CN103674566B

CN103674566B - 基于最大峰值电流的汽车起动监测方法

Info

Publication number: CN103674566B
Application number: CN201210328524.4A
Authority: CN
Inventors: 邓恒; 杨凯; 张崇生; 郝飞
Original assignee: SAIC Motor Corp Ltd
Current assignee: SAIC Motor Corp Ltd
Priority date: 2012-09-07
Filing date: 2012-09-07
Publication date: 2016-08-17
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: CN103674566A

Abstract

本发明涉及汽车起动控制，特别涉及一种基于最大峰值电流的汽车起动监测方法。按照本发明的基于最大峰值电流的汽车起动监测方法包括下列步骤：利用霍尔传感元件测量汽车启动时的蓄电池输出电流；确定所述蓄电池输出电流首次大于第一阈值（TH1）的时刻（t^’ ₀）和首次小于所述第一阈值（TH1）的时刻（t₀）；确定启动过程输出电流的最大峰值（I_max）；以及根据所述最大峰值确定启动过程是否存在故障。

Description

基于最大峰值电流的汽车起动监测方法

技术领域

本发明涉及汽车起动控制，特别涉及一种基于最大峰值电流的汽车起动监测方法。

背景技术

起动机是现代汽车普遍使用的电力起动装置，当需要发动机工作时，由起动机驱动发动机转动，使发动机自行点火工作。

图1示出了一种双蓄电池汽车电气系统示意图。参见图1，该双蓄电池汽车供电系统10包括控制单元110、交流发电机120、第一和第二蓄电池130A和130B、起动机140、用电器件150和第一-第四开关装置K1-K4。在图1中，粗实线表示功率或能量流，而细实线表示控制信号和测量信号流。

在图1中，控制单元110是整个电气系统10的核心，其一方面负责根据用电状况（例如起动机140和用电器件150的用电需求）、蓄电池状态（这里例如是第一和第二蓄电池130A和130B的工作电流、工作电压、温度、老化程度和荷电状态（SOC）中的一种或多种）和发电机状态（例如交流发电机120当前所能提供的工作电流）等确定合适的电能管理策略，另一方面，控制单元110还具有直流-直流转换能力，以通过升压和降压操作向第一和第二蓄电池130A和130B提供合适的充电电压。

取决于不同的负载特性，汽车供电电流具有较大的差异。例如在发动机启动阶段，蓄电池需要为起动机工作提供大安倍的瞬间电流，而对于诸如照明、音响之类的用电设备，需要提供的是较长时间的小电流。在图1所示的电气系统中，第一和第二蓄电池130A和130B可能担负双重角色。例如，当用电器件150负荷较高而发电机120与第一蓄电池130A无法满足用电需求时，在控制单元110的控制下，第二蓄电池130B的电能将作为补充能源提供给用电器件150。

为了在储能元件（这里为第一和第二蓄电池130A和130B）、发电机和用电负荷之间合理、有效地分配能量，控制单元110需要准确、快速地获得关于储能元件的状态参数（例如电流、电压、温度等）。由于担负双重角色的蓄电池（例如第二蓄电池130B）的电流具有较大的动态变化范围，因此一般需要采用两组电流检测装置，它们包含量程各异的霍尔传感器，分别检测启动过程中的电流和非启动过程中的电流。

但是这种架构增加了系统的复杂性（例如两个霍尔传感器需要互校准），降低了可靠性，而且也不利于降低成本。。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种汽车起动监测方法，其具有实现成本低、准确度高的优点。

上述目的可以由下述技术方案实现。

一种基于最大峰值电流的汽车起动监测方法，包括下列步骤：

利用霍尔传感元件测量汽车启动时的蓄电池输出电流；

确定所述蓄电池输出电流首次大于第一阈值的时刻和首次小于所述第一阈值的时刻；

确定启动过程输出电流的最大峰值；以及

根据所述最大峰值确定启动过程是否存在故障。

优选地，在上述方法中，根据所述最大峰值确定启动过程是否存在故障的步骤包括下列步骤：

判断所述最大峰值是否大于或等于预先设定的第二阈值，如果判断结果为真，则发送故障报警消息，这里，所述第二阈值大于所述第一阈值。

优选地，在上述方法中，根据所述最大峰值确定启动过程是否存在故障的步骤还包括下列步骤：

如果下列条件同时成立，发送故障报警消息：

（1）所述最大峰值介于所述第二阈值与预设的第三阈值之间，其中，所述第三阈值小于所述第二阈值但大于所述第一阈值；以及

（2）下列比值大于或等于预设值ε：

ε=t^’ ₀/( t₀-t^’ ₀)

其中，t^’ ₀为所述蓄电池输出电流首次大于第一阈值的时刻，t₀为所述蓄电池输出电流首次小于所述第一阈值的时刻。

优选地，在上述方法中，所述故障报警消息包含时间戳记和与故障类型对应的代码。

优选地，在上述方法中，所述第一阈值根据环境温度调整。

优选地，在上述方法中，根据下式确定所述最大峰值：

其中，t₀为所述蓄电池输出电流首次小于所述第一阈值的时刻，α、β和γ为实验确定的常数。

优选地，在上述方法中，所述第一阈值预设为汽车正常启动时的输出电流的最大峰值的60%-70%。

优选地，在上述方法中，从周期性测量得到的所述蓄电池输出电流中确定首次大于第一阈值的时刻和首次小于所述第一阈值的时刻。

优选地，在上述方法中，所述第二阈值比所述第一阈值大15%-25%。

优选地，在上述方法中，所述第三阈值比所述第一阈值（TH1）大。

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其它目的及优点更加完全清楚。

附图说明

图1示出了一种双蓄电池汽车电气系统示意图。

图2为一种汽车电流测量装置的示意图。

图3为汽车启动过程中蓄电池输出电流-时间的示意图。

图4为图2所示汽车电流测量装置测得的蓄电池输出电流的示意图。

图5为按照本发明的一个实施例的汽车起动控制方法的流程图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述本发明的具体实施方式来阐述本发明。但是需要理解的是，这些具体实施方式仅仅是示例性的，对于本发明的精神和保护范围并无限制作用。

在本说明书中，“耦合”一词应当理解为包括在两个单元之间直接传送能量或信号的情形，或者经一个或多个第三单元间接传送能量或信号的情形，而且这里所称的信号包括但不限于以电、光和磁的形式存在的信号。另外，“包含”和“包括”之类的用语表示除了具有在说明书和权利要求书中有直接和明确表述的单元和步骤以外，本发明的技术方案也不排除具有未被直接或明确表述的其它单元和步骤的情形。再者，诸如“第一”、“第二”、“第三”和“第四”之类的用语并不表示单元或数值在时间、空间、大小等方面的顺序而仅仅是作区分各单元或数值之用。

图2为按照本发明的一个实施例的汽车电流测量装置的示意图。

如图2所示，该测量装置20包括霍尔传感元件211、放大电路212、温度检测电路220、信号处理单元230和LIN接口240。

霍尔传感元件211被设置在汽车蓄电池的输电导线附近，放大电路212与霍尔传感元件211相连，用于放大检测到的霍尔电压信号。霍尔传感元件211和放大电路212组成了电流检测电路。

放大电路212和温度检测电路220均连接至信号处理单元230。信号处理单元230包括比较器231、A/D转换器232、处理器233和存储器234，比较器231将放大电路212的输出信号与一个预设的阈值TH1进行比较，如果大于该阈值，则向处理器233输出一个截止信号，否则该信号被输出至A/D转换器232，经模数转换后在输出至处理器233。处理器233与LIN接口240相连，其将比较器231和A/D转换器232输出的数字信号封装为信号帧以通过LIN接口240发送给外部的设备，例如汽车电气系统的控制单元的处理器（未画出）；另一方面，处理器233还与存储器234相连，其将前端电路提供的检测信号加上相应的时间戳记存储在存储器234内。

此外，处理器233可以接收温度检测电路220测得的温度信号以对放大电路212提供的测量信号进行温度修正。

图3为汽车启动过程中蓄电池输出电流-时间的示意图。在该图中，纵轴表示启动用蓄电池的输出电流I，而横轴表示时间t。

如图3所示，在汽车启动刚开始时，蓄电池的输出电流I急剧升高，随后形成多个幅值均不断下降的波峰和波谷。为了防止启动过程过长从而造成起动机损坏，图2所示的测量装置20将周期性地采样蓄电池的输出电流I，并报告给控制单元的处理器。受到可靠性和成本等诸多因素的限制，单个电子电路和传感元件的测量范围一般很难覆盖从启动期间的最大峰值电流I_max到0的范围。

在本发明的实施例中，将电子电路和传感元件的测量范围设计为仅覆盖较小的范围，在该范围以外的信号不作模数转换而只是输出固定值。特别是，将上述较小范围的上限和下限分别设定为阈值TH1和0，该阈值TH1小于I_max，例如可以是I_max的60%-70%。这样，当蓄电池的输出电流小于或等于I_max时，测量装置20将检测到的霍尔信号转换为成比例的数字信号，否则，则将检测到的霍尔信号转换为一个固定的截止信号值。

图4为采用按照本发明实施例的测量装置测得的汽车启动过程中蓄电池输出电流的示意图。在该图中，纵轴表示启动用蓄电池的输出电流I，而横轴表示时间t。

参见图4，将输出电流首次高于阈值TH1的时刻记为t^’ ₀并且将输出电流I首次跌破阈值TH1的时刻记为t₀，此后输出电流I达到峰值（I₁和I₂）的时刻记为t₁和t₂。以下将蓄电池输出电流首次取值为TH1和首次跌破TH1之间的时间段（在图4所示的情形下，也即t₀与t^’ ₀之间的时间差）称为截止区。本发明的发明人经过研究发现，时刻t₀的大小与图3中的启动过程输出电流最大峰值I_max相关并且它们之间的关系可以用下列方程表示：

（1）

这里α、β和γ为实验确定的常数。为了更为精确地确定最大峰值I_max，可以将温度因素纳入。为此，使不同的环境温度对应不同的常数组{α、β、γ}。

优选地，可以将图2所示的霍尔传感元件211、放大电路212、温度检测电路220、信号处理单元230以及LIN接口240集成在一个集成电路器件中。此外，对于本发明而言，集成电路器件可以采用各种类型的霍尔器件来实现，例如包括但不限于开环霍尔效应换能器或闭环霍尔效应换能器。

图5为按照本发明的一个实施例的汽车起动控制方法的流程图。示例性地，本实施例的方法被应用于图1所示的汽车电气系统并且采用图2所示的测量装置20来测量蓄电池的输出电流。

当汽车启动时，图1所示的控制单元110接通第一蓄电池130A与起动机140的回路，起动机140开始工作。参见图5，在步骤510中，测量装置20周期性地测量第一蓄电池130A的输出电流，从而确定截止区的开始时刻t^’ ₀和结束时刻t₀。

随后在步骤520中，测量装置20利用上式（1），由步骤510确定的时刻t₀计算启动过程输出电流最大峰值I_max。

接着进入步骤530，测量装置220判断启动过程输出电流最大峰值I_max是否大于或等于预先设定的阈值TH2，如果判断结果为真，则转入步骤540，否则转入步骤550。这里阈值TH2大于前述的阈值TH1，优选地，阈值TH2比阈值TH1大15%-25%。

在步骤540，测量装置20生成故障报警消息。优选地，故障报警消息包含时间戳记和指示报警类型的代码。在步骤540中，测量装置20在故障报警消息中写入指示启动过程输出电流最大峰值I_max过大的代码值。

作为步骤530的另外一个分支，在步骤550中，测量装置220判断下列条件是否同时成立：

（1）启动过程输出电流最大峰值I_max介于阈值TH2与阈值TH3之间，其中，阈值TH3大于阈值TH1但小于阈值TH2，优选地，阈值TH3比阈值TH1大5%-10%；以及

（2）下列比值大于或等于预设值ε：

ε=t^’ ₀/( t₀-t^’ ₀) （2）

这里，t^’ ₀为蓄电池输出电流首次大于第一阈值TH1的时刻，t₀为蓄电池输出电流首次小于第一阈值TH1的时刻。

如果上述两个条件同时成立，则转入步骤540，测量装置20生成故障报警消息，其中，故障报警消息所包含的报警类型的代码值指示输出电流达到最大峰值的时间过长。

如果上述两个条件不成立或者未同时成立，则转入步骤560，测量装置20生成起动过程正常的消息。

步骤540和560完成之后都进入步骤570。在该步骤中，处理器233通过LIN接口234将消息发送给控制单元110的处理器。

由于可以在不背离本发明基本特征的精神下，以各种形式实施本发明，因此本实施方式是说明性的而不是限制性的，由于本发明的范围由所附权利要求定义，而不是由说明书定义，因此落入权利要求的边界和界限内的所有变化，或这种权利要求边界和界限的等同物因而被权利要求包涵。

Claims

1.一种基于最大峰值电流的汽车起动监测方法，其特征在于，包括下列步骤：

利用霍尔传感元件测量汽车启动时的蓄电池输出电流；

确定所述蓄电池输出电流首次大于第一阈值（TH1）的时刻（t^’ ₀）和大于第一阈值（TH1）的时刻（t^’ ₀）之后首次小于所述第一阈值（TH1）的时刻（t₀）；

确定启动过程输出电流的最大峰值（I_max）；以及

根据所述最大峰值确定启动过程是否存在故障，

其中，根据下式确定所述最大峰值：

其中，I_max为所述最大峰值，t₀为所述蓄电池输出电流大于第一阈值（TH1）的时刻（t^’ ₀）之后首次小于所述第一阈值（TH1）的时刻，α、β和γ为实验确定的常数。

2.如权利要求1所述的方法，其中，根据所述最大峰值确定启动过程是否存在故障的步骤包括下列步骤：

判断所述最大峰值（I_max）是否大于或等于预先设定的第二阈值（TH2），如果判断结果为真，则发送故障报警消息，这里，所述第二阈值（TH2）大于所述第一阈值（TH1）。

3.如权利要求2所述的方法，其中，根据所述最大峰值确定启动过程是否存在故障的步骤还包括下列步骤：

如果下列条件同时成立，发送故障报警消息：

（1）所述最大峰值I_max介于所述第二阈值（TH2）与预设的第三阈值（TH3）之间，其中，所述第三阈值（TH3）小于所述第二阈值（TH2）但大于所述第一阈值（TH1）；以及

（2）下列比值ε大于或等于预设值：

ε=t^’ ₀/( t₀-t^’ ₀)

其中，t^’ ₀为所述蓄电池输出电流首次大于第一阈值（TH1）的时刻，t₀为所述蓄电池输出电流大于第一阈值（TH1）的时刻（t^’ ₀）之后首次小于所述第一阈值（TH1）的时刻。

4.如权利要求2或3所述的方法，其中，所述故障报警消息包含时间戳记和与故障类型对应的代码。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一阈值（TH1）根据环境温度调整。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一阈值（TH1）预设为汽车正常启动时的输出电流的最大峰值的60%-70%。

7.如权利要求1所述的方法，其中，从周期性测量得到的所述蓄电池输出电流中确定首次大于第一阈值（TH1）的时刻（t^’ ₀）和大于第一阈值（TH1）的时刻（t^’ ₀）之后首次小于所述第一阈值（TH1）的时刻（t₀）。

8.如权利要求3所述的方法，其中，所述第二阈值（TH2）比所述第一阈值（TH1）大15%-25%。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述第三阈值（TH3）比所述第一阈值（TH1）大5%-10%。