一种增程器发动机的减振方法、装置、增程器和车辆
技术领域
本发明涉及增程器领域，尤其涉及一种增程器发动机的减振方法、装置、增程器和车辆。
背景技术
随着全球能源与环境的严峻形势，以纯电动汽车、混合动力汽车和燃料电池汽车为代表的新能源汽车成为未来汽车发展的重要方向。其中，纯电动汽车主要存在着成本高、续航能力弱、充电时间长、使用寿命短的缺点，为解决这些问题，高效增程器产品逐渐兴起。
增程器在发电工况时，发动机在一个工作循环内的扭矩波动较大，会造成较大的振动和噪声。这个缺陷在单纯采用发动机作为动力总成的传统汽车上是难以完全克服的。
现有技术的方案是在发电机扭矩指令上叠加一个随发动机的扭矩反向波动的扭矩，使发电机输出的扭矩抵消一部分发动机的扭矩波动，从而减小发动机的振动与噪声。但此方法发电机的输出扭矩由直线变为时刻变化的波动曲线，若要达到较好的噪声、振动与声振粗糙度目标，需要电机输出的最大扭矩大幅提高，输出扭矩波动范围大幅增大，这会导致电机的工作区间在高效区和低效区之间来回波动。与电机输出定值扭矩时发电机只在高效区工作相比，增大了系统从机械能向电能转化过程中的能量损失，降低了发电效率。
发明内容
本发明提供了一种增程器发动机的减振方法、装置、增程器和车辆，能够优化发动机振动，并提高发电机发电效率。
一方面，本发明提供了一种增程器发动机的减振方法，所述方法包括：
获取发动机的第一扭矩，所述发动机的第一扭矩为发动机工作在稳定功率点上的实时扭矩值；
获取发动机的第二扭矩，所述发动机的第二扭矩为发动机工作在稳定功率点上的目标扭矩值；
确定所述发动机的第一扭矩和所述发动机的第二扭矩之间的波动差值；
基于所述波动差值，计算发动机的扭矩补偿值；
根据所述发动机的扭矩补偿值，确定所述发电机的输出扭矩，所述发电机的输出扭矩为以所述发动机的扭矩补偿值为振幅的矩形波曲线；
根据所述发电机的输出扭矩，对发动机的输出扭矩进行补偿。
另一方面提供了一种增程器发动机的减振装置，所述装置包括：第一扭矩获取模块、第二扭矩获取模块、波动差值确定模块、扭矩补偿值计算模块、输出扭矩确定模块和执行模块；
所述第一扭矩获取模块用于获取发动机的第一扭矩，所述发动机的第一扭矩为发动机工作在稳定功率点上的实时扭矩值；
所述第二扭矩获取模块用于获取发动机的第二扭矩，所述发动机的第二扭矩为发动机工作在稳定功率点上的目标扭矩值；
所述波动差值确定模块用于获取所述发动机目标扭矩和发动机峰值扭矩之间的波动差值；
所述扭矩补偿值计算模块用于基于所述波动差值，计算发动机的扭矩补偿值；
所述输出扭矩确定模块用于根据所述发动机的扭矩补偿值，确定所述发电机输出扭矩，所述发电机输出扭矩为以所述扭矩补偿值为振幅的矩形波曲线；
所述执行模块用于根据所述发电机输出扭矩，对发动机输出扭矩进行补偿。
另一方面提供了一种增程器，所述增程器包括上述所述的一种增程器发动机的减振装置，所述增程器还包括发电机、发动机、发电机控制器、发动机控制器、功率跟随控制器以及相关线束组成，发电机与发动机通过花键轴连接；增程器工作时功率跟随控制器通过外部控制器局域网络与整车控制器通讯，同时通过内部外部控制器局域网络控制发电机和发动机。
另一方面提供了一种车辆，所述车辆可以为电动汽车，所述车辆包括上述所述的一种增程器。
本发明提供的一种增程器发动机的减振方法、装置、增程器和车辆，所述方法包括通过发动机工作在稳定工作点的实时扭矩和发动机工作在稳定工作点的目标扭矩之间的波动差值，计算扭矩补偿值，并根据所述扭矩补偿值计算发电机的输出扭矩，所述扭矩补偿值作为发电机的输出扭矩的矩形波曲线的振幅。本发明中的扭矩补偿曲线为矩形波，发电机扭矩无需时刻变化，且在达到噪声、振动与声振粗糙度目标时，发电机输出的最大扭矩降低，故发电机无需过大的扭矩设计余量，减小发电机设计难度，降低电机体积，易于发电机的轻量化设计，降低发电机成本；同时，矩形波扭矩曲线的最大扭矩降低，扭矩波动范围也随着降低，发电机将更多地工作在高效区，故而机械能转化为电能的过程中能量损失小、发电效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种增程器发动机的减振方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种增程器发动机的减振方法的计算发动机的扭矩补偿值的方法流程图；
图3为本发明实施例提供的一种增程器发动机的减振方法的确定所述发电机的输出扭矩的方法流程图；
图4为本发明实施例提供的一种增程器发动机的减振方法中发动机的输出扭矩实时的变化示意图；
图5为本发明实施例提供的一种增程器发动机的减振方法中当所述矩形波的振幅不变时的方法流程图；
图6为本发明实施例提供的当所述矩形波的振幅不变时发动机的输出扭矩、发动机的第二扭矩、发电机的输出扭矩和发电机的目标扭矩的波形示意图；
图7为本发明实施例提供的一种增程器发动机的减振方法中当所述矩形波的振幅变化时的方法流程图；
图8为本发明实施例提供的当所述矩形波的振幅不变时发电机的输出扭矩和发电机的目标扭矩的波形示意图；
图9为本发明实施例提供的一种增程器发动机的减振装置的结构示意图；
图10为本发明实施例提供的一种增程器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等适用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。
请参见图1，其显示了一种增程器发动机的减振方法，可应用于电动汽车的增程器中，所述方法包括：
S110.获取发动机的第一扭矩，所述发动机的第一扭矩为发动机工作在稳定功率点上的实时扭矩值；
具体地，所述实时扭矩值是会随着发动机的点火间隔角角度的变化而变化的扭矩值，在选择第一扭矩时，可以选择峰值扭矩为第一扭矩进行扭矩补偿值的估计，也可以选择多个实时扭矩值为第一扭矩，进行扭矩补偿值的估计。
S120.获取发动机的第二扭矩，所述发动机的第二扭矩为发动机工作在稳定功率点上的目标扭矩值；
进一步地，所述获取发动机的第二扭矩包括：
根据发动机在稳定功率点上的目标转速和目标功率，计算发动机的第二扭矩。
具体地，所述发动机的第二扭矩是固定的，为发动机工作在稳定功率点上的目标扭矩值。增程器中发动机的工况相较于传统车载发动机的工况稳定，仅需要发动机输出一定的功率，满足增程器发电功率的需求。增程器通常仅需要几个功率点，有的甚至仅需一个功率点，且各功率点对应的发动机目标转速与扭矩一定。发动机的扭矩计算公式如下：
其中，Pi为增程器设定的功率点，Tset-i为增程器一定功率点下，整车对发动机所需的第二扭矩，nset-i为增程器一定功率点下，发动机设定的目标转速。
对于目标转速为2500rpm、目标功率为30kW的功率点，即发动机工作的稳定功率点，由上式可得发动机的第二扭矩的目标值Tset-i＝114.6N.m，而发动机的输出扭矩则从440.6N.m变化到-220N.m，扭矩波动较大，因而会造成较大的振动与噪声。
增程器发电时，发电机相对于发动机为负载，根据发动机的输出扭矩，发电机施加与发动机反向的扭矩，而且发电机扭矩响应实时性较好，即可通过控制发电机扭矩，补偿发动机输出端的扭矩波动。
S130.确定所述发动机的第一扭矩和所述发动机的第二扭矩之间的波动差值；
S140.基于所述波动差值，计算发动机的扭矩补偿值；
进一步地，请参见图2，所述基于所述波动差值，计算发动机的扭矩补偿值包括：
S210.根据所述波动差值，获取发动机的初始扭矩补偿值；
S220.获取发动机的扭矩变化信息；
S230.根据所述扭矩变化信息，对所述初始扭矩补偿值进行调整，确定发动机的扭矩补偿值。
具体地，所述扭矩补偿值为一个常数，扭矩补偿值的计算可以基于发动机的第一扭矩和发动机的第二扭矩之间的波动差值，通过实验进行调整，得到扭矩补偿值的最优解。
发动机的第一扭矩和发动机的第二扭矩之间的波动差值可以粗略地通过发动机的峰值扭矩和发动机的第二扭矩之间差值得到，此时扭矩补偿值在点火间隔角发生任何变化之时都是固定的，得到发电机输出扭矩的矩形波曲线也是振幅固定的矩形波曲线。
发动机的第一扭矩和发动机的第二扭矩之间的波动差值还可以为点火间隔角内的多个扭矩值和发动机的第二扭矩之间差值得到的，此时由于波动差值有多个，计算得到的扭矩补偿值也有多个，对应不同的点火间隔角度，所述扭矩补偿值作为不同的矩形波振幅，得到发电机输出扭矩的矩形波曲线。
S150.根据所述发动机的扭矩补偿值，确定所述发电机的输出扭矩，所述发电机的输出扭矩为以所述发动机的扭矩补偿值为振幅的矩形波曲线；
进一步地，请参见图3，所述根据所述发动机的扭矩补偿值，确定所述发电机的输出扭矩包括：
S310.根据所述发动机的第二扭矩，确定对应的发电机的目标扭矩；
S320.计算所述发电机的目标扭矩与所述发动机的扭矩补偿值的和值或差值；
S330.将所述和值或所述差值作为发电机的输出扭矩输出。
具体地，发动机的第二扭矩即发动机工作在稳定功率点上的扭矩值，由于发电机发电需要满足整车的需求扭矩，因此发电机输出的目标扭矩与整车对发动机工作在稳定点的第二扭矩大小相等，方向相反。因此，根据发动机的第二扭矩，可以确定发电机的目标扭矩。
发电机的输出扭矩为发电机的目标扭矩与发动机的扭矩补偿值的和值或差值，发电机的输出扭矩是用于进行扭矩补偿的，请参见图4，图4显示了发动机在转速为2500rpm、功率为30kW的稳定点工况的输出扭矩变化。所述输出扭矩随着发动机点火间隔角角度的变化而变化。
由于发动机的扭矩变化可以从440.6N.m变化到-220N.m，因此进行扭矩补偿时，需要根据发动机的输出扭矩的正负，确定补偿扭矩的大小。当发动机的输出扭矩为正时，发电机的输出扭矩为所述发电机的目标扭矩与所述发动机的扭矩补偿值的差值，当发动机的输出扭矩为负时，发电机的输出扭矩为所述发电机的目标扭矩与所述发动机的扭矩补偿值的和值。
发电机的输出扭矩在点火间隔角内的变化曲线为矩形波曲线，因此发电机的输出扭矩无需时刻变化，同时，矩形波扭矩曲线的最大扭矩降低，扭矩波动范围也随着降低，电机将更多地工作在高效区，故而机械能转化为电能的过程中能量损失小、发电效率高。
S160.根据所述发电机的输出扭矩，对发动机的输出扭矩进行补偿。
进一步地，本实施例提供的一种增程器发动机的减振方法的工作时机包括：
当发动机工作在稳定功率点上时，发电机进入扭矩调节模式，根据所述控制方法对所述发动机输出扭矩的扭矩波动进行调节。
具体地，增程器工作至稳定功率点时，即转速相对稳定后，即増程器发动机工作在稳定功率点上，增程器发电机进入扭矩调节模式，根据上述的一种增程器发动机的减振方法进行发电机扭矩计算，抑制和补偿发动机输出端扭矩波动，以达到降低发动机的振动及噪声的效果。
在一个具体的实施例中，请参见图5，当所述矩形波的振幅不变时，所述方法包括：
S510.获取发动机峰值扭矩；
S520.将所述发动机的峰值扭矩作为发动机的第一扭矩；
S530.当所述发动机的峰值扭矩作为发动机的第一扭矩，所述发电机的输出扭矩为振幅对应所述发动机的扭矩补偿值不变的矩形波曲线。
具体地，确定发动机的峰值扭矩为第一扭矩后，获取发动机工作在稳定功率点上的目标扭矩值，即第二扭矩。根据第一扭矩和第二扭矩相减得到的差值，确定所述发动机的波动差值。基于所述波动差值，计算发动机的扭矩补偿值。根据所述发动机的扭矩补偿值，确定所述发电机的输出扭矩。根据所述发电机的输出扭矩，对发动机的输出扭矩进行补偿。
发动机的第一扭矩和发动机的第二扭矩之间的波动差值可以粗略地通过发动机的峰值扭矩和发动机的第二扭矩之间差值得到，此时扭矩补偿值在点火间隔角发生任何变化之时都是固定的，得到发电机输出扭矩的矩形波曲线也是振幅固定的矩形波曲线。
设増程器工作时发电机输出的目标扭矩为Tconstant，实时扭矩为Tmotor。相对于增程器的每个功率点，发动机的第二扭矩都有稳定的目标值Tset-i，因此可以得到发电机的目标扭矩为：
Tconstant＝-Tset-i
对发电机扭矩进行控制时，在保证发电量不变的前提下，采用矩形波曲线对发动机扭矩波动进行补偿，得到发电机的输出扭矩为：
Tmotor＝Tconstant±C
式中，C为某一恒定值，即扭矩补偿值，当增程器处于稳定工况时，Tconstant＝-Tset-i的值是确定的，因此只需要知道C值大小即可确定发电机的实时输出扭矩。实际中可以通过发动机的振动噪声试验来获取C的最优值。
请参见图6，如图6所示为发动机的输出扭矩、发动机的第二扭矩、发电机的输出扭矩和发电机的目标扭矩。发电机的输出扭矩为矩形波曲线，振幅为C，即扭矩补偿值，用于对发动机的输出扭矩进行补偿，使得发动机的输出扭矩尽量与发动机的第二扭矩靠近，抑制了发动机的振动，避免发动机的实时工况引起扭矩波动。
在一个具体的实施例中，请参见图7，当所述矩形波的振幅变化时，所述方法包括：
S710.获取在点火间隔角内发动机输出的多个实时扭矩值；
S720.将所述多个实时扭矩值作为发动机的第一扭矩；
S730.当所述多个实时扭矩值作为发动机的第一扭矩时，所述发电机的输出扭矩为振幅对应不同的扭矩补偿值进行变化的矩形波曲线。
具体地，确定在点火间隔角内发动机输出的多个实时扭矩值为第一扭矩后，获取发动机工作在稳定功率点上的目标扭矩值，即第二扭矩。根据每个第一扭矩和第二扭矩相减得到的差值，确定所述发动机的多个波动差值。基于所述多个波动差值，计算发动机的多个扭矩补偿值。根据所述发动机的扭矩补偿值，确定所述发电机的输出扭矩。根据所述发电机的输出扭矩，对发动机的输出扭矩进行补偿。
对于四缸增程器，发动机工作时点火间隔为180°曲轴转角，实际中由于发动机在每180°的间隔内输出的扭矩不同，为达到更好的减振效果，发动机的第一扭矩和发动机的第二扭矩之间的波动差值还可以为点火间隔角内的多个扭矩值和发动机的第二扭矩之间差值得到的，此时由于波动差值有多个，计算得到的扭矩补偿值也有多个，对应不同的点火间隔角度，所述扭矩补偿值作为不同的矩形波振幅，得到发电机输出扭矩的矩形波曲线。
对发电机扭矩进行控制时，在保证发电量不变的前提下，采用矩形波曲线对发动机扭矩波动进行补偿，得到发电机的输出扭矩为：
Tmotor-j＝Tconstant±Cj，j＝1,2,3,4
式中，不同的常数数值C1、C2、C3、C4，为对应不同的扭矩值的扭矩补偿值，由于发动机的输出扭矩在点火间隔角内的变化程度不同，根据不同的扭矩补偿值，矩形波的振幅在点火间隔角的角度变化时，也会相应的变化，可以更好地对增程器发动机进行减振。当增程器处于稳定工况时，Tconstant＝-Tset-i的值是确定的，因此只需要知道不同的常数数值C1、C2、C3、C4的大小即可确定发电机的实时输出扭矩。实际中可以通过发动机的振动噪声试验来获取不同的常数数值的最优值。
所述扭矩补偿值也可以不止四个常数数值，也可以为两个，三个或者更多，取决于选择的发动机的第一扭矩的数目。所述扭矩补偿值与第一扭矩的数目相对应。
请参见图8，如图8所示为发电机的输出扭矩和发电机的目标扭矩。发电机的输出扭矩的曲线为振幅变化的矩形波曲线，振幅为不同的常数数值C1、C2、C3、C4，即扭矩补偿值，用于对发动机的输出扭矩进行补偿，使得发动机的输出扭矩尽量与发动机的第二扭矩靠近，抑制了发动机的振动，避免发动机的实时工况引起扭矩波动。
本发明提出了一种增程器发动机的减振方法，所述方法包括通过发动机工作在稳定工作点的实时扭矩和发动机工作在稳定工作点的目标扭矩之间的波动差值，计算扭矩补偿值，并根据所述扭矩补偿值计算发电机的输出扭矩，所述扭矩补偿值作为发电机的输出扭矩的矩形波曲线的振幅。本发明中的扭矩补偿曲线为矩形波，发电机扭矩无需时刻变化，且在达到噪声、振动与声振粗糙度(Noise、Vibration、Harshness，NVH)目标时，电机输出的最大扭矩降低，故电机无需过大的扭矩设计余量，减小电机设计难度，降低电机体积，易于电机的轻量化设计，降低电机成本；同时，矩形波扭矩曲线的最大扭矩降低，扭矩波动范围也随着降低，电机将更多地工作在高效区，故而机械能转化为电能的过程中能量损失小、发电效率高。
发明实施例还提供了一种增程器发动机的减振装置，请参见图9，所述装置包括：第一扭矩获取模块910、第二扭矩获取模块920、波动差值确定模块930、扭矩补偿值计算模块940、输出扭矩确定模块950和执行模块960；
所述第一扭矩获取模块910用于获取发动机的第一扭矩，所述发动机的第一扭矩为发动机工作在稳定功率点上的实时扭矩值；
所述第二扭矩获取模块920用于获取发动机的第二扭矩，所述发动机的第二扭矩为发动机工作在稳定功率点上的目标扭矩值；
所述波动差值确定模块930用于获取所述发动机目标扭矩和发动机峰值扭矩之间的波动差值；
所述扭矩补偿值计算模块940用于基于所述波动差值，计算发动机的扭矩补偿值；
所述输出扭矩确定模块950用于根据所述发动机的扭矩补偿值，确定所述发电机输出扭矩，所述发电机输出扭矩为以所述扭矩补偿值为振幅的矩形波曲线；
所述执行模块960用于根据所述发电机输出扭矩，对发动机输出扭矩进行补偿。
上述实施例中提供的装置可执行本发明任意实施例所提供方法，具备执行该方法相应的功能模块和有益效果。未在上述实施例中详尽描述的技术细节，可参见本发明任意实施例所提供的一种增程器发动机的减振方法。
本发明实施例还提供了一种增程器，请参见图10，所述增程器包括上述所述的一种增程器发动机的减振装置，所述增程器还包括发电机1010、发动机1020、发电机控制器1030、发动机控制器1040、功率跟随控制器1050以及相关线束组成，发电机与发动机通过花键轴连接；增程器工作时功率跟随控制器通过外部控制器局域网络与整车控制器通讯，同时通过内部外部控制器局域网络控制发电机和发动机。
在所述增程器中，当增程器工作到稳定功率点时，可以通过上述所述的增程器发动机的减振方法，控制发电机的输出扭矩，对发动机的输出扭矩进行补偿。
本发明实施例还提供了一种车辆，所述车辆可以为电动车辆，所述车辆包括上述所述的一种增程器。
本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤和顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或中断产品执行时，可以按照实施例或者附图所示的方法顺序执行或者并行执行(例如并行处理器或者多线程处理的环境)。
本实施例中所示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构，并不构成对本申请方案所应用于其上的设备的限定，具体的设备可以包括比示出的更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件的布置。应当理解到，本实施例中所揭露的方法、装置等，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块的划分仅仅为一种逻辑功能的划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元模块的间接耦合或通信连接。
基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccess Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域技术人员还可以进一步意识到，结合本说明书所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，以上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精神和范围。
