CN104373222A - 基于进气量对汽车发动机和发电机的控制策略 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及基于节气门开度的控制策略使汽车发动机和发电机协同运行以降低油耗的方法以及基于该方法的汽车电子控制器。按照本发明一个实施例的使汽车发动机和发电机协同运行以降低油耗的方法包括下列步骤：获取节气门的开度；以及如果所述开度的增大速率大于一个预设的阈值并且所述发动机的汽油喷射控制处于开环控制模式，则减小所述发动机的输出功率。

Description

基于进气量对汽车发动机和发电机的控制策略

技术领域

本发明涉及汽车电子技术，特别涉及基于进气量对汽车发动机和发电机的控制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，图中粗实线表示电能流，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使汽车发动机和发电机协同运行以降低油耗的方法，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，在一种使汽车发动机和发电机协同运行以降低油耗的方法中，所述汽车发电机与蓄电池和用电负载电气耦合，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：

确定进入所述汽车发动机的可燃混合气的数量的增大速率；以及

如果所述增大速率大于一个预设阈值并且所述发动机的汽油喷射控制处于开环控制模式，则减小所述发动机的输出功率，所述预设阈值大于零。

优选地，在上述方法中，所述增大速率由节气门开度的增大速率或泵油速度的增大速率来表征。

优选地，在上述方法中，按照下列方式减小所述发动机的输出功率：

确定所述蓄电池和用电负载的功耗的减少量；以及

通过使所述蓄电池和用电负载的功耗降低所述减少量来减小所述发电机的扭矩，从而实现所述发动机的输出功率的减小。

优选地，在上述方法中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝λ×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，λ为通过实验确定的常数。

优选地，在上述方法中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝(α×throttle_opening(t)+β×V_{throttle_opening}(t))×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，throttle_opening（t）和V_{throttle_opening}（t）分别为当前时刻的开度和开度的增大速率，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，α和β为通过实验确定的常数。

优选地，在上述方法中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝(α×V_pump(t)+β×δV_pump(t))×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，V_pump（t）和δV_pump（t）分别为当前时刻的泵油速度和泵油速度的增大速率，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，α和β为通过实验确定的常数。

本发明的还有一个目的是提供一种汽车电子控制器，其具有显著降低油耗的优点。

按照本发明一个实施例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从汽车传感器接收各种检测信号，所述输出单元被配置为向汽车发动机和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：判断进入所述汽车发动机的可燃混合气的数量的增大速率是否大于一个预设阈值，并且在所述增大速率大于所述预设的阈值并且所述发动机的汽油喷射控制处于开环控制模式时减小所述发动机的输出功率，所述预设阈值大于零。

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汽车电子控制器的结构框图。

图3为按照本发明一个实施例的使汽车发动机和发电机协同运行的方法的流程图。

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，“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。

“开环控制模式”指的是在发动机运行中，汽车电子控制器检测发动机的各种输入信号并且根据与输入信号具有固定对应关系的参数来控制发动机的运行，在该控制模式下，汽车电子控制器对控制结果不作分析和处理。

“闭环控制模式”指的是在发动机运行中，发动机的实际运行状态被反馈给汽车电子控制器，后者根据反馈信息修正对发动机的控制量。这种反馈控制的目的是有效控制排放、降低污染和提高效率。

“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。

借助节气门和/或泵油量可对可燃混合气体的流量进行控制，从而改变发动机的输出功率以适应车辆行驶情况的需要。当节气门开度或油泵的泵油量增大时，可燃混合气流量将增大。此时如果汽油喷射控制处于开环控制模式，则可能由于燃烧过程未进行优化，将导致燃油效率的下降。通常情况下，汽车启动、油门踏板按下、汽车处于巡航状态、汽车空调开启、汽车上坡、油泵油压增大和发动机扭矩短时间内增大等操作都可能导致汽车处于节气门开度或油泵的泵油量增大并且汽油喷射控制处于开环控制模式的状态组合。按照本发明的一个方面，在这种低燃油效率的情况下将通过主动降低汽车用电负荷（也即发电机的输出功率）来尽可能减小发动机的输出功率，以实现降低油耗和尾气排放的目的。按照本发明的另一方面，采用进入汽车发动机的可燃混合气的数量的增大速率作为发动机是否处于低燃油效率状态的判据之一。该判据能够将缓慢增长的情形过滤，避免过于频繁地降低汽车用电负荷。

以下借助附图描述本发明的具体实施例。

图2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2所示，按照本实施例的汽车电子控制器20包括输入单元210、处理器220、动态随机存储器230A、非易失存储器230B和输出单元240。

输入单元210与位于汽车电子控制器20外部的传感器和开关311-31n耦合。优选地，输入单元210与传感器和开关311-31n通过总线方式（例如CAN总线）连接。传感器311-31n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、扭矩传感器和霍尔传感器等，它们为汽车电子控制器20提供进行控制所需的各种反馈信号，例如节气门开度、泵油量、发动机和发电机的扭矩和转速信号、发电机的输出电流等。输出单元240将处理器生成的各种控制命令发送给汽车发动机120和发电机130。优选地，其也通过总线方式（例如CAN总线）对汽车发动机120和发电机130进行控制。

处理器220与输入单元210、动态随机存储器230A、非易失存储器230B和输出单元240耦合，作为汽车电子控制器20的核心单元，其根据非易失存储器230B中存储的控制程序和标准数据，对输入单元210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240发送至受控设备（例如图2中的发动机120和发电机130）。

以下描述图2所示汽车电子控制器的工作原理。

当汽车电子控制器20的处理器220加电启动时，其从非易失存储器230B中将控制程序加载到动态随机存储器230A中。可选地，还可以加载标准数据。这里的控制程序包括用于实现下面将要借助图3描述的使汽车发动机和发电机协同运行的方法的计算机程序。

输入单元210定期或不定期地从传感器和开关311-31n接收检测信号和开关信号并传送给处理器220。在本实施例中，输入单元210定期与发动机转速与曲轴位置传感器、节气门位置传感器、扭矩传感器和霍尔传感器等通信以接收相关的检测信号，例如包括但不限于有关节气门开度的检测信号、泵油量、发动机和发电机的转速和扭矩的检测信号、发电机输出电流的检测信号等。处理器220根据检测信号判断是否启动基于节气门开度的控制策略，使发动机和发电机协同运行以降低油耗。

图3为按照本发明一个实施例的使汽车发动机和发电机协同运行的方法的流程图。为阐述方便起见，这里假设利用图2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3所示，在步骤S310中，图2中的输入单元210从节气门位置传感器接收节气门开度的检测信号。该信号可以是模拟信号形式，在汽车电子控制器20内转换为数字信号。可选地，也可以将A/D转换器集成在该传感器中，因此提供给汽车电子控制器20的将是数字信号形式的检测信号。

随后，在步骤S320中，处理器220计算节气门开度的增大速率。例如可以采用下式来计算该增大速率：

V_{throttle_opening}(t)＝(throttle_opening(t)-throttle_opening(t-Δt))/Δt    （1）

这里，V_{throttle_opening}(t)为当前时刻（t时刻）的节气门开度的变化数量，throttle_opening（t）和throttle_opening（t-Δt）分别为t时刻和（t-Δt）时刻的节气门开度，Δt对应于处理器220提取开度检测信号的时间间隔。通过选择合适的Δt，可以滤除节气门开度较小的变化以避免过于频繁地调整汽车用电负荷。

接着进入步骤S330，处理器220将计算的开度增大速率与一个大于零的预设阈值T进行比较，如果大于该阈值，则进入步骤S340，否则，返回步骤S310。通过选择合适的阈值可以滤除节气门开度的缓慢变化以避免过于频繁地调整汽车用电负荷。

在步骤S340中，处理器220进一步判断当前的发动机汽油喷射控制是否处于开环控制模式，如果处于开环控制模式，则进入步骤S350，否则，返回步骤S310。

在步骤S350中，处理器220确定用电负荷（也即蓄电池和用电负载的功耗）的减少量。在一种优选方式下，处理器220按照下式来确定该减少量：

Δ＝λ×(τ_E(t)-τ_G(t))    （2）

这里，Δ为功耗的减少量，τ_E（t）和τ_G（t）分别为发动机当前时刻的输出扭矩和发电机当前时刻的扭矩，λ为通过实验确定的常数。

在另一种优选方式下，处理器将按照下式来确定功耗的减少量：

Δ＝(α×throttle_opening(t)+β×V_{throttle_opening}(t))×(τ_E(t)-τ_G(t))    （3）

这里，Δ为功耗的减少量，throttle_opening（t）和V_{throttle_opening}（t）分别为当前时刻的开度和开度的增大速率，τ_E（t）和τ_G（t）分别为发动机当前时刻的输出扭矩和发电机当前时刻的扭矩，α和β为通过实验确定的常数。发动机的扭矩和发电机的扭矩可以由输入单元210从外部传感器接收。

随后进入步骤S360，处理器220根据所确定的功耗减少量产生相应的控制命令，并将生成的控制命令经输出单元240输出至外部执行机构以完成下列操作的一种或多种：关闭某些用电设备（例如汽车空调和汽车音响设备等）、禁止某些用电设备的功能、停止对蓄电池充电和降低蓄电池的充电电流等。

由此，通过使蓄电池和用电负载的功耗降低上述减少量，发电机的扭矩将减小，从而降低了发动机的扭矩或输出功率。

在完成步骤S360之后将退出流程。

在上述实施例中，采用节气门开度的变化速率来表征进入汽车发动机的可燃混合气的数量的增大速率。在上述实施例的变化形式中，也可以采用泵油速度的增大速率来表征可燃混合气数量的增大速率。相应地，在图3的步骤S310中，输入单元210将接收与泵油速度有关的检测信号，在步骤S320中，处理器220计算泵油速度的增大速率，在步骤S330中，处理器220将泵油速度的增大速率与一个大于零的预设阈值T进行比较。在步骤S350中，处理器220可以利用式（2）来确定功耗的减少量。但是优选地，处理器220按照下式来计算功耗的减少量：

Δ＝(α×V_pump(t)+β×δV_pump(t))×(τ_E(t)-τ_G(t))    （4）

这里，Δ为功耗的减少量，V_pump（t）和δV_pump（t）分别为当前时刻的泵油速度和泵油速度的增大速率，τ_E（t）和τ_G（t）分别为发动机当前时刻的扭矩和发电机当前时刻的扭矩，α和β为通过实验确定的常数。

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 (12)

1.一种使汽车发动机和发电机协同运行以降低油耗的方法，所述汽车发电机与蓄电池和用电负载电气耦合，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：

确定进入所述汽车发动机的可燃混合气的数量的增大速率；以及

如果所述增大速率大于一个预设阈值并且所述发动机的汽油喷射控制处于开环控制模式，则减小所述发动机的输出功率，所述预设阈值大于零。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述增大速率由节气门开度的增大速率或泵油速率的增大速率来表征。

3.如权利要求2所述的方法，其中，按照下列方式减小所述发动机的输出功率：

确定所述蓄电池和用电负载的功耗的减少量；以及

通过使所述蓄电池和用电负载的功耗降低所述减少量来减小所述发电机的扭矩，从而实现所述发动机的输出功率的减小。

4.如权利要求3所述的方法，其中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝λ×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，λ为通过实验确定的常数。

5.如权利要求3所述的方法，其中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝(α×throttle_opening(t)+β×V_{throttle_opening}(t))×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，throttle_opening（t）和V_{throttle_opening}（t）分别为当前时刻的开度和开度的增大速率，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，α和β为通过实验确定的常数。

6.如权利要求3所述的方法，其中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝(α×V_pump(t)+β×δV_pump(t))×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，V_pump（t）和δV_pump（t）分别为当前时刻的泵油速度和泵油速度的增大速率，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，α和β为通过实验确定的常数。

7.一种汽车电子控制器，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汽车传感器接收各种检测信号，所述输出单元被配置为向汽车发动机和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：判断进入所述汽车发动机的可燃混合气的数量的增大速率是否大于一个预设阈值，并且在所述增大速率大于所述预设的阈值并且所述发动机的汽油喷射控制处于开环控制模式时减小所述发动机的输出功率，所述预设阈值大于零。

8.如权利要求7所述的汽车电子控制器，其中，所述增大速率由节气门开度的增大速率或泵油速率的增大速率来表征。

9.如权利要求8所述的汽车电子控制器，其中，按照下列方式减小所述发动机的输出功率：

确定所述蓄电池和用电负载的功耗的减少量；以及

通过使所述蓄电池和用电负载的功耗降低所述减少量来减小所述发电机的扭矩，从而实现所述发动机的输出功率的减小。

10.如权利要求9所述的汽车电子控制器，其中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝λ×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，λ为通过实验确定的常数。

11.如权利要求9所述的汽车电子控制器，其中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝(α×throttle_opening(t)+β×V_{throttle_opening}(t))×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，throttle_opening（t）和V_{throttle_opening}（t）分别为当前时刻的开度和开度的增大速率，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，α和β为通过实验确定的常数。

12.如权利要求9所述的汽车电子控制器，其中，按照下式确定所述功耗的减少量：

Δ＝(α×V_pump(t)+β×δV_pump(t))×(τ_E(t)-τ_G(t))

这里，Δ为所述功耗的减少量，V_pump（t）和δV_pump（t）分别为当前时刻的泵油速度和泵油速度的增大速率，τ_E（t）和τ_G（t）分别为所述发动机当前时刻的扭矩和所述发电机当前时刻的扭矩，α和β为通过实验确定的常数。