CN102069794A

CN102069794A - 控制混合动力车的经济性驾驶的系统和方法及混合动力车

Info

Publication number: CN102069794A
Application number: CN2010102894443A
Authority: CN
Inventors: 金尚准; 朴俊泳
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2009-11-19
Filing date: 2010-07-30
Publication date: 2011-05-25
Anticipated expiration: 2030-07-30
Also published as: US20110118921A1; KR20110055293A; KR101114381B1; CN102069794B

Abstract

本发明提供了控制混合动力车的经济性驾驶的系统和方法及包含其的混合动力车，所述控制系统包括：控制发动机的输出扭矩的发动机控制器；控制电动机的输出扭矩的电动机控制器；显示与驾驶条件相应的驾驶信息的显示部；以及混合动力控制器，其通过考虑与发动机和电动机的运转相应的当前燃料消耗效率控制值以及与车辆速度和驾驶条件相应的驾驶模式燃料消耗效率控制值来引导经济性驾驶条件。

Description

控制混合动力车的经济性驾驶的系统和方法及混合动力车

技术领域

本发明一般涉及混合动力车。更特别地，本发明涉及提供最优化的经济性驾驶的用于混合动力车的经济性驾驶的控制装置及其方法，并且本发明还涉及包含这样的控制装置的混合动力车。

背景技术

混合动力车典型地包括往复式发动机和电动机(电动机/发电机)，其中电动机通过高压电池运转以在车辆运行时辅助发动机。这样的配置通过两种动力源的组合来提供高能量效率和低排放。

当考虑混合动力车的动力性能、燃料消耗以及操纵性能时，自动变速器通常设置为使得为换挡自动确定最优化的变速比。

在本领域已知的一些汽油车辆中，通过实现为对车辆驾驶者而言通常可视的车辆仪表群的显示装置以预定方法显示由驾驶者的快速或突然加速引起的当前燃料消耗量。另外，通过这样的显示装置即仪表群显示驾驶模式(诸如加速踏板和/或制动踏板的行程)。通常这样做以便引导或激发驾驶者，使他们执行经济性驾驶。

然而，与传统的纯发动机动力车辆相比，混合动力车根据驾驶条件对发动机和电动机进行不同的控制。因此，当同样地控制加速踏板或制动踏板时，燃料消耗量、电池耗电量和再生制动量是不同的。结果，不能引起均衡的或经济性的驾驶模式。

本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包含不形成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的特征在于一种用于混合动力车的控制装置，其具有当使用这样的混合动力车时引导经济性驾驶的有利效果。本发明的特征还在于包含这样的控制装置的混合动力车。在另外的方面/实施例中，本发明的特征在于用于引导最优的经济性驾驶的方法。这样的方法包括将权重值因子应用于由当前燃料消耗效率控制值确定的驾驶模式的燃料消耗控制值，所述当前燃料消耗效率控制值通过燃料消耗量等效值、车辆速度和驾驶者操作来计算。

在另外的方面/实施例中，本发明的特征在于一种控制装置，其配置成引导或激发混合动力车的经济性驾驶。这样的车辆包括发动机和电动机。在另外的实施例中，这样的车辆包括控制发动机的输出扭矩的发动机控制器，控制电动机的输出扭矩的电动机控制器，以及显示部。显示部设置成用于显示与驾驶条件(driving condition)相应的驾驶信息。这样的车辆还包括混合动力控制器，其通过考虑与发动机和电动机的操作相应的当前燃料消耗效率控制值以及与车辆速度和驾驶条件相应的驾驶模式燃料消耗效率控制值来引导经济性驾驶条件。

在本发明另外的方面/实施例中，本发明的特征在于一种用于混合动力车的经济性控制方法。这样的方法包括通过考虑作为燃料和电池的实际消耗量的当前燃料消耗来确定当前燃料消耗效率控制值，通过考虑由车辆速度和驾驶条件确定的燃料消耗来确定驾驶模式燃料消耗效率控制值，以及通过将权重值因子应用于当前燃料消耗效率控制值和驾驶模式燃料消耗效率控制值来向驾驶者引导经济性驾驶。

在上述的本发明中，应用当前燃料消耗和一般驾驶模式来最优化燃料和电池消耗量并引导经济性驾驶，使得混合动力车的生产能力得到提高。

本发明的特征还在于包含这样的控制装置和本发明的方法的混合动力车。

本发明的其它方面和实施例将描述在此。

应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有石油(例如汽油、柴油)动力又有电动力的车辆。

附图说明

为了更充分地理解本发明的本质和期望目标，参考结合附图给出的以下详细描述，其中同样的附图标记在几幅图中始终表示相应的部件，其中：

图1是示出根据本发明的再生制动扭矩控制装置和混合动力车的示意图；

图2是根据本发明的用于混合动力车的再生制动扭矩控制的处理或方法的高级流程图。

10：ECU

20：HCU

30：MCU

40：电池

50：BMS

60：ABS

70：电动机

80：发动机

90：发动机离合器

100：变速器

110：车辆速度检测器

具体实施方式

在以下详细描述中，通过例证的方式来示出和描述本发明的某些方面和/或实施例。如本领域技术人员应该认识到的那样，所述实施例可以以各种不同的方式变形，而不脱离本发明的精神或范围。附图和描述应被认为在本质上是例证性的而不是限制性的，并且同样的附图标记在整个说明书中始终表示同样的元件。

根据各方面/实施例，本发明的特征在于一种用于具有发动机和电动机的混合动力车的经济性驾驶的控制装置。这样的控制装置包括显示部和混合动力控制器。显示部包括本领域技术人员已知的大量显示器中的任意一种并且更特别地包括被利用并集成到包括混合动力车在内的车辆的仪表群中的那些显示器。这样的显示器显示表示驾驶条件的驾驶信息。

混合动力控制器被配置成通过考虑与发动机和电动机的操作相应的当前燃料消耗效率控制值以及与车辆速度和驾驶条件相应的驾驶模式燃料消耗效率控制值来引导经济性驾驶条件。

在另外的实施例中，显示器显示与混合动力车的经济性驾驶相关的信息。

在另外的实施例中，混合动力控制器应用燃料消耗量等效值和再生率来计算包括燃料消耗量和电池消耗量在内的当前燃料消耗效率控制值。

在另外的实施例中，混合动力控制器配置成使用以下关系式来确定燃料消耗率等效值：

if (Bat_Cur \times Bat_Volt > 0)

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt}{Bat_Ave_Chg_Eff \times Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

else

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt \times Bat_Ave_Dch_Eff}{Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

其中Bat_Cur为电池电流(A)，Bat_Volt为电池电压(V)，Bat_Ave_Chg_Eff为电池平均充电效率，Bat_Ave_Dch_Eff为电池平均放电效率，Eng_Ave_Eff为发动机平均效率，并且Eqv_Fuel为燃料热当量(ul/W)。

在本发明另外的方面/实施例中，本发明的特征还在于一种混合动力车，其包括发动机，电动机，以及本文中描述的用于混合动力车的经济性驾驶的控制装置中的任何一个。在更特别的实施例中，电动机是电动机/发电机，其可操作地连接到发动机的输出以便在车辆运行期间至少辅助发动机，并且在另外的实施例中能够再生制动。

在更特别的方面/实施例中，控制装置包括显示部和混合动力控制器。显示部显示驾驶信息，这样的信息表示驾驶条件。混合动力控制器配置成通过考虑与发动机和电动机的操作相应的当前燃料消耗效率控制值以及与车辆速度和驾驶条件相应的驾驶模式燃料消耗效率控制值来引导经济性驾驶条件。此外，所显示的驾驶信息包括由混合动力控制器提供的用于引导经济性驾驶的信息。

在另外的实施例中，混合动力控制器将所确定的当前燃料消耗效率控制值加到所确定的驾驶模式燃料消耗效率控制值上，将其结果用于引导经济性驾驶。

在另外的实施例中，混合动力车还包括用于储存电力的电源，并且利用再生制动来产生储存在电源中的电力。

现在参考图1，其是示出根据本发明的再生制动扭矩控制装置210和混合动力车200的示意图。

这样的混合动力车200和再生制动扭矩控制装置210包括显示部5、发动机控制单元(ECU)10、混合动力控制单元(HCU)20、电动机控制单元(MCU)30、电池40、电池管理系统(BMS)50、电力制动单元(EBU)60、电动机70、发动机80、发动机离合器90、变速器100、车辆速度传感器110以及车轮120。

显示部5优选地被实现为车辆的仪表群，并且配置成显示与混合动力车的驾驶条件相应的一般信息，以及燃料消耗信息，该燃料消耗信息包括当前燃料消耗和驾驶模式燃料消耗以引导最优的经济性驾驶。也如本文中指示的那样，显示部包括本领域技术人员已知的大量显示器中的任意一种并且更特别地包括被利用并集成到包括混合动力车在内的车辆的仪表群中的那些显示器。

如本领域技术人员已知的那样，电动机70是电动发电机，其在一种工作模式中作为电动机工作，以提供动力和扭矩来辅助发动机，并在另一种工作模式中其充当发电机，以便引起车辆的再生制动。使用为本领域技术人员已知的大量技术中的任意技术来消耗由再生制动产生的能量和/或将该能量用来给电动机电源充电。在示例性实施例中，电源是电池。本文中对电动机的提及应该理解为当正在输出功率或扭矩时是指电动机，并且当电动机正在产生电力时是指发电机。

也如本文中所指示的那样，发动机80是利用大量可燃材料中的任意一种来产生功率或扭矩的为本领域技术人员已知的或在以后被研发出的大量发动机中的任意一种。

ECU 10与连接到网络的HCU 20一起根据加速踏板位置传感器(APS，accelerator position sensor)(未示出)的信号来控制发动机80的输出扭矩。

HCU 20通过网络根据驾驶指令和条件来控制各控制器，从而控制发动机80和电动机70的输出扭矩。如果从EBU 60检测到制动指令，则HCU计算电动机70的再生制动量，并且控制供应到制动缸的液压，并因此通过EBU 60控制每个车轮120的制动器，以便执行再生制动和减速控制。

HCU 20应用与混合动力车的发动机80和电动机70的操作相应的燃料消耗量和再生率以计算包括燃料消耗量和电池消耗量在内的当前燃料消耗效率，并将其乘以预定的第一权重值因子来确定当前燃料消耗效率控制值。

此外，HCU将预定的第二权重值因子应用于由车辆速度和驾驶者的驾驶指令确定的驾驶模式值，来计算驾驶模式燃料消耗效率控制值。

此外，HCU将当前燃料消耗效率控制值加到驾驶模式燃料消耗效率控制值上，将其结果优选地用来引导经济性驾驶。

HCU 20基于实际汽油燃料消耗量和电池消耗量来计算在计算当前燃料消耗效率时应用的燃料消耗量等效值(例如，作为汽油消耗量)。

当前燃料消耗效率控制值在同一系统中的同一驾驶者的条件下可以不同，并且驾驶模式燃料消耗效率控制值是基于驾驶条件的预定值。

关于燃料消耗量等效值，在加速(操作)条件下应用包括车辆速度在内的每单位燃料行驶距离等效值(Km/L)，在再生制动条件下应用每单位减速度燃料再生率，并且在怠速停止条件下应用每单位燃料怠速时间等效值。

当在再生制动条件下减速度较小并且再生率等效值较大时，每单位减速度燃料再生率较大。

此外，将车辆速度、APS信号、BPS信号以及空调器/加热器开关信号应用于驾驶模式燃料消耗效率控制值。

HCU 20将MCU 30提供的充电和放电电功率转换为燃料消耗率，并将ECU 10提供的发动机80的燃料消耗率加到其上，以便计算总燃料消耗率等效值。

燃料消耗率等效值使用以下关系式来确定：

(等式1)

if (Bat_Cur \times Bat_Volt > 0)

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt}{Bat_Ave_Chg_Eff \times Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

else

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt \times Bat_Ave_Dch_Eff}{Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

在等式1中，Bat_Cur为电池电流(A)，Bat_Volt为电池电压(V)，Bat_Ave_Chg_Eff为电池平均充电效率，Bat_Ave_Dch_Eff为电池平均放电效率，Eng_Ave_Eff为发动机平均效率，并且Eqv_Fuel为燃料热当量(μl/W)。

MCU 30使用电池消耗量来控制电动机70的工作与扭矩，并在再生制动期间将电动机70产生的电力储存在电池40或电源中。

电池40或电源在混合动力模式(HEV)和电动机模式(EV)下向电动机70供应电力，并在再生制动控制期间采用由电动机70取回的电力来充电。

BMS 50检测电池40的电压、电流和温度，控制充电状态(SOC)以及充电和放电电流量，并通过网络向HCU 20提供相关数据。

EBU 60计算由驾驶者做出的BPS信号所要求的制动扭矩，并根据制动扭矩将液压供应给液压缸，并因此供应给车轮120的制动器。

在混合动力模式(HEV)下根据MCU 30的操作信号通过电池或电源运转的电动机70辅助发动机80的输出扭矩，并且在电动机模式(EV)下通过MCU 30运转的电动机使车辆运动而不利用发动机的输出扭矩。

发动机80的输出扭矩由ECU 20控制。

发动机离合器90布置在发动机80与电动机70之间，并由HCU 20操作。

自动变速器100将排挡变为由变速器控制单元(TCU)(未示出)基于车辆速度、节流阀开放度和输入扭矩确定的目标档以便加速车辆。

车辆速度传感器110从变速器的输出轴的旋转速度中检测车辆的驾驶速度。

包括上述功能的混合动力车的经济性驾驶按照下述方式来控制。

根据各个模式(诸如一般操作和经济性驾驶控制)来控制混合动力车，将省略一般操作的详细描述，并且将描述由发动机和电动机提供的经济性驾驶控制。

现在参考图2，其示出根据本发明的混合动力车的再生制动扭矩控制的处理或方法的高级流程图。

在驾驶混合动力车的处理中(步骤S101)。HCU 20检测和分析来自通过网络连接的控制装置的驾驶和控制数据(步骤S102)。

也就是说，HCU采集和分析作为加速踏板行程的加速踏板开关(APS)信号，作为制动踏板行程的制动踏板开关(BPS)信号，加速率(acceleration rate)，爬行条件(creep condition)，惯性驾驶条件，制动条件，车辆速度，空调器系统或加热器状况，以及电池的SOC、电流和电压。

然后，基于采集的驾驶和控制数据，根据发动机80和电动机70的操作，应用燃料消耗量等效值和再生率来计算包括燃料消耗量和电池消耗量在内的当前燃料消耗效率(步骤S103)，并将预定的第一权重值因子应用于当前燃料消耗效率(步骤S104)。

被应用以便计算当前燃料消耗效率的燃料消耗量等效值是从发动机80的燃料消耗(例如，汽油燃料)量和电池的消耗量计算的，其中将电池消耗量兑换为燃料消耗量。

在加速条件下将包括车辆速度在内的每单位燃料行驶距离等效值(Km/l)应用于燃料消耗量等效值，在再生制动条件下将每单位减速度燃料再生率应用于燃料消耗量等效值，并且在怠速停止条件下将每单位燃料怠速时间等效值应用于燃料消耗量等效值。

如果车辆的减速度较小并且再生率等效值较大，则在再生制动条件下每单位减速度燃料再生率得到提高。

通过将发动机80的燃料消耗率加到电池的充放电电力上来计算燃料消耗率等效值，其中将充放电电力变换为燃料消耗率，并用公式将其表示为如等式1提供的那样，为了方便将等式1复现如下：

(等式1)

if (Bat_Cur \times Bat_Volt > 0)

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt}{Bat_Ave_Chg_Eff \times Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

else

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt \times Bat_Ave_Dch_Eff}{Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

如本文中所指示的那样，在该等式中，Bat_Cur为电池电流(A)，Bat_Volt为电池电压(V)，Bat_Ave_Chg_Eff为电池平均充电效率，Bat_Ave_Dch_Eff为电池平均放电效率，Eng_Ave_Eff为发动机平均效率，并且Eqv_Fuel为燃料热当量(μl/W)。

如果在同一驾驶者条件下通过与系统相应的燃料消耗量和电池消耗量来计算当前燃料消耗效率，则确定用于控制发动机80和电动机70的控制值。

然后，检测车辆速度、作为驾驶者的驾驶信号的APS数据、作为制动信号的BPS数据以及空调器/加热器操作信号来确定驾驶模式(步骤S105)，并将预定的第二权重值因子应用于驾驶模式来计算燃料模式燃料消耗控制值，而不管燃料和电池的使用情况(步骤S106)。

此外，在步骤S104中，将通过当前燃料消耗效率计算的当前燃料消耗效率控制值和通过驾驶模式燃料消耗计算的驾驶模式燃料消耗效率控制值相加来确定在控制发动机80和电动机70时提供最优燃料消耗的经济性驾驶的控制值(步骤S107)。

如果经济性驾驶的控制值如上所述被确定，则发动机80的输出由连接到网络的ECU 10控制，并且电动机70的输出由MCU 30控制，以便引导最小燃料消耗量和电池消耗量，并通过显示部5显示与经济性驾驶相关的驾驶模式或驾驶信息，使得驾驶者执行经济性驾驶(步骤S108)。

尽管已经参考优选实施例详细描述了本发明，但本领域技术人员应该理解的是，可以对其做出各种变形和替换而不脱离如所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。

Claims

1.一种用于具有发动机和电动机的混合动力车的经济性驾驶的控制装置，该控制装置包括：

控制发动机的输出扭矩的发动机控制器；

控制电动机的输出扭矩的电动机控制器；

显示与驾驶条件相应的驾驶信息的显示部；以及

混合动力控制器，其通过考虑与所述发动机和所述电动机的运转相应的当前燃料消耗效率控制值以及与车辆速度和驾驶条件相应的驾驶模式燃料消耗效率控制值来引导经济性驾驶条件。

2.如权利要求1所述的用于混合动力车的经济性驾驶的控制装置，其中所述混合动力控制器应用燃料消耗量等效值和再生率来计算包括燃料消耗量和电池消耗量在内的所述当前燃料消耗效率控制值。

3.如权利要求1所述的用于混合动力车的经济性驾驶的控制装置，其中所述混合动力控制器将预定的权重值因子应用于所述当前燃料消耗效率控制值和所述驾驶模式燃料消耗效率控制值。

4.如权利要求2所述的用于混合动力车的经济性驾驶的控制装置，其中所述混合动力控制器在加速条件下应用包括车辆速度在内的每单位燃料行驶距离等效值(Km/l)，在再生制动条件下应用每单位减速度燃料再生率，并且在怠速时应用每单位燃料怠速时间等效值，来计算所述燃料消耗量等效值。

5.如权利要求4所述的用于混合动力车的经济性驾驶的控制装置，其中所述混合动力控制器应用车辆速度和加速踏板行程、制动踏板行程以及空调器/加热器运转状况来确定所述驾驶模式燃料消耗效率控制值。

6.如权利要求2所述的用于混合动力车的经济性驾驶的控制装置，其中所述混合动力控制器应用以下等式来确定燃料消耗率等效值：

if (Bat_Cur \times Bat_Volt > 0)

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt}{Bat_Ave_Chg_Eff \times Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

else

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt \times Bat_Ave_Dch_Eff}{Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

其中Bat_Cur为电池电流(A)，Bat_Volt为电池电压(V)，Bat_Ave_Chg_Eff为电池平均充电效率，Bat_Ave_Dch_Eff为电池平均放电效率，Eng_Ave_Eff为发动机平均效率，并且Eqv_Fuel为燃料热当量(μl/W)。

7.一种混合动力车的经济性控制方法，包括以下步骤：

通过考虑作为燃料和电池的实际消耗量的当前燃料消耗来确定当前燃料消耗效率控制值；

通过考虑由车辆速度和驾驶条件确定的燃料消耗来确定驾驶模式燃料消耗效率控制值；以及

通过将权重值因子应用于所述当前燃料消耗效率控制值和所述驾驶模式燃料消耗效率控制值来向驾驶者引导经济性驾驶。

8.如权利要求7所述的混合动力车的经济性控制方法，其中通过应用燃料消耗量等效值来计算所述当前燃料消耗。

9.如权利要求8所述的混合动力车的经济性控制方法，其中通过将发动机的汽油燃料消耗量和电池使用量转换为汽油消耗量，在加速条件下应用包括车辆速度在内的每单位燃料行驶距离等效值(Km/l)，在再生制动条件下应用每单位减速度燃料再生率，并且在怠速时应用每单位燃料怠速时间等效值，来计算所述燃料消耗量等效值。

10.如权利要求8所述的混合动力车的经济性控制方法，其中所述当前燃料消耗效率控制值是与驾驶条件相应的燃料消耗量和与电池消耗量相应的燃料消耗量，并且所述驾驶模式燃料消耗效率控制值是与驾驶条件相应的预定值。

11.一种用于具有发动机和电动机的混合动力车的经济性驾驶的控制装置，该控制装置包括：

显示驾驶信息的显示部，所述驾驶信息表示驾驶条件；以及

混合动力控制器，其被配置成通过考虑与所述发动机和所述电动机的运转相应的当前燃料消耗效率控制值以及与车辆速度和驾驶条件相应的驾驶模式燃料消耗效率控制值来引导经济性驾驶条件。

12.如权利要求11所述的控制装置，其中显示包括：显示与所述混合动力车的经济性驾驶相关的信息。

13.如权利要求11所述的控制装置，其中所述混合动力控制器应用燃料消耗量等效值和再生率来计算包括燃料消耗量和电池消耗量在内的所述当前燃料消耗效率控制值。

14.如权利要求2所述的控制装置，其中所述混合动力控制器被配置成使用以下关系式来确定燃料消耗率等效值：

if (Bat_Cur \times Bat_Volt > 0)

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt}{Bat_Ave_Chg_Eff \times Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

else

= \frac{Bat_Cur \times Bat_Volt \times Bat_Ave_Dch_Eff}{Eng_Ave_Eff \times Eqv_Fuel}

15.一种混合动力车，包括：

发动机；

电动机，其可操作地连接到所述发动机的输出以便在车辆运行期间至少辅助所述发动机，并且所述电动机能够再生制动；以及

用于混合动力车的经济性驾驶的控制装置，该控制装置包括：

显示驾驶信息的显示部，所述驾驶信息表示驾驶条件；

混合动力控制器，其被配置成通过考虑与所述发动机和所述电动机的运转相应的当前燃料消耗效率控制值以及与车辆速度和驾驶条件相应的驾驶模式燃料消耗效率控制值来引导经济性驾驶条件；并且

其中所显示的驾驶信息包括由所述混合动力控制器提供的用于引导经济性驾驶的信息。