行程导向的能量管理管制的制作方法
【专利摘要】本发明公开了行程导向的能量管理管制，运转车辆的发动机、电机和电池使得电池的荷电状态大体下降并在随后车辆已经行驶高于车辆的纯电动行程范围的距离之后近似达到荷电耗尽向荷电维持转变的阈值。
【专利说明】行程导向的能量管理管制
【技术领域】
[0001]本发明涉及插电式混合动力电动车辆中的电能管理。
【背景技术】
[0002]插电式混合动力电动车辆(PHEV)是已有的混合动力电动车辆(HEV)的扩展，具有能量添加灵活性。传统的HEV缓存燃料能量并以电能的形式回收动能以改善总体的车辆系统运转效率。燃料通常是HEV的唯一能量源。PHEV使用比标准HEV更大容量的电池组，并且PHEV具有两个能量源(燃料和来自电力网的电力)。燃料通常更贵但是当行驶时由于现有的基础设施使得容易获取。电力不太贵但是受电池容量和电荷状态限制。这个额外的能量提供源增加控制系统策略的复杂性。控制系统可以使PHEV偏向电力推进以增加燃料效率。
[0003]PHEV的能量经济性源于PHEV系统设计、扩展的能量存储系统和PHEV能量管理控制策略。PHEV的能量管理控制(EMC)策略与HEV的大体相似，主要目标是最小化能量运转成本和排放而不损害车辆驾驶性能和系统约束。标准的EMC策略传统上设计为在下一个插电再充电事件之前以电动驱动(EV)模式运转PHEV或以混合运转模式最大化电池电力输出。添加的电能能源以及其更加频繁的再充电期望增加了 PHEV能量管理问题的复杂性从而使解决方案更加具有挑战、复杂。
【发明内容】
[0004]插电式混合动力电动车辆可以包括发动机、电机、电池以及至少一个控制器。至少一个控制器可以运转发动机和电机使得在车辆已经行驶高于车辆的纯电动行程范围的距离之后电池的荷电状态近似达到电量耗尽向电量持续(charge-depletion-to-charge-sustaining)转变的阈值。
[0005]根据本发明的一个实施例，多个部分定义为高于车辆的纯电动行程范围的距离。
[0006]根据本发明的一个实施例，至少一个控制器进一步配置用于起动或停止发动机使得在路线的终点附近而不是终点附近之前荷电状态近似达到阈值。
[0007]根据本发明的一个实施例，每个指定比率基于对应于路线的一部分的至少一个特征。
[0008]根据本发明的一个实施例，至少一个特征包括道路坡度、标示的速度、交通、一周中的某天或一天中的时间。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1是行程导向的能量管理控制系统的框图；
[0010]图2a说明现有技术中在标准的插电混合动力控制策略中荷电状态随行程怎样改变的不例图表；
[0011]图2b说明在使用相对于再充电循环行驶距离构建的线性SOC模型(profile)控制的插电混合动力系统中荷电状态随行程距离怎样改变的示例图表；
[0012]图2c说明在使用相对于再充电循环行驶距离构建的多项式SOC模型控制的插电混合动力系统中荷电状态随行程距离怎样改变的示例图表；
[0013]图2d说明在使用相对于再充电循环行驶距离构建的逐段线性荷电耗尽SOC模型以及连续计算的荷电耗尽SOC模型控制的插电混合动力系统中荷电状态随行程距离怎样改变的示例图表；
[0014]图3是一种不例插电混合动力的动力传动系统配置的不意图；
[0015]图4a说明现有技术中与用于PHEV的发动机转速相对于发动机扭矩相关的示例发动机效率图；
[0016]图4b说明与用于PHEV的发动机转速相对于发动机扭矩相关的另一个示例发动机效率图；
[0017]图5是动力来源分配优化流程框图；
[0018]图6根据车速和车轮处需求动力说明电池电力，车轮处需求动力根据燃料消耗速率与相关于电池SOC的电力消耗速率的能量消耗比率确定；
[0019]图7是能量管理策略流程图；以及
[0020]图8说明根据车辆动力相对于车速的最佳发动机转速的图。
【具体实施方式】
[0021]根据需要，本说明书中公开了本发明具体的实施例；然而，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。
[0022]PHEV能量优化具有多个不同途径；该发明中将讨论一些不同的途径。这些方法中的一者应用动态规划(DP)基于详细的行程资料确定最佳动力传动系统运转状态以及燃料和电力之间的能量消耗分配。由于其非因果(non-causal)的特点以及繁重的计算负荷，所以通常在能探究并优化能量经济性潜能的线下评估基于DP的PHEV能量管理控制策略。从DP控制程序获取的见解可以充当包括基于规则的控制设计和校准的多个替代方法的准则。已经存在比较电力-中心(electric-centric)荷电耗尽混合动力车辆控制策略和近似最佳的动态规划优化的控制策略的表现的研究。另一种途径利用在线/实时可执行的PHEV能量管理控制规则。一种方法是等效消耗最小化策略(ECMS)。该策略利用瞬时等效燃料消耗的原理。理论上基于Pontryagin的最小值原理,该方法提供标准使得可以朝全局最优化目标同时评估燃料能量消耗和电池电力能量消耗。存在一些已知的策略，比如将实时行驶循环信息集成进ECMS控制设置点的调节的适应性ECMS控制策略以及基于随机优化控制的PHEV能量管理策略。这些基于DP并且可以使用一个特定行程的详细行程资料实现优化的能量管理程序。然而，该结果不能在线应用到现实世界的行驶循环。上述可执行的能量管理方法假设没有行程预知或仅仅短范围的预览信息。结果是它们在控制上的优化仅对普通的驾驶员使用和行驶模型有效。
[0023]基于优化控制理论，本发明涉及包括基于可扩展的(scalable)行程预知优化特定行程的PHEV能量经济性的行程导向的能量管理控制(TEMC)策略。TEMC策略通过提供能使用有限的可用行程信息优化PHEV能量管理的系统控制构架而覆盖基于DP和规则的方法之间的缺口。可以在两个优化层面上解决行程导向的能量管理问题。在较高层面(即行程域优化)处，执行全局能量使用/消耗优化使得基于可扩展的行程预知和能量存储状态预先计划电池电能和燃料使用。产生最佳的电池荷电状态(SOC)耗尽/使用模型。行程域SOC模型用作为PHEV在线能量管理控制的前馈准则以相对于给定的行驶计划朝向全局能量经济性改善。然后，通过反馈控制机构自适应在线搜索特定行程最佳燃料消耗与电力耗尽比率的索引，使得总体控制的能量消耗程序近似地实现预先计划的最佳程序。在车辆系统层面，针对特定PHEV相对于车辆状态、系统约束和行程域能量消耗比率索引优化地解决最高效的PHEV系统动力分离状态和动力来源状态。
[0024]可能希望具有依赖于关于驾驶员的能量使用模式和驾驶模式的资料的优化解决方案。然而，该数据并不是总是可以获取的。PHEV能量管理优化目标的一个目的可以是通过最小化的运转功耗来优化系统效率。还可能希望找到同时优化系统运转和能量消耗的驾驶员使用导向的解决方案。本说明书中的特定示例集中在行程域反馈控制和车辆域系统优化。本发明中使用的电池SOC模型的产生讨论最小水平的行程预知是直到下一次充电的行程距离，但是SOC模型不限于行程距离并且可以包括其它行程特征(比如路线特征、实时数据、驾驶员特征或期望的驾驶员行为)。路线特征包括但不限于地图信息比如道路类型(高速路、城市路等)、标示的速度限制以及道路坡度，该坡度是在海拔上的方向改变。实时数据包括但不限于交通、施工、事故、气候和车道关闭。驾驶员特征包括但不限于历史的驾驶员模型、通勤是否基于一周中的某天和一天中的某个时间的确定。驾驶员希望的行为包括但不限于驾驶员输入(性能、经济性、城市等)或驾驶员需求。集成行程距离信息的PHEV能量管理策略通过允许延展尺度的系统优化范围而能实现更好的燃料经济性。
[0025]图1示意地显示了行程导向的能量管理控制系统。动力传动系统控制(PCM)框100基于基本的动力传动系统模型，比如:
【权利要求】
1.一种插电式混合动力电动车辆，包含: 发动机； 具有扭矩极限的电机； 具有荷电耗尽向荷电维持转变阈值的电池，并且在行程的开始初始荷电状态高于所述阈值；以及 至少一个控制器，配置用于在所述行程期间运转所述发动机和电机使得所述车辆已经行驶高于指定距离的距离之后所述电池的荷电状态近似达到所述阈值，其中所述指定距离是当总扭矩需求保持小于或等于所述扭矩极限时所述车辆单独通过所述电机驱动直到所述荷电状态近似达到所述阈值的总距离。
2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步配置用于运转所述发动机和电机使得在所述行程的所述终点附近而不是所述终点附近之前所述荷电状态近似达到所述阈值。
3.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步配置用于当所述车辆当前行驶高于所述指定距离的距离时以荷电耗尽模式运转所述电机和电池。
4.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述至少一个控制器进一步配置用于根据用于所述发动机的燃料消耗速率与用于所述电机的能量消耗速率的多个指定比率运转所述发动机和电机使得所述车辆已经行驶高于所述指定距离的所述距离之后所述荷电状态近似达到所述阈值，并且其中所述指定比率对应于所述行程的多个部分。
5.根据权利要求4所述的车辆，其特征在于，所述指定比率中的每者基于所述行程的所述对应部分的至少一个特征。`
6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述至少一个特征包括道路类型、道路坡度、标示的速度、交通、一周中的某天或一天中的时间。
7.一种用于控制具有纯电动行程范围的车辆的方法，包含: 基于发动机燃料消耗速率与电机能量消耗速率的多个指定比率运转发动机和电机使得电池的荷电状态大体上下降并且随后在所述车辆已经行驶高于所述纯电动行程范围的距离之后近似达到荷电耗尽向荷电维持转变的阈值。
8.根据权利要求7所述的方法，进一步包含运转所述发动机和电机使得在所述车辆的路线的所述终点附近而不是所述终点附近之前所述荷电状态近似达到所述阈值。
9.一种车辆，包含: 发动机； 电机； 电池；以及 至少一个控制器，配置用于针对路线的多个部分中的每者根据用于所述发动机的燃料消耗速率与用于所述电机的能量消耗速率的指定比率起动或停止所述发动机使得所述电池的荷电状态大体上以希望的速率下降直到所述荷电状态达到荷电耗尽向荷电维持转变的阈值、并且响应于所述荷电状态达到阈值而运转所述发动机以在路线的剩余部分保持所述荷电状态近似为所述阈值。
10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，所述多个部分定义为高于总距离的距离，所述总距离是当总扭矩需求保持小于或等于所述电机的扭矩极限时车辆单独通过所述电机驱动直到所述荷电状`态近似达到所述阈值的距离。
【文档编号】B60W10/06GK103863084SQ201310676205
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2012年12月11日
【发明者】于海, 邝明朗, 瑞恩·亚伯拉罕·麦吉 申请人:福特全球技术公司