СПОСОБ И УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ-УПРАВЛЕНИЯ ЗАПУСКОМ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ ГИБРИДНОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
METHOD AND DEVICE FOR MONITORING AND CONTROL OF HYBRID VEHICLE INTERNAL COMBUSTION ENGINE START

Изобретение относится к области способов и устройств запуска двигателя внутреннего сгорания, используемого на гибридном транспортном средстве.
Гибридное транспортное средство содержит двигатель внутреннего сгорания и по меньшей мере один электрический двигатель, находящийся на переднем или на заднем мосту. Например, электрический двигатель может находиться на каждом заднем колесе гибридного транспортного средства.
Как правило, электрический двигатель предназначен для обеспечения движения гибридного транспортного средства в городских зонах, а двигатель внутреннего сгорания предназначен для обеспечения движения гибридного транспортного средства за пределами городских зон.
Гибридное транспортное средство может перемещаться на разных рабочих режимах, называемых в литературе также режимами моторизации.
Первый рабочий режим является режимом, в котором электрический двигатель или электрические двигатели полностью обеспечивают всю энергию, необходимую для перемещения транспортного средства, второй рабочий режим является режимом, в котором двигатель внутреннего сгорания самостоятельно обеспечивает всю энергию, необходимую для перемещения транспортного средства, и третий рабочий режим является режимом, в котором электрический двигатель или электрические двигатели и двигатель внутреннего сгорания полностью обеспечивают всю энергию, необходимую для перемещения транспортного средства.
Гибридное транспортное средство имеет электрическую архитектуру, предназначенную для обеспечения работы на этих различных рабочих режимах и для управления двигателем внутреннего сгорания и электрическим двигателем или электрическими двигателями.
В частности, электронные блоки управления ЭБУ управляют работой двигателя внутреннего сгорания, одного или нескольких электрических двигателей и роботизированной (РКП) или автоматический (АКП) коробкой передач через шину с уплотнением CAN в зависимости от параметров транспортного средства.
Электронные блоки управления ЭБУ обеспечивают передачу крутящих моментов на колеса в режиме движения и передачу моментов торможения колес на электрический двигатель или электрические двигатели при помощи средств кулачкового муфтового соединения для подзарядки батарей электрического двигателя.
Параметры транспортного средства, учитываемые электронными блоками управления ЭБУ, измеряются датчиками и могут относиться к перемещению транспортного средства.
Параметрами транспортного средства являются, например, скорость транспортного средства, угол поворота рулевого колеса, скорость вращения колес, система торможения ABS или ESP.
Проблема, возникающая в настоящее время на гибридных транспортных средствах, касается запуска двигателя внутреннего сгорания.
Запуск двигателя внутреннего сгорания связан с состоянием пусковой батареи, такой как 12-вольтовая рабочая батарея, которая питает стартер или стартер-генератор.
Если пусковая батарея находится в плохом состоянии или в состоянии короткого замыкания, она перестает выдавать ток, необходимый для запуска стартера или стартера-генератора двигателя внутреннего сгорания.
В этом случае невозможно осуществить переход между первым рабочим режимом и вторым рабочим режимом гибридного транспортного средства.
Кроме того, падение напряжения в бортовой сети ниже 4,5 В, которое может стать следствием этого нарушения в работе батареи, приводит к перезагрузке электронных блоков управления ЭБУ.
Эта перезагрузка электронных блоков управления ЭБУ может повлечь за собой потерю контроля за управлением с электрическим приводом, которым управляют эти электронные боки управления ЭБУ, и, следовательно, потерю контроля за перемещением гибридного транспортного средства со стороны водителя.
Для решения этой проблемы некоторые гибридные транспортные средства имеют главную пусковую батарею и запасную пусковую батарею, и в случае нарушения в работе главную пусковую батарею заменяют, причем это устройство продолжает обеспечивать контроль перемещения гибридного транспортного средства.
Однако это решение предполагает использование двух пусковых батарей, поэтому является дорогим и требует наличия дополнительного объема на транспортном средстве для размещения запасной батареи.
В этом контексте настоящее изобретение призвано предложить способ и устройство для гибридного транспортного средства, позволяющие устранить по меньшей мере одно из вышеупомянутых ограничений.
Способ контроля-управления запуском двигателя внутреннего сгорания гибридного транспортного средства, содержащего по меньшей мере один электрический двигатель, отличается тем, что включает в себя следующие этапы:
- включают псевдоцикл запуска двигателя внутреннего сгорания, используя пусковую батарею,
- измеряют и регистрируют изменение во времени по меньшей мере одного параметра пусковой батареи, включающего в себя данные силу тока и напряжение на клеммах указанной пусковой батареи,
- выявляют, достигает или нет изменение во времени указанного или указанных параметров заранее определенного значения, характеризующего состояние пусковой батареи, достаточное или нет для запуска двигателя внутреннего сгорания, в течение данного интервала времени,
- если достаточное состояние пусковой батареи выявлено, запускают двигатель внутреннего сгорания, используя пусковую батарею,
- если достаточное состояние пусковой батареи не выявлено, подают команду на разрешение работы электрического двигателя для перемещения гибридного транспортного средства и оповещают водителя, что достаточное состояние пусковой батареи не выявлено.
Включение псевдоцикла запуска осуществляют во время работы электрического двигателя гибридного транспортного средства.
Включение псевдоцикла запуска осуществляют во время остановки электрического двигателя гибридного транспортного средства.
Этап выявления достаточного состояния пусковой батареи осуществляют в течение времени менее 300 мс.
Достаточное состояние пусковой батареи определяют по увеличению силы тока на несколько сот ампер и по падению напряжения на значение в один или несколько вольт в течение времени от 100 мс до 200 мс.
Достаточное состояние пусковой батареи определяют при достижении силы тока значения по меньшей мере 800 А, при падении напряжения по меньшей мере на 3,8 В, начиная от 12,8 В, в течение времени менее 200 миллисекунд.
Объектом изобретения является также устройство контроля-управления запуском двигателя внутреннего сгорания гибридного транспортного средства, содержащего по меньшей мере один электрический двигатель, средство запуска двигателя внутреннего сгорания, такое как стартер, пусковую батарею, управляемые главным электронным блоком управления, при этом главный электронный блок управления:
- включает псевдоцикл запуска двигателя внутреннего сгорания при помощи средства запуска, питаемого пусковой батареей,
- измеряет и регистрирует изменение во времени по меньшей мере одного параметра пусковой батареи, включающего в себя данные силу тока и напряжение на клеммах указанной пусковой батареи,
- выявляет, достигает или нет изменение во времени указанного или указанных параметров заранее определенного значения, характеризующего состояние пусковой батареи, достаточное или нет для запуска двигателя внутреннего сгорания, в течение данного интервала времени,
- если достаточное состояние пусковой батареи выявлено, запускает двигатель внутреннего сгорания, используя пусковую батарею,
- если достаточное состояние пусковой батареи не выявлено, подает команду на разрешение работы электрического двигателя для перемещения гибридного транспортного средства и оповещает водителя, что достаточное состояние пусковой батареи не выявлено.
Предпочтительно устройство контроля-управления содержит роботизированную (РКП) или автоматическую (АКП) коробку передач.
Главный электронный блок управления обеспечивает запуск двигателя внутреннего сгорания с последующим включением указанной коробки передач, если достаточное состояние пусковой батареи не выявлено и транспортное средство перемещается при помощи электрического двигателя.
Пусковая батарея является 12-вольтовой рабочей батареей.
Устройство содержит средство сигнализации, установленное на транспортном средстве, соединенное с главным электронным блоком управления и оповещающее водителя о рабочем режиме транспортного средства.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве неограничивающего примера, со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 показана схема электрической архитектуры гибридного транспортного средства в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 и 3 представлены графики одного и того же изменения во времени напряжения и тока во время запуска двигателя внутреннего сгорания с двумя разными шкалами времени;
на фиг. 4 и 5 представлена схема способа запуска двигателя внутреннего сгорания гибридного транспортного средства в соответствии с изобретением.
Как показано на фиг. 1, устройство, обеспечивающее запуск двигателя внутреннего сгорания гибридного транспортного средства в соответствии с изобретением, содержит: двигатель 1 внутреннего сгорания, один или несколько электрических двигателей 2, средство 3 запуска двигателя 1 внутреннего сгорания, такое как стартер или стартер-генератор, пусковую батарею 4, такую как 12-вольтовая рабочая батарея или набор элементов высоковольтной батареи электрических двигателей для получения 12 В, соединенную со средствами 3 запуска, и роботизированную (РКП) или автоматическую (АКП) коробку 5 передач.
Главный электронный блок 6 управления ЭБУ (или бимодальный супервизор) управляет работой этих элементов через магистральную сеть с уплотнением CAN и электронные блоки управления ЭБУ электрическим двигателем или электрическими двигателями 2.
Средства 8 кулачкового муфтового соединения управляются инверторами 9 электрического двигателя, управляемыми главным электронным блоком 6 управления.
Главный электронный блок 6 управления управляет также системой 10 охлаждения двигателей.
Средство 7 сигнализации, такое как визуальное средство сигнализации, использующее экран и интерфейс человек-машина ИЧМ, установлено на транспортном средстве и соединено с главным электронным блоком 6 управления.
Оно позволяет оповестить водителя о рабочем режиме, используемом для перемещения гибридного транспортного средства.
На фиг. 2 и 3 графически представлено одно и то же изменение во времени напряжения и тока во время запуска двигателя внутреннего сгорания с двумя разными шкалами времени, при этом на фиг. 3 шкала времени больше, чем на фиг. 2.
На кривых, показанных на фиг. 2 и 3, отмечается отбор тока на клеммах пусковой батареи 4 во время запуска двигателя 1 внутреннего сгорания гибридного транспортного средства.
На фиг. 2 и 3 этот отбор тока выражается резким повышением тока в течение времени t менее 200 миллисекунд, при этом на кривой A на фиг. 2 и 3 ток переходит от 0 до 800 А, тогда как в течение этого же времени t на кривой B напряжение снижается от 12,8 В до 9 В.
Этот отбор тока значит, что двигатель 1 внутреннего сгорания можно запустить при помощи средства 3 запуска, питаемого пусковой батареей 4. В этом случае пусковую батарею 4 называют самодостаточной батареей. Эти интервалы значений представлены исключительно в качестве примера и зависят от используемых двигателя внутреннего сгорания, стартера и пусковой батареи.
Таким образом, изобретение позволяет проверить до запуска двигателя внутреннего сгорания гибридного транспортного средства, что во время псевдоцикла запуска продолжительностью менее нескольких сот миллисекунд отмечается повышение тока на несколько сот ампер и понижение напряжения на один или несколько вольт.
Как показано на фиг. 4, на первом этапе 1' водитель включает контакт зажигания гибридного транспортного средства, что приводит к включению псевдоцикла запуска двигателя 1 внутреннего сгорания при помощи средства 3 запуска, питаемого пусковой батареей 2 на втором этапе 2'.
Если на третьем этапе 3' главный электронный блок 6 управления обнаруживает отбор тока на клеммах пусковой батареи 4, значит пусковая батарея 4 является самодостаточной, и цикл запуска подтверждается.
После этого на четвертом этапе 4' главный электронный блок 6 управления дает разрешение на режим работы гибридного транспортного средства с использованием двигателя 1 внутреннего сгорания.
В противном случае на этапе 5', если на клеммах пусковой батареи 4 не обнаруживают отбора тока, значит пусковая батарея 4 не является самодостаточной, и главный электронный блок 6 управления не дает разрешения на режим работы гибридного транспортного средства с использованием двигателя 1 внутреннего сгорания, и перемещение гибридного транспортного средства происходит только при помощи одного или нескольких электрических двигателей 2.
Средство 7 сигнализации выдает водителю тревожное сообщение о том, что двигатель 1 внутреннего сгорания не используется. Таким образом, водитель узнает, что пусковая батарея 4 не является самодостаточной.
На шестом этапе 6' учитывается нажатие на педаль тормоза и на кнопку запуска «старт».
На седьмом этапе 7' главный электронный блок 6 управления подтверждает цикл запуска двигателя 1 внутреннего сгорания.
На восьмом этапе 8' двигатель 1 внутреннего сгорания вращается, и роботизированная коробка 5 передач включена.
На девятом этапе 9' средство 7 сигнализации сообщает водителю, что используется рабочий режим с двигателем 1 внутреннего сгорания.
На десятом этапе 10' гибридное транспортное средство перемещается под действием двигателя 1 внутреннего сгорания.
На фиг. 5 способ в соответствии с изобретением показан, начиная с перемещения гибридного транспортного средства, обеспечиваемого работой двигателя 1 внутреннего сгорания и осуществляемого во время десятого этапа 10'.
На одиннадцатом этапе 11' водитель направляет запрос на изменение режима для переключения от двигателя 1 внутреннего сгорания на электрический двигатель или электрические двигатели 2.
Если на тринадцатом этапе 13' соблюдены условия изменения режима, главный электронный блок 6 управления подает команду и проверяет, чтобы двигатель 1 внутреннего сгорания был выключен и чтобы коробка передач находилась в нейтральном положении на четырнадцатом этапе 14'. Электрический или электрические двигатели 2 вращаются, и включены средства кулачкового муфтового соединения.
В противном случае, если условия изменения рабочего режима не соблюдены, перемещение гибридного транспортного средства происходит только за счет двигателя 1 внутреннего сгорания, и средство 7 сигнализации предупреждает водителя на двенадцатом этапе 12', что для перемещения транспортного средства разрешена работа только двигателя 1 внутреннего сгорания.
На пятнадцатом этапе 15' перемещение транспортного средства происходит при помощи электрического двигателя или электрических двигателей.
На шестнадцатом этапе 16' водитель направляет запрос на переход от рабочего режима с использованием электрического двигателя 2 к рабочему режиму с использованием двигателя 1 внутреннего сгорания.
На семнадцатом этапе 17' включают псевдоцикл запуска двигателя 1 внутреннего сгорания.
На восемнадцатом этапе 18' главный электронный блок 6 управления измеряет и регистрирует состояние пусковой батареи 6 и выявляет, является ли пусковая батарея 6 самодостаточной, чтобы подтвердить цикл запуска.
На девятнадцатом этапе 19' главный электронный блок 6 управления направляет сообщение в средство 7 сигнализации, которое оповещает водителя, что разрешен только режим с использованием электрического двигателя 2, так как пусковая батарея 6 не является самодостаточной.
В этом случае перемещение гибридного транспортного средства обеспечивается только электрическим двигателем или электрическими двигателями 2, и способ возвращается на пятнадцатый этап 15'.
На двадцатом этапе 20' главный электронный блок 6 управления подтверждает цикл запуска.
На двадцать первом этапе 21' главный электронный блок 6 управления направляет водителю сообщение через средство 7 сигнализации, которое предупреждает водителя, что перемещение транспортного средства происходит с использованием двигателя 1 внутреннего сгорания.
Перемещение гибридного транспортного средства обеспечивается только двигателем 1 внутреннего сгорания, и способ возвращается на десятый этап 10'.
Таким образом, согласно изобретению способ и устройство позволяют путем измерения состояния пусковой батареи предупредить водителя о любом ее ослаблении или нерабочем состоянии, при этом ее ослабление или нерабочее состояние может привести к перезагрузке электронных блоков управления, которые управляют работой двигателя внутреннего сгорания и электрического двигателя или электрических двигателей, что чревато риском потери контроля со стороны водителя за перемещением гибридного транспортного средства.
В такой ситуации способ в соответствии с изобретением позволяет разрешить работу электрического двигателя или электрических двигателей и заблокировать запуск двигателя внутреннего сгорания при помощи пусковой батареи либо во время остановки транспортного средства, либо во время перемещения транспортного средства, осуществляемого при помощи электрического двигателя или электрических двигателей.
Измерение изменения состояния пусковой батареи производят в течение времени порядка нескольких сот миллисекунд. Таким образом, оно не ощущается водителем и не мешает контролю за вождением.
Способ запуска можно также применять для запуска двигателя внутреннего сгорания с одновременным сохранением работы электрического двигателя или электрических двигателей в третьем рабочем режиме гибридного транспортного средства, при котором используют одновременно электрический двигатель и двигатель внутреннего сгорания.