本發明涉及汽車動力系統技術領域，特別是涉及一種對汽車發動機的啟動及怠速停止、能量回收、短時電動助力的微型混合動力技術。

背景技術：

現代社會里，內燃汽車數量巨大，帶來的環境污染問題越來越嚴重，而且消耗的化石燃料不可再生。目前，微型混合動力系統主要是對發動機的怠速、停止與啟動狀態進行控制，不能實現電動助力、能量回收等技術，而且采用的能量源為蓄電池，不具有高功率放電與快速充放電的能力；同時，在發動機停機時，空調系統會受到很大的影響。

技術實現要素：

為了克服上述輕型混合動力系統的不足，本發明提供了一種基于超級電容及汽車啟動電機的短時混合動力系統。

本發明的技術方案為：一種基于超級電容及汽車啟動電機的短時混合動力系統，包括發動機系統、控制系統、能量管理系統、超級電容模組、傳感器模組；控制系統分別與能量管理系統、汽車電控系統ecu以及傳感器模組連接，能量管理系統還分別與發動機系統、超級電容模組、蓄電池連接，發動機系統與電控系統ecu及全車主電路相連接；

所述控制系統用于實現通過讀取傳感器模組和電控系統ecu的輸出信號判斷車輛狀態和系統狀態，發送信息與指令給電控系統ecu和能量管理系統，進而控制發動機的運行狀態和系統的功能轉換；

所述能量管理系統用于實現采集超級電容模組與蓄電池的狀態信息，并將信息傳遞給控制系統；通過控制系統的輸出信號判斷并控制超級電容模組和蓄電池的充放電。

進一步，所述傳感器模組由擋位、空調開關、蓄電池狀態、方向盤轉角、超級電容狀態、制動踏板位置、加速踏板位置、離合踏板位置狀態傳感器組成。

進一步，還包含一套半導體輔助空調，通過能量管理系統控制半導體輔助空調的開啟。

進一步，所述控制系統包括i/o、a/d接口，can通訊接口、中央處理單元a，信號輸入和控制信號輸出均由對應的i/o、a/d接口處理，系統間的通訊采用can接口實現。

進一步，所述能量管理系統包括各種i/o、a/d接口，can通訊接口、中央處理單元b、放大電路及繼電器模組，信號輸入和控制信號輸出均由對應的i/o、a/d接口處理，系統間的通訊采用can接口實現。

進一步，所述發動機系統包括發動機以及與之相連的啟動電機、發電機。

本發明的方法的技術方案包括以下控制過程：

冷機啟動過程：發動機處于常溫靜止狀態，當能量管理系統檢測到點火信號，系統快速檢測超級電容模組soc狀態、啟動電機速比信息；若超級電容模組soc值大于40％，超級電容供給啟動電機能量啟動發動機，否則使用蓄電池供給啟動電能；

怠速及穩定行駛過程：能量管理系統檢測蓄電池與超級電容模組的soc值，soc值低于設定值時，優先對蓄電池進行充電，其次是超級電容模組；

起步加速助力過程：能量管理系統檢測超級電容模組soc值是否大于設定的閾值40％，滿足則調整合適的啟動電機速比，令其與飛輪齒圈結合，開啟加力模式；當超級電容模組soc值低于設定的閾值20％、加速踏板開度小于60％與車速大于30km/h三個條件有一個或多個同時滿足時結束助力；

超車加速助力過程：當控制系統檢測到擋位處于次高擋或最高檔且加速踏板開度大于80％時，若超級電容模組soc值是否大于設定的閾值40％，則啟動電機空轉至一定轉速，與飛輪接合，全功率輸出，實現加速助力；當加速踏板開度小于70％或超級電容模組soc值低于設定的閾值20％任一條件或兩者都滿足時結束助力；

能量回收過程：當汽車處于制動狀態時，啟動電機與飛輪齒圈接合，回收部分能量至超級電容模組，制動狀態解除則能量回收終止；

停車等待，發動機停機控制過程：當汽車處于停車等待階段，若發動機達到工作溫度，控制系統停止發動機怠速過程，為電動起步做好準備；

二次起步過程：當制動踏板開度小于5％，啟動電機結合飛輪齒圈，輸出功率隨著加速踏板角度的增加而增加；當發動機被拖轉至大于500r/min時，控制系統控制ecu實現噴油點火；若是堵車路況，當超級電容模組soc值低于設定的閾值40％，發動機仍未達到啟動轉速時，控制系統通過儀表進行聲光提醒；當超級電容模組soc值低于設定的閾值20％，發動機仍未達到啟動轉速時，能量管理系統停止超級電容模組的工作，控制系統提示踩下離合器。當電動啟動失敗時，只要檢測到駕駛員踩下了離合踏板，啟動電機立馬高功率快速啟動發動機，以保證正常行車。

本發明中，控制系統根據擋位、蓄電池soc狀態、方向盤轉角、超級電容模組soc狀態、制動踏板位置、加速踏板位置、離合踏板位置、發動機溫度、發動機轉速、瞬時噴油量及車速等車輛信息判斷車輛狀態決定是否使發動機停機并控制啟動電機更改不同的變速比完成發動機的啟動、短時純電動起步、短時行車助力與能量回收過程；利用超級電容能快速充放電、高功率系數及高壽命的優點使其作為第二能源，用以提供發動機的啟動、純電動起步及短時行車助力時極大的電能需求以及快速吸收能量回收時的能量，避免全車系統受到能量波動時的沖擊；利用半導體輔助空調解決了夏天發動機停機等待時的空調暫停制冷的問題。

與現有技術相比，本發明的有益效果是提供了現有汽車向混合動力轉變的較完備技術，集發動機的啟動、純電動起步、短時行車助力與能量回收過程等混合動力系統的功能，且不對車的主體結構造成影響，最大限度的保留了汽車良好的運行狀態；利用半導體輔助空調解決發動機短時停機時空調的制冷暫停的問題。

附圖說明

圖1為一種基于超級電容及汽車啟動電機的短時混合動力系統結構示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進一步說明。

本發明提供了一種基于超級電容及汽車啟動電機的短時混合動力系統。其特征在于：在原車發動機啟動系統的基礎上，替換原車啟動電機(固定速比)為更高功率速比可變的啟動電機，增加控制系統、能量管理系統、超級電容模組、傳感器模組及半導體輔助空調；控制系統分別與能量管理系統和汽車電控系統ecu及傳感器模組連接，控制系統的信號采集自發動機電控系統(ecu)、傳感器模組與能量管理模組，直接控制能量管理系統，通過能量管理系統控制啟動電機的狀態、超級電容模組與蓄電池的充放電時機、半導體輔助空調的開啟時機等；能量管理系統與啟動電機、超級電容模組、蓄電池和發電機及全車主電路相連接，能量管理系統負責采集超級電容模組與蓄電池的狀態信息并將信息傳遞給控制系統，此外，能量管理系統通過控制系統的輸出信號判斷并控制啟動電機的狀態、超級電容模組與蓄電池的充放電時機、半導體輔助空調的開啟時機等。

所述傳感器模組由擋位、空調開關、蓄電池狀態、方向盤轉角、超級電容狀態、制動踏板位置、加速踏板位置、離合踏板位置等狀態傳感器組成。

所述控制系統包括各種i/o、a/d接口，can通訊接口、中央處理單元a組成，信號輸入和控制信號輸出均由對應的i/o、a/d接口處理，系統間的通訊采用can接口實現，中央處理單元a可以采用dsp或者單片機實現。

所述啟動電機由電機、多級行星齒輪、微型離合器、微型制動、末端齒輪和齒輪分離機構組成。末端齒輪與飛輪齒圈通過齒輪分離機構實現接合與分離，通過控制離合器的結合與分離、制動器的接合與分離實現行星齒輪機構的速比控制。通過控制啟動電機的速比實現發動機的無負載啟動、低擋電動拖拽起步、低轉速電動助力、可變功率能量回收等功能。

所述能量管理系統包括各種i/o、a/d接口，can通訊接口、中央處理單元b、放大電路及繼電器模組組成，信號輸入和控制信號輸出均由對應的i/o、a/d接口處理，系統間的通訊采用can接口。能量管理系統通過控制系統的指令完成對啟動電機的速比控制、電機接入控制、助力與能量回收狀態轉化，超級電容模組與蓄電池的充放電控制，半導體輔助空調的開啟，發電機電流調配等功能。中央處理單元b可通過dsp或單片機實現。

工作原理：

控制系統根據擋位、蓄電池soc狀態、方向盤轉角、超級電容模組soc狀態、制動踏板位置、加速踏板位置、離合踏板位置、發動機溫度、發動機轉速、瞬時噴油量及車速等車輛信息判斷車輛狀態決定是否使發動機停機并控制啟動電機更改不同的變速比完成發動機的啟動、純電動起步、短時行車助力與能量回收等過程；利用超級電容能快速充放電、高功率系數及高壽命的優點使其作為第二能源，用以提供發動機的啟動、純電動起步及短時行車助力時極大的電能需求以及吸收能量回收時的能量，避免全車系統受到能量波動時的沖擊；利用半導體輔助空調解決了發動機停機等待時的空調停止制冷的問題。

系統的工作過程：

冷機啟動過程：汽車處于停車狀態，檔位處于空擋。駕駛員插入鑰匙，當能量管理系統檢測到點火信號，快速檢測超級電容模組soc狀態、啟動電機速比等信息。若超級電容模組soc值大于設定閾值40％時，啟用超級電容模組進行大功率輸出，否則啟用蓄電池作為能量源。接著調整啟動電機至合適的減速比，以1-1.5kw的功率啟動發動機。

怠速及穩定行駛過程：能量管理系統檢測蓄電池與超級電容模組的soc值，當蓄電池soc值低于設定的閾值80％時優先對蓄電池充電直到蓄電池soc值大于設定的閾值80％時才對超級電容模組充電。一旦發動機不再處于穩定狀態，系統不對超級電容模組進行充電，但依舊會完成蓄電池的充電過程。

起步加速助力過程：當檢測到車速低于10km/h時，加速踏板開度大于70％，控制系統根據發動機轉速、擋位、車速等信息發送指令至能量管理系統，能量管理系統檢測超級電容模組soc值是否大于設定的閾值40％，若大于則根據控制系統發送的指令計算啟動電機介入所需的速比并控制行星機構使啟動電機與飛輪結合，結合后開啟助力。當超級電容模組soc值低于設定的閾值20％、加速踏板開度小于60％與車速大于30km/h三個條件有一個或多個同時滿足時結束助力，釋放行星機構。

超車加速助力，當控制系統檢測到擋位處于次高擋或最高檔且加速踏板開度大于80％時，控制系統發送相應的發動機轉速、擋位、車速等信息給能量管理系統，能量管理系統首先檢測超級電容模組soc值是否大于設定的閾值40％，若滿足條件則計算啟動電機所需的轉速和速比，首先先讓啟動電機自轉至規定值，行星機構鎖定，完成與飛輪的接合，同時啟動電機全功率輸出，實現加速助力。當加速踏板開度小于70％或超級電容模組soc值低于設定的閾值20％任一條件或兩者都滿足時結束助力，釋放行星機構。

能量回收過程：當檢測到加速踏板開度低于5％或制動踏板開度大于5％，車速大于30km/h時，控制系統發送能量回收指令，根據制動踏板是否大于設定的閾值30％決定啟用高強度能量回收還是低強度回收。啟動電機速比由能量管理系統根據控制系統發出的發動機轉速、車速以及回收強度等級計算得出。選定速比后進行鎖定行星機構，接合啟動電機和飛輪，回收的能量用于超級電容模組的充電。若超級電容模組的soc值大于預設的值100％，且蓄電池soc值大于設定的閾值95％，則不進行能量回收。當離合器踏板開度大于30％時，啟動電機切換至最高強度回收發動機能量。

停車等待，發動機停機控制過程：當汽車車速為0km/h、制動踏板開度大于20％、離合器踏板開度大于70％、方向盤轉角小于90度、超級電容模組soc值大于設定的閾值80％時，控制系統中斷ecu的噴油信號，發動機停機。此時可以將擋位置于一擋，松開離合器，準備電動起步。

二次起步過程：當制動踏板開度小于5％，控制系統控制能量管理系統改變啟動電機速比，使其以最大的減速比接合在飛輪上，當加速踏板開度的不斷增大，啟動電機的輸出功率也不斷增大，當發動機轉速拖轉至大于500r/min時，控制系統控制ecu實現噴油點火；若是堵車路況，當超級電容模組soc值低于設定的閾值40％，發動機仍未達到啟動轉速時，控制系統通過儀表進行聲光提醒；當超級電容模組soc值低于設定的閾值20％，發動機仍未達到啟動轉速時，能量管理系統停止超級電容模組的工作，控制系統提示踩下離合器。當電動啟動失敗時，只要檢測到駕駛員踩下了離合踏板，啟動電機立馬高功率快速啟動發動機，以保證正常行車。同時，當發動機啟動后，檢測到離合踏板開度大于30％，車速低于10km/h則會執行能量回收過程，快速充滿超級電容模組。當超級電容模組soc值大于設置的90％時，發動機熄火，啟動電機繼續拖轉發動機及整車，重復同樣的過程直到車速大于10km/h。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示意性實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

盡管已經示出和描述了本發明的實施例，本領域的普通技術人員可以理解：在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發明的范圍由權利要求及其等同物限定。