CN107054345A - 减轻发动机自动启动/停止车辆中的瞬态电流效应 - Google Patents

减轻发动机自动启动/停止车辆中的瞬态电流效应 Download PDF

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Abstract

本公开涉及减轻发动机自动启动/停止车辆中的瞬态电流效应。一种车辆包括发动机和被配置为自动启动和自动停止所述发动机的控制器。在自动停止状态中，当存在由电负载的启用所引起的瞬态电流时，发动机自动启动被禁止。当电池电流大于自动启动电流阈值时，在电负载启用之后的预定持续时间内禁止发动机自动启动。

Description

减轻发动机自动启动/停止车辆中的瞬态电流效应
技术领域
本申请总体上涉及控制车辆中的发动机的自动启动/自动停止。
背景技术
微混合动力车辆可在满足特定状况时使其内燃发动机自动停止一段时间。自动的发动机停止可通过在车辆处于静止或滑行至停止时减小发动机怠速的时间量来提高燃料经济性。
发明内容
在一些配置中，车辆包括控制器，所述控制器被配置为：响应于电负载启用，只要在预定持续时间的一部分时间内超过预定的自动启动阈值的启用后的电池电流与启用前的电池电流之间的差小于预定的差，就禁止发动机自动启动，直到预定持续时间期满为止；并响应于在预定持续时间之后启用后的电池电流超过预定的自动启动阈值，请求发动机自动启动。
一些配置可包括下列特征中的一个或更多个。在所述车辆中，所述启用前的电池电流小于预定的自动启动阈值。在所述车辆中，所述预定持续时间长于由电负载启用所引起的峰值电流的预期持续时间。在所述车辆中，所述预定的差是基于启用后的电池电流的最大的预期的冲击电流的。在所述车辆中，所述启用前的电池电流是在电负载启用之前的预定时间段期间的时均电流。在所述车辆中，所述控制器还被配置为：响应于所述差在所述预定持续时间期间超过预定的差，请求发动机自动启动。
在一些配置中，车辆包括发动机。所述车辆还包括电负载。所述车辆还包括控制器，所述控制器被配置为：当电池电流超过预定电流时请求发动机自动启动，并响应于在以检测到电负载转变到启用状态开始的预定持续时间内电池电流超过预定电流，只要在检测到电负载转变到启用状态之前与在检测到电负载转变到启用状态之后的电池电流大小之间的差小于预定的差，就禁止发动机自动启动，直到预定持续时间期满为止。
一些配置可包括下列特征中的一个或更多个。在所述车辆中，所述预定持续时间长于由所述转变所引起的峰值电流的预期持续时间。在所述车辆中，所述控制器还被配置为：响应于所述差在预定持续时间期间超过所述预定的差，请求发动机自动启动。在所述车辆中，所述预定持续时间是预期由电负载启用所引起的冲击电流衰减为稳态电流的时间段。在所述车辆中，在检测到电负载转变到启用状态之前的电池电流大小是在电负载转变到启用状态之前经过预定时间段的时均电池电流。在所述车辆中，在检测到电负载转变到启用状态之前的电池电流大小小于预定电流。
在一些配置中，基于控制器的方法包括：响应于电负载启用，只要在所述预定持续时间内超过预定的自动启动阈值的启用后的电池电流与启用前的电池电流之间的差小于预定的差，就禁止发动机自动启动直到预定持续时间期满为止。所述方法还包括：响应于在持续时间期满之后启用后的电池电流超过预定的自动启动阈值，请求发动机自动启动。
一些配置可包括下列特征中的一个或更多个。所述方法可包括：响应于所述差在所述预定持续时间期间超过预定的差，通过控制器请求发动机自动启动。在所述方法中，预定持续时间是预期电负载启用之后的冲击电流衰减为稳态电流的时间段。所述方法可包括：通过控制器对在电负载启用之前的预定时间段的电池电流求平均值，以产生启用前的电池电流。
附图说明
图1是微混合动力车辆的框图。
图2是在发动机停止/启动事件之前、期间及之后的发动机状态随时间变化的曲线图。
图3是用于管理发动机自动启动的操作序列的可行的流程图。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应当理解的是，所公开的实施例仅为示例，其它实施例可采取各种和替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定部件的细节。因此，此处所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各个特征可与一个或更多个其它附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的多种组合和变型可被期望用于特定的应用或实施方式。
参照图1，微混合动力车辆110可包括发动机112、电机114(可被称为交流发电机或起动发电一体机(integrated starter generator))、电池116(例如，12V电池)、与一个或更多个控制器120通信/受一个或更多个控制器120控制(如由虚线所示的)的电负载118(例如，气候控制系统的泵、电动转向助力系统(power steering assist system)等)。发动机112与电机114机械地连接(如由粗实线所示的)，使得发动机112可驱动电机114以产生电流。电机114和电池116彼此电连接并经由电网122与电负载118电连接(如由细实线所示的)。电网122可以是将部件进行电互连的一系列导体。电网122可包括电力信号和接地信号。因此，电机114可对电池116充电；电负载118可消耗由电机114和/或电池116提供的电流。
控制器120可发起发动机112的自动停止或自动启动。例如，当车辆110将要停止时，控制器120可发出命令以开始使发动机112停止的过程，从而防止电机114将电流提供给电负载118。在发动机112已经停止时，电池116可向电负载118提供电流。当在发动机自动停止之后松开制动踏板(未示出)(和/或踩下加速踏板(未示出))时，控制器120可发出命令以开始使发动机112启动的过程，从而使电机114能够向电负载118提供电流。
在点火循环期间，控制器120可监测用于发动机112启动和停止的状况。该状况可包括确定何时使发动机112自动停止以提高燃料经济性。例如，在制动应用期间，发动机112可被自动停止。其它状况可包括确定何时自动启动发动机112。例如，在操作者松开制动踏板时，发动机112可被自动启动。控制器120可经由控制网络124连接到电池116、电负载118、电机114和发动机112。控制网络124可包括模块之间的离散硬件连接。控制网络124可包括通信网络，在该通信网络中模块可进行串行通信。在一些配置中，控制器120可对多个控制器的操作进行协调，以执行发动机112的自动停止和自动启动。例如，发动机控制器可经由通信网络(例如，控制器局域网(CAN))与控制器120进行通信。
参照图2，发动机自动停止事件可包括几个阶段：“自动停止开始”，这标志着发动机自动停止事件的开始；“准备发动机自动停止”，这是车辆系统以及发动机为即将发生的发动机停止进行准备的时间段(如果在该阶段期间检测到发动机自动停止禁止状况，则为即将发生的发动机停止进行的准备被中断，车辆系统和发动机返回到它们的正常操作模式)；“燃料切断”，这标志着在该点处到发动机的燃料流动停止。“发动机正在停止”，这是发动机转速减小到0的时间段；“燃料不足重新启动”，这标志着在此点之后，如果在“发动机正在停止”阶段期间请求重新启动，则可能需要接合起动机以启动发动机(如果在“燃料不足重新启动”之前并在“发动机正在停止”阶段期间请求重新启动，则可通过重新开启燃料流动来重新启动发动机)；“发动机转速＝0”，这标志着在此点处发动机转速接近或等于0；“发动机已自动停止”，这标志着发动机关闭期间的时间段；“起动机接合”，这标志着在此点处，(响应于检测到发动机自动启动状况)起动机开始启动发动机以使发动机启动；“起动机启动发动机”，这是发动机无法凭借其自身的动力启动期间的时间段；“起动机分离”，这标志着在此点处发动机能够凭借其自身的动力启动；“发动机转速增大”，这是发动机转速增大到其运行转速(等于或大于目标怠速转速的转速)的时间段；以及“自动启动结束”，这标志着在此点处发动机转速达到其运行转速。
再次参照图1，在发动机停止/启动事件期间，在发动机112关闭时，电负载118可进行操作。例如，与气候控制系统相关的泵可在该时间段期间操作。因此，电池116可能需要提供电流以支持这些负载。然而，在发动机停止/启动事件期间，电负载118的电流需求可能超过电池116的建议容量。即，在发动机停止/启动事件期间，在支持电负载118时，电池116的电压可能下降到建议限制以下。为防止该情况发生，控制器120可确定电负载118的电流需求并将它们与预定阈值进行比较。例如，可将由电机114提供的电流的值和由电池116提供的电流的值求和，以确定电负载118的总电流需求。如果该总电流需求超过预定阈值，则控制器120可禁止自动停止发动机112的任何尝试。该预定阈值可通过测试、模拟等来确定和选择，以防止电池116的电压下降到期望的水平以下。
某些电负载118的电流需求可取决于发动机112是开启还是关闭。例如，在发动机停止/启动事件期间，当发动机112关闭时，发动机冷却风扇或燃料泵的电流需求可减小到0。类似地，在发动机停止/启动事件期间，当发动机112关闭时，与气候控制系统相关的泵的电流需求可减小。然而，在发动机停止/启动事件期间，在发动机112关闭时，其它子系统的电流需求可增大。因此，一旦发动机112已被自动停止，电负载118的电流需求的净值可增大或者减小。
控制器120可被配置为实施用于自动启动和自动停止发动机112的多种策略。例如，在制动事件期间或者在车辆110处于驻车模式中时，发动机112可被自动停止。用于自动启动发动机112的状况可包括从电池汲取的电流超过自动启动电流阈值。用于自动停止发动机112的状况可包括从电池汲取的电流小于自动停止电流阈值。自动停止电流阈值和自动启动电流阈值可以是不同的，以避免发动机112的快速的开/关循环。这种策略可有效地处理稳态电流，但可能不能有效地处理瞬态电流状况。例如，该策略可响应于超过自动启动电流阈值的瞬态电流状况而自动启动发动机112。由于瞬态电流可快速衰减，因此可能已不需要自动启动发动机112。其后果是系统会包括由瞬态电流状况所引起的短的发动机循环。
避免这些不必要的停止-启动循环的一个策略可以是加入用于自动启动发动机112的等待时间。控制器120可被配置为响应于电池电流大于自动启动电流阈值达大于或等于该等待时间的持续时间而自动启动发动机112。在稳态电流需求超过自动启动电流阈值时，该策略可能引起发动机自动启动循环被延迟。
车辆110可包括电流传感器130，电流传感器130被配置为测量流到电池116和从电池116流出的电流。电流传感器130可将指示电池电流大小和方向的信号提供给控制器120。控制器120可包括用于对该信号进行滤波并将该信号转化为用于处理的数字形式的电路。
电负载118可通过控制信号或经由控制网络124连接到控制器120。控制器120可被配置为控制电负载118的操作。控制电负载118可包括启用和停用电负载118。在处于启用状态时，电负载118可从电网122汲取电流。电流的大小可取决于启用之后的时间量。在紧接着启用的时间段，电流可能处于瞬态阶段。瞬态阶段包括冲击电流，该冲击电流可能是大于稳态额定电流值的瞬态电流。许多电负载具有冲击电流。例如，电动马达和变压器、灯泡以及功率转换器可能具有高的冲击电流。
在瞬态阶段之后，由电负载118汲取的电流可处于稳态阶段。在稳态阶段，电流水平可处于稳态额定电流值。稳态额定电流值可以是在瞬态阶段之后在电负载118保持启用时测量的电流值。
控制器120可被配置为基于电池电流而请求发动机112的自动启动和自动停止。在一些配置中，可响应于电池电流大于预定电流阈值而请求自动启动循环。在一些配置中，可响应于电池电流大于预定电流阈值达大于预定持续时间的持续时间而请求自动启动循环。添加持续时间条件可有助于防止不必要的自动启动循环，但可能推迟某些自动启动循环。
在从停用状态转变到启用状态时，电负载118可从电网122汲取大于预定额定电流的冲击电流。冲击电流可具有已知的持续时间。不同的电负载118可具有不同的冲击持续时间。
在启用电负载118之后，由电负载118汲取的电流可大于预定额定电流达一定时间段。该电流可在该时间段内朝着电负载118的预定额定电流衰减。启用电负载118的短期效应可能不同于启用电负载118的稳态效应。由于瞬态冲击电流，电池电流可在启用之后立即达到比稳态状况期间的电流高的峰值。
负载电流的瞬态分量的影响可能引起电池电流超过自动启动电流阈值。在瞬态分量衰减时，电池电流可随后下降到自动启动电流阈值以下。对车辆的影响可能是发动机112在短时间段内被启动。由于电池可能能够处理短期瞬态状况，因此该启动/停止循环可能是不必要的。
为了阻止这些不必要的发动机启动/停止循环，识别瞬态电流何时可能出现会是有益的。控制器120可被配置为监测电负载118的启用状态以确定电负载118何时从停用状态转变到启用状态。在检测到从停用状态到启用状态的转变时，控制器120可修改自动启动转变判据以阻止瞬态电流引起自动启动循环。
电负载118的启用状态可经由控制网络124传输至控制器120。例如，串行数据消息中的信号可指示电负载的开/关状态。控制器120可接收指示电负载118的启用状态的信号。该信号的值的转变可指示电负载118何时已改变启用状态。为了检测从停用状态到启用状态的转变，控制器120可监测该信号，以得到合适的值的变化。
为了提高发动机自动启动/自动停止循环的可靠性，控制器120可被配置为在电负载118被启用时检测瞬态电流状况。得知电池电流的改变是由于启用期间的瞬态电流，可允许自动启动被禁止。控制器120可被配置为检测瞬态电流的大小。可基于在检测到电负载118启用之前测量的启用前的电池电流与在检测到电负载118启用之后测量的启用后的电池电流之间的差来检测瞬态电流的大小。
启用前的电池电流可以是在接收到或检测到任何指示电负载118转变为启用状态的信号之前所测量的电流。启用前的电池电流可表示先前的稳态电流值。启用前的电池电流可以是在检测到启用之前的特定时间段期间的低通滤波后的电流。启用前的电池电流可以是在检测到启用之前的特定时间间隔的时间平均值。
启用后的电池电流可以是在检测到启用之后采样的电流测量值。启用后的电池电流可以是瞬时电流值并表示瞬态电流。启用后的电池电流与启用前的电池电流之间的差指示瞬态电流大小。可针对启用之后的多个时间段计算该差，以监测瞬态电流。在正常状况下，可预期瞬态电流大小在启用之后迅速增大并在启用之后经一段时间衰减到稳态值。
在一些配置中，在检测到电负载118启用(由显著大的瞬态电流得知)时，当瞬态电流大小小于预定大小时，发动机自动启动可被禁止达预定持续时间。这可阻止发动机112因短期瞬态状况而自动启动。启用前的电流可小于预定的自动启动电流阈值。启用后的电池电流可大于预定的自动启动电流阈值。在该情况下，发动机自动启动可被禁止以阻止因瞬态状况而启动。用于禁止发动机自动启动的预定持续时间可基于瞬态电流状况的预期持续时间。例如，测试可显示瞬态电流在负载启用之后的10秒内衰减。在预定持续时间之后，如果启用后的电池电流大于预定的自动启动电流阈值，则可请求发动机自动启动。
在一些配置中，在瞬态电流大小大于预定大小时，可请求发动机自动启动。例如，冲击电流的大小可远大于预期的大小。该预定大小可基于电负载118的最大的预期冲击电流的大小。在这种状况下，可请求发动机自动启动。
在一些配置中，可响应于在紧接着检测到电负载118转变到启用状态之后的预定持续时间内电池电流超过预定的自动启动电流阈值而禁止发动机自动启动。如果电池电流超过预定的自动启动电流阈值达长于预定持续时间的时间，则可请求发动机自动启动。此外，如果在预定持续时间期间瞬态电流的大小大于阈值，则可请求发动机自动启动。
图3示出了用于管理所描述的自动启动逻辑的操作序列的可行的流程图。在操作302处，发动机112可被自动停止。即，在某个先前时间时的状况是发动机自动停止已被发起。在操作304处，测量或估计启用前的电池电流。在操作306处，将启用前的电池电流与预定的自动启动电流阈值(K1)进行比较。如果启用前的电池电流大于或等于该阈值，则可执行操作322以请求自动启动。在一些配置中，在执行操作322之前，启用前的电流必须大于该阈值达预定时间。
如果启用前的电流小于该阈值，则执行操作308以确定电负载118是否已转变为启用状态。如果未检测到启用，则执行可返回至操作304。如果检测到启用，则可执行操作310以确定启用后的电池电流。可执行操作312以确定瞬态电流大小。可执行操作314以更新自启用以来的持续时间。这可被实施为计数器，该计数器可在进入自动停止状态之后被重新设置。
可执行操作316以将瞬态电流大小与最大的预期的瞬态电流阈值(K2)进行比较。如果瞬态电流大小大于或等于该阈值，则可执行操作322以请求发动机自动启动。如果瞬态电流大小小于该阈值，则可执行操作318以将启用之后的持续时间与预定的持续时间阈值(K3)进行比较。如果启用之后的持续时间小于预定的持续时间阈值，则可执行操作320以禁止发动机自动启动。在禁止自动启动之后，执行可返回至操作310以检查启用后的电流并监测启用之后的持续时间。
如果启用之后的持续时间大于或等于预定的持续时间阈值，则可执行操作324以将启用后的电池电流与预定的自动启动阈值进行比较。如果启用后的电池电流大于或等于该阈值，则可执行操作322以请求发动机自动启动。如果启用后的电池电流小于该阈值，则执行可返回至操作304。
所述系统使发动机自动停止所经历的时间最大化并消除影响用户满意度的自动启动/停止循环干扰。此外，通过消除自动启动循环干扰而保留燃料经济性和电池能量。
在此公开的处理、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/通过处理装置、控制器或计算机来实现，其中，所述处理装置、控制器或计算机可包括任何现有的可编程电子控制单元或专用电子控制单元。类似地，所述处理、方法或算法可以以多种形式被存储为可由控制器或计算机执行的数据和指令，所述数据和指令包括但不限于：永久地存储在非可写存储介质(诸如ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如软盘、磁带、CD、RAM装置以及其它磁性介质和光学介质)上的信息。所述处理、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，可利用合适的硬件组件(诸如专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或者其它硬件组件或装置)或者硬件、软件和固件组件的组合来整体或部分地实现所述处理、方法或算法。
尽管上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不意在描述了权利要求所包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可进行各种改变。如前所述，各个实施例的特征可组合，以形成可能未被明确描述或示出的本发明的进一步的实施例。尽管各个实施例可能已被描述为提供优点或者在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实施方式，但是本领域普通技术人员应该认识到，可以对一个或更多个特征或特性进行折衷，以实现期望的整体系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。因此，被描述为在一个或更多个特性方面不如其它实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的应用。

Claims (10)

1.一种车辆，包括：
控制器，被配置为：响应于电负载启用，只要在预定持续时间的一部分时间内超过预定的自动启动阈值的启用后的电池电流与启用前的电池电流之间的差小于预定的差，就禁止发动机自动启动，直到所述预定持续时间期满为止；并响应于在所述预定持续时间之后所述启用后的电池电流超过所述预定的自动启动阈值，请求发动机自动启动。
2.如权利要求1所述的车辆，其中，所述启用前的电池电流小于所述预定的自动启动阈值。
3.如权利要求1所述的车辆，其中，所述预定持续时间长于由所述电负载启用引起的峰值电流的预期持续时间。
4.如权利要求1所述的车辆，其中，所述预定的差是基于所述启用后的电池电流的最大预期冲击电流的。
5.如权利要求1所述的车辆，其中，所述启用前的电池电流是在所述电负载启用之前的预定时间段期间的时均电流。
6.如权利要求1所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于所述差在所述预定持续时间期间超过所述预定的差，请求发动机自动启动。
7.一种车辆，包括：
发动机；
电负载；
控制器，所述控制器被配置为：当电池电流超过预定电流时请求发动机自动启动，并响应于在以检测到电负载转变到启用状态为开始的预定持续时间内所述电池电流超过所述预定电流，只要在检测到电负载转变到启用状态之前的电池电流大小与在检测到电负载转变到启用状态之后的电池电流大小之间的差小于预定的差，就禁止发动机自动启动，直到所述预定持续时间期满为止。
8.如权利要求7所述的车辆，其中，所述预定持续时间长于由所述转变引起的峰值电流的预期持续时间。
9.如权利要求7所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：响应于所述差在所述预定持续时间期间超过所述预定的差，请求发动机自动启动。
10.一种方法，包括：
通过控制器执行如下步骤，
响应于电负载启用，只要在预定持续时间的一部分时间内超过预定的自动启动阈值的启用后的电池电流与启用前的电池电流之间的差小于预定的差，就禁止发动机自动启动，直到所述预定持续时间期满为止；并且
响应于在持续时间期满之后启用后的电池电流超过所述预定的自动启动阈值，请求发动机自动启动。
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