CN111969898A - 新能源汽车永磁同步电机控制器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种新能源汽车永磁同步电机控制器，包括増程器控制器、内燃机、发电机、动力电机及BMS、驱动电机及控制器；所述増程器控制器包括MCU模块、电源模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、底部输入模块、标定模块和CAN通讯模块；所述数字输入/输出模块、模拟输入模块、底部输入模块、标定模块和CAN通讯模块均与MCU模块信号连接；本发明还提供一种新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法，本发明可以采用的工作模式多，除了恒功率模式外，还有功率跟随，车速自动跟随，恒压模式，恒电流模式等；可以满足整车的不同需求。

Description

新能源汽车永磁同步电机控制器及控制方法

技术领域

本发明涉及新能源汽车领域，具体涉及一种新能源汽车永磁同步电机控制器及控制方法。

背景技术

为了缓解纯电动车续驶里程短和充电不方便的难题，增程技术应运而生。目前，应用最广泛的内燃发电型增程器是通过内燃机和发电机直接耦合连接而组成的。增程式电动汽车通过在传统电动汽车平台上增加一套内燃机发电装置，不仅保留了纯电动车节能环保的特点，又解决了现有纯电动车存在的续航里程短、充电不方便、充电等候时间长等问题。

增程器作为整车的动力模块，其控制***一方面需要实时响应整车命令进行模式切换并给予反馈，另一方面需要保证增程器在满足整车驱动功率需求的前提下，尽可能多的降低油耗和排放、加快响应速度、提高稳定性。目前内燃发电型增程器普遍采用内燃机与永磁同步发电机直接机械耦合，针对永磁同步增程器的控制需要依赖IGBT可控整流桥，增加了控制难度和***成本。

目前市场上暂无单独增程器控制器(RCU)，如现有技术把RCU功能放在GCU、ECU或VCU内部使用；在增程器控制器功能方面现有技术使用恒功率点工作模式，工作方式比较单一。

目前使用的电机模式主要有以下两种；

1.《基于模型的混合励磁增程器控制策略研究》，作者：王涵学位授予单位：浙江大学学位名称：硕士学位年度：2018；

2.《电动汽车用混合励磁增程器控制器开发》，作者：张翀学位授予单位：浙江大学学位名称：硕士学位年度：2017；

现有技术采用双缸机加混合励磁电机模式，启动采用常用燃油机的小马达启动，发电机无法实现反拖启动，且发电功率点转速由发动机控制，电机是采用混合励磁电机。

因此，需要对现有技术进行改进。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种功能多样的新能源汽车永磁同步电机控制器及控制方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种新能源汽车永磁同步电机控制器，包括増程器控制器、内燃机、发电机、动力电机及BMS、驱动电机及控制器；

所述増程器控制器包括MCU模块、电源模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、底部输入模块、标定模块和CAN通讯模块；

所述数字输入/输出模块、模拟输入模块、底部输入模块、标定模块和CAN通讯模块均与MCU模块信号连接；

所述CAN通讯模块分别与内燃机ECU、发电机GCU及整车控制器VCU信号连接，内燃机与发电机相连，发电机分别与动力电机及BMS和驱动电机及控制器信号连接。

作为对本发明新能源汽车永磁同步电机控制器的改进：

所述MCU模块控制RCU内部模块初始化，及接收整车控制器VCU发送过来的VCU指令，根据指令计算响应的下发给GCU及ECU的控制指令；

所述电源模块提供増程器控制器RCU各个模块的内部供电及钥匙信号keyon激活电路；

所述Can通信模块包含三路：

一、外部can，RCU与整车控制器VCU通信；

二、内部CAN，RCU与ECU、GCU通信；

三、标定CAN，修改RCU内部标定参数。

作为对本发明新能源汽车永磁同步电机控制器的进一步改进：

所述MCU模块发电机GCU下发转速指令，给内燃机ECU下扭矩指令，协调两者合理工作；

所述电源模块包含电源自锁模块。

本发明还提供一种新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法，包括以下步骤：

1)、根据钥匙信号keyon上电后RCU上电自检，同时控制GCU和ECU上电，GCU和ECU上电自检完成无问题内部线束CAN总线上报RCU自检通过(ready＝1)，同时RCU自检正常外部CAN上报VCU整个***自检正常(ready＝1)，处于待机状态，VCU可以发送启动及功率请求；

2)、VCU下发启动指令给RCU，RCU内部把启动指令分解下发给ECU、GCU，ECU、GCU根据RCU下发指令响应动作同时上传状态信息，RCU根据ECU、GCU时时反馈信息调整指令，使整个***协调运行；

3)、VCU在增程器启动成功后进入怠速状态；然后VCU下发功率请求指令，发送到RCU；增程器RCU响应VCU请求进入发电状态；执行步骤4；

4)、RCU会根据VCU发功率请求指令输出发电控制指令到GCU、ECU，GCU和ECU根据发电控制指令调整转速、扭矩并反馈运行状态到RCU，RCU根据反馈状态调节发电控制指令。

作为对本发明新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法的改进：

步骤1包括：

1.1)、VCU将钥匙信号keyon发送到RCU，执行步骤1.2和1.3；

1.2)、RCU根据上电keyon信号控制RCU上电自检，自检完成无问题则产生RCU自检完成信号并发送给VCU；执行步骤1.4；

1.3)、RCU根据上电keyon信号产生启动信号并分别发送给GCU和ECU，GCU和ECU根据启动信号上电自检；执行步骤1.4；

GCU自检完成无问题则产生GCU自检完成信号并发送给VCU；

ECU自检完成无问题则产生ECU自检完成信号并发送给VCU；

1.4)、如果VCU接收到RCU自检完成信号、GCU自检完成信号和ECU自检完成信号，则VCU处于待机状态，VCU可以发送启动及功率请求，执行步骤2。

作为对本发明新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法的进一步改进：

步骤2包括：

2.1)、VCU根据整车车速、动力电池SOC、运动模式等其他信息确定增程器何时启动；确定启动后，VCU下发启动指令信号，发送给RCU；执行步骤2.2；

2.2)、RCU根据启动指令信号，分解得到ECU启动指令信号和GCU启动指令信号，并分别发送给ECU和GCU；执行步骤2.3；

2.3)、ECU、GCU根据RCU下发指令响应动作同时向RCU上传状态信息作为时时反馈的ECU、GCU状态信息；执行步骤2.4；

2.4)、RCU根据时时反馈的ECU、GCU状态信息调整指令。

作为对本发明新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法的进一步改进：

在步骤2中，VCU根据整车车速、动力电池SOC和运动模式确定增程器何时下发启动指令。

作为对本发明新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法的进一步改进：

启动时进入启动状态，RCU在接收到ECU状态信息为启动成功时，判断为启动成功，增程器处于怠速状态，RCU发送自身状态信号到VCU。

本发明的工作模式可以选择多种，例如：

1、恒功率为简单发电模式，即发电功率点恒定不变；

2、目前整车为功率跟随，即整车根据运行状态时时调节功率请求，RCU响应功率请求；

3、车速跟随是根据车随不同采用的发电模式，即发电功率与车速发小绑定；

4、恒压模式即输出电压不变；

5、恒流模式即输出电流模式不变。

本发明新能源汽车永磁同步电机控制器及控制方法的技术优势为：

本发明采用四缸机加永磁同步发电机，启动采用发电机反拖启动或由小马达启动；电机采用永磁同步电机。本发明作为单独的增程器***控制器。

本发明可以采用的工作模式多，除了恒功率模式外，还有功率跟随，车速自动跟随，恒压模式，恒电流模式等；可以满足整车的不同需求。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1是本发明新能源汽车永磁同步电机控制器的模块示意图；

图2是増程器控制器的模块示意图；

图3是本发明新能源汽车永磁同步电机控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1、新能源汽车永磁同步电机控制器，如图1-3所示，包括増程器控制器、内燃机、发电机、动力电机及BMS、驱动电机及控制器。

増程器控制器包括MCU模块、电源模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、底部输入模块、标定模块和CAN通讯模块。数字输入/输出模块、模拟输入模块、底部输入模块、标定模块和CAN通讯模块均与MCU模块信号连接。CAN通讯模块分别与内燃机ECU、发电机GCU及整车控制器VCU信号连接，内燃机与发电机相连，发电机分别与动力电机及BMS和驱动电机及控制器信号连接。电源模块与増程器控制器中的各个模块供电。

MCU模块：MCU模块作为控制器CPU，集成增程器控制核心算法，RCU内部模块初始化，及接收整车控制器VCU发送过来的VCU指令，根据指令计算响应的下发给GCU及ECU的控制指令，协调双方合理工作；

电源模块：电源模块提供増程器控制器RCU各个模块的内部供电(12V转5V及3.3V电压)及keyon(钥匙信号)激活电路，并包含电源自锁模块(keyon下电后RCU能持续工作，通断由控制自锁时间决定)；

整车控制器12V常电，keyon信号(简单理解成整车钥匙信号，即是整车钥匙信号到VCU，VCU打开keyon信号控制GCU、ECU)。

电源自锁模块是RCU内部自带电路，具体使用如：当整车下电时自锁电路可以根据RCU指令自锁(相当于钥匙信号一直在)，一般使用在电路延迟下电，受RCU控制器控制。

输出电路：控制内燃机ECU、发电机GCU的keyon上电信号及其他***电路，如控制冷却风扇转速信号(PWM信号)、MIL(故障灯)；冷却风扇转速信号(PWM信号)作为数字输出；MIL(故障灯)作为底边输出，外部接12V常电，正常情况下断开，故障时RCU端拉低，相当于接电池地，MIL灯亮。

控制器12V常电不断，RCU控制keyon(钥匙信号)控制ECU、GCU上电通断。

升功率，降功率，快降功率处理模块各不相同，***正常运行中根据功率请求分别查表转速模块、扭矩模块然后进行输出信号处理后(如添加限制输出值模块)下发给GCU、ECU执行。

CAN通讯模块：提供整车、内部、标定模块通讯，包含内部CAN(RCU与GCU、ECU的信息交互)，外部CAN(RCU与VCU的信息交互)，标定部分(RCU参数标定及采集)；

Can通信模块包含三路：

1、外部can(整车can)，RCU与整车控制器VCU通信；

2、内部CAN，RCU与ECU、GCU通信；

3、标定CAN，修改RCU内部标定参数，与外部控制器无关；

模拟输入模块：如控制器或电机温度信号采集，油箱油量油位采集等；

模拟信号输入(一般为电压信号)，RCU根据电压信号判断油箱油量；

机油压力信号为数字输入信号，一般为接地(电瓶地)，正常信号输入为地(低电平)；

输入部分：机油压力信号采集，碰撞信号(PWM输入)的输入等；

PWM输入信号(如整车碰撞信号输入)为数字输入信号，整车发生碰撞时输出PWM信号，RCU检测PWM信号紧急停机。

本发明新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法包括以下步骤：

1)、点火信号(即上电keyon信号，整车钥匙信号)，上电后RCU上电自检，同时控制GCU和ECU上电，GCU和ECU上电自检完成无问题内部线束CAN总线上报RCU自检通过(ready＝1)，同时RCU自检正常外部CAN上报VCU整个***自检正常(ready＝1)，处于待机状态，VCU可以发送启动及功率请求；

具体包括如下步骤：

1.1)、VCU将点火信号(即上电keyon信号，整车钥匙信号)发送到RCU，执行步骤1.2和1.3；

1.2)、RCU根据上电keyon信号控制RCU上电自检，自检完成无问题则产生RCU自检完成信号并发送给VCU；执行步骤1.4；

1.3)、RCU根据上电keyon信号产生启动信号并分别发送给GCU和ECU，GCU和ECU根据启动信号上电自检；执行步骤1.4；

GCU自检完成无问题则产生GCU自检完成信号并发送给VCU；

ECU自检完成无问题则产生ECU自检完成信号并发送给VCU；

1.4)、如果VCU接收到RCU自检完成信号、GCU自检完成信号和ECU自检完成信号，则VCU处于待机状态，VCU可以发送启动及功率请求，执行步骤2；

2)、VCU根据整车车速、动力电池SOC、运动模式等其他信息确定增程器何时启动；VCU下发启动指令给RCU，RCU内部把启动指令分解下发给ECU、GCU，ECU、GCU根据RCU下发指令响应动作同时上传状态信息，RCU根据ECU、GCU时时反馈信息调整指令，使整个***协调运行；

具体包括以下步骤：

2.1)、VCU根据整车车速、动力电池SOC、运动模式等其他信息确定增程器何时启动；确定启动后，VCU下发启动指令信号，发送给RCU；执行步骤2.2；

2.2)、RCU根据启动指令信号，分解得到ECU启动指令信号和GCU启动指令信号，并分别发送给ECU和GCU；执行步骤2.3；

2.3)、ECU、GCU根据RCU下发指令响应动作同时向RCU上传状态信息作为时时反馈的ECU、GCU状态信息；执行步骤2.4；

2.4)、RCU根据时时反馈的ECU、GCU状态信息调整指令，使整个***协调运行；

具体的调整规则为：ECU/GCU运行状态反馈到RCU，RCU协调整个***运行，同时RCU运行状态上报给VCU，如RCU处于怠速或发电模式时，RCU上报怠速或发电状态，VCU就可以下发功率请求。

3)、VCU在增程器启动成功后进入怠速状态；然后VCU下发功率请求指令(VCU功率请求时根据整车功率需求计算)，发送到RCU；增程器RCU响应VCU请求进入发电状态；执行步骤4；

RCU在接收到ECU状态信息为启动成功时，判断为启动成功，增程器处于怠速状态，RCU发送自身状态信号到VCU(如处于怠速状态或发电状态)。

4)、在怠速状态或发电状态时，RCU会根据VCU功率请求输出发电控制指令到GCU、ECU，GCU和ECU根据发电控制指令调整转速、扭矩并反馈运行状态到RCU，RCU根据反馈状态调节优化下发指令，使***及时响应VCU的功率需求。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (8)

1.新能源汽车永磁同步电机控制器，其特征在于：包括増程器控制器、内燃机、发电机、动力电机及BMS、驱动电机及控制器；

所述増程器控制器包括MCU模块、电源模块、数字输入/输出模块、模拟输入模块、底部输入模块、标定模块和CAN通讯模块；

所述数字输入/输出模块、模拟输入模块、底部输入模块、标定模块和CAN通讯模块均与MCU模块信号连接；

所述CAN通讯模块分别与内燃机ECU、发电机GCU及整车控制器VCU信号连接，内燃机与发电机相连，发电机分别与动力电机及BMS和驱动电机及控制器信号连接。

2.根据权利要求1所述的新能源汽车永磁同步电机控制器，其特征在于：

所述MCU模块控制RCU内部模块初始化，及接收整车控制器VCU发送过来的VCU指令，根据指令计算响应的下发给GCU及ECU的控制指令；

所述电源模块提供増程器控制器RCU各个模块的内部供电及钥匙信号keyon激活电路；

所述Can通信模块包含三路：

一、外部can，RCU与整车控制器VCU通信；

二、内部CAN，RCU与ECU、GCU通信；

三、标定CAN，修改RCU内部标定参数。

3.根据权利要求2所述的新能源汽车永磁同步电机控制器，其特征在于：

所述MCU模块发电机GCU下发转速指令，给内燃机ECU下扭矩指令，协调两者合理工作；

所述电源模块包含电源自锁模块。

4.新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)、根据钥匙信号keyon上电后RCU上电自检，同时控制GCU和ECU上电，GCU和ECU上电自检完成无问题内部线束CAN总线上报RCU自检通过(ready＝1)，同时RCU自检正常外部CAN上报VCU整个***自检正常(ready＝1)，处于待机状态，VCU可以发送启动及功率请求；

2)、VCU下发启动指令给RCU，RCU内部把启动指令分解下发给ECU、GCU，ECU、GCU根据RCU下发指令响应动作同时上传状态信息，RCU根据ECU、GCU时时反馈信息调整指令，使整个***协调运行；

3)、VCU在增程器启动成功后进入怠速状态；然后VCU下发功率请求指令，发送到RCU；增程器RCU响应VCU请求进入发电状态；执行步骤4；

4)、RCU会根据VCU发功率请求指令输出发电控制指令到GCU、ECU，GCU和ECU根据发电控制指令调整转速、扭矩并反馈运行状态到RCU，RCU根据反馈状态调节发电控制指令。

5.根据权利要求4所述的新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法，其特征在于：

步骤1包括：

1.1)、VCU将钥匙信号keyon发送到RCU，执行步骤1.2和1.3；

1.2)、RCU根据上电keyon信号控制RCU上电自检，自检完成无问题则产生RCU自检完成信号并发送给VCU；执行步骤1.4；

1.3)、RCU根据上电keyon信号产生启动信号并分别发送给GCU和ECU，GCU和ECU根据启动信号上电自检；执行步骤1.4；

GCU自检完成无问题则产生GCU自检完成信号并发送给VCU；

ECU自检完成无问题则产生ECU自检完成信号并发送给VCU；

1.4)、如果VCU接收到RCU自检完成信号、GCU自检完成信号和ECU自检完成信号，则VCU处于待机状态，VCU可以发送启动及功率请求，执行步骤2。

6.根据权利要求5所述的新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法，其特征在于：

步骤2包括：

2.1)、VCU根据整车车速、动力电池SOC、运动模式等其他信息确定增程器何时启动；确定启动后，VCU下发启动指令信号，发送给RCU；执行步骤2.2；

2.2)、RCU根据启动指令信号，分解得到ECU启动指令信号和GCU启动指令信号，并分别发送给ECU和GCU；执行步骤2.3；

2.3)、ECU、GCU根据RCU下发指令响应动作同时向RCU上传状态信息作为时时反馈的ECU、GCU状态信息；执行步骤2.4；

2.4)、RCU根据时时反馈的ECU、GCU状态信息调整指令。

7.根据权利要求6所述的新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法，其特征在于：

在步骤2中，VCU根据整车车速、动力电池SOC和运动模式确定增程器何时下发启动指令。

8.根据权利要求7所述的新能源汽车永磁同步电机控制器的控制方法，其特征在于：

启动时进入启动状态，RCU在接收到ECU状态信息为启动成功时，判断为启动成功，增程器处于怠速状态，RCU发送自身状态信号到VCU。

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