用于混合动力电动车辆的增程器发动机的系统和方法技术方案

本公开提供了“用于混合动力电动车辆的增程器发动机的系统和方法”。提供了用于提高具有发动机的电动车辆的操作里程的方法和系统，其中传递在马达操作期间产生的废热以预热所述发动机。基于所述车辆的电扭矩需求相对于所述电动车辆的实际电能消耗和所预测的电能消耗来预测发动机起动。在起动所述发动机以对所述马达的电池进行充电之前，按照在提高车辆里程的同时还优化燃料经济性的次序预热各种发动机部件。

【技术实现步骤摘要】
用于混合动力电动车辆的增程器发动机的系统和方法
本描述总体涉及用于控制混合动力电动车辆的增程器发动机的预热和起动的方法和系统。
技术介绍
混合动力电动车辆中的增程器是由驱动交流发电机以产生电能的小内燃发动机组成。此电能补充存储在电池或其他电能存储装置中的电能，所述电池或其他电能存储装置主要用于向推进车辆的电动马达供电。增程器用于扩展纯电动车辆的有限的里程。因为当前的电池技术无法提供所需的电能以给予纯电动车辆足够的里程，所以具有增程器的电动车辆在靠内部燃烧供应动力的车辆与纯电动车辆之间提供折衷。具有增程器的EV与HEV的不同之处在于增程器发动机是辅助系统，主要是在电池SOC太低而无法完成出行的情况下使用。此折衷提高了车辆性能并且扩展了车辆的里程，同时保持排放最少。如果电池的荷电状态(SOC)低于满足驾驶员扭矩需求所需的荷电状态，或者如果电池SOC不足以使车辆到达所要的目的地，那么可以选择性地起动增程器发动机。如果在低于发动机和排放部件(例如，燃料喷射器、燃烧室、氧传感器、催化转化器等)的最佳操作温度下起动增程器发动机，发动机性能可能会劣化。举例来说，当在可以输送驾驶员所需的扭矩之前由于怠速和暖机的需要而起动时，增程器发动机可能显示处于最佳燃料效率以下或增加的发动机磨损。在增程器发动机启动之后增加燃料效率并且减少排放的一种方式是在发动机起动之前对发动机和/或其他温度敏感部件进行预热。然而，由于难以准确地预测增程器发动机起动，所以实施此类预热方法已经被证明容易发生错误并且是低效的。在Tamor的美国专利号7,021,409中开发出一种用于减轻增程器发动机起动的不可预测性质的尝试。Tamor教导了一种用于通过采用“预感器”功能而在并联类型混合动力车辆中在模式之间平滑地转变的方法。所述预感器功能包括系统变量与所预测的车辆模式转变时间之间的预定数学关系。举例来说，车辆控制器可以采用预感器功能以基于节气门位置和车辆速度来预测单独的马达操作是否将不足以提供操作者所需的扭矩，或者是否将在未来时间需要发动机操作。本文专利技术人已经认识到以上方法的潜在问题。作为一个示例，所述方法具有可以预测未来的发动机操作的有限的时间范围(例如，大约数秒的车辆操作)。这是因为Tamor集中于使并联类型HEV中的操作模式(例如，电动马达推进模式和发动机推进模式)之间的转变的流畅度最大化。此类短期预期时间可能不允许有足够的时间来预热发动机或相关联的部件，所述时间可能是约数分钟。作为另一示例，甚至在预感器功能的情况下，Tamor的方法可能不能够准确地预测发动机起动时间。具体来说，预感器功能依赖于例如当前马达扭矩和车辆速度的当前控制变量来预测起动时间。然而，未来的车辆轨迹可能基于操作者的驾驶历史、天气条件、道路等级等而与当前轨迹显著变化。举例来说，如果驾驶员倾向于激进地驾驶，包括频繁使用刹车，那么电池荷电状态可能下降得比预期更快，从而致使比所预测的时间更早地起动发动机。作为另一示例，如果存在意外的交通、恶劣天气或意外的绕道，那么可能需要比所预测的时间更早地起动发动机。如果未准确地确定发动机起动时间，那么无法及时地安排发动机预热，从而导致发动机性能在启动之后劣化。本文专利技术人已经认识到，通过使用操作者驾驶历史、车辆位置和当前路线信息，可以作出对增程器发动机起动时间的更准确的预测。举例来说，当车辆以最少化增程器操作的持续时间的模式进行操作时，可以基于达到当前目的地剩余的时间/距离、沿着目前路线的预期的车辆功耗(基于操作者驾驶历史和路线条件)、当前电池SOC以及增程器发动机的动力输出来预测所述增程器发动机起动时间。
技术实现思路
在一个示例中，可以通过一种方法解决以上问题，所述方法包括：在经由电动马达推进车辆时，基于在驾驶循环中出现峰值扭矩需求超过马达的电扭矩容量而调整预热发动机的开始。以此方式，可以在足以允许预热的时间尺度上更准确地确定增程器发动机的起动时间，进而减少与冷起动发动机相关联的问题。举例来说，混合动力电动车辆可以配置有用于推进车辆车轮的电动马达。车辆可以还包括增程器发动机，操作所述增程器发动机以提供恰好足够的能量来使得所述车辆能够在电池SOC高于最小阈值的情况下到达当前目的地。增程器发动机操作提供电能以对车辆电池进行充电，或者提供电能用于马达操作(进而减小电池SOC下降速率)，同时马达不断推进车辆。车辆还包括热交换系统，所述热交换系统用于通过将在多个废热源处可用的废热的一部分传递到一个或多个增程器发动机部件来预热一个或多个增程器发动机部件。在一个示例中，废热源包括电动马达、逆变器、高电压电池、变速器、车辆制动器、车辆座椅加热、杯座、车灯(头灯、尾灯、车厢灯)等。用于预热每个增程器发动机部件的总的可用的废热的部分可以基于预期通过所述预热将实现的性能益处，并且进一步基于一个或多个增程器发动机部件的当前温度和预测温度。举例来说，所预测的性能益处可以源自增程器发动机部件中的一者或多者的温度增加，并且可以包括发动机磨损的所预测的减少(由于经过加温的发动机相对于冷发动机的减小的摩擦)、发动机排放的减少，或发动机效率的增加。在另一示例中，车辆的控制器可以基于其他增程器发动机部件高于阈值温度并且因此不需要预热而计算出与在所有增程器发动机部件之间均等地传递可用的废热相比，通过将所有可用的废热传递到增程器发动机的燃烧室将使增程器发动机效率最大化。在另一示例中，车辆控制器可以确定在催化转化器与氧传感器之间均等地分发可用的废热会最大程度地减少启动之后的预期的发动机排放，并且不需要将热传递到增程器燃烧室，因为这些燃烧室的温度将在增程器发动机起动之后快速地增加。在另一示例中，基于增程器发动机燃料喷射器的当前温度大于阈值温度，预期燃料喷射器性能在预热之后没有增加，并且车辆控制器因此可以不将废热分配给燃料喷射器的预热，而是替代地在其他增程器发动机部件之间分发所述废热。车辆的控制器可以估计一个或多个增程器发动机部件达到阈值温度所需的预热持续时间，其中阈值温度随在给定总的可用的废热的情况下所述部件的最大可实现的温度而变，并且进一步基于所述部件的最佳操作温度(或者温度范围)。在一个示例中，可以基于催化转化器所处的最大程度地减少排放的温度并且进一步基于可以基于可用的废热将催化转化器预热到的最高温度来选择催化转化器的阈值温度，使得所述阈值温度接近使用可用的废热可以达到的催化转化器所处的最大程度地减少排放的温度。控制器可以基于增程器发动机的所预测的起动时间来起始所述预热，使得在所预测的发动机起动的阈值内完成所述预热。基于当前电池SOC、沿着当前路线的所估计的车辆功耗、路线条件、在到达目的地的之前沿着目前路线剩余的时间/距离以及增程器发动机的平均操作动力输出来预测发动机起动。在一个示例中，沿着当前路线尽可能晚地起动增程器发动机，并且从起动时间至到达目的地的时间连续地操作增程器发动机，从而提供足够的能量以防止电池SOC下降到下阈值以下。在一个示例中，基于可以输送3千瓦小时的有用能量的当前电池SOC、到达当前目的地的时间为2小时、沿着目前路线的总的平均功耗是2千瓦，以及增程器动力输出为2千瓦，并且进一步基于并入有路线条件和操作者驾驶历史的的调整因子1.25，到达目的地所需的总能量将是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，所述方法包括：在经由电动马达推进车辆时，基于在驾驶循环中出现峰值扭矩需求超过所述马达的电扭矩容量而调整预热发动机的开始。

【技术特征摘要】
2018.02.13 US 15/895,8851.一种方法，所述方法包括：在经由电动马达推进车辆时，基于在驾驶循环中出现峰值扭矩需求超过所述马达的电扭矩容量而调整预热发动机的开始。2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：基于驾驶员历史、行驶路线和包括天气条件和交通条件的路线条件中的每一者来预测所述驾驶循环中的峰值扭矩需求的所述出现，其中所述驾驶员历史包括平均车辆速度以及依据所述行驶路线而编制索引的加速和减速的频率，并且其中从通信地联接到所述车辆的导航系统检索所述路线条件。3.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：基于向所述电动马达供电的电池的荷电状态来预测所述马达的所述电扭矩容量。4.如权利要求3所述的方法，其中基于电池的所述荷电状态进行预测包括基于所述驾驶循环开始时的所述电池的初始荷电状态并且进一步基于所述驾驶循环期间的所述荷电状态的变化率进行预测。5.如权利要求3所述的方法，所述方法还包括：响应于所述出现所述峰值扭矩需求超过所述马达的所述电扭矩容量而起动所述发动机以对所述电池进行充电。6.如权利要求1所述的方法，其中所述调整包括在起动所述发动机之前开始对所述发动机的所述预热以将发动机部件温度升高到目标温度。7.如权利要求1所述的方法，其中预热所述发动机包括经由热交换机构将废热从所述电动马达和相关联的电力电子器件传递到所述发动机。8.如权利要求7所述的方法，其中所述调整是进一步基于所述废热的量值，当所述废热的所述量值增加时，在所述发动机起动之前并且在所述驾驶循环中较早地开始所述预热。9.如权利要求7所述的方法，所述方法还包括：基于发动机部件温度相对于对应的目标温度来调整将废...

【专利技术属性】
技术研发人员：肯尼士·米勒，戈皮钱德拉·苏尼拉，
申请(专利权)人：福特全球技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US