖。橫向布置相對(duì)的縱向布置具有更多 的優(yōu)點(diǎn)。首先，在很大程度上節(jié)約整車縱向空間，可以為滿足舒適性要求而實(shí)現(xiàn)超低地 板布局；其次，在噪聲處理方面，橫向布置可以更有效的、更有針對(duì)性的對(duì)于發(fā)動(dòng)機(jī)擺 放空間進(jìn)行隔音，隔音處理復(fù)雜程度也大大降低；根據(jù)整車布局，驅(qū)動(dòng)電機(jī)、齒輪箱、 電池等大多設(shè)備都擺放于整車中、前部位，發(fā)動(dòng)機(jī)1與發(fā)電機(jī)2位于整車的后部，且發(fā)動(dòng) 機(jī)1與發(fā)電機(jī)2相對(duì)于整車為橫向布置。于是APU橫向布置于車尾將給車帶來更理想的重 量配比，這樣做的好處是整車噪聲、振動(dòng)進(jìn)一步降低，車輛運(yùn)行更加平穩(wěn)；也可以在 一定程度上提高燃油經(jīng)濟(jì)性、降低排放；同時(shí)，因?yàn)榭梢宰岆姎獠考玫倪h(yuǎn)離發(fā)動(dòng)機(jī)l、 發(fā)電機(jī)2強(qiáng)干擾源，整車電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性也大幅度提高，等等。
權(quán)利要求
1、一種串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、整流器，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)相聯(lián)，并給整流器供電，其特征在于發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)旁接有的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)由輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)所控制。
2、 如權(quán)利要求l所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，其特征在于 所述的發(fā)動(dòng)機(jī)為電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；所述的發(fā)電機(jī)為三相同步交流發(fā)電機(jī)；所述的整流器 為三相不可控整流橋；所述的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)包括輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)控制器。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，其特征在于 所述的輔助動(dòng)力單元器的系統(tǒng)控制包括發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制部分和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制部分，其 中油門控制主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)的輸出功率。
4、 如權(quán)利要求3所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，其特征在于 所述的輔助動(dòng)力單元器的系統(tǒng)控制通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制控制APU輸 出功率和轉(zhuǎn)速。
5、 如權(quán)利要求3或4所述的串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，其特征在于 所述的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)內(nèi)有信號(hào)處理芯片，信號(hào)處理芯片為Motorola公司的PowerPC56 l主控制芯片，且系統(tǒng)控制器的上層算法是以MATLAB/simulink系統(tǒng)為基礎(chǔ)的。
全文摘要
一種用于串聯(lián)式混合動(dòng)力電動(dòng)車的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)，包括發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)電機(jī)、整流器，發(fā)動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)相聯(lián)，并給整流器供電，在發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)旁接有的輔助動(dòng)力單元控制系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)和發(fā)電機(jī)由輔助動(dòng)力單元控制系統(tǒng)所控制。所述的發(fā)動(dòng)機(jī)為電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)；所述的發(fā)電機(jī)為三相同步交流發(fā)電機(jī)；所述的整流器為三相不可控整流橋；所述的輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)是輔助動(dòng)力單元系統(tǒng)控制器。所述的輔助動(dòng)力單元控制系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)油門控制部分和發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控制部分。
文檔編號(hào)B60L11/18GK101157341SQ200710036140
公開日2008年4月9日 申請(qǐng)日期2007年11月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者凌 劉, 帆 劉, 劉文洲, 唐廣笛, 姚建平, 李紅朋, 李雪峰, 偉 汪 申請(qǐng)人:中國(guó)南車集團(tuán)株洲電力機(jī)車研究所