CN104787036A - 基于预测的电池能量使用控制电池功率的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于预测的电池能量使用控制电池功率的系统和方法，具有用于针对给定驾驶员需求控制混合动力车辆中的电池功率的系统和方法，该系统和方法平衡电池的荷电状态和电池容量极限，同时以系统高效的发动机功率运转发动机。可预知的信息可用于预测在未来时间窗期间电池能量使用，该电池能量使用指示充电机会(多余的电力将被电池吸收)或推进机会(电池电力将被释放)。基于这个信息和当前电池的荷电状态，对于给定的驾驶员需求确定相关联的电池功率。

Description

基于预测的电池能量使用控制电池功率的系统和方法
技术领域
本公开涉及基于预测的电池能量使用来控制混合动力电动车辆中电池功率的系统和方法。
背景技术
混合动力电动车辆(HEV)动力传动系可包括用于将驱动动力传递到车辆牵引车轮的两种动力源。通常，这些动力源可被分为两大类：机械类和电力类。机械动力源可包括(例如)通过一组或更多组传动齿轮将机械动力输出到车轮的内燃发动机。电力动力源可包括一个或更多个电机(例如，电动机或马达/发电机)。电动机可接收来自另一个发电机、电池或其它电力动力源的电力。
两种动力源必需结合以一起无缝地工作，进而在系统功率限制范围内满足驾驶员的功率需求，同时优化总的动力传动系系统的效率和性能。这需要两种动力源的控制的协调。由于这种类型的布置向车轮提供多个功率流路径，所以对于给定的驾驶员功率需求，为了最大的系统效率，发动机转速能够被优化。然而，当发动机被命令为以与最大的系统效率相对应的功率运转时，功率过剩或不足被电池所吸收。由于电池容量的极限和/或与平衡电池荷电状态(SOC)的需要结合的约束，所以对于给定的驾驶员需求来说，总是以与最大系统效率相对应的功率运转发动机是不可行的。
优化HEV动力传动系操作仍然是艰巨的挑战。对于高效的动力传动系运转来说，HEV能量管理是核心策略。通常对于给定的电池功率请求，剩余的能量管理是静态优化问题。电池功率请求的确定通常是探索式的，因此是次优的，导致次优的燃料经济性。这样，需要存在更精确的并且更稳健的方法来确定对于给定的驾驶员需求的电池功率请求，该方法在驾驶周期期间平衡电池SOC并允许发动机以尽可能多地增加系统效率的功率运转。
发明内容
公开了一种用于针对给定驾驶员请求控制混合动力车辆中电池功率的系统和方法，该系统和方法平衡电池SOC和电池容量极限，同时以系统高效的发动机功率运转发动机。具体地讲，在此公开的实施例使用可预知的信息估计和/或预测在未来时间窗期间的电池能量使用，该电池能量使用指示未来充电机会(多余的功率将被电池吸收)或推进机会(boosting opportunity)(电池电力将被释放)。基于这个信息和当前电池的荷电状态，对于给定的驾驶员需求可确定相关联的电池功率，其平衡以系统高效的发动机功率运转系统的需要，同时保持平衡的电池SOC。
在一个实施例中，混合动力车辆包括发动机、电池和控制器，所述控制器被配置为基于当前电池荷电状态和在未来时间窗期间与发动机以系统高效的发动机功率运转相关联的预测的电池能量使用来控制电池功率。所述系统高效的发动机功率是基于预测的车速和驾驶员需求的。所述控制器还被配置为当所述系统高效的电池功率在零以下、所述预测的电池能量使用是推进并且当前电池荷电状态超过相关阈值时，以系统高效的电池功率运转电池。所述预测的电池能量使用是从可预知的信息确定的，其中，可预知的信息可包括地图数据、道路属性、实时交通信息、历史交通信息和过去驾驶历史中的至少一种。
在另一个实施例中，一种混合动力车辆包括发动机、电池和控制器，所述控制器被配置为基于当前电池荷电状态和预测的电池能量使用来控制电池功率。所述预测的电池能量使用是基于发动机以系统高效的发动机功率运转和发动机以与零电池功率相关联的无充电的发动机功率运转之间的差别的。此外，所述控制器还被配置为在当前电池荷电状态小于相关阈值、系统高效的电池功率大于零并且所述预测的电池能量使用是充电时，以系统高效的电池功率运转电池。所述控制器还被配置为在当前电池荷电状态小于相关阈值、系统高效的电池功率大于零并且所述预测的电池能量使用是推进时，将电池功率设定为零并且控制发动机提供轮周功率以满足驾驶员需求。
在又一个实施例中，一种用于控制具有发动机和电池的混合动力车辆的方法包括：基于与电池以系统高效的电池功率运转相关联的当前电池能量使用相对于和在未来时间窗期间与发动机以系统高效的发动机功率运转相关联的预测的电池能量使用来控制电池功率。所述方法还包括在当前电池荷电状态小于相关阈值、系统高效的电池功率大于零并且所述预测的电池能量使用是充电时，控制电池以系统高效的电池功率运转。所述方法还包括在当前电池荷电状态超过相关阈值、系统高效的电池功率小于零并且所述预测的电池能量使用是充电时，控制发动机提供轮周功率以满足驾驶员需求。所述预测的电池能量使用还是基于在未来时间窗上发动机以系统高效的发动机功率运转和发动机以与零电池功率相关联的无充电的发动机功率运转之间的差别的。
根据本发明，提供一种混合动力车辆，包括发动机、电池和控制器，所述控制器被配置基于当前电池荷电状态和预测的电池能量使用来控制电池功率。
根据本发明的一个实施例，所述预测的电池能量使用是基于发动机以系统高效的发动机功率运转和发动机以与零电池功率相关联的无充电的发动机功率运转之间的差别的。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为在当前电池荷电状态小于相关阈值、系统高效的电池功率大于零并且所述预测的电池能量使用是充电时，使电池以系统高效的电池功率运转。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为在当前电池荷电状态小于相关阈值、系统高效的电池功率大于零并且所述预测的电池能量使用是推进时，将电池功率设定为零并且控制发动机提供轮周功率以满足驾驶员需求。
根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为在当前电池荷电状态大于相关阈值并且系统高效的电池功率大于零时，以系统高效的电池功率运转电池。
根据本发明，提供一种用于控制具有发动机和电池的混合动力车辆的方法，包括：基于与电池以系统高效的电池功率运转相关联的当前电池能量使用和在未来时间窗期间与发动机以系统高效的发动机功率运转相关联的预测的电池能量使用来控制电池功率。
根据本发明的一个实施例，所述系统高效的发动机功率是基于预测的车速和驾驶员需求的。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括当系统高效的电池功率小于零、预测的电池能量使用是推进并且当前电池荷电状态超过相关阈值时，控制电池以系统高效的电池功率运转。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括在当前电池荷电状态小于相关阈值、系统高效的电池功率小于零时，控制电池以系统高效的电池功率运转。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括在当前电池荷电状态超过相关阈值、系统高效的电池功率小于零并且所述预测的电池能量使用是充电时，控制发动机提供轮周功率以满足驾驶员需求。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括在当前电池荷电状态小于相关阈值、系统高效的电池功率大于零并且预测的电池能量使用是充电时，控制电池以系统高效的电池功率运转。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括在当前电池荷电状态小于相关阈值、系统高效的电池功率大于零并且所述预测的电池能量使用是推进时，控制发动机提供轮周功率以满足驾驶员需求。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括在当前电池荷电状态大于相关阈值并且系统高效的电池功率大于零时，控制电池在系统高效的电池功率下操作。
根据本发明的一个实施例，其中，所述预测的电池能量使用还是基于发动机在未来时间窗上以系统高效的发动机功率运转和发动机以与零电池功率相关联的无充电发动机功率运转之间的差别的。
根据本公开的实施例提供多个优点。例如，多个实施例平衡电池SOC不超过电池容量极限。此外，其它实施例促进发动机以与最大系统效率相对应的功率运转。通过下面结合附图对优选实施例的详细描述，以上的优点以及其它优点和特点将更明显。
附图说明
图1是功率分流式混合动力车辆动力传动系系统构造的示意性表示；
图2是动力传动系系统功率流图的框图形式的示意性表示；
图3示出了根据本公开的实施例的与系统效率相对应的发动机功率曲线；以及
图4是示出根据本公开的示例性实施例的用于确定与系统效率相关联的电池功率请求的方法的流程图。
具体实施方式
根据需要，在此公开了要求保护的主题的详细实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，并且可以采用多种和可替代形式。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制，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施要求保护的主题的实施例的代表性基础。
参照图1，示意性地示出了具有内燃发动机16的HEV动力传动系，其中，所述内燃发动机16被车辆系统控制器(VSC)10控制，以通过扭矩输入轴18将扭矩分配到传动装置14。VSC10、电池和电池能量控制模块(BECM)12、传动装置14连同马达-发电机子系统一起包括控制局域网(CAN)。
传动装置14包括行星齿轮单元20，行星齿轮单元20包括环形齿轮22、中心齿轮24和行星齿轮架组件26。环形齿轮22将扭矩分配到包括啮合的齿轮元件28、30、32、34和36的阶梯比齿轮(step ratio gears)。传动装置14的扭矩输出轴38通过差速器和车轴机构42可驱动地连接到车辆牵引车轮40。齿轮30、32和34安装在副轴上,齿轮32与马达驱动的齿轮44啮合。马达46驱动齿轮44，齿轮44用作副轴传动装置的扭矩输入。电池通过功率流路径48、54将电力提供到马达。如52所示，发电机50以公知的方式电连接到电池和马达46。
如本领域技术人员理解的，可以以多种不同的模式来运转图1的功率分流式动力传动系系统。如图所示，有两个动力源用于传动系。第一动力源是发动机和发电机子系统的组合，发动机和发电机子系统使用行星齿轮单元20连接在一起。另一个动力源涉及包括马达46、发电机50和电池12的电驱动系统，其中，电池12用作发电机50和马达46的能量储存媒介。
图2中示出了在图1中所示的功率分流动力传动系示意图的各个元件之间的功率流路径。燃料在操作者的控制下使用发动机节气门以公知的方式被传递到发动机16。发动机16将动力传递到行星齿轮单元20。可用的发动机制动动力由于附加负载而减小。动力通过行星环形齿轮传递到副轴30、32和34。来自传动装置14的动力输出驱动车轮。当用作马达时，发电机50能够将动力传递到行星齿轮单元20。当用作发电机时，发电机50被行星齿轮单元20驱动。类似地，在马达46和副轴30、32和34之间的动力分配能够沿两者中任意一个方向被分配。
如在图1和图2中所示，发动机功率输出能够通过控制发电机50而被分为两路。在运转中，系统确定驾驶员的扭矩需求并实现了两个动力源之间的最优的功率分流。控制器确定为满足驾驶员需求并实现特定的车辆性能所需每个动力源提供多少扭矩以及何时提供功率和扭矩。对于给定的发动机功率，为了最大的系统效率，发动机转速能够被优化。进一步地，由于电池吸收任何功率过剩或不足，所以对于给定的驾驶循环，发动机功率能够被优化以提供优化的燃料消耗。然而，由于电池容量极限和电池荷电状态(SOC)，发动机以与最大的系统效率相对应的功率运转并不总是可行的。
因此，在本公开的实施例中公开用于控制混合动力车辆中电池功率的方法，对于给定的转速和功率需求，该方法通过使用可预知的信息促进发动机以与最大的系统效率相对应的功率运转同时保持平衡的SOC并且不超过电池容量极限。通常，在此公开的控制策略基于与电池以系统高效的电池功率运转相关联的当前电池能量使用和在未来时间窗期间与发动机以系统高效的发动机功率运转相关联的预测的电池能量使用来控制电池功率。更具体地讲，在此公开的实施例使用可预知的信息估计和/或预测在未来时间窗期间电池能量使用，该电池能量使用指示在未来时间窗中(例如，下个T秒)未来充电机会(多余的功率将被电池吸收)和/或未来推进(boosting)机会(电池电力将被释放)。如前面讨论的，预测的电池能量使用与在未来时间窗期间以系统高效的发动机功率运转发动机所需要的电池能量相对应。
如上文提到并在下面更详细地描述的，可预知的信息用于估计和/或预测在未来时间窗期间电池能量使用。可预知的信息可通过各种资源和相关技术收集。诸如全球定位系统(GPS)、图形信息系统(GIS)、车辆与车辆(V2V)通信、车辆与基础设施(V2I)通信和交通流监测系统的技术的快速发展和部署大大地增加了车速曲线的可预测性。一旦车辆的预期的路线是可得到的，那么可基于地图数据、道路属性、实时和历史交通信息和驾驶员过去驾驶历史来构建车速曲线。利用这些能力，能够估计和/或预测在未来时间窗期间的电池能量使用。例如，图3示出了描述发动机在时间窗期间以最大的动力传动系系统效率运转的发动机功率曲线的示例。
继续参照图3，示出了对于给定转速和功率请求与最大的系统效率相对应的系统高效的发动机功率曲线314。此外，还示出了当没有电池功率时，与发动机产生的功率相对应来提供需要满足驾驶员需求的轮周功率的无充电(charge neutral)的发动机功率曲线310。无充电的发动机功率310由沿着动力传动系的功率损耗和轮周功率组成。无充电的发动机功率310的快速变化特性是在实际驾驶中驾驶员踏板输入的体现。为了高效，有时系统青睐于较低的功率，有时系统青睐于比无充电的发动机功率(当电池功率请求是零时，发动机请求的功率)更高的功率。如果发动机被命令为以系统高效的发动机功率314运转，电池吸收电力过剩或不足。例如，在系统高效的发动机功率曲线314(与最大系统效率相对应)之下的区域322指示电池充电机会。本质上，这意味着如果系统沿着系统高效的发动机功率314运转，那么发动机以比驾驶员请求的功率高的功率运转，电池不得不取走额外的功率以不超过轮周功率需求。然而，在系统高效的发动机功率314之上的区域318表示电力推进的机会，其中，发动机以较小功率运转，电池不得不提供满足驾驶员需求所需的额外的功率。
在每个时刻，由于已知转速和驾驶员功率需求，已知和/或能够计算与系统高效的发动机功率对应的系统高效的电池功率。挑战在于：考虑电池容量和SOC极限,确定电池是否应该在系统高效的电池功率下操作。通过使用可预知的信息，能够计算在未来时间窗中满足驾驶员需求所需的无充电的发动机功率310和与最大系统效率相对应的系统高效的发动机功率314。此外，还可使用多种方法估计在未来时间窗期间与以系统高效的发动机功率运转发动机所需的电池能量相对应的预测的电池能量使用。例如，用于估计和/或预测电池能量使用的一种方法可包括结合在未来时间窗上系统高效的发动机功率314和无充电的发动机功率310之间的差别。例如，如果在下一个T秒上预测的电池能量使用是充电，这指示系统将在下一个T秒中具有充电机会。同样地，如果预测电池能量使用是推进，这指示系统将在下一个T秒中具有未来推进和/或放电机会。利用这个信息，控制器可确定对于给定转速和功率请求的电池功率，以平衡电池SOC和容量极限与系统效率。在图4中更详细地解释这一点。
参照图4，示出根据本公开的示例性实施例的用于控制混合动力车辆中电池功率的系统和/或方法，该系统和/或方法优化动力传动系效率并保持平衡的SOC。如本领域的普通技术人员将理解的，流程框所表示的功能可通过软件和/或硬件执行。依据具体的处理策略(例如，事件驱动、中断驱动等)，各种功能可以以图中所示的顺序或次序之外的顺序或次序来执行。类似地，虽然未明确示出，但是可重复执行一个或更多个步骤或功能。在一个实施例中，所示出的功能主要由被储存在计算机可读存储介质中的软件、指令或代码实现，并被一个或更多个基于微处理器的计算机或控制器执行来控制车辆的运转。
如图4中所示，控制策略400在框410处开始，其中，对于给定转速和功率请求，计算与发动机以系统高效的发动机功率运转相对应的系统高效的电池功率P1。在框412处，利用可预知的信息估计和/或预测指示充电和/或推进机会的在未来时间窗Ts期间的电池能量使用。然后在框414处，控制策略确定发动机是否开启。如果发动机关闭，那么如416处所示，电池提供满足驾驶员需求的轮周功率所需的所有功率。但是，如果在414处发动机开启，那么控制策略运动到框418。如框418处所示，如果车辆处于再生制动，那么车辆获得尽可能多的再生能量420。如果在框418处，没有再生制动，那么控制策略运动到框422。如果SOC小于相关阈值，并且系统高效的电池功率P1小于零(指示期望电池充电以高效地操作系统)，那么如框424处所示，控制器使电池以等于系统高效的电池功率P1的电池功率运转。在本实施例中，相关阈值被校准为50％以维持平衡的SOC，然而，相关阈值不限于这个特定的值，并且能够被校准为利于给定运转策略和/或条件的任何值。再次参照框422，如果SOC不小于50％或者系统高效的电池功率不小于零，那么控制策略运动到框426。
如框426处所示，如果SOC大于50％并且系统高效的电池功率小于零，那么控制策略看看预测的电池能量使用是否指示在未来时间窗Ts期间的推进机会428。如果预测的电池能量使用指示在未来时间窗Ts期间的推进机会(其指示期望电池放电以高效地操作系统)，那么如框430处所示，控制器使电池以等于系统高效的电池功率P1的电池功率运转。然而，如果预测的电池能量使用指示在未来时间窗Ts中没有推进机会，那么如框432处所示，电池功率被设定为零，并且发动机将满足驾驶员的请求所需要的所有功率提供至车轮而不使用电池。如果在框426处，SOC小于50％或者系统高效的电池功率大于零，那么控制策略移动到框434。
在框434处，如果SOC小于50％且系统高效的电池功率大于零，那么如框436处所示，控制策略看看预测的电池能量是否指示在未来时间窗Ts中的充电机会。如果预测的电池能量使用指示充电机会，那么如框438处所示，控制器使电池以等于系统高效的电池功率P1的电池功率运转。然而，如442处所示，如果预测的电池能量使用没有指示在未来时间窗Ts中的充电机会，那么电池功率被设定为零，并且仅使用发动机给牵引车轮提供功率以满足驾驶员需求。最后，如果在框434处，SOC大于50％并且系统高效电池功率不大于零，那么控制器使电池以等于系统高效电池功率P1的电池功率运转(440)。
本方法的优点在于：控制策略总是试图平衡SOC。只要未来时间窗包含补偿其当前操作的机会，控制策略将以最大的系统效率运转发动机。通过使用这些系统和方法，HEV动力传动系最小化其燃料消耗并且保持电池SOC。此外，未来时间窗的长度可影响最优性。然而通常对于具有相对小的电池的HEV来说，短时间窗足以实现这些目标。
虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不是意在描述权利要求包含的所有可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性的词语而不是限制性的词语，并且应该理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。如前面所描述的，可以对各种实施例的特征进行组合以形成本发明的可能没有明确描述或说明的进一步的实施例。虽然关于一个或更多个期望的特性，各种实施例已经被描述为提供优点或优于其它实施例或现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员意识到，根据具体应用和实施方式，可以折衷一个或更多个特点或特性，以实现期望的整体系统属性。这些特性可能包括，但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、维修保养方便性、重量、可制造性、易组装性等。这样，关于一个或更多个特性，被描述为不如其他实施例或现有技术实施方式的实施例不在本公开的范围之外，并且可以期望用于特定的应用。

Claims (6)

1.一种混合动力车辆，包括：
发动机；
电池；以及
控制器，被配置为基于当前电池荷电状态和在未来时间窗期间与发动机以系统高效的发动机功率运转相关联的预测的电池能量使用来控制电池功率。
2.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述系统高效的发动机功率是基于预测的车速和驾驶员需求的。
3.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述预测的电池能量使用是从可预知的信息确定的，其中，可预知的信息包括地图数据、道路属性、实时交通信息、历史交通信息和过去驾驶历史中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述控制器还被配置为当所述系统高效的电池功率在零以下、所述预测的电池能量使用是进行推进并且当前电池荷电状态超过相关阈值时，以系统高效的电池功率运转电池。
5.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述控制器还被配置为在当前电池荷电状态小于相关阈值并且系统高效的电池功率小于零时，以系统高效的电池功率运转电池。
6.根据权利要求1所述的混合动力车辆，其中，所述控制器还被配置为在当前电池荷电状态超过相关阈值、系统高效的电池功率小于零并且所述预测的电池能量使用是充电时，将电池功率设定为零并且控制发动机提供轮周功率以满足驾驶员需求。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108367751A (zh) * 2015-12-07 2018-08-03 株式会社电装 车辆控制装置
CN110290990A (zh) * 2016-12-14 2019-09-27 邦迪克斯商用车系统有限责任公司 用于混合动力汽车的驾驶员休息预备系统

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013224349B3 (de) * 2013-11-28 2015-03-26 Continental Automotive Gmbh Verfahren zur Steuerung eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs sowie Computerprogramm zur Steuerung eines Hybridantriebs eines Fahrzeugs
CN104200090B (zh) * 2014-08-27 2017-07-14 百度在线网络技术（北京）有限公司 基于多源异构数据的预测方法和装置
US10246094B2 (en) * 2014-12-09 2019-04-02 Ford Global Technologies, Llc Autonomous vehicle cornering maneuver
CN106240390B (zh) * 2016-08-09 2018-07-03 潍柴动力股份有限公司 一种纯电动客车动力系统及其低soc时动态优化电能的方法
JP6596480B2 (ja) * 2017-11-29 2019-10-23 本田技研工業株式会社 ハイブリッド車両の制御装置
DE102017222547A1 (de) * 2017-12-13 2019-06-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit wenigstens zwei Antriebseinheiten
WO2020232104A1 (en) * 2019-05-13 2020-11-19 Cummins Inc. Method and system for improving fuel economy of a hybrid powertrain in a vehicle
US11325580B2 (en) 2019-08-12 2022-05-10 Robert Bosch Gmbh Hybrid vehicle transmission control using driver statistics
US11535235B2 (en) * 2019-12-20 2022-12-27 Robert Bosch Gmbh Simplified control for optimized hybrid vehicle powertrain operation
EP4357180A1 (en) 2022-10-19 2024-04-24 Garrett Transportation I Inc. Hierarchical optimal controller for predictive power split

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6487477B1 (en) * 2001-05-09 2002-11-26 Ford Global Technologies, Inc. Strategy to use an on-board navigation system for electric and hybrid electric vehicle energy management
US20050228553A1 (en) * 2004-03-30 2005-10-13 Williams International Co., L.L.C. Hybrid Electric Vehicle Energy Management System
US7360615B2 (en) * 2004-06-09 2008-04-22 General Motors Corporation Predictive energy management system for hybrid electric vehicles
US7398147B2 (en) 2005-08-02 2008-07-08 Ford Global Technologies, Llc Optimal engine operating power management strategy for a hybrid electric vehicle powertrain
JP4307455B2 (ja) * 2006-02-21 2009-08-05 株式会社豊田中央研究所 ハイブリッド車両の制御装置
US7831343B2 (en) 2006-11-03 2010-11-09 Gm Global Technology Operations, Inc. Efficiency optimized hybrid operation strategy
JP4692646B2 (ja) * 2009-02-04 2011-06-01 株式会社デンソー 動力発生源制御装置
US9459110B2 (en) * 2010-01-25 2016-10-04 Ford Global Technologies, Llc Adaptive initial estimation and dynamic determination and update of distance until charge of a plug-in hybrid electric vehicle
US8538621B2 (en) * 2010-09-15 2013-09-17 General Motors Llc. Charge reminder notification to increase electric only efficiency

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108367751A (zh) * 2015-12-07 2018-08-03 株式会社电装 车辆控制装置
CN110290990A (zh) * 2016-12-14 2019-09-27 邦迪克斯商用车系统有限责任公司 用于混合动力汽车的驾驶员休息预备系统

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