CN102452323A

CN102452323A - 车辆用发电控制装置

Info

Publication number: CN102452323A
Application number: CN2011101861771A
Authority: CN
Inventors: 堀保义
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-06-23
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-06-23
Also published as: JP2012092673A; US20120098502A1; US8570000B2; CN102452323B; JP5048824B2; FR2966412A1; FR2966412B1

Abstract

车辆用发电控制装置在再生发电时高效地对蓄电装置进行充电，并防止驾驶性能因再生发电时的发电转矩变化而恶化。包括在蓄电装置的推定充电率低于目标充电率的情况下对发电机进行发电控制、使得蓄电装置的推定充电率达到目标充电率的正常发电控制单元；以及在车辆正在减速且停止对内燃机提供燃料的期间内对发电机进行发电控制的再生发电控制单元，还包括根据车速对减速时的再生发电中的充电量进行预测的再生时充电量预测单元，使蓄电装置的目标充电率随着由再生时充电量预测单元求出的再生时预测充电量的增加而下降，且再生发电控制单元限制在减少发电量的方向上，使得在有无对蓄电装置进行充电时、发电机中发电所需的转矩之差在规定转矩差以内。

Description

车辆用发电控制装置

技术领域

本发明涉及在车辆减速时主动实施再生发电的车辆用发电控制装置。

背景技术

在现有的车辆的发电控制装置中，特别是关于在车辆减速时主动实施再生发电的车辆用发电控制装置，如专利文献1所示，存在使发电装置对充电电池的充电率随着车速的上升而下降、从而增加由再生电流所进行的充电的装置。

根据该专利文献1所示的现有装置，能对与车速的平方近似成正比的再生能量进行回收而不浪费，能大幅降低车辆行驶所需的燃料的消耗。

此外，关于再生发电时的转矩控制，是涉及电动汽车的，如专利文献2所示，存在如下结构的装置：仅在对加速踏板及制动踏板均没有进行操作时，进行与手动开关的操作相对应的再生制动力的可变控制。

根据该专利文献2所示的现有装置，能根据驾驶员的意愿来调整再生制动力，并且，在驾驶员需要足够的制动时，可靠地施加足够的再生制动力。

专利文献1：日本专利特开2002-58111号公报

专利文献2：日本专利特开平8-163706号公报

发明内容

对于上述现有的装置的情况，由于在行驶中执行再生发电之前，蓄电装置的充电率保持较低，特别是在制动器操作中未对发电量进行限制，因此，虽然在蓄电装置或发电机的容许范围内，但在再生发电初期会有大电流流过，发电转矩也较大。但是，若在较长的下坡等情况下，蓄电装置充满电，发电机停止发电，则发电转矩急剧下降，驾驶性能有可能因产生震动或减速感觉的变化(减少)而恶化。

此外，即使在驾驶员能设定再生制动力的情况下，若没有确定蓄电装置在设定时的充电率，则对于与设定时不同的充电率的情况，不明确是否能得到驾驶员所期待的制动力，另一方面，为了进行与蓄电装置的充电率相对应的设定，装置及操作会变得繁杂而不现实。

此外，在因实施上述再生制动力限制而导致再生发电量下降、和再生发电期间较短等情况下，没有特别说到在再生电量不足的状态下再生发电结束之后的发电控制。

本发明是为了解决上述现有的装置中的问题而完成的，其目的在于提供一种车辆用发电控制装置，所述车辆用发电控制装置能在再生发电时高效地对蓄电装置进行充电，并且，能防止驾驶性能因再生发电时所需的发电转矩变化而恶化。

本发明所涉及的车辆用发电控制装置包括：内燃机，该内燃机产生对车辆的驱动力；发电机，该发电机将从车辆或内燃机提供的动能转换成电能；蓄电装置，该蓄电装置对由发电机发电的电能进行储存，并提供车辆所需的功率；电压和电流检测单元，该电压和电流检测单元对蓄电装置的电压及电流进行检测；推定充电率计算单元，该推定充电率计算单元根据电压和电流检测单元所检测出的电压及电流，对蓄电装置的充电率进行推定；目标充电率计算单元，该目标充电率计算单元计算蓄电装置的目标充电率；正常发电控制单元，该正常发电控制单元在蓄电装置的推定充电率低于由目标充电率计算单元计算出的目标充电率的情况下，对发电机进行发电控制，使得蓄电装置的推定充电率达到目标充电率；再生发电控制单元，该再生发电控制单元在车辆正在减速且停止对内燃机提供燃料的期间内，对发电机进行发电控制，使得蓄电装置的充电率在不成为过充电的规定充电率以下；车速检测单元，该车速检测单元对车辆的行驶速度进行检测；以及再生时充电量预测单元，该再生时充电量预测单元根据由车速检测单元所检测出的车速，对减速时的再生发电中的充电量进行预测，目标充电率计算单元使蓄电装置的目标充电率随着由再生时充电量预测单元求出的再生时预测充电量的增加而下降，并且，再生发电控制单元限制在减少发电量的方向上，使得在有无对蓄电装置进行充电时、发电机中发电所需的转矩之差在规定转矩差以内，正常发电控制单元在再生发电控制单元工作时，停止动作。

根据本发明的车辆用发电控制装置，由于根据车速、来对减速时的再生发电中的充电量进行预测，随着再生时预测充电量的增加，使蓄电装置的目标充电率下降，并且，限制在减少再生发电量的方向上，使得在有无对蓄电装置进行充电时、发电机中发电所需的转矩之差在规定转矩差以内，因此，能在再生发电时高效地对蓄电装置进行充电，并且，能防止驾驶性能因再生发电时的发电转矩变化而恶化。

关于本发明的上述的和其他的目的、特征、效果，可以从以下实施方式中的详细说明及附图的记载来进一步明确。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、电源系统结构的结构图。

图2是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、车辆从发动到停止为止的各参数的动作的时序图。

图3是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、以固定周期执行的处理的流程图。

图4是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、再生发电控制处理的流程图。

图5是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、正常发电控制处理的流程图。

具体实施方式

实施方式1.

下面，参照附图，说明本发明的实施方式1所涉及的车辆用发电控制装置。图1是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、电源系统结构的结构图。

在图1中，内燃机1包括多个气缸(在图示的示例中为四个气缸)，各气缸的进气侧及排气侧通过进气阀(未图示)及排气阀(未图示)与进气管5及排气管6相连接。此外，内燃机1包括与各气缸对应设置的多个点火线圈7、及利用从这些点火线圈7提供的高电压来使各气缸内产生火花放电的多个火花塞(未图示)。

另外，各点火线圈7与相对应的火花塞构成为一体。

空气净化器2设置在进气管5的上游侧，对吸入的空气进行净化。

进气管5中的、设置在空气净化器2的下游侧的进气量传感器3对通过进气管5吸入到内燃机1中的进气量进行测量，并输出与该测量值相对应的信号。

电动节流门4对节流阀的开度进行控制，以调节对内燃机1的进气量。

加速踏板传感器16对驾驶员的加速踏板操作量进行检测，并输出与该检测值相对应的信号。利用该信号能检测出有无加速踏板操作，在踩下加速踏板的情况下，能判断为有加速要求，另一方面，若无加速踏板操作，操作量为0，则判断为减速的意思，当规定条件成立时，停止对内燃机提供燃料。

此外，制动器开关17对制动器的操作进行检测，输出表示有无踩下制动器的信号。

对于发电机10，固定于其转子轴的滑轮11通过传动带9与安装于内燃机1的曲柄轴的滑轮8相连接。利用来自内燃机1的动力，使发电机10的转子旋转以进行发电。来自发电机10的功率提供给蓄电装置即电池12，从而对电池12进行充电。

此外，对电池12设置有电池传感器18，对电池12的电压及电流进行检测。基于这些值，推定有无对电池12进行充电和充电率。

包含微机等运算装置(下面称为CPU)、及存储器等的控制单元13与进气量传感器3、加速踏板传感器16、电动节流门4、点火线圈7、发电机10、电池12、电池传感器18等相连接，基于来自加速踏板传感器16、制动器开关17、电池传感器18等各种传感器的输出信号，对内燃机1及发电机10进行控制。此外，对车速进行检测的车速传感器(未图示)也与控制单元13相连接。

图2是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、车辆从发动到停止为止的各参数的动作的时序图，横轴表示时间。

对于图2中的各参数，按照从上到下的顺序进行说明。

加速踏板操作量是来自加速踏板传感器16的信号，当没有加速踏板操作时，操作量成为0。制动器标记是来自制动器开关17的信号，当踩下制动器时成为1。燃料停止标记在停止对内燃机1提供燃料时成为1。

再生时预测充电量是根据车速对减速时的再生发电中的充电量进行预测而得到的值，由再生时充电量预测单元来计算。由于车速越高，车辆的动能越大，因此，在减速再生时，能从车辆提供给发电机10的动能增加，再生时的充电量也增加。因此，再生时预测充电量具有随车速的上升而增加的趋势。但是，由于发电量和充电量由发电机10和电池12的性能所限制，因此，当车速较高时，再生时预测充电量也被限制。

此外，由于在将要停止之前，车辆(驱动轮15)与内燃机1分开，动能难以回收，因此，可以将车速较低时的再生时预测充电量设定为0。

充电率有目标值和推定值，目标充电率是电池12的充电率的目标值，由目标充电率计算单元来计算。对目标充电率进行设定，使得在再生发电时能高效地对电池12进行充电，并随再生时预测充电量的增加而使目标充电率下降。但是，由于若考虑到电池12的恶化等，则需要避免极低的充电率，因此，在再生时预测充电量成为规定值以上的情况下，也可以使目标充电率为固定值。

推定充电率是根据电池传感器18所检测出的电压及电流来对电池12的充电率进行推定而得到的值，由推定充电率计算单元来计算。充电率的推定可以是公知的方法，可以像专利文献1所示的那样，将电池12的标准特性预先存放在控制单元13中，并将该特性与检测出的电压及电流进行对比，从而推定充电率。最后，发电电流是从发电机10输出的电流，是来自设置于发电机10的电流传感器(未图示)的信号。

对于该各参数的动作，首先，由于驾驶员在时间A松开制动器并踩下加速踏板，因此，车辆从停止状态发动。

由于若在时间B超过规定车速，则再生时预测充电量随着车速上升而增加，目标充电率下降，因此，推定充电率大于目标充电率，利用正常发电控制单元来使发电机10停止发电。之后，由于在推定充电率低于目标充电率之前，将储存于电池12的功率提供给车辆，因此，发电机不工作，能削减用于发电的燃料。

在时间C，由于驾驶员使加速踏板操作量为0并踩下制动器以进行减速，因此，停止对内燃机1提供燃料，车速下降。而且，在该期间内，利用再生发电控制单元执行再生发电。由于在减速中，能不对内燃机1提供燃料，而将车辆的动能用于发电以进行回收，因此，能相应提高燃料消耗效率。

在由正常发电控制单元所进行的发电中，在电池12的推定充电率超过目标充电率的情况下，不实施发电，但在再生发电中，由于不使用内燃机1的燃料而进行发电，因此，可以在限制的范围内尽可能地进行发电，从而与目标充电率无关地进行发电。但是，由于若充电到电池12的推定充电率超过100％，则变成过充电，促使恶化，导致寿命下降，因此，可以考虑控制误差等，充电到规定的充电率、例如98％左右为止。

此外，关于再生发电的限制，从回收能量方面看，有如下考虑：在再生发电初期也有时将电池12的推定充电率维持得较低，可以尽可能地进行发电，以达到电池12所能接收的电流或发电机10的最大发电电流。但是，若在较长的下坡等情况下，电池12的推定充电率达到规定的充电率，发电机10停止发电，则发电转矩急剧下降，有可能发生震动，或因减速感觉的变化(减少)而导致驾驶性能恶化。

在这点上，在由正常发电控制单元进行发电时，由于利用内燃机1来提供动能，因此，通过根据发电所需的转矩来使内燃机1的输出变化，能抑制发电对车辆(驾驶性能)的影响，但在再生发电时，由于仅通过车辆减速来提供动能，因此，若发电转矩发生变化，则就照样对车辆的动作带来影响。

因而，可以将再生时的发电量限制在减少的方向，使得发电机10在对电池12进行充电时所需的发电转矩、与停止对电池12进行充电时的发电转矩之差在不影响驾驶性能程度的规定转矩差以内。

在该情况下，虽然能量回收量有稍许减少，但能确保驾驶性能。此外，随着电池12的推定充电率接近规定的充电率，也可以使发电量缓缓下降，能进一步减轻在停止发电时的震动。

在时间D，由于驾驶员松开制动器并踩下加速踏板，因此，再次对内燃机1提供燃料，再生发电控制单元停止。虽然电池12的推定充电率因时间C～D之间的再生发电而有稍许上升，但由于车速进一步下降，导致再生时预测充电量减少，目标充电率增加，因此，在时间D，电池12的推定充电率低于目标充电率。在该情况下，本来，由于由再生发电控制单元所进行的再生发电已结束，因此将由正常发电控制单元进行发电，但由于当再生发电是因对车辆的加速要求(踩下加速踏板)而结束时，可预想车速会再次上升，因此，可以将由正常发电控制单元所进行的发电停止规定期间。这是由于：若车速上升，目标充电率再次下降，则无需由正常发电控制单元进行发电。

作为规定期间，可以根据驾驶员的意思反映到车速上的程度，经常是数10秒左右。此外，也可以停止由正常发电控制单元进行发电，直到判断为车速的变化在规定值以下，达到驾驶员的要求车速。

其结果是，将由正常发电控制单元所进行的发电停止规定期间，在这期间内，由于目标充电率随着车速上升而下降，因此，在时间D到时间E之间，不利用正常发电控制单元进行发电，成为与上述时间B～C之间相同的动作。

电池12继续放电的结果是，由于在时间E，推定充电率与目标充电率一致，因此，之后由正常发电控制单元执行发电控制，以使得推定充电率维持目标充电率。在该情况下，只要进行与车辆所使用的功率相当的发电即可，从而使得电池12不进行充放电。

在时间F，由于驾驶员使加速踏板操作量为0以进行减速，因此，停止对内燃机1提供燃料，车速下降。但是，由于没有踩下制动器，因此，与踩下制动器时相比，进一步限制发电转矩而进行再生发电。

在没有踩下制动器的状态下，由于驾驶员没有进行操作，因此，与踩下制动器的状态相比，容易识别因发电转矩变化而引起的车辆动作变化。

此外，虽然驾驶员仅使加速踏板操作量为0，并不希望主动减速，但若在该状态下，因过大的再生发电而施加转矩，产生要求以上的减速感觉，则驾驶员会再次踩下加速踏板，从而驾驶性能恶化，并且，反而导致燃料消耗效率的恶化。

之后，由于在时间G，因踩下制动器而使得再生发电时的发电转矩增加，在时间H，因内燃机1的旋转速度下降而不满足燃料停止条件，从而再次提供燃料，因此，再生发电结束。

在时间H，由于电池12的推定充电率低于目标充电率，再生充电控制单元所进行的再生充电在加速要求以外的模式下已结束，因此，利用正常发电控制单元进行发电，以使得推定充电率达到目标充电率。若推定充电率与目标充电率一致，则与时间E～F之间相同，执行发电控制，以使得推定充电率维持目标充电率。

在推定充电率达到目标充电率之前，可以尽可能地进行发电，以达到电池12所能接收的电流或发电机10的最大发电电流。由于在由正常发电控制单元进行发电时，如上所述从内燃机1提供能量，因此，发电转矩对车辆的动作带来的影响较少。此外，若在停车后迅速由驾驶员停止内燃机1，则在电池12的充电率是较低的状态下放置，电池12的寿命有可能缩短，或在下次起动时功率有可能不足，因此，需要进行发电，使得推定充电率快速达到目标充电率。

接下来，对本发明的实施方式1所涉及的车辆用发电控制装置的动作进行说明。

图3是表示在本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、以固定周期执行的处理的流程图。图3所示的流程图的处理以0.01秒的固定周期执行。

在图3中，首先，在步骤S101中实施推定充电率计算处理，对电池12的充电率进行推定。推定方法可以是如下方法：像上述那样，将电池传感器18检测出的电压及电流、与存放在控制单元13中的电池12的标准特性进行对比，以进行推定。

接下来，在步骤S102中，实施再生时充电量预测处理，预测再生时对电池12的充电量。作为预测方法，可以是如下方法：根据电池12所能接收的电流、发电机10的最大发电电流、以及车速而得到减速时的动能，基于从该动能求出的最大再生发电量，如上所述，求出对再生时的发电转矩进行限制时的发电量，使得有无再生发电时的发电转矩差在不影响驾驶性能的程度的规定转矩差以内。规定转矩差使用在后述的再生发电控制处理中求出的值。

在步骤S103中，基于由步骤S102计算出的再生时预测充电量，计算电池12的目标充电率。可以求出与再生时预测充电量相当的、电池12的充电比例，以计算目标充电率，随着再生时预测充电量增加，目标充电率下降。

在步骤S 104中，判定车辆是否正在减速且停止提供燃料。在判定为正在减速且停止提供燃料的情况(是)下，前进至步骤S105，实施后述的再生发电控制处理(图4)，结束图3所示的处理。

另一方面，在不是正在减速且停止提供燃料的情况(否)下，由于没有执行再生发电控制处理，因此在步骤S106中判断是否在再生发电因加速要求而结束之后的20秒以内。

当在步骤S106中判断为在再生发电因加速要求而结束之后的20秒以内时(是)，由于如前所述，可预想车速会再次上升，将由正常发电控制单元所进行的发电停止规定期间(20秒期间)，因此，结束图3所示的处理。

另一方面，当不在再生发电因加速要求而结束之后的20秒以内时(否)，在步骤S107中实施后述的正常发电控制处理(图5)，结束图3所示的处理。

接下来，对在上述步骤S105中实施的再生发电控制处理进行说明。图4是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、再生发电控制处理的流程图。

在图4中，在步骤S201中，对发电F/B设定充电率设定规定充电率。发电F/B设定充电率成为在后述的发电F/B处理中、对电池12的推定充电率进行F/B控制时的目标值。

接下来，在步骤S202中，判定有无踩下制动器。

在踩下制动器的情况(是)下，在步骤S203中对发电转矩限制值设定为10Nm，在没有踩下制动器的情况(否)下，在步骤S204中对发电转矩限制值设定为5Nm。

另外，虽然在本实施方式1中，对发电转矩限制值使用固定值，但由于再生发电时的转矩由车辆的动能提供，因此，也可以根据车速、变速比(transmission ratio)来使其变化。

通过适当设定发电转矩限制值，能确保驾驶性能，并回收更多的再生能量。

最后，在步骤S205中执行发电F/B处理，结束图4的处理。

发电F/B处理是如下处理：在基于由之前的步骤S203至步骤S204所设定的发电转矩限制值的范围内，对发电机10的发电电流进行F/B控制，以使得电池12的推定充电率达到发电F/B设定充电率。此外，不言而喻，在由电池12所能接收的电流及电压、以及发电机10的最大发电电流所限制的范围内进行发电控制。

由于发电转矩限制值是有无再生发电的发电转矩差，因此例如，在与提供给车辆的功率相对应的发电转矩是2Nm的情况下，可以在当踩下制动器时为12Nm、当没有踩下制动器时为7Nm的范围内，利用发电机10执行发电。

提供给车辆的功率可从发电机10的发电功率与用于对电池12进行充电的功率之差求出，将所得到的功率、与预先存放在控制单元13中的发电机10的发电功率和发电转矩的特性进行比较，求出与提供给车辆的功率相对应的发电转矩。

接下来，对在上述图3的步骤S107中实施的正常发电控制处理进行说明。图5是表示本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置中的、正常发电控制处理的流程图。

在图5中，在步骤S301中，对发电F/B设定充电率设定目标充电率，在步骤S302中对发电转矩限制值设定为100Nm。之所以对发电转矩限制值设定为100Nm，是因为：由于与再生发电控制处理共用发电F/B处理，因此，使发电转矩限制值无效。

最后，在步骤S303中，与再生发电控制处理相同，执行发电F/B处理，结束图5的处理。

另外，虽然在本实施方式1中，将发电机10和电池12直接连接，但也可以在中间配置DC/DC转换器等装置。此外，也可以使用电气二重层电容器，来代替电池。由此，能提高发电机的效率和发电能力。

此外，虽然发电机10通过传动带与内燃机1相连接，但也可以是在内燃机1与变速器14之间具有发电机的方式，也可以是能兼用作电动机的发电机(发电电动机)。

如上所述，根据本发明的实施方式1的车辆用发电控制装置，由于根据车速、来对减速时的再生发电中的充电量进行预测，随着再生时预测充电量的增加，使蓄电装置的目标充电率下降，并且，限制在减少再生发电量的方向上，使得在有无对蓄电装置进行充电时、发电机中发电所需的转矩之差在规定转矩差以内，因此，能在再生发电时高效地对蓄电装置进行充电，并且，能防止驾驶性能因再生发电时的发电转矩变化而恶化。

此外，由于设再生发电控制单元中的规定转矩差的值在没有制动器操作时、比有制动器操作而踩下制动器时要小，因此，在没有制动器操作时，不会产生过大的再生发电转矩，能防止驾驶性能恶化。

此外，由于在再生发电因对车辆的加速要求而结束的情况下，使正常发电控制的动作停止规定期间，因此，通过等待目标充电率因加速而下降，能减少执行正常发电的机会，能力图提高燃料消耗效率。

标号说明

1内燃机 2空气净化器

3进气量传感器 4电动节流阀

5进气管 6排气管

7点火线圈 8、11滑轮

9传动带 10发电机

12电池 13控制单元

14变速器 15驱动轮

16加速踏板传感器 17制动器开关

18电池传感器

Claims

1.一种车辆用发电控制装置，其特征在于，包括：

内燃机，该内燃机产生对车辆的驱动力；

发电机，该发电机将从所述车辆或所述内燃机提供的动能转换成电能；

蓄电装置，该蓄电装置对由所述发电机发电的电能进行储存，并提供所述车辆所需的功率；

电压和电流检测单元，该电压和电流检测单元对所述蓄电装置的电压及电流进行检测；

推定充电率计算单元，该推定充电率计算单元根据所述电压和电流检测单元所检测出的电压及电流，对所述蓄电装置的充电率进行推定；

目标充电率计算单元，该目标充电率计算单元计算所述蓄电装置的目标充电率；

正常发电控制单元，该正常发电控制单元在所述蓄电装置的推定充电率低于由所述目标充电率计算单元计算出的目标充电率的情况下，对所述发电机进行发电控制，使得所述蓄电装置的推定充电率达到目标充电率；

再生发电控制单元，该再生发电控制单元在所述车辆正在减速且停止对所述内燃机提供燃料的期间内，对所述发电机进行发电控制，使得所述蓄电装置的充电率在不成为过充电的规定充电率以下；

车速检测单元，该车速检测单元对所述车辆的行驶速度进行检测；以及

再生时充电量预测单元，该再生时充电量预测单元根据由所述车速检测单元所检测出的车速，对减速时的再生发电中的充电量进行预测，

所述目标充电率计算单元使所述蓄电装置的目标充电率随着由所述再生时充电量预测单元求出的再生时预测充电量的增加而下降，并且，所述再生发电控制单元限制在减少发电量的方向上，使得在有无对所述蓄电装置进行充电时、所述发电机中发电所需的转矩之差在规定转矩差以内，所述正常发电控制单元在所述再生发电控制单元工作时，停止动作。

2.如权利要求1所述的车辆用发电控制装置，其特征在于，设所述再生发电控制单元中的所述规定转矩差的值在没有制动器操作时、比有制动器操作而踩下制动器时要小。

3.如权利要求1或2所述的车辆用发电控制装置，其特征在于，在由所述再生发电控制单元所进行的发电因对所述车辆的加速要求而结束的情况下，使所述正常发电控制单元的动作停止规定期间。