CN103770597B - 车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车辆，所述车辆具有通过对阀的控制而选择的多个冷却液路径。阀系统被构造成根据与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差而将冷却液从发动机引导至热交换器。阀系统还被构造成将冷却液从发动机引导至电加热器，并且响应于热交换器所需要的热量大于电加热器的热能力而请求发动机运转。公开了一种用于控制阀从隔离位置到非隔离位置的改变的方法，在隔离位置，该阀将循环通过电加热器和该阀的冷却液与循环通过发动机的冷却液隔离，在非隔离位置，该阀将冷却液从发动机引导至电加热器。

Description

车辆

技术领域

本发明涉及一种车辆，该车辆用于提供客舱舒适性的PHEV加热模式。

背景技术

为了对乘客厢提供舒适性，车辆具有对乘客厢进行加热或冷却的能力。传统的车辆使用来自发动机的余热作为加热乘客厢的唯一热源。随着纯电动车辆（BEV）的出现，便不再有任何可用的余热，从而需要加热乘客厢的其他方法。典型的BEV可使用电加热器来预热乘客厢。类似地，混合动力电动车辆（HEV）遭遇不同的问题，这是因为发动机可能不会经常运转并产生余热来供加热系统使用。插电式混合动力电动车辆（PHEV）由于在发动机于大部分时间段内关闭的情况下运转而加剧了这种问题。为了提供最优的燃料经济效益，期望在不必仅依赖发动机余热的情况下加热乘客厢。

发明内容

在示意性实施例中，混合动力车辆包括发动机、电加热器、加热器芯和阀，所述阀被布置成使冷却液流经发动机和电加热器中的至少一个。该示意性系统还包括控制器，所述控制器被配置成请求发动机起动，并响应于加热请求而控制阀使冷却液流经发动机和加热器芯。该示意性系统包括通过控制阀和电加热器而独立于发动机和散热器回路运行电加热器和电加热回路的能力。该示意性系统可提供稳健的能力，从而尽管某些系统组件发生故障也能够提供加热。该示出性系统还可提供提高加热乘客厢的有效性的操作模式。

公开了一种车辆的实施例，该车辆包括发动机、热交换器或加热器芯、电加热器和阀系统，所述阀系统被构造成根据与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差而将冷却液从发动机引导至热交换器。与发动机相关联的温度可以是从发动机流出的冷却液的温度。与热交换器相关联的温度可以是从热交换器流出的冷却液的温度。阀系统还可被构造成根据与热交换器相关联的温度和与发动机相关联的温度之间的差而将冷却液从发动机引导至电加热器。阀系统可响应于与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差大于预定阈值而将冷却液从发动机引导至热交换器。电加热器还可被构造成根据与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差而加热流体。

公开了车辆的另一实施例，该车辆包括发动机、热交换器、电加热器和阀系统，所述热交换器被构造成加热车辆的车舱，所述电加热器被构造成加热用于热交换器的冷却液，所述阀系统被构造成将冷却液从发动机引导至电加热器，并且响应于热交换器所需要的热量大于电加热器的热能力而请求发动机运转。阀系统还可被构造成根据与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差而将冷却液从发动机引导至电加热器。这可要求与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差大于预定阈值。电加热器还可被构造为根据与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差而加热流体。

公开了一种方法，所述方法用于在车辆加热系统中控制阀选择性地流体连接冷却液回路。所述方法包括控制阀从隔离位置到非隔离位置的改变，在隔离位置，该阀将循环通过电加热器和该阀的冷却液与循环通过发动机的冷却液隔离，在非隔离位置，该阀响应于与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差大于第一阈值，或者响应于热交换器需要的热量与电加热器的热能力之间的差大于第二阈值，而将冷却液从发动机引导至电加热器。所述方法还可包括响应于热交换器需要的热量与电加热器的热能力之间的差大于第二阈值而请求发动机运转。所述方法还可包括响应于电加热器不起作用而控制阀将冷却液从发动机引导至热交换器。所述方法还可包括根据与发动机相关联的温度和与热交换器相关联的温度之间的差而控制电加热器，以加热循环通过的冷却液。与发动机相关联的温度可以是从发动机流出的冷却液的温度。与热交换器相关联的温度可以是从热交换器流出的冷却液的温度。

所述方法还可包括响应于被构造成使冷却液循环通过不起作用的热交换器的泵而控制阀，以将冷却液从发动机引导至热交换器。

所述方法还可包括响应于测量与不起作用的热交换器相关联的温度的温度传感器而控制阀，以将冷却液从发动机引导至热交换器。

附图说明

图1是混合动力车辆的示意性代表；

图2和图3是实施气候控制策略的车辆组件的示意性代表。

具体实施方式

根据要求，在此公开本发明的具体实施例；然而，应该理解，公开的实施例仅仅是本发明的示例，这些示例可采用各种和可选的形式实施。附图不一定按照比例绘制；可能会夸大或最小化一些特征，以示出具体组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式应用本发明的代表性基础。

车辆可具有两个或更多个推进装置，诸如第一推进装置和第二推进装置。例如，如现有技术中所公知的，车辆可具有发动机和电机、燃料电池和电机或者推进装置的其他组合。发动机可以是压燃式或火花点火式内燃发动机，或者外燃发动机，并且预期这些发动机能使用各种燃料。在一个示例中，车辆是混合动力车辆（HEV），另外车辆可具有连接到外部电网的能力，诸如插电式混合动力电动车辆（PHEV）。在附图中使用该PHEV构造，并使用该PHEV构造来描述下面的各种实施例；然而，能够预期的是，可利用具有现有技术中公知的其他推进装置或推进装置的组合的车辆来实施各种实施例。

插电式混合动力电动车辆（PHEV）包含现有的混合动力电动车辆（HEV）技术的延伸，其中，电池补偿内燃发动机和至少一个电机，以进一步获得里程增加和车辆排放减少。PHEV使用容量比标准混合动力车辆的容量大的电池，且PHEV增添有从电网对电池再充电的能力，该电网向充电站处的电插座供应电能。这在电驱动模式中以及碳氢化合物/电混合驱动模式中进一步提高了整体车辆系统运转效率。

图1示出了HEV10的动力传动系统构造和控制系统。动力分流式混合动力电动车辆10可以是并联式混合动力电动车辆。如所示出的HEV构造仅用于示例性目的，而无意限制本公开，本公开能应用到HEV、PHEV或具有任何适当构造的其他类型的车辆。在这种动力传动系统的构造中，具有连接到动力传动系统的两个动力源12、14，这两个动力源包括利用行星齿轮组彼此连接的发动机和发电机子系统的组合以及电驱动系统（电动机、发电机和电池子系统）。电池子系统是发电机和电动机的能量储存系统。

改变发电机速度将改变发动机输出的动力在电路径和机械路径之间的分流。与传统车辆不同的是，在具有动力分流式动力传动系统的车辆10中，发动机16需要发电机扭矩（通过发动机转速控制产生）或发电机制动扭矩，以通过电路径和机械路径两者（分流模式）或者通过所有的机械路径（并行模式）将其输出动力传递至动力传动系统，从而进行前进运动。在利用第二动力源14的运转期间，电机20从电池26获得电能并独立于发动机16而提供推进，以进行前进和倒车运动。这种运转模式被称为“电驱动”或纯电动模式或者EV模式。

与传统的动力传动系统不同的是，这种动力分流式动力传动系统的操作整合两个动力源12、14一起无缝地工作，以在不会超过系统限制（诸如，电池限制）的情况下满足驾驶员需求同时优化动力传动系统的总效率和总性能。需要在两个动力源之间进行协调控制。如图1中所示，在这种动力分流式动力传动系统中具有执行协调控制的分级式车辆系统控制器（VSC）28。在动力传动系统处于正常条件（没有子系统/组件故障）的情况下，VSC解读驾驶员需求（例如，PRND和加速或减速需求），然后基于驾驶员需求和动力传动系统限制来确定车轮24扭矩命令。此外，VSC28确定每个动力源何时需要提供扭矩以及需要提供多少扭矩以满足驾驶员扭矩需求并达到发动机的运转点（扭矩和转速）。

在PHEV车辆10构造中，电池26使用插座32能够另外再充电（如虚线所示），所述插座32连接到电网或其他的外部电源，并可通过电池充电器/转换器30连接到电池26。

车辆10可以以电动模式（EV模式）运转，在该EV模式下，电池26向电机20提供运转车辆10的所有动力。除了节省燃料的效益以外，以EV模式运转可通过更低的噪声和更好的操纵性（例如，更平稳的电动操作，更低的噪声、振动和声振粗糙度（NVH），以及更快的响应）来提高驾驶舒适性。以EV模式运转还会由于在该模式下车辆的零排放而有益于环境。

插电式混合动力电动车辆（PHEV）享有ICE和BEV这两者的特性。PHEV可具有仅由电机20（由电池包26供应电能）提供推进的某段驾驶范围。一旦电池包26的电量已经被消耗至某个水平，便起动发动机16。发动机16可提供推进车辆的动力并对电池包26进行再充电。在纯电动模式下，发动机16将不会运转。因为发动机16并不运转，所以将不会有能够用于加热乘客厢的发动机余热产生。PHEV可响应于乘客的加热需要而起动发动机16。然而，这会妨碍纯电动运转，并可能会影响燃料经济性和排放。

在图2中示出了一种可以为PHEV提供乘客厢加热的系统。该系统提供了两个冷却液加热源。该系统可如传统的ICE车辆中的那样利用来自发动机40的热来加热冷却液。该系统还可如BEV系统中的那样经电加热器42提供热。具有多个热源使得在正常操作工况期间具有灵活性以及在故障模式期间具有一定的冗余度。该系统允许来自不同热源的冷却液流经加热器芯。加热器芯隔离阀（HCIV）44的添加允许乘客厢加热系统选择被加热的冷却液的源。车辆系统控制器（VSC）模块（图1中的28）可控制该系统的操作。VSC（图1中的28）可基于乘客的加热请求和加热系统中各个组件的状态来确定加热模式。期望的加热器芯的冷却液温度由VSC（图1中的28）产生或者被提供至VSC。为了确保稳健的操作，VSC（图1中的28）可通过选择适当的操作模式而尝试在控制元件缺失或故障的情况下工作。加热系统的目的是以尽可能最省油的方式使加热器芯的温度保持在期望的加热器芯冷却液温度。

电加热器42可以是正温度系数（PTC）式加热器。PTC加热元件由具有自限温特性的小陶瓷石制成。这种特性具有快的加热响应时间以及自动改变其瓦数以保持预定温度的能力。这样，PTC加热器可以是向车舱提供受控制的电热量的较好选择。

该系统还可具有辅助水泵46，以强制冷却液流经加热系统。可包括冷却液传感器48，以测量冷却液的温度。冷却液流经加热器芯50，这使得热量从冷却液被传递给进入乘客厢的空气。可使用风机52使热量从加热器芯50中的冷却液传递给流经加热器50并进入到乘客厢中的空气。

该系统还可具有水泵54，以强制流体流经发动机40。水泵54可被电驱动或机械驱动。在某些模式下，水泵54还可强制流体流经加热组件。该系统还可具有散热器56，以使冷却液中的热散发。该系统还可具有节温器58，以控制冷却液在散热器56和发动机40之间的流动。该系统还可具有除气瓶（degas bottle）60，该除气瓶60可作为冷却液储藏器，可从冷却液去除空气，并提供卸压。冷却系统还可包括废气再循环（EGR）62系统，该EGR62使发动机的部分废气再流回到发动机气缸。

具有多个冷却液路径的系统使得能够根据运转工况而不同地处理冷却液加热。参照图3，该系统具有多个不同的冷却液路径。纯电加热回路（EOHL）166包括电加热器142、辅助水泵（AWP）146、发动机冷却液温度（ECT）传感器148和加热器芯150。在EOHL166中，电加热器142加热冷却液。辅助水泵146强制冷却液流经加热器芯150和电加热器142。温度传感器148测量EOHL166中的冷却液温度，从而可执行控制功能和监控功能。EOHL166可独立于发动机140和发动机-散热器回路174而运行。

发动机-散热器回路（ERL）174为发动机140提供冷却。发动机-散热器回路174可由传统的发动机冷却组件组成。水泵154可强制冷却液流经ERL174。节温器158可基于冷却液温度来调节流入发动机140的冷却液流量。冷却液可流经散热器156，以从冷却液散热。该系统可包括除气瓶160，以从冷却系统去除空气。当冷却液温度低于某个阈值时，节温器158将不会允许冷却液从散热器156流至发动机140。随着发动机140的运转，发动机140中的冷却液的温度将升高。在某个温度下，节温器158将会打开并且使冷却液从散热器156流至发动机140。当节温器158关闭时，冷却液会流经发动机-旁通回路172，而不是流经散热器156。为了使冷却液流动，必须启动水泵146或154中的一个水泵，以强制冷却液流经该系统。当节温器158打开时，冷却液流经散热器156，随着热在该散热器156中散发出去，冷却液温度下降。然后，被冷却的流体流回到发动机140中，并重复该过程。为了控制和监控的目的，可测量发动机冷却液温度164。

ERL174和EOHL166可彼此独立地运行。可在特定时间根据每个回路的加热/冷却请求而在每个回路中实现独立的冷却液温度。加热器芯隔断阀（HCIV）144的添加能够调整冷却液的流量。HCIV144可以是改变流经本系统的冷却液流量的电切换阀。HCIV144可以是三通阀，该三通阀基于启用信号而使一个端口选择性地连接到其他两个端口中的每个端口。HCIV144可使得冷却液回路被组合为一个更大的冷却液回路。HCIV144可按照这样的方式切换：允许冷却液从发动机140出口流动至电加热器142入口，从而形成组合加热回路（CHL）168。

CHL168允许发动机140和电加热器142这两者来加热冷却液。水泵154或辅助水泵146可强制冷却液流经发动机140。当发动机140运转时，热量从发动机140传递给流经发动机140的冷却液。然后，发动机冷却液可流经HCIV144并流经电加热器142、辅助水泵146和加热器芯150。冷却液可经由节温器158的壳体而回到发动机140。

该系统具有基于多个冷却液回路的可用性而以多种不同的模式操作的能力。例如，在一种模式下，车辆仅依靠电动力运转。在该模式下，电加热器142可加热冷却液，从而发动机140便没有必要运转。HCIV144可以以使冷却液在纯电加热回路166中循环的模式设置。

在该模式下，辅助水泵146强制冷却液流经加热器芯150。若需要时，电加热器142可加热流经该回路的冷却液。利用温度传感器148来测量温度。此外，没有来自发动机140的冷却液流经加热器芯150。可通过改变电加热器142的输出功率来控制冷却液温度。诸如环境温度、乘客期望的温度和风机转速的变量可用于调节电加热器142的输出功率。这种布置的优点之一在于冷却液不必流经发动机140。如果发动机140不运转，则发动机块会比期望的冷却液温度更冷。在这种条件下使冷却液流经发动机块会使得冷却液通过发动机块而散热，即，使发动机块加热而使冷却液温度降低。最终效果可能是电加热器142不能提供足够的热来克服发动机块中的散热。通过将发动机140与加热回路隔离，电加热器142可提供足够的热来保持期望的冷却液温度，这是因为仅加热在纯电加热回路166中流动的冷却液。

在另一实施例中，控制该系统的操作的一种模式可被称为伺机加热模式（OHM）。在这种模式下，电加热器142可作为主冷却液加热源。当能获得来自发动机140的热时，可根据机会使用该来自发动机140的热。在这种模式下，不要求发动机140由于气候目的而运转。当发动机140运转时，使用发动机热来预热冷却液会是比较理想的。因为冷却液从发动机处被预热，所以使用这种被预热的冷却液比利用电池能量通过电加热器142来加热冷却液更有效。可基于从发动机140流出的冷却液的温度164来改变电加热器142对冷却液加热所作出的贡献。在这种模式下，控制器可控制HCIV144，以选择具有最高温度的冷却液源。根据当前运转条件，控制器可在电加热器142和发动机140之间选择作为被加热的冷却液的源。

在OHM下，控制器可基于每个回路中的冷却液温度来选择回路进行操作。在回路之间进行切换的一个条件可以是确定哪个回路可向电加热器142提供最高温度的冷却液。该系统可利用温度传感器170来确定从加热器芯150流出的冷却液的温度，或者可利用基于模型而进行的估计来确定从加热器芯150流出的冷却液的温度。然后，可将该温度与估计或测量的从发动机流出的冷却液的温度164比较。然后，控制器可选择这些温度中的最高温度，以确定加热系统应该在哪个回路中进行操作。利用这些温度中的最高温度能够减少电加热器142进一步加热冷却液所需要的能量。

仅当发动机140运转时，伺机加热模式期间在组合加热回路168中的运作才可行。在这种模式下，没有必要利用电加热器142对冷却液加热进行补充。如果来自发动机140的冷却液的温度足够热，则该系统便没有必要使用电加热器142。在OHM下，如果当前发动机140关闭，则控制器可能不会请求开启发动机140。在OHM下，在发动机140已经关闭之后该系统可能会保持组合加热回路持续一些时间。

在OHM下的操作通常会在由电加热器142提供热的纯电加热回路166中开始。如果发动机冷却液温度164大于加热器芯输出温度170，则会激活组合加热回路。在转换至组合加热回路之后，电加热器输出功率会被限制。限制电加热器输出功率的决定可取决于发动机是否运转或者车辆是否处于电量保持模式。该系统可基于车辆乘客的加热需求来确定冷却液的目标温度。当发动机冷却液温度164超过冷却液目标温度时，便不需要电加热器142进行加热。当发动机冷却液温度164下降至低于加热器芯输出温度170时，该系统会转换回到纯电加热回路166。可设置滞后，以防止模式之间过度循环。电加热器还可对由发动机发生的热量进行补充。

在OHM下，当存在某些故障时，该系统可继续操作。各个量可由控制器测量到或者由其他控制器传送。当缺少或不知道冷却液目标温度时，控制器可产生其自己的冷却液目标温度。如果缺少或不能获得风机气流，则系统可默认最大气流设置。如果缺少或者不能获得车舱温度，则可使用默认的车舱温度标准。如果缺少或不能获得周围环境的空气温度，则系统可推断周围环境的空气温度。

另一种可能的操作模式可以是强制混合加热模式（FHHM）。FHHM可使用发动机140和电加热器142这两者来加热冷却液。冷却液在流经发动机140时被加热，且电加热器142可将额外的热量添加到冷却液。当在加热器芯150中消散的热大于电加热器142输出的热时，可进入这种模式。即，电加热器142不能跟上加热器芯150的热需求。在这种情况下，电加热器142不能将冷却液加热至足够的温度来满足乘客厢的加热需求。

在加热器芯150的输出处估计或测量冷却液温度170可有助于确定这种情况。此外，还可使用关于电加热器142的能力的信息。还可使用发动机出口处的实际的冷却液温度或估计的冷却液温度164来确定如何以这种模式操作。一旦系统确定了电加热器142不能满足加热器芯150的需求，该系统可请求起动发动机140以提供被加热的冷却液。在极其寒冷的天气条件期间可能会频繁地发生这种模式。为了在乘客厢中提供期望的加热程度，有必要超越控制（override）任何驾驶员选择的模式（诸如纯电动）。

在强制混合加热模式下，可根据加热需求而在需要时起动和停止发动机140。可起动发动机140，并可选择组合加热回路168。随着发动机140的运转，冷却液温度将上升。当冷却液温度已经超过冷却液目标温度一定量时，便不再需要发动机140来进行冷却液加热。然后，可关闭发动机140。HCIV144可保持在组合加热回路直到发动机冷却液温度164已经下降至低于加热器芯输出温度170为止。当发动机冷却液温度164已经下降至低于加热器芯输出温度170时，HCIV144可被切换至纯电加热回路166。一旦发动机140关闭，电加热器142便可用于使冷却液温度保持在期望的加热器芯冷却液温度。如果电加热器142不能使冷却液温度保持在期望的加热器芯冷却液温度，则发动机140便会被再次开启并且HCIV144会被切换至组合加热回路168。如必要时这可重复执行，以使温度保持在期望的加热器芯冷却液温度。

针对于加热系统中的某些故障，也可进入FHHM。当HCIV144、辅助水泵146、电加热器142或冷却液温度传感器148停止运转时，使用组合加热回路可能是有利的。

如果电加热器142停止工作，则电加热器142不能加热电加热回路166中的流体。在这种情况下，可期望通过将HCIV144切换至组合加热回路168而切换至组合加热回路168。这允许从发动机140加热的冷却液流经加热器芯150。因为在电加热器142故障时加热能力不会完全丧失，所以这会提供一些冗余度。此外，该系统可要求发动机140运转，以产生热。

在电加热器142出现故障的情况下，强制混合加热模式可以以较高的频率循环地使发动机140开启和关闭。发动机140可保持运转，以使冷却液温度升高至高于期望的加热器芯冷却液温度。在高于期望的加热器芯冷却液温度时，发动机140可关闭。一旦发动机140关闭，冷却液温度便会开始下降并最终下降至低于期望的加热器芯冷却液温度。如果电加热器142不能向冷却液提供热量，则冷却液温度将以更快的速度下降。由于这个原因，可能会要求发动机140更快开启。系统可得知关于电加热器142故障的信息，并且可利用关于电加热器142故障的信息，以改变操作。如果电加热器142已经停止工作，则系统可经由HCIV144来选择激活不同的加热回路。

如果辅助水泵146故障，则不能使流体流经纯电加热回路166。在这种情况下，可期望通过切换HCVI144而切换至组合加热回路168。这样，可利用水泵154来泵送流体流经发动机散热器156和电加热器166回路。水泵154可能会需要关于辅助水泵146故障的信息，从而可增大水泵154的转速以补偿出现故障的辅助水泵146。

如果加热器回路中的冷却液温度传感器148停止工作，则系统不能知晓电加热回路166中的温度。在这种情况下，系统可利用电加热器142以预定的最大加热能力在纯电加热回路166中运行。因为从温度传感器148不能获得反馈，所以可以以开环控制模式来设置该系统。该系统还可被切换至组合加热回路166，并且可使用发动机温度传感器测量结果164。

如果HCIV144停止工作，则故障检测可指示阀的故障位置。可利用所指示的位置，且系统可在那种模式下尽其最大的能力进行操作。可设置警告灯和诊断故障代码以指示故障。因为故障，加热系统不能按照所期望的执行。

该系统还可包含冷发动机锁止（CELO，Cold Engine Lock Out）特性。CELO特性可禁止风机操作，直到冷却液已经达到某个阈值为止。系统可要求发动机开启以协助加热冷却液。一旦冷却液已经达到某个阈值，便可增大风机转速，以允许热风流入到乘客厢中。

无论乘客厢中何时请求加热，都可使辅助水泵146运转。如果没有加热请求，则不必开启辅助水泵146。类似地，仅当发动机140运转时，才需要开启发动机-散热器回路174中的水泵154。当在组合加热回路168中进行运行时，也可请求开启水泵154。

虽然上面描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中所使用的词语是描述性词语而非限定，应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可组合多个实施例的特征以形成本发明的进一步实施例。

Claims (4)

1.一种车辆，包括：

发动机；

冷却液回路，包括电加热器和加热器芯；

阀系统，被构造成将冷却液选择性地从发动机引导至冷却液回路，并且响应于加热器芯所需要的热大于电加热器的热能力，操作阀系统而将冷却液从发动机引导至冷却液回路，并且请求发动机运转。

2.根据权利要求1所述的车辆，其中，阀系统还被构造成根据与发动机相关联的温度和与加热器芯相关联的温度之间的差而将冷却液从发动机引导至冷却液回路。

3.根据权利要求2所述的车辆，其中，与发动机相关联的温度和与加热器芯相关联的温度之间的差大于预定的阈值。

4.根据权利要求1所述的车辆，其中，阀系统还被构造成根据与发动机相关联的温度和与加热器芯相关联的温度之间的差而操作电加热器加热冷却液。