專利名稱：用于管理機動車中的電能供應的系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于管理為安裝在機動車輛中的電氣/電子用戶設備或負載所供給的電能的系統(tǒng)。
更具體的是，本發(fā)明的一個主題是權利要求1前序部分所限定的那種電能供給系統(tǒng)，用于為預定的無優(yōu)先權的用戶設備和預定的優(yōu)先權用戶供電，其電能的供給分別可以或者不可減小和/或延遲或中斷。
背景技術：
在當前生產(chǎn)的常規(guī)機動車輛中，車載電氣/電子用戶器件所需要的電能由發(fā)電機(典型的是連接整流器的三相交流發(fā)電機)產(chǎn)生，該發(fā)電機由機動車輛的發(fā)動機驅動，然后進行存儲并由(至少)一個電存儲電池提供，由運行中的各種車載用戶設備或負載吸收。
當然，在機動車輛車上產(chǎn)生的能量受到限制并取決于機動車輛發(fā)動機瞬時轉速。
由此在工作過程中可能出現(xiàn)各種狀況，其中一種為由車上產(chǎn)生的能量比用戶設備所需的能量少；這種情況下，能量的“缺少”量從蓄電池中得到，其電荷相應地減少。如果蓄電池完全放電，那么所有的車載用戶系統(tǒng)停止工作。
車載電氣/電子設備出現(xiàn)增加以及它們增加功率的趨勢使得在能量需求上出現(xiàn)明顯的增加，特別是所需要的電功率，然而車上所產(chǎn)生的功率并不能這么快速的增加。近來的趨勢是有效地，劇烈地減少能量裕度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于管理機動車輛上的電能的系統(tǒng)，從而改進車載電能的產(chǎn)生和分配，特別是避免和/或能控制能量過?；蛘卟蛔愕某霈F(xiàn)。
該目的以及其他目的可根據(jù)本發(fā)明采用系統(tǒng)來實現(xiàn)，其主要特征限定在獨立權利要求1中。


本發(fā)明的其他優(yōu)點和特征將從下面的詳細描述中更加清楚，下面的詳細描述將僅以非限制性實施例的方式并參考附圖給出，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明所得的系統(tǒng)的框圖；圖2是示出包括在圖1的系統(tǒng)中的電子控制單元結構的框圖；圖3是示出能量E的實例圖的正交卡笛爾坐標圖，其中能量E可作為橫坐標上顯示的時間t的函數(shù)提供給根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)中的無優(yōu)先權的負載。
具體實施例方式
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一種用于提供機動車輛車載電能的系統(tǒng)包括發(fā)電機1(具有整流器的交流發(fā)電機)，該發(fā)電機1能由機動車輛內(nèi)部的內(nèi)燃機(未示出)進行驅動。
電壓調(diào)節(jié)器2與發(fā)電機1相連，該電壓調(diào)節(jié)器是我們每個人所知道的那種，在工作過程中由圖1和2中標以10的電子控制單元進行驅動。
該能源系統(tǒng)還包括(至少)一個電存儲電池3，其與發(fā)電機1的連接由用于管理其充電狀態(tài)的單元4進行控制。
管理單元4可包括，例如，受控DC/DC變換器，該DC/DC變換器可操作地由電子控制單元10進行控制。
安裝在機動車輛上的電氣/電子用戶設備或負載可操作地連接到發(fā)電機1以及存儲電池3上。這種設備包括多個“正?！?，即無優(yōu)先權的，在圖1中由標以5的總負載總體表示的電負載，以及由標以6的總負載總體表示的多個優(yōu)先權負載。
在本說明書中，以及在隨后的權利要求中，無優(yōu)先權的電氣用戶設備或者負載被理解為可減小和/或延遲或中斷電能供給而不會對機動車輛的安全驅動所必須的功能造成有害影響的那些設備或負載。
另一方面，優(yōu)先權負載被理解為絕對不可中斷或減小，或延遲電能供給的那些設備。該第二組負載包括，例如，形成部分線控轉向系統(tǒng)(by-wire steering)和/或制動系統(tǒng)、或者其功能對于機動車輛的安全驅動是必須的其他線控(by-wire)系統(tǒng)的電氣/電子設備，以及用于控制發(fā)動器以及其他單元或機動車輛必須的功能部件的系統(tǒng)，等等。
無優(yōu)先權負載可通過相關的受控電開關7連接到車載發(fā)電設備(通常包括發(fā)電機1和存儲電池3的設備)，在圖1中僅示意性地表示出一個受控電開關。這種開關可以是電斷續(xù)器(導通-關斷型開關)，該斷續(xù)器優(yōu)選是靜態(tài)固態(tài)斷續(xù)器，或者是在工作過程中能在提供給相關負載地電流中產(chǎn)生連續(xù)變量的受控開關。
開關7受相關電子管理單元8的控制，其依次由主電子控制電路10進行驅動。
如圖1和2所示，標以S1到SN的多個傳感器或檢測器設備連接到電子控制單元10上。
參考圖2，這種傳感器中的第一組S1-Sn連接到圖2中標以CU1的第一關聯(lián)單元的對應輸入上。傳感器S1到Sn提供給單元CU1表示機動車輛的多個運行參數(shù)的值或狀態(tài)的信號或數(shù)據(jù)，例如機動車輛的正向運動速度，機動車輛制動系統(tǒng)的啟動或未啟動狀態(tài)，方向盤的轉動角度和/或機動車輛的橫向加速度，油門踏板的位置，機動車輛內(nèi)燃機的轉速或每單位時間的轉數(shù)，以及表示由機動車輛的變速箱實現(xiàn)的變速比的信號。
關聯(lián)單元CU1設置成每個人所公知的方式，并基于來自傳感器S1-Sn的信息，對在控制單元10中采用的某些數(shù)值或參數(shù)的值進行計算。在一個非限制性實施例中，單元CU1設置成計算例如下面的量機動車輛的平均速度V，平均機動車輛每行駛一千米制動系統(tǒng)所工作的時間tb，以及機動車輛的平均橫向加速度α。
基于上述量所計算的值，將單元CU1根據(jù)預定程序設置成確定或者估計能從多個預定種類的行程或任務中識別行程或機動車輛任務種類的預定標引IM的值。行程或任務的種類可以是如下的這些-市內(nèi)行程，-丘陵/高山行程，以及-郊區(qū)行程。
確定標引IM的值的一種方法在例如名稱與本申請相同的在先歐洲專利申請EP-A-0 950 839中進行了披露。
將表示標引IM所確定的值的信號或數(shù)據(jù)提供給第二關聯(lián)單元CU2(電關聯(lián))的輸入上。
另外，多個傳感器Sn+1-Sm也連接到該單元CU2上，多個傳感器Sn+1-Sm為其提供表示機動車輛電系統(tǒng)的另外的多個工作參數(shù)(電流，電壓，溫度)的值或狀態(tài)的信號或數(shù)據(jù)。
關聯(lián)單元CU2設置成基于來自這些傳感器的信息計算隨后在控制單元10中所采用的某些電參數(shù)或量的值。單元CU2設置成例如計算如下的量-由交流發(fā)電機傳送的最大瞬時功率，-電負載的瞬時吸收和最大吸收之間的比。
基于由傳感器Sn+1，……，Sm所提供的信號和數(shù)據(jù)以及識別機動車輛的行程或任務的當前類型的標引IM的值，關聯(lián)單元CU2在其輸出上從多個預定的工作狀態(tài)或模式中提供表示識別機動車輛當前工作狀態(tài)或模式的標引M的值的信號或數(shù)據(jù)，該多個預定的工作狀態(tài)或模式例如驅動模式(正常運行)，泊車模式(當泊車時)，曲柄要求(crank request)模式(啟動需求)，邏輯模式(當泊車到擴展期間時)，殘車回家(limp home)模式(當車輛局部毀壞時恢復)，等等。
表示車輛的當前運行模式的信號或數(shù)據(jù)M到達圖2中標以PCU的處理和控制單元。
其他的傳感器Sm+1…SN連接到單元PCU上，其中一個(Sm+1)專門提供表示電池3的充電狀態(tài)SOC的信號和數(shù)據(jù)。
基于機動車輛的當前工作模式M和由傳感器Sm+1，…，SN，所提供的信號，處理和控制單元PCU產(chǎn)生用于與發(fā)電機1相連的電壓調(diào)節(jié)器2，與電池3相連的控制單元4以及用于驅動與無優(yōu)先權的負載5相連的開關的單元8的控制信號。
無優(yōu)先權的電負載5可被方便地進行控制如下。對于在給定時刻工作的無優(yōu)先權的負載5來說，將處理和控制單元PCU預先安排成確定作為機動車輛的當前工作模式M的函數(shù)的電池3的當前充電狀態(tài)SOC，自上次負載工作所過去的時間，單獨的一對值I1，I2(I1＜I2)，其間由電池3所提供的電流I必定減小。如果由電池3當前提供的電流I位于區(qū)間[I1，I2]之外，那么提供給特定無優(yōu)先權負載的電流減小(或者甚至于為零)或者增加，這取決于是I＞I2還是I＜I1，還可能考慮到分配給每個無優(yōu)先權負載的優(yōu)先權標引(例如下文中所述的標引P)，以這種方式盡量保持電池提供的電流落在期望的區(qū)間之內(nèi)。
這種管理技術確保了快速干預，將使電池到最佳使用區(qū)域所需的負載停用限制為最小。
在現(xiàn)有技術的系統(tǒng)中，將每個無優(yōu)先權負載與其他的負載獨立地進行啟動和停用，其啟動和停止僅僅根據(jù)SOC或者最多是遵循優(yōu)先權表。另外，許多負載在沒有實際需要時可同時停用，電池電流不會立即減小。
相反，根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的上述管理技術可以只將負載限制或停用到嚴格必須的范圍內(nèi)，對電池電流幾乎立即產(chǎn)生效果。
處理和控制單元PCU具有圖2中標以11的另一個輸出，其連接到機動車輛內(nèi)燃機上的電子控制單元上。通過這種連接，當必須增加發(fā)電機1和2的供給以減小依賴于電池3的電流吸收時，單元PCU能給發(fā)動機的電子控制單元發(fā)送旨在得到內(nèi)燃機空轉時單位時間內(nèi)轉數(shù)增加的信號。
在工作過程中，基于由關聯(lián)單元CU2所顯示的機動車輛的當前工作狀態(tài)M、以及發(fā)電機設備1-3的能量狀態(tài)，單元PCU執(zhí)行相應的預定干預方法。
因此，例如，如果機動車輛的當前工作模式是驅動模式(正常驅動)，那么將單元PCU設置成例如依據(jù)電池3的電荷狀態(tài)SOC是“低”，“正?！被颉案摺倍鴪?zhí)行三種不同的干預。
如果電池的充電狀態(tài)為“低”，那么單元PCU通過輸出11要求空轉發(fā)動機的轉速增加，并且當如果必要時，通過相關的受控開關7觸發(fā)非優(yōu)先權負載5的吸收受控而減小，所有這些旨在盡可能減小依賴于存儲電池3的所吸收電流。
一個或多個無優(yōu)先權負載5的吸收可通過實際中斷提供電流到這個或這些負載來減小，或者通過減小所提供的電流強度和/或通過相對用戶發(fā)出的指令延遲啟動供電而減小。如后面將要描述的，根據(jù)隨著時間變化的可變圖形可將能量總體提供給無優(yōu)先權負載，該圖形每次可通過分配給多個參數(shù)的特定值來限定。下面參考圖3這將變得更加清楚。
如果電池3的充電狀態(tài)“正常”，這表示著機動車輛運行的標準狀態(tài)。那么單元PCU將通過調(diào)節(jié)器2控制發(fā)電機1，以便達到和保持電池3的充電狀態(tài)SOC，該狀態(tài)基本恒定并且等于預設值。同樣這具有防止電池過充電現(xiàn)象的效果。
如果電池3的充電狀態(tài)SOC為“高”，特別是高于設定參考值，那么單元PCU控制調(diào)節(jié)器2以便將電池3維持在預定恒壓，如果必要的話，使電池放電直到它的電壓達到目標值為止。
當電池的電荷狀態(tài)是“正常”或者“高”時，通常不必動作，以免將減小無特權負載5的能量供給。
再次以實施例的方式，在曲柄需求(crank request)操作模式中，如果電池3的充電狀態(tài)SOC為“低”時，通過受控開關7，單元PCU使無優(yōu)先權負載5斷開連接。作為將要啟動內(nèi)燃機的結果，如果電池3的電荷狀態(tài)惡化，單元PCU可以在最壞的情況下使優(yōu)先權負載6的能源供給減小，以便保持剩余的啟動能力。
如上所述，控制單元10，特別是包含在其中的處理和控制單元PCU，被設置成驅動受控開關7，以使提供給無優(yōu)先權負載5的能量E表現(xiàn)出隨時間變化的可變圖形，例如，根據(jù)圖3的實線曲線所示。每次采用所分配的值將這種隨時間變化的圖形定義給多個能源供給控制參數(shù)，例如現(xiàn)在參考圖3所述的那些參數(shù)。
在圖3的圖表中，以虛線A表示的基本為矩形的曲線代表供給總的無優(yōu)先權負載的電能E，當用戶(駕駛員或者乘客)在時刻ti啟動一啟動指令時這種情況將出現(xiàn)，直到在最終時刻tf發(fā)出停止指令為止。
在圖3中，實線曲線B表示供給無優(yōu)先權負載的電能隨時間變化的圖形，其由相關受控開關7受到電子控制單元10的控制而產(chǎn)生。這種圖形提供了上升斜線B1，其起始端相對用戶進行的負載啟動時刻ti延遲了時間tD。上升斜線B1表現(xiàn)出與提供給無優(yōu)先權負載的能量E隨著時間增加的速度相對應的斜率α。
上升斜線B1后面是水平直線B2，其對應于能量E供給的最大值，該最大值基本等于根據(jù)曲線A恒定提供的值。直線B2具有時間段tM。
在直線B2之后存在下降斜線B3，其斜率β對應于提供給無優(yōu)先權負載的能量隨時間減小的速度，該能量值介于直線B2對應的最大值和圖形B的下一條直線B4對應的中間值之間。提供給無優(yōu)先權負載的能量值在下降斜線B3的起始端和結束端之間的“跳越”或者差表示為ΔE。
最后，在直線B4之后是幾乎“垂直的”的下降直線B5，，即，實際上是瞬時的。直線B4所持續(xù)的時間段表示為tI，而根據(jù)圖形B的能量供給的整個時間段表示為tT。
從上面的描述中，我們清楚了，依據(jù)參數(shù)tD，α，tM，β，ΔE，和ti(或tT)的值，圖形B(在極限情況下)可與圖形A重合，或者(在相反的極限情況下)可導致負載不被供電。然而，總的來說，分配給上述參數(shù)的值(或者上述參數(shù)中的某些參數(shù)的其他等效組合)是這樣的，圖形B相對時間軸t所界定的區(qū)域小于圖形A的“矩形”所包圍的面積。包括在t軸和圖形A和B之間的面積綜合表示當總的無優(yōu)先權負載5的電源根據(jù)圖形B進行控制時所實現(xiàn)的能量節(jié)省。
便利地，在處理和控制單元PCU中，關于機動車輛的狀態(tài)或工作模式以及發(fā)電設備1-3的能量狀態(tài)的各種可能組合，分配給上述參數(shù)以便定義出減小或延遲或最壞情況下中斷電能供給每個無優(yōu)先權負載的特定值都被存儲起來。
根據(jù)另一方面，可將單元PCU方便地設置成分配上述能量供給控制參數(shù)值，這些參數(shù)值根據(jù)預定的程序基于其他被監(jiān)測的預定量可以變化，例如環(huán)境參數(shù)(外部溫度，降水量的出現(xiàn)等)。
根據(jù)又一方面，可將處理和控制單元PCU方便地設置成根據(jù)參數(shù)的預定函數(shù)為每個無優(yōu)先權負載5指定各個優(yōu)先權標引P，這些參數(shù)一方面顯示負載的特定能量要求，另一方面顯示該負載對由機動車輛的用戶所體會到的舒適度的影響程度。
分配給總負載的優(yōu)先權標引可例如用這種關系進行表示P＝k1Ea+k2C其中Ea表示單個負載的能量“加權值(weight)”，C是由用戶體會到的與單個負載相關的舒適度的標引，k1和k2是預定乘法系數(shù)。
在必須減小和/或延遲或者在最壞情況下中斷提供電能給一個或多個無優(yōu)先權負載的情況下，控制單元10(PCU)基于它們的優(yōu)先權標引P的值對各無優(yōu)先權負載進行動作。
參考上述表達式，與每個無優(yōu)先權負載的所體會的舒適度C相關的系數(shù)k2可由同一用戶方便地進行修正(“用戶化)。為此，可將一設定裝置SD連接到單元10，尤其是連接到后者的單元PCU上，該設定裝置SD根據(jù)用戶個人的主觀品味使用戶為每個無優(yōu)先權負載5的舒適度標記C指定加權值k2。
自然，本發(fā)明的原理仍然相同，不脫離如所附權利要求所限定的本發(fā)明的范圍，可相對那些僅通過非限制性實施例的方式描述和示出的實施例可以進行廣泛地改變實施例的形式以及具體的結構。
權利要求
1.一種用于提供電能(E)給配備有發(fā)動機的機動車輛中的電氣/電子用戶設備或負載(5，6)的系統(tǒng)，該電氣用戶設備包括預定的無優(yōu)先權用戶設備(5)和預定的優(yōu)先權用戶設備(6)，提供給這些用戶設備的能量分別可以或不可減小和/或延遲或中斷，該系統(tǒng)包括發(fā)電機(1)，其能由機動車輛的發(fā)動機進行驅動，并且其連接有電壓調(diào)節(jié)器設備(2)，以及(至少)一個電存儲電池(3)，該電池連接到發(fā)電機(1)上并且旨在由發(fā)電機(1)產(chǎn)生的與上述負載(5，6)的消耗相比過多的能量進行充電，并旨在當由發(fā)電機(1)產(chǎn)生的能量不夠時為負載(5，6)提供能量，該系統(tǒng)的特征在于，它包括能控制從發(fā)電機(1)到電池(3)的能量流的管理存儲電池(3)的裝置(4)，能選擇性地控制無優(yōu)先權負載(5)與發(fā)電機(1)以及電池(3)的連接的受控電開關裝置(7)，能提供表示機動車輛的多個工作參數(shù)的值或狀態(tài)的信號或數(shù)據(jù)的多個傳感器(S1，…，SN)，第一關聯(lián)裝置(CU1)，其連接到傳感器(S1，…，Sn)中的至少一些上，設置成根據(jù)預定程序能產(chǎn)生從多個預定類型的行程或任務識別機動車輛行程或任務的當前類型的信號或數(shù)據(jù)(IM)，第二關聯(lián)裝置(CU2)，其連接到傳感器(Sn+1，…，SM)中的至少一些上并連接到第一關聯(lián)裝置(CU1)上，設置成能根據(jù)預定程序，基于傳感器(Sn+1，…，Sm)所傳輸?shù)男盘柣驍?shù)據(jù)以及行程或任務(IM)的當前類型，產(chǎn)生從多個預定工作狀態(tài)識別機動車輛的當前工作狀態(tài)的信號或數(shù)據(jù)(M)，能提供表示電池(3)的充電狀態(tài)的信號或數(shù)據(jù)(SOC)的檢測器(Sm+1)，以及處理和控制裝置(PCU)，其連接到第二關聯(lián)裝置(CU2)上并連接到檢測器(Sm+1)上，設置成根據(jù)預定程序，基于機動車輛的當前工作狀態(tài)(M)以及電池(3)的充電狀態(tài)(SOC)，產(chǎn)生用于與發(fā)電機(1)相連的電壓調(diào)節(jié)器(2)、用于電池(3)的管理裝置(4)和受控開關裝置(7)的控制信號，從而使得當機動車輛處于預定工作狀態(tài)(M)并且電池(3)處于預定充電狀態(tài)(SOC)時，對至少一個無優(yōu)先權電負載(5)的能量供給被減小和/或延遲和中斷。
2.根據(jù)權利要求1的系統(tǒng)，其中處理和控制裝置(PCU)設置成驅動受控開關裝置(7)使得提供給無優(yōu)先權負載(5)的能量(E)表現(xiàn)出隨著時間變化的可變圖形(B)，其采用分配給多個能量供給控制參數(shù)(tD，α，tM，β，ΔE，等)的值限定，該能量供給控制參數(shù)包括-由用戶進行的無優(yōu)先權負載(5)的啟動和電能(E)提供給負載(5)的實際啟動之間的初始延遲(tD)，-提供給無優(yōu)先權負載(5)的能量(E)的最大值，以及-將最大值的能量提供給無優(yōu)先權負載的時間(tM)。
3.根據(jù)權利要求2的系統(tǒng)，其中能量供給控制參數(shù)還包括-提供給無優(yōu)先權負載(5)的能量(E)從上述最大值減小到預定中間值的速度(β)，以及-將中間值的能量提供給無優(yōu)先權負載(5)的時間(tI)，或者每次將能量提供給無優(yōu)先權負載(5)的總時間(tT)。
4.根據(jù)權利要求2的系統(tǒng)，其中處理和控制裝置(PCU)設置成根據(jù)預定程序，分配基于預定量變化的上述能量供給控制參數(shù)(tD，α，tM，β，…)的值。
5.根據(jù)權利要求1的系統(tǒng)，其中處理和控制裝置(PCU)設置成根據(jù)第一和第二參數(shù)(E，C)的預定功能為每個無優(yōu)先權負載(5)分配各自的優(yōu)先權標引(P)，第一和第二參數(shù)表示負載(5)的能量需求以及該負載(5)對用戶所體會的舒適度的影響程度。
6.根據(jù)權利要求5的系統(tǒng)，其中表示無優(yōu)先權負載(5)對用戶所體會的舒適度的影響程度的第二參數(shù)(C)可由相同的用戶通過連接到處理和控制裝置(PCU)上的設定裝置(SC)進行修正。
全文摘要
系統(tǒng)包括發(fā)電機(1)，其能有機動車輛的發(fā)動機進行驅動，并且其連接有電壓調(diào)節(jié)器設備(2)，以及(至少)一個電存儲電池(3)，該電池連接到發(fā)電機(1)上并且旨在由發(fā)電機(1)產(chǎn)生的與負載(5，6)的消耗相比過多的能量進行充電，并旨在當由發(fā)電機(1)產(chǎn)生的能量不夠時為負載(5，6)提供能量，能控制從發(fā)電機(1)到電池(3)的能量流的管理存儲電池(3)的管理單元(4)，能選擇性地控制無優(yōu)先權負載(5)與發(fā)電機(1)以及電池(3)的連接的受控電開關裝置(7)，能提供表示機動車輛的多個工作參數(shù)的值或狀態(tài)的信號或數(shù)據(jù)的多個傳感器(S1，…，SN)，能提供表示電池(3)的充電狀態(tài)的信號或數(shù)據(jù)(SOC)的檢測器(Sm+1)，以及處理和控制單元(PCU)，其設置成基于機動車輛的當前工作狀態(tài)(M)和電池(3)的充電狀態(tài)(SOC)，根據(jù)預定程序，以使提供給至少一個無優(yōu)先權電負載(5)的能量能在機動車輛處于預定工作狀態(tài)(M)并且電池處于預定充電狀態(tài)(SOC)時被減小和/或延遲或中斷的方式而產(chǎn)生用于與發(fā)電機(1)相連的電壓調(diào)節(jié)器(2)，用于電池(3)的管理裝置(4)以及受控開關(7)的控制信號。
文檔編號B60L1/00GK1967967SQ20061014868
公開日2007年5月23日 申請日期2006年10月19日 優(yōu)先權日2005年10月19日
發(fā)明者D·伊杜恩 申請人:C.R.F.阿西安尼顧問公司