專利名稱：混合動(dòng)力源分配管理的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其用于混合電動(dòng)車輛(HEV)的車輛推進(jìn)系統(tǒng)和方法。
目前，用于確定各種能源對(duì)車輛推進(jìn)的作用和/或何時(shí)產(chǎn)生電能(有時(shí)稱為“再生”充電，其中過剩的車輛或內(nèi)燃機(jī)能量被轉(zhuǎn)化為電能)的已知控制系統(tǒng)非常簡單。目前，與HEV相關(guān)的主要優(yōu)點(diǎn)是減少的燃料消耗和排放，例如，Horwinski的美國專利4,042,056公開了一種裝置，其中推進(jìn)模式之間的轉(zhuǎn)換是基于使用者踩下加速裝置的情況和/或電池充電狀態(tài)而確定的。
在Paice公司的WO 00/15455中描述了一種更為成熟的設(shè)置。根據(jù)該公開，一微處理器監(jiān)測駕駛員的輸入并尤其是加速裝置或節(jié)氣門的接合，并考慮車輛的瞬時(shí)轉(zhuǎn)矩需求、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩輸出和基于一組內(nèi)置固定規(guī)則和設(shè)定點(diǎn)例如查詢表的電池充電情況，從而改變能源的貢獻(xiàn)。此外，該微處理器可以監(jiān)測過去的運(yùn)行情況并因此改變隨后的操作。與此相適應(yīng)，該系統(tǒng)包括一種廢氣催化轉(zhuǎn)化器的智能管理以減少排放。
該已知系統(tǒng)依靠一種基于規(guī)則的策略，它應(yīng)用一系列選定的規(guī)則來保持車輛部件在其能力之內(nèi)，或一種基于通過使發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī)在最佳效率點(diǎn)工作而最大化系統(tǒng)中的效率的策略。該已知的解決方案基于瞬時(shí)燃料消耗的最小化或能量效率的最大化。
因此，效率基于一系列因素而確定，并且，實(shí)現(xiàn)了一種柔性智能控制系統(tǒng)。
該能量輸入可包括例如一種化學(xué)能源(例如燃料)、或機(jī)械能源、或例如一種可再充電電池的電能源之中的一或多種；能量轉(zhuǎn)化器可以包括例如內(nèi)燃機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池中的至少一種；可接收能量并隨后將能量返回到系統(tǒng)的能量存儲(chǔ)裝置可包括例如可再充電的電池、電容器、熱存儲(chǔ)裝置或飛輪中的至少一種。
優(yōu)選地，該混合動(dòng)力系統(tǒng)包括一種車輛推進(jìn)系統(tǒng)。能量變換器可包括一種能量從該系統(tǒng)損耗的裝置，例如車輛驅(qū)動(dòng)負(fù)載、電氣負(fù)載、空調(diào)負(fù)載、電動(dòng)行駛負(fù)載或柴油機(jī)微粒收集器(trap)再生負(fù)載或其它電氣或機(jī)械負(fù)載中的至少一種。
與例如以最小燃料消耗達(dá)到最大動(dòng)力而實(shí)現(xiàn)效率最大化的已知系統(tǒng)相反，根據(jù)本發(fā)明的成本函數(shù)考慮到包括駕駛員引起的和例如大氣排放量、地形影響、城市環(huán)境等環(huán)境因素在內(nèi)的車輛總體操作狀況。操作車輛以獲得瞬時(shí)或?qū)嶋H上將來車輛位置處的最大收益的成本可超越對(duì)瞬時(shí)效率的需求。例如，可以限制該車輛的最大動(dòng)力，或者該車輛可以在一種更高的燃料消耗狀態(tài)下操作，以獲得有益于城市用途的排放或DPF再生策略。當(dāng)通過車輛噪音必須減少的環(huán)境時(shí)，該車輛可在增加的電池動(dòng)力下操作并具有一種改變的排氣記錄。
該成本函數(shù)可以是該參數(shù)的連續(xù)的或基本上連續(xù)的函數(shù)。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了如在任何一項(xiàng)權(quán)利要求中所述的一種在混合動(dòng)力系統(tǒng)中管理動(dòng)力分配的方法，它包括作為該動(dòng)力系統(tǒng)的操作參數(shù)的函數(shù)評(píng)估一個(gè)動(dòng)力分配方案的總體成本，并在一個(gè)最佳總成本水平選擇動(dòng)力分配方案的步驟。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種用于控制混合動(dòng)力源的控制系統(tǒng)，該混合動(dòng)力源具有不同類型的第一和第二動(dòng)力單元，至少一個(gè)上述單元可由另一單元再充電，該控制系統(tǒng)根據(jù)表示燃料消耗、尾氣排放、振動(dòng)、駕駛室噪音，外部噪音、生硬性(harshness)或負(fù)載的一個(gè)或多個(gè)控制值，控制上述可再充電動(dòng)力單元的操作和再充電。
當(dāng)控制值超過一個(gè)收益限制值時(shí)，該控制系統(tǒng)優(yōu)選地控制上述可再充電能量存儲(chǔ)器放電，并且，當(dāng)該控制值低于一個(gè)成本限制值時(shí)，該控制系統(tǒng)優(yōu)選地控制上述可再充電能量存儲(chǔ)器再充電；該收益限制值最好是該成本限制值的函數(shù)。
該控制值可以與一個(gè)預(yù)定收益或成本值比較，或者該控制系統(tǒng)可以接收瞬時(shí)外部和/或內(nèi)部數(shù)據(jù)，并且該控制值可以與一個(gè)基于上述外部和/或內(nèi)部數(shù)據(jù)確定的收益或成本值相比較。例如，該外部數(shù)據(jù)可以為地理數(shù)據(jù)，而內(nèi)部數(shù)據(jù)可以為一個(gè)電池充電水平或輔助電氣裝置需求。該成本限制值可以基于一個(gè)由上述外部或內(nèi)部數(shù)據(jù)而得出的預(yù)測的未來動(dòng)力源負(fù)載。
在一個(gè)實(shí)施例中，上述可再充電單元包括一個(gè)電池組，一個(gè)動(dòng)力單元包括一個(gè)電機(jī)，并且，上述其它動(dòng)力單元包括一個(gè)內(nèi)燃機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種控制混合動(dòng)力源的方法，該混合動(dòng)力源具有不同類型的第一和第二動(dòng)力單元，至少一個(gè)上述單元具有可由上述另一單元再充電的能量存儲(chǔ)器，上述方法包括以下步驟，即，在操作相對(duì)燃料消耗、或尾氣排放、或振動(dòng)、或噪音、或生硬性或負(fù)載之中的至少一個(gè)將實(shí)現(xiàn)一個(gè)凈收益時(shí)，操作上述可再充電的能量存儲(chǔ)器，及當(dāng)與燃料消耗、或尾氣排放、或振動(dòng)、或噪音、或生硬性、或加速度、或可驅(qū)動(dòng)性之中的至少一個(gè)相比較再充電達(dá)到該成本限制值時(shí)，向上述可再充電的能量存儲(chǔ)器再充電。
根據(jù)本發(fā)明，還提供了一種校準(zhǔn)混合動(dòng)力控制系統(tǒng)的方法，該控制系統(tǒng)具有一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，而該混合動(dòng)力源包括不同類型的第一和第二動(dòng)力單元，至少一個(gè)上述單元可由上述另一單元再充電，并且其中動(dòng)力源通過在變化的負(fù)載下的多個(gè)循環(huán)被提供動(dòng)力，燃料消耗、或尾氣排放、或振動(dòng)、或噪音、或生硬性中的至少一個(gè)控制參數(shù)被記錄并存儲(chǔ)在上述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，并且針對(duì)各個(gè)動(dòng)力源負(fù)載得出一個(gè)可再充電單元操作收益和再充電成本值，作為所記錄的控制參數(shù)的函數(shù)，存儲(chǔ)在上述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。結(jié)果，成本/收益限制值可以在車輛中瞬時(shí)得出。
本發(fā)明還提供了一種存儲(chǔ)用于實(shí)施上述系統(tǒng)和/或方法的程序的計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，一個(gè)被配置成執(zhí)行指令以實(shí)施上述系統(tǒng)和方法的處理器，一個(gè)包括不同類型的第一和第二動(dòng)力單元的混合動(dòng)力源，至少一個(gè)上述單元可由上述另一單元再充電，一個(gè)如上所述的控制系統(tǒng)，和一個(gè)包括這樣一種混合動(dòng)力源的車輛。
圖3b示出了用于圖3a的驅(qū)動(dòng)循環(huán)的成本-動(dòng)力-時(shí)間的表面；圖3c示出一個(gè)可選擇的驅(qū)動(dòng)循環(huán)；圖3d示出了用于圖3c的驅(qū)動(dòng)循環(huán)的成本-動(dòng)力-時(shí)間的表面；圖4是一個(gè)流程圖，示出了校準(zhǔn)程序；和圖5示出了根據(jù)本發(fā)明與一個(gè)外部信息源連通的車輛。
優(yōu)選實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明將參照一個(gè)與HEV有關(guān)的優(yōu)選實(shí)施進(jìn)行說明。本領(lǐng)域的技術(shù)人員熟悉HEV的能源/存儲(chǔ)和傳動(dòng)系統(tǒng)以及它們與一個(gè)控制系統(tǒng)的通用界面，從而在此不進(jìn)行這些方面的具體說明。
控制系統(tǒng)控制一個(gè)具有至少兩個(gè)能量轉(zhuǎn)化器的混合動(dòng)力源，在本實(shí)施例中，能量轉(zhuǎn)化器包括一個(gè)電機(jī)(電動(dòng)機(jī)/發(fā)電機(jī))和IC發(fā)動(dòng)機(jī)，并且至少一個(gè)能量存儲(chǔ)器包括一個(gè)可再充電電池。它們可以被視為兩個(gè)動(dòng)力單元。對(duì)有效地用于HEV的控制系統(tǒng)的輸入包括駕駛員針對(duì)車輛性能的一方面的需求，例如尤其是加速或制動(dòng)。然而，需求還可以由可視為附加能量變換器，例如一個(gè)空調(diào)單元、一臺(tái)柴油機(jī)微粒過濾器或附加輔助單元的其它單元接收。典型地，一個(gè)進(jìn)一步的控制參數(shù)是，該車輛保持能夠?yàn)殡姍C(jī)充電而無需求助于一個(gè)外部充電器，并且該能量存儲(chǔ)器的充電狀態(tài)應(yīng)該保持在一定的限度內(nèi)。然而進(jìn)一步的控制參數(shù)可能是一個(gè)瞬時(shí)因素，例如未預(yù)測到的駕駛員停車。然而，本發(fā)明認(rèn)識(shí)到，在這些約束之內(nèi)，可以實(shí)施一種智能控制系統(tǒng)確定最佳發(fā)電時(shí)間和發(fā)電量，和通過電動(dòng)機(jī)供應(yīng)到驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)分配到其它組件的最佳瞬時(shí)和能量值。
本發(fā)明的控制系統(tǒng)特別考慮到一系列操作條件，包括例如燃料消耗和/或各種HEV動(dòng)力單元的效率、所產(chǎn)生的尾氣排放率、噪音、振動(dòng)、和生硬性(NVH)衡量、可驅(qū)動(dòng)性或加速率，以提供一種稱為“目標(biāo)函數(shù)”的總體參數(shù)。該目標(biāo)函數(shù)，也可視為一種總體系統(tǒng)成本或“特定成本”，可以隨時(shí)間最小化，以優(yōu)化發(fā)電成本和/或通過控制定時(shí)、持續(xù)時(shí)間和發(fā)電/驅(qū)動(dòng)(motoring)的比率而從發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)而獲得的收益?？梢赃x擇該目標(biāo)函數(shù)用于立法需要或者用于客戶需要，正如可以從所考慮的參數(shù)可得知的。
關(guān)鍵的目的在于，應(yīng)該參照目標(biāo)函數(shù)在最廉價(jià)的時(shí)間發(fā)電，并且僅當(dāng)收益大于由于發(fā)電所造成的成本時(shí)，才應(yīng)該用電力驅(qū)動(dòng)，發(fā)電是為了替代已消耗的電力。因此，對(duì)任何一種操作模式的總體系統(tǒng)成本來說，要評(píng)估是否并且何時(shí)應(yīng)該實(shí)施該模式，或基于該總體成本評(píng)價(jià)該模式。
第一個(gè)目的通過總是發(fā)電達(dá)到一個(gè)給定特定成本而實(shí)施。這在圖2中示出，其中該特定成本(z軸)相對(duì)產(chǎn)生動(dòng)力和時(shí)間描出而形成一個(gè)3D表面。一個(gè)最低成本選項(xiàng)依賴于所需產(chǎn)生的能量的量而確定。該能量的總量通過對(duì)一個(gè)給定成本(即z＝常數(shù))的時(shí)間曲線的動(dòng)力積分而獲得。這可以通過增加成本(z)軸的值從0直到x-y(動(dòng)力-時(shí)間)平面中積分的總量等于所需能量的量來實(shí)現(xiàn)。該最低成本就是對(duì)應(yīng)的z值。在z平面與該3-D表面的相交處得出的該曲線表示所產(chǎn)生的動(dòng)力-時(shí)間的最佳變量。圖2可以被直觀地視為表示一個(gè)以x-y平面為水平，z平面為垂直，且水面從z＝0升起在3-D表面的頂部的容積。當(dāng)水表面區(qū)域等于所希望的能量值時(shí)，則確定了相關(guān)成本，并且最佳發(fā)電-時(shí)間曲線在水和3-D表面的邊界處形成。在圖2所示的例子中，一個(gè)第一較小表面區(qū)域表示在成本z＝c1處實(shí)現(xiàn)1kJ的能量，而在成本z＝c2處實(shí)現(xiàn)一個(gè)2kJ的較高的所產(chǎn)生的能量值。
參照?qǐng)D3a至3d，可以理解本發(fā)明在發(fā)電模式的操作。圖3a表示確定用于歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)的一輛車的排放測試循環(huán)的示例性驅(qū)動(dòng)循環(huán)的一部分，其中，在一個(gè)30秒的循環(huán)中，靜止大約12秒，以一個(gè)恒定的速率加速在大約16秒處達(dá)到一個(gè)恒定的速度15km/小時(shí)，然后在大約24秒處以一個(gè)恒定的速率減速到在大約29秒處的靜止?fàn)顟B(tài)。
隨驅(qū)動(dòng)循環(huán)進(jìn)展，該控制系統(tǒng)有效地計(jì)算并查詢一系列特定成本-產(chǎn)生動(dòng)力的2-D曲線，以評(píng)估就操作的“特定成本”而言發(fā)電的最佳方案。優(yōu)選地，用于產(chǎn)生這些曲線的相關(guān)數(shù)據(jù)是從校準(zhǔn)結(jié)果而導(dǎo)出的，校準(zhǔn)結(jié)果是通過在試驗(yàn)臺(tái)上運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)并監(jiān)測例如用于該發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和速度的校準(zhǔn)范圍的排放和燃料消耗而獲得的。這些2-D曲線的歷史可以表示為圖3b所示的3-D表面，它表示一個(gè)在三個(gè)軸上標(biāo)繪的圖獲得的三維表面，x軸表示30秒的時(shí)間間隔，y軸表示以瓦為單位測量的發(fā)電率，z軸表示“特定成本”，表示該目標(biāo)函數(shù)，全部用于所示的驅(qū)動(dòng)循環(huán)。
從圖3b可以看出，當(dāng)車輛處于靜止和已處于其經(jīng)濟(jì)速度時(shí)，可以以低成本獲得一個(gè)數(shù)十瓦數(shù)量級(jí)的低的能量產(chǎn)生量。此外，可以在車輛制動(dòng)的時(shí)候?qū)崿F(xiàn)低成本發(fā)電，因?yàn)檐囕v的一些動(dòng)能可以直接用于發(fā)電，即所謂的“再生性制動(dòng)”。另一方面，對(duì)于一個(gè)驅(qū)動(dòng)循環(huán)中的固定點(diǎn)，例如當(dāng)車輛靜止時(shí)，產(chǎn)生電能的成本隨著發(fā)電率的升高而升高。通常，當(dāng)車輛加速時(shí)成本特別地高，因?yàn)榘l(fā)電僅是一個(gè)進(jìn)一步的動(dòng)力負(fù)擔(dān)，但在另一方面，在即使是高發(fā)電率時(shí)高電能的產(chǎn)生也可以在再生性制動(dòng)時(shí)以低成本實(shí)現(xiàn)。結(jié)果，當(dāng)車輛處于一個(gè)特定發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和速度時(shí)，發(fā)電成本可以從校準(zhǔn)值得出，并且，如下文中更具體的說明，可以與一個(gè)成本限制值比較以評(píng)估是否應(yīng)該進(jìn)行發(fā)電。如下文中更具體地說明的，當(dāng)可以例如從實(shí)時(shí)外部數(shù)據(jù)預(yù)測一個(gè)即將來臨的驅(qū)動(dòng)循環(huán)時(shí)，該方案在最佳能量管理中特別地有用。圖3d示出了為圖3c中所示驅(qū)動(dòng)循環(huán)所建立的對(duì)應(yīng)的3D曲線。
利用圖4中的流程圖示出了一個(gè)如何校準(zhǔn)，即調(diào)整用于典型驅(qū)動(dòng)類型的控制策略內(nèi)的參數(shù)的例子。在步驟30，成本值被設(shè)置在一個(gè)較低水平z＝c0，并且輸入一個(gè)所希望的產(chǎn)生能量值E1。在步驟32，生成的動(dòng)力曲線Pgen對(duì)時(shí)間積分。如果積分值大于或等于能量輸入值E1，則成本值為在步驟34中使用的值z。然而，如果未達(dá)到所希望的存儲(chǔ)值，則值z增加一個(gè)小的值Δc，并且該過程重復(fù)直到獲得所希望的產(chǎn)生能量值。
在上述實(shí)施例中，“特定成本”值被表示為一個(gè)絕對(duì)值。在該優(yōu)選實(shí)施例中，成本代表一個(gè)目標(biāo)函數(shù)，通過一個(gè)例如燃料消耗(燃料消耗越高成本越高)和尾氣排放(同樣，排放量越高成本越高)的組合，將一系列參數(shù)的度量組合到一個(gè)單一值。當(dāng)然，最好將這些變量歸一化，并可以算術(shù)地或者是通過一個(gè)更復(fù)雜的函數(shù)以任何適當(dāng)?shù)姆绞浇M合，以達(dá)到一個(gè)表示成本的值。結(jié)果，對(duì)于一個(gè)給定的狀態(tài)(例如以一個(gè)給定的速率和一個(gè)給定的瞬時(shí)速度加速)，該車輛將根據(jù)由于產(chǎn)生所需的動(dòng)力而造成的燃料消耗和排放在一個(gè)給定的成本水平操作。
余下的控制標(biāo)準(zhǔn)是何時(shí)并且以多大的動(dòng)力用電動(dòng)電動(dòng)機(jī)輔助或代替內(nèi)燃機(jī)。作為一個(gè)基本的例子，如果在加速時(shí)用電動(dòng)機(jī)輔助內(nèi)燃機(jī)，則這將減少燃料消耗以及一些排放物的種類。因此，用電動(dòng)機(jī)輔助的策略在于，它應(yīng)該在由電動(dòng)機(jī)輔助而獲得的收益(燃料消耗和排放的減少)超過發(fā)電的成本(燃料消耗和排放的增加)時(shí)使用。這通過具有一個(gè)可以作為成本限制值的函數(shù)的第二限制值，即收益值而實(shí)施。當(dāng)收益超過收益限制值時(shí)，使用電動(dòng)機(jī)來輔助或代替內(nèi)燃機(jī)。
因此，在使用中，控制系統(tǒng)將瞬時(shí)估計(jì)分別由于發(fā)電和驅(qū)動(dòng)而造成的成本和收益。這些將與成本和收益限制值比較以確定發(fā)電和驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。
可以設(shè)置這些限制值用于一個(gè)典型的驅(qū)動(dòng)方式，或者留作一種自適應(yīng)限制值，它能在例如電池充電狀態(tài)開始下降以至發(fā)電的需要變得更緊急時(shí)改變。
在一個(gè)可選的實(shí)施例中，該系統(tǒng)依賴于外部影響而瞬時(shí)設(shè)置成本和收益水平或適應(yīng)驅(qū)動(dòng)方式或車輛使用歷史的變化。該外部影響的例子為偶而使用一種高動(dòng)力輔助裝置，例如一空調(diào)單元，或在柴油機(jī)中的微粒收集器發(fā)電系統(tǒng)，或如下所述的地理輸入。
地理輸入可以如圖5所示實(shí)施。車輛包括一個(gè)控制系統(tǒng)22，該控制系統(tǒng)控制動(dòng)力和傳動(dòng)系統(tǒng)，并包括一個(gè)動(dòng)力分配管理器用于車輛中的動(dòng)力分配。此外，控制器22通過與一個(gè)外部發(fā)射器70通信接收或得出關(guān)于外部環(huán)境的進(jìn)一步的數(shù)據(jù)。該外部發(fā)射器70可以為一個(gè)GPS衛(wèi)星，一個(gè)無線電或無線接入?yún)f(xié)議發(fā)射器或任何其它適當(dāng)形式的發(fā)射器。因此，由控制系統(tǒng)22得出的信息可以是車輛的瞬時(shí)地理位置或一個(gè)即將出現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)條件、環(huán)境排放監(jiān)測、道路位置和時(shí)間的預(yù)報(bào)。例如控制系統(tǒng)可以從GPS得出其瞬時(shí)地理位置，并在此基礎(chǔ)上確立它在一個(gè)城市或車輛聚集的區(qū)域，其結(jié)果是應(yīng)該減少排放。在此基礎(chǔ)上，電動(dòng)機(jī)操作的成本和收益水平應(yīng)當(dāng)改變，以使得更多地使用電動(dòng)機(jī)，并且存儲(chǔ)的能量(例如電池充電狀態(tài))降低一段時(shí)間?？蛇x地，該控制系統(tǒng)可以得出下一個(gè)，例如，十英里的驅(qū)動(dòng)條件，并在此基礎(chǔ)上執(zhí)行一個(gè)在該時(shí)間車輛負(fù)擔(dān)的預(yù)測分析。結(jié)果，它可以例如改變成本和/或收益水平以利用未來?xiàng)l件。然而，如果電池的充電足夠低，該成本限制值可以被提高，以使得更早地發(fā)電，即使存在將來以較低成本的操作期間?？蛇x地，知道該未來路徑可以使得車輛以最大動(dòng)力和電池充電能力操作，但排放增加，例如在一段鄉(xiāng)村道路上，使得可以進(jìn)行在城市環(huán)境的限制排放下百分之百的電池操作。
因此，可以看出，圖5中所示意的系統(tǒng)可以與參照?qǐng)D2至圖4所描述的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和收益/成本評(píng)估系統(tǒng)結(jié)合，以達(dá)到一種提供最佳驅(qū)動(dòng)/發(fā)電的配置。
該系統(tǒng)還可以考慮駕駛員的駕駛方式。這可以通過為駕駛員提供適當(dāng)?shù)念A(yù)定選項(xiàng)例如“正?！?、“跑車”、“經(jīng)濟(jì)”和連續(xù)區(qū)而實(shí)現(xiàn)。在各種情況下，根據(jù)一個(gè)適當(dāng)?shù)念A(yù)定函數(shù)得出系統(tǒng)的成本/收益。可選地，該駕駛員風(fēng)格可以作為一種由本發(fā)明提供的智能系統(tǒng)的延伸而被學(xué)習(xí)。例如，很慢地駕駛的駕駛員的成本和收益限制值將不同于一個(gè)很好斗地，例如達(dá)到在每一檔位的高轉(zhuǎn)數(shù)，駕駛的駕駛員。該系統(tǒng)可以檢測此類行為方式并在評(píng)估成本/收益設(shè)計(jì)時(shí)影響它們。該系統(tǒng)可以為不同的使用者存儲(chǔ)駕駛風(fēng)格，使用者可以一種適當(dāng)?shù)囊阎绞剑缤ㄟ^具有獨(dú)立的可程控識(shí)別鍵，識(shí)別自已。
現(xiàn)在參照電驅(qū)動(dòng)空調(diào)討論如何考慮作一種偶爾使用的已知高動(dòng)力輔助器的操作的例子。設(shè)想在酷熱天氣下一輛車開始一段行程。駕駛員開啟空調(diào)，增加了車輛的電氣負(fù)載?？刂破髟黾佑糜诎l(fā)電的成本限制值以一個(gè)量，在一個(gè)典型驅(qū)動(dòng)方式過程中將產(chǎn)生足夠的電能，以允許空調(diào)運(yùn)行。該成本限制值的增加可以作為附加動(dòng)力需求的函數(shù)校準(zhǔn)。
DPF(柴油機(jī)微粒過濾器)是一種需要定期清潔的裝置，這可以通過使用一種高功率電加熱器實(shí)現(xiàn)。將由于使用該電熱器清潔而造成的成本與由于加載DPF造成的背壓而導(dǎo)致的發(fā)動(dòng)機(jī)上增加的負(fù)載相比較。該目標(biāo)函數(shù)可以用于選擇一個(gè)最佳時(shí)間以清潔DPF。一旦已決定清潔DPF，附加的發(fā)電動(dòng)力可以通過成本和收益限制值增加到動(dòng)力計(jì)算。對(duì)于短期高動(dòng)力電負(fù)載這是一種特殊的方法。
作為一個(gè)進(jìn)一步的例子，在當(dāng)前的動(dòng)力傳動(dòng)系和處理后的模型中，催化控制增加10-15％的CO2排放，而排放標(biāo)準(zhǔn)被設(shè)計(jì)成維護(hù)城市空氣質(zhì)量。然而，對(duì)城市和鄉(xiāng)村駕駛而言，不可接受的排放水平可以典型地具有5％-15％的不同，并且一個(gè)因位置而異的可接受排放水平可以視為一個(gè)形成該目標(biāo)函數(shù)的進(jìn)一步參數(shù)的環(huán)境成本。參照?qǐng)D5中所述的系統(tǒng)，車輛控制系統(tǒng)22可以接收一個(gè)來自遠(yuǎn)程站70的與環(huán)境成本有關(guān)的排放優(yōu)先水平設(shè)置，和傳送到車輛的排放物種類加權(quán)(weighting)。這可以例如依賴于車輛是否與鄉(xiāng)村駕駛、城市駕駛或高速公路駕駛有關(guān)，并且車輛位置可以通過GPS(全球定位衛(wèi)星)或者僅依賴于來自對(duì)該局部適當(dāng)?shù)倪h(yuǎn)程站的信號(hào)廣播而確定。結(jié)果，控制系統(tǒng)22可以因此而控制排氣管排放。因此，例如，在城市可以比在農(nóng)村更經(jīng)常地使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
可以考慮為該目標(biāo)函數(shù)因素的進(jìn)一步的方面是主觀噪音、振動(dòng)、生硬性(NVH)等級(jí)，例如作為發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載和發(fā)動(dòng)機(jī)速度的函數(shù)，結(jié)果，這將是控制系統(tǒng)評(píng)估采用哪一種方式時(shí)一個(gè)要考慮的進(jìn)一步參數(shù)。
然而，可以通過控制系統(tǒng)控制的進(jìn)一步的因素是混合發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)/停止。特別是，如果可以預(yù)測停止的期間，則可以評(píng)估啟動(dòng)的成本。如果它小于停止的收益(同樣與每一選項(xiàng)的總體成本相比較)，則發(fā)動(dòng)機(jī)可以停止。所預(yù)測的期間可以依賴于，例如可從一個(gè)遠(yuǎn)程站獲得的交通隊(duì)列中車輛位置的指示。如果車輛靠近隊(duì)列的前面，則，例如由于停止發(fā)動(dòng)機(jī)所實(shí)現(xiàn)的燃料和排放的節(jié)省成本會(huì)被如果發(fā)動(dòng)機(jī)在被停止后不久啟動(dòng)而提高的燃料消耗和排放水平而超過。進(jìn)一步的考慮可能是DPF需求。例如在交通擁擠時(shí)，GPS可能會(huì)注意到交通信息，并且車輛的車載系統(tǒng)會(huì)注意到DPF將需要發(fā)電。在此，例如擁擠而緩慢的移動(dòng)車流中，由于低速或怠速時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)加載，尾氣溫度是低的，駕駛室溫度也可能是低的。因此該系統(tǒng)可以作出決定，以施加一個(gè)交通中的停止啟動(dòng)狀態(tài)，因?yàn)殛P(guān)閉成本和重新啟動(dòng)為電池充電以帶動(dòng)DPF加熱器的成本是過大的。
因此，可以看出，本發(fā)明提供一種系統(tǒng)和方法，其中在最小化總體成本以進(jìn)行一段行程為目標(biāo)下管理車輛的基本組件。該總體成本是一個(gè)可以包括對(duì)駕駛員的成本(NVH，燃料消耗)，和對(duì)環(huán)境的成本(排放，NVH)的目標(biāo)函數(shù)。本發(fā)明可以涉及包括至少兩種動(dòng)力單元和至少一個(gè)可再充電能量存儲(chǔ)器的混合車輛，但可以延伸到其它動(dòng)力系統(tǒng)。本發(fā)明可以在一個(gè)控制器中實(shí)現(xiàn)，該控制器根據(jù)目標(biāo)函數(shù)成本與成本和收益限制值的比較，瞬時(shí)管理在一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)器和能量轉(zhuǎn)化器之間動(dòng)力單元中的能量流?？紤]到駕駛員的風(fēng)格、高動(dòng)力輔助器的瞬時(shí)需求，或電池或其它能量存儲(chǔ)器充電水平，該成本和收益限制值可以變化。
應(yīng)該知道，該混合車輛可以是汽車、客車、卡車等之中的任何一種?？刂葡到y(tǒng)可以通過例如軟件或硬件的任何適當(dāng)方式實(shí)施，例如可以以與車輛電子裝置和現(xiàn)有HEV控制連接的插板的形式實(shí)施。此處所討論的推進(jìn)單元分別是一種內(nèi)燃機(jī)和電動(dòng)機(jī)，但應(yīng)該知道，可以引入任何適當(dāng)?shù)耐七M(jìn)單元，并且，可以同樣地引入一個(gè)以上的各種推進(jìn)單元。同樣，能量存儲(chǔ)單元不必為電池，可以例如是一種如飛輪那樣的機(jī)械能存儲(chǔ)單元。還應(yīng)該知道，上述其實(shí)施例或其方面可以進(jìn)行組合并且適當(dāng)?shù)叵嗷ソ粨Q。
權(quán)利要求
1.一種混合動(dòng)力系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括第一和第二能量輸入，第一和第二各自的能量轉(zhuǎn)化器，一個(gè)能量存儲(chǔ)裝置，一個(gè)能量變換器和一個(gè)動(dòng)力分配管理器，其中所述動(dòng)力系統(tǒng)的操作具有一個(gè)相關(guān)總成本，它是所述動(dòng)力系統(tǒng)的操作參數(shù)的函數(shù)，并且，所述動(dòng)力分配管理器將動(dòng)力分配控制在一個(gè)最佳總成本水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的系統(tǒng)，其中所述參數(shù)包括能量輸入消耗、能量接收排放、能量存儲(chǔ)裝置中的存儲(chǔ)水平、振動(dòng)、噪音、生硬性、動(dòng)力分配成本和所述動(dòng)力系統(tǒng)上的負(fù)載中的一個(gè)或多個(gè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的系統(tǒng)，其中所述的能量輸入包括諸如可再充電電池、水力、氣動(dòng)或原子能的化學(xué)、機(jī)械或電能源中的一種或多種。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述能量轉(zhuǎn)化器可以包括發(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池中的至少一種。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中所述能量存儲(chǔ)裝置可包括例如是可再充電電池、電容器、熱存儲(chǔ)裝置或飛輪中的至少一種。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，包括一個(gè)車輛推進(jìn)系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的系統(tǒng)，其中能量變換器包括車輛驅(qū)動(dòng)負(fù)載、電力負(fù)載、空調(diào)負(fù)載、電動(dòng)力轉(zhuǎn)向負(fù)載或柴油機(jī)微粒收集器再生負(fù)載中的至少一種。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，所述能量存儲(chǔ)裝置可由上述能量轉(zhuǎn)化器之一再充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的系統(tǒng)，其中所述操作參數(shù)包括為能量存儲(chǔ)裝置再充電的成本。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，所述操作參數(shù)還包括至少一種環(huán)境因素。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，所述總體成本還是一個(gè)預(yù)測的或得出的未來操作參數(shù)的函數(shù)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)的系統(tǒng)，其中，所述總體成本是多個(gè)操作參數(shù)的函數(shù)。
13.一種用于如上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)力分配管理器。
14.一種管理上述任意一項(xiàng)權(quán)利要求所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)中的動(dòng)力分配的方法，包括做為動(dòng)力系統(tǒng)的操作參數(shù)的函數(shù)評(píng)估動(dòng)力分配方案的總體成本，以及在一個(gè)最佳總體成本水平選擇動(dòng)力分配方案的步驟。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，包括得出一個(gè)與動(dòng)力分配方案有關(guān)的總體成本，并且將所得出的成本與一個(gè)總體成本限制值比較。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述成本限制值是預(yù)定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述成本限制值是瞬時(shí)得出的。
18.一種用于混合動(dòng)力源的控制系統(tǒng)，所述混合動(dòng)力源具有不同類型的第一和第二動(dòng)力單元，至少一個(gè)上述單元可被另一單元再充電，所述控制系統(tǒng)依賴于表示燃料消耗、尾氣排放、振動(dòng)、噪音、生硬性、負(fù)載機(jī)械壽命、系統(tǒng)壽命或電池壽命的一個(gè)或多個(gè)控制值，控制上述可再充電動(dòng)力單元的操作和再充電。
19.根據(jù)權(quán)利要求15的控制系統(tǒng)，其中所述控制值是基于一個(gè)瞬時(shí)動(dòng)力源條件得出。
20.根據(jù)權(quán)利要求15或16的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)控制值超過一個(gè)收益限制值時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制上述可再充電動(dòng)力單元的操作。
21.根據(jù)權(quán)利要求15至17中的任意一項(xiàng)的控制系統(tǒng)，其中當(dāng)所述控制值低于一個(gè)成本限制值時(shí)，所述控制系統(tǒng)控制上述可再充電動(dòng)力單元的再充電。
22.根據(jù)權(quán)利要求17或18的控制系統(tǒng)，其中所述收益限制值是所述成本限制值的函數(shù)。
23.根據(jù)權(quán)利要求15或16的控制系統(tǒng)，其中控制值與一個(gè)預(yù)定的或自適應(yīng)的收益或成本限制值比較。
24.根據(jù)權(quán)利要求15或16的控制系統(tǒng)，其中所述控制系統(tǒng)接收瞬時(shí)外部和/或內(nèi)部數(shù)據(jù)，并且所述控制值與一個(gè)基于上述外部和/或內(nèi)部數(shù)據(jù)確定的收益或成本值相比較。
25.根據(jù)權(quán)利要求21的控制系統(tǒng)，其中所述成本限制值基于由上述外部或內(nèi)部數(shù)據(jù)而得出的一個(gè)預(yù)測的未來動(dòng)力源負(fù)載。
26.根據(jù)權(quán)利要求15至22中任意一項(xiàng)的控制系統(tǒng)，其中所述可再充電單元包括一個(gè)電機(jī)，并且，上述其它動(dòng)力單元包括一個(gè)內(nèi)燃機(jī)。
27.一種控制混合動(dòng)力源的方法，所述混合動(dòng)力源具有不同類型的第一和第二動(dòng)力單元，至少一個(gè)上述單元可由上述其它單元再充電，上述方法包括以下步驟在操作相對(duì)燃料消耗、尾氣排放、振動(dòng)、噪音、生硬性或負(fù)載中的至少一個(gè)將實(shí)現(xiàn)一個(gè)凈收益時(shí)，由上述混合動(dòng)力源操作上述可再充電動(dòng)力單元，和當(dāng)再充電達(dá)到與燃料消耗、尾氣排放、振動(dòng)、噪音、生硬性或負(fù)載之中的至少一個(gè)相比較的成本限制值時(shí)，向上述可再充電動(dòng)力單元再充電。
28.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，包括得出一個(gè)與操作可再充電動(dòng)力單元有關(guān)的收益水平，并將所述收益水平與一個(gè)收益限制值比較，以評(píng)估是否達(dá)到一個(gè)凈收益的步驟。
29.根據(jù)權(quán)利要求24或25的方法，包括得出一個(gè)用于向可再充電動(dòng)力單元再充電的成本水平，并將所述成本水平與一個(gè)成本限制值比較，以評(píng)估再充電成本是否可接受的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求24至26中任意一項(xiàng)的方法，其中收益限制值和/或成本限制值是預(yù)定的。
31.根據(jù)權(quán)利要求24至26中任意一項(xiàng)的方法，其中成本限制值和/或收益限制值是瞬時(shí)得出的。
32.一種校準(zhǔn)混合動(dòng)力源控制系統(tǒng)的方法，所述控制系統(tǒng)具有一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，所述混合動(dòng)力源包括不同類型的第一和第二動(dòng)力單元，至少一個(gè)上述單元可被上述另一單元再充電，其中動(dòng)力源在變化的動(dòng)力源負(fù)載下通過多個(gè)循環(huán)被提供動(dòng)力，燃料消耗、尾氣排放、振動(dòng)、噪音、生硬性或負(fù)載中的至少一個(gè)控制參數(shù)被記錄并存儲(chǔ)在上述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，并且對(duì)各個(gè)動(dòng)力源負(fù)載，得出一個(gè)可再充電單元操作收益值和再充電成本值，作為所記錄的控制參數(shù)的函數(shù)并存儲(chǔ)在上述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。
33.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中所述成本校準(zhǔn)包括對(duì)于多個(gè)再充電率的每一個(gè)，通過多個(gè)循環(huán)向動(dòng)力源提供動(dòng)力的步驟。
34.一種計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)，存儲(chǔ)一個(gè)實(shí)施動(dòng)力分配管理程序，用于權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)、權(quán)利要求15至23中任意一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)，或權(quán)利要求11至14或24至30中任意一項(xiàng)所述的方法中。
35.一種處理器，被配置成能執(zhí)行指令，在權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)所述的混合動(dòng)力系統(tǒng)中、權(quán)利要求15至23中任意一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)中，或權(quán)利要求11至14或24至30中任意一項(xiàng)所述的方法中實(shí)施動(dòng)力分配管理。
36.一種混合動(dòng)力源，包括不同類型的第一和第二動(dòng)力單元，并且至少一個(gè)上述單元可由上述其它單元再充電，和一個(gè)權(quán)利要求15至23中任意一項(xiàng)所述的控制系統(tǒng)。
37.一種包括權(quán)利要求33所述的混合動(dòng)力源的車輛。
38.基本上如在此所述以及圖中所示的一種混合動(dòng)力系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、車輛或混合動(dòng)力源。
全文摘要
一種包括第一和第二能量輸入，例如一臺(tái)電動(dòng)機(jī)(14)和一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)(30)的混合動(dòng)力源。實(shí)施了一種動(dòng)力源策略，其中建立了一個(gè)與各種動(dòng)力源分配選項(xiàng)有關(guān)的成本函數(shù)，以改善動(dòng)力源的分配。對(duì)于一個(gè)特定成本(z＝常數(shù))，通過在一個(gè)歸一化的驅(qū)動(dòng)循環(huán)中積分相對(duì)時(shí)間的發(fā)電動(dòng)力而獲得能量的總量。從而生成一個(gè)能量/成本查詢表。
文檔編號(hào)B60W30/18GK1476396SQ0181943
公開日2004年2月18日 申請(qǐng)日期2001年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年11月23日
發(fā)明者P·M·法西, P M 法西, B·C·波特, 波特, J·C·惠爾斯, 惠爾斯, C·L·古德費(fèi)洛, 古德費(fèi)洛 申請(qǐng)人:里卡多咨詢工程師有限公司