CN101489847B - 包含操控策略模块的用于机动车辆的微混合系统 - Google Patents

Abstract

用于运输车辆的微混合系统包括：旋转电机(10)，适合于机械地耦接到车辆的发动机(5)；AC-DC变换器(11)；DC-DC变换器(13)；第一(12)和第二(2)电能贮存器，适合于存储由旋转电机产生的电能并将其还原用于车辆装备的消费者设备；以及控制装置(14)，用于控制微混合系统的工作。根据本发明，控制装置(14)包括操控装置(140)，后者适合于自治地依照至少根据其对微混合系统的内部状态以及车辆的状态的具体认识的多个策略操控微混合系统的工作模式。

Description

包含操控策略模块的用于机动车辆的微混合系统

技术领域

本发明一般涉及用于车辆、特别是机动车辆的微混合(micro-hybrid)系统。更具体地，本发明涉及这样的微混合系统，其包括机械地耦接到车辆的热引擎的旋转电机、AC-DC变换器(converter)、DC-DC变换器、用于存储由旋转电机产生的电能的电能存储设备、以及控制单元。

背景技术

本领域中已知的上述类型的微混合设备中，旋转电机通常是交流发电机-起动机，其除了执行热引擎起动机和交流发电机的功能之外，还可以用于再生制动的功能和扭矩助力(英文中也称为“boost(助推)”)的功能。

可以将由再生制动复原的电能存储在本领域技术人员所知称为“UCAP”或“超级电容器”的特高容量电容器中，用于为处于波动的DC电压下的车载网供电。该处于波动的DC电压下的车载网与机动车辆安装的经典12V网分开，并特别通过负责对能够接收超过12V的波动电压的消费者设备供电来对后者进行补充。

现有技术的这些微混合设备中，控制单元以从动模式(slave mode)工作，而且由车辆的电子控制单元根据车辆的自身控制规则驱动并由所述车辆管控。

发明内容

本发明的目的是提供新型的微混合系统，其中将用于操控(pilot)微混合系统所需的全部智能集成在微混合系统本身中，从而提供集成的设备，其将其对车辆系统的需求最小化，而且其中有可能包含与构成微混合系统的子组件极佳地适配的繁杂的操控策略。

用于运输车辆的微混合系统包括：旋转电机，适合于机械地耦接到车辆的发动机；AC-DC变换器；DC-DC变换器；第一和第二电能存储设备，能够存储由旋转电机产生的电能并返回所述电能以供应车辆装备的消费者设备；以及控制装置，用于控制微混合系统的工作。

根据本发明，控制装置包括操控装置，操控装置能够同时自治地依照至少依赖于其自身对微混合系统的内部状态以及车辆的状态的认识的多个策略操控微混合系统的工作模式，而且能够在从动模式下根据包含在来自车辆系统的外部需求中的指令操控所述工作模式。

本发明允许优化电力的产生效率，以便减少车辆的燃料消耗。该结果的实现特别归因于对热引擎上的机械负载(交流发电机)以及电力分配系统上的电负载的管理。

根据另一个特性，操控装置还能够在从动模式下依照包含在来自车辆系统的外部需求中的指令操控所述工作模式。

因而，例如，当旋转电机在交流发电机模式下工作时，微混合系统可以保持从动并被从外部操控，或者从车辆或热引擎的控制系统接收热引擎效率的估计量以便选择性地在机械燃料-能量转换效率充分高的区域中给热引擎负载，不管从热引擎拉出的机械能的目的地(电力、空调系统)是哪里。

根据另一个特性，操控装置包括监视装置，监视装置确定车辆的境况，而且考虑其对车辆的境况的确定和/或来自车辆系统的外部需求，至少部分地授权并限定微混合系统的工作模式至少其中之一。优选地，监视装置包括估计下列境况至少其中之一的车辆的境况的装置：车辆在城市环境中、车辆在干道公路上、车辆在高速公路上。

根据其它特性，监视装置包括：

-在至少考虑车辆的境况的同时从几种可用的作为交流发电机的工作模式中授权并选择一种作为旋转电机的交流发电机工作模式的装置；和/或

-授权并限定旋转电机的再生制动的工作模式的装置；和/或

-授权并限定旋转电机的扭矩助力的工作模式的装置。

根据另一个特性，操控装置包括安全装置，安全装置基于微混合系统的工作元件的至少一部分的内部表示和/或来自车辆系统的外部需求来限定微混合系统的至少一个工作界限。

优选地，所述至少一个工作界限包括在微混合系统的下列工作界限之内：微混合系统的波动电压分量的工作范围的最小和最大值；波动电压分量的校准/诊断、保护和安全值；旋转电机的转子的激励电流的最大值；以及旋转电机的再生制动模式下拉出的机械扭矩的最大值。

另外，所述内部表示优选地至少包括下列工作元件：旋转电机、AC-DC变换器、DC-DC变换器、以及第一和第二电能贮存器。

根据另一个特性，操控装置包括状态机装置，状态机装置至少根据由操控装置产生的监视和安全信息而授权微混合系统的工作模式之间的转变。优选地，所述监视和安全信息分别由监视装置和安全装置提供。

根据本发明的微混合系统的一个具体实施例中，所述工作模式包括下列模式：

-至少一种交流发电机模式；

-至少一种再生制动模式；以及

-至少一种扭矩助力模式。

根据另一个特性，所述工作模式至少包括下列五种交流发电机模式其中之一：

-其中将波动电压分量固定在由设置值指示的确定值的交流发电机模式；

-其中将波动电压分量固定在最佳值的交流发电机模式；

-其中在测得的波动电压分量达到最大值时设置值转到最小值的交流发电机模式；

-其中在波动电压分量的最小与最大值之间不固定任何设置值的交流发电机模式；以及

-在旋转电机的不同工作速度范围上包括上述模式中的至少两种的混合交流发电机模式。

根据另一个特性，所述工作模式至少包括下列三种扭矩助力模式其中之一：

-伴随压下车辆的油门踏板而介入的扭矩助力模式；

-在发动机处于空闲速度时介入的扭矩助力模式；

-在车辆的变速箱中的比率改变时介入的扭矩助力模式；以及

-设计用于消耗电能贮存器中的至少一个中可用的存储电能的扭矩助力模式。

根据另一个特性，第一和第二电能贮存器之一包括至少一个超级电容器。

根据另一个特性，电能贮存器包括超级电容器，超级电容器供应处于包含波动电压分量的DC电压下的车载网，而另外的电能贮存器为处于基本稳定的DC电压下的另一个车载网供电。

根据另一个特性，操控策略模块包括根据其对车辆的境况/状态的认识向车辆系统提供关于要操控的外部设备的信息的装置。

附图说明

通过下面参照附图对几个具体实施例的描述，本发明的其它优点和特性将变得更加清楚，其中：

图1是示出根据本发明的微混合系统的具体实施例的一般配置的总体框图；

图2是图1中的微混合系统的控制单元中包含的操控策略模块的功能框图；

图3是图2中的操控策略模块中包含的车辆监视块的功能框图；

图4示出与表示电力系统的消耗的循环比对应的微混合系统的工作区域；

图5示出为再生制动功能而拉出的扭矩值的曲线图；

图6和7是给出为扭矩助力功能而施加的扭矩值的曲线图；

图8是图2中的操控策略模块中包含的系统安全块的功能框图；

图9是示出依赖于系统的温度以及在所讨论的应用中加到车辆的车载电压网的波动DC电压的界限的曲线图；

图10是示出依赖于系统的温度以及在所讨论的应用中再生制动和扭矩助力的功能的使用的最大界限的曲线图；以及

图11是图2中的操控策略模块中包含的旋转系统状态机块的功能框图。

具体实施方式

更具体地参照图1，下面对根据本发明的微混合系统的一个具体实施例1的物理和功能配置进行全面描述。

如图1中所示，该具体实施例中，根据本发明的微混合系统1主要包括旋转电机10、可逆AC-DC变换器11、电能贮存器12、DC-DC变换器13、和微控制器14。

微混合系统1连接到能够提供低DC电压Vb和可变高DC电压Vb+X的车辆的双电压车载网。

低DC电压Vb通常是车辆安装的铅电池2的12V电压。优选地，电压Vb可以用于为需要相对稳定的电压值的车辆的消费者设备(诸如照明和信号设备)供电。

该具体实施例中，DC电压Vb+X变化(例如在12V与60V之间)，而且在电能贮存器12的端子处可获得，电能贮存器12的电压负载依赖于再生制动模式下旋转电机10的工作。

电压Vb+X可以主要用于供应能接受可变电压的消费者设备，例如防冻设备。然而，在某些应用中，电压Vb+X也可以用于通过专用DC-DC变换器(未示出)供应需要稳定的DC电压的消费者设备，例如需要12V下的电力的车载无线电。另外，在某些应用中，电压Vb+X也可以用于以超过12V的电压供应在起动机或电动机模式下工作的旋转电机10。

如图1中所示，旋转电机10机械地耦接(连锁101)到车辆的热引擎5。电机10是交流发电机-起动机型的电机，在该情况下为三相型，而且能够在再生制动模式和扭矩助力模式下同等地工作。在扭矩助力模式下，电机10提供额外的机械扭矩用于车辆牵引以补充由热引擎5提供的机械扭矩。

AC-DC变换器11是可逆设备，而且当旋转电机10需要在电动机模式下工作时，其使得能够用从电能贮存器12的端子处的DC电压获得的三相交流电压供应电机10，而当旋转电机10需要在交流发电机模式下工作时，使得能够以从由电机10提供的三相电压经整流得到的DC电压的形式进行整流。该经整流的DC电压对电能贮存器12进行充电，并经由DC-DC变换器13对电池2进行充电。

在该情况下电能贮存器12是一组特高容量电容器。这些电容器通常为本领域技术人员所知称为“ucap”或“超级电容器”。说明书下文中将贮存器12简单称为超级电容器12。超级电容器12通过利用AC-DC变换器11提供的DC电压将自身充电，使得能够在旋转电机10在再生制动模式或交流发电机模式下工作时存储电能。可以将存储在超级电容器12中的能量返回到Vb+X电压网，以便供应不同的消费者设备，而且在某些情况下，例如在电机10未提供电力而且电池2不能响应Vb电压网上的峰值电流需求时，经由DC-DC变换器13向Vb电压网供电。另外，如上面已经指出的，超级电容器中存储的能量可以用于启动热引擎5或向其提供处于可以明显高于经典12V的Vb+X电压下的扭矩助力，从而便于由旋转电机10提供在大型热引擎的情况下所需的高机械扭矩。

DC-DC变换器13是可逆设备，而且首先使得能够向Vb电压网传送能量以供应消费者设备以及将电池2充电，其次使得能够沿反方向从电池2的12V电压传送能量以在必要时将超级电容器12充电以及在旋转电机10作为电动机/起动机工作时为AC-DC变换器11供电。

微控制器14基于表示微混合系统1的内部状态和车辆的状态的信息控制微混合系统1的工作。在微控制器14中实现操控策略模块140(该模块稍后在说明书中详细描述)，以便通过考虑其内部状态和车辆的状态来操控微混合系统1。因而可以经由信号交换链路在微控制器14与微混合系统1的不同的功能元件之间交换状态和命令信息。图1中作为示范示出微控制器14与元件10、11、和13之间的一些信号交换链路L1、L2、和L3。

同样如图1中所示，还提供数据通信总线3(例如为CAN型)用于微混合系统1与车辆系统4之间的信息交换。因而可以由车辆系统4将诸如压下刹车踏板或油门踏板的信息经由数据通信总线3发送到微混合系统1。

参照图2至5，下面对根据本发明的微混合系统1的操控策略模块140进行详细描述。

根据本发明，操控策略模块140在依赖于车载Vb+X和Vb网各自的消耗以及车辆的境况(例如，车辆是在市区还是在干道公路上行驶)的交流发电机模式下操控旋转电机10。

本发明的该具体实施例中，采用下列假设：

1-如果Vb+X侧上的一个或多个负载需要特定的电压工作，则假定该电压值是通过车辆系统4对操控策略模块140的外部需求而强加而且其得到优先处理。

2-操控策略模块140能够存取足够的相关数据以得到车辆的可靠的内部模型。否则，则假定工作模式是由外部需求强制，或者存在故障模式。

3-命令变量，即DC-DC变换器13的以及逆变器(inverter)模式下的AC-DC变换器11的循环比(cyclical ratio)，表示Vb和Vb+X车载电网的消耗。

4-旋转电机10的映射(map)可获得，而且为Vb+X电压的波动电压分量X的不同值而提供：

从热引擎5的轴获得的机械扭矩：C1_meca＝CREGEN(X，δ₁％，N_machine)；

向热引擎5的轴提供的机械扭矩：C2_meca＝CBOOST(X，δ₁％，N_machine)；

Vb+X网上的电流输出：I_X＝CDEBIT(X，δ₁％，N_machine)；

相应的激励电流：I_ex＝PWM(X，δ₁％)，

其中CREGEN和CBOOST分别与称为REGEN的再生制动功能和称为BOOST的扭矩助力功能的映射对应。一般而言，说明书下文中将再生制动和扭矩助力的功能称为REGEN和BOOST。

其中CDEBIT和PWM分别与来自处于交流发电机模式下的电机10的电流输出I_X以及该具体实施例中以脉宽调制(PWM)形式提供到电机10的转子的激励电流I_ex的映射对应。

其中δ₁％表示流经电机10的转子的激励电流I_ex的循环比。

类似地，说明书下文中应当注意，δ₂％是Vb+X电压与Vb电压之间的DC-DC变换器13的循环比。

如图2中所示，操控策略模块140特别包括：两个块141和142，负责建立该模块中包含的决策产生模块中使用的参数；以及块143，其是旋转系统(旋转电机10)的状态机块。

块141，名为车辆监视，确定车辆的环境并限定使用电机10的交流发电机的各模式，指定为模式1、模式1a、模式2、模式2a。显然，本发明不限于上述四种交流发电机模式，而且依赖于应用可以包含数量较少的其它模式，或者根据本发明，下面描述的交流发电机模式的任何组合是可能的。块141还负责产生对于再生制动来自内部的依赖于其对车辆的认识的需求、以及对于由车辆系统4操控的从动模式来自外部的需求。块141还能够产生用于特定工作点的外部需求。

块142，名为系统安全监视，限定系统的工作界限。为此，其根据每个子系统的内部表示或外部需求起作用。

车辆监视块141

更具体地参照图3至7，现在详细描述车辆监视块141。

块141主要包括功能子块1410、1411、1412、1413、1414、和1415。

块141中还提供用于管理发送到子块1413、1414、和1415的外部需求的子块(未示出)。

外部需求包括但不限于：对特定交流发电机模式的需求、对再生制动的需求、以及对扭矩助力的需求。

操控策略模块140于是授权其中其自身确定工作模式的自治模式、以及其中车辆系统4自身确定应用哪些参数的从动模式。

块141的输出

工作模式：

模式1：处于固定电压的连续交流发电机模式

模式1a：处于最佳电压的连续交流发电机模式

模式2：在Vb+X电压的波动电压分量X的两个值X_min和X_max之间交变的交流发电机模式

模式2a：由功能REGEN和BOOST上的动作改变的交流发电机模式

混合模式：在发动机速度的某些范围上授权模式1、1a、2、2a授权标志：

FORE_OK：是否授权再生制动模式

FOBO_OK：是否授权BOOST模式扭矩的设置值：

Cregen：瞬时REGEN扭矩

Cboost：瞬时BOOST扭矩

块141的输入

-δ₁％表示转子的激励电流I_ex的循环比，对于波动电压分量X的给定值，其表示Vb+X网的消耗。

-δ₂％表示DC-DC变换器13的“循环比”，对于波动电压分量X和电压Vb的给定值，其表示Vb网的消耗。

-车辆系统4的外部需求：

○Mode_FR：再生制动模式

■Mode_FR＝0：自治模式

■Mode_FR＝1：从动模式

○Mode_BO：扭矩助力(助推)中的工作模式

■Mode_BO＝0：自治模式

■Mode_BO＝1：从动模式

○Mode_AL：交流发电机工作模式

■Mode_AL＝0：自治模式

■Mode_AL＝1：从动模式

○扭矩命令C_regen

○扭矩命令C_boost

○强制的交流发电机模式(ALTER)的参数

子块1410：车辆境况的估计器

子块1410的任务是确定车辆是在城里、干道公路上、还是高速公路上。可以使用不同的检测策略，而且必须由本领域技术人员根据应用来选择。在全从动模式下，该块1410给予车辆的控制系统操控“高等级”策略的选项。

子块1411：REGEN模式下的测量

该子块1411的任务是集中被认为是对正确产生REGEN需求有用的全部测量。这包括但不限于：

-热引擎5的曲轴的转动速度(其可以由电机10的速度估计)

-车辆的变速箱设定的比率

-车辆的离合器状态(或者由变速器，或者由离合器踏板)

-车辆的油门踏板的位置(用于检测发动机制动)

-车辆的刹车踏板的位置(用于检测机械制动)

-车辆的线速度

-“喷射截止(injection cut-off)”信息，如果在车辆中可用的话。

子块1413：工作模式选择器

该子块1413在其强制交流发电机工作模式时依靠所述城市、道路、或高速公路信息以及电力消耗或外部需求。该具体实施例中，有4种交流发电机模式可用，即2种永久模式和2种可变模式。在这4种模式之外可以添加根据作为电机的速度的范围的函数的判据而在交流发电机模式1x与2x之间交替的混合模式。说明书下文中更精确地描述这些模式。

在自治工作模式下，系统根据车辆的境况、以及分别对于逆变器模式下的AC-DC变换器11和DC-DC变换器13由控制变量δ₁％和δ₂％表示的车辆的电力消耗，选择“最好的”交流发电机模式。其它实施例中，有可能仅考虑消耗值。

从动交流发电机模式(Mode_AL＝1)强制由参数ALTER限定的交流发电机模式。

如图4中所示，在曲线图形式下，有可能限定与不同的消耗等级对应的几个区域(A、B、和C)。应当注意，图4中所示的区域的数量以及划分的形式并非限制性的。该图中，δ_1max是电机10及其电子组件的温度的函数，而δ_2max是DC-DC变换器13的温度的函数。另外，所述区域可以要求除了网的各个消耗之外的参数，诸如热引擎5的速度或已经从热引擎5的轴取得的机械功率。

依赖于检测到的环境，可以阻止某些功能并强制工作模式。例如，在城里，有可能限定：

区域	REGEN功能	BOOST功能	模式
				A	FORE_OK＝假(false)	FOBO_OK＝假	模式1a
B	FORE_OK＝真(true)	FOBO_OK＝真	模式1
				C	FORE_OK＝真	FOBO_OK＝假	模式1a

例如，在干道公路和高速公路上，有可能限定：

区域	REGEN功能	BOOST功能	模式
				A	FORE_OK＝真	FOBO_OK＝真	模式1a或2a
B	FORE_OK＝真	FOBO_OK＝真	模式2
				C	FORE_OK＝真	FOBO_OK＝假	模式1a

这主要是对超级电容器的发热考虑，对其假定在干道公路上和高速公路上冷却更容易。

上面的表是示例，其当然在任何意义上都不是限制性的，因为所使用的解决方案、区域的数量、以及这些区域的形式很大程度上依赖于车辆的配置。因而，某些实施例中，在某些区域中也可以在城里提供可变交流发电机模式(2或2a)。

子块1414：REGEN需求的产生器

该块1414的任务是产生REGEN需求。

对于全部电功能(REGEN和BOOST)，模块140向车辆系统或热引擎5通知从热引擎5的轴提取或向其提供的扭矩，以便后者能够相应地适配其行为。

依赖于实施例，REGEN功能可以表示为从热引擎5的轴提取的扭矩、或复原的电力。说明书下文中，将假定作为参数提供的值是从热引擎5的轴提取的扭矩的值。优选地，参数“提取的扭矩”的值可以由给予者或外部命令在必要时更新任意多次，直到完成任务。

倘若子块1411发生故障，如果系统未表现出任何组件故障则可以立即强制降级的从动模式。

子块1414具有可以提取的扭矩的最大值，称为C_{max_dispo}。该最大扭矩与电机10能够从热引擎5的轴取得的扭矩的最大值对应。因此，其与对于波动电压分量X的不同值在交流发电机模式下工作的电机10的最大输出曲线对应。

外部需求

典型地，本实施例中，子块1414的行为如下：

自治模式(Mode_FR＝0)：

C_regen＝0＝＞由系统管理

C_regen＞0＝＞给予外部需求的优先级超过由模块140计算得到的值从动模式(Mode_FR＝1)：

C_regen＝0＝＞无再生制动

C_regen＝0＝＞正常情形

内部需求

在任何时候，即便在自治模式下，外部命令给予者可以需求REGEN阶段(phase)，其将取代内部计算。

内部计算提供作为扭矩(C_{max_dispo})的百分比的结果。

REGEN1

下列逻辑条件授权模式REGEN1：

-刹车踏板未致动(或者位置在某阈值以下)

-AND(油门踏板未致动OR踏板的负速度在某负阈值以下)

-AND离合器关闭

-AND变速箱比率＞1

-AND发动机速度＞参量阈值。

REGEN2

下列逻辑条件授权模式REGEN2：

-油门踏板＞参量阈值

-AND(离合器打开OR变速箱比率处于空档)

-AND(发动机速度＞参量阈值OR发动机速度在一定时间内稳定)。

注意到，高稳定发动机速度(例如4000rpm以上)时模式REGEN2对于对超电容器充电可以很有用。可以容易地通过设置无法达到的阈值来停用该模式。该模式是特定的交流发电机模式；严格来说其并非再生制动模式。

另外，注意到可以使用其它条件来跟踪其它有用的阶段。例如，为了基于检测到的加速来限制在限定REGEN模式期间的任何过多的扭矩提取。还注意到，在首次启动之后，将波动电压分量X限定为X_min，同时等待以便能够使用繁杂的能量管理功能。

该具体实施例中，REGEN模式是全部子模式的OR逻辑组合：

REGEN_OK＝REGEN1 OR REGEN2。

一般地，如图5中的曲线图所示，如果满足应用REGEN模式的条件，则要施加的最大扭矩的百分比主要依赖于发动机的速度，但是也依赖于车辆的线速度。要施加的再生制动扭矩由下式给出：C_regen＝Torque_ratio*C_{max_dispo}。

扭矩限制的用意是在发动机速度变得太慢而且发动机停转的危险增加时使再生制动模式透明。

子块1412：BOOST测量

以与子块1411限定用于创建REGEN命令所需的测量相同的方式，该子块1412的任务是集中被认为是对正确产生用于扭矩助力的BOOST需求有用的全部测量。这包括但不限于：

-曲轴的转动速度(其可以由电机10的速度估计)

-设定的变速箱比率

-离合器的状态(或者经由变速器，或者经由离合器踏板)

-油门踏板的位置(用于检测加速的需求)

-刹车踏板的位置(用于确保该致动器模式)

-车辆的线速度

-“喷射截止(injection cut-out)”消息(用于确保该致动器模式)，如果可用的话。

所述测量几乎与用于REGEN功能的测量对称。

子块1415：BOOST需求的产生器

一般地，在其中来自电扭矩的BOOST助力可以有用的车辆的工作阶段有几种。三种最典型的情况如下：

1-当驾驶员压下油门踏板以提高其车辆的线速度而未换档时。依赖于提供的电扭矩的值，驾驶员可以检测到电助力(或无助力)。

2-空闲速度助推：如果有足够的能量可用而且如果有相对少的消费者设备，则有可能助推热引擎5以使得其减少其对于空闲速度的设置值和/或喷射的燃料量。

3-在换档时助推：这是可以在驾驶员换到较高的档位时激活的批准(approval)功能：当离合器接合时，链接到车辆的阻力扭矩(方向盘扭矩、车辆速度等)将发动机制动。接着将发生速度下降，速度下降可以借助该工作模式来限制。

除了上面三种情况之外，还有用于减少超级电容器中存储的能量的量的电消耗模式(BOOST_CONS)。根据该模式，以稳定的发动机速度和经过足够长时间的渐进转变，有可能施加正扭矩，其幅度依赖于多种条件而且不必能够由驾驶员检测到。

对于子块1415，其为BOOST需求产生器，该子块负责产生BOOST的需求。有几种情形可能需要电机10在发动机模式下工作。在电消耗的内部情形与其中通过向其提供机械扭矩而对热引擎5进行助力的情形之间进行区分，前一情形用于减少存储的电力的量的(相当罕有的情形)，后一情形或者用于帮助加速或者用于使得能够减少喷射的燃料量(该后一情形假定热引擎5的控制相对于瞬时发动机工作状况高度准确)。

对于全部电功能(REGEN和BOOST)，模块140向车辆的控制系统或热引擎5的控制系统通知其从热引擎5的轴提取或向热引擎5的轴提供的扭矩，以使得后者能够适配其行为。

依赖于本发明的应用，BOOST功能将被表示为：要提供到热引擎5的轴的扭矩、要提供的机械功率、或最大可用扭矩的百分比。说明书下文中，将另外假定作为参数提供的值是要提供到热引擎5的轴的扭矩。

依赖于实施例，要提供的扭矩的值可以由外部命令的给予者在必要时每次更新，直到完成任务。

倘若子块1412发生故障，如果系统未表现出任何组件故障则可以立即强制降级的从动模式。

子块1415具有其可以提供的扭矩的最大值，称为C_{max_dispo}。该最大扭矩与电机能够向热引擎5的轴提供的扭矩的最大值对应。因此，其与展示对于波动电压分量X的不同值在电动机模式下工作的电机10的最大扭矩的曲线图对应。

外部需求

典型地，本实施例中，子块1415的行为如下：

自治模式(Mode_BO＝0)：

C_boost＝0＝＞由系统管理扭矩助力(BOOST)

C_boost＞0＝＞给予外部需求的优先级超过由系统计算得到的值

从动模式(Mode_BO＝1)：

C_boost＝0＝＞无扭矩助力(BOOST)

C_boost＞0＝＞正常情形

内部需求

在任何时候，即便在自治模式下，外部命令给予者可以需求BOOST助力阶段，其将取代内部计算。内部计算提供要施加的扭矩C_{max_dispo}的百分比作为结果。

BOOST1

下列逻辑条件授权模式BOOST1：

-刹车踏板未激活(或者位置在某阈值以下)

-AND油门踏板＜某阈值

-AND油门踏板的压下速度＞某阈值

-AND离合器关闭

-AND变速箱比率≥1

-AND车辆的线速度＜参量阈值。

注意到，该特定模式使得有可能在需求加速时提供扭矩。

该情况下，可用于提供的最大扭矩的百分比遵从预定规律，诸如图6中作为示范所示。

BOOST2

下列逻辑条件授权模式BOOST2：

-油门踏板未激活(或在某阈值以下)

-AND(离合器完全打开OR变速箱比率处于空档)

-AND在一定时间内稳定在空闲速度。

注意到，系统1可以在空闲时介入以提供扭矩助力，以便允许减少要喷射的燃料的量。为了让该模式保持对驾驶员透明，优选的是向车辆的系统通知由系统1提供的扭矩，或者以比热扭矩的管理慢至少10倍的调节(regulation)循环施加用于空闲的扭矩助力。

该情况下，可用于提供的最大扭矩的百分比依赖于消耗的等级而且遵从预定规律，诸如图7中作为示范所示。

BOOST1_CONS1

下列逻辑条件授权模式BOOST_CONS1：

-刹车踏板未激活(或者位置在某阈值以下)

-AND已激活的油门踏板＞某阈值

-AND离合器关闭

-AND变速箱比率≥2

-AND车辆的线速度＞某阈值。

注意到，该特定模式使得能够在车辆在某速度以上行驶时减少Vb+X网的电压。该模式不必能够检测到，因而将要施加的扭矩是限制的扭矩。根据本发明，有几种可能的途径来确定该扭矩。

例如，施加的扭矩可以是恒定的并依赖于系统参数，或者可以是根据例如热引擎5的速度的其它考虑而可变的：

$\mathrm{Torque}\_\mathrm{value}=\frac{N_{\mathrm{noload}}\left(p\right)-N_{\mathrm{mes}}}{N_{\mathrm{noload}}\left(p\right)-N_{\mathrm{idle}}},$ 其中N_noload(p)是当热引擎5没有负载时与油门踏板的位置p对应的热引擎5的稳定速度。

施加扭矩的Cboost

下面的逻辑等式中模式CONS操控BOOST_CONS1的授权。施加的百分比依赖于授权的消耗模式，但是扭矩助力授权由以下标志给出：

BOOST_OK＝BOOST1 OR BOOST2 OR[BOOST_CONS1 AND CONS]

而施加的扭矩是：

C_boost＝Torque_ratio*C_{max_dispo}。

系统安全块142

更具体地参照图8至10，现在详细描述系统安全块142。

该块142允许依赖于微混合系统1的内部状态向Vb+X网的电压强加工作界限。

交流发电机-起动机系统中能够可用的全部已知功能可以由该功能块142实施，即：停车起步(STOP&GO)功能、ALTERNATOR(交流发电机)、REGEN、BOOST功能、以及DC-DC变换器功能。这里应当记住，停车起步功能，如说明书下文中提到的，在某些状况下关闭热引擎5并自动重新启动之，例如在压下油门踏板或挂档时。

块142的输出

操作的范围的最小值：X_min

用于校准/诊断的电压值：X_calibration

操作的范围的最大值：X_max

保护值：X_protection、l_{ex_max}、C_{regen_max}

安全值：X_safety、l_{ex_max}、C_{regen_max}

模式3＝保护(布尔逻辑)

模式4＝安全(布尔逻辑)

模式5＝校准/诊断(布尔逻辑)

子块1420：停车起步界限

该子块1420解释所涉及的应用中的依赖于系统的温度的要强加于该网上的电压的界限。请参照图9。以图表的形式，其对本发明的范围并非限制性的，下面的界限与最小额定工作电压(例如，能够实现某测试，诸如在1秒钟时间内驱动热引擎两次)对应。上面的界限通常与可靠性的界限(例如，关于AC-DC变换器11准许的最大电流)对应。

子块1421：REGEN界限

与子块1420类似，该子块1421解释所涉及的应用中的依赖于系统的温度的用于REGEN和BOOST功能的最大的界限。请参照图10。以图表的形式，其并非限制性的，下面的界限与BOOST模式下的最小额定工作电压(例如，能够实现某测试，诸如在BOOST模式下驱动热引擎1秒钟时间接着进行1秒钟的重新启动测试)对应。上面的界限通常与关于REGEN功能的可靠性的界限对应。

子块1422：超级电容器控制系统

子块1422是控制系统，其任务是限定超级电容器12的工作等级。其可以强制校准/诊断模式，从而强制特定的工作点。

子块1422推荐在其涉及的组件不处于工作状况时功能参数的值以及功能的激活的状态。

子块1423：电机10/AC-DC变换器11控制系统

子块1423是负责限定AC-DC变换器11和电机10的工作等级的控制系统。其可以强制校准/诊断模式，从而强制特定的工作点。其推荐在其涉及的组件不处于工作状况时功能参数的值以及功能的激活的状态。

子块1424：DC-DC变换器13控制系统

子块1424是负责限定DC-DC变换器13的工作等级的控制系统。其可以强制校准/诊断模式，从而强制特定的工作点。其推荐在其涉及的组件不处于工作状况时功能参数的值以及功能的激活的状态。

子块1425：电池2控制系统

子块1425是负责限定电池的工作等级的控制系统。其可以强制校准/诊断模式，从而强制特定的工作点。其推荐在其涉及的组件不处于工作状况时功能参数的值以及功能的激活的状态。

子块1426：Vb+X的安全策略

子块1426依靠子组件的功能状态来授权或禁止某些功能或其功能等级。

这里假定控制系统使得能够限定3种类型的模式：

-OK模式：与A类的正常功能等级对应

-降级模式：与来自B类和C类的工作模式对应

-KO模式：与来自D类和E类的工作模式对应

缺省地，安全和保护模式不被激活(OFF)。如果称为保护(protection)的模式3被激活，那么倘若没有外部需求则施加的设置值是X_protection。如果称为安全(safety)的模式4被激活，那么即便没有外部需求，施加的设置值是X_safety。给出两个对应标志的值的逻辑等式可以是：

PROTECTION＝降级模式超级电容器

OR降级模式AC-DC变换器和电机

OR降级模式DC-DC变换器

OR降级模式电池

SAFETY＝KO模式超级电容器

OR KO模式AC-DC变换器和电机

OR KO模式DC-DC变换器

OR KO模式电池

注意到，某些实施例中，如果声明了两种或更多的降级模式则SAFETY模式可能在某些情形下被触发。显然，给出上面的逻辑等式是作为示范而并非限制性的。

旋转系统状态机块143

更具体地参照图11，现在详细描述旋转系统状态机块143。

如果工作类是C、D、或E，依赖于采用的策略，交流发电机模式缺省地是模式1或1a。这里不描述具体模式3、4、和5。

在首次启动前以及在系统唤醒阶段中，依赖于测得的电容的电压，初始化不同的标志：

1-X_{max_regen}＞X_mes＞X_{max_120°}(其中X_{max_regen}＞X_{max_120°})

CONS＝TRUE

STOP_PROHIBITED＝TRUE AND STOP_AUTHORISED＝FALSE

START_120°＝TRUE(安全)

2-X_{max_120°}＞X_mes＞X_max

CONS＝TRUE

STOP_PROHIBITED＝FALSE AND STOP_AUTHORISED＝TRUE

START_120°＝TRUE

3-X_mes＜X_max

CONS＝FALSE

STOP_PROHIBITED＝FALSE AND STOP_AUTHORISED＝TRUE

START_120°＝FALSE

上面的标记CONS涉及执行用于消耗超级电容器12中任何可用的能量的特定的BOOST模式。标记STOP涉及说明书上文中描述的停车起步模式(英文中通常称为Stop&Go)。标记START和120°涉及电机10的起动机模式，其中，在启动热引擎5的初始阶段，向电机10提供其摆幅(swing)限制为120°的三相电压，以便特别地在初始启动阶段限制对电流的需求。

过程1“根据模式的交流发电机”

该模式中，根据限定的模式：1、1a、2、2a、或混合，进行调节。

在首次启动之后直到停车起步功能有可能为止，如果没有优先级从动模式则强制模式1a或2a。

如果车辆的状况需要改变交流发电机模式，则通过如下来平滑地完成转变：根据斜坡或其它类型的轨迹适配控制参数，并在转变期间强制(如果X_cons2是对新的设置值的计算)：

-如果X_cons2＞X_cons1则(REGEN_OK＝TRUE AND BOOST_OK＝FALSE)以及模式1

-如果X_cons2＜X_cons1则(REGEN_OK＝FALSE AND BOOST_OK＝TRUE)以及模式1

强制这些条件直到满足所选模式的条件为止。

如果模式CONS(CONS＝TRUE)已被激活，则有必要减少超级电容器的电压。不同的消耗策略是可能的，而且减少波动电压分量X的手段同样依赖于车辆的使用的阶段。

当热引擎转动时，优先的消耗模式是：

○1-如果有任何消费者设备则增加Vb网的电压，而且不改变交流发电机模式。

○2-正常BOOST模式

○3-BOOST_CONS模式以便加速消耗。

当热引擎停止时(依赖于所选策略)

○1-启动模式120°

○2-如果处于停车模式“足够”长则进行焦耳耗散(转子或定子)。

依赖于抑制策略，当电压回到最大准许阈值(K_{max_120°})以下时，CONS标志回到FALSE值，同时标志STOP_PROHIBITED＝FALSE而STOP_AUTHORISED＝TRUE。将与标志START_120°相关地确定管理停车起步功能的算法部分。当电压落入额定区域内(X_mes＜K_max)时，标志START_120°回到FALSE。

注意到，在其中抑制STOP功能的策略中，只有通过点火钥匙的动作才有可能发生其中热引擎停止的情形。然而，在从动操控模式中，如果条件允许则电动机控制系统可以要求系统1启动。这些“强迫的”启动被保存到存储器，而不通知驾驶员，用于未来维护中的分析。在其中不希望抑制STOP功能的策略中，有必要将转变T24(下面详述)的阈值X_{max_regen}选择在授权启动120°的最大电压K_{max_120°}以下。

转变T12

转变T12与通路“ALTERNATOR＝＞REGEN”对应，而且其被激活当且仅当：

-FORE_OK＝TRUE

-AND REGEN_OK＝TRUE

-AND C_regen＞阈值

注意到，即便在模式3、4、和5中，在某些限制下也可以激活REGEN功能。

转变T13

转变T13与转变“ALTERNATOR＝＞BOOST”对应，而且其被激活当且仅当：

-FOBO_OK＝TRUE

-AND BOOST_OK＝TRUE

-AND C_boost＞阈值

过程2REGEN

这是伴随波动电压分量X随着循环比增长而改变的迭代过程，而且必须适配控制参数以维持设置的扭矩值。

转变T21

转变T21与转变“REGEN＝＞ALTERNATOR”对应，而且其被激活当且仅当：

-REGEN_OK＝FALSE

-AND C_regen＜阈值

转变T23

转变T23与转变“REGEN＝＞BOOST”对应，而且其被激活当且仅当：

-FOBO_OK＝TRUE

-AND BOOST_OK＝TRUE

-AND C_boost＞阈值

转变T24

转变T24与转变“REGEN＝＞CONS”对应，而且其被激活当且仅当：

-X_mes＞X_{max_regen}

为了授权停车起步功能，必须将该阈值X_{max_regen}选择为低于最大重新启动界限(X_{max_regen}＜X_{max_120°})，同时采取诸如120°启动的某些保护。如果希望将再生制动容量最大化(X_{max_regen}＞X_{max_120°})，则有必要抑制停车起步功能直到电压回到安全阈值X_{max_120°}以下为止。

过程3BOOST

BOOST过程与到具有扭矩值C_boost作为设置值的致动器模式(扭矩助力)的转变对应。其是伴随波动电压分量X随着时间而减少的迭代过程，因而有必要适配控制参数以维持设置的扭矩值。渐进地完成扭矩的施加以使得转变不可察觉。

转变T31

转变T31与转变“BOOST＝＞ALTERNATOR”对应，而且其被激活当且仅当：

-FOBO_OK＝FALSE

-OR BOOST_OK＝FALSE

-OR_C_boost＜阈值

转变T32

转变T32与转变“BOOST＝＞REGEN”对应，而且其被激活当且仅当：

-FORE_OK＝TRUE

-AND REGEN_OK＝TRUE

-AND C_regen＞阈值

过程4CONS

该过程仅当再生制动之后的最终电压在某阈值以上时发生。减少波动电压分量X的手段依赖于车辆的使用的阶段而且已经在上面过程1中描述。

借助标志CONS＝TRUE的帮助并根据所选的策略将到该过程的转变保存在存储器中，停车起步功能或者借助另一标志STOP_PROHIBITED＝TRUE来抑制，或者借助标志START_120°＝TRUE由120°启动模式限制。

转变T41

转变T41与转变“CONS＝＞ALTERNATOR”对应。

交流发电机模式的说明

以下对不同交流发电机模式的说明中，考虑变量X_min和X_max是系统安全块的输出，或者是每种模式中的内部变量。显然这是实施例的具体示例，其在任何意义上都不限制本发明的范围。

模式1

这是其中将波动电压分量X固定在由设置值指示的确定值的交流发电机模式。

基准电压可以是中间值，或者可以由车辆控制系统强制或可以甚至依赖于应用，这本质上不限制该工作模式。

该模式1中，下列条件应用于模式REGEN和BOOST：

如果X_mes＞＝X_cons则(BOOST_OK＝TRUE AND REGEN_OK＝FALSE)

如果X_mes＜＝X_cons则(BOOST_OK＝FALSE AND REGEN_OK＝TRUE)

因而基准电压可以是X_min与X_max之间的中间值。然而，依赖于应用，如果Vb网上有更多的消费者设备则基准电压可以更接近X_min，或者如果Vb+X网上有更多的消费者设备则其也可以更接近X_max。

模式1a

这是其中将波动电压分量X固定在最佳值的交流发电机模式。

下列条件应用于模式REGEN和BOOST：

如果X_mes＞＝X_cons则(BOOST_OK＝TRUE AND REGEN_OK＝FALSE)

如果X_mes＜＝X_cons则(BOOST_OK＝FALSE AND REGEN_OK＝TRUE)

可以通过建模、通过映射、或通过插值来完成该最佳值的计算，以便找到在电能转换方面最佳的固定电压。为此，可以使用用于DC-DC变换器和处于逆变器模式下的AC-DC变换器的效率映射(map)。计算例程或映射接着找到将依赖于估计得到的消耗P_cons14V和P_cons+x的总效率r1％*r2％最优化的波动电压分量X。设置值因而不固定而且根据电力消耗的改变来适配。

注意到，交流发电机效率r1％主要依赖于波动电压分量X、电机的转动速度、以及电流输出，而DC-DC变换器的效率r2％依赖于2个电压网之间的电压间隙以及Vb网上的输出。效率最大值因而极少与相同的波动电压分量X对应，而所选的电压因而通常是折衷值。

模式2

这是称为强迫交替的交流发电机模式，其中一旦测得的电压达到X_max基准电压就变成X_min。

这是电压X_min与X_max之间的“带到带(band-to-band)”类型的模式。

下列条件应用于模式REGEN和BOOST：

如果X_mes＞＝X_max则(BOOST_OK＝TRUE AND REGEN_OK＝FALSE)

如果X_mes＜＝X_min则(BOOST_OK＝FALSE AND REGEN_OK＝TRUE)

模式2a

这是称为自由运转(free running)交替的交流发电机模式，在X_min与X_max之间没有任何设置值。如果没有太多消费者设备而且有很多再生制动阶段则该交替模式很有效。一旦消耗增加，常常优选的是转到另外的交流发电机模式。

下列条件应用于模式REGEN和BOOST：

如果X_mes＞＝X_ref则(BOOST_OK＝TRUE AND REGEN_OK＝FALSE)

如果X_mes＜＝X_min则(BOOST_OK＝FALSE AND REGEN_OK＝TRUE)

混合模式

这是称为速度范围模式的交流发电机模式。如果相对于电力消耗有足够的存储容量用于电能(超级电容器)，则通过将已经描述的交流发电机模式中的几种进行混合，有可能设想将交流发电机模式仅应用于某些速度范围。

该具体实施例中，该混合模式以下列条件为特征：

如果N＞N_max则(REGEN_OK＝TRUE AND BOOST_OK＝FALSE)

如果N＜N_max则模式1a

该混合模式使得仅仅有可能允许在从旋转电机的效率的角度看有利的发动机速度范围上向交流发电机模式转变。注意到在某些情况下，模式2a可以有利地代替模式1a用于干道公路或高速公路上。

显然，本发明不限于上面已描述的具体实施例，而且依赖于应用可以产生不同的变体和修改。因此，在本发明的某些应用中，操控策略模块能够根据其对车辆的境况/状态的认识向车辆系统提供关于要操控的外部设备的信息。例如，当该模块知道热引擎在高效率运转时，或当微混合系统处于REGEN模式(表示有能量可用)时，该模块可以指示车辆系统可以以较高的功率使用空调压缩机。

Claims (16)

1.一种用于运输车辆的微混合系统，包括：旋转电机(10)，适合于机械地耦接到所述车辆的发动机(5)；AC-DC变换器(11)；DC-DC变换器(13)；第一(12)和第二(2)电能贮存器，适合于存储由所述旋转电机(10)产生的电能并将其还原用于由车辆装备的消费者设备使用；以及控制装置(14)，用于控制所述微混合系统的工作，其特征在于：

所述控制装置(14)包括操控装置(140)，操控装置(140)既适合于自治地依照至少依赖于其自身对微混合系统的内部状态以及车辆的状态的认识的多个策略操控微混合系统的工作模式(ALTERNATOR、REGEN、BOOST)，又适合于在从动模式下根据包含在来自车辆系统的外部需求中的指令操控所述工作模式(ALTERNATOR、REGEN、BOOST)，

其中所述操控装置(140)包括状态机装置(ALTERNATOR、REGEN、BOOST、BOOST_CONS)，状态机装置(ALTERNATOR、REGEN、BOOST、BOOST_CONS)至少根据由所述操控装置(140)产生的监视信息和安全信息而授权微混合系统的所述工作模式之间的转变(T)。

2.如权利要求1所述的微混合系统，其特征在于：

所述操控装置(140)包括监视装置(141)，监视装置(141)确定车辆的境况，而且考虑对车辆的境况的确定和/或来自车辆系统的外部需求，至少部分地授权并限定微混合系统的所述工作模式(ALTERNATOR、REGEN、BOOST)至少其中之一。

3.如权利要求2所述的微混合系统，其特征在于：

所述监视装置(141)包括估计下列境况至少其中之一的车辆的境况的装置(1410)：

-车辆在城市环境中；

-车辆在干道公路上；

-车辆在高速公路上。

4.如权利要求2所述的微混合系统，其特征在于：

所述监视装置(141)包括在至少考虑车辆的所述境况的同时从几种可用的交流发电机工作模式(模式1、1a、2、2a、混合)中授权并选择所述旋转电机(10)的交流发电机工作模式的装置(1413)。

5.如权利要求2所述的微混合系统，其特征在于：

所述监视装置(141)包括授权并限定所述旋转电机(10)的再生制动的工作模式的装置(FORE_OK、1414、1411)。

6.如权利要求2所述的微混合系统，其特征在于：

所述监视装置(141)包括授权并限定所述旋转电机(10)的扭矩助力的工作模式的装置(FOBO_OK、1415、1412)。

7.如权利要求1所述的微混合系统，其特征在于：

所述操控装置(140)包括安全装置(142)，安全装置(142)基于微混合系统的至少某些工作元件的内部表示和/或来自车辆系统的外部需求来限定微混合系统的至少一个工作界限。

8.如权利要求7所述的微混合系统，其特征在于：

所述至少一个工作界限包括在微混合系统的下列工作界限之内：微混合系统的波动电压分量(X)的工作范围的最小和最大值(X_min、X_max)；所述波动电压分量(X)的校准/诊断(X_calibration)、保护(X_protection)和安全(X_safe)值；所述旋转电机(10)的转子的激励电流的最大值(l_{ex_max})；以及所述旋转电机(10)的再生制动模式(REGEN)下拉出的机械扭矩的最大值(C_{regen_max})。

9.如权利要求7所述的微混合系统，其特征在于：

所述内部表示至少包括下列工作元件：所述旋转电机(10)、所述AC-DC变换器(11)、所述DC-DC变换器(13)、以及所述第一(12)和第二(2)电能贮存器。

10.如权利要求1所述的微混合系统，其特征在于：

所述监视信息和安全信息分别由所述监视装置(141)和安全装置(142)提供。

11.如权利要求1所述的微混合系统，其特征在于：

所述工作模式包括下列模式：

-至少一种交流发电机模式(ALTERNATOR；模式1、1a、2、2a、混合)；

-至少一种再生制动模式(REGEN；REGEN1、REGEN2)；以及

-至少一种扭矩助力模式(BOOST；BOOST1、BOOST2、BOOST_CONS)。

12.如权利要求1所述的微混合系统，其特征在于：

所述工作模式至少包括下列五种交流发电机模式其中之一：

-其中将波动电压分量固定在由设置值指示的确定值的交流发电机模式(模式1)；

-其中将所述波动电压分量(X)固定在最佳值的交流发电机模式(模式1a)；

-其中在所述测得的波动电压分量达到最大值(X_max)时所述设置值转到最小值(X_min)的交流发电机模式(模式2)；

-其中在所述波动电压分量的最小(X_min)与最大(X_max)值之间不固定任何设置值的交流发电机模式(模式2a)；以及

-在所述旋转电机(10)的不同工作速度范围上包括上述模式中的至少两种的混合交流发电机模式(混合模式)。

13.如权利要求1所述的微混合系统，其特征在于：

所述工作模式至少包括下列三种扭矩助力模式其中之一：

-伴随压下车辆的油门踏板而介入的扭矩助力模式(BOOST1)；

-在发动机处于空闲速度时介入的扭矩助力模式(BOOST2)；

-在车辆的变速箱的比率改变时介入的扭矩助力模式；以及

-意在消耗所述电能贮存器中的至少一个中存储的可用电能的扭矩助力模式(BOOST_CONS)。

14.如权利要求1所述的微混合系统，其特征在于：

所述第一和第二电能贮存器中的至少一个包括至少一个超级电容器(12)。

15.如权利要求14所述的微混合系统，其特征在于：

所述电能贮存器包括超级电容器(12)，超级电容器(12)供应处于包含波动电压分量(X)的DC电压(Vb+X)下的车载网，而另外的电能贮存器(2)供应处于基本稳定的DC电压(Vb)下的另一个车载网。

16.如权利要求1至15中任意一项所述的微混合系统，其特征在于：

所述操控装置(140)包括根据其对车辆的境况/状态的认识向车辆系统提供关于要操控的外部设备的信息的装置。

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