CN103879304B - 控制汽车发电机运行的方法和汽车电子控制器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及用于控制汽车发电机运行的方法以及基于该方法的汽车电子控制器。按照本发明实施例的控制汽车发电机运行的方法包括下列步骤：测量所述汽车发动机的扭矩和转速；根据测得的扭矩和转速确定所述汽车发动机是否处于高燃油效率状态；以及如果处于所述高燃油效率状态，则使所述汽车发电机向所述蓄电池充电。

Description

控制汽车发电机运行的方法和汽车电子控制器

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及用于控制汽车发电机运行的方法以及基于该方法的汽车电子控制器。

背景技术

在现代社会中，汽车一直是石油消费的主力。随着化石燃料资源的日益减少以及全球气候变暖趋势的愈发明显，世界各国都从法律和经济层面对汽车的油耗作出限定。

在汽车中，从动力提供到负载用电，其能量都直接或间接地来自于汽油燃烧的热能。图1为示出了汽车中能量流动的示意图，图中粗实线表示能量流，细实线表示控制信号流和检测信号流。如图1所示，在汽车电子控制器（ECU）110的控制下，汽车发动机120带动汽车发电机130发电，所产生的电力可以提供给蓄电池140，或者提供给用电负载150；另一方面，蓄电池140存储的电能也可以提供给用电负载150和起动机160。可见，发电机是上述能量流动过程中的重要环节，因此如何改善其运行控制是降低油耗的重要途径。

业界已经提出了多种基于用电负荷状态的控制发电机运行的方法，这些方法一般将蓄电池SOC状态和/或用电负载状态作为监测对象，根据监测的状态和控制策略（例如启动优先策略）确定是否由发电机向蓄电池充电和/或向用电负载供电。

但是需要指出的是，为了使发电机的运行控制更为优化，还需要考虑到更多的因素。

发明内容

本发明的目的是提供一种控制汽车发电机运行的方法，其具有显著降低油耗和实现简单的优点。

按照本发明的一个实施例，在一种控制汽车发电机运行的方法中，所述汽车发电机与蓄电池电气耦合，并且在运行时由汽车发动机驱动旋转，该方法包括下列步骤：

测量所述汽车发动机的扭矩和转速；

根据测得的扭矩和转速确定所述汽车发动机是否处于高燃油效率状态；以及

如果处于所述高燃油效率状态，则使所述汽车发电机向所述蓄电池充电。

按照本发明的实施例，汽车发电机在汽车发动机处于高燃油效率状态时向蓄电池充电，这大大提高了能源利用效率，从而达到省油的效果。

优选地，在上述方法中，所述高燃油效率状态在转速-扭矩坐标图中表示为一个区域。利用转速-扭矩参数对来表征燃油效率状态在保证控制的有效性的前提下，能够简化控制过程的复杂性。

优选地，在上述中，当扭矩和转速位于该区域内时，所述汽车发动机的燃油效率高于第一阈值的概率大于第二阈值。

优选地，在上述方法中，所述区域按照下列方式生成：

确定发生频率最高的扭矩和转速的组合并以此发生频率最高的组合为圆心生成第一区域；

生成第二区域，当扭矩和转速位于该第二区域内时，所述汽车发动机的燃油效率高于第一阈值的概率大于第二阈值；以及

将所述第一和第二区域的交叠部分确定为所述区域。

由于在确定高燃油效率区时还将汽车行驶特点考虑在内，因此能够更有针对性地实现省油的目标。

优选地，在上述方法中，通过借助仿真实验建立扭矩和转速的组合与燃油效率之间的关系来生成所述区域。

优选地，在上述方法中，当处于所述高燃油效率状态时，所述汽车发电机向所述蓄电池充电的电流强度按照下式确定：

I＝αe^-βL

其中，I为充电的电流强度，L为测得的扭矩和转速的组合与所述区域的参考点之间的距离，α和β为大于0的常数。

优选地，在上述方法中，当处于所述高燃油效率状态时，所述汽车发电机向所述蓄电池充电的电流强度按照下式确定：将所述区域内的各点至区域的参考点之间的距离划分为多段，每段对应于一个充电电流强度，由此根据测得的扭矩和转速确定相应的充电电流强度。

更好地，在上述方法中，所述参考点为所述区域的质心或发生频率最高的扭矩和转速的组合。

将质心或发生频率最高的扭矩和转速的组合作为在确定充电电流强度时的参考点可以很好地适应扭矩和转速的变化具有连续性和动态范围大的特点。

本发明的还有一个目的是提供一种汽车电子控制器，其具有显著降低能耗和实现简单的优点。

按照本发明的一个实施例，一种汽车电子控制器包括：输入单元、输出单元和与输入单元和输出单元耦合的处理器，其中，所述输入单元被配置为从传感器接收汽车发动机的扭矩和转速的检测信号，所述输出单元被配置为向汽车发电机发送由所述处理器生成的指令，

其中，所述处理器被配置为根据扭矩和转速的检测信号确定所述汽车发动机是否处于高燃油效率状态，并且如果处于所述高燃油效率状态，则使所述汽车发电机向蓄电池充电。

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为示出了汽车中能量流动的示意图。

图2为按照本发明一个实施例的控制汽车发电机运行的方法的流程图。

图3示例性地示出了燃油效率在转速-扭矩坐标图中的表示形式，其中纵坐标为扭矩，单位为牛顿米，横坐标为转速，单位为RPM。

图4示例性地示出了考虑用户驾驶特点的生成高燃油效率区的示意图。

图5为按照本发明一个实施例的汽车电子控制器的结构框图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述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。

还需要指出的是，为阐述方便，附图中各单元并不一定按照它们实际的比例绘制，而且附图中各单元的尺寸以及它们之间的比例不构成对本发明保护范围的限定。

图2为按照本发明一个实施例的控制汽车发电机运行的方法的流程图。为阐述方便，以下的描述以图1所示的汽车中能量流动图景为例，但是应该理解的是，图1所示的图景仅仅是示意性的。

如图2所示，在步骤S210中，汽车电子控制器110首先从传感器接收其测得的发动机120的扭矩信号和转速信号。这些信号可以是模拟信号形式，在汽车电子控制器110处转换为数字信号。可选地，也可以将A/D转换器集成在传感器中，因此提供给汽车电子控制器110的将是数字信号形式的扭矩信号和转速信号。

随后，在步骤S220中，汽车电子控制器110根据汽车发动机120当前的扭矩和转速判断其是否处于高燃油效率状态，如果判断处于高燃油效率状态，则进入步骤S230，否则，则进入步骤S270。

汽车发动机的燃油效率一般可理解为平均油效，即汽车使用单位体积的汽油所行驶的距离。虽然可以根据发动机的扭矩和转速以及其它的参数估算出燃油效率，但是从下面的描述中将会看到，当进行发电机运行控制时，没有必要计算出燃油效率的具体数值。并且本发明的发明人经过深入研究后发现，在大部分情况下，每对扭矩与转速的组合所对应的燃油效率是唯一的并且变化不大。基于上述发现，在本实施例中，燃油效率被等价地表示为转速-扭矩坐标图中的一个坐标点。本发明的发明人经过深入研究后还发现，燃油效率随扭矩、转速的变化是连续的，高于一定水平的燃油效率在转速-扭矩坐标图中呈现为一个区域（以下又成为高燃油效率区）。

图3示例性地示出了燃油效率在转速-扭矩坐标图中的表示形式，其中纵坐标为扭矩，单位为牛顿米，横坐标为转速，单位为rpm。在图3中，曲线A所围成的区域为高燃油效率区，该区域内的坐标点所对应的燃油效率都高于某一水平。可以通过仿真实验确定扭矩和转速的组合与燃油效率之间的关系，由此绘制出图3所示的曲线A。

如上所述，在大部分情况下，扭矩与转速的组合所对应的燃油效率基本保持不变，但是由于系统的复杂性，扭矩与转速的组合所对应的燃油效率可能会发生较大的偏离，这是因为某些因素在有些工况下对燃油效率的影响不容忽视。尽管可以在确定燃油效率时将这些因素计入，但是为了保证控制的实时性和简便性，优选地可采用概率值来进行修正。具体而言，对于转速-扭矩坐标图中的每个点，只有同时满足下列两个条件时才被视为对应于高燃油效率：

条件1）：该点所对应的燃油效率有可能超过一定水平（例如大于或等于150公里/升）；并且

条件2）：条件1）发生的概率大于一个阈值（例如0.9）。

值得指出的是，在绘制上述高燃油效率区时还可以将用户的驾驶特点考虑进来。图4示例性地示出了以这种方式生成高燃油效率区的示意图，其中，纵坐标为扭矩，单位为牛顿米，横坐标为转速，单位为rpm。首先，可以生成图4中由曲线A所围成的区域，在该区域内，每个坐标点所对应的燃油效率高于一定的水平或者其高于一定水平的概率超过某一阈值。接着，可以生成曲线B所围成的区域，该区域代表用户日常驾驶时出现频率较高的燃油效率区域。为了简化起见，曲线B可以是圆形，其圆心位置O对应于发生频率最高的扭矩和转速的组合。最后，将曲线A和曲线B所围成区域的交叠部分C确定为高燃油效率区。

在步骤S230中，汽车电子控制器110进一步计算汽车发电机130向蓄电池140充电的电流强度。在本实施例中，可以采用下式计算得到电流强度：

I＝αe^-βL（1）

$L=\sqrt{{(x-x_c)}^2-{(y-y_c)}^2}---\left(2\right)$

这里，I为充电的电流强度，x和y为传感器测得的转速和扭矩在转速-扭矩坐标图上相应的坐标值，x_c和y_c为高燃油效率区的质心的坐标，因此L为测得的转速-扭矩组合到质心的距离，α和β为大于零的常数，可以通过实验确定。

值得指出的是，在许多情况下，发生频率最高的扭矩和转速的组合（即图4中的圆心O）位于曲线A所围成的区域，此时为了提高用户行驶特点在控制策略中的权重，可以将L定义为测得的转速-扭矩组合与发生频率最高的扭矩和转速的组合之间的距离。

可选地，在本实施例中也可以将距离L划分为多段范围，每段范围对应于一个充电电流强度，由此可根据测得的扭矩和转速，通过查表方式确定相应的充电电流强度。

接着进入步骤S240，汽车电子控制器110生成向蓄电池充电的命令，该命令中包含指示汽车发电机130发电电流强度的信息。在本实施例中，发电电流强度等于步骤S230中所确定的充电电流强度与用电负载150所需电流强度之和。

随后进入步骤S250，汽车电子控制器110将步骤S240中生成的命令发送给汽车发电机130，另一方面，汽车电子控制器110还指示执行机构接通汽车发电机130与蓄电池140之间的连接线路。接着，在步骤S260中，汽车发电机130根据从汽车电子控制器110接收的命令运行。

作为另一个分支，在步骤S270中，汽车电子控制器110生成不向蓄电池充电的命令，该命令中包含指示汽车发电机130发电电流强度的信息。在不充电的情况下，发电电流强度例如等于用电负载150所需电流强度。

随后进入步骤S280，汽车电子控制器110向发电机130发送步骤S270中所生成的命令，而在在步骤S260中，作为响应，汽车发电机130根据从汽车电子控制器110接收的命令运行。

图5为按照本发明一个实施例的汽车电子控制器的结构框图。

如图5所示，按照本实施例的汽车电子控制器50包括输入单元510、处理器520、动态随机存储器530A、非易失存储器530B和输出单元540。

输入单元510与位于汽车电子控制器50外部的传感器和开关611-61n耦合。优选地，输入单元510与传感器和开关611-61n通过总线方式（例如CAN总线）连接。传感器611-61n例如包括但不限于发动机转速与曲轴位置传感器、空气流量/进气压力传感器、节气门位置传感器和扭矩传感器等，它们为汽车电子控制器50提供进行控制所需的各种反馈信号，例如发动机的扭矩和转速信号。输出单元540将处理器生成的各种控制命令发送给汽车发电机70。优选地，其也通过总线方式（例如CAN总线）连接至汽车发电机70。

处理器520与输入单元510、动态随机存储器530A、非易失存储器530B和输出单元540耦合，作为汽车电子控制器50的核心单元，其根据非易失存储器530B中存储的控制程序和标准数据，对输入单元510从传感器和开关接收的信号进行预处理、分析、判断，生成相应的控制信号，并且将控制信号经输出单元540发送至受控设备（例如图5中的发电机70）。

以下描述图5所示汽车电子控制器的工作原理。

当汽车电子控制器50的处理器520加电启动时，其从非易失存储器530B中将控制程序加载到动态随机存储器530A中。可选地，还可以加载标准数据（例如高燃油效率区的边界轮廓数据）。这里的控制程序包括用于实现前述图2所示控制发电机运行的方法中的步骤S220-S250、S270、S280的计算机程序。

输入单元510定期或不定期地从传感器和开关611-61n接收检测信号和开关信号并传送给处理器520。当处理器520接收到汽车发动机当前的转速和扭矩信号时，即执行步骤S220，根据当前的扭矩和转速信号判断汽车发动机是否处于高燃油效率状态。如果判断汽车发动机处于高燃油效率状态或位于高燃油效率区，则执行计算充电电流强度的步骤S230和生成包含充电命令的命令的步骤S240，并且随后执行步骤S250，经输出单元540向汽车发电机70发送命令，使得汽车发电机按照设定的电流强度向蓄电池充电。如果判断汽车发动机未处于高燃油效率状态或高燃油效率区时，则执行生成包含不向蓄电池充电命令的命令的步骤S270，并且随后执行步骤S280，经输出单元540向汽车发电机70发送命令，使得汽车发电机按照设定的电流强度向蓄电池充电。

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 (10)

1.一种控制汽车发电机运行的方法，所述汽车发电机与蓄电池电气耦合，并且在运行时由汽车发动机驱动旋转，其特征在于，包括下列步骤：

测量所述汽车发动机的扭矩和转速；

根据测得的扭矩和转速确定所述汽车发动机是否处于高燃油效率状态；以及

如果处于所述高燃油效率状态，则使所述汽车发电机向所述蓄电池充电，

其中，所述高燃油效率状态在转速-扭矩坐标图中表示为一个区域，

其中，所述区域按照下列方式生成：

确定发生频率最高的扭矩和转速的组合并以此发生频率最高的组合为圆心生成第一区域；

生成第二区域，当扭矩和转速位于该第二区域内时，所述汽车发动机的燃油效率高于第一阈值的概率大于第二阈值；以及

将所述第一和第二区域的交叠部分确定为所述区域。

2.如权利要求1所述的方法，其中，通过借助仿真实验建立扭矩和转速的组合与燃油效率之间的关系来生成所述区域。

3.如权利要求1所述的方法，其中，当处于所述高燃油效率状态时，所述汽车发电机向所述蓄电池充电的电流强度按照下式确定：

I＝αe^-βL

其中，I为充电的电流强度，L为测得的扭矩和转速的组合与所述区域内参考点之间的距离，α和β为常数。

4.如权利要求1所述的方法，其中，当处于所述高燃油效率状态时，所述汽车发电机向所述蓄电池充电的电流强度按照下式确定：将所述区域内的各点至区域内参考点之间的距离划分为多段，每段对应于一个充电电流强度，由此根据测得的扭矩和转速确定相应的充电电流强度。

5.如权利要求3或4所述的方法，其中，所述参考点为所述区域的质心或发生频率最高的扭矩和转速的组合。

6.一种汽车电子控制器，包括：输入单元、输出单元和与输入单元和输出单元耦合的处理器，其中，所述输入单元被配置为从传感器接收汽车发动机的扭矩和转速的检测信号，所述输出单元被配置为向汽车发电机发送由所述处理器生成的指令，

其中，所述处理器被配置为根据扭矩和转速的检测信号确定所述汽车发动机是否处于高燃油效率状态，并且如果处于所述高燃油效率状态，则使所述汽车发电机向蓄电池充电，

其中，所述高燃油效率状态在转速-扭矩坐标图中表示为一个区域，

其中，所述区域按照下列方式生成：

确定发生频率最高的扭矩和转速的组合并以此发生频率最高的组合为圆心生成第一区域；

生成第二区域，当扭矩和转速位于该第二区域内时，所述汽车发动机的燃油效率高于第一阈值的概率大于第二阈值；以及

将所述第一和第二区域的交叠部分确定为所述区域。

7.如权利要求6所述的汽车电子控制器，其中，通过借助仿真实验建立扭矩和转速的组合与燃油效率之间的关系来生成所述区域。

8.如权利要求6所述的汽车电子控制器，其中，当处于所述高燃油效率状态时，所述汽车发电机向所述蓄电池充电的电流强度按照下式确定：

I＝αe^-βL

其中，I为充电的电流强度，L为测得的扭矩和转速的组合与所述区域的参考点之间的距离，α和β为常数。

9.如权利要求6所述的汽车电子控制器，其中，当处于所述高燃油效率状态时，所述汽车发电机向所述蓄电池充电的电流强度按照下式确定：将所述区域内的各点至区域的参考点之间的距离划分为多段，每段对应于一个充电电流强度，由此根据测得的扭矩和转速确定相应的充电电流强度。

10.如权利要求8或9所述的汽车电子控制器，其中，所述参考点为所述区域的质心或发生频率最高的扭矩和转速的组合。