TW202016425A

TW202016425A - 混合動力控制方法

Info

Publication number: TW202016425A
Application number: TW107138045A
Authority: TW
Inventors: 朱陳興; 郭家成; 佘柏勳; 彭家慶; 林豐義; 曾潮金
Original assignee: 中華汽車工業股份有限公司
Priority date: 2018-10-26
Filing date: 2018-10-26
Publication date: 2020-05-01
Also published as: TWI662183B

Abstract

本發明提供一種適用於汽油引擎車輛的混合動力控制方法。該控制方法主要是利用一連結於車輛的汽油引擎系統的輔助扭矩系統，藉由感測油門踏板的踩踏深度，當踩踏深度超過一預設的門檻值時，所述的輔助扭矩系統會在汽油引擎的引擎響應時間依據汽油引擎轉速而分成的級距式輔助扭矩輔助輸出，其中，該級距式輔助扭矩是依據該引擎響應時間內的轉速漸高，所提供的輔助扭矩逐漸縮小。

Description

混合動力控制方法

本發明是有關於一種用於汽油引擎車輛的動力控制方法，特別是指一種利用輔助扭矩系統作為汽油引擎車輛的混合動力控制方法。

近年來由於日益嚴重的空氣汙染問題及對環保意識的提升，因此，高效能源使用、替代能源，以及低碳能源等議題越來越受到重視。

以交通工具而言，柴油引擎由於熱效率高、省油、使得柴油車的應用範圍日漸增加，尤其是行走里程較長的公共汽車及載重的貨卡車一般都是使用以柴油為燃料的柴油引擎所提供的動力始能符合需求。但柴油引擎所排放之粒狀汙染物(Particulate Mass，PM)與粒狀污染物數量(Particulate Number，PN)遠高於汽油引擎，因此，目前柴油引擎如要符合台灣未來的六期排放法規，需以額外的系統(例:顆粒捕捉器DPF)來降低PM與PN值。然而，要降低柴油引擎的PM、PN，除了技術上的難度外，也會大幅增加車輛成本，此外，因而影響消費者換購意願，導致老舊車輛無法汰舊換新。

因此，如何提供一種可符合車輛的動力需求，且可減少排放汙染的方案，一直是本技術領域者持續改善的方向之一。

因此，本發明之目的，即在提供一種適用車輛的混合動力控制方法。

該車輛包括一油門踏板，及一由該油門踏板操控的汽油引擎系統。

於是，本發明的控制方法包括，提供一動力連結於該汽油引擎系統的輔助扭矩系統。

以及，當該油門踏板的踩踏深度超過一預設的門檻值時，該汽油引擎系統在一引擎響應時間內產生轉速變化，且於所述的響應時間內，該輔助扭矩系統依據該油門踏板的踩踏深度訊號，並配合該汽油引擎系統轉速而提供級距式輔助扭矩輸出，其中，該級距式輔助扭矩是依據所述引擎響應時間內的轉速漸高，所提供的輔助扭矩逐漸縮小。

此外，當該踩踏深度不變時，且該汽油引擎系統維持在穩定轉速值時，該輔助扭矩系統持續輸出一輔助扭矩。

本發明之功效在於：藉由增設一輔助扭矩系統，藉由該輔助扭矩系統在引擎響應時間提供依汽油引擎系統轉速而分成的級距式輔助扭矩，可改善汽油引擎車輛扭矩動力不足的問題。此外，藉由該輔助扭矩系統，可在該汽油引擎系統維持穩定轉速值時，持續輸出一輔助扭矩，可適用於噸位較高的車輛於走行狀態下的穩定。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

本發明混合動力控制方法的一實施例，是適用於一具有汽油引擎的車輛，該車輛可以是汽車、機車，或貨車等並無特別限制。

於一些實施例中，該車輛可以是3.5噸級，或3.5噸以上搭載汽油引擎的車輛，利用輔助扭矩系統搭配汽油引擎，並利用該輔助扭矩系統提供輔助扭矩，以令搭配汽油引擎的車輛於引擎響應時間的扭矩可達到需求，而可同時滿足低碳排放及扭矩的需求，而可取代一般3.5噸級的柴油引擎車輛。

參閱圖1、2，適用於本發明混合動力控制方法的該實施例的該車輛包括一汽油引擎系統21、一離合變速系統22、一油門踏板23、一剎車踏板24、一高壓電池系統25、一輔助扭矩系統26，及一複合控制系統(HCU)27。

該汽油引擎系統21具有一汽油引擎、一與該離合變速系統22機械連接，並可用以將該汽油引擎產生的動力傳送到該離合變速系統22的曲軸(圖未示)，及一用以感測該曲軸的轉速及扭矩，並可用以控制該汽油引擎相關作動參數的引擎控制單元(ECU)211。該離合變速系統22可接收自該曲軸傳遞的該汽油引擎產生的扭矩動力，並可藉由齒輪比的變化改變該引擎的轉速。該油門踏板23可藉由踩踏深度控制供應至該汽油引擎的燃油量，與該引擎控制單元(ECU)211訊號連接，該引擎控制單元(ECU)211可接收該油門踏板23的指令並傳送至該複合控制系統(HCU)27。該剎車踏板24可利用不同的踩踏深度提供不同的機械剎車能力，與該複合控制系統(HCU)27訊號連接，且該複合控制系統(HCU)27可接收該剎車踏板24的踩踏訊號。該高壓電池系統25，包括一電池模組251，及一電池管理控制器(BMS)252。該電池模組251可用於提供該輔助扭矩系統26所需的動能，並可將藉由該輔助扭矩系統26產生的電能回充。此外，該電池模組251還可供應該車輛其它需要供電的元件使用。該電池管理控制器252可用以偵測該電池模組251的電芯電壓、溫度及系統電流數值，即時發揮過壓、欠壓、高溫、低溫及過流等保護功能，並可與該車輛所有需要供電的元件交換資訊，藉以達到系統保護功能。由於該汽油引擎系統21、該離合變速系統22、該油門踏板23、該剎車踏板24及該高壓電池系統25的相關細部結構及控制方式為本技術領域週知，故不再多加說明。

該輔助扭矩系統26包括一集成啟動電機(ISG, Integrated Starter & Generator) 261及一輔助扭矩控制單元262(ISG Motor Control Unit)。

該集成啟動電機261與該離合變速系統22機械連接，用以傳送動力，並可與該汽油引擎系統21產生的扭矩動力協同作用至該離合變速系統22。該集成啟動電機261是可在電動機及發電機模式之間切換。具體的說，該集成啟動電機 261包括有一永磁式馬達(Permanent-Magnet Motor，PM Motor)，可作為動能與電能的轉換。

該複合控制系統(HCU)27分別與該引擎控制單元211、該剎車踏板24、該輔助扭矩控制單元262，及該電池管理控制器(BMS)252訊號連接，可用於接收來自於該油門踏板23、該煞車踏板24、該高壓電池系統25及該汽油引擎系統21的訊號，而可根據電池模組的狀態、車速、油門踏板踩踏深度、剎車踏板踩踏深度及其他動力相關變數等，定義能量管理策略決定馬達與引擎的動力分配，以調整控制該級距式輔助扭矩的輸出。要說明的是，該引擎控制單元211還可提供動力輸出狀態訊號、扭矩訊號及故障信號予該複合控制系統27，該複合控制系統27依據上述訊號控制該輔助扭矩系統26的輔助扭矩輸出，並且能控制該引擎控制單元211調整車輛的動力輸出。

本發明該混合動力控制方法的該實施例，是先對具有汽油引擎系統的車輛提供所述的輔助扭矩系統26，即提供一前述具有該輔助扭矩系統26的車輛。

接著，即可利用該輔助扭矩系統26於引擎響應時間內對該車輛提供級距式輔助扭矩，以補充汽油引擎於引擎響應時間扭矩不足的缺點。此外，該輔助扭矩系統26並可於該車輛轉速穩定後，持續提供一輔助扭矩，以輔助車輛保持充沛的扭力。

詳細的說，當使用者踩踏該油門踏板23時，該汽油引擎會在一引擎響應時間內提供扭矩動力，以令轉速產生變化。

而本發明的該控制方法則是依據該油門踏板23的踩踏深度訊號調整該輔助扭矩系統26的扭矩輸出。當該油門踏板23的踩踏深度超過一預設的門檻值時，於所述的引擎響應時間內，該輔助扭矩系統26會提供依據轉速區分的級距式輔助扭矩。其中，該級距式輔助扭矩是依據該離合變速系統22在該引擎響應時間內的轉速漸高，所提供的輔助扭矩逐漸縮小的方式提供扭矩。

其中，該門檻值可以是使用者或系統自行設定，於一些實施例中，該門檻值可設定大於3%。

也就是說，該輔助扭矩系統26會在引擎響應時間的初期(引擎低轉速區域)，於汽油引擎提供的扭矩動力較小時，提供較大的輔助扭矩，而隨著引擎響應時間增加(引擎高轉速區域)，汽油引擎提供的扭矩動力漸增時，由該輔助扭矩系統26提供的扭矩則會漸減，以於引擎響應時間內可得到足夠的扭矩動力。

由於汽油引擎於低轉速時的扭力輸出低、效率低，而於中/高轉速時的扭力輸出高且效率高。馬達則具有在低轉速時扭力輸出高、效率高，但於高轉速時扭力輸出低且效率較低的特性。因此，本發明利用級距式提供輔助扭矩的方式，於汽油引擎在低轉速(扭力輸出低)時，提供較高的輔助扭矩，以馬達扭力補足汽油引擎於低轉速下扭力之不足；當汽油引擎在高轉速(扭力輸出高)時減少馬達提供的扭矩，而可藉由讓汽油引擎與馬達相互配合，讓汽油引擎維持在高效率區間運作，而得到最大效益。此外，因為該輔助扭矩系統26是利用馬達提供扭矩動力，因此，可即時提供所需的輔助扭矩，而不會有時間延遲的問題。

前述的控制方法，當該油門踏板23的踩踏深度維持不變時，該輔助扭矩系統26還可持續輸出一輔助扭矩，以令車輛保持充沛的扭力。

此外，要說明的是，當該油門踏板23的踩踏深度超過該門檻值並具深度變化，且該離合變速系統22於該引擎響應時間內依據該車輛的預設狀態換檔或由使用者自行換檔而改變轉速的過程，該輔助扭矩系統26於該引擎響應時間內仍依據該離合變速系統22產生的轉速變化對應提供該級距式輔助扭矩，而使該車輛於變換不同檔位時，於該引擎響應時間內均可得到足夠的扭矩動力。

由於本案的該輔助扭矩系統26可利用引擎與離合變速系統22的轉速差給與不同程度的扭矩輸出，故可在車輛起步階段即提供助力，又可避免離合變速系統22的離合器尚未完全結合前，扭力瞬間輸出過大造成離合器磨損的問題。

於一些實施例中，當該車輛於減速滑行或是該剎車踏板24及該油門踏板23的踩踏深度為0，且該車輛仍具有轉速(即該車輛於滑行)時，該輔助扭矩系統26可轉成發電機模式，並可控制切斷燃油供給該汽油引擎。此時，該汽油引擎系統21不作動，車輛可利用該輔助扭矩系統26進行電磁剎車，並將轉動產生的動能轉為電能後對該電池模組251進行電能回充。

於一些實施例中，該剎車踏板24還可設有一可感測該剎車踏板24的踩踏深度，並與該混合動力控制單元27電連接的位置感知器(圖未示)，該混合動力控制單元27於接收自該位置感知器感測輸入的踩踏深度訊號後，可依據該剎車踏板24的踩踏深度而施予不同程度的電磁剎車，以達到同時符合使用者剎車感受與能源回收的目的。

此外，要再說明的是，由於該車輛於不同承載重量時，所需的扭矩也不同，因此，於一些實施例中，該車輛還可具有一載重切換單元(圖未示)，該載重切換單元可讓使用者或由系統依據該車輛的承載重量切換至載重模式或一般模式，該輔助扭矩系統26可依據不同模式提供該級距式輔助扭矩。

參閱表1，表1是用於說明利用本發明該控制方法的實施例提供級距式輔助扭矩的具體說明。要說明的是，表1所示的級距式輔助扭矩僅為其中一實施態樣，因應車體重量、引擎規格等要件可進行調整，故實施方式並不以此為限。其中，表1，正值表示提供該輔助扭矩系統(以ISG表示)為提供扭矩，負值表示該ISG進行電能回充。由表1可知當油門踏板深度為0，或踏板深度較低，且具有轉速時，ISG可利用將轉速產生的動能轉為電能後對該電池模組進行電能回充。當油門踏板深度超過門檻值時，ISG則會隨著轉速變化開始提供輔助扭矩。例如當踏板深度為45%，ISG於低轉速(800rpm)時會提供較大的扭矩(50Nm)，且隨著轉速增加，提供的扭矩會漸減，並於高轉速或轉速穩定時，持續提供一穩定的輔助扭矩。

表1

綜上所述，本發明藉由於汽油引擎車輛增設該輔助扭矩系統26，並藉由該輔助扭矩系統26在引擎響應時間提供依據轉速分成的級距式輔助扭矩，而可改善汽油引擎車輛扭矩動力不足的問題，故確實可達成本發明之目的。

惟以上所述的者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

21:汽油引擎系統251:電池模組 211:引擎控制單元252:電池管理控制器 22:離合變速系統26:輔助扭矩系統 23:油門踏板261:集成啟動電機 24:剎車踏板262:輔助扭矩控制單元 25:高壓電池系統27:複合控制系統

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一方塊示意圖，說明本發明混合動力控制方法的實施例的主要機構連接關係；及圖2是一方塊示意圖，說明本發明混合動力控制方法的實施例的主要控制連接關係。

21:汽油引擎系統

211:引擎控制單元

22:離合變速系統

23:油門踏板

24:剎車踏板

25:高壓電池系統

251:電池模組

252:電池管理控制器

26:輔助扭矩系統

261:集成啟動電機

262:輔助扭矩控制單元

27:複合控制系統

Claims

一種混合動力控制方法，適用配置於一車輛，該車輛包括一油門踏板，及一由該油門踏板操控的汽油引擎系統，該控制方法包括：提供一動力連結於該汽油引擎系統的輔助扭矩系統；當該油門踏板的踩踏深度超過一預設的門檻值時，該汽油引擎系統在一引擎響應時間內產生轉速變化，且於所述的響應時間內，該輔助扭矩系統依據該油門踏板的踩踏深度訊號，並配合該汽油引擎系統轉速而提供級距式輔助扭矩輸出，其中，該級距式輔助扭矩是依據所述引擎響應時間內的轉速漸高，所提供的輔助扭矩逐漸縮小。
如請求項1所述的混合動力控制方法，其中，該油門踏板的踩踏深度的該門檻值大於3%。
如請求項1所述的混合動力控制方法，其中，當該油門踏板的踩踏深度不變時，且該汽油引擎系統維持在穩定轉速值時，該輔助扭矩系統持續輸出一輔助扭矩。
如請求項1所述的混合動力控制方法，其中，該車輛還包含一離合變速系統，當該油門踏板的踩踏深度超過該門檻值且具深度變化時，該離合變速系統可於該響應時間內依據車輛預設狀態進行換檔，該輔助扭矩系統於該響應時間內可依據不同檔位產生的轉速變化提供該級距式輔助扭矩。
如請求項1所述的混合動力控制方法，其中，該車輛更包括一剎車踏板，當該車輛減速滑行或該剎車踏板及該油門踏板的踩踏深度為0，該輔助扭矩系統轉換成發電機模式。
如請求項1所述的混合動力控制方法，其中，該車輛還具有一載重切換單元，可依據該車輛的承載重量，切換至載重模式或一般模式，且該輔助扭矩系統接依據不同模式提供該級距式輔助扭矩。
如請求項1所述的混合動力控制方法，其中，該輔助扭矩系統可在電動機及發電機模式之間切換。
如請求項1所述的混合動力控制方法，其中，該車輛還包含一高壓電池系統，該高壓電池系統可用於提供該輔助扭矩系統所需的動能或進行電能回充。
如請求項1所述的混合動力控制方法，其中，該車輛還配置一複合控制系統(HCU)，該複合控制系統接收來自於該油門踏板的深度訊號及該汽油引擎系統的轉速訊號，該輔助扭矩系統包括一輔助扭矩控制單元，該輔助扭矩控制單元電連結且受控於該複合控制系統，可收受該複合控制系統指令調整控制該級距式輔助扭矩的輸出。
如請求項9所述的混合動力控制方法，其中，該車輛還包括一剎車踏板，該汽油引擎系統包括一電連結且受控於該複合控制系統(HCU)的引擎控制單元(ECU)，該油門踏板與該引擎控制單元訊號連接，該剎車踏板與複合控制系統訊號連接，該引擎控制單元可提供動力輸出狀態訊號、扭矩訊號及故障信號予該複合控制系統，該複合控制系統依據上述訊號決定輔助扭矩系統與汽油引擎系統的動力分配。