多附件集成一体控制装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及电动汽车控制领域。更具体地说，本发明涉及一种多附件集成一体控制装置及其控制方法。

背景技术

随着新能源商用纯电动车的普及以及其对空间紧凑性的要求，各电动附件(电动转向助力油泵、电动刹车气泵、电动空调压缩机等)由原本各自由一台电机进行驱动的分置方案，改为多附件集成方案，且集成度要求也越来越高，对各附件工作状态的控制精准度也越来越严。

目前的集成方案是将转向助力油泵、刹车气泵及空调压缩机进行了集成，由一台驱动电机进行驱动，但驱动电机在实际应用过程中并不能有效地利用其额定功率，造成了驱动电机使用效率低的问题，同时整车用电及蓄电池充电是通过直流转换器(DCDC)进行调节供电，成本相对偏高。因此，如何设计多附件集成控制系统，以获得提高驱动电机工作效率、降本增效的有益效果是值得深思的。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了多附件集成一体控制装置，包括：

底板；

多种附件，多种附件设置于所述底板上；

驱动电机，其设置于所述底板上，所述驱动电机驱动所述附件转动，所述驱动电机上设有驱动电机控制器和与所述驱动电机控制器连接的数据传输模块，所述驱动电机控制器用于读取所述驱动电机的实际电压和实际电流；

自适应可控发电机，其设置于所述底板上，自适应可控发电机包括发电机本体和与所述发电机本体电路连接的集成控制器，所述自适应可控发电机由所述驱动电机驱动转动，所述集成控制器包括与所述数据传输模块通讯连接的测量模块、数据处理模块、通信模块，

其中，所述测量模块用于获取所述发电机本体的转速、环境温度、输出电压，所述数据处理模块用于基于所述发电机本体的转速、环境温度和输出电压、所述驱动电机的实际电压和实际电流运算得到计算电流值，并且控制所述发电机本体的输出电流值与计算电流值相同。

优选的是，所述附件包括刹车气泵、空调压缩机、转向助力油泵。

优选的是，所述集成控制器还包括励磁调节模块，所述励磁调节模块可根据所述发电机本体的输入电流自行调节控制所述发电机本体的输出电流。

优选的是，所述多附件集成一体控制装置电路连接有蓄电池、电子控制单元。

优选的是，所述集成控制器还包括缓冲模块，所述缓冲模块与所述数据处理模块、所述通信模块连接，所述缓冲模块用于控制所述发电机本体平缓发电。

提供一种多附件集成一体的控制方法，包括以下步骤：

S1、获取驱动电机的实际电压与实际电流、发电机本体的输出电压U

S2、获取发电机本体的转速、温度以及发电机本体的输出电压，确立三维坐标点，并根据三维坐标点，寻址找到对应的励磁电流占空比-输出电流函数y＝-ax

S3、比较发电机本体的额定电流与输出电流的大小，数据处理模块根据运算出的输出电流，确定一个励磁电流占空比并传输给励磁调节模块，励磁调节模块自动调整励磁电流占空比，

其中，当发电机本体的额定电流小于输出电流时，蓄电池的实际电压≥充满电压时，励磁调节模块降低励磁电流占空比，至发电机本体的输出电流与整车用电电流相当；

当发电机本体的额定电流小于输出电流时，蓄电池的实际电压小于充满电压时，励磁调节模块调节励磁电流占空比为100％，发电机本体给蓄电池充电，直至充满，发电机本体的输出电流与整车用电电流相当；

当发电机本体的额定电流大于输出电流时，励磁调节模块根据数据处理模块拟合计算的励磁电流占空比数值调整至与该励磁电流占空比对应的输出电流；

当发电机本体的输出电流为0时，励磁调节模块自动调整励磁电流占空比为最小值，发电机本体处于最低能耗状态，其整车用电由蓄电池提供。

本发明至少包括以下有益效果：

第一、本发明采用自适应可控发电机代替车载DCDC，利用驱动电机的剩余功率驱动自适应可控发电机发电，用于对蓄电池充电和对车载用电设备供电，使得驱动电机的额定功率得到有效利用，实现了提高驱动电机的工作效率的有益效果。

第二、本发明采用自适应可控发电机代替价格昂贵的DCDC，可有效降低多附件集成装置的成本，实现降本增效的有益效果。

第三、本发明采用自适应可控发电机代替常规汽车发电机，对发电机输出的性能实现自主可控，实现能够自适应控制对蓄电池充电或供整车用电或有效避免驱动电机过载工作的有益效果。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的其中一种技术方案的所述控制装置的侧面结构示意图；

图2为本发明的其中一种技术方案的所述自适应可控发电机的电路接线图；

图3为本发明的其中一种技术方案的所述励磁电流占空比-输出电流曲线图；

图4为本发明的其中一种技术方案的所述控制方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，术语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，并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。

如图1～4所示，本发明提供一种多附件集成一体控制装置，包括：

底板1，所述底板1上设有多个螺栓过孔，所述底板1通过螺栓和螺母可拆卸固定于汽车上；

多种附件，多种附件设置于所述底板1上，所述附件通过螺栓过孔、螺栓和螺母固定于所述底板1上；

驱动电机3，其设置于所述底板1上，所述驱动电机3驱动所述附件转动，所述驱动电机3上设有驱动电机控制器和与所述驱动电机控制器连接的数据传输模块，所述驱动电机控制器用于读取所述驱动电机3的实际电压和实际电流，所述驱动电机控制器设置有DCAC模块，所述DCAC模块将车载动力电池电压转换成适应于所述驱动电机3工作的电压，以供所述驱动电机3工作，所述车载动力电池可为铅酸蓄电池、镍氢电池、锂电池，所述车载动力电池经所述驱动电机控制器供电给所述驱动电机3，从而驱动所述附件转动；

自适应可控发电机，其设置于所述底板1上，自适应可控发电机包括发电机本体41和与所述发电机本体41电路连接的集成控制器42，所述发电机本体41由所述驱动电机3驱动转动，所述集成控制器42包括与所述数据传输模块通讯连接的测量模块、数据处理模块、通信模块，

其中，所述测量模块用于获取所述发电机本体41的转速、环境温度、输出电压，所述数据处理模块用于基于所述发电机本体41的转速、环境温度和输出电压、所述驱动电机3的实际电压和实际电流运算得到计算电流值，并且控制所述发电机本体41的输出电流值与计算电流值相同，所述驱动电机3驱动所述附件转动，所述发电机本体41由所述驱动电机3的剩余功率驱动转动，所述发电机本体41将转动的机械能转化为电能进行发电，所述数据处理模块根据所述发电机本体41的输出电压、所述驱动电机3的实际电压和实际电流以及所述发电机本体41的工作效率η，利用公式

在上述技术方案中，多附件单个或协同工作时，所述驱动电机控制器用于读取所述驱动电机3的实际电压和实际电流，并通过所述数据传输模块、所述通信模块传输给所述集成控制器42中的数据处理模块，结合由所述测量模块测量的转速、环境温度和输出电压，所述数据处理模块运算得到计算电流值，并通过控制所述发电机本体41的输出电流值与计算电流值相同来实现所述发电机本体41的工作状态，即所述发电机本体41的电流占空比得到很好的利用，比如调整所述发电机本体41的电流占空比，至所述发电机本体41的输出电流与整车用电电流相当，或调整所述发电机本体41的电流占空比至发电机本体41给蓄电池充满电，或调整所述发电机本体41的电流占空比至发电机本体41处于最低能耗状态，其整车用电由蓄电池提供。

在另一种技术方案中，所述附件包括刹车气泵21、空调压缩机22、转向助力油泵23，所述附件为电动汽车的主要电动附件，其中，所述转向助力油泵23的功率约为3kW，刹车气泵21功率约为3kW，空调压缩机22约为1.5kW，计算总功率为7.5kW左右，在匹配所述驱动电机3时是按额定功率7.5kW进行配置，然而在实际应用过程中，所述转向助力油泵23只有在极限情况(转向轮卡死不动的情况下继续打方向、方向盘打到极限位置卸荷阀不能卸荷)下其功率方能达到最大3kW，正常行驶过程中所需的驱动功率约1kW左右；所述刹车气泵21只有在车载储气罐压力低于设定值时，工作功率约3kW，工作时长占比约为10％，即每小时中工作时间约为6min，其余时间不工作；所述空调压缩机22一般工作时间在每年的6～9月，其他月份基本不工作，工作时，其消耗功率1.5kW左右；综合以上对所述附件功率的分析发现，在绝大多数情况下，所述驱动电机3的输出不能达到其额定状态，所述驱动电机3工作效率偏低，因此，所述自适应可控发电机能够将所述驱动电机3的剩余效率得到很好的利用。

在另一种技术方案中，所述集成控制器42还包括励磁调节模块，所述励磁调节模块可根据所述发电机本体41的输入电流自行调节控制所述发电机本体41的输出电流，所述数据处理模块将计算电流值对应的励磁电流占空比输送给所述励磁调节模块，所述励磁调节模块据此自动调节励磁电流占空比，使所述发电机本体41的输出电流至与所述计算电流值相对应。

在另一种技术方案中，所述多附件集成一体控制装置电路连接有蓄电池5、电子控制单元6，所述蓄电池包括电池管理系统51，所述电池管理系统51可检测所述蓄电池的实际电压，并传输给所述数据处理模块，所述多附件集成一体控制装置与所述蓄电池5、电子控制单元6连接，即可实现所述发电机本体41对所述蓄电池5充电或供整车用电。

在另一种技术方案中，所述集成控制器42还包括缓冲模块，所述缓冲模块与所述数据处理模块、所述通信模块连接，所述缓冲模块用于控制所述发电机本体41平缓发电，在所述发电机本体41在发电过程中，检测到所述发电机本体41的输出电流出现突变时，所述缓冲模块可控制所述发电机本体41的输出由前一工作状态在一定时间内平缓过渡到后一工作状态，减少因所述发电机本体41转动状态快速改变导致所述驱动电机3出现抖动。

提供一种多附件集成一体的控制方法，包括以下步骤：

S1、获取驱动电机3的实际电压与实际电流、发电机本体41的输出电压U

S2、获取发电机本体41的转速、环境温度以及蓄电池5的输出电压，建立三维坐标点，并根据三维坐标点，寻址找到对应的励磁电流占空比-输出电流函数y＝-ax

其中，所述发电机本体41的转速、环境温度以及蓄电池5的输出电压预先标定完成，当蓄电池5的输出电压恒定、发电机本体41的环境温度恒定情况下，以每100rpm为梯度对电机本体41输出性能进行标定，即标定靶向转速±50rpm，如测量得到所述发电机本体41的转速为2850～2949rpm时，标定靶向转速为2900rpm；当发电机本体41的转速恒定、蓄电池5的输出电压恒定情况下，以每5℃为梯度对电机本体41输出性能进行标定，即标定靶向环境温度±2.5℃，如测量得到所述发电机本体41的环境温度为22.50～27.49℃时，标定靶向环境温度为25℃；当发电机本体41的转速恒定、环境温度恒定情况下，以每0.5V为梯度对电机本体41输出性能进行标定，即标定靶向电压±0.25V，如测量得到蓄电池5的输出电压为26.750～27.249V时，标定靶向电压为27.000V；

根据测量得到的发电机本体41的转速、环境温度和蓄电池5的输出电压自动靶向标定所述发电机本体41的输出性能后，寻址找到对应的励磁电流占空比-输出电流函数，例如当标定后发电机本体41的转速为3000rpm，所述发电机本体41的环境温度为25℃，所述蓄电池5的输出电压为27V时，对应的励磁电流占空比-输出电流函数为y＝

-133.18x

表1 3000rpm，25℃，27V条件下励磁电流占空比与发电机的输出电流关系

S3、比较发电机本体41的额定电流与输出电流的大小，并传输给励磁调节模块，励磁调节模块自动调整励磁电流占空比，所述发电机本体41的额定电流由发电机本体41的型号决定，在制备所述自适应可控发电机时可预先设置于所述集成控制器42内，

其中，当发电机本体41的额定电流小于输出电流时，蓄电池5的实际电压≥充满电压时，励磁调节模块降低励磁电流占空比，至所述发电机本体41的输出电流与整车用电电流相当，在正常情况下，24V车载电器系统对应的蓄电池5充满电压为25.4V，即蓄电池5的实际电压≥25.4V时，所述蓄电池5处于电池亏电或满电临界电压状态，励磁调节模块降低励磁电流占空比，至所述发电机本体41的输出电流与整车用电电流相当，即所述发电机本体41发电用于整车用电；

当发电机本体41的额定电流小于输出电流时，蓄电池5的实际电压小于充满电压时，励磁调节模块调节励磁电流占空比为100％，发电机本体41给蓄电池5充电，直至充满，当蓄电池5的实际电压小于25.4V时，所述蓄电池5处于亏电状态，励磁调节模块调节励磁电流占空比为100％，发电机本体41给蓄电池5充电，直至充满(电压为25.4V)；

当发电机本体41的额定电流大于输出电流时，励磁调节模块根据数据处理模块拟合计算的励磁电流占空比数值调整至与该励磁电流占空比对应的输出电流；

当发电机本体41的输出电流为0时，励磁调节模块自动调整励磁电流占空比为最小值，发电机本体41处于最低能耗状态，其整车用电由蓄电池5提供，所述发电机本体41的输出电流为0即转向助力油泵23(极限工作状态)、电动刹车气泵21、电动空调压缩机22全部参与工作，所述集成控制器42可调节励磁电流占空比至最小，即发电机本体41处于最低能耗状态，其中整车用电由蓄电池5提供，在转向助力油泵23极限工作状态解除或电动刹车气泵21停止工作后，自适应可控发电机即刻自适应工作，对应调整其输出状态。

本技术方案还可以包括以下技术细节，以更好地实现技术效果：

所述集成控制器42还包括延时模块，所述延时模块与所述数据处理模块、所述第一通信模块连接，所述延时模块用于控制所述发电机本体41延时发电，在发电机本体41延时发电期间，所述集成控制器42根据获取发电机本体41的转速、环境温度以及蓄电池5的输出电压数据，寻址找到最适配发电机本体41状态的励磁电流占空比-输出电流函数，例如：当检测到蓄电池5的输出电压低于24V(重度亏电电压)时，即蓄电池5处于重度亏电状态，为便于快速的给蓄电池5充电，在适配发电机本体41励磁电流占空比-输出电流函数时，可以选择较高的输出电压如输出电压为28±0.25V；当检测到蓄电池5的输出电压低于24.8V时(中度亏电电压)，即蓄电池5处于中度亏电状态，为便于较快的给蓄电池5充电，在适配发电机本体41励磁电流占空比-输出电流函数时，可以选择稍高的输出电压如输出电压为27±0.25V；当检测的蓄电池5电压高于25.4V时(亏电临界电压)，即蓄电池5处于正常状态，无过多的充电需求，发电机本体41所发电量主要用于对车载用电设备供电，此时在适配发电机本体41励磁电流占空比-输出电流函数时，可以选择稍低的输出电压如输出电压为26±0.25V。

所述集成控制器42中的通信模块与所述刹车气泵21、空调压缩机22的离合器通信号连接，当转向助力油泵23处于满载状态工作时，所述自适应可控发电机可通过所述刹车气泵21、空调压缩机22的离合器闭合或断开的信号自行调节所述发电机本体41的励磁电流占空比，从而调整所述发电机本体41的输出电流，例如当所述集成控制器42接收到所述刹车气泵21的离合器为吸合、所述空调压缩机22的离合器为断开的信号，或所述刹车气泵21的离合器为断开、所述空调压缩机22的离合器为闭合的信号时，所述数据处理模块根据所述发电机本体41的输出电压、所述驱动电机3的实际电压和实际电流以及所述发电机本体41的工作效率η，利用公式

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。