СПОСОБ И УСТРОЙСТВО СОХРАНЕНИЯ РАБОТОСПОСОБНОСТИ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2017 года по МПК B60W50/29 

Настоящее изобретение относится к способу и устройству сохранения работоспособности транспортного средства при отсоединении аккумулятора.

Были проведены многочисленные исследования по преодолению трудности эксплуатации транспортного средства, когда аккумулятор более не может выдавать ток в электросеть для удовлетворения потребностей электропотребителей транспортного средства.

Некоторые известные решения основываются на использовании вспомогательного аккумулятора, как это предлагается в документе ЕР 1958851. Однако необходимость использования вспомогательного аккумулятора обладает недостатком увеличения веса и стоимости транспортного средства.

Для устранения проблем предыдущего уровня техники предметом настоящего изобретения является способ экономной эксплуатации транспортного средства, содержащего электросеть для удовлетворения потребностей электропотребителей транспортного средства, аккумулятор, двигатель и генератор, соединенный с двигателем для обеспечения электроэнергией аккумулятора и электросети, причем способ включает в себя этап экономии, на котором повышаются обороты холостого хода двигателя, если аккумулятор отсоединен от электросети.

В частности, способ включает в себя этап сигнализации отключения аккумулятора, если абсолютное значение тока, протекающего через аккумулятор, ниже заданного порога.

Конкретнее, способ включает в себя этап фильтрования, на котором проверяется, не находится ли абсолютное значение упомянутого тока, протекающего через батарею, ниже заданного порога в течение заданного временного интервала.

Предпочтительно способ включает в себя этап блокировки, который заключается в предотвращении инициирования первой функции, которая, по существу, нуждается в электроснабжении, если аккумулятор отсоединен от электросети, пока этап не закончится.

Предпочтительно первой функцией является функция остановки и запуска двигателя.

Также предпочтительно способ включает в себя этап усиления, который заключается в увеличении чувствительности генератора к потребностям электропотребителей, если аккумулятор отсоединен от электросети.

Предметом настоящего изобретения является также устройство для экономной эксплуатации транспортного средства, содержащее электросеть для удовлетворения потребностей электропотребителей транспортного средства, аккумулятор, двигатель и генератор, соединенный с двигателем для обеспечения электроэнергией аккумулятора и электросети. Устройство примечательно тем, что содержит средство электронной обработки, предназначенное для повышения оборотов холостого хода двигателя, если аккумулятор отключен от электросети.

В частности, устройство содержит датчик тока, соединенный с клеммой аккумулятора, чтобы иметь возможность обнаруживать факт отсоединения аккумулятора по отсутствию тока, протекающего через аккумулятор.

Преимущественно упомянутое средство электронной обработки предназначено для предотвращения инициирования функции остановки или запуска двигателя, если аккумулятор отсоединен от электросети.

Также преимущественно может контролироваться генератор с целью повышения его чувствительности в ответ на потребность электропотребителя, если аккумулятор отсоединен от электросети.

Настоящее изобретение становится более понятным при рассмотрении типичных вариантов выполнения предлагаемого согласно изобретению устройства со ссылкой на прилагаемые к описанию чертежи, на которых показано следующее:

на Фиг. 1 - схематичный вид предлагаемого в изобретении устройства,

на Фиг. 2 и 3 - этапы предлагаемого в изобретении способа,

на Фиг. 4 - схематичный вид другого предлагаемого в изобретении устройства,

на Фиг. 5 - другие этапы предлагаемого в изобретении способа,

на Фиг. 6 - этапы обнаружения отсоединения аккумулятора для осуществления предлагаемого в изобретении способа, и

на Фиг. 7 - временная диаграмма нормальной работы и временная диаграмма работы в случае неисправности аккумулятора.

На Фиг. 1 показаны элементы транспортного средства, прежде всего автомобиля, содержащего аккумулятор 6, двигатель 5 и генератор 2, соединенный с двигателем 5 для снабжения электроэнергией.

Генератор 2, например, как известно, является генератором переменного тока, содержащим обмотку возбуждения и обмотку якоря, которая вырабатывает электроэнергию в зависимости от создаваемого обмоткой возбуждения магнитного поля и частоты вращения двигателя 5.

Генератор 2 обычно соединяется, с одной стороны, с первой клеммой 67 аккумулятора 6 с помощью силового электрического кабеля 62, а с другой стороны - с массой транспортного средства силовым электрическим кабелем 21. Вторая клемма 61 аккумулятора 6 обычно соединяется с массой транспортного средства с помощью силового электрического кабеля 63. Таким образом, энергия, вырабатываемая генератором 2, может использоваться для зарядки аккумулятора 6.

Средство 4 электронной обработки связано с двигателем 5 одним или несколькими электрическими проводами 45 управления для контроля частоты вращения двигателя 5. Для двигателя 5 теплового типа средство 4 электронной обработки содержит, например, блок управления двигателем, который управляет зажиганием двигателя. Средство 4 электронной обработки питается электроэнергией через соединенный с клеммой 67 аккумулятора проводник 64 в сочетании с электрической массой, не показанной на чертеже и соединяющейся известным способом с клеммой 61 аккумулятора 6.

Средство 4 электронной обработки и обмотка возбуждения генератора 2 являются электропотребителями транспортного средства.

Как известно, транспортное средство содержит множество других потребителей, таких, например, как в чисто иллюстративном, но не исчерпывающем плане, рулевое управление с гидроусилением, оборудование для очистки ветрового стекла, осветительное и сигнальное оборудование, стартер теплового двигателя, и следует заметить, что стартер может представлять собой общий или отдельный от генератора элемент в зависимости от того, используется или нет обратимость электрических машин.

Непоказанная на чертеже электросеть для снабжения электропотребителей содержит один или несколько силовых электрических проводов 68, соединенных с электрическим проводом 62, который обычно соединяет клемму 67 аккумулятора с генератором 2 и с электрическим проводом 63, соединяющим клемму 61 с массой транспортного средства.

Электрический провод 63, с одной стороны, и комплект электрических проводов 62, 64, 68, с другой стороны, соответственно соединяются с клеммами 61 и 67 посредством зажимаемого на клемме элемента. Отсоединение элемента от любой из клемм 61, 67 приводит к отсоединению аккумулятора, приводящему к двум опасным для работы транспортного средства эффектам. Отсоединенный от генератора 2 аккумулятор 6 более не может заряжаться, а отсоединенные от аккумулятора 6 электропотребители более не могут питаться от аккумулятора.

Для устранения последствий отсоединения аккумулятора 6 с точки зрения питания электропотребителей в случаях, когда двигатель 5 еще вращается, работа средства 4 электронной обработки организуется нижеследующим образом.

Средство 4 электронной обработки содержит централизованно в одном компьютере или распределенно в нескольких компьютерах и электронных цепях транспортного средства программу, содержащую набор команд для осуществления способа, поясняемого ниже со ссылкой на Фиг. 2.

Подача питания на транспортное средство и, прежде всего, на средство 4 электронной обработки переводит способ на этап готовности к работе. В течение всего времени, пока аккумулятор подсоединен нормально, способ остается на этапе 200 и никакие действия не предпринимаются.

Сигнал об отсоединенном состоянии аккумулятора позволяет осуществить переход 201, активирующий этап 202.

Сигнал об отсоединенном состоянии аккумулятора может быть получен различными известными из уровня техники путями, такими, например, как путем измерения пульсаций напряжения на клеммах генератора 2.

Однако предпочтение отдается способу, заключающемуся в измерении электрического тока, протекающего через аккумулятор.

Поэтому устройство 1 в дополнение к средству 4 электронной обработки содержит датчик тока, предназначенный для осуществления показанного на Фиг. 2 способа. Датчик 3 тока соединен последовательно с одной из клемм 61 или 67 аккумулятора 6, чтобы измерять ток, протекающий через аккумулятор. Многочисленные испытания, проведенные изобретателями, показали, что отсутствие тока однозначно свидетельствует об отсоединении аккумулятора. На Фиг. 1 датчик тока соединен последовательно с электрическим проводом 63 в непосредственной близости от клеммы 61, т.к. линия на массу обычно проще, чем линия к электросети для питания электропотребителей через провода 62, 64, 68. При этом следует иметь в виду, что подсоединение датчика 3 к клемме 67 позволяет измерять тот же электрический ток I, что и при присоединении к клемме 61.

Измерительный провод 34 соединяет датчик 3 тока со средством электронной обработки.

Средство 4 электронной обработки в таком случае содержит централизованно в одном компьютере или распределенно в нескольких компьютерах и электронных цепях транспортного средства программу, содержащую набор команд для осуществления этапов способа, которые поясняются теперь со ссылкой на Фиг. 6.

Подача питания на транспортное средство и прежде всего на средство 4 электронной обработки переводит ветвь способа на этап 100 готовности к работе. В течение всего времени, пока аккумулятор подсоединен нормально, способ остается на этапе 100, в течение которого ток I непрерывно измеряется датчиком 3 для сравнения его абсолютного значения с пороговым значением ε.

Ток считается равным нулю, когда его модуль или, другими словами, его абсолютное значение ниже порогового значения ε. Сравнение, осуществляемое на основе абсолютного значения, позволяет абстрагироваться от вариаций тока между положительными значениями, соответствующими разрядке аккумулятора, и отрицательными значениями, соответствующими зарядке аккумулятора. Хотя аккумулятор подсоединен модуль тока часто искажается помехами, которые могут иметь более высокий уровень, чем пороговое значение ε. Пороговое значение ε определяется экспериментально путем проведения многократных испытаний до тех пор, пока не будет получен хороший компромисс между ложными обнаружениями отсоединения и достаточной чувствительностью обнаружения отсоединения. Пороговое значение ε задается также с учетом разрешающей способности и точности датчика 6 в соответствии с определениями, которые обычно применимы к данным терминам. Целью является распознавание эффективного нулевого значения от эффективного не нулевого значения тока в пределах типичного диапазона допустимых значений. Измерение тока может также оцениваться в виде фактического значения, передаваемого по цифровой линии 34 коммутируемой локальной сети, или в виде аналогового сигнала, передаваемого по экранированному кабелю.

В чисто иллюстративном, но не исчерпывающем плане, на примере аналогового напряжения, изменяющегося от 0 до 5 В для представления изменений электрического тока между минимальным отрицательным значением и максимальным положительным значением с нулевым значением тока, представляемым медианным значением напряжения 2,5 В, значение в районе 50 мВ соответствует диапазону нулевых значений тока с ошибкой от -1 до +1% полной шкалы. Для исключения нежелательных срабатываний значение ε может расширяться опытным путем с учетом вероятности ошибки, чтобы получить диапазон значений +/-5% в зависимости от степени снижения чувствительности.

Обнаружение нулевого тока вызывает переход 101, который активирует этап 102.

Этап 102, в частности, полезен для транспортных средств, в которых все время, пока аккумулятор подсоединен, происходит пересечение нуля протекающим через аккумулятор и измеряемым одновременно с помехами током I, уровень которого ниже порога обнаружения ε. Это может приводить к ошибочному выявлению отсоединения аккумулятора. Таким образом, чтобы подтвердить, что аккумулятор действительно отсоединен и что не обнаружено ложное отсоединение, вводится этап 102, на котором осуществляется подтверждение выявления отсоединения, соответствующее отсутствию тока через аккумулятор.

Если обнаружение отсутствия тока должно быть ограничено только однозначными отсоединениями, предпочтение отдается инициированию временной задержки на заданный период Р.

В последнем случае на этапе 102 временная переменная Τ устанавливается на нуль, чтобы позволить осуществиться переходу 103, если временная переменная Τ превысит Р, таким образом означая истечение периода временной задержки.

Активация перехода 103 активирует этап 104 сигнализации об отсоединении аккумулятора, означающей, что модуль протекающего через аккумулятор тока I ниже заданного порога, а именно ниже значения ε.

Любое обнаружение тока, большего по абсолютному значению, чем ε, свидетельствует о временном пересечении током нуля на этапе 102, что не отражает реального отсоединения аккумулятора 6. Такое обнаружение затем разрешает переход 105, что переводит способ на этап 100 готовности к работе.

Период Ρ задается опытным путем с учетом вероятности ошибки, чтобы получить хороший компромисс между ложным выявлением и хорошей чувствительностью; вследствие этого он может меняться от одной модели транспортного средства к другой. Ток эпизодически проходит через нуль при переходе аккумулятора из режима зарядки в режим разрядки и обратно. В течение некоторого времени ток может оставаться близким к нулю, если заряд от генератора 2 уравновешивает ток, потребляемый потребителями, что не обязательно отражает отсоединение аккумулятора. Для того чтобы дать чисто иллюстративное, но не носящее ограничительного характера представление о порядке величины Р, авторы пришли к выводу, что Р, равное трем секундам, обеспечивает удовлетворительный результат.

Таким образом, для выявления отсутствия протекания тока через аккумулятор используется датчик 3 тока I, соединенный с клеммой 61 или 67 аккумулятора, что позволяет обнаруживать отключение аккумулятора 6.

Возвращаясь к Фиг. 2, этап 202 заключается в увеличении частоты вращения двигателя 5 на холостом ходу.

Следует учесть, что частота вращения двигателя на холостом ходу, обычно выражаемая в числе оборотов в минуту, предполагает задание минимальной частоты вращения, ниже которой двигатель не опускается, чтобы не глохнуть и поддерживать вращение для того, чтобы снова набрать обороты при первом же нажатии на педаль газа. Для этого тепловой двигатель, как известно, содержит непоказанный на чертеже датчик вращения, а находящийся вне устройства 4 электронной обработки компьютер управления управляет зажиганием и впрыскиванием топлива в двигатель таким образом, что он не глохнет и не снижает обороты ниже заданного значения до тех пор, пока контакт не разорван.

Частота вращения на холостом ходу обычно определяется настолько точно, насколько это возможно, чтобы компенсировать потери двигателя, не потреблять слишком много топлива и не выбрасывать слишком много ядовитых газов в атмосферу.

Частота вращения двигателя 5 на холостом ходу может быть менее стабильной и менее устойчивой к возмущениям, чем более высокая частота вращения двигателя. С другой стороны, при частоте вращения холостого хода максимальная мощность, которая может быть выдана генератором 2, может оказаться недостаточной для питания самых прожорливых потребителей. И именно аккумулятор 6 в таком случае выдает необходимый ток.

Система автоматического повышения частоты вращения двигателя 5 на холостом ходу при отсоединенном от электросети 63, 68 аккумуляторе 6 позволяет в таком случае увеличить как частоту вращения, так и крутящий момент двигателя 5, другими словами, мощность, которая может быть передана двигателем 5 генератору 2. Стабильность, другими словами, устойчивость двигателя к возмущениям может быть повышена. Повышается также способность генератора 2 отдавать больше энергии электропотребителям через электрический провод 21, идущий на массу, и электрический провод 62, соединенный с электрическим проводом 68.

Новое заданное значение частоты вращения на холостом ходу, до которого повышается скорость вращения, определяется для каждого типа транспортного средства на стадии проектирования и предпусковых испытаний при серийном производстве. Энергетический баланс мощности, потенциально потребляемой электропотребителями транспортного средства при работе двигателя на холостом ходу, дает возможность рассчитать электрическую мощность, которая может быть получена от генератора 2. Характеристические кривые крутящего момента и/или мощности в функции частоты вращения генератора поэтому позволяют определить минимальное значение частоты вращения двигателя 5. Испытания позволяют найти хороший компромисс между потреблением топлива транспортным средством и устойчивостью частоты вращения двигателя.

Пока аккумулятор 6 подсоединен заданное значение частоты вращения на холостом ходу, очевидно, остается на своем обычном низком уровне. Так, средство 4 электронной обработки содержит в памяти по меньшей мере два значения частоты вращения на холостом ходу, низкое значение, которое задается логикой электронной обработки все время, пока аккумулятор 6 подсоединен, и высокое значение, которое задается логикой электронной обработки, когда аккумулятор 6 отсоединен. Термин "электронная обработка" следует понимать в самом широком смысле слова, другими словами, прибегая в равной степени к аналоговой обработке с помощью транзисторов, к комбинаторной обработке с помощью логических вентилей в интегральных схемах и к цифровой обработке с помощью компьютерной программы, хранящейся в памяти, например, компьютера устройства электронной обработки или иного компьютера, установленного на транспортном средстве.

На Фиг. 3 показан вариант осуществления способа, который, прежде всего, предпочтителен для осуществления функций остановки и запуска теплового двигателя.

Здесь переход 201 активирует этап 204 блокировки, в ходе которого запрещается инициирование функции остановки и запуска двигателя. Преимуществом такой функции обычно является способность остановки теплового двигателя, когда транспортное средство остановлено, для снижения потребления топлива и уменьшения загрязнения окружающей среды, имея в виду, что транспортное средство может быть запущено вновь практически мгновенно после первого нажатия на педаль управления газом, на сцепление или на любой другой компонент транспортного средства, указывающий на желание водителя возобновить движение. В отсутствие аккумулятора автоматический перезапуск теплового двигателя не может быть выполнен. Автоматическая остановка теплового двигателя вследствие этого при отсутствии аккумулятора блокируется. Тепловой двигатель продолжает вращаться, как и при отсутствии функции остановки и запуска двигателя. Прочие функции, нуждающиеся в электроэнергии, могут быть заблокированы на этапе 204, пока они не закончатся.

Функция остановки и запуска обычно управляется средством 4 электронной обработки, которое прекращает впрыскивание топлива. Одним из способов осуществления этапа 204 может быть, например, деактивация функции путем настройки средства 4 электронной обработки на предотвращение инициирования функции остановки и запуска двигателя 5, если батарея отсоединена от электросети 63, 68.

На Фиг. 4 показан вариант выполнения устройства 1 с генератором 22, который через линию 42 может управляться средством 4 электронной обработки.

Генератор 22 может быть с внутренней регулировкой напряжения, с внешним управлением возбуждением или любого иного типа, обычно используемого для оптимизации зарядки аккумулятора транспортного средства в наиболее подходящих эксплуатационных режимах теплового двигателя, например при большой частоте вращения, при езде или в фазе торможения для преобразования кинетической энергии транспортного средства в электрическую энергию.

Предпочтительно, управление генератором осуществляется заданием величины напряжения и крутизны его линейного изменения, вырабатываемых внешним устройством электронной обработки и затем передаваемых на генератор. Управляемый генератор содержит внутреннюю электронику, которая управляет током возбуждения ротора для получения заданной величины напряжения и заданной крутизны линейного изменения. Значение крутизны линейного изменения задается в виде необходимого времени нарастания возбуждающего поля от 0 до 100%. Целью линейного изменения обычно является исключение резкого изменения крутящего момента, воздействующего на тепловой двигатель 5.

В частности, предпочтительно, чтобы генератор 22 позволял осуществлять вариант способа, рассматриваемый ниже со ссылкой на Фиг. 5.

Здесь переход 201 активирует этап 206 усиления, который заключается в увеличении чувствительности генератора к потребностям электропотребителей. Длительность t_P уменьшена, так что тангенс угла наклона кривой линейного изменения напряжения больше. Длительность t_P может быть сведена к нулю, что равносильно ступенчатому приложению к генератору заданной величины напряжения. Это позволяет получить большую чувствительность к возросшей потребности в токе, чтобы быстрее реагировать на нужды потребителей.

До тех пор пока аккумулятор 6 остается подсоединенным, длительность t_P, очевидно, вычисляется согласно обычной логике, как правило, содержащей шестнадцать значений. Таким образом, средство 4 электронной обработки содержит в памяти по меньшей мере два значения длительности t_P, высокое значение, которое средство 4 электронной обработки задает все время, пока аккумулятор 6 подсоединен, и низкое или даже равное нулю значение, которое средство 4 электронной обработки задает, если аккумулятор 6 отсоединен.

Этап 206 способа позволяет возместить отсутствие энергетического буфера для электросети транспортного средства, если аккумулятор отсоединен. Высокое быстродействие, вытекающее из крутизны кривой линейного изменения, когда длительность t_P мала или даже равна нулю, обеспечивает хорошую чувствительность генератора, который таким образом борется с флуктуациями в электросети, возникающими из-за срабатывания электропотребителей. Это позволяет поддерживать уровень напряжения, достаточно высокий, чтобы избегать возврата электронного оборудования к исходному состоянию, перевозбуждения генератора и остановки теплового двигателя.

На Фиг. 7 показано изменение во времени основных рабочих параметров транспортного средства, когда этапы 202, 204 и 206 осуществляются в обычном варианте способа. Временной график слева относится к нормальному, подсоединенному состоянию аккумулятора. Временной график справа относится к ненормальному, отсоединенному состоянию аккумулятора.

Упомянутый способ не ограничивается только этапами описанного выше варианта осуществления изобретения. Осуществление других этапов также попадает в рамки защищаемого объема настоящего изобретения.

В качестве примера, в случае отсоединения аккумулятора можно разнести по времени обычно одновременное включение как дальнего, так и ближнего света, когда пользователь транспортного средства включает фары головного света. Такой этап предотвращает падение напряжения в электросети транспортного средства.

Изобретение относится к способу и устройству сохранения работоспособности транспортного средства при отсоединении аккумулятора. Предложено устройство сохранения работоспособности транспортного средства, оснащенного электросетью (68) для электропотребителей, аккумулятором (6), двигателем (5) и генератором (22), соединенным с двигателем (5) для снабжения электроэнергией аккумулятора (6) и электросети (63, 68). Устройство содержит средство (4) электронной обработки, настроенное на увеличение частоты вращения двигателя (5) на холостом ходу, если аккумулятор (6) отсоединен от электросети (63, 68). Предложен также способ сохранения работоспособности транспортного средства. Достигается сохранение работоспособности транспортного средства при отсоединении аккумулятора. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Способ сохранения работоспособности транспортного средства, оснащенного электросетью (68) для электропотребителей, аккумулятором (6), двигателем (5) и генератором (2, 22), соединенным с двигателем (5) для снабжения электроэнергией аккумулятора (6) и электросети (63, 68), отличающийся тем, что выполняют этап (202) экономии, при этом увеличивают частоту вращения двигателя на холостом ходу, если аккумулятор (6) отсоединен от электросети (63, 68).

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют этап (104) сигнализации об отсоединенном состоянии аккумулятора (6), если абсолютное значение тока (I), протекающего через аккумулятор, ниже заданного порогового значения ε.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что выполняют этап (102) подтверждения, в ходе которого проверяют, действительно ли абсолютное значение тока (I), протекающего через аккумулятор, ниже заданного порогового значения ε на протяжении заданного временного интервала Р.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют этап (204) блокировки, при этом предотвращают инициирование первой функции, которая нуждается в электроснабжении до момента ее завершения, если аккумулятор (6) отсоединен от электросети (63, 68).

5. Способ по п. 4, отличающийся тем, что упомянутая первая функция является функцией остановки запуска двигателя (5).

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выполняют этап (206) усиления, заключающийся в повышении скорости отклика генератора к запросам электропотребителей, если аккумулятор (6) отсоединен от электросети (63, 68).

7. Устройство сохранения работоспособности транспортного средства, оснащенного электросетью (68) для электропотребителей, аккумулятором (6), двигателем (5) и генератором (2, 22), соединенным с двигателем (5) для снабжения электроэнергией аккумулятора (6) и электросети (63, 68), отличающееся тем, что оно содержит средство (4) электронной обработки, настроенное на увеличение частоты вращения двигателя (5) на холостом ходу, если аккумулятор (6) отсоединен от электросети (63, 68).

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что оно содержит датчик (3) тока (I), соединенный с клеммой (61, 67) аккумулятора и предназначенный для обнаружения отсоединения аккумулятора (6) по отсутствию протекающего через него тока.

9. Устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что средство (4) электронной обработки настроено на предотвращение инициирования функции остановки и запуска двигателя (5), если аккумулятор (6) отсоединен от электросети (63, 68).

10. Устройство по п. 7 или 8, отличающееся тем, что генератор (22) выполнен с возможностью управления таким образом, что его чувствительность к потребностям потребителей электроэнергии увеличивается при отсоединении аккумулятора (6) от электросети (63, 68).