CN104345198A - 启停过程中蓄电池工作电流的估算方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及对汽车蓄电池的大工作电流进行估算的方法以及基于该方法的汽车电子控制器。按照本发明的实施例，对汽车启停过程中的蓄电池大工作电流进行估算的方法，其中，霍尔元件被设置在与蓄电池相连的通电导线附近，所述方法包括下列步骤：接收所述霍尔元件测量的自汽车启动开始至结束为止期间的蓄电池的工作电流数据集；确定截止区，其中，所述截止区的两端分别对应于所述工作电流数据首次突破第一阈值的时刻和首次跌破第一阈值的时刻；以及根据所述截止区以外的工作电流数据推算所述截止区内的工作电流数据。

Description

启停过程中蓄电池工作电流的估算方法和装置

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及对汽车蓄电池的大工作电流进行估算的方法以及基于该方法的汽车电子控制器。

背景技术

为了提高能源利用效率，启停控制在汽车中正在得到越来越多的应用。在一个典型的启停控制过程中，当刹车踏板被按下时，启停控制系统将检测下列条件是否同时被满足：1）发动机空转并且没有挂挡；2）车轮转速传感器显示为零；以及3）电池传感器显示蓄电池有足够的电能进行下次启动。只有同时满足上述条件，启停系统才关闭发动机，并且在刹车踏板被松开后自动启动发动机。

蓄电池的SOC状态反映了其存储电量的多少，因此准确测定SOC值是实现精准的启停控制的前提条件之一。在现有技术中，常利用电阻法测量流出蓄电池的电流。为此，一般需要在蓄电池的回路内串接精密电阻器，通过测量该精密电阻器两端的电压可确定相应的蓄电池电流。由于需将电阻器串接在回路中，因此要求电阻器与接线端子之间保持很好的电气接触，并且在将它们连接在一起之后尽量不要再拆卸。但是出于维护的需要，拆卸操作将是不可避免的。

基于霍尔原理的电流测量也是汽车工业中常用的技术手段。制造霍尔元件的材料一般为半导体材料（例如硅、锗、砷化铟和锑化铟等），受材料特性的影响，霍尔传感器的动态工作范围有限，并且输出线性受温度影响较大。然而在启停过程中，蓄电池的工作电流变化很大，单个霍尔传感器无法适配于工作电流的整个变化范围，因此往往需要配置多个霍尔传感器。这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对汽车蓄电池的大工作电流进行准确估算的方法，从而减少霍尔传感器的数量。

按照本发明的实施例，对汽车启停过程中的蓄电池大工作电流进行估算的方法，其中，霍尔元件被设置在与蓄电池相连的通电导线附近，所述方法包括下列步骤：

接收所述霍尔元件测量的自汽车启动开始至结束为止期间的蓄电池的工作电流数据集；

确定截止区，其中，所述截止区的两端分别对应于所述工作电流数据首次突破第一阈值的时刻和首次跌破第一阈值的时刻；以及

根据所述截止区以外的工作电流数据推算所述截止区内的工作电流数据。

优选地，在上述方法中，所述第一阈值对应于所述霍尔元件的最大可测量值。

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，所述推算基于所述截止区外的工作电流数据的波峰的峰值和位置。更好地，所述推算包含下列步骤：

确定所述截止区之后的工作电流数据的波峰；

确定相邻波峰之间的时间间隔值（τ）以及相邻波峰的峰值差（δ）；

根据所述时间间隔值（τ），由最接近所述截止区的波峰确定所述截止区内波峰的位置；

将最大工作电流确定为所述截止区内最接近所述汽车启动时刻的波峰的峰值，并且将该峰值（I_max）依次递减所述峰值差（δ）以得到所述截止区内后续的波峰的峰值，其中，根据下式确定所述最大工作电流I_max：

$I_{\max }=\mathrm{\α}{+\mathrm{\βt}}_L+{\mathrm{\γt}}_L^2$

这里，t_L为所述截止区的长度，α、β和γ为实验确定的常数；以及

根据前述步骤确定的所述截止区内的波峰的峰值和位置进行插值运算以得到所述截止区内的工作电流数据。

优选地，在上述方法中，所述插值运算基于三角函数差值法。

优选地，在上述方法中，当在所述截止区外存在多对相邻波峰时，取平均值作为所述时间间隔值（τ）和峰值差（δ）。

本发明的还有一个目的是提供一种实现启停功能的汽车电子控制器，其可对启停过程中的蓄电池大电流进行准确估算，从而实现精准的启停控制。

按照本发明一个实施例的实现启停功能的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与设置在与蓄电池相连的通电导线附近的霍尔元件进行通信，所述输出单元被配置为向发动机控制器发送由所述处理器生成的控制命令，

其中，所述处理器被配置为：对所述霍尔元件测量的自汽车启动开始至结束为止期间的蓄电池的工作电流数据集进行下列处理：

确定截止区，其中，所述截止区的两端分别对应于所述工作电流数据首次突破第一阈值的时刻和首次跌破第一阈值的时刻；以及

根据所述截止区以外的工作电流数据推算所述截止区内的工作电流数据。

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为按照本发明一个实施例的汽车电子控制器的结构框图。

图2为汽车启动过程中蓄电池工作电流-时间的示意图。

图3为截止区以外的蓄电池工作电流-时间的示意图。

图4为按照本发明一个实施例的用于对汽车启停过程中的蓄电池大工作电流进行估算的方法的流程图。

图5为按照本发明的一个实施例的截止区内工作电流数据推算方法的流程图。

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，“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1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1所示，按照本实施例的汽车电子控制器10包括输入单元110、处理器120、动态随机存储器130A、非易失存储器130B和输出单元140。

输入单元110与位于汽车电子控制器10外部的传感器和开关211-21n耦合。优选地，输入单110与传感器和开关211-21n通过总线方式（例如CAN总线）连接。传感器和开关211-21n例如包括但不限于用于测量蓄电池电流的霍尔传感器、温度传感器、汽车速度传感器、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10提供进行控制所需的各种反馈信号。输出单元140将处理器生成的各种控制命令发送给诸如汽车发动机30和汽车发电机40之类的受控设备。

处理器120与输入单元110、动态随机存储器130A、非易失存储器130B和输出单元140耦合，作为汽车电子控制器10的核心单元，其根据非易失存储器130B中存储的控制程序和标准数据，对输入单元110从传感器和开关接收的信号进行预处理、分析、判断，生成相应的控制命令，并且将控制命令经输出单元140发送至受控设备（例如图1中的汽车发动机30和汽车发电机40）。

以下描述图1所示汽车电子控制器的工作原理。

当汽车电子控制器10的处理器120加电启动时，其从非易失存储器130B中将控制程序加载到动态随机存储器130A中。这里的控制程序包括用于实现下面将要所述的蓄电池大工作电流估算方法的计算机程序。

输入单元110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120。在本实施例中，输入单元110定期与霍尔传感器和设置在霍尔传感器附近的温度传感器通信以分别接收霍尔电压测量信号和温度测量信号。可选地，输入单元120也可不定期地从霍尔传感器和温度传感器通信接收带时间戳记的蓄电池的状态信号。处理器120由电压测量信号计算得到与蓄电池相连的通电导线内的电流（可以视为是蓄电池的工作电流），并由此在时间上对电流进行积分以得到SOC值，该SOC值将在启停控制中用于判断蓄电池是否有足够的电能确保关闭发动机之后还能成功启动。

图2为汽车启动过程中蓄电池工作电流-时间的示意图。在该图中，纵轴表示蓄电池的工作电流I，而横轴表示时间t。

如图2所示，在汽车启动刚开始时，蓄电池的工作电流I急剧升高，随后形成多个幅值均不断下降的波峰和波谷。受到可靠性和成本等诸多因素的限制，单个电子电路和霍尔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，将电子电路和霍尔传感元件的测量范围设计为仅覆盖较小的范围，对于该范围以外的信号则进行估算。

图3为截止区以外的蓄电池工作电流-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。

参见图3，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3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，该时间段的长度t_L与图2中的启动过程工作电流最大峰值I_max相关并且它们之间的关系可以用下列方程表示：

$I_{\max }=\mathrm{\α}{+\mathrm{\βt}}_L+{\mathrm{\γt}}_L^2---\left(1\right)$

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}。

图4为按照本发明一个实施例的用于对汽车启停过程中的蓄电池大工作电流进行估算的方法的流程图。为阐述方便起见，这里假设利用图1所示的汽车电子控制器实现本实施例的方法。但是需要指出的是，本发明的原理并不局限于特定类型和结构的控制装置。

如图4所示，在步骤410，图1中的输入单元110从霍尔传感器获取电压测量信号并且从设置在霍尔传感器附近的温度传感器获取温度测量信号。这些电压测量信号对应于霍尔元件测得的自汽车启动开始至结束为止期间的蓄电池的工作电流数据的集合。霍尔传感器包含设置在与蓄电池相连的通电导线附近的霍尔元件（例如通电导线穿过霍尔元件的环形线圈），由于电压较小，因此还可以将放大器集成在霍尔传感器中以放大感测到的信号。另外，为了精确地测量霍尔元件的温度，可以将温度传感器与霍尔元件贴合在一起。

随后进入步骤420，处理器120从工作电流数据集确定截止区的位置。在图3所示的示例中，截止区的两端分别对应于蓄电池的工作电流首次突破第一阈值TH1的时刻t’₀和首次跌破第一阈值TH1的时刻t₀。在本实施例中，第一阈值TH1可取值为对应于霍尔传感器的最大可测量值。

接着执行步骤430，处理器120根据截止区以外的工作电流数据推算所述截止区内的工作电流数据。

图5为按照本发明的一个实施例的截止区内工作电流数据推算方法的流程图。

参见图5，在步骤510中，首先计算截止区之后相邻的波峰之间的时间间隔值τ（例如在图3中为波峰l₁与l₂之间的时间间隔）以及波峰的峰值差δ。当存在多对相邻波峰时，可以取平均值作为所需的时间间隔值τ和峰值差δ。

接着进入步骤520，根据步骤510中计算得到的时间间隔值τ，由最接近截止区的波峰位置（例如在图3中为波峰l₁）确定截止区内波峰的位置。例如假设波峰l₁对应的时间位置为t₁，则可以确定截止区内的波峰的时间位置构成一等差数列，即分别为（t₁-τ）、（t₁-2τ）…等。

如上所述，具有最大峰值I_max的波峰为最接近汽车起动机开始启动时刻的波峰，因此随后进入步骤530，根据式（1）计算出该波峰的峰值，并且由此将截止区内后续的波峰的峰值依次确定为（I_max-δ）、（I_max-2δ）…等。

接着进入步骤540，根据步骤520和530确定的截止区内的波峰的位置和峰值进行插值运算以生成截止区内的工作电流数据。优选地，这里的插值运算基于三角函数差值法。

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)

1.一种对汽车启停过程中的蓄电池大工作电流进行估算的方法，其中，霍尔元件被设置在与蓄电池相连的通电导线附近，所述方法包括下列步骤：

接收所述霍尔元件测量的自汽车启动开始至结束为止期间的蓄电池的工作电流数据集；

确定截止区，其中，所述截止区的两端分别对应于所述工作电流数据首次突破第一阈值的时刻和首次跌破第一阈值的时刻；以及

根据所述截止区以外的工作电流数据推算所述截止区内的工作电流数据。

2.如权利要求1所述的方法，其中所述第一阈值对应于所述霍尔元件的最大可测量值。

3.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。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述推算基于所述截止区外的工作电流数据的波峰的峰值和位置。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述推算包含下列步骤：

确定所述截止区之后的工作电流数据的波峰；

确定相邻波峰之间的时间间隔值（τ）以及相邻波峰的峰值差（δ）；

根据所述时间间隔值（τ），由最接近所述截止区的波峰确定所述截止区内波峰的位置；

将最大工作电流确定为所述截止区内最接近所述汽车启动时刻的波峰的峰值，并且将该峰值（I_max）依次递减所述峰值差（δ）以得到所述截止区内后续的波峰的峰值，其中，根据下式确定所述最大工作电流I_max：

$I_{\max }=\mathrm{\α}{+\mathrm{\βt}}_L+{\mathrm{\γt}}_L^2$

这里，t_L为所述截止区的长度，α、β和γ为实验确定的常数；以及

根据前述步骤确定的所述截止区内的波峰的峰值和位置进行插值运算以得到所述截止区内的工作电流数据。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述插值运算基于三角函数差值法。

7.如权利要求5所述的方法，其中，当在所述截止区外存在多对相邻波峰时，取平均值作为所述时间间隔值（τ）和峰值差（δ）。

8.一种实现启停功能的汽车电子控制器，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与设置在与蓄电池相连的通电导线附近的霍尔元件进行通信，所述输出单元被配置为向发动机控制器发送由所述处理器生成的控制命令，

其中，所述处理器被配置为：对所述霍尔元件测量的自汽车启动开始至结束为止期间的蓄电池的工作电流数据集进行下列处理：

确定截止区，其中，所述截止区的两端分别对应于所述工作电流数据首次突破第一阈值的时刻和首次跌破第一阈值的时刻；以及

根据所述截止区以外的工作电流数据推算所述截止区内的工作电流数据。

9.如权利要求8所述的汽车电子控制器，其中，所述推算基于所述截止区外的工作电流数据的波峰的峰值和位置。

10.如权利要求9所述的汽车电子控制器，其中，所述推算包含下列步骤：

确定所述截止区之后的工作电流数据的波峰；

确定相邻波峰之间的时间间隔值（τ）以及相邻波峰的峰值差（δ）；

根据所述时间间隔值（τ），由最接近所述截止区的波峰确定所述截止区内波峰的位置；

将最大工作电流确定为所述截止区内最接近所述汽车启动时刻的波峰的峰值，并且将该峰值（I_max）依次递减所述峰值差（δ）以得到所述截止区内后续的波峰的峰值，其中，根据下式确定所述最大工作电流I_max：

$I_{\max }=\mathrm{\α}{+\mathrm{\βt}}_L+{\mathrm{\γt}}_L^2$

这里，t_L为所述截止区的长度，α、β和γ为实验确定的常数；以及

根据前述步骤确定的所述截止区内的波峰的峰值和位置进行插值运算以得到所述截止区内的工作电流数据。