CN102493881A - 基于能量流分析的车辆能量管理系统及方法 - Google Patents

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陈绪平
胡铁刚
聂相虹
刘斌
杨柏林
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Abstract

本发明涉及一种基于能量流分析的车辆能量管理系统及方法，包括车辆电控管理系统、电子控制单元、CAN总线、水泵流量控制装置、机油泵流量控制装置及怠速启停装置。通过对发动机冷却、润滑和怠速运转的控制，以降低发动机的能量损耗。

Description

基于能量流分析的车辆能量管理系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于汽车能耗管理的系统以及能耗管理方法，特别是基于能量流分析的车辆能量管理系统及方法。
背景技术
从传统汽车的典型能量分布来看，燃油在燃烧过程中释放出的能量，最终到达车轮的只剩下22.6%，87.4%的能量在传递过程中损失掉了。这其中，发动机造成的损失占到了整个能量损失的62.4%，怠速损失占到了17.2%，传动系统损失5.6%，制动损失5.8%，行驶损失4.2%，空气动力学损失2.6%，附件损失2.2%。车辆实际行驶过程中，各系统损失的实际占比会随着工况的变化而变化。从以上分析可以看出，风阻损耗、滚动阻力、刹车制动、传动损耗和车上负载导致的能量损耗，其总和只占整体能量损耗的21%-27%左右，因此虽然诸如车身空气动力学优化设计、减少滚动阻力、改进电器负载、刹车能量回收和车辆传动系统改进等技术都可以降低油耗，但是都不能使汽车能耗的下降达到较佳的效果，而发动机损耗和怠速工况损耗两项占全部能量损失的73%-79%左右，所以针对这两项损耗所作出的技术改进，才是降低汽车能耗的关键。
发动机本身的耗损主要体现在：部件之间的摩擦损失，部件发热带走的能量损失，冷却、润滑系统带走的能量损失，废气带走的能量损失。在改进发动机损耗的技术措施方面，通常的做法是进行发动机的技术升级，比如采用汽油缸内直接喷射技术（GDI）、均质充量压燃（HCCI）技术等先进技术，但此类先进技术主要是从改善燃烧过程，提高燃料能量利用率的角度来改善发动机损耗。除此之外，还可以从能量管理的角度，在不改变现有发动机技术的基础上，基于整车能量流分析，优化车辆不同工况下的能量流向，达到降低发动机能量损耗的目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于能量流分析的车辆能量管理系统，通过对发动机冷却、润滑和怠速运转的控制，以降低发动机的能量损耗。
本发明的另一目的是提供一种基于能量流分析的车辆能量管理的方法。
本发明所述基于能量流分析的车辆能量管理系统，包括车辆电控管理系统（EMS）、电子控制单元（ECU）、CAN总线、水泵流量控制装置、机油泵流量控制装置及怠速启停装置，电子控制单元通过CAN总线与车辆电控管理系统连接，并通过水泵流量信号输入线和水泵流量控制信号输出线与水泵流量控制装置连接，通过机油泵流量信号输入线和机油泵流量控制信号输出线与机油泵流量控制装置连接，通过怠速启停控制信号输出线与怠速启停装置连接。
本发明所述基于能量流分析的车辆能量管理方法，是在电子控制单元里预先存储基于车辆能量流仿真计算并经试验验证了的，车辆在各种工况下发动机能量消耗最低的最佳冷却水温度脉普表和最佳机油泵流量脉普表。
车辆电控管理系统将与车辆和发动机状况相关的信息传输给CAN总线，电子控制单元从CAN总线获得该信息，以判断车辆和发动机运行工况，并在上述脉普表中查询出该工况下发动机能量消耗最低的最佳冷却水温度和最佳机油泵流量。
电子控制单元计算当前工况下发动机冷水水温度与所述最佳冷却水温度之间的差值，并根据从水泵流量控制装置获得的当前水泵流量信息，计算出当前工况下达到发动机最佳冷却水温度所需的水泵流量，进而向水泵流量控制装置发出调节信号，调节水泵流量，使发动机冷却水温度达到最佳值。
电子控制单元从机油泵流量控制装置获得当前工况下机油泵流量信息，计算出此流量与所述最佳机油泵流量之间的差值，得出当前工况达到最佳机油泵流量所需的调节量，并将此调节量信号传送给机油泵流量控制装置，将机油泵流量调节至最佳值。
电子控制单元通过从CAN总线获得的信息分析出发动机处于无谓怠速状态后，向怠速启停装置发出停止发动机运转的信号，停止发动机怠速运转；当电子控制单元从CAN总线得到车辆起步信号，则向怠速启停装置输出启动发动机信号，启动发动机。
所述无谓怠速状态是指车辆处于静止状态，发动机处于怠速且怠速状态持续时间超过阈值，同时发动机水温超过80℃且持续时间超过阈值。
本发明从车辆能量分布角度出发，通过建立整车能量仿真分析平台，得出各工况下发动机自身能耗占比最低时对应的最佳冷却水温和润滑机油流量，结合当前冷却水温、水泵流量和油泵流量，对水泵流量和油泵流量进行控制，使发动机的冷却、润滑系统工作在最佳工作状态，从而保证各工况下最低的发动机热量损失和最低的发动机摩擦损失，使发动机的能量损耗得以降低。同时，通过对发动机无谓怠速的控制，降低了发动机无谓怠速所损耗的能量。
附图说明
现结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明所述基于能量流分析的车辆能量管理系统的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，该基于能量流分析的车辆能量管理系统，包括车辆电控管理系统1、电子控制单元3、CAN总线2、水泵流量控制装置9、机油泵流量控制装置10及怠速启停装置11，电子控制单元3通过CAN总线2与车辆电控管理系统1连接，并通过水泵流量信号输入线7和水泵流量控制信号输出线6与水泵流量控制装置9连接，通过机油泵流量信号输入线8和机油泵流量控制信号输出线5与机油泵流量控制装置10连接，通过怠速启停控制信号输出线4与怠速启停装置11连接。
基于能量流分析的车辆能量管理方法，是在电子控制单元3里预先存储基于车辆能量流仿真计算并经试验验证了的，车辆在各种工况下发动机能量消耗最低的最佳冷却水温度脉普表和最佳机油泵流量脉普表。
车辆电控管理系统1将与车辆和发动机状况相关的信息，包括车速信号、发动机转速信号、发动机油门开度信号和发动机冷却水温度信号传输给CAN总线2，电子控制单元3从CAN总线2获得这些信息，判断车辆13和发动机12运行工况，并在上述脉普表中查询出该工况下发动机能量消耗最低的最佳冷却水温度和最佳机油泵流量。
电子控制单元3计算当前工况下发动机冷水水温度与发动机能量消耗最低的最佳冷却水温度之间的差值，并根据通过水泵流量信号输入线7从水泵流量控制装置9获得的当前水泵流量信息，计算出当前工况下达到发动机最佳冷却水温度所需的水泵流量，进而通过水泵流量控制信号输出线6向水泵流量控制装置发出调节信号，调节水泵流量，使发动机冷却水温度达到最佳值。
电子控制单元3通过机油泵流量信号输入线8从机油泵流量控制装置10获得当前工况下机油泵流量信息，计算出此流量与发动机能量消耗最低的最佳机油泵流量之间的差值，得出当前工况达到最佳机油泵流量所需的调节量，并将此调节量信号通过机油泵流量控制信号输出线5传送给机油泵流量控制装置，将机油泵流量调节至最佳值。
电子控制单元3通过从CAN总线2获得的信息分析出车辆13处于静止状态，发动机12处于怠速且怠速状态持续时间超过阈值，同时发动机水温超过80℃且持续时间超过阈值，则判断发动机13处于无谓怠速状态，电子控制单元3通过怠速启停控制信号输出线4向怠速启停装置11发出停止发动机运转的信号，停止发动机怠速运转。当电子控制单元3从CAN总线2得到车辆13起步信号，则通过怠速启停控制信号输出线4向怠速启停装置11输出启动发动机信号，启动发动机12。

Claims (3)

1.一种基于能量流分析的车辆能量管理系统，其特征在于：包括车辆电控管理系统（1）、电子控制单元（3）、CAN总线（2）、水泵流量控制装置（9）、机油泵流量控制装置（10）及怠速启停装置（11），电子控制单元通过CAN总线与车辆电控管理系统连接，并通过水泵流量信号输入线（7）和水泵流量控制信号输出线（6）与水泵流量控制装置连接，通过机油泵流量信号输入线（8）和机油泵流量控制信号输出线（5）与机油泵流量控制装置连接，通过怠速启停控制信号输出线（4）与怠速启停装置连接。
2.一种基于能量流分析的车辆能量管理方法，其特征在于：在电子控制单元（3）里预先存储基于车辆能量流仿真计算并经试验验证了的，车辆在各种工况下发动机能量消耗最低的最佳冷却水温度脉普表和最佳机油泵流量脉普表；
车辆电控管理系统（1）将与车辆和发动机状况相关的信息传输给CAN总线（2），电子控制单元从CAN总线获得该信息，以判断车辆（13）和发动机（12）运行工况，并在上述脉普表中查询出该工况下发动机能量消耗最低的最佳冷却水温度和最佳机油泵流量；
电子控制单元计算当前工况下发动机冷水水温度与所述最佳冷却水温度之间的差值，并根据从水泵流量控制装置（9）获得的当前水泵流量信息，计算出当前工况下达到发动机最佳冷却水温度所需的水泵流量，进而向水泵流量控制装置发出调节信号，调节水泵流量，使发动机冷却水温度达到最佳值；
电子控制单元从机油泵流量控制装置（10）获得当前工况下机油泵流量信息，计算出此流量与所述最佳机油泵流量之间的差值，得出当前工况达到最佳机油泵流量所需的调节量，并将此调节量信号传送给机油泵流量控制装置，将机油泵流量调节至最佳值；
电子控制单元通过从CAN总线获得的信息分析出发动机处于无谓怠速状态后，向怠速启停装置（11）发出停止发动机运转的信号，停止发动机怠速运转；当电子控制单元从CAN总线得到车辆起步信号，则向怠速启停装置输出启动发动机信号，启动发动机。
3.根据权利要求2所述基于能量流分析的车辆能量管理方法，其特征在于：所述无谓怠速状态是指车辆（13）处于静止状态，发动机（12）处于怠速且怠速状态持续时间超过阈值，同时发动机水温超过80℃且持续时间超过阈值。
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