專利名稱：車輛的加熱控制系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及車輛的加熱控制系統(tǒng)。具體而言，本發(fā)明涉及應(yīng)用至具有空調(diào)裝置的車輛的加熱控制系統(tǒng)，該空調(diào)裝置使用源自內(nèi)燃機冷卻水的熱能來進行加熱。
背景技術(shù)：
近來已經(jīng)開發(fā)了具有內(nèi)燃機和電動機的混和動力車輛，所述內(nèi)燃機利用通過燃燒諸如汽油的燃油產(chǎn)生的熱能來產(chǎn)生驅(qū)動力，所述電動機利用電能產(chǎn)生驅(qū)動力。即使當發(fā)動機停止時，通過用供應(yīng)自電池的電能來驅(qū)動電動機，混和動力車輛也能運行，其中該電池被預(yù)先充電或者用當車輛運行時由發(fā)動機產(chǎn)生的電能來充電。
當使用來自發(fā)動機的驅(qū)動力使混合動力車輛運行時，以輔助的方式驅(qū)動電動機來增強發(fā)動機的燃燒效率，由此允許發(fā)動機一直以最高的效率運行。由此可以減少燃油的消耗和廢氣中二氧化碳的量。也就是說，可以同時實現(xiàn)低污染和節(jié)能。
在混合動力車輛中，乘客艙內(nèi)部是通過源自發(fā)動機冷卻水的熱量來加熱的。具體而言，這樣的車輛具有將通過內(nèi)燃機的廢熱加熱的冷卻水供應(yīng)至熱交換器的加熱器芯體的加熱裝置，熱交換器位于即將吹入乘客艙的空氣和冷卻水之間。
但是對于混合動力車輛來說，從發(fā)動機產(chǎn)生的熱很少，因為發(fā)動機以最高效率運行，使得發(fā)動機冷卻水的溫度也保持相對較低。因此，當由于室外較低的空氣溫度而需要較高的加熱能力時，出現(xiàn)了利用發(fā)動機冷卻水作為熱源的構(gòu)造不能充分加熱的問題。
為了解決前述問題，例如日本專利早期公開號09-233601提出了一種具有必要且充分的加熱性能的混合動力車輛。具體而言，當混合動力車輛停止或者由電動機驅(qū)動，且空調(diào)的預(yù)設(shè)溫度與室溫之間的差異等于或大于根據(jù)發(fā)動機冷卻水的溫度確定的標準值時，強迫內(nèi)燃機運行以獲得上述的加熱性能。
例如日本專利早期公開號10-203145提出了一種類似的技術(shù)，其公開了一種用于混合動力車輛的加熱控制裝置?；旌蛣恿囕v使其發(fā)動機以最大效率運行。加熱所需的冷卻水的溫度被用作預(yù)設(shè)溫度。當冷卻水的實際溫度沒有達到預(yù)設(shè)溫度時，進行請求以改變發(fā)動機的操作點，以達到增加發(fā)動機冷卻水溫度的目的。
日本專利早期公開號09-233601中公開的混和動力車輛的構(gòu)造通過在發(fā)動機空轉(zhuǎn)過程中增大冷卻水的溫度來確保加熱性能。因此，其需要一些時間來使冷卻水的溫度達到目標值(預(yù)設(shè)溫度)。直到冷卻水的溫度達到預(yù)設(shè)溫度，才能間歇地驅(qū)動發(fā)動機，導(dǎo)致廢氣量和燃油消耗的增加。
日本專利早期公開號10-203145中公開的構(gòu)造使用用于確保加熱性能的控制，其通過在需要增加冷卻水溫度時請求改變發(fā)動機的操作點來實現(xiàn)。但是，控制僅在改變發(fā)動機操作點的操作與不改變發(fā)動機操作點的操作之間切換。因此，不能基于冷卻水溫度和預(yù)設(shè)溫度之間的差異進行精細的控制，并且不能使用于發(fā)動機冷卻水溫度到達目標值所需的時間足夠短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種具有空調(diào)裝置的車輛(例如混和動力車輛和自動車輛)上的加熱控制系統(tǒng)，該空調(diào)裝置使用源自發(fā)動機冷卻水的熱量來進行加熱，用于根據(jù)需要將冷卻水的溫度迅速增加至預(yù)設(shè)溫度，以迅速地確保加熱性能并增加燃油經(jīng)濟性。
根據(jù)本發(fā)明，用于車輛的加熱控制系統(tǒng)具有利用通過燃燒燃油產(chǎn)生的熱量來產(chǎn)生車輛驅(qū)動力的內(nèi)燃機，該加熱控制系統(tǒng)包括空調(diào)裝置、水溫測量單元、控制目標溫度設(shè)定單元和水溫增加單元?？照{(diào)裝置使用源自內(nèi)燃機冷卻水的熱量。水溫測量單元測量冷卻水的溫度?？刂颇繕藴囟仍O(shè)定單元基于與通過空調(diào)裝置進行加熱所需的冷卻水的溫度相對應(yīng)的預(yù)設(shè)溫度并基于由水溫測量單元測量的冷卻水溫度來設(shè)定控制目標溫度。當冷卻水溫度低于預(yù)設(shè)溫度時，水溫增加單元根據(jù)控制目標溫度和冷卻水溫度之間的偏差來改變內(nèi)燃機的操作以允許由內(nèi)燃機產(chǎn)生的熱量增加。當所述預(yù)設(shè)溫度和所述冷卻水溫度之間的溫差至多為預(yù)定值時，所述控制目標溫度設(shè)定裝置將所述控制目標溫度設(shè)定為所述預(yù)設(shè)溫度，當所述溫差大于所述預(yù)定值時，所述控制目標溫度設(shè)定單元將所述控制目標溫度設(shè)定為高于所述預(yù)設(shè)溫度。
優(yōu)選地，對于根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的加熱控制系統(tǒng)，所述控制目標溫度設(shè)定單元根據(jù)所述預(yù)設(shè)溫度和所述冷卻水溫度之間的溫差來設(shè)定所述預(yù)設(shè)溫度和所述控制目標溫度之間的差值。
優(yōu)選地，對于根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的加熱控制系統(tǒng)，在所述車輛還具有利用電能為所述車輛產(chǎn)生驅(qū)動力的電動機的情況下，當所述冷卻水溫度低于所述預(yù)設(shè)溫度時，所述水溫增加單元確定驅(qū)動力分配比例，所述驅(qū)動力分配比例是由所述內(nèi)燃機和所述電動機產(chǎn)生的各自的份額占作為整體的車輛所需驅(qū)動力的比例，所述偏差反映在所述驅(qū)動力分配比例中。
具體而言，本發(fā)明的具有上述構(gòu)造的用于車輛的加熱控制系統(tǒng)還包括驅(qū)動力份額確定單元，該單元用于考慮所述內(nèi)燃機的效率初始確定所述驅(qū)動力分配比例。當所述冷卻水溫度低于所述預(yù)設(shè)溫度時，所述水溫增加單元使所述內(nèi)燃機產(chǎn)生的份額比例增加根據(jù)所述偏差得到的一個量。
優(yōu)選地，對于根據(jù)本發(fā)明的用于車輛的加熱控制系統(tǒng)，當所述冷卻水溫度低于所述控制目標溫度時，所述水溫增加單元根據(jù)所述偏差改變所述內(nèi)燃機的操作點，以在所述內(nèi)燃機的輸出動力基本保持相同的范圍內(nèi)，減小發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，而增加所述內(nèi)燃機的旋轉(zhuǎn)量。
根據(jù)本發(fā)明，當內(nèi)燃機的冷卻水溫度沒有到達通過空調(diào)裝置進行需要的加熱所需的預(yù)設(shè)溫度時，用于車輛的加熱控制系統(tǒng)使內(nèi)燃機產(chǎn)生的熱量增加一個量，所述一個量根據(jù)基于預(yù)設(shè)溫度確定的控制目標溫度和冷卻水溫度之間的控制溫度偏差得到的，并允許預(yù)設(shè)溫度和冷卻水溫度之間的溫差反映在控制目標溫度的設(shè)定中。
由此，根據(jù)控制溫度偏差，從內(nèi)燃機產(chǎn)生的用于增加冷卻水溫度的熱增加量可以可變地設(shè)定，以允許冷卻水溫度迅速接近預(yù)設(shè)溫度并減少超過預(yù)設(shè)溫度。以此方式，可以增加燃油經(jīng)濟性而不從內(nèi)燃機產(chǎn)生過多的廢熱。此外，因為預(yù)設(shè)溫度和冷卻水溫度之間的溫差反映在控制目標溫度的設(shè)定中，所以與控制目標溫度固定在預(yù)設(shè)溫度的情況相比，在冷卻水溫度低于預(yù)設(shè)溫度的區(qū)域中，可以增加來自內(nèi)燃機的廢熱。由此，可以迅速地增加冷卻水溫度。
此外，因為控制目標溫度被設(shè)定為使得預(yù)設(shè)溫度和控制目標溫度之間的差異是根據(jù)預(yù)設(shè)溫度和冷卻水溫度之間的溫差來設(shè)定的，因此可以同時實現(xiàn)冷卻水溫度的迅速增加和減少超過預(yù)設(shè)溫度。
對于具有內(nèi)燃機和電動機的混和動力車輛，在低溫條件下當冷卻水溫度較低時，通過增加由內(nèi)燃機產(chǎn)生的驅(qū)動力份額，冷卻水溫度可以迅速增加至預(yù)設(shè)溫度，由內(nèi)燃機產(chǎn)生的驅(qū)動力份額反映了冷卻水溫度與控制目標溫度之間的偏差。由此，冷卻水溫度迅速到達預(yù)設(shè)溫度，以允許提早執(zhí)行內(nèi)燃機的間歇操作，由此提高混和動力車輛的燃油經(jīng)濟性并迅速地確保加熱性能。
具體而言，對于混和動力車輛來說，根據(jù)控制溫度偏差，由內(nèi)燃機產(chǎn)生的驅(qū)動力份額的增加被可變地設(shè)定以允許冷卻水溫度迅速接近預(yù)設(shè)溫度并減少超過預(yù)設(shè)溫度。由此，可以增強燃油經(jīng)濟性，而不從內(nèi)燃機產(chǎn)生過多的廢熱。
此外，對于除了混和動力車輛以外的任何車輛，在低溫條件下，通過根據(jù)冷卻水溫度與控制目標溫度之間的偏差來改變內(nèi)燃機的操作點，使得在內(nèi)燃機的輸出動力基本保持相同的范圍內(nèi)，發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩減小，而發(fā)動機轉(zhuǎn)速增加，冷卻水溫度可以迅速增加至預(yù)設(shè)溫度。


圖1的結(jié)構(gòu)框圖示出具有根據(jù)本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)的混合動力車輛的整體構(gòu)造。
圖2圖示相對于發(fā)動機冷卻水的發(fā)動機操作。
圖3是示出在通過本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)對發(fā)動機冷卻水進行溫度控制的情況下，分別由發(fā)動機和電機共同產(chǎn)生的驅(qū)動力的設(shè)置的第一視圖。
圖4是示出在通過本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)對發(fā)動機冷卻水進行溫度控制的情況下，分別由發(fā)動機和電機共同產(chǎn)生的驅(qū)動力的設(shè)置的第二視圖。
圖5的流程圖示出對于其中應(yīng)用了本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)的混合動力車輛進行的發(fā)動機冷卻水的溫度控制。
圖6概念性地示出了如何設(shè)定控制目標溫度。
圖7的結(jié)構(gòu)框圖大致示出了通過本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)對發(fā)動機冷卻水的溫度控制。
圖8示出當通過本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)對發(fā)動機冷卻水進行的溫度控制應(yīng)用至除混合動力車輛以外的任何其他車輛時，如何設(shè)定發(fā)動機的操作點。
具體實施例方式
以下將參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。此處，類似的部件由類似的參考標號表示，因此不再重復(fù)其描述。
參考圖1，具有本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)的混合動力車輛100包含發(fā)動機10、電池20、逆變器30、車輪40a、驅(qū)動橋50、電氣控制單元(ECU)90、陽光傳感器92、外部空氣溫度傳感器94、室溫傳感器96、水溫傳感器98和空調(diào)裝置110。
發(fā)動機10使用通過燃燒諸如汽油之類的燃油以產(chǎn)生用于車輪40a的驅(qū)動力所產(chǎn)生的熱量作為能量源。電池20供應(yīng)DC電能至電力線51。電池20通常由可反復(fù)充電的蓄電池(組)組成，例如鎳氫蓄電池和鋰離子蓄電池。
逆變器30將從電池20供應(yīng)至電力線51的DC電能轉(zhuǎn)換成AC電能，以輸出AC電能至電力線53。逆變器30還將供應(yīng)至電力線52、53的AC電能轉(zhuǎn)換成DC電能以輸出DC電能至電力線51。
驅(qū)動橋50具有變速器和軸的一體構(gòu)造，并包含動力分配裝置60、減速齒輪62、發(fā)電機70和電機80。
盡管在此實施例中分別設(shè)置發(fā)電機70和電機80，但是也可以設(shè)置具有電機和發(fā)動機兩者各自的功能的單個電動機。
動力分配裝置60能夠?qū)陌l(fā)動機10輸出的驅(qū)動力通過經(jīng)由減速齒輪62的路徑傳遞至軸41，用于驅(qū)動車輪，并通過路徑傳遞至發(fā)電機70。
發(fā)電機70通過由來自發(fā)動機10的驅(qū)動力引起的旋轉(zhuǎn)來產(chǎn)生電能，該驅(qū)動力是經(jīng)由動力分配裝置60傳遞的。由發(fā)電機70產(chǎn)生的電能經(jīng)由電力線52供應(yīng)至逆變器30，用于為電池20充電或用于驅(qū)動電機80。
電機80通過從逆變器30供應(yīng)至電力線53的AC電能旋轉(zhuǎn)。由電機80產(chǎn)生的驅(qū)動力經(jīng)由減速齒輪62傳遞至軸41。換言之，電機80利用電能產(chǎn)生用于車輛的驅(qū)動力。
在再生制動模式中，當車輪40a減速時電機80旋轉(zhuǎn)，電機80處產(chǎn)生的電動勢(AC電能)供應(yīng)至電力線53。
ECU90控制安裝在混合動力車輛100上的設(shè)備和電路的整個操作，以允許混合動力車輛100能夠根據(jù)駕駛員的指令被驅(qū)動。ECU90通常由例如微計算機組成，用于進行被提前編程的預(yù)定程序和預(yù)定操作。
空調(diào)裝置110包括冷卻裝置(未示出)和加熱裝置120，冷卻裝置使用例如包括壓縮機蒸發(fā)器的大致構(gòu)造的制冷循環(huán)來冷卻并去濕將被吹入到乘客艙中的空氣，加熱裝置120使用發(fā)動機10的冷卻水(以下簡稱作“發(fā)動機冷卻水”)來加熱將被吹入到乘客艙中的空氣。此處，對于空調(diào)裝置110來說，可以使用不僅安裝在混合動力車輛上而且也安裝在各種類型車輛上的任何冷卻機構(gòu)，將不再結(jié)合本實施例給出冷卻機構(gòu)的詳細描述。此外，使用發(fā)動機冷卻水的傳統(tǒng)已知的機構(gòu)可以用作加熱機構(gòu)120的設(shè)備構(gòu)造。
空調(diào)裝置110的加熱機構(gòu)120包含冷卻水管道112、加熱器芯體122和循環(huán)泵125。循環(huán)泵125在ECU90的控制下運行。操作循環(huán)泵125以允許發(fā)動機冷卻水經(jīng)由冷卻水管道112通過包含加熱器芯體122的路徑循環(huán)。當發(fā)動機冷卻水穿過加熱器芯體122時，進行熱交換以加熱將被吹入乘客艙中的空氣。以此方式，空調(diào)裝置110使用發(fā)動機冷卻水的熱量來加熱乘客艙內(nèi)部。
用于檢測環(huán)境狀況的陽光傳感器92、外部空氣溫度傳感器94和室溫傳感器96以及用于測量發(fā)動機冷卻水的溫度Tw(以下簡稱作“冷卻水溫度Tw”)的水溫傳感器98連接至ECU90。此外，諸如乘客艙中的空調(diào)溫度(空調(diào)溫度設(shè)定狀態(tài))之類的空調(diào)狀態(tài)以及空氣裝置的運行模式(例如加熱/冷卻)提供至ECU90。
圖1所示的構(gòu)造與本發(fā)明的構(gòu)造具有以下的對應(yīng)關(guān)系。發(fā)動機10對應(yīng)與本發(fā)明的“內(nèi)燃機”，電機80對應(yīng)與本發(fā)明的“電動機”，空調(diào)裝置110對應(yīng)與本發(fā)明的“空調(diào)裝置”，水溫傳感器98對應(yīng)與本發(fā)明的“水溫測量單元”。此外，分別對應(yīng)與“水溫增加裝置”、“控制目標溫度設(shè)定裝置”和“驅(qū)動力分配比例確定裝置”的控制操作由ECU09進行。
如上所述，混和動力車輛100結(jié)合使用由發(fā)動機10產(chǎn)生的驅(qū)動力和由電機80利用電能產(chǎn)生的驅(qū)動力以提高的燃油經(jīng)濟性來驅(qū)動車輛。
當混合動力車輛100在低負載狀態(tài)下運行時，例如當車輛起動時，車輛低速運行或者在略微的斜坡上向下運行時，混合動力車輛100基本上由來自電機80的驅(qū)動力來驅(qū)動，而不運行發(fā)動機以避免發(fā)動機效率較低的區(qū)域。
在正常運行狀態(tài)下，從發(fā)動機10輸出的驅(qū)動力被動力分配裝置60分成用于車輪40a的驅(qū)動力和用于通過發(fā)電機70產(chǎn)生電能的驅(qū)動力。由發(fā)電機70產(chǎn)生的電能用于驅(qū)動電機80。由此，在正常運行狀態(tài)下，來自發(fā)動機10的驅(qū)動力被來自電機80的驅(qū)動力輔助以驅(qū)動車輪40a。ECU90控制動力分配裝置60的動力分配比例，即分別由發(fā)動機10和電機80供應(yīng)的各自的驅(qū)動力之間的比例(以下稱作“驅(qū)動力分配比”)，以最大化整體效率。
在全速狀態(tài)下，從電池20供應(yīng)的電能附加被用于驅(qū)動電機80，以進一步增加用于車輪40a的驅(qū)動力。
在減速和制動狀態(tài)下，電機80被車輪40a驅(qū)動以旋轉(zhuǎn)，并用作發(fā)電機。
通過電機80的再生動力產(chǎn)生重新獲得的電能經(jīng)由電力線53、逆變器30和電力線51供應(yīng)以為電池20充電。此外，當車輛停止時，發(fā)動機10自動停止。
如上所述，根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)，發(fā)動機10和電機80之間的驅(qū)動力分配比例被確定為滿足整個車輛的輸出動力需求。具體而言，ECU90考慮發(fā)動機10的效率(考慮燃油經(jīng)濟性)根據(jù)驅(qū)動狀態(tài)來確定驅(qū)動力分配比例。
此外，基于用于檢測環(huán)境條件的傳感器92、94、96的檢測結(jié)果并基于空調(diào)溫度設(shè)定狀態(tài)，ECU90設(shè)定空調(diào)裝置110的運行狀態(tài)并控制加熱機構(gòu)120和冷卻機構(gòu)以進行空調(diào)調(diào)節(jié)，由此將乘客艙內(nèi)保持在溫度設(shè)定狀態(tài)下。
在加熱乘客艙內(nèi)部的過程中，例如基于諸如外部空氣溫度、太陽輻射量和乘客艙的溫度之類的環(huán)境條件并基于溫度設(shè)定狀態(tài)，ECU90設(shè)定“預(yù)設(shè)溫度”，“預(yù)設(shè)溫度”與用于將乘客艙的內(nèi)部加熱至空調(diào)溫度設(shè)定狀態(tài)所需的發(fā)動機冷卻水的溫度相對應(yīng)。換言之，當發(fā)動機冷卻水的溫度低于預(yù)設(shè)溫度時，將被吹入乘客艙中的空氣可能不能被充分地加熱，由此將感覺到加熱能力不足。
為了防止發(fā)生這種加熱能力的不足，當發(fā)動機冷卻水的溫度等于或低于預(yù)設(shè)溫度，并且即使當不需要操作發(fā)動機用于驅(qū)動車輛時，日本專利早期公開號09-233601中公開的傳統(tǒng)構(gòu)造通過使發(fā)動機10空轉(zhuǎn)(無負載操作)來控制發(fā)動機10，以通過由發(fā)動機10產(chǎn)生的熱來增加發(fā)動機冷卻水的溫度。
圖2圖示相對于發(fā)動機冷卻水的溫度，傳統(tǒng)的系統(tǒng)和本發(fā)明的實施例的發(fā)動機操作。
參考圖2，在時間t0處，打開點火鑰匙。如參考標號250所示，此時的冷卻水溫度遠低于用于通過空調(diào)裝置進行所需加熱的預(yù)設(shè)溫度Trf#，因為假設(shè)此處例如為冬季，外部空氣溫度很低。
對于傳統(tǒng)系統(tǒng)來說，在混和動力車輛起動時，車輛驅(qū)動力如上所述基本上由電機80供應(yīng)，而發(fā)動機10在無負載狀態(tài)(空轉(zhuǎn)狀態(tài))下運行，用于增加冷卻水溫度Tw，如參考標號260所示。更具體而言，發(fā)動機動力輸出需求Peg被設(shè)定在僅請求空轉(zhuǎn)操作的水平。
來自空轉(zhuǎn)的發(fā)動機10的廢熱引起冷卻水溫度Tw逐漸增加，以在時間t2處到達預(yù)設(shè)溫度Trf#，如參考標號250所示。由此，用于增加冷卻水溫度的發(fā)動機輸出動力需求Peg變成等于零(Peg＝0)。在時間t2及以后，根據(jù)發(fā)動機狀態(tài)來形成發(fā)動機輸出需求，在此狀態(tài)下，可以進行間歇的發(fā)動機操作。也就是說，在時間t2及以后，可以首次獲得混合動力效果引起的燃油經(jīng)濟性增加。
如上所述，傳統(tǒng)的系統(tǒng)使用很長的時間(圖2中t0和t2之間的期間)將冷卻水溫度Tw增加至預(yù)設(shè)溫度Trf#，由此發(fā)動機10空轉(zhuǎn)很長時間，導(dǎo)致燃油經(jīng)濟性的劣化。
由此，本發(fā)明的混合動力車輛如下所述地控制發(fā)動機冷卻水的溫度。
圖3和圖4示出在通過本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)對發(fā)動機冷卻水的溫度進行控制的情況下，由發(fā)動機10和電機80產(chǎn)生的驅(qū)動力的各自分配的設(shè)置。
參考圖3，基本上從燃油經(jīng)濟性增加的角度出發(fā)，ECU90考慮發(fā)動機10的效率以確定將由發(fā)動機10和電機80產(chǎn)生的驅(qū)動力的各自分配之間的比例(驅(qū)動力分配比例)。也就是說，為了最大效率地控制發(fā)動機10，ECU90將總的車輛動力需求Prg劃分成發(fā)動機輸出動力需求Peg0和電機輸出動力需求Pmt0。ECU90的該操作對應(yīng)與本發(fā)明的“驅(qū)動力分配確定裝置”。
基于前述出發(fā)點的初始驅(qū)動力分配比例可以根據(jù)任何已知的方法來確定。例如，可以準備例如表示與需要的車輛動力需求和操作狀態(tài)相關(guān)的驅(qū)動力分配比例的圖表并設(shè)置在ECU90中，以確定初始驅(qū)動力分配比例。
根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)控制發(fā)動機冷卻水溫度的需求，通過校正初始通過結(jié)合圖3所示確定的驅(qū)動力分配比例來控制發(fā)動機冷卻水溫度。該校正是在冷卻水溫度Tw低于發(fā)動機冷卻水的預(yù)設(shè)溫度Trf#(Tw＜Trf#)時進行的。換言之，校正是在發(fā)動機冷卻水的溫度較低由此不能達到足夠的加熱能力時進行的。
參考圖4，當冷卻水溫度Tw低于發(fā)動機冷卻水的預(yù)設(shè)溫度Trf#時，ECU90根據(jù)冷卻水溫度來確定發(fā)動機輸出動力增加Pht，以增加由發(fā)動機10產(chǎn)生的驅(qū)動力的份額，并由此校正起初確定的驅(qū)動力分配比例。由此，發(fā)動機輸出動力需求被校正為Peg(Peg＝Peg0+Pht)，電機輸出動力需求被校正為Pmt(Pmt＝Pmt-Pht)。此處，如下所述，發(fā)動機輸出動力增加Pht是根據(jù)反映預(yù)設(shè)溫度Trf#的控制目標溫度Trf與冷卻水溫度Tw之間的溫差來確定的。
當冷卻水溫度Tw等于或高于預(yù)設(shè)溫度Trf#時(Tw≥Trf#)，保持結(jié)合圖3所描述的驅(qū)動力分配比例，使得發(fā)動機輸出動力需求被設(shè)定為Peg(Peg＝Peg0)，電機輸出動力需求被設(shè)定為Pmt(Pmt＝Pmt0)。
為了使得發(fā)動機10和電機80的各自的輸出成為需要的值，ECU90提供與發(fā)動機輸出動力需求Peg和電機輸出動力需求Pmt對應(yīng)的各個指令值至發(fā)動機10和電機80。
圖5的流程示由本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)對混合動力車輛的發(fā)動機冷卻水溫度進行的控制。
參考圖5，由本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)對發(fā)動機冷卻水溫度的控制設(shè)置為由ECU90執(zhí)行的一個子程序。例如響應(yīng)于車輛的起動(特別是點火鑰匙的打開)，開始發(fā)動機冷卻水溫度的控制程序。
發(fā)動機冷卻水溫度的控制程序開始，然后陽光傳感器92、外部空氣溫度傳感器94和室溫傳感器96讀取這樣的環(huán)境狀態(tài)作為陽光量、外部空氣溫度和室溫。此外，讀取諸如空調(diào)溫度設(shè)定狀態(tài)和操作模式(加熱/冷卻)之類的空調(diào)狀態(tài)(步驟S100)。
根據(jù)步驟S100中讀取的環(huán)境狀態(tài)和空調(diào)狀態(tài)，判定空調(diào)裝置110是否應(yīng)當進行加熱(步驟S110)。當進行加熱時，過程進行至步驟S120。如果空調(diào)裝置110的操作模式可以被設(shè)定為加熱操作(通過加熱器芯體122僅加熱空氣的操作)，可以基于此設(shè)定來進行步驟S110中的判定。
當步驟S110中判定要進行加熱時，利用步驟S100中讀取的環(huán)境和空調(diào)狀態(tài)來計算加熱所需的發(fā)動機冷卻水的預(yù)設(shè)溫度Trf#(步驟S120)。
例如，此預(yù)設(shè)溫度Trf#可以確定為諸如陽光量Ts、外部空氣溫度Ta和室溫Tr之類的環(huán)境狀態(tài)的函數(shù)。也就是說，確定的預(yù)設(shè)溫度可以是Trf#(Trf#＝f(Ts，Ta，Tr))。
此外，水溫傳感器98(圖1)檢測此時的水溫Tw(步驟S130)。然后，計算控制目標溫度Trf來反映由步驟S130中測量的冷卻水溫度Tw和預(yù)設(shè)溫度Trf#之間的差異所限定的溫度ΔTw#(ΔTw#＝Tw-Trf#)(步驟S140)。
參考圖6，當溫差ΔTw#等于或小于預(yù)定值T1(T1＞0)時，控制目標溫度Trf設(shè)定為與預(yù)設(shè)溫度Trf#大致相等的值。相反，當溫差ΔTw#大于預(yù)定值T1時，控制目標溫度Trf設(shè)定為高于預(yù)設(shè)溫度Trf#。具體而言，根據(jù)溫差ΔTw#來設(shè)定控制目標溫度的增加量(也就是Trf-Trf#)。
再次參考圖5，步驟S140中設(shè)定的控制目標溫度Trf用于計算控制溫度偏差ΔTw(ΔTw＝Tw-Trf)。此外，根據(jù)控制溫度偏差ΔTw，計算如圖4所示的發(fā)動機輸出動力增加Pht(步驟S150)。
然后，步驟S150中計算的發(fā)動機輸出動力增加Pht用于結(jié)合圖4所描述來校正電機80和發(fā)動機10之間的負載平衡，也就是驅(qū)動力分配比例(步驟S160)。
應(yīng)當注意，考慮發(fā)動機10的效率確定的發(fā)動機輸出動力需求Peg0和電機輸出動力需求Pmt0通過獨立于圖5所示子程序的子程序來適當?shù)卦O(shè)定。
步驟S120-S160中的操作根據(jù)對于冷卻水溫度Tw是否高于預(yù)設(shè)溫度Trf#的判定以預(yù)定的周期重復(fù)進行(步驟S170)，直到冷卻水溫度Tw達到預(yù)設(shè)溫度Trf#。
當冷卻水溫度Tw變得高于預(yù)設(shè)溫度Trf#時，結(jié)束用于加熱的冷卻水溫度的控制過程。
再次參考圖2，對于本發(fā)明實施例中的混合動力車輛100，在緊跟在其中控制溫度偏差ΔTw較大的車輛起動時間(t0)之后的期間中，分配由發(fā)動機10產(chǎn)生的驅(qū)動力增加，如結(jié)合圖4所示。由此，如參考標號261所示，發(fā)動機輸出動力需求Peg大于其中發(fā)動機處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)的發(fā)動機輸出動力需求(參考標號260)。換言之，由發(fā)動機10產(chǎn)生的加熱量增加，由此可以發(fā)動機10的操作以允許冷卻水溫度增加。
由此，如參考標號251所示，冷卻水溫度Tw比發(fā)動機10處于空轉(zhuǎn)狀態(tài)(參考標號250)的情況升高得快。也就是說，冷卻水溫度Tw在時間t2之前得時間t1處到達預(yù)設(shè)溫度Trf#，其中在傳統(tǒng)構(gòu)造中冷卻水溫度在時間t2處到達預(yù)設(shè)溫度。
因為隨著冷卻水溫度Tw升高，發(fā)動機輸出動力增加Pht(圖4)減小，所以發(fā)動機輸出動力需求Peg逐漸減小，如參考標號261所示。在時間t1及之后，用于增加冷卻水溫度Tw的發(fā)動機輸出動力增加Pht為零(Pht＝0)，由此可以進行發(fā)動機的間歇運行。
如上所述，當發(fā)動機冷卻水溫度Tw沒有達到用于通過空調(diào)裝置進行需要的加熱所需的預(yù)設(shè)溫度Trf#時，應(yīng)用至混合動力車輛的本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)可以通過增加由發(fā)動機產(chǎn)生的驅(qū)動力的份額來控制發(fā)動機冷卻水的溫度。以此方式，在低溫狀態(tài)下的發(fā)動機冷卻水溫度可以很快增加，以迅速地進行發(fā)動機10的間歇運行，該間歇運行在發(fā)動機冷卻水溫度到達預(yù)設(shè)溫度之后進行，由此可以增加混合動力車輛的燃油經(jīng)濟性。
此外，如圖5中的步驟S140所示，本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)控制發(fā)動機冷卻水溫度以反映冷卻水溫度Tw和控制目標溫度Trf中的預(yù)設(shè)溫度Trf#之間的溫差ΔTw#，由此允許冷卻水溫度Tw更快地到達預(yù)設(shè)溫度Trf#。
圖7示出圖示通過本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)進行發(fā)動機冷卻水溫度的控制的大致結(jié)構(gòu)框圖，包括控制目標溫度的設(shè)定。
參考圖7，根據(jù)圖5所示流程圖的發(fā)動機冷卻水溫度控制系統(tǒng)200包括水溫增加控制器205和目標溫度校正器210。如上所述，發(fā)動機冷卻水溫度控制系統(tǒng)200的控制計算預(yù)先在ECU90中程序化，使得當冷卻水溫度Tw低于預(yù)設(shè)溫度Trf#時執(zhí)行該控制。
圖7所示的構(gòu)造與本發(fā)明的構(gòu)造具有以下的對應(yīng)。水溫增加傳感器205對應(yīng)于“水溫增加裝置”，目標溫度校正器210對應(yīng)于“控制目標溫度設(shè)定裝置”。
根據(jù)與冷卻水溫度Tw和控制目標溫度Trf之間的溫度相對應(yīng)的控制溫度偏差ΔTw(ΔTw＝Tw-Trf)，水溫增加控制器205計算發(fā)動機輸出動力增加Pht(圖4)。發(fā)動機輸出從原始的發(fā)動機輸出動力需求Peg0增加發(fā)動機輸出動力增加Pht，由發(fā)動機產(chǎn)生的加熱量由此增加，并且發(fā)動機運行由此改變以允許發(fā)動機冷卻水溫度增加。
水溫增加控制器205可以通過按順序應(yīng)用預(yù)定圖表的圖表查找系統(tǒng)來實現(xiàn)，該圖表以一維和多維的方式限定了控制溫度偏差ΔTw和發(fā)動機輸出動力增加Pht之間的關(guān)系?？商鎿Q地，控制器可以是結(jié)合進行諸如P(比例)、I(積分)和D(微分)之類的公知控制操作的控制器或者是用于任意控制控制系統(tǒng)的控制器。
也就是說，水溫增加控制器205的操作對應(yīng)于圖5所示的步驟S150。根據(jù)通過本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)對發(fā)動機冷卻水溫度的控制，發(fā)動機輸出動力增加Pht根據(jù)控制溫度偏差ΔTw可變地設(shè)定。由此，冷卻水溫度Tw可以迅速接近預(yù)設(shè)溫度Trf#，并可以防止超過預(yù)設(shè)溫度Trf#。由此，可以改進燃油經(jīng)濟性，而不從發(fā)動機10產(chǎn)生過多的廢熱。
發(fā)動機冷卻水溫度Tw根據(jù)發(fā)動機輸出動力需求Peg增加，發(fā)動機輸出動力需求Peg是原始發(fā)動機輸出動力需求Peg0(圖3)和發(fā)動機輸出動力增加Pht的和。
目標溫度校正器210根據(jù)冷卻水溫度Tw設(shè)定控制目標溫度Trf，使得用于通過空調(diào)裝置110加熱所需的預(yù)設(shè)溫度Trf#反映在目標溫度中。也就是說，目標溫度校正器210的操作對應(yīng)于圖5所示的步驟S140。如圖6所示，當由預(yù)設(shè)溫度Trf#和冷卻水溫度Tw之間的差值限定的溫差ΔTw#小于預(yù)定值時，目標溫度校正器210使用預(yù)設(shè)溫度Trf#作為控制目標溫度Trf。當溫差ΔTw#大于預(yù)定值時，目標溫度校正器210強控制目標溫度Trf設(shè)定為高于預(yù)設(shè)溫度Trf#。
然后，如圖2中的參考標號255所示，在冷卻水溫度Tw較低的區(qū)域中(也就是緊跟在時間t0之后)，控制溫度偏差ΔTw大于上述的溫差ΔTw#。由此，與一直使用預(yù)設(shè)溫度Trf#作為發(fā)動機冷卻水控制系統(tǒng)200的控制目標溫度的構(gòu)造相比，本構(gòu)造可以更加迅速地增加冷卻水溫度Tw，因為發(fā)動機輸出動力需求和發(fā)動機廢熱增加了。
隨著冷卻水溫度Tw達到預(yù)設(shè)溫度Trf#，啟動ISC控制(怠速控制)，ISC控制是用于以目標值穩(wěn)定地保持發(fā)動機空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的自動控制。ISC的啟動表示車輛狀態(tài)達到穩(wěn)定狀態(tài)。例如，美國法律所要求的OBD(車載診斷系統(tǒng))是響應(yīng)于ISC的啟動而啟動的。
如上所述的控制系統(tǒng)根據(jù)冷卻水溫度校正控制目標溫度。因此，即使在反復(fù)進行短期間歇運行的情況下，其中任何傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)都不能充分增加冷卻水溫度，本發(fā)明可以迅速地增加冷卻水溫度。由此，可以增加燃油經(jīng)濟性，并可以增大用于OBD檢測的機率。
如圖7所示的控制系統(tǒng)(其控制目標溫度是根據(jù)冷卻水溫度來校正的)不僅可以應(yīng)用到混合動力車輛，而且可以應(yīng)用到例如AT(自動變速)車輛和CVT(無極變速)車輛，它們通常用于僅具有作為驅(qū)動動力源的發(fā)動機的自動車輛。
如圖8所示，諸如AT車輛和CVT車輛之類的車輛需要與用于驅(qū)動車輛所需的車輛動力需求相對應(yīng)的發(fā)動機輸出動力。在這種情況下，在等動力曲線300上，存在多個可以獲得相同發(fā)動機輸出動力的發(fā)動機操作點。
例如，發(fā)動機轉(zhuǎn)速等于N0且發(fā)動機轉(zhuǎn)矩等于Tr0的操作點310和發(fā)動機轉(zhuǎn)速等于N0#且發(fā)動機轉(zhuǎn)矩等于Tr0#的操作點320出現(xiàn)在相同的等動力曲線300上。因此，操作點310和320兩者都提供了大致相同的發(fā)動機動力輸出。
操作點310是通過執(zhí)行用于混合動力車輛的初始驅(qū)動力分配比例而實現(xiàn)發(fā)動機的最大效率控制的點。在操作點320處，可以獲得與操作點310處的發(fā)動機輸出動力大致相等的發(fā)動機輸出動力，并且與操作點310相比，發(fā)動機轉(zhuǎn)速高ΔN(ΔN＝N0#-N0)。因此，操作點可以從310變化至320以利用發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)增加摩擦熱，由此增加由發(fā)動機產(chǎn)生的熱量。換言之，可以改變發(fā)動機的操作以允許發(fā)動機冷卻水的溫度增加。
通過如圖7所示的溫度增加控制器205，根據(jù)控制溫度偏差ΔTw來計算通過改變操作點引起的發(fā)動機轉(zhuǎn)速的增加量ΔN，并根據(jù)計算的ΔN，確定改變之后的操作點320。由此，可以根據(jù)控制溫度偏差ΔTw來可變地設(shè)定發(fā)動機的通過改變操作點引起的產(chǎn)生的熱增加量。
更具體而言，可以對ECU90編程以允許如圖7所示的水溫增加控制器205執(zhí)行上述的控制操作，由此通過本發(fā)明的加熱控制系統(tǒng)進行的發(fā)動機冷卻水溫度控制可以應(yīng)用至除了混合動力車輛以外的通用自動車輛(例如AT車輛和CVT車輛)。也就是說，類似于用于混合動力車輛的控制，發(fā)動機冷卻水的溫度可以如圖7所示地控制，以將發(fā)動機冷卻水溫度迅速增加至預(yù)設(shè)溫度。
盡管已經(jīng)詳細描述且圖示了本發(fā)明，但是應(yīng)當清楚地理解僅通過圖示和示例示出了相同點，且不限于這些圖示和示例，本發(fā)明的精神和范圍僅由所附權(quán)利要求來限定。
工業(yè)應(yīng)用性本發(fā)明可應(yīng)用于具有空調(diào)裝置的車輛，所述空調(diào)裝置使用源自內(nèi)燃機的冷卻水的熱量來進行加熱。
權(quán)利要求
1.一種用于車輛(100)的加熱控制系統(tǒng)，所述車輛具有內(nèi)燃機(10)，所述內(nèi)燃機利用通過燃燒燃油產(chǎn)生的熱能來產(chǎn)生所述車輛的驅(qū)動力，所述加熱控制系統(tǒng)包括空調(diào)設(shè)備(110)，其使用源自所述內(nèi)燃機的冷卻水的熱能；水溫測量單元(98)，其測量所述冷卻水的溫度；控制目標溫度設(shè)定裝置(210)，其基于與通過所述空調(diào)設(shè)備進行加熱所需的所述冷卻水的溫度相對應(yīng)的預(yù)設(shè)溫度(Trf#)，并基于由所述水溫測量單元所測量的冷卻水溫度(Tw)，來設(shè)定所述冷卻水的控制目標溫度(Trf)；以及水溫增加裝置(205)，其用于在所述冷卻水溫度低于所述預(yù)設(shè)溫度時，根據(jù)所述控制目標溫度與所述冷卻水溫度之間的偏差(ΔTw)來改變所述內(nèi)燃機的操作，以允許增加由所述內(nèi)燃機產(chǎn)生的熱量，其中當所述預(yù)設(shè)溫度與所述冷卻水溫度之間的溫差(ΔTw#)至多為預(yù)定值時，所述控制目標溫度設(shè)定裝置將所述控制目標溫度設(shè)定為所述預(yù)設(shè)溫度，當所述溫差大于所述預(yù)定值時，所述控制目標溫度設(shè)定裝置將所述控制目標溫度設(shè)定為高于所述預(yù)設(shè)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的加熱控制系統(tǒng)，其中所述控制目標溫度設(shè)定裝置(210)根據(jù)所述預(yù)設(shè)溫度與所述冷卻水溫度(Tw)之間的所述溫差(ΔTw#)來設(shè)定所述預(yù)設(shè)溫度(Trf#)與所述控制目標溫度(Trf)之間的差值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的加熱控制系統(tǒng)，其中所述車輛(100)還具有利用電能為所述車輛產(chǎn)生驅(qū)動力的電動機(80)，并且當所述冷卻水溫度(Tw)低于所述預(yù)設(shè)溫度(Trf#)時，所述水溫增加裝置確定驅(qū)動力分配比例(Peg，Pmt)，所述驅(qū)動力分配比例是將由所述內(nèi)燃機(10)和所述電動機產(chǎn)生的各自的份額占所述車輛總體所需驅(qū)動力(Prg)的比例，其中所述偏差(ΔTw)反映在所述比例中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于車輛的加熱控制系統(tǒng)，還包括驅(qū)動力份額確定裝置(90)，用于考慮所述內(nèi)燃機(10)的效率來初步確定所述驅(qū)動力分配比例(Peg0，Pmt0)，其中當所述冷卻水溫度(Tw)低于所述預(yù)設(shè)溫度(Trf#)時，所述水溫增加裝置(205)使將由所述內(nèi)燃機產(chǎn)生的所述份額的比例(Peg)增加根據(jù)所述偏差(ΔTw)得到的量(Pht)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于車輛的加熱控制系統(tǒng)，其中當所述冷卻水溫度(Tw)低于所述控制目標溫度(Trf)時，所述水溫增加裝置(205)根據(jù)所述偏差(ΔTw)改變所述內(nèi)燃機的操作點(310，320)，以在其中所述內(nèi)燃機(10)的輸出動力基本保持相同的范圍(300)內(nèi)，減小發(fā)動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，同時增加所述內(nèi)燃機的轉(zhuǎn)數(shù)。
全文摘要
混和動力車輛(100)可以由來自發(fā)動機(10)和電機(80)各自的驅(qū)動力兩者來驅(qū)動。空調(diào)裝置(110)的加熱機構(gòu)(120)使用來自發(fā)動機(10)的冷卻水的熱量來加熱乘客艙的內(nèi)部。從增加燃油經(jīng)濟性的角度出發(fā)考慮發(fā)動機效率，ECU(90)初始確定發(fā)動機(10)和電機(80)之間的驅(qū)動力分配比例。此外，ECU(90)計算與用于要求的加熱所需的冷卻水溫度相對應(yīng)的預(yù)設(shè)溫度、以及反映預(yù)設(shè)溫度的控制目標溫度，并校正初始確定的驅(qū)動力分配比例以使發(fā)動機的驅(qū)動力份額增加一個量，所述一個量是根據(jù)由水溫傳感器(98)測量的冷卻水溫度(Tw)和控制目標溫度之間的偏差得到的。由此可以迅速地確保加熱性能而不劣化燃油經(jīng)濟性。
文檔編號F01P7/16GK1950223SQ200580014608
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月10日
發(fā)明者渡邊秀人, 清水泰生 申請人:豐田自動車株式會社