混合动力汽车发动机电机拖动策略和起动性能的研究

发布时间：2019-08-11 15:45

【摘要】：本文围绕ISG型混合动力汽车起动工况,研究了冷却水温和拖动转速对发动机起动阻力矩、电机电流特性和系统转速特性的影响。结果显示:冷却水温对电机拖动策略及起动性能有重要影响,当冷却水温低于约45℃时,发动机平均起动阻力矩随温度升高而明显降低,且拖动转速的升高对平均起动阻力矩的影响较为明显;而当冷却水温高于约45℃后平均起动阻力矩变化平缓;从降低阻力矩的角度出发,应采用低速起动。转矩控制模式下,热机和低速起动时,起动瞬间电机电流出现较大畸变,适当提高拖动转速或降低起动转矩有利于减小起动瞬间的冲击电流;转速控制模式下,起动瞬间产生更大的冲击电流,提高拖动转速有利于减小起动初期电机电流的突变。为实现快速起动,应根据冷却水温确定电机的起动控制策略,冷却水温高于约45℃时,采用转矩控制模式,低于约45℃时,采用转速控制模式。
【图文】：

示意图,总体布局,台架,示意图

250r/min时开始喷油点火，290ms后达到怠速转速，电压和电流在起动初始瞬间发生急剧变化，转速超调较大;而以50%最大转矩软起动拖动发动机，达到怠速转速才喷油点火，580ms后达到怠速转速，电压和电流的变化相对较缓慢，降低了转速超调。可见，快速起动过程中，发动机与起动电机的相互作用和起动电机的控制对车辆的起动性能有重要影响，因此，本文中通过考察不同冷却水温下发动机的起动阻力矩以及电机的工作特性，对起动过程电机控制策略进行匹配，为改善发动机快速起动性能提供指导。1GDI发动机快速起动试验台架图1为ISG型混合动力车用发动机快速起动试验台架总体布置示意图。试验平台主要由直喷汽油机及其控制系统、永磁同步伺服电机及其控制系统和数据采集系统等组成。图1台架总体布局示意图试验用发动机怠速转速为800r/min，永磁同步电机与发动机同轴连接，电机主要技术参数见表1［18］。表1电机主要技术参数电压/V200额定电流/A54最大瞬时电流/A130额定功率/kW7．5额定转矩/(N·m)48瞬时最大转矩/(N·m)119额定转速/(r·min－1)1500最高转速(r·min－1)3000快速起动过程中涉及电机的两种控制模式:转矩模式和转速模式。转矩控制模式是电机控制器算法中应用转矩闭环控制，控制目标是电机输出转矩;转速控制模式是电机控制器算法中应用速度闭环控制，控制目标是电机输出转速。每种控制模式都需要对伺服控制单元内部指令进行设置，并在伺服控制单元相应的引脚上输入模拟电压来确定运行模式和运行特性。2发动机阻力矩分析起动阻力矩可分为平均起动阻力矩和瞬时起动阻力矩，发动机的起动过程是一段时间内进行的，而瞬时起动阻力矩是在起动过程中某个时刻所产生的量，若对ISG电机进行实时控制，使

冷却水温

·冷起动时，，润滑油黏度大、流动性差，造成发动机内曲轴与轴瓦等摩擦面之间供油不足，气缸壁磨损加剧，导致各摩擦器件间的运动阻力增大，发动机的起动阻力也随之增大，加剧发动机的起动困难。随着冷却水温升高，润滑油温度升高，润滑油黏度降低，各活塞环槽中的润滑油供给充足，润滑较好，热起动时的阻力矩也相对较小［19－20］。为使混合动力发动机满足快速起动的要求，电机需提供足够的转矩以克服阻力矩，拖动转速不同，需求的转矩也不同，因此需要针对不同冷却水温下的阻力矩匹配电机的拖动转矩及拖动转速。图2为冷却水温对发动机平均起动阻力矩的影响。由图可知，冷却水温低于45℃时，平均起动阻力矩随冷却水温升高而快速减小;冷却水温高于45℃时，平均起动阻力矩趋于平缓。试验中发现，冷却水温低于10℃时，该电机不易将发动机转速拖动至800～1200r/min，因此在该转速范围内，只考察冷却水温高于25℃的情况。当冷却水温从25℃升高至45℃时，1200r/min下的平均阻力矩下降最多，约为50%，而冷却水温从45℃升高至85℃时，各转速下的平均阻力矩变化较校图2平均起动阻力矩随冷却水温的变化由于冷却水温低于45℃时，起动阻力矩增加较快，此时若高速拖动发动机，将进一步增加发动机的阻力矩，导致发动机磨损严重，因此，电机的拖动策略应考虑冷却水温的影响，低温时采用低速起动利于降低阻力矩。3快速起动过程中电机的电流特性电机拖动策略的匹配不仅要考虑阻力矩的变化，还要兼顾不同策略下电机自身的性能，为此考察不同冷却水温下拖动策略对电机性能的影响规律，主要分析其电流特性。3.1转矩控制模式下电机的电流特性试验中分别以100%额定转矩和80%额定转矩将发动机拖动到不同转速，到达目标转速后对转速进行闭
【作者单位】：同济大学汽车学院;同济大学中德学院;
【基金】：上海市科学技术委员会(11DZ2260400) 国家自然科学基金项目(51376139)资助
【分类号】：U469.7

【共引文献】