基於進氣量對汽車發動機和發電機的控制策略的製作方法
2023-05-27 20:51:46 3
基於進氣量對汽車發動機和發電機的控制策略的製作方法
【專利摘要】本發明涉及汽車電子技術，特別涉及基於節氣門開度的控制策略使汽車發動機和發電機協同運行以降低油耗的方法以及基於該方法的汽車電子控制器。按照本發明一個實施例的使汽車發動機和發電機協同運行以降低油耗的方法包括下列步驟：獲取節氣門的開度；以及如果所述開度的增大速率大於一個預設的閾值並且所述發動機的汽油噴射控制處於開環控制模式，則減小所述發動機的輸出功率。
【專利說明】基於進氣量對汽車發動機和發電機的控制策略
【技術領域】
[0001]本發明涉及汽車電子技術，特別涉及基於進氣量對汽車發動機和發電機的控制方法以及基於該方法的汽車電子控制器。
【背景技術】
[0002]在現代社會中，汽車一直是石油消費的主力。隨著化石燃料資源的日益減少以及全球氣候變暖趨勢的愈發明顯，世界各國都從法律和經濟層面對汽車的油耗作出限定。
[0003]在汽車中，從動力提供到負載用電，其能量都直接或間接地來自於汽油燃燒的熱能。圖1為示出了汽車中能量流動的示意圖，圖中粗實線表示電能流，細實線表示控制信號流和檢測信號流。如圖1所示，在汽車電子控制器(ECU) 110的控制下，汽車發動機120帶動汽車發電機130發電，所產生的電力可以提供給蓄電池140，或者提供給用電負載150 ;另一方面，蓄電池140存儲的電能也可以提供給用電負載150和起動機160。可見，發電機是上述能量流動過程中的重要環節，因此如何改善其運行控制是降低油耗的重要途徑。
[0004]業界已經提出了多種基於用電負荷狀態的控制發電機運行的方法，這些方法一般將蓄電池SOC狀態和/或用電負載狀態作為監測對象，根據監測的狀態和控制策略(例如啟動優先策略)確定是否由發電機向蓄電池充電和/或向用電負載供電。
[0005]但是需要指出的是，為了使發電機的運行控制更為優化，還需要考慮到更多的因素。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是提供一種使汽車發動機和發電機協同運行以降低油耗的方法，其具有顯著降低油耗和實現簡單的優點。
[0007]按照本發明的一個實施例，在一種使汽車發動機和發電機協同運行以降低油耗的方法中，所述汽車發電機與蓄電池和用電負載電氣耦合，並且在運行時由汽車發動機驅動旋轉，其特徵在於，包括下列步驟:
[0008]確定進入所述汽車發動機的可燃混合氣的數量的增大速率；以及
[0009]如果所述增大速率大於一個預設閾值並且所述發動機的汽油噴射控制處於開環控制模式，則減小所述發動機的輸出功率，所述預設閾值大於零。
[0010]優選地，在上述方法中，所述增大速率由節氣門開度的增大速率或泵油速度的增大速率來表徵。
[0011]優選地，在上述方法中，按照下列方式減小所述發動機的輸出功率:
[0012]確定所述蓄電池和用電負載的功耗的減少量；以及
[0013]通過使所述蓄電池和用電負載的功耗降低所述減少量來減小所述發電機的扭矩，從而實現所述發動機的輸出功率的減小。
[0014]優選地，在上述方法中，按照下式確定所述功耗的減少量:
[0015]Δ = λ X ( τ E(t)- τ G(t))
[0016]這裡，Δ為所述功耗的減少量，τΕ (t)和τ<; (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，λ為通過實驗確定的常數。
[0017]優選地，在上述方法中，按照下式確定所述功耗的減少量:
[0018]Δ = ( α X throttle_opening (t) + β X Vthrottle opening (t)) X ( τ E (t) - τ G (t))
[0019]這裡，Δ為所述功耗的減少量，throttle_opening (t)和 VthMttle—Qpening (t)分別為當前時刻的開度和開度的增大速率，τΕ (t)和Te (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，α和β為通過實驗確定的常數。
[0020]優選地，在上述方法中，按照下式確定所述功耗的減少量:
[0021]Δ = (α XV卿p(t) + 3 X δ V卿p ⑴)X ( τ E ⑴ _ τ G ⑴)
[0022]這裡，Δ為所述功耗的減少量，Vpump (t)和δνρ_ (t)分別為當前時刻的泵油速度和泵油速度的增大速率，τΕ (t)和Te (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，α和β為通過實驗確定的常數。
[0023]本發明的還有一個目的是提供一種汽車電子控制器，其具有顯著降低油耗的優點。
[0024]按照本發明一個實施例的汽車電子控制器包括:輸入單元、輸出單元和與輸入單元和輸出單元耦合的處理器，其中，所述輸入單元被配置為從汽車傳感器接收各種檢測信號，所述輸出單元被配置為向汽車發動機和發電機發送由所述處理器生成的指令，
[0025]其中，所述處理器被配置為:判斷進入所述汽車發動機的可燃混合氣的數量的增大速率是否大於一個預設閾值，並且在所述增大速率大於所述預設的閾值並且所述發動機的汽油噴射控制處於開環控制模式時減小所述發動機的輸出功率，所述預設閾值大於零。
[0026]從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本發明的上述和其它目的及優點更加完全清楚。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0027]圖1為示出了汽車中能量流動的示意圖。
[0028]圖2為按照本發明一個實施例的汽車電子控制器的結構框圖。
[0029]圖3為按照本發明一個實施例的使汽車發動機和發電機協同運行的方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]下面通過參考附圖描述【具體實施方式】來闡述本發明。但是需要理解的是，這些【具體實施方式】僅僅是示例性的，對於本發明的精神和保護範圍並無限制作用。
[0031]在本說明書中，「耦合」一詞應當理解為包括在兩個單元之間直接傳送能量或信號的情形，或者經一個或多個第三單元間接傳送能量或信號的情形，而且這裡所稱的信號包括但不限於以電、光和磁的形式存在的信號。
[0032]「開環控制模式」指的是在發動機運行中，汽車電子控制器檢測發動機的各種輸入信號並且根據與輸入信號具有固定對應關係的參數來控制發動機的運行，在該控制模式下，汽車電子控制器對控制結果不作分析和處理。
[0033]「閉環控制模式」指的是在發動機運行中，發動機的實際運行狀態被反饋給汽車電子控制器，後者根據反饋信息修正對發動機的控制量。這種反饋控制的目的是有效控制排放、降低汙染和提聞效率。
[0034]「包含」和「包括」之類的用語表示除了具有在說明書和權利要求書中有直接和明確表述的單元和步驟以外，本發明的技術方案也不排除具有未被直接或明確表述的其它單元和步驟的情形。再者，諸如「第一」、「第二」、「第三」和「第四」之類的用語並不表示單元或數值在時間、空間、大小等方面的順序而僅僅是作區分各單元或數值之用。
[0035]還需要指出的是，為闡述方便，附圖中各單元並不一定按照它們實際的比例繪製，而且附圖中各單元的尺寸以及它們之間的比例不構成對本發明保護範圍的限定。
[0036]藉助節氣門和/或泵油量可對可燃混合氣體的流量進行控制，從而改變發動機的輸出功率以適應車輛行駛情況的需要。當節氣門開度或油泵的泵油量增大時，可燃混合氣流量將增大。此時如果汽油噴射控制處於開環控制模式，則可能由於燃燒過程未進行優化，將導致燃油效率的下降。通常情況下，汽車啟動、油門踏板按下、汽車處於巡航狀態、汽車空調開啟、汽車上坡、油泵油壓增大和發動機扭矩短時間內增大等操作都可能導致汽車處於節氣門開度或油泵的泵油量增大並且汽油噴射控制處於開環控制模式的狀態組合。按照本發明的一個方面，在這種低燃油效率的情況下將通過主動降低汽車用電負荷(也即發電機的輸出功率)來儘可能減小發動機的輸出功率，以實現降低油耗和尾氣排放的目的。按照本發明的另一方面，採用進入汽車發動機的可燃混合氣的數量的增大速率作為發動機是否處於低燃油效率狀態的判據之一。該判據能夠將緩慢增長的情形過濾，避免過於頻繁地降低汽車用電負荷。
[0037]以下藉助附圖描述本發明的具體實施例。
[0038]圖2為按照本發明一個實施例的汽車電子控制器的結構框圖。
[0039]如圖2所示，按照本實施例的汽車電子控制器20包括輸入單元210、處理器220、動態隨機存儲器230A、非易失存儲器230B和輸出單元240。
[0040]輸入單元210與位於汽車電子控制器20外部的傳感器和開關311-31n耦合。優選地，輸入單元210與傳感器和開關311-31n通過總線方式(例如CAN總線)連接。傳感器311-31n例如包括但不限於發動機轉速與曲軸位置傳感器、空氣流量/進氣壓力傳感器、節氣門位置傳感器、扭矩傳感器和霍爾傳感器等，它們為汽車電子控制器20提供進行控制所需的各種反饋信號，例如節氣門開度、泵油量、發動機和發電機的扭矩和轉速信號、發電機的輸出電流等。輸出單元240將處理器生成的各種控制命令發送給汽車發動機120和發電機130。優選地，其也通過總線方式(例如CAN總線)對汽車發動機120和發電機130進行控制。
[0041]處理器220與輸入單元210、動態隨機存儲器230A、非易失存儲器230B和輸出單元240耦合，作為汽車電子控制器20的核心單元，其根據非易失存儲器230B中存儲的控制程序和標準數據，對輸入單元210從傳感器和開關接收的信號進行預處理、分析、判斷，生成相應的控制信號，並且將控制信號經輸出單元240發送至受控設備(例如圖2中的發動機120和發電機130)。
[0042]以下描述圖2所示汽車電子控制器的工作原理。
[0043]當汽車電子控制器20的處理器220加電啟動時，其從非易失存儲器230B中將控制程序加載到動態隨機存儲器230A中。可選地，還可以加載標準數據。這裡的控制程序包括用於實現下面將要藉助圖3描述的使汽車發動機和發電機協同運行的方法的電腦程式。
[0044]輸入單元210定期或不定期地從傳感器和開關311-31n接收檢測信號和開關信號並傳送給處理器220。在本實施例中，輸入單元210定期與發動機轉速與曲軸位置傳感器、節氣門位置傳感器、扭矩傳感器和霍爾傳感器等通信以接收相關的檢測信號，例如包括但不限於有關節氣門開度的檢測信號、泵油量、發動機和發電機的轉速和扭矩的檢測信號、發電機輸出電流的檢測信號等。處理器220根據檢測信號判斷是否啟動基於節氣門開度的控制策略，使發動機和發電機協同運行以降低油耗。
[0045]圖3為按照本發明一個實施例的使汽車發動機和發電機協同運行的方法的流程圖。為闡述方便起見，這裡假設利用圖2所示的汽車電子控制器實現本實施例的方法。但是需要指出的是，本發明的原理並不局限於特定類型和結構的控制裝置。
[0046]如圖3所示，在步驟S310中，圖2中的輸入單元210從節氣門位置傳感器接收節氣門開度的檢測信號。該信號可以是模擬信號形式，在汽車電子控制器20內轉換為數位訊號。可選地，也可以將Α/D轉換器集成在該傳感器中，因此提供給汽車電子控制器20的將是數位訊號形式的檢測信號。
[0047]隨後，在步驟S320中，處理器220計算節氣門開度的增大速率。例如可以採用下式來計算該增大速率:
[0048]Vthrottleopening (t) = (throttle_opening (t) -throttle_opening (t- Δ t)) / At
Cl)
[0049]這裡，Vthrottle opening(t)為當前時刻(t時亥Ij)的節氣門開度的變化數量，throttle—opening (t)和throttle_opening (t_ Δ t)分別為t時刻和(t_ Δ t)時刻的節氣門開度，At對應於處理器220提取開度檢測信號的時間間隔。通過選擇合適的At，可以濾除節氣門開度較小的變化以避免過於頻繁地調整汽車用電負荷。
[0050]接著進入步驟S330，處理器220將計算的開度增大速率與一個大於零的預設閾值T進行比較，如果大於該閾值，則進入步驟S340，否則，返回步驟S310。通過選擇合適的閾值可以濾除節氣門開度的緩慢變化以避免過於頻繁地調整汽車用電負荷。
[0051]在步驟S340中，處理器220進一步判斷當前的發動機汽油噴射控制是否處於開環控制模式，如果處於開環控制模式，則進入步驟S350，否則，返回步驟S310。
[0052]在步驟S350中，處理器220確定用電負荷(也即蓄電池和用電負載的功耗)的減少量。在一種優選方式下，處理器220按照下式來確定該減少量:
[0053]Δ = λ X ( τ E(t)- τ G(t)) (2)
[0054]這裡，Δ為功耗的減少量，τΕ (t)和Te (t)分別為發動機當前時刻的輸出扭矩和發電機當前時刻的扭矩，λ為通過實驗確定的常數。
[0055]在另一種優選方式下，處理器將按照下式來確定功耗的減少量:
[0056]Δ = ( α X throttle_opening (t) + β X Vthrottle opening (t)) X ( τ E (t) - τ G (t))
(3)
[0057]這裡，Δ為功耗的減少量，throttle_opening (t)和 VthrQttle—Qpening (t)分別為當前時刻的開度和開度的增大速率，τΕ (t)和Te (t)分別為發動機當前時刻的輸出扭矩和發電機當前時刻的扭矩，α和β為通過實驗確定的常數。發動機的扭矩和發電機的扭矩可以由輸入單元210從外部傳感器接收。
[0058]隨後進入步驟S360，處理器220根據所確定的功耗減少量產生相應的控制命令，並將生成的控制命令經輸出單元240輸出至外部執行機構以完成下列操作的一種或多種:關閉某些用電設備(例如汽車空調和汽車音響設備等)、禁止某些用電設備的功能、停止對蓄電池充電和降低蓄電池的充電電流等。
[0059]由此，通過使蓄電池和用電負載的功耗降低上述減少量，發電機的扭矩將減小，從而降低了發動機的扭矩或輸出功率。
[0060]在完成步驟S360之後將退出流程。
[0061]在上述實施例中，採用節氣門開度的變化速率來表徵進入汽車發動機的可燃混合氣的數量的增大速率。在上述實施例的變化形式中，也可以採用泵油速度的增大速率來表徵可燃混合氣數量的增大速率。相應地，在圖3的步驟S310中，輸入單元210將接收與泵油速度有關的檢測信號，在步驟S320中，處理器220計算泵油速度的增大速率，在步驟S330中，處理器220將泵油速度的增大速率與一個大於零的預設閾值T進行比較。在步驟S350中，處理器220可以利用式(2)來確定功耗的減少量。但是優選地，處理器220按照下式來計算功耗的減少量:
[0062]Δ = (a XVpump (?) + β X δ Vpump (t)) X ( τ E(t)- τ G(t)) (4)
[0063]這裡，Δ為功耗的減少量，Vp_ (t)和δνρ_ (t)分別為當前時刻的泵油速度和泵油速度的增大速率，τΕ (t)和Te (t)分別為發動機當前時刻的扭矩和發電機當前時刻的扭矩，α和β為通過實驗確定的常數。
[0064]由於可以在不背離本發明基本特徵的精神下，以各種形式實施本發明，因此本實施方式是說明性的而不是限制性的，由於本發明的範圍由所附權利要求定義，而不是由說明書定義，因此落入權利要求的邊界和界限內的所有變化，或這種權利要求邊界和界限的等同物因而被權利要求包涵。
【權利要求】
1.一種使汽車發動機和發電機協同運行以降低油耗的方法，所述汽車發電機與蓄電池和用電負載電氣耦合，並且在運行時由汽車發動機驅動旋轉，其特徵在於，包括下列步驟: 確定進入所述汽車發動機的可燃混合氣的數量的增大速率；以及 如果所述增大速率大於一個預設閾值並且所述發動機的汽油噴射控制處於開環控制模式，則減小所述發動機的輸出功率，所述預設閾值大於零。
2.如權利要求1所述的方法，其中，所述增大速率由節氣門開度的增大速率或泵油速率的增大速率來表徵。
3.如權利要求2所述的方法，其中，按照下列方式減小所述發動機的輸出功率: 確定所述蓄電池和用電負載的功耗的減少量；以及 通過使所述蓄電池和用電負載的功耗降低所述減少量來減小所述發電機的扭矩，從而實現所述發動機的輸出功率的減小。
4.如權利要求3所述的方法，其中，按照下式確定所述功耗的減少量:
Δ = λ X ( τ E(t)~ τ G(t)) 這裡，Δ為所述功耗的減少量，τΕ (t)和Te (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，λ為通過實驗確定的常數。
5.如權利要求3所述的方法，其中，按照下式確定所述功耗的減少量:
Λ = ( α X throttle_opening (t) + β X Vthrottle opening (t)) X ( τ Ε (t) - τ G (t)) 這裡，Δ為所述功耗的減少量，throttle_opening (t)和(t)分別為當前時刻的開度和開度的增大速率，τΕ (t)和Te (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，α和β為通過實驗確定的常數。
6.如權利要求3所述的方法，其中，按照下式確定所述功耗的減少量: Δ = (a XVp卿⑴+ β X 5Vpump(t))X(xE(t)-TG(t)) 這裡，Λ為所述功耗的減少量，Vp_ (t)和δνρ_ (t)分別為當前時刻的泵油速度和泵油速度的增大速率，τΕ (t)和Te (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，α和β為通過實驗確定的常數。
7.一種汽車電子控制器，包括:輸入單兀、輸出單兀和與輸入單兀和輸出單兀I禹合的處理器，其中，所述輸入單元被配置為從汽車傳感器接收各種檢測信號，所述輸出單元被配置為向汽車發動機和發電機發送由所述處理器生成的指令， 其中，所述處理器被配置為:判斷進入所述汽車發動機的可燃混合氣的數量的增大速率是否大於一個預設閾值，並且在所述增大速率大於所述預設的閾值並且所述發動機的汽油噴射控制處於開環控制模式時減小所述發動機的輸出功率，所述預設閾值大於零。
8.如權利要求7所述的汽車電子控制器，其中，所述增大速率由節氣門開度的增大速率或泵油速率的增大速率來表徵。
9.如權利要求8所述的汽車電子控制器，其中，按照下列方式減小所述發動機的輸出功率: 確定所述蓄電池和用電負載的功耗的減少量；以及 通過使所述蓄電池和用電負載的功耗降低所述減少量來減小所述發電機的扭矩，從而實現所述發動機的輸出功率的減小。
10.如權利要求9所述的汽車電子控制器，其中，按照下式確定所述功耗的減少量:
Λ = λ X ( τ E(t)_ τ G(t)) 這裡，Δ為所述功耗的減少量，τΕ (t)和Te (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，λ為通過實驗確定的常數。
11.如權利要求9所述的汽車電子控制器，其中，按照下式確定所述功耗的減少量:
Λ = ( α X throttle_opening (t) + β X Vthrottle opening (t)) X ( τ Ε (t) - τ G (t)) 這裡，Δ為所述功耗的減少量，throttle_opening (t)和(t)分別為當前時刻的開度和開度的增大速率，τΕ (t)和Te (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，α和β為通過實驗確定的常數。
12.如權利要求9所述的汽車電子控制器，其中，按照下式確定所述功耗的減少量: Δ = (a XVp卿⑴+ β X 5Vpump(t))X(xE(t)-TG(t)) 這裡，Λ為所述功耗的減少量，Vp_ (t)和δνρ_ (t)分別為當前時刻的泵油速度和泵油速度的增大速率，τΕ (t)和Te (t)分別為所述發動機當前時刻的扭矩和所述發電機當前時刻的扭矩，α和β為通過實驗確定的常數。
【文檔編號】F02B63/04GK104373222SQ201310358945
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】鄧恆, 郝飛 申請人:上海汽車集團股份有限公司