CN103407448A - 发动机启停控制系统 - Google Patents

Abstract

一种汽车电子控制技术领域的发动机启停控制系统，包括智能传感控制系统、发动机管理系统、储能电源、发电机、启动电机、车载用电器、车载用电器电流传感器，智能传感控制系统通过接收和处理储能电源的电压信号、温度信号、电流信号，准确估计出当前储能系统状态参数包括剩余电量、启动最低电压和电池寿命状态，综合当前来自发动机管理系统与车载用电器相关信息，采用能量优化和寿命优化智能算法动态调节发电机的运行工况点与控制发动机启停。本发明设计合理，适用于整车电能管理与发动机启停控制，进一步延长了车载储能单元的使用寿命，减少了发动机的能耗，降低了排放。

Description

发动机启停控制系统

技术领域

本发明涉及的是一种汽车电子控制技术领域的发动机启停控制系统，特别是一种带有智能传感器控制系统的发动机启停控制系统。

背景技术

汽车节能技术要解决的首要问题之一就是降低油耗和尾气排放对环境的污染。据调查显示，汽车行驶时间与等红灯或堵车所用时间的比例平均为3:1，有些城市甚至达到5:2，随着每年超千万数量的新车涌向路面，城市道路将变得更拥堵。发动机启停系统是这几年来发展最迅猛的汽车环保技术，特别适用于走走停停的城市路况。发动机启停系统可以消除怠速空转，使发动机自动熄火，尾气排放为零。由于汽车在怠速时油料不能完全燃烧，是造成发动机积碳的主要原因，发动机积碳会烧机油增加能耗，且会降低发动机的动力输出，发动机启停系统可以延长发动机寿命，提高发动机动力输出。

经过对现有技术文献的检索发现，目前已有的相关专利文献包括：申请号为201210220767.6一种微混合动力车用BSG电机控制系统，申请号为201210414587.1一种增程式电动车发动机启停控制方法，申请号为201110455402.7一种串联式混合动力车及其发动机启停控制方法系统，申请号为201110373451.6一种AMT并联式混合动力车发动机启停控制方法和申请号为201310004514.X基于发动机启停的控制方法及其系统。通过对比发现，这几个专利都集中于发动机启停方式的实现，都不能从系统层面上全面综合考虑了发动机启停系统与整车电能消耗。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种发动机启停控制系统，从系统层面上全面综合考虑了发动机启停系统与整车电能消耗，以延长储能系统寿命、车载用电器寿命，减少发动机油耗和降低发动机排放为目标，基于智能传感控制系统精确估计了储能电源状态参数，综合车载用电器信息，实现了发电机工作点的动态优化调节与发动机启停的控制。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括发电机、启动电机、储能电源、车身搭铁、智能传感器控制系统、发动机管理系统、车载用电器和车载用电器电流传感器，发电机的正负极通过连接线分别与储能电源的正极、车身搭铁相连接，启动电机正负极通过连接线分别与储能电源的正极、车身搭铁相连接，储能电源的储能方式为物理式或化学式，车载用电器电流传感器的两端通过连接线分别与储能电源的正极、车载用电器的正极相连接，车载用电器的负极通过连接线与车身搭铁相连接，智能传感器控制系统通过连接线分别与储能电源的正极、储能电源的负极、车身搭铁相连接，发动机管理系统、发电机、启动电机、车载用电器电流传感器通过通讯总线均与智能传感器控制系统相连接，储能电源的电压传感器、电流传感器与温度传感器均安装在智能传感器控制系统的内部；发动机管理系统采集到的发动机信息和整车信息，储能电源的电压、温度和电流信号，车载用电器的电流信号均通过通讯总线传输到智能传感器控制系统，智能传感器控制系统通过所采集到信息和信号可以实时精确的估计储能电源的状态参数，动态调节发电机的运行工作点，控制发动机的启停。

进一步地，在本发明中发动机管理系统传输给智能传感器控制系统的信息包括：整车车速信号，发动机转速信号，发动机油温信号，发动机水温信号，离合器状态信号，刹车踏板信号，油门信号，变速箱档位信号，空调请求信号；智能传感器控制系统通过采集储能电源的电压、温度和电流信号，可以精确估计出储能电源的状态参数：储能电源剩余电量、储能电源最低启动电压、储能电源健康寿命状态、储能电源最大充放电功率和储能电源故障状态；智能传感器控制系统通过储能电源的状态参数和车载用电器的信息，可以实时动态调节发电机的输出电压和输出电流，优化储能电源充电制度；智能传感器控制系统通过车载用电器信息、整车信息和储能电源的状态参数，可以实时智能判断发动机的启停需求；智能传感器控制系统包含以下子模块：数据采集模块，通讯模块，储能电源参数计算模块，发电机控制模块，发动机启停控制模块，故障诊断模块，整车能量优化计算模块，寿命优化计算模块；发动机的启停控制即可以通过发动机管理系统完成，也可以通过智能传感器控制系统完成；在数据采集模块中带有同步采集电路，发电机的工作模式可以分为四种：燃油经济型模式、关键用电器模式、正常模式和电流闭环模式。

在本发明中，智能传感器控制系统中的数据采集模块主要负责采集的信号包括：储能电源的电流信号、温度信号和电压信号，车载用电器电流信号。为了保证储能电源状态参数计算的准确性，必须保证采样的电压、电流和温度信号的同步性，同以往的扫描与顺序转换方式不同，在本发明中设计了采样同步电路,保证了以上参数的同步采样，为储能电源状态参数的精确计算奠定了基础。储能电源的充放电电流信号检测选用精密采样电阻，与霍尔电流传感器不同，采样电阻采集电流范围宽并且成本低，在本发明中采用自动放大、温度补偿技术并且配合智能滤波算法，使系统的电流采集范围涵盖了毫安级和千安级，并且在量程范围内和在不同的温度下都达到了极高的精度。

在本发明中有两种通讯方式但不限于以下两种通讯方式：Lin通讯和CAN通讯。通过Lin通讯方式相互交互的信息包括：发电机当前状态，发电机当前负荷状态，指令发电机运行工况；通过CAN通讯方式相互交互的信息包括：发动机转速，进气温度，发动机的水温，机油压力，发动机的负荷状态，指令发动机停机信号，油门信号，制动踏板信号，离合器信号，档位信号，车速信号，空调信号。

在本发明中，储能电源参数综合估计系统包括：剩余电量SOC，启动最低电压SOF，寿命状态SOH以及当前最大充放电功率。剩余电量SOC计算综合考虑了开路电压、充放电电流、充放电效率、温度补偿及等效模型校正，使剩余电量SOC在全范围内都具有了良好的精度和鲁棒性。启动最低电压SOF是系统关键参数，直接决定了当前状态发动机是否能够停机，在本发明中采用了自学习方法，动态的捕捉启动等其他特征工况，基于同步数据采集系统以及接收到的发动机相关信息，动态估计储能电源内阻和启动系统等效功率需求，实时估计储能电源当前状态下的最低启动电压。在本发明中采用储能系统容量和内阻来表征储能电源当前的寿命状态SOH，综合的评判了当前储能系统的健康状态。储能系统当前的最大充放电电流的计算综合考虑了当前剩余电量SOC、温度、电压与寿命状态SOH，合理的估算出当前储能电源所能够承受的最大充放电电流，调节发电机的输出电压，延长了储能电源的寿命。

在本发明中，将发电机的工作方式分为以下几种工作模式：燃油经济型模式，关键用电器模式，正常模式，电流闭环模式。燃油经济型模式是当探测到储能电源剩余电量SOC较高时，将发电机的电压调到低于储能电源电压使储能电源处于放电模式提供整车需要电能，节约整车油耗；关键用电器模式是当智能传感控制系统接收到整车用电器信息，控制策略将发电机电压调节至相关用电器的最佳工作电压，保护了用电器，延长了用电器的工作寿命；在正常工作模式下，系统将根据储能电源当前的剩余电量SOC和温度，根据预先设定好的充电曲线动态调节发电机的工作电压，优化充电过程，延长储能电源寿命；电流闭环模式是通过监控储能电源的电流，动态调节发电机的输出电压，使储能电源处于不充不放状态，整车电器负载由发电机单独供电，这样就减少了储能电源频繁的充放电，同时也避免了能量的多次转化，既节省了油耗又延长了储能电源的寿命。

在本发明中，智能传感控制系统中的发动机启停控制模块根据当前整车状态和储能电源状态信息，判断发动机的启动与停机。发动机处于运行状态时，如果接收到整车信息车速为零，油门踏板为零，离合器断开或者处于空档，发动机处于怠速状态，空调请求状态，并且此时储能电源状态允许停机时，智能传感控制系统将发出Engine_Stop信号给发动机管理系统，指令发动机停机；发动机处于停机状态时，当接收到油门信号并且处于空档时，或者当监控到挂档起步动作时，智能传感控制系统将发出Engine_Start信号给发动机管理系统，指令发动机启动，通过以上控制就可以减少发动机怠速运行时间，降低发动机的排放和油耗。

在本发明中，智能传感控制系统中的故障诊断模块对系统传感器故障（电流、电压和温度）、零部件故障（发电机、启动电机）和储能电源故障（过充、过放和过温）进行诊断，确保系统安全、可靠、长寿命运行。

与现有技术相比，本发明具有以下显著和有益的效果：

1、设计合理，结构简单却功能丰富，包含了储能电源系统的状态参数估计，发电机运行点动态调节，发动机启停智能控制。

2、本发明建立了储能电源综合状态参数估计系统，包含：储能电源系统综合等效模型，剩余电量SOC，最低启动电压SOF，健康寿命状态SOH和最大充放电电流。

3、本发明建立了发电机动态调节控制算法，集成了能量优化与寿命优化控制策略，综合了整车的电能消耗需求，将发电机的输出能量实时动态分配给储能电源和车载用电器，优化了储能电源的充电电流，控制了发电机的输出电压，延长了储能电源和车载用电器的寿命，降低了整车油耗。

4、本发明建立了发动机启停智能控制系统，通过综合当前整车信息与当前储能电源的状态参数信息，智能判断发动机的启停需求，减少发动机怠速运行时间，降低发动机的油耗，减少发动机的排放。

5、本发明结构简单，实施简易，只需在原车上增加一个智能传感单元和一个车载用电器端的电流传感器就可以实现储能电源状态参数的精确估计，发电机运行工作点的动态调节和发动机的启停的智能控制。实验表明，装有本系统后的实车可以比原车整车油耗降低8%左右，储能电源使用寿命得到提升。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为智能传感控制系统功能结构示意图；

其中：1、智能传感器控制系统，2、发动机管理系统，3、车载用电器，4、发电机，5、启动电机，6、储能电源，7、车载用电器电流传感器，8、车身搭铁。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

如图1至图2所示，本发明包括发电机4、启动电机5、储能电源6、车身搭铁8、智能传感器控制系统1、发动机管理系统2、车载用电器3和车载用电器电流传感器7，发电机4的正负极通过连接线分别与储能电源6的正极、车身搭铁8相连接，启动电机5正负极通过连接线分别与储能电源6的正极、车身搭铁8相连接，储能电源6的储能方式为物理式或化学式，车载用电器电流传感器7的两端通过连接线分别与储能电源6的正极、车载用电器7的正极相连接，车载用电器7的负极通过连接线与车身搭铁8相连接，智能传感器控制系统1通过连接线分别与储能电源6的正极、储能电源6的负极、车身搭铁8相连接，发动机管理系统2、发电机4、启动电机5、车载用电器电流传感器7通过通讯总线均与智能传感器控制系统1相连接，储能电源6的电压传感器、电流传感器与温度传感器均安装在智能传感器控制系统1的内部；发动机管理系统2采集到的发动机信息和整车信息，储能电源6的电压、温度和电流信号，车载用电器7的电流信号均通过通讯总线传输到智能传感器控制系统1，智能传感器控制系统1通过所采集到信息和信号可以实时精确的估计储能电源6的状态参数，动态调节发电机4的运行工作点，控制发动机的启停；发动机管理系统2传输给智能传感器控制系统1的信息包括：整车车速信号，发动机转速信号，发动机油温信号，发动机水温信号，离合器状态信号，刹车踏板信号，油门信号，变速箱档位信号，空调请求信号；智能传感器控制系统1通过采集储能电源6的电压、温度和电流信号，可以精确估计出储能电源6的状态参数：储能电源剩余电量、储能电源最低启动电压、储能电源健康寿命状态、储能电源最大充放电功率和储能电源故障状态；智能传感器控制系统1通过储能电源6的状态参数和车载用电器7的信息，可以实时动态调节发电机的输出电压和输出电流，优化储能电源充电制度；智能传感器控制系统1通过车载用电器信息、整车信息和储能电源6的状态参数，可以实时智能判断发动机的启停需求；智能传感器控制系统1包含以下子模块：数据采集模块，通讯模块，储能电源参数计算模块，发电机控制模块，发动机启停控制模块，故障诊断模块，整车能量优化计算模块，寿命优化计算模块；发动机的启停控制即可以通过发动机管理系统2完成，也可以通过智能传感器控制系统1完成；在数据采集模块中带有同步采集电路，发电机的工作模式可以分为四种：燃油经济型模式、关键用电器模式、正常模式和电流闭环模式。

在本发明中，智能传感控制系统1通过检测储能电源6的电压、温度与电流信号，精确的估算出储能电源6的剩余电量SOC、启动最低电压SOF、储能电源寿命状态SOH及当前最大充放电电流，综合当前发电机4的状态与车载用电器3的信息，动态调节发电机4的运行工作点，优化储能电源6的充电电流，调节发电机4的输出电压，延长储能电源6与车载用电器3的使用寿命，同时通过综合整车状态信息与发动机状态信息，控制发动机的停机与启动，减少发动机的油耗，降低发动机的排放。

Claims (8)

1.一种发动机启停控制系统，包括发电机（4）、启动电机（5）、储能电源（6）和车身搭铁（8），发电机（4）的正负极通过连接线分别与储能电源（6）的正极、车身搭铁（8）相连接，启动电机（5）正负极通过连接线分别与储能电源（6）的正极、车身搭铁（8）相连接，储能电源（6）的储能方式为物理式或化学式，其特征在于，还包括智能传感器控制系统（1）、发动机管理系统（2）、车载用电器（3）和车载用电器电流传感器（7），车载用电器电流传感器（7）的两端通过连接线分别与储能电源（6）的正极、车载用电器（7）的正极相连接，车载用电器（7）的负极通过连接线与车身搭铁（8）相连接，智能传感器控制系统（1）通过连接线分别与储能电源（6）的正极、储能电源（6）的负极、车身搭铁（8）相连接，发动机管理系统（2）、发电机（4）、启动电机（5）、车载用电器电流传感器（7）通过通讯总线均与智能传感器控制系统（1）相连接，储能电源（6）的电压传感器、电流传感器与温度传感器均安装在智能传感器控制系统（1）的内部；发动机管理系统（2）采集到的发动机信息和整车信息，储能电源（6）的电压、温度和电流信号，车载用电器（7）的电流信号均通过通讯总线传输到智能传感器控制系统（1），智能传感器控制系统（1）通过所采集到信息和信号可以实时精确的估计储能电源（6）的状态参数，动态调节发电机（4）的运行工作点，控制发动机的启停。

2.根据权利要求1所述的发动机启停控制系统，其特征在于，发动机管理系统（2）传输给智能传感器控制系统（1）的信息包括：整车车速信号，发动机转速信号，发动机油温信号，发动机水温信号，离合器状态信号，刹车踏板信号，油门信号，变速箱档位信号，空调请求信号。

3.根据权利要求1所述的发动机启停控制系统，其特征在于，智能传感器控制系统（1）通过采集储能电源（6）的电压、温度和电流信号，可以精确估计出储能电源（6）的状态参数：储能电源剩余电量、储能电源最低启动电压、储能电源健康寿命状态、储能电源最大充放电功率和储能电源故障状态。

4.根据权利要求1所述的发动机启停控制系统，其特征在于，智能传感器控制系统（1）通过储能电源（6）的状态参数和车载用电器（7）的信息，可以实时动态调节发电机的输出电压和输出电流，优化储能电源充电制度。

5.根据权利要求1所述的发动机启停控制系统，其特征在于，智能传感器控制系统（1）通过车载用电器信息、整车信息和储能电源（6）的状态参数，可以实时智能判断发动机的启停需求。

6.根据权利要求4所述的发动机启停控制系统，其特征在于，智能传感器控制系统（1）包含以下子模块：数据采集模块，通讯模块，储能电源参数计算模块，发电机控制模块，发动机启停控制模块，故障诊断模块，整车能量优化计算模块，寿命优化计算模块。

7.根据权利要求5所述的发动机启停控制系统，其特征在于，发动机的启停控制即可以通过发动机管理系统（2）完成，也可以通过智能传感器控制系统（1）完成。

8.根据权利要求6所述的发动机启停控制系统，其特征在于，在数据采集模块中带有同步采集电路，发电机的工作模式可以分为四种：燃油经济型模式、关键用电器模式、正常模式和电流闭环模式。

Images