СПОСОБ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ИСТОЧНИКОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА В МОТОРНОМ ТРАНСПОРТНОМ СРЕДСТВЕ
METHOD FOR MANAGEMENT OF ELECTRICAL CURRENT SUPPLY IN MOTOR VEHICLE

Изобретение относится к способу для управления источником электрического тока в моторном транспортном средстве, имеющем двигатель внутреннего сгорания, и устройству, которое сконструировано, с тем чтобы реализовывать способ.
В DE 102004023621 А1 раскрывается способ и устройство для определения запаса энергии устройства накопления энергии. Упомянутый документ описывает концепцию для определения состояния заряда аккумуляторной батареи в транспортном средстве, но не упоминает стратегию для коррекции низкого состояния заряда или для улучшения эффективности электрической системы или привода. Состояние заряда непрерывно оценивается и выводится в качестве точного числового значения. Оценка состояния заряда может корректироваться посредством гальванического отсоединения аккумуляторной батареи от источника электропитания. Коррекция может применяться периодически, или она может планироваться спорадическим образом, если впереди находится благоприятный отрезок движения. Коррекция реализуется посредством измерения напряжения без нагрузки аккумуляторной батареи. Состояние заряда является функцией напряжения без нагрузки, если не было нагрузки на аккумуляторной батарее в течение достаточно длительного периода времени. Состояние заряда определяется посредством интегрирования тока аккумуляторной батареи между процессами коррекции. Состояние заряда после коррекции (измерение напряжения без нагрузки и определение состояния заряда) используется в качестве начального значения процесса интегрирования.
В US 6646419 В1 раскрывается способ для определения состояния заряда свинцово-кислотной аккумуляторной батареи в транспортном средстве. Этот способ также непрерывно оценивает состояние заряда и выводит результат в качестве точного числового значения. К тому же, состояние заряда определяется посредством интегрирования, или соответственно, тока зарядки или тока разрядки. Вторичный ток аккумуляторной батареи, который вовлечен в формирование газов и разогрев аккумуляторной батареи, рассчитывается, но не сохраняется. Разность между полным током аккумуляторной батареи и вторичным током аккумуляторной батареи дает ток зарядки или соответственно ток разрядки, который интегрируется при определении состояния заряда. В данном случае начальное значение состояния заряда также определяется на основании напряжения без нагрузки аккумуляторной батареи вслед за фазой, где ток аккумуляторной батареи является нулевым или низким. Если транспортное средство было выключено в течение длительного периода времени, новое значение рассчитывается для начального значения состояния заряда по напряжению без нагрузки. Этот документ также описывает, что начальное значение состояния заряда может корректироваться во время операции движения. Напряжение без нагрузки аккумуляторной батареи оценивается с использованием измеренного тока аккумуляторной батареи после длительной фазы, где ток аккумуляторной батареи является нулевым. Документ не описывает подробно, используется ли оцененное напряжение на клеммах, для того чтобы корректировать начальное состояние заряда.
В US 8159188 В2 раскрывается способ для управления состоянием заряда литий-ионной аккумуляторной батареи транспортного средства так, что всегда обеспечивается минимальное значение тока разрядки. Способ обеспечивает в стареющих аккумуляторных батареях то, что упомянутые аккумуляторные батареи всегда могут выдавать достаточный ток разрядки. Состояние заряда аккумуляторной батареи поддерживается на значении между минимальным и максимальным состоянием заряда. Если определено, что требуемый ток разрядки не может быть достигнут, минимальное состояние заряда повышается при эксплуатации на неполной нагрузке. Повышение является функцией разности между требуемым током и подаваемым током, температуры аккумуляторной батареи, состояния заряда и других условий аккумуляторной батареи.
В US 8638070 В2 раскрывается способ для адаптивной зарядки аккумуляторной батареи до требуемого значения. Состояние заряда оценивается и выводится в качестве точного числового значения. Оценка выполняется посредством активного управления напряжением на клеммах аккумуляторной батареи с помощью последовательности импульсов зарядки и разрядки. Импульсы имеют предопределенный профиль тока, и реакция напряжения от импульсов используется, для того чтобы оценивать состояние заряда. Импульсы зарядки или разрядки, соответственно должны формировать реакции напряжения в пределах узких допусков. Их точная форма непрерывно адаптируется, так что реакции остаются в пределах допусков. Импульсы всегда реализуются периодически или скорее независимо от рабочего эксплуатационного состояния всей системы. Вследствие того обстоятельства, что реакция напряжения на предопределенный ток используется для того, чтобы оценивать состояние заряда, зависимость между эквивалентными емкостями аккумуляторной батареи и состоянием заряда используется для того, чтобы выполнять оценку. Этот способ был разработан для литий-ионных аккумуляторных батарей, и подразумевается, что он также может использоваться для других типов аккумуляторных батарей, таких как Ni-MH. Однако, нет упоминания свинцово-кислотных аккумуляторных батарей.
Другими словами, известно, что следует выявлять и корректировать низкое состояние заряда или улучшать электрическую прочность стареющих аккумуляторных батарей посредством более высокого минимального состояния заряда.
2
Задача изобретения состоит в том, чтобы предоставить способ для управления источником электрического тока в моторном транспортном средстве, имеющем двигатель внутреннего сгорания, упомянутый способ обеспечивает возможность с минимальными издержками не только выявлять и корректировать низкое состояние заряда аккумуляторной батареи, и следовательно, добиваться электрической прочности, но также улучшать расход топлива и уменьшать выбросы CO.
Эта задача достигается посредством способа и устройства в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.
Предпочтительные варианты осуществления изобретения раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.
Предусмотрен способ для управления источником электрического тока в моторном транспортном средстве, имеющим двигатель внутреннего сгорания, в котором состояние заряда аккумуляторной батареи, выполненной с возможностью обеспечения по меньшей мере тока для стартера, зажигания и освещения, регистрируют и характеризуют в качестве дискретной переменной, которая указывает, находится ли текущее состояние заряда ниже или выше калиброванного порогового значения, при этом, если дискретная переменная указывает, что текущее состояние заряда находится ниже калиброванного порогового значения, аккумуляторную батарею заряжают с использованием относительно высокого напряжения в течение предопределенного периода времени таким образом, что все элементы аккумуляторной батареи равномерно и полностью заряжаются, и при этом, если дискретная переменная указывает, что текущее состояние заряда находится выше калиброванного порогового значения, в зависимости от текущей эффективности преобразования энергии трансмиссии, которая выявляется и характеризуется в качестве дополнительной дискретной переменной, устанавливают разные зависящие от температуры уставки напряжения генератора в транспортном средстве.
Согласно изобретению относительно высокое напряжение для полной зарядки аккумуляторной батареи является одной из нескольких зависящих от температуры уставок напряжения генератора.
Зависящие от температуры уставки напряжения являются функциями уставки напряжения от температуры аккумуляторной батареи и содержат в точности одну или по меньшей мере одну функцию для эксплуатации с низкой эффективностью преобразования энергии трансмиссии, а также функцию для эксплуатации, с высокой эффективностью преобразования энергии трансмиссии.
Зависящие от температуры уставки напряжения дополнительно содержат функцию для эксплуатации аккумуляторной батареи в качестве буферного аккумулятора для рекуперативного торможения, при этом уставку напряжения выбирают не только на основании дополнительной дискретной переменной, которая характеризует текущую эффективность преобразования энергии в качестве низкой или высокой, но и на основании дополнительной дискретной переменной (DFSOFlag), которая характеризует текущую эффективность преобразования энергии в качестве очень высокой в результате замедления транспортного средства без подачи топлива.
Эффективность преобразования энергии трансмиссии распознают в качестве низкой или высокой, или очень высокой посредством контроля входных сигналов управления и сообщений о состоянии трансмиссии, в частности, на основании положения педали акселератора, скорости транспортного средства и числа оборотов двигателя.
Дискретную переменную, которая указывает, находится ли текущее состояние заряда ниже или выше калиброванного порогового значения, формируют с использованием датчика контроля аккумуляторной батареи.
Дискретную переменную, которая указывает, находится ли текущее состояние заряда ниже или выше калиброванного порогового значения, формируют посредством алгоритма для дискретной идентификации низкого состояния заряда, который идентифицирует низкое состояние заряда посредством контроля тока аккумуляторной батареи во время перехода с относительно высокой уставки напряжения на относительно низкую уставку напряжения в течение предопределенного периода времени.
Дискретную переменную, которая указывает, находится ли текущее состояние заряда ниже или выше порогового значения, а также, при известных условиях, прошедший до этого период времени зарядки аккумуляторной батареи, сохраняют в памяти, в которой они не стираются в случае выключенного транспортного средства, при этом способ продолжают с сохраненной таким образом дискретной переменной, если транспортное средство перезапускается.
Также предложено устройство для управления источником электрического тока в моторном транспортном средстве, имеющем двигатель внутреннего сгорания, выполненное для осуществления описанного выше способа.
Изобретение предусматривает стратегию эксплуатации для генератора моторного транспортного средства, которая минимизирует расход топлива и обеспечивает электрическую прочность. Электрическая прочность обеспечивается посредством реализации алгоритма для дискретного распознавания низкого состояния заряда.
В пределах объема изобретения, состояние заряда сравнивается, периодически или в зависимости от движения, с предопределенным значением, для того чтобы получать дискретную и, в частности, двоичную начальную переменную в форме бита или флага, который указывает, находится ли состояние заряда ниже предопределенного порогового значения. Если источник электрического тока не насыщается между процессами сравнения, предполагается, что состояние заряда не уменьшается между моментами времени, в которые выполняется проверка. В этом случае, состояние бита или флага не изменяется. Другими словами, способ в соответствии с изобретением не выводит числовое значение для состояния заряда, и запас энергии аккумуляторной батареи также не определяется или соответственно не оценивается непосредственно.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения, сравнение выполняется между состоянием заряда и предопределенным значением посредством периодического или спорадического уменьшения напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Ток аккумуляторной батареи определяется непосредственно или опосредованно в течение временного интервала, для того чтобы определять, является ли состояние заряда большим или меньшим, чем значение, которое является функцией пониженного напряжения.
Способ в соответствии с изобретением обеспечивает возможность характеризовать низкое состояние заряда простым способом и, одновременно, улучшать эффективность источника электрического тока, а следовательно, всего привода транспортного средства.
Если идентифицировано низкое состояние заряда, устанавливается соответствующий флаг, и аккумуляторная батарея заряжается с использованием относительно высокого напряжения в течение предопределенного выделенного интервала времени. Относительно высокое напряжение и предопределенный выделенный интервал времени являются напряжением компенсирующего заряда и периодом времени компенсирующего заряда, которые необходимы для того, чтобы заряжать все элементы аккумуляторной батареи равномерно до 100% их емкости. Наиболее предпочтительный режим зарядки в отношении расхода топлива повторяется в конце периода времени компенсирующего заряда.
Как упомянуто выше, сравнения выполняются между состоянием заряда и предопределенным значением посредством периодического или спорадического понижения напряжения на клеммах аккумуляторной батареи. Если сравнения выполняются спорадическим образом, упомянутые сравнения формируются в зависимости от условий движения. Особенно целесообразно они выполняются после фазы рекуперативного торможения, если двигатель находится в состоянии без нагрузки. Изменение напряжения может происходить резко или с градиентом по времени. Во время процесса понижения, напряжение на клеммах, ток аккумуляторной батареи или ток источника электрического тока (генератора, в том числе, инвертера) сравниваются с нулем. Если ток источника электрического тока всегда является нулевым или идентифицирован в качестве находящегося в процессе разрядки, состояние заряда идентифицируется как находящееся выше предопределенного порогового значения. Реакция тока аккумуляторной батареи или, скорее, источника электрического тока во время периодического или спорадического процесса разрядки определяет, находится ли состояние заряда выше или ниже предопределенного порогового значения. Эта стратегия особенно пригодна для свинцово-кислотных аккумуляторных батарей. Поскольку литий-ионные аккумуляторные батареи имеют подобные эквивалентные модели коммутации, стратегия также может использоваться и для этого типа аккумуляторной батареи.
2
Снижение расхода топлива и уменьшение выбросов CO, достигаемые посредством изобретения, частично происходят в результате вышеизложенной выработки электрической мощности в фазах эксплуатации с низкой эффективностью при преобразовании энергии. Электрический генератор выводится из эксплуатации во время этой фазы эксплуатации, и аккумуляторная батарея разряжается сама по себе. Способность аккумуляторной батареи разряжаться также является преимуществом, и ухудшается в целом более длительно, чем процесс старения аккумуляторной батареи.
Описание вариантов осуществления приводится со ссылкой на чертежи, на которых показано:
фиг. 1 - общий вид архитектуры управления генератором, имеющей систему управления аккумуляторной батареей;
фиг. 2 - зависимость уставок напряжения от температуры для эксплуатации трансмиссии при различной эффективности;
фиг. 3 - выбор уставки напряжения для режимов эксплуатации, которые имеют высокую и низкую эффективность;
фиг. 4 - выбор уставки напряжения для режимов эксплуатации, которые имеют высокую и низкую эффективность, а также для замедлений без зажигания;
фиг. 5 - определение режима эксплуатации согласно эффективности в случае трансмиссии, которая приводится в действие двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием;
фиг. 6 - напряжение на клеммах аккумуляторной батареи и ток аккумуляторной батареи в течение периода времени контроля для аккумуляторной батареи, имеющей состояние заряда, которое находится выше и ниже калиброванного порогового значения;
фиг. 7 - управление флагом LowSOCFlag в случае минимальной стратегии управления источником тока, описанной в материалах настоящей заявки, с использованием датчика контроля аккумуляторной батареи; и
фиг. 8 - пример для полной минимальной стратегии управления источником тока.
Минимальная стратегия управления источником тока, описанная в материалах настоящей заявки, для управления источником электрического тока в моторном транспортном средстве, имеющем двигатель внутреннего сгорания и систему рекуперативного торможения, содержит две части, которые используются альтернативно: одну стратегию, которая определяет уставку напряжения электрического генератора для тока, требуемого на борту, в отношении улучшения расхода топлива и эффективности преобразовании энергии трансмиссии, и одну стратегию, которая контролирует состояние заряда аккумуляторной батареи, и в случае, если состояние заряда аккумуляторной батареи идентифицировано в качестве низкого, заряжает аккумуляторную батарею до более высокого напряжения на уставке.
Стратегия управления источником тока, описанная в материалах настоящей заявки, обозначается как 'минимальная', так как упомянутая стратегия может выполняться с минимальными издержками, она всегда обеспечивает по меньшей мере минимальное состояние заряда и, в дополнение, вносит вклад в минимизацию расхода топлива.
Термин 'генератор', в этом случае, включает в себя не только электродвигатель, приводимый в действие в качестве генератора, но также инвертер, который вырабатывает из него постоянное напряжение и может управляться, с тем чтобы выдавать требуемое выходное напряжение, так чтобы входное напряжение генератора могло устанавливаться в рамках определенных пределов.
Часть общей стратегии, которая контролирует состояние заряда аккумуляторной батареи и ослабляет низкое состояние заряда посредством продления процесса зарядки, а именно как можно ближе к 100% ее емкости, что указывается ниже как подавление, может называться стратегией для электрической прочности. В случае низкого состояния заряда, эта стратегия отменяет уставку напряжения, которая возможно задана стратегией для улучшения эффективности преобразования энергии, а потому, представляет собой наивысший приоритет в иерархии для выбора уставки напряжения генератора.
В транспортных средствах с гибридным приводом и транспортных средствах с электрическим приводом, низковольтное питание часто обеспечивается посредством преобразователя постоянного напряжения, который питается энергией из сети высокого напряжения. В этом случае, можно реализовывать часть изобретения, которая также контролирует состояние заряда аккумуляторной батареи в этих транспортных средствах посредством ввода в действие соответствующей уставки напряжения преобразователя постоянного напряжения, для того чтобы обеспечивать электрическую прочность низковольтного питания.
Фиг. 1 иллюстрирует общий вид архитектуры управления генератором, имеющей систему управления аккумуляторной батареей, другими словами, архитектуры для управления выбором стратегии для определения уставки напряжения электрического генератора, и иллюстрирует комбинацию стратегии 1 для улучшения эффективности преобразования энергии и использования стратегии 2 для электрической прочности в комбинированной архитектуре управления. Обе стратегии основаны на данных от трансмиссии, а также данных из системы электрооборудования транспортного средства.
2
Виртуальный переключатель 3 на фиг. 1, который управляет происхождением уставки напряжения генератора, отражает двойную обязанность минимальной стратегии управления источником тока, а именно, за улучшение расхода топлива и уменьшение выбросов CO, а также за поддержание прочности источника электрического тока. Прерывистая линия между виртуальным переключателем 3 и стратегией 2 для электрической прочности иллюстрирует приоритет последней в иерархии для выбора уставки напряжения.
Стратегия 1 для улучшения эффективности преобразования энергии описана в двух нижеследующих абзацах. В первом абзаце описан выбор уставки напряжения генератора в отношении режима эксплуатации по эффективности, другими словами, в отношении эффективности преобразования энергии трансмиссии в текущем на данный момент режиме эксплуатации, а идентификация режима эксплуатации трансмиссии (высокой эффективности, низкой эффективности или рекуперативного торможения) описана во втором абзаце.
Для выбора уставки напряжения генератора в отношении режима эксплуатации по эффективности, выбирается уставка напряжения, которая является зависящей от температуры аккумуляторной батареи, как только транспортное средство было введено в действие, в зависимости от режима эксплуатации трансмиссии. Во время эксплуатации двигателя внутреннего сгорания, возможны два режима эксплуатации, а именно, с высокой или низкой эффективностью. Третий режим эксплуатации относится к ситуации, в которой происходит замедление в случае не заведенного двигателя внутреннего сгорания. Стратегия управления трансмиссией для замедлений без зажигания обычно обозначается как DFSO (Deceleration Fuel Shut Off выключение подачи топлива в режиме замедления).
Каждому из трех режимов эксплуатации может быть назначена отдельная функция уставки напряжения, основанная на температуре аккумуляторной батареи. Фиг. 2 иллюстрирует зависимость уставки напряжения от температуры для эксплуатации трансмиссии в случае высокой эффективности, низкой эффективности или рекуперативного торможения, соответственно.
Функция для режима эксплуатации с высокий эффективностью обозначена на фиг. 2 как Setpoint1. Функция этого типа у напряжения с температурной зависимостью, которая используется в случае традиционных стратегий зарядки для зарядки аккумуляторной батареи, описана в качестве Z-образной кривой, благодаря ее форме, и может определяться производителем аккумуляторной батареи. Функция Setpoint1 может отражать характеристическую кривую зависящего от температуры напряжения, которая используется для того, чтобы полностью заряжать стартерную аккумуляторную батарею, которая выдает ток для стартера, зажигания и освещения, с использованием традиционной стратегии для управления источником тока, и она также обозначается как уставка для высокого (то есть относительно высокого) напряжения.
Z-образная кривая для режима эксплуатации с низкой эффективностью, обозначена на фиг. 2 как Setpoint0. Она может калиброваться так, чтобы она была ниже, чем Setpoint1 на всем температурном диапазоне около от 0,3 до 1 вольта, и наименьшее значение, а именно, значение для высокой температуры аккумуляторной батареи, должно быть большим, чем напряжение холостого хода аккумуляторной батареи, имеющей состояние заряда, которое является минимальным, однако все еще расценивается в качестве являющегося достаточным.
Если уставка напряжения меняется с Setpoint1 на Setpoint0, с генератора бортового источника тока снимается нагрузка, и аккумуляторная батарея разряжается до тех пор, пока не достигается равновесие, определенное законами Кирхгофа.
Генератор, поэтому, разряжается в течение периода времени, длительность которого пропорциональна току нагрузки транспортного средства, если эффективность меняется с высокой на низкую.
Если происходит замедление в случае не заведенного двигателя внутреннего сгорания, можно использовать Setpoint1 или, по выбору, более высокую уставку напряжения, которая обозначена как Setpoint2. В зависимости от использования, Setpoint2 может быть зависящим от температуры значением или постоянным, не зависящим от температуры значением. Поскольку Setpoint2 является большей, чем Setpoint1, аккумуляторная батарея всегда начинает заряжаться, если уставка напряжения меняется с Setpoint1 на Setpoint2, и упомянутая аккумуляторная батарея поэтому резервирует буферный аккумулятор для операции рекуперативного торможения в случае не заведенного двигателя внутреннего сгорания.
Далее описаны алгоритмы для выбора, посредством которых должны определяться функции Setpoint0, Setpoint1 и Setpoint2 уставки напряжения, проиллюстрированные на фиг. 2.
Фиг. З иллюстрирует выбор уставки напряжения для режимов эксплуатации, имеющих высокую эффективность и низкую эффективность, на основании очень простого алгоритма выбора для двух режимов эксплуатации, а именно, имеющих высокую эффективность и низкую эффективность. После запуска двигателя, алгоритм для выбора уставки напряжения контролирует (S1) флаг для эффективности и, если флаг LowEffFlag для низкой эффективности введен в действие, выбирает (S2) сравнительно низкую уставку напряжения, Setpoint0. Иначе, выбирается (S3) сравнительно высокая уставка напряжения, Setpoint1. Если используются две зависящих от температуры уставки напряжения, замедление без зажигания может идентифицироваться в качестве режима эксплуатации с высокой эффективностью.
Фиг. 4 иллюстрирует выбор уставки напряжения для режимов эксплуатации, имеющих высокую и низкую эффективность, а также для замедлений без зажигания в форме расширения алгоритма, проиллюстрированного на фиг. 3, для выбора уставки напряжения, тем, что, для замедлений без зажигания, определена дополнительная уставка напряжения, Setpoint2, которая является еще более высокой, чем Setpoint1. В зависимости от того, введен или нет в действие LowEffFlag (S4), выбирается (S5) Setpoint0, или, перед этапом S1 на фиг. 3, также выполняется (S6) проверка в отношении того, введен ли в действие флаг DFSOFlag для наивысшей эффективности, в каком случае, идентифицируется замедление без зажигания, и выбирается (S7) уставка напряжения Setpoint2.
Идентификация, находится ли трансмиссия в режиме эксплуатации с высокой или низкой эффективностью, выполняется по линиям стратегий управления двигателем, которые являются активными во время эксплуатации транспортного средства. Поэтому, можно идентифицировать режимы эксплуатации, которые соответствуют контроллеру холостого хода, контроллеру замедления, контроллеру коммутации и контроллеру для управления толчковым крутящим моментом, и эти режимы эксплуатации могут классифицироваться в зависимости от своей типичной калибровки в качестве высокой или низкой эффективности. Режимы эксплуатации могут подразделяться дополнительно, если соответствующая эффективность преобразования энергии значительно меняется.
В случае двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, эффективность преобразования энергии является функцией опережения зажигания и отношения воздуха к топливу, как описано в следующей формуле:
f
ВМЕР представляет среднее давление в цилиндре во время цикла сгорания (среднее эффективное давление торможения), q представляет количество впрыскиваемого топлива (массовый расход топлива), G представляет коэффициент выхода, зависящий от отношения воздуха к топлива, а η(ϕ) представляет функцию эффективности зажигания (эффективность по отношению к опережению зажигания ϕ), сравните с Баличи, Бенвенути, Дибенедетто, Пинелло, Санджованни-Винсентелли «Средства управления автомобильным двигателем и гибридные системы: проблемы и возможности», Протоколы IEEE, июль 2000 года (Ballichi, Benvenuti, Di Benedetto, Pinello, Sangiovanni-Vincentelli «Automotive Engine Controls and Hybrid Systems: Challenges and Opportunities», Proceedings of the IEEE, July 2000).
Как только двигатель внутреннего сгорания прогрелся, отношение воздуха к топливу удерживается на значении, близком к стехиометрическому значению, но опережение зажигания изменяется на менее эффективные значения (η(ϕ)<1). Поэтому, можно классифицировать режим эксплуатации в отношении эффективности преобразования энергии, что касается функции эффективности зажигания.
x
Функция эффективности зажигания находится на своем максимальном значении, если наивысшее среднее давление в цилиндре (ВМЕР) достигается для данного отношения воздуха к топливу. В случае этого максимального значения, упомянуто, что опережение зажигания имеет заданное значение МВТ (среднего наилучшего крутящего момента). В некоторых режимах эксплуатации, для калибровки двигателя намеренно выбираются значения опережения зажигания, которые не соответствуют МВТ, для того чтобы обеспечивать резерв крутящего момента, с тем чтобы поддерживать высокую стабильность сгорания во избежание высокого уровня выбросов NO или во избежание детонации в двигателе. Эти режимы эксплуатации могут классифицироваться стратегией управления источником тока в качестве непригодных для выработки электрической энергии, так как преобладает низкая эффективность преобразования энергии. С другой стороны, для выработки энергии предпочтительны режимы эксплуатации, в которых опережение зажигания МВТ получается посредством калибровки, поскольку можно получать большее количество энергии в отношении эксплуатации из единицы массы топлива.
Классификация режима эксплуатации в качестве являющегося предпочтительным или непредпочтительным для выработки энергии может выполняться за счет того, что команды калибровки анализируются, и принимаются во внимание консультации специалистов по калибровке, для того чтобы идентифицировать режимы эксплуатации, в которых регулировка опережения зажигания МВТ выбирается всегда или часто, или в которых опережение зажигания подвергается значительному запаздыванию. Во время эксплуатации транспортного средства, предпочтительные или непредпочтительные режимы эксплуатации идентифицируются просто посредством контроля входных сигналов управления и сообщений о состоянии трансмиссии. Если возникают определенные условия (например, число оборотов двигателя, положение дроссельной заслонки, и т.д.), которые указывают режим эксплуатации или стратегию управления, которые рассматриваются в качестве являющихся предпочтительными или непредпочтительными, выбирается уставка напряжения электрического генератора, которая содействует или противодействует выработке энергии.
Можно, чтобы предпочтительный процесс реализации минимальной стратегии управления источником тока в случае моторного транспортного средства, имеющего двигатель внутреннего сгорания с искровым зажиганием, проводил различие между эффективностью в ситуации холостого хода, после запуска из продолжительного холостого хода, при приведении в движение (с постоянной скоростью или с ускорением, но не при запуске из ситуации холостого хода), полностью открытой дроссельной заслонке и замедлениях без зажигания. Из этих ситуаций, холостой ход, запуск из продолжительного холостого хода и полностью открытая дроссельная заслонка классифицируются в качестве режимов эксплуатации, имеющих низкую эффективность преобразования энергии. Другие режимы эксплуатации, а именно, приведении в движение с ускорением или постоянной скоростью, классифицируются в качестве режимов эксплуатации, имеющих высокую эффективность преобразования энергии.
Фиг. 5 иллюстрирует алгоритм, который определяет режим эксплуатации согласно эффективности в случае трансмиссии, которая приводится в действие двигателем внутреннего сгорания с искровым зажиганием. Процесс идентификации этих режимов эксплуатации, в том числе, замедлений без зажигания, требует знания касательно положения акселератора (АРР на фиг. 5), скорости транспортного средства (VehSpeed на фиг. 5) и числа оборотов двигателя (EngSpeed на фиг. 5). Число оборотов двигателя может оцениваться на основании скорости транспортного средства и выбранных водителем или контроллером передачи положений механизма предварительного выбора передач и педали сцепления.
Выходными переменными алгоритма для идентификации режима эксплуатации согласно эффективности являются флаги LowEffFlag и DFSOFlag. Калиброванные параметры DFSOSpThresh и WOTThresh сравниваются с числом оборотов двигателя, для того чтобы определять, происходит ли замедление без зажигания, или нажата ли достаточно педаль акселератора, для того чтобы идентифицировать работу с полностью открытой дроссельной заслонкой. Флаг LowEffFlag и DFSOFlag используются алгоритмами, проиллюстрированными на фиг. 3 и 4, для выбора уставки напряжения, для того чтобы определять уставку напряжения, которая передается в качестве команды на электрический генератор.
В частности, выполняется (S1) проверка совместно с фиг.5 после запуска двигателя в отношении того, является ли скорость транспортного средства, VehSpeed, большей, чем ноль. Если нет, LowEffFlag устанавливается (S2) в 1, и этап S1 повторяется. Если да, текущий момент t времени сохраняется (S3) в качестве метки времени, TimeStamp, и проверка выполняется в отношении того, является ли положение педали акселератора, АРР, большим, чем ноль (S4). Если нет, выполняется (S5) проверка в отношении того, является ли скорость транспортного средства, VehSpeed, по-прежнему большей, чем ноль, и, одновременно, является ли число оборотов двигателя, EngSpeed, большим, чем DFSOSpThresh. Если нет, выполняется проверка (S6) в отношении того, является ли скорость транспортного средства, VehSpeed, все еще большей, чем ноль. Если нет, процесс возвращается на этап S2. Если да, LowEffFlag устанавливается в 1, a DFSOFlag устанавливается в 0 (S7), и процесс возвращается на этап S4. В случае да на этапе S5, LowEffFlag устанавливается в 0, a DFSOFlag устанавливается в 1 (S8), и процесс возвращается на этап S4. В случае да на этапе S4, выполняется (S9) проверка в отношении того, является ли разность между текущим моментом t времени и меткой времени, TimeStamp, установленной на этапе S3, большей, чем пороговое значение LaunchTimeThresh, или является ли положение педали акселератора, АРР, меньшим, чем WOTThresh. В случае да на этапе S9, LowEffFlag устанавливается (S10) в 0, и процесс возвращается на этап S4. В случае нет на этапе S9, LowEffFlag устанавливается (S11) в 1, и процесс возвращается на этап S4.
Подобный набор условий может быть предусмотрен для дизельного двигателя, для того чтобы идентифицировать режимы эксплуатации, имеющие низкую и высокую эффективность, и замедления без зажигания, и режимы эксплуатации могут идентифицироваться по эффективности, как в случае двигателя внутреннего сгорания с искровым зажиганием, на основании положения педали акселератора, положений механизма
предварительного выбора переключения передач и педали сцепления, а также скорости транспортного средства в качестве входных переменных.
Стратегия для электрической прочности контролирует состояние заряда аккумуляторной батареи с помощью флага LowSOCFlag для низкого состояния заряда и начинает зарядку аккумуляторной батареи на относительно высокой уставке напряжения (Setpointl на фиг.2), если идентифицировано низкое состояние заряда. Стратегия для электрической прочности может быть разделена на три функции: идентификацию низкого состояния заряда, управление (установку и сброс) процессом подавления и флага LowSOCFlag, и управление уставкой напряжения для зарядки аккумуляторной батареи.
Традиционный датчик контроля аккумуляторной батареи, который установлен в клеммной нише, может использоваться для того, чтобы непрерывно контролировать состояние заряда аккумуляторной батареи. Оцененное состояние заряда, которое передается в стратегию, может сравниваться с калиброванным пороговым значением посредством функции для управления низким состоянием заряда, для того чтобы вводить в действие или выводить из эксплуатации стратегию подавления.
Идентификация низкого состояния заряда посредством алгоритма для идентификации низкого состояния заряда
В качестве альтернативы, минимальная стратегия управления источником тока, описанная в материалах настоящей заявки, может быть реализована совместно с алгоритмом, который не требует традиционного датчика контроля аккумуляторной батареи, для того чтобы оценивать состояние заряда. Алгоритмы этого типа контролируют выходную переменную(ые) источника для электрического тока в моторном транспортном средстве (электрического генератора) во время периодических или спорадических переключений с одной уставки напряжения на другую, и такие же переключения с относительно высоких уставок напряжения на относительно низкие уставки напряжения, которые реализуются для того, чтобы улучшать эффективность преобразования энергии, как описано выше, также могут использоваться для оценивания состояния заряда.
Предпочтительным в данном случае алгоритмом этого типа является алгоритм для дискретной идентификации низкого состояния заряда, который оценивает состояние аккумуляторной батареи без использования традиционного датчика контроля аккумуляторной батареи или посредством измерения тока аккумуляторной батареи, обеспечивает возможность дискретной идентификации состояния заряда аккумуляторной батареи на основании флага, который выводится алгоритмом, и упомянутый флаг указывает, находится ли состояние заряда ниже или выше калиброванного порогового значения.
Если алгоритм этого типа для дискретной идентификации низкого состояния заряда, также обозначаемый ниже как дискретный алгоритм, реализуется совместно с минимальной стратегией управления источником тока, описанной в материалах настоящей заявки, переключения с относительно высоких уставок напряжения на относительно низкие уставки напряжения происходит, если эффективность преобразования энергии трансмиссии изменяется с высокого на низкий, или если фаза рекуперации в одном из режимов эксплуатации заканчивается низким уровнем эффективности преобразования энергии. Переключения и состояние заряда проверяются в этом случае спорадически в качестве функции ездового цикла. Алгоритм для дискретной идентификации низкого состояния заряда может формировать периодические понижения напряжения, если переключение не происходит в течение длительного периода времени, как может иметь место, если транспортное средство эксплуатируется на скорости на автостраде. До тех пор, пока соблюдаются руководящие принципы, которые в вышеприведенном разделе «Выбор уставки напряжения электрического генератора в отношении режима эксплуатации согласно эффективности» и в последующем разделе «Флаг для низкого состояния заряда и управление подавлением», и источник тока (генератор) не насыщен, часто контролировать состояние заряда не нужно.
Дискретный алгоритм идентифицирует низкое состояние заряда посредством контроля тока аккумуляторной батареи во время переключения с относительно высокой уставки напряжения на относительно низкую уставку напряжения в течение калиброванного периода времени. Этот период времени должен быть настолько длительным, чтобы емкостные элементы эквивалентной модели коммутации аккумуляторной батареи могли полностью разряжаться, в случае, если состояние заряда аккумуляторной батареи является меньшим, чем калиброванное пороговое значение. Это пороговое значение для состояния заряда является функцией относительно низкой уставки напряжения, которая представлена с помощью уставки напряжения для режимов эксплуатации, имеющих низкую эффективность преобразования энергии.
В случае, если состояние заряда аккумуляторной батареи превышает калиброванное пороговое значение, аккумуляторная батарея должна разряжаться самостоятельно и не должна начинать подзарядку в течение калиброванного периода времени контроля, который начинается на переключении уставки напряжения с относительно высокой уставки напряжения на относительно низкую уставку напряжения. Для того чтобы быть способным идентифицировать состояние заряда в качестве находящегося выше калиброванного порогового значения, поэтому, можно, в течение периода времени контроля, измерять только ток разрядки. Это соответствует условию, что флаг LowSOCFlag установлен в 0. Иначе, если выявлено, что аккумуляторная батарея заряжается, состояние заряда идентифицируется в качестве находящегося ниже калиброванного порогового значения, и флаг LowSOCFlag устанавливается в 1.
z
Thresh
Thresh
Thresh
Thresh
Фиг. 6а-6с иллюстрируют напряжение на клеммах аккумуляторной батареи и ток аккумуляторной батареи в течение периода времени контроля для аккумуляторной батареи, имеющей состояние заряда выше и ниже калиброванного порогового значения. Фиг. 6а иллюстрирует пример для напряжения на клеммах аккумуляторной батареи, которое изменяется во время управления уставкой напряжения между значением U, которое соответствует зависящему от температуры напряжению компенсирующего заряда, и значением U, которое соответствует калиброванному пороговому значению SOC - Фиг. 6b иллюстрирует результирующий ток аккумуляторной батареи для аккумуляторной батареи, имеющей состояние заряда, SOC, выше калиброванного порогового значения SOC - Фиг. 6 с иллюстрирует результирующий ток аккумуляторной батареи для аккумуляторной батареи, имеющей состояние заряда, SOC, ниже калиброванного порогового значения SOC. В начале периода времени контроля, аккумуляторная батарея разряжается самостоятельно током, который определяется посредством значений резистивных и емкостных элементов эквивалентной модели коммутации аккумуляторной батареи.
Ток аккумуляторной батареи может измеряться непосредственно с помощью датчика Холла, или он может контролироваться опосредованно с помощью выходного тока или относительной длительности включения генератора. Поскольку внутреннее сопротивление аккумуляторной батареи является существенно меньшим, чем у генератора, после переключения с относительно высокой на относительно низкую уставку напряжения, она питает все нагрузки до тех пор, пока напряжение холостого хода не является равным низкой уставке напряжения. В этот момент времени, генератор питает все нагрузки, поскольку упомянутый электрический генератор поддерживает нагрузку. Помимо этого, если выходной ток электрического генератора является нулевым, или если относительная длительность включения находится на минимальном значении, может предполагаться, что аккумуляторная батарея на данный момент разряжается. Таким образом, можно опосредованно контролировать ток аккумуляторной батареи посредством сигналов, которые характеризуют выходной ток электрического генератора, и которые обычно всегда доступны по шине CAN в транспортном средстве.
Разные стратегии для подавления низкого состояния заряда могут выполняться в зависимости от того, идентифицируется ли низкое состояние заряда с использованием традиционного датчика контроля аккумуляторной батареи, который установлен в клеммной нише и непосредственно оценивает состояние заряда, или используется ли алгоритм для дискретной идентификации низкого состояния заряда, упомянутый алгоритм опосредованно контролирует ток аккумуляторной батареи, как описано выше.
Частью стратегии для подавления низкого состояния заряда является управление флагом для низкого состояния заряда (LowSOCFlag), в том числе, условиями его сброса. Флаг для низкого состояния заряда должен сохраняться в энергонезависимой памяти, так что подавление может происходить в течение более чем одной фазы движения. Причина для этого состоит в том, что поездки часто не продолжаются достаточно долго, чтобы зарядить аккумуляторную батарею.
Подавление состоит в том, чтобы заряжать аккумуляторную батарею зависящим от температуры напряжением, которое является достаточным для того, чтобы полностью зарядить все элементы. Как проиллюстрировано на фиг. 1, уставка напряжения не изменяется в отношении режима эксплуатации трансмиссии по эффективности во время подавления низкого состояния заряда. В противоположность, применяется относительно высокая уставка напряжения, которая соответствует зависящей от температуры Z-образной кривой, которая обозначается на фиг. 2 как Setpointl. Как описано выше в связи с выбором уставки напряжения электрического генератора в отношении режима эксплуатации по эффективности, Z-образная кривая, соответствующая Setpointl, описывает характеристическую кривую зависящего от температуры напряжения, которая используется, для того чтобы полностью заряжать стартерную аккумуляторную батарею с использованием традиционной стратегии для управления источником тока. Она может быть определена производителем аккумуляторной батареи или производителем транспортного средства.
Флаги для низкого состояния заряда и управления подавлением посредством традиционной системы управления аккумуляторной батареей
Если используется традиционный датчик контроля
аккумуляторной батареи, установленный в клеммной нише, флаг LowSOCFlag может устанавливаться по той причине, что состояние заряда, которое оценивается посредством датчика, сравнивается с калиброванным пороговым значением LowSOCThresh. Условие 'низкое состояние заряда' может устраняться тем, что состояние заряда сравнивается со вторым пороговым значением HighSOCThresh, которое может калиброваться достаточно более высоким, чем LowSOCThresh, для того чтобы избегать колебания между установленным и неустановленным условием 'низкое состояние заряда'.
Фиг. 7 иллюстрирует управление флагом LowSOCFlag в случае минимальной стратегии управления источником тока, описанной в материалах настоящей заявки, с использованием выходной переменной традиционного датчика контроля аккумуляторной батареи, который установлен в клеммной нише.
Если флаг LowSOCFlag введен в действие, и происходит подавление, используется только относительно высокая уставка зависящего от температуры напряжения, которая обозначается на фиг. 2 как Setpointl. Иначе, относительно низкая или более высокая уставки напряжения могут использоваться, чтобы препятствовать или содействовать процессу зарядки аккумуляторной батареи, как описано в вышеприведенном разделе «Выбор уставки напряжения электрического генератора в отношении режима эксплуатации согласно эффективности».
В частности, проверка выполняется (S1) в соответствии с фиг. 7 после запуска двигателя в отношении того, равен ли 1 LowSOCFlag, и если да, выполняется (S2) проверка в отношении того, находится ли состояние заряда, SOC, выше, чем HighSOCThresh. Если нет, LowSOCFlag продолжает оставаться в 1 (S3), и процесс возвращается на этап S1. Если да, LowSOCFlag устанавливается (S4) в 0, и процесс возвращается на этап S1.
Если нет на этапе S1, проверка выполняется (S5) в отношении того, является ли состояние заряда, SOC, меньшим, чем LowSOCThresh. Если да, LowSOCFlag продолжает оставаться в 1 (S6), и процесс возвращается на этап S1. Если нет, LowSOCFlag устанавливается (S7) в 0, и процесс возвращается на этап S1.
Флаг для низкого состояния заряда и управления подавлением посредством алгоритма для дискретной идентификации низкого состояния заряда
Если алгоритм, дополнительно описанный выше для дискретной идентификации низкого состояния заряда, используется для того, чтобы контролировать состояние заряда аккумуляторной батареи, флаг LowSOCFlag может устанавливаться непосредственно с помощью алгоритма идентификации. В этом случае, относительно высокая уставка напряжения с температурной зависимостью применяется, как обозначено на фиг.2 в качестве Setpointl, до тех пор, пока условие 'низкое состояние заряда' не устранено посредством стратегии подавления.
Есть два варианта выбора для устранения условия 'низкое состояние заряда'. Алгоритм для дискретной идентификации низкого состояния заряда может применяться периодически совместно с кратковременными понижениями уставки напряжения. Во время и после переключений напряжения с высокого на низкое, алгоритм может использоваться для того, чтобы определять, превысило ли состояние заряда вновь калиброванное пороговое значение для низкого состояния заряда. Если используется эта стратегия для управления подавлением, пороговое значение состояния заряда, которое используется для того, чтобы устранять условие 'низкое состояние заряда', должно калиброваться значительно более высоким, чем пороговое значение, которое используется для того, чтобы идентифицировать низкое состояние заряда, для того чтобы избегать колебания между установленным и не установленным условием 'низкое состояние заряда' и чтобы улучшать прочность.
Предпочтительная стратегия подавления, которая может использоваться совместно с дискретной идентификацией низкого состояния заряда, должна выполнять процесс зарядки с относительно высокой уставкой напряжения с температурной зависимостью и фактически должна поступать таким образом в течение длительного калиброванного периода времени, EqChargePeriod. Подавление посредством выполнения процесса зарядки в течение длительного предопределенного периода времени также может применяться к вариантам осуществления, имеющим традиционный датчик контроля аккумуляторной батареи, описанным выше.
Калиброванный период времени заряда, EqChargePeriod, для подавления низкого состояния заряда может обозначаться как период времени компенсирующего заряда, поскольку он должен быть достаточно длительным для того, чтобы заряжать все элементы аккумуляторной батареи равномерно до 100% их емкости. Период времени компенсирующего заряда должен иметь значение многих часов и нормально будет содержать многочисленные поездки. Для того чтобы быть способным отслеживать время, которое было потрачено на подавление, значение периода времени заряда, EqChargeTime, которое измеряется временем, которое используется в случае стратегии управления, должно сохраняться в энергонезависимой памяти.
Фиг. 8 иллюстрирует минимальную стратегию управления источником тока с использованием стратегии для подавления низкого состояния заряда, которая управляет периодом времени заряда с использованием таймера. Предполагается, что условие 'низкое состояние заряда' идентифицируется с использованием описанного выше алгоритма для дискретной идентификации низкого состояния заряда, и что флаг для низкого состояния заряда (LowSOCFlag) и период времени компенсирующего заряда (EqChargeTime) изначально установлены в 0.
Минимальная стратегия управления источником тока, проиллюстрированная на фиг. 8, объединяет стратегию для улучшения эффективности преобразования энергии со стратегией для подавления низкого состояния заряда.
Условия флага LowEffFlag, используемого в блок-схеме последовательности операций способа на фиг. 8 для низкой эффективности, и флага DFSOFlag для наивысшей эффективности, который характеризует замедление в случае выключения подачи топлива, определяются посредством алгоритма, который проиллюстрирован на фиг. 5, для идентификации режима эксплуатации согласно эффективности.
После включения ключа зажигания транспортного средства, для того чтобы запустить двигатель внутреннего сгорания, проверка сначала выполняется на этапе S1 на фиг. 8 в отношении того, установлен ли флаг LowSOCFlag в 1.
Если нет, подавление не требуется, и используется стратегия для улучшения эффективности преобразования энергии. С этой целью, выполняется (S2) проверка в отношении того, введен ли в действие флаг LowEffFlag. Если да, выбирается (S3) сравнительно низкая уставка напряжения, Setpoint0. Если нет, выполняется (S4) проверка в отношении того, введен ли в действие флаг DFSOFlag. Если да, выбирается (S5) очень высокая уставка напряжения, Setpoint2. Если нет, выбирается (S6) уставка напряжения, Setpoint1, которая лежит между Setpoint0 и Setpoint1. Это в результате соответствует стратегии выбора, которая проиллюстрирована на фиг. 4. Генератор эксплуатируется с выбранной уставкой напряжения, для того чтобы добиваться оптимальной эффективности преобразования энергии, процесс продолжается этапом S1.
В случае, если этап S1 на фиг.8 указывает, что флаг LowSOCFlag не установлен в 1, текущий момент t времени устанавливается (S7) в качестве метки времени, TimeStamp, и сравнительно высокая уставка напряжения, Setpoint1, выбирается для процесса компенсирующего заряда, с которой эксплуатируется (S8) электрический генератор. Впоследствии выполняется (S9) проверка в отношении того, является ли время (t - TimeStamp), которое истекло после этапа S7, плюс период времени компенсирующего заряда, EqChargeTime, большим, чем период времени компенсирующего заряда, EqChargePeriod. Если да, флаг LowSOCFlag устанавливается (S10) в ноль, и значения EqChargeTime=0 и LowSOCFlag=0 сохраняются (S11) в энергонезависимой памяти. Если нет, выполняется (S11) проверка в отношении того, выключен ли ключ зажигания транспортного средства. Если нет, проверка повторяется на этапе S9. Если да, EqChargeTime=t - TimeStamp сохраняется (S12) в памяти.
Другими словами, для того чтобы подавлять низкое состояние заряда, аккумуляторная батарея заряжается с использованием относительно высокого напряжения в течение предопределенного периода времени, EqChargePeriod, и это также продолжается, если поездка была прервана. Стратегия для улучшения эффективности преобразования энергии дополнительно применяется, только когда прекращен процесс подавления, упомянутая стратегия формирует оптимальное напряжение зарядки для эффективности преобразования энергии.
В одном из вариантов стратегии, проиллюстрированной на фиг. 8, на этапе S8 можно, в качестве альтернативы, выбирать довольно высокую уставку напряжения, Setpoint2, если на данный момент выполняется операция рекуперативного торможения, другими словами, если введен в действие флаг DFSOFlag. Однако, Setpoint2 могла бы быть менее благоприятной, если аккумуляторная батарея почти полностью заряжена.
Если стратегия, проиллюстрированная на фиг. 8, должна использоваться для моторного транспортного средства без системы рекуперативного торможения, этапы S5 и S4 просто пропускаются, и процесс переходит с этапа S2 прямо на этап S6.
Минимальная стратегия управления источником тока, описанная в материалах настоящей заявки, может выполняться в случае любого типа моторного транспортного средства, которое приводится в действие двигателем внутреннего сгорания, для того чтобы улучшать расход топлива и уменьшать загрязняющие выбросы. Идентификация режимов эксплуатации согласно эффективности, которая используется для того, чтобы определять уставку напряжения электрического генератора, должна выполняться по линиям стратегий управления двигателем, которые могут быть режимами эксплуатации, имеющими разную эффективность, которая может возникать во время эксплуатации транспортного средства.