CN104670207B - 利用制动踏板和油门踏板控制汽车弹射起步的方法 - Google Patents

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Abstract

一种利用制动踏板和油门踏板控制汽车弹射起步的方法，利用汽车制动踏板和油门踏板，配合制动踏板传感器和油门踏板传感器，以及行车电脑，替代汽车弹射起步程序所需要的各种专门开关，实现汽车的弹射起步功能，或者实现油电混合动力汽车的弹射起步功能。利用超级电容或者超级电容电池的储电和放电功能，强化电动汽车或者油电混合动力汽车的弹射起步功能。

Description

利用制动踏板和油门踏板控制汽车弹射起步的方法
技术领域
本发明属于机械工业的汽车技术领域，是一种新型的汽车控制方法。
背景技术
衡量汽车的动力性能和机动性能，往往采用100公里/小时加速时间作为标准。有些自动档的燃油发动机汽车，为了缩短加速时间，采用弹射起步的控制方法，具有弹射起步控制程序。具有弹射起步功能的汽车，在踩住制动踏板的同时可以踩住油门踏板，甚至可以把油门踏板踩到底，使得发动机处于高速(大负荷)运行状态，一旦松开制动踏板，发动机通过传动***向行走***输送较大或者最大动力(功率或者扭矩)输出，使得汽车快速起步，在最短时间加速到100公里/小时速度，或者更高速度(例如200公里/小时)，或者用最短时间跑完400米(400米加速赛)。
进入弹射起步程序后，为了避免内燃机的扭矩输出过分大，导致车轮打滑，汽车控制器(ECU，或者行车电脑)会控制内燃机的功率输出，使得汽车在起步时，在避免车轮打滑的前提下，获得最大驱动力。
发明内容
1、现有技术存在的问题：
(1)、现有的汽车弹射起步控制方法，涉及许多专门的开关，操作过程繁琐，汽车制造成本增加。
(2)、现有的汽车弹射起步控制方法，主要应用在燃油发动机(内燃机)汽车。油电混合动力汽车，或者纯电动汽车没有弹射起步控制程序。
(3)、油电混合动力汽车，尤其是插电式油电混合动力汽车，在电池有电的情况下，在起步阶段仅仅使用电机作为汽车的驱动动力，只有在油门踏板行程增加到一定位置，表明汽车需要的动力输出超过电机的输出能力时(需要更大功率或者更大扭矩输出时)，车载的燃油发动机(内燃机)才会启动，并且输出相应的动力。
这种设计，不能够在起步阶段就控制燃油发动机处在高速运行状态。燃油发动机从停止状态突然启动，并且立即进入高速高负荷运行状态，存在三个缺点：第一，反应时间滞后，从启动到高速运行这个过程需要时间；配备涡轮增压装置的发动机，涡轮增压装置发挥作用需要更长的时间，会出现短时间燃油发动机动力输出对油门踏板行程不响应的现象。第二对发动机机械结构有损害，在润滑***尚未开始正常工作的情况下，发动机已经被强制进入大负荷高转速运行状态，运动机件的磨损严重。第三发动机处于冷车状态，突然进入大负荷工况，热功转换效率低下，不能达到燃油发动机的额定功率输出水平。因此，现有技术(现有控制方法)不能满足用户的快速起步性能需求，以及缩短百公里/小时加速时间的驾控需求，也不能满足400米加速赛对汽车的性能需求。
2、本发明的内容(新的方法)：
(1)、省略现有的为实现汽车弹射起步程序所设计的各种专门开关，利用汽车制动踏板和油门踏板，配合制动踏板传感器和油门踏板传感器，以及行车电脑(开关电路)替代这些专门的开关，作为控制汽车进入弹射起步状态和退出弹射起步状态的开关信号发生装置。参见图1，汽车弹射起步开关电路示意。
(2)、在不增加汽车零部件和开关设备的前提下(不增加汽车制造成本)，实现或者增加汽车弹射起步功能。
(3)、油电混合动力汽车使用以上信号发生装置，增加弹射起步功能(现在的油电混合动力汽车没有弹射起步功能)，行车电脑自动和分别控制燃油发动机和电机的扭矩输出，避免扭矩过大导致车轮打滑。一般情况下，燃油发动机和电机分别驱动汽车的前后轮。
对于油电混合动力汽车，汽车进入弹射起步程序后，燃油发动机将一直处于运行状态，发动机可以被充分预热，处于随时待命状态，并且发动机转速(或者输出功率)可以随油门踏板行程增加而增加。但是起步时的扭矩输出要根据轮胎和地面的情况，做适当的限制，避免车轮打滑。
关于汽车控制器控制汽车弹射起步时发动机或者电机的扭矩输出的具体方法，是现有技术。
对于油电混合动力汽车，还可以设置专门的弹射起步开关，作为控制这种汽车进入弹射起步状态和退出弹射起步状态的开关信号发生装置。开关打开后，行车电脑自动和分别控制燃油发动机和电机的扭矩输出，避免扭矩过大导致车轮打滑，同时输出最大扭矩(车轮不打滑前提下的最大扭矩)。
(4)、电力(电机)驱动的汽车，或者油电混合动力的汽车，利用超级电容(或者超级电容电池)的储电和放电功能，在汽车处于弹射起步状态，并且在实际起步运行阶段，控制超级电容(或者超级电容电池)放电，汽车向电机施加更高的电压或者释放更大的电流，使得电机在较短时间内能够输出较大的功率(或者输出最大的功率)，实现弹射起步。
3、本发明应用的效果：
(1)、省略现有的汽车弹射起步程序所设计或者应用的各种专门开关，利用汽车制动踏板和油门踏板，配合制动踏板传感器和油门踏板传感器，以及行车电脑(开关电路)替代这些专门的开关，节约成本，简化控制过程。
对于没有弹射起步功能的油电混合动力汽车，也可以通过设置“弹射起步开关”的方法，或者更换“电动、燃油”切换开关，增加“弹射起步”开关信号功能，配合汽车控制器和离合器(包括离合器控制器，或者离合器电脑)，实现弹射起步功能。
(2)、油电混合动力汽车，尤其是插电式油电混合动力汽车，可以增加弹射起步程序的选择项目，增加弹射起步功能。在电池有电的情况下，在起步阶段，当油门踏板被踩到底，松开制动踏板的时刻，不仅电机可以作为汽车的驱动动力，输出最大功率，而且燃油发动机也可以处于最大(有效)输出功率的运行状态，汽车在瞬间获得最大起步动力。
(3)、对于油电混合动力汽车，汽车进入弹射起步程序后，燃油发动机一直处于运行状态，发动机被预热，在汽车按照弹射起步要求起步时，燃油发动机可以迅速提供热功转换效率相对较高(或者热功转换效率最高)的动力输出。
(4)、油电混合驱动的汽车，可以利用超级电容(或者超级电容电池)的储电和放电功能，在汽车处于弹射起步状态，并且在实际起步运行阶段，控制超级电容(或者超级电容电池)放电，汽车向电机施加更高的电压或者释放更大的电流，使得电机在较短时间内能够输出较大(或者最大)的功率，实现电力单独驱动的弹射起步；或者实现电力驱动叠加燃油发动机驱动混合动力输出的弹射起步。汽车控制器控制超级电容或者超级电容电池放电的时机，要保证车轮不打滑。
超级电容，就是电容量较大，放电时间相对较长的电容。超级电容电池又叫黄金电容、法拉电容，它通过极化电解质来储能，属于双层电容的一种。使用超级电容(或者超级电容电池)对电动汽车的电机供电时，与原有的电池供电***电压叠加，一般可以为电机提供两倍电压的电力，电机动力输出能力因此在短时间可以大幅度提升。超级电容(或者超级电容电池)在电机低负荷或者零负荷工作状态时，使用电池(或者发电机，或者充电桩等充电***)或者回收的电力充电。对于油电混合动力的汽车，超级电容(或者超级电容电池)在汽车弹射起步阶段的工作方法与纯电动汽车弹射起步阶段的工作方法相同。
作为优选的方案，使用超级电容(或者超级电容电池)对电机供电，当汽车处于弹射起步状态，并且油门踏板被踩到底时，松开油门踏板后，间隔一个短暂的时间(例如0.2秒)再将超级电容(或者超级电容电池)的电压施加(叠加)到电机，以免汽车弹射起步的开始时间因为动力(扭矩)输出过大，车轮打滑，将宝贵的电容电量用在有效的弹射起步运行时间。
进入弹射起步程序时，上述汽车控制器的作用对象一般是离合器，而这里的离合器一般是双离合器(离合器或者双离合器又包括离合器控制器，或者离合器电脑)，以及内燃机或者电机的动力输出控制器。
关于超级电容或者超级电容电池，超级电容或者超级电容电池的充电放电(及其应用)，汽车控制器(ECU，或者控制器，或者行车电脑)，以及行车电脑的计数器、开关电路，以及弹射起步的控制策略、控制程序，内燃机、汽车、自动档汽车(自动变速器、离合器)、油电混合动力汽车，汽车的传动***、行驶***，等等，都是现有技术。
具体实施方式
实施例一，以插电式油电混合动力汽车为例，说明本发明控制汽车弹射起步程序的控制过程。
(1)、弹射起步程序的开启：汽车接通电源后，在踩住制动踏板的同时，连续踩油门踏板3次，每次踩踏油门踏板使得油门踏板的行程从0到10％以上，连续踩油门踏板3次的合计时间间隔不超过3秒钟。行车电脑通过制动踏板传感器和油门踏板传感器检测到以上控制信号后，启动燃油发动机。其中第3次踩油门踏板的操作，不实际控制燃油发动机转速，即油门踏板行程不对应发动机转速。燃油发动机启动后处于怠速。只有当油门踏板回复到行程0的位置之后，从第4次踩踏油门踏板开始，油门踏板的行程对燃油发动机转速(或者功率输出，或者燃油喷射量)起控制作用。
(2)、弹射起步：弹射起步程序开启后(燃油发动机一直处于工作状态)，在踩住制动踏板的同时，踩踏油门踏板，燃油发动机处于与油门踏板行程相对应的转速，但是燃油发动机和电机均处于与汽车行走***(动力传输)断开的状态，即离合器处于分离的状态；电机处于断电状态(非工作状态)。当制动踏板松开时，汽车同时获得电机和燃油发动机输出的较大的驱动力，这个驱动力的大小与油门踏板的行程位置相关联。当油门踏板被踩到底的时候，理论上，汽车同时获得电机和燃油发动机最大的输出动力；实际上，由于汽车控制器的作用，燃油发动机很可能在输出扭矩小于最大扭矩的状态工作，以避免车轮在起步阶段打滑。具体控制方法之一类似于ABS(制动防抱死装置)***，是现有技术。
(3)、弹射起步程序的关闭：在弹射起步程序已经开启的前提下，在踩住制动踏板的同时，连续踩油门踏板3次，每次踩踏油门踏板使得油门踏板的行程从0到5％以上，并且前两次踩踏油门踏板使得油门踏板的行程均不超过50％，连续踩油门踏板3次的合计时间间隔不超过3秒钟。行车电脑通过制动踏板传感器和油门踏板传感器检测到以上控制信号后，关闭燃油发动机。其中第3次踩油门踏板的操作，在控制发动机转速增加到与油门踏板行程5％相对应的转速之后，不再实际控制燃油发动机转速随油门踏板行程变化而变化，而是先控制燃油发动机回复到怠速转速，紧接着，再控制燃油发动机熄火，燃油发动机退出弹射起步程序。汽车退出弹射起步程序。
在弹射起步程序已经开启的前提下，当汽车处于停止状态时，同时燃油发动机处于怠速状态运行时(制动踏板被踩住，或者汽车档位处于停车(泊车、P档)档位，或者汽车档位处于空档时)，关闭汽车电源，则燃油发动机熄火，燃油发动机退出弹射起步程序，汽车退出弹射起步程序。
在汽车电源没有关闭的情况下，汽车退出弹射起步程序之后，按照上面(1)所述步骤操作，汽车将再次启动弹射起步程序，进入弹射起步状态。
(4)、作为优选的方案，弹射起步程序的开启，可以限定在汽车处于前进档位的前提条件下，即汽车处于前进档位时，按照上面(1)所述步骤操作，才可以开启弹射起步程序。这样设计的好处是可以避免倒车操作也可能处于弹射起步状态。
实施例二，纯燃油发动机汽车，或者纯电动汽车，都可以参照上述控制方法，不需要任何专门的电子开关或者电器开关，实现弹射起步控制。踩住制动踏板，同时踩住油门踏板，当制动踏板松开时，燃油发动机或者电机迅速以油门踏板行程所对应的功率输出动力。当油门踏板被踩到底时，松开制动踏板后，汽车获得燃油发动机或者电机所能够提供的最大动力输出作为起步动力(或者在车轮不打滑前提下的最大动力输出)。
实施例三，超级电容(或者超级电容电池)在电动汽车或者在油电混合动力汽车“弹射起步”过程中的应用。
电力驱动的汽车，利用超级电容(或者超级电容电池)的储电和放电功能，在汽车处于弹射起步状态，并且在实际起步运行阶段，控制超级电容(或者超级电容电池)放电，汽车向电机施加更高的电压(一般为双倍电压)或者释放更大的电流，使得电机在较短时间内能够输出较大的功率(或者输出最大的功率)，实现弹射起步。
油电混合驱动的汽车，也可以利用超级电容(或者超级电容电池)的储电和放电功能，在汽车处于弹射起步状态，并且在实际起步运行阶段，控制超级电容(或者超级电容电池)放电，汽车向电机施加更高的电压或者释放更大的电流，使得电机在较短时间内能够输出较大的功率，单独实现电力驱动的弹射起步(例如，燃油发动机燃料耗尽的时候)；或者实现电力驱动叠加燃油发动机驱动混合动力输出的弹射起步。
一般情况，超级电容(或者超级电容电池)的储电能量能够满足100-200千瓦小时的输出功率，并且满足连续放电5-15秒钟时间，即可以满足作为本申请的电动汽车或者油电混合动力汽车的弹射起步程序的辅助动力电源的要求。
当油门踏板被踩到底时，松开制动踏板后，汽车获得燃油发动机以及(或者)电机所能够提供的最大动力输出作为起步动力。作为电机，在获得电池供电的同时，获得超级电容(或者超级电容电池)供电，输出(有效的)最大功率。

Claims (5)

1.一种利用制动踏板和油门踏板控制汽车弹射起步的方法，利用汽车制动踏板和油门踏板，配合制动踏板传感器和油门踏板传感器，以及行车电脑，作为控制汽车进入弹射起步状态和退出弹射起步状态的开关信号发生装置，该开关信号发生装置通过检测油门踏板和制动踏板的操作，启动或者关闭燃油发动机；
油电混合动力汽车使用以上信号发生装置，进入弹射起步程序后，行车电脑分别控制燃油发动机和电机的扭矩输出，避免扭矩过大导致车轮打滑；
油电混合动力汽车进入弹射起步程序后，燃油发动机启动并一直处于运行状态，发动机被充分预热和处于待命状态，并且发动机转速随油门踏板行程增加而增加；
其中，在弹射起步程序未开启的的情况下，行车电脑配置为利用制动踏板传感器和油门踏板传感器检测是否存在制动踏板被踩住且油门踏板被连续多次踩踏的情况，如果存在，则启动燃油发动机并且启动弹射起步程序，其中，每次油门踏板的行程从0到10％以上；
在弹射起步程序开启的情况下，行车电脑配置为利用制动踏板传感器和油门踏板传感器检测是否存在制动踏板被踩住且油门踏板被连续多次踩踏的情况，如果存在，则关闭弹射起步程序并关闭燃油发动机，其中，每次油门踏板的行程从0到5％以上。
2.根据权利要求1所述的控制汽车弹射起步的方法，燃油发动机汽车利用汽车制动踏板和油门踏板，配合制动踏板传感器和油门踏板传感器，以及行车电脑，作为控制汽车进入弹射起步状态和退出弹射起步状态的开关信号发生装置。
3.根据权利要求1所述的控制汽车弹射起步的方法，油电混合动力汽车设置弹射起步开关，作为控制汽车进入弹射起步状态和退出弹射起步状态的开关信号发生装置。
4.根据权利要求1，或者权利要求2，或者权利要求3所述的控制汽车弹射起步的方法的汽车。
5.油电混合驱动的汽车，所述汽车采用如权利要求1所述的方法进行弹射起步，所述汽车还利用超级电容或者超级电容电池的储电和放电功能，在汽车处于弹射起步状态，并且在实际起步运行阶段，控制超级电容或者超级电容电池放电，汽车向电机施加更高的电压或者释放更大的电流，使得电机在较短时间内能够输出较大的功率，或者输出最大功率，实现弹射起步；或者实现电力驱动叠加燃油发动机驱动混合动力输出的汽车弹射起步。
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