CN104169539B - 用于内燃发动机的海拔高度补偿 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种确定车辆的电池的剩余电荷的方法、一种补充车辆的内燃发动机的输出扭矩的方法以及一种车辆。为了解决一定海拔高度处的涡轮滞后，车辆以从电池产生的电动马达扭矩来增高内燃发动机的输出扭矩。电池的剩余电荷在一定海拔高度处增加以提供用于对应的涡轮滞后增大的足够储备。本发明通常应用于并联混合动力车辆。

Description

用于内燃发动机的海拔高度补偿
技术领域
本发明涉及用于机动车辆的内燃发动机的海拔高度补偿，并且特别地解决一定海拔高度处的性能的降低。本发明的方面涉及一种方法和一种车辆。
背景技术
应当很好理解的是，空气压力随着海拔高度增加而逐渐减小。对于内燃发动机的结果是：动力和扭矩输出也降低使得车辆驾驶员在山地地形中会注意到性能损失。针对性能损失提供的方式——例如增压——被很好地理解，但通常施加了显著的成本代价。
车辆的发展趋向于具有较小容积排量但具有相对较高的最大动力和扭矩的发动机。这在某种程度上可以通过涡轮增压实现。废气涡轮增压器的众所周知的现象为涡轮“滞后”，由此延迟可以由车辆驾驶员在要求加速与感测发动机输出扭矩的对应增加之间经历。
涡轮滞后效应在一定海拔高度处是更严重的，原因在于穿过发动机的气体的质量流被减小(缺少一些特殊校正措施)，其结果是：涡轮增压器的涡轮花费更长的时间来转动至涡轮增压器的压缩机变得有效的速度。该涡轮滞后效应还可以通过使用更小的发动机而加剧。
混合动力车辆通常包括内燃发动机、电动马达和电池。所谓的插电式混合动力车辆包括牵引电池，该牵引电池可以由相对低成本的家用电源在晚上充电。电力牵引对海拔高度不敏感。
一种类型的混合动力车辆为顺序并联混合动力车辆，由此电力牵引优先于内燃发动机使用，直到存储在电池中的剩余电荷降到预定的最小值为止。
并联混合动力车辆也可以将内燃发动机和电动马达一起使用来促进加速，并且该技术可以用于补偿涡轮滞后。
然而，在作为顺序并联混合动力车辆的正常使用——即优先使用电力牵引装置——中，车辆中可能会存在不足的电力储备以在电池的最小充电状态下促进内燃发动机。另一方面，在改变车辆使用条件——特别是处理操作的电和发动机模式会被需要的所有情形——的情况下，如果更大的电力储备被保持，则并联混合动力车辆的益处不能被完全实现。
针对该背景技术，已经构想出本发明。本发明的实施方式可以提供一种解决上述问题中的一个或更多个问题的改进的方法或设备。本发明的其他目的和优点从以下描述、权利要求和附图中将变得明显。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种确定车辆的电池的剩余容量的方法，该车辆具有内燃发动机和强制进气装置，所述电池适于在强制进气装置的滞后时期期间经由旋转式电机补充所述发动机的输出扭矩，所述方法包括下列步骤：确定所述电池的最小容量；以及计算所述最小值/容量以上的用于在滞后时期期间经由所述电机向所述发动机提供补充扭矩的剩余容量，所述剩余容量随着车辆海拔高度而增大。
该方法用于将电池维持于如此根据海拔高度改变的剩余容量。
本发明的方法在一定海拔高度处提供更大电力储备，以能够补偿需要补偿涡轮滞后效应的相对更大贡献。
应当理解的是，最小容量以上的剩余容量的相对增加是本领域技术人员在考虑车辆的类型以及使用的预期条件的情况下的判断的问题。然而，针对限定的车辆而言，可以达到下述折中方案，即：允许来自旋转式电机的扭矩有效地贡献达到涡轮滞后效应在所有海拔高度处被基本消除的目的。
应当理解的是，来自旋转式电机的扭矩贡献还可以发生在海平面处，但比在一定海拔高度处的程度更小。然而根据本发明，与在一定海拔高度处相比较，在海平面处剩余容量被减小。
旋转式电机通常为常规的电动马达，但可以是组合的马达/发电机或者结合有传动元件或内燃发动机的可旋转部件的其他电气装置。旋转式电机可以通过驱动带或链连接，并且可以是带集成起动发电机/集成式皮带起动发电机(BISG)。
本发明的方法可以提供在海平面处将为零的剩余容量(超出最小容量的剩余部分)。剩余容量可以与车辆海拔高度的增加成比例地增加或者与车辆海拔高度的增加成正比地增加。
本发明的方法可以包括在使用中从车辆对电池充电，以维持期望的剩余电荷或者以增加剩余电荷来补偿车辆海拔高度的增加。在车辆海拔高度减小的情况下，可以允许剩余电荷朝向最小电荷下降，以使并联混合动力操作最大化。充电可以通过车辆发动机的发电机和/或通过再生制动进行。
电池可以是并联混合动力车辆的牵引电池，但本发明还能够应用于诸如BISG系统中使用的其他类型的电池。
强制进气装置优选地为涡轮或(机械)增压器。
在本发明的第二方面中，提供了一种补充车辆的内燃发动机的输出扭矩的方法，该车辆具有强制进气装置以及由电池供能的旋转式电机，该方法包括下列步骤：感测强制进气装置的滞后时期期间发动机输出扭矩小于车辆的驾驶员所要求的扭矩；以及在滞后时期期间以来自电机的扭矩补充发动机扭矩以提供与驾驶员所要求的扭矩基本相等的组合扭矩，由此所述电池具有最小容量和所述最小值以上的剩余容量，剩余容量在一定海拔高度处增大。优选地，强制进气装置为涡轮或增压器。
在本发明的第三方面中，提供了一种混合动力车辆，该混合动力车辆具有内燃发动机、电池、由电池供能的旋转式电机、强制进气装置以及控制系统，该控制系统适于在电池达到剩余电荷时限制电机的旋转输出，剩余电荷为电池的最小电荷以上，其中，控制系统还适于在一定海拔高度处增大所述电池的在所述最小电荷以上的剩余电荷从而提供增大的电能储备，以便在强制进气装置的滞后时期期间为电机供能。电机的输出在电机构造成用作马达时为旋转扭矩输出。在电机构造为发电机的条件下，电机的输出为优选地用于对电池充电的电输出。
在该申请文件中，术语“剩余电荷”表示超出“最小电荷”的电能储备。最小电荷限定为出于电池寿命的原因不宜下降至其以下的电荷级别，或者出于稳定的原因或为提供紧急电力储备必须在海平面处维持的电荷级别。可用的电力不受海拔高度的影响，并且根据本发明假设相同的最小电荷被提供以解决所有海拔高度处的这些因素。
应当理解的是，剩余扭矩的重新计算不需要太频繁地进行，因为车辆海拔高度的显著改变将相当缓慢地发生。虽然如此，为了与其他车辆系统的兼容性，在一个实施方式中，刷新率为10Hz。
在本申请的范围内，清楚地意图为：在前面段落中、在权利要求中和/或在下文的描述以及附图中所提出的各个方面、实施方式、示例和各替代方案——特别是其各自的特征——可以被独立地采用或以任意组合的方式采用。例如，关于一个实施方式所描述的特征能够应用于所有实施方式，除非这些特征不相容。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式对本发明的实施方式进行描述，在附图中：
图1为内燃发动机在海平面处的要求车辆扭矩和实际车辆扭矩的图形表示；
图2为内燃发动机在显著海拔高度处的要求车辆扭矩和实际车辆扭矩的图形表示；
图3为根据本发明的实施方式的剩余电池容量随着高度的变化的图形表示；以及
图4为根据本发明的实施方式的电池充电状态随着高度增加的图形表示。
具体实施方式
参照图1，车辆驾驶员的扭矩要求由实线11表示，并且与加速器踏板在海平面处从最小到最大的踩踏对应。
涡轮增压发动机的扭矩响应由虚线12表示，并且可以看到，直到t1为止，发动机扭矩上升是大体上立即的。该上升表示发动机的自然吸气。
从t1至t2，发动机的扭矩响应由于涡轮滞后效应而延迟，并且从t2至t3，扭矩响应少量地过冲直到固定在与稳定的驾驶员要求对应的水平/级别为止。
涡轮滞后的效应在图1中出于说明的目的在一定程度上被放大，而实际上，涡轮增压器可以设计成使海平面处的涡轮滞后效应最小化，使得涡轮增压器不引起车辆驾驶员的注意。
图2表示相同发动机在显著/高海拔高度、例如海平面以上2000m处的扭矩响应。在这种情况下，由于空气压力降低，发动机的自然吸气允许扭矩响应在更受限时期中遵循要求。因此，涡轮滞后效应在t4处开始并且持续至t5，以及略微地过冲直至t6。
显然，可用扭矩滞后要求了一段显著的时期。例如，在车辆发动机传递最大扭矩之前，驾驶员对最大扭矩的要求可以导致1秒至2秒的延迟。该延迟是明显的且是不需要的。涡轮为一种类型的强制进气装置。(机械)增压器也为强制进气装置。(机械)增压式发动机在海平面以上的海拔高度处易于滞后。然而，滞后远不太可能在增压式发动机中，因为这种类型的强制进气装置直接关联于发动机速度。虽然如此，涡轮滞后在下文中被提及的地方，应当理解为包括来自其他形式的强制进气装置的滞后。
本发明提供了要被增高以补偿涡轮滞后效应的发动机输出扭矩，同时确保电能的足够储备是可用的，尽管车辆在正常情况下操作为优先于内燃发动机使用电力牵引的并联混合动力车辆也如此。
参照图3，表示了以顺序并联混合动力模式使用的混合动力车辆的电池的充电(C)状态。电荷/充电随时间推移从最大(100％)消耗至预定最小(例如，20％)，此后，车辆仅依赖于其内燃发动机。出于简单的目的示出了直线消耗，但在实践中可以适用更复杂的放电特性。
根据本发明，电池充电的状态在车辆在一定海拔高度处使用的情况下提高至最小值以上，使得例如剩余电荷在海平面以上2000m处为40％。车辆海拔高度可以通过例如大气压力传感器感测，并且来自这种传感器的电输出信号可以用于确定目标剩余电荷的逐渐增大。图4示出了直线关系，由此剩余电荷在海拔高度从海平面增大至3000m时从20％线性增大至50％。
在使用中，电动马达扭矩用于补充内燃发动机的扭矩输出以便基本消除在一定海拔高度处的涡轮滞后效应，同时保持电池的最小充电状态。常规的技术可以用于以电力牵引辅助内燃发动机的模式临时地或暂时地操作车俩。
本发明允许补偿涡轮滞后效应而无需用于在一定海拔高度/高海拔处增加穿过发动机的空气的质量流的特殊措施。
混合动力车辆通常可以允许由通过内燃发动机驱动的发电机通常在超限时或者通过制动下的能量回收对牵引电池再充电。因此，车辆可以对牵引电池充电或再充电以实现大于最小电荷的期望剩余电荷。这种布置在车辆海拔高度在行驶事件期间显著改变的情况下是特别期望的。可以允许剩余电荷在海拔高度显著降低的情况下下降。
本发明可以应用于例如当驶离道路交叉点时从静置开始起动以在所有海拔高度处根据要求给予立即推进的车辆。本发明在发动机速度并且因此扭矩输出暂时减小的情况下也可以应用于在传动比改变期间的运动车辆。
文中描述的示例涉及混合动力车辆的顺序并联操作，该混合动力车辆包括内燃发动机和电动马达/牵引电池。然而，文中描述的示例也能够应用于其他类型的车辆——在该车辆中，瞬时电力辅助是可用的——例如装有带集成式起动发电机(BISG)的车辆。BISG车辆例如在交通灯处的临时停止期间允许发动机停止以及自动重起。BISG系统可以用于暂时补充运行的发动机的发动机扭矩以改善涡轮滞后效应。

Claims (19)

1.一种确定车辆的电池的剩余电荷的方法，所述车辆具有内燃发动机和强制进气装置，所述电池适于在所述强制进气装置的滞后时期期间经由旋转式电机来补充所述发动机的输出扭矩，所述方法包括：
确定所述电池的最小电荷，以及
计算所述最小电荷以上的用于在所述滞后时期期间经由所述电机向所述发动机提供补充扭矩的剩余电荷，所述剩余电荷随着车辆海拔高度而增大；
其中，在所述电池的电荷级别处于或低于所述剩余电荷的情况下，当处在所述滞后时期以外时限制所述旋转式电机的输出，由此增大电能储备以便在所述强制进气装置的所述滞后时期期间向所述发动机提供补充输出扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述剩余电荷在海平面处基本为零。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述剩余电荷以与在海平面以上的车辆海拔高度的增大成比例的方式增大。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述剩余电荷的增大与车辆海拔高度的增大成正比。
5.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，并且包括从所述车辆对所述电池充电以维持所述剩余电荷的步骤。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，充电包括从车辆发动机的发电机以及/或者通过所述车辆的再生制动来产生电力。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，根据所述车辆的瞬时海拔高度周期性地计算所述剩余电荷。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述电池为适于独立于内燃发动机而驱动所述车辆的牵引电池。
9.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述电池与车辆的集成式皮带起动发电机相关联。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述强制进气装置为涡轮。
11.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述强制进气装置为增压器。
12.一种补充车辆的内燃发动机的输出扭矩的方法，所述车辆具有强制进气装置和由电池供能的旋转式电机，所述方法包括：
感测所述强制进气装置的滞后时期期间发动机输出扭矩低于所述车辆的驾驶员所要求的扭矩；以及
在所述滞后时期期间以来自所述电机的扭矩补充发动机扭矩以提供与所述驾驶员所要求的扭矩基本相等的组合扭矩；
由此所述电池具有最小电荷和所述最小以上的剩余电荷，所述剩余电荷在一定海拔高度处增大；
其中，在所述电池的电荷级别处于或低于所述剩余电荷的情况下，当处在所述滞后时期以外时限制所述旋转式电机的输出，由此增大电能储备以便在所述强制进气装置的所述滞后时期期间向所述发动机提供补充输出扭矩。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述强制进气装置为涡轮或增压器。
14.一种车辆，所述车辆具有内燃发动机、电池、由所述电池供能的旋转式电机、强制进气装置和控制系统，所述控制系统适于在所述电池达到剩余电荷时限制所述电机的输出，所述剩余电荷为所述电池的最小电荷以上，其中，所述控制系统还适于在一定海拔高度处增大所述电池的剩余电荷从而提供增大的电能储备以便在所述强制进气装置的滞后时期期间为所述电机供能；其中，在所述电池的电荷级别处于或低于所述剩余电荷的情况下，当处在所述滞后时期以外时所述旋转式电机的输出被限制，由此增大电能储备以便在所述强制进气装置的所述滞后时期期间向所述发动机提供补充输出扭矩。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中，所述控制系统还适于控制所述电机的输出。
16.根据权利要求14或权利要求15所述的车辆，其中，所述电池为适于混合动力操作的牵引电池。
17.根据权利要求14或权利要求15所述的车辆，还包括大气压力传感器。
18.根据权利要求14或权利要求15所述的车辆，其中，所述控制系统具有10Hz的刷新率。
19.根据权利要求14或权利要求15所述的车辆，其中，所述控制系统适于执行根据权利要求1所述的方法或根据权利要求12所述的方法。
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