CN103963777B - 使微混合动力汽车的启动/停止可用性最大化的方法 - Google Patents

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Abstract

一种使微混合动力车辆中的启动/停止操作的可用性最大化的方法，包括测定由车辆的一组电气元件从车辆电池中汲取的电流。动态地计算车辆电池的内电阻以及耦接至车辆发动机的启动电动机环形电路的电阻。利用电池的内电阻、启动电动机环形电路的电阻和车辆的一组电气元件所汲取的电流来预测电池的闭路电压。如果预计电池的闭路电压高于预设的最小值，则启动/停止操作被执行。

Description

使微混合动力汽车的启动/停止可用性最大化的方法
技术领域
本发明总体上涉及一种机动车辆，尤其涉及一种配备有自动启动/停止功能的微混合动力车辆。
背景技术
微混合动力电动车辆包含启动/停止系统，当车辆停止时，该启动/停止系统自动关闭车辆的发动机使发动机的空转情况减到最小，并且当车辆重新开始移动时，该启动/停止系统使发动机重新启动。这样大大减少了车辆的燃油消耗以及来自车辆的排放。具体的说，当车辆在交通堵塞的状况下行驶，或者频繁的停车并且在交通信号上花费可观的时间时，启动/停止技术是极其有益处的。在大多数微混合动力电动车辆中，当司机踩压刹车踏板或离合器以停止车辆时，启动/停止技术关闭发动机。当刹车踏板被释放(自动变速器情况下)和/或在选择移动车辆的档位之前再次按压离合器(在结合手动变速器的车辆的情况下)时，发动机被重新启动。在某些情况下，一个或多个车辆的子系统——例如，空调系统——需求的电力相对较高时，车辆发动机也会重新启动。
当发动机运转时，交流发电机在微混合动力车辆中用于给电池充电，并且为车辆电气系统提供电力。当车辆的启动/停止系统关闭发动机时，车辆的交流发电机也被关闭，并且包括信息娱乐系统、气候控制系统等在内的主要车辆子系统从车辆的电池中汲取电量来进行运转。由于交流发电机响应于车辆发动机的关闭而关闭，电池不能被充电，并且当电气子系统从车辆电池中汲取电量时，电量开始逐渐耗尽。因此，发动机在一定的时间后可能需要重新启动，来避免由于电池耗尽和相应的低电气系统电压而产生的车辆电气子系统运行受影响的状况。这可能会在车辆启动/停止系统已经关闭了发动机相对较长时间的情况下发生。进一步地，在车辆电池电量消耗至某一最低水平的情况下，随后的低电气系统电压可能会导致不希望得到的电气驱动子系统的性能。
为了克服上述问题，许多微混合动力车辆监控车辆内的多种参数，以便在发动机停止的情况下最小化对车辆的电气元件和子系统的正常操作条件的妨碍。在一些常规的尝试中，车辆的电池管理模块使用车辆启动电动机所汲取的涌入电流(inrush current)的固定值来判断发动机启动/停止功能的可用性。车辆发动机的启动电动机处的涌入电流值直接影响电气系统的电压。然而，如果电池管理模块对启动电动机涌入电流使用固定的程序化数值，可能会存在一些车辆电池仍然具有足够电量并且停止/启动操作可能未使用或未充分使用的疏忽/不明的情况。其他使车辆的启动/停止操作最大化的尝试目前为止都还没有实质性地成功。
考虑到上述提及的问题和本领域中的其他缺陷，需要一种使微混合动力电动车辆中的启动/停止操作的可用性最大化的方法。
发明内容
本发明提供一种方法，其在不影响从车辆电池中汲取电量的车辆电气元件运转的情况下使微混合动力电动车辆中启动/停止功能的可用性最大化。
根据一个方面，本发明提供一种使车辆发动机的启动/停止操作模式的可用性最大化的方法。这个方法包括，测量车辆的一组电气元件从车辆电池中汲取的电流(负载)。动态地测量车辆电池的内电阻。进一步地，在每个发动机重启操作期间，本方法动态地测定并记录整个车辆启动电动机环形电路的电阻值，该环形电路包括启动电动机、电磁线圈和连接线路。然后，本方法利用一组电气元件所汲取的电流、电池的内电阻以及启动电动机的回路电阻来计算车辆电池的闭路电压。根据计算出的电池的闭路电压，如果预测的闭路电压高于某一预设值时，本方法执行对车辆发动机的启动/停止操作。
通过说明书附图和对说明性实施例的详细说明，并结合以下所附权利要求书来理解，本发明的其他方面、特点、优势以及目标都会变得显而易见。
附图说明
图1是根据本发明的实施例的电路，其表示电池耦接至车辆的一组电气元件和启动电动机。
图2所示的是一个示例性环境，描述车辆组件相互协作以及被配置为使车辆内的启动/停止功能的可用性最大化。
图3所示的是根据本发明的实施例的流程图，表示的是使车辆发动机的启动/停止操作的可用性最大化的一种示例性方法。
具体实施方式
下述具体实施例阐明了要求保护的本发明的各个方面和实施它的方法。但是，本说明书并非旨在限定和限制本发明，这种限定和限制仅包含在其所附的权利要求书中。尽管实施本发明的最佳方式已经被全面地公开，本领域的技术人员应该理解，执行和实践本发明的其他实施例同样是可行的。
目前汽车市场上的微混合动力车辆都为车辆发动机配置有启动/停止功能，当车辆接近停止时此功能关闭发动机。当车辆重新开始移动时发动机又重新启动。这最小化了发动机的空转状态从而减少了车辆燃料的消耗和排放。当发动机关闭时，包括气候控制系统、信息娱乐系统和照明系统等在内的车辆电气元件开始从车辆电池中汲取电力，并且因此，如果发动机关闭较长时间，电池会随着时间而消耗。在电池消耗至某一特定水平以下的情况下，车辆电气元件的运转将会受到影响。进一步地，在自动停止发生后，在开始重启发动机期间，电池应该提供特定的最小电压。在执行启动/停止操作时，许多车辆内的常规启动/停止系统利用耦接至车辆发动机的启动电动机处的涌入电流的固定的程序化的数值，来最小化对车辆的电气组件正常运行的妨碍。这些方法可能无法确保启动/停止功能的可用性最大化。
本发明涉及一种方法，在不影响例如信息娱乐系统、气候控制系统等这样的车辆电气元件运转的情况下，其使微混合动力车辆中的启动/停止功能的可用性最大化。
现在结合图1所示的电路来解释本发明的方法。
图示的电路中，与在本发明的方法中所涉及的计算有关的参数表示如下：
VB＝车辆电池的闭路电压，即电池两极之间的电势差。
RB＝电池内电阻。
RS＝包括启动电动机、启动电动机电磁线圈和相连的电线系统在内的整个车辆启动电动机环形电路中的电阻。
IL＝车辆电气元件从电池中汲取的电流(负载)。
RL＝车辆电气系统的集中电阻(Lumped resistance)，不包括启动装置的回路电阻(该集中电阻是非欧姆电阻)。
Voc＝在电池两极之间的断路电压。
电路中所示直流电压电源102表示车辆的电池。车辆的电气元件从电池汲取的负载用IL表示。正如前述提及的，这样的电气元件可以包括气候控制系统、信息娱乐系统、GPS系统、点火系统以及前灯等。当车辆发动机被车辆启动/停止系统置于自动停止模式时，这些电气元件开始从车辆电池中汲取电量。因此，电池开始耗电。根据这些元件的运行功率，车辆不同电气元件所汲取的总负载可以是不同的。在高负载情况下，其中例如点火、散热器风扇、加热鼓风机/空调系统等这样的许多车辆电气元件同时运转，IL的数值可能会更高。在一个优选的实施例中，为了计算的目的，车辆电气元件所汲取的负载的平均参考值(即IL)被认为是90Amp。但是，根据车辆的不同电气元件所需求的运转功率，IL的值可能会改变。
V0C表示车辆电池的断路电压，它是在电池没有连接任何外电路时电池两极之间的电势差。具体地说，VOC对应于没有车辆电气元件从电池中汲取电量的情况。
VB表示当车辆电气系统从电池中汲取电量——即电池连接外部回路——时电池的闭路电压。VB的数值取决于像电池类型和大小、电池的内电阻、电池内提供的电芯的数量、从电池汲取的电流和电池温度等这样的参数。
电路中所示的符号‘RB’表示车辆电池的内电阻。所述电池是配置用来给车辆电气系统提供电能的蓄电池。具体地，所述电池是传统的SLI(启动、照明和点火)电池，其用于为车辆的启动电动机、前灯和尾灯、指示灯以及点火系统提供电能。这样的电池的典型示例可以是通常用于汽车的铅酸蓄电池。本领域的技术人员知道，常规使用的汽车SLI电池包括特定数量的串联或并联连接的原电池，来向车辆电气系统提供所需的电压量。在铅酸SLI电池中，铅片以及分离的铅氧化物片都浸泡在具有一定比例的硫酸和水的电解液中。进一步地，可想到的是，其他汽车用电池也可用来替代所述铅酸电池。根据车辆的形状和尺寸，所述电池的大小也可能改变。在车辆是重型卡车或SUV时，两个或更多的这种电池可以串联或并联连接，来获得运转车辆的电气系统的特定电压值。本领域的技术人员了解，所述电池的电荷被用于给车辆电气元件/系统提供电量，并且电荷在发动机运行条件下得到恢复。
随着电池老化，即由于连续使用而变旧，内电阻RB的值可能会增加。例如，新电池的RB值可能要比使用一年的电池的值低很多。
本发明的方法在每次发动机重启事件时测量电池的内电阻RB，来预测下一个发动机重启事件的电池电压(VB)。为此，所述电池的电荷状态(SOC)不断地被测量。任何适当的常规测量电池电荷状态的方法都可以被使用。
进一步地，电池的温度通过温度传感器连续地被测量，来追踪所述电池内电阻RB的变化。所述温度传感器可以与车辆电池周围的环境空气进行热交换。进一步地，一个或多个温度传感器还可以被耦接至发动机润滑油或发动机冷却液来获得电池温度的近似值。具体地，一旦获得了发动机润滑油或发动机冷却液的温度，就可以使用校准的查阅表来估计车辆电池的内部温度。进一步地，在固定的时间点获得所述电池的温度，以纳入车辆电池内电阻的任何改变，同时执行本发明的方法。
图1所示电路中的Rs的值表示整个车辆启动电动机环形电路的电阻，该环形电路包括启动电动机、启动电动机的电磁线圈以及连接的电线系统。启动电动机是通常用于机动车辆的并且耦接至车辆内燃机的电动机。启动电动机被配置为在它运行时驱动发动机。在启动发动机时，当操作车辆的启动开关后，启动电动机从车辆的电池中汲取电流来启动发动机。
根据本发明，为了使车辆发动机的启动/停止操作的可用性最大化，启动电动机环形电路的电阻Rs在每次车辆发动机的重启事件中被测量，并用于确定在下一次发动机重启事件中电池电压VB的预测值。Rs的值根据启动电动机的温度/寿命、回路的布线、启动电动机的电磁线圈和连接器等变化。适当的温度传感器可以耦接至发动机润滑油和发动机冷却液以及启动电动机周围的环境空气中的任一个或更多，并且安置为与其进行热交换，从而确定启动电动机环形电路的温度。具体地，动态计算查阅表可以用来根据被检测的发动机润滑油和发动机冷却剂的温度来查找到启动电动机环形电路和连接的元件的温度。进一步，启动装置环形电路周围空气的温度同样可以作为环形电路的温度的近似测量。在特定实施例中，也可以采取通过查阅表获得的温度以及环形电路周围的环境空气的温度的平均值，从而获得对环形电路元件的温度的更精确的估值。
可预期的是，一旦启动电动机的环形电路的温度被计算出，环形电路的电阻(Rs)可以通过环形电路的材料的电阻率系数计算出来。
流过启动电动机环形电路的电流用Is表示，它也是启动电动机的涌入电流。
本发明的使车辆内的启动/停止操作的可用性最大化的方法连续地测量电池电压，即VB，并且确保VB的值不低于预先设定的最小值(VB min)，从而避免车辆电气元件运转时出现任何障碍。在优选的实施例中，本方法的目的是，当车辆发动机被车辆的启动/停止系统置于自动停止状态时，保持VB在7伏以上。然而，可预想的是，根据车辆电气元件所需的运转功率，预先设定的VB的最小值——即VB min或Vthershold——在不同实施例中可以是不同的。
现在结合图1的电路来解释使车辆内启动/停止操作最大化的相关数学概念。在节点A(node A)应用基尔霍夫电流定律(Kirchoff's current law)可知：
IB＝IL+IS…………………………………………………………(i)
其中
IB＝电池输送的电流
IL＝车辆电气系统所汲取的电流(负载)
IS＝启动电动机的涌入电流值。
在公式1中应用IS＝VB/RB，得到：
电池电压(VB)和电池输送的电流(IB)可以具有以下关联：
VB＝VOC–IBRB…………………………………………………(iii)
其中Voc＝电池断路电压。
将来自公式(ii)的IB的值代入公式(iii)中，
求解公式(iv)以得到VB，我们得到
本发明的方法应用公式(v)来连续测量VB的值，即车辆电池电压。这个数值用于判断，在车辆的发动机处于自动停止模式下时，车辆的发动机是否可以停止，而会不妨碍到车辆电气系统的功能。具体地说，车辆发动机进入自动停止模式后，如果电池电压(VB)降到预先设定的最小值(VB min)以下，重新启动发动机的决定就会被作出。这使得车辆的启动/停止操作的可用性最大化。
具体地，应用所公开的构思，车辆电气系统所汲取的负载的值(IL)连续地被测定。因此，通过了解Rs和RB的动态数值计算出Is值。Is的最优数值用于预测VB或V threshold，从而使启动/停止功能的可用性最大化，最终提高燃油经济性。
图2是一个示例性环境，示出了车辆200的模块/元件的相互协调，以使车辆内的启动/停止操作的可用性最大化。车辆200是微混合动力电动车辆，配备有发动机的自动启动/停止技术。进一步地，车辆200可以是轿车，运动型多用途车辆和轻型货车等。
电池202连接至车辆200的电气系统214。正如前面提到的，特别是在车辆的发动机222停止的情况下，电池202被配置用来为车辆的电气系统214供电。电气系统214可以包括如车辆200的气候控制系统、音乐系统、GPS系统以及点火系统这样的元件。进一步地，电池202可以是常规用在现代机动车辆中的任何合适的电池，例如，铅酸电池或AGM(玻璃纤维隔板电池)或其他任何技术。进一步地，可以预想的是，多个这种电池202可以被安置为串联或并联的组合，以实现点火和启动发动机所需的电压值并且给电气系统214输送电能。
启动电动机206耦接至车辆200的电池202和发动机222，并从车辆的电池202获得电能。启动电动机206被配置用于转动车辆的发动机222，以起动在发动机自己的动力下的发动机的运转。进一步地，启动电动机206可以使用永磁体，或者可以是在其上安装有启动机电磁线圈的串并联缠绕直流电动机。当启动开关激活时，启动电动机206汲取一定量的电流(即启动电动机的涌入电流Is)来驱动车辆的发动机222。因此，当发动机222被启动时，电池202必须具有一定的最小电压，来启动发动机的点火。
交流发电机210耦接至发动机222和电池202。交流发电机210可以使用永磁场(即，永磁发电机)来产生交变电流，或者也可以具有放置在旋转磁场中的固定电枢线圈来产生电流。耦接至电池202的交流发电机210在发动机222运转时给电池202充电，并且在发动机运转的情况下还给车辆200的电气系统214供电。
多个温度检测传感器226(a)、226(b)和226(c)被耦接至车辆的不同元件上。具体地，为了测量电池202的温度，温度传感器226(a)可以可以与电池202热交换。类似地，温度传感器226(b)耦接至启动电动机206并且被配置用于测量启动电动机环形电路的温度。在一个实施例中，温度传感器226(b)可以与启动电动机206的环形电路中的一个或多个元件周围的空气热交换，来粗略的测量环形电路的温度。如前面提到的，通过传感器226(b)检测到的温度值被用于连续地估计启动电动机环形电路的电阻。
温度传感器226(c)耦接至车辆的发动机222并且被配置为测量发动机冷却液和发动机润滑油的温度。被温度传感器226(c)检测的温度值可以通过查阅表被用于校准，以估计启动电动机环形电路的温度。
具体地，电池管理模块218与每个温度传感器226(a)到226(c)连接，并且连续地记录由这些传感器检测的温度值。电池管理模块218可以具有处理器(未显示出)，该处理器执行用于动态地计算电池电压的的预定算法。为此目的，电池管理模块218使用来自于温度传感器226(a)-226(c)的输入来估算启动电动机环形电路的电阻瞬时值(Rs)，以及车辆电池202的内电阻(RB)。在测定这些数值时，电池模块218使用合并公式(i)-(v)的算法的最后步骤，来估算车辆电池202的瞬时电压。如前所述，然后将电池瞬时电压(VB)与固定的预设电压值(VB min)相比较。这个预设电压值可以根据车辆电气系统214运行所需的最大功率而改变。在电池的瞬时电压(VB)降到预设最小值(VB,min)以下的情况下，电池管理模块218可以产生信号，该信号指示车辆发动机222的启动/停止操作可以被执行。具体地，在车辆发动机222的自动停止操作已经执行后，如果电池的瞬时电压(VB)降到预设最小值(VB,min)以下，电池管理模块218产生信号来重启车辆发动机222。
以上结合图2的系统所述的构思使车辆内的启动/停止功能的效用最大化，并且确保没有车辆的电气系统/元件在启动/停止操作过程中受到操作上的影响。
图3是一个流程图，示出根据本发明的另一个实施例的一种使车辆内执行的启动/停止操作效用最大化的示范性方法。与所示流程图中的任何参数结合使用或者指派给其的下标1对应于事件1，在事件1中车辆电气系统从电池中汲取负荷并且此时用于车辆发动机的启动电动机未被启动。进一步地，指派给任何参数的下标2与事件2相对应，该事件2中用于车辆发动机的启动电动机被启动。
在步骤302中，不包括启动装置回路电阻的车辆电气系统的集中电阻(RL)被计算出。通过下式给出RL的值：
此处，VB1是当电气系统从电池中汲取负荷并且启动电动机没有被激活时的电池电压；IL1是当用于发动机的启动电动机未被激活时车辆电气系统所汲取的电流值。
在步骤306中，当用于车辆发动机的启动电动机已经被启动时，车辆电气系统所汲取的电流(IL2)被计算出来。在启动电动机被激活时，车辆电池电压变为VB2，因此，电气系统汲取不同的电流值(IL2)，通过下式给出该电流值：
在步骤310中，使用由公式(vi)中得到IL2的值来计算车辆启动电动机环形电路的涌入电流值(IS)，如下：
IS＝IB2-IL2………………………………………………………(vii)
在步骤314中，本方法使用由公式(vii)中获得的电流值IS计算启动电动机环形电路的电阻(Rs)，如下：
在步骤318中，本方法在查阅表中更新从上述公式(viii)中获得的Rs值。查阅表可以具有一组基于像电池的周围温度以及发动机润滑油/冷却液的温度这样的因素的预先存储的启动电动机环形电路的电阻值。每次计算出RS值，查阅表就会被更新，并且预存储的值结合新计算出的RS值，以实现更准确和精确的数据。在一个实施例中，本方法如步骤318(a)所示计算和记录RS的平均值，即RS(μ)，并且如步骤318(b)所示计算和记录Rs偏差值Rs(σ)，来涵盖所述Rs值的任意改变。然后，RS的值可以推定落在RS(μ)+/-Rq(σ)的范围内。
车辆电池管理模块可以具有配置用于连续更新查阅表的处理器，从而获得实时精确的RS值。
在步骤322中，当用于车辆发动机的启动电动机处于激活状态时，本方法计算启动电动机环形电路的涌入电流值(IS2)。电池的电压阈值(VB,Threshold)用于计算IS2，如下：
在一个实施例中，电池电压的预先设定阈值(VB,Threshold)大约是7伏，以便避免当执行发动机启动/停止操作时对车辆不同电气系统的运行状态的妨碍。但是，本领域的技术人员可以想到，在具体实施例中，VB,Threshold的值可以根据像运转车辆的不同电气系统的所需的功率这样的因素而进行改变。
在步骤326中，车辆的电池监测系统计算以时间为单位的定量WCC(小波互相关)的值。在步骤330中，将计算出的定量WCC的值与预先设定的时间阈值(T Threshold)相比较。当WCC值超过T Threshold时，在步骤334启动车辆发动机的启动/停止操作。否则，方法返回步骤302并且继续追踪前面提到的不同参数的值，从而使车辆的启动/停止操作的可用性最大化。
本发明的方法对于配备有启动/停止功能的、包括轿车、SUV、轻运货车等在内的任何微混合动力电动车辆都是可用的和有益的。
尽管已经通过相当多的细节全面地阐述了本发明，以覆盖可能的方面和实施例，本领域的技术人员应该认识到，本发明的其他变型也是可行的。尽管前面已经阐明了本发明的不同实施例并且附图中已经示出了本发明的不同结构，但是公开的实施例并非意在限定或限制本发明的保护范围，这样的限制仅包含在所附的权利要求书中，因此，执行本发明的其他实施例也是可行的。

Claims (14)

1.一种使安装有启动/停止系统的车辆发动机的启动/停止操作的使用率最大化的方法，其特征在于，包括
测量车辆的一组电气元件从车辆电池中汲取的电流(IL)；
测定车辆电池的内电阻(RB)；
测定耦接到车辆发动机和电池的启动电动机环形电路的电阻(RS)；和
利用一组电气元件所汲取的电流(IL)、电池内电阻(RB)以及启动电动机环形电路的电阻(RS)来计算车辆电池的闭路电压(VB)；以及
如果预计车辆电池的闭路电压高于预设数值，则执行对车辆发动机的启动/停止操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括使用车辆电池的断路电压(VOC)作为参数来计算电池的闭路电压(VB)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，测量车辆发动机冷却液的温度以及组成启动电动机环形电路的一个或多个车辆元件周围的空气的温度，以确定启动电动机环形电路的电阻(RS)。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括，在已经出现车辆发动机的自动停止状态后，连续测定电池的内电阻(RB)和启动电动机环形电路的电阻(RS)，以预测发动机的重新启动条件。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电池的闭路电压的预设值大于7伏。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，电池的闭路电压的预设值取决于，当车辆发动机的自动停止操作已经开始时，车辆的一组电气元件运转所需的累加功率。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，车辆是微混合动力电动车辆。
8.一种使安装有启动/停止系统的车辆发动机的启动/停止操作的可用性最大化的方法，其特征在于，包括
测量车辆的一组电气元件从车辆电池中汲取的电流(IL)；
通过参考第一组参数来测定车辆电池内电阻(RB)；
通过参考第二组参数来测定耦接至车辆发动机和电池的启动电动机环形电路的内电阻(RS)；
测定当没有电气元件从电池中汲取电流时的电池断路电压(VOC)；
利用一组电气元件所汲取的电流(IL)、电池的内电阻(RB)、启动电动机环形电路的内电阻(Rs)以及电池的断路电压(VOC)来动态地计算车辆电池的闭路电压(VB)；以及
如果预计车辆电池的闭路电压(VB)下降到低于预设值，则执行对车辆发动机的启动/停止操作。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第一组参数包括车辆电池的运行温度和寿命。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，第二组参数包括以下参数中的一个或多个：发动机冷却液的温度、发动机润滑油的温度以及组成车辆启动电动机环形电路的一组元件中的一个或多个周围的空气温度。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括，在车辆发动机的自动停止状态已经发生后，连续地测定电池的内电阻(RB)和启动电动机环形电路的内电阻(RS)，以用于确认使已停止的发动机重新启动的条件。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，电池的闭路电压的预设值为7伏。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，电池闭路电压(VB)的预设值取决于，当车辆发动机的自动停止操作已经开始时，车辆的一组电气元件运转所需的累加功率。
14.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，车辆是微混合动力电动车辆。
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