CN102189994A - 用于电动和混合动力车辆操作的系统和方法 - Google Patents

用于电动和混合动力车辆操作的系统和方法 Download PDF

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Abstract

一种用于操作电动或混合电动车辆的系统包括计算机，其编程为识别车辆位点(212)，访问地图并且识别其中的多个线路(210)，预筛选该多个线路以识别该多个线路中任何线路是否在该当前位点的给定界限内(214)，以及如果识别一个或多个可能的线路(222)，然后使车辆的当前位点与该识别的线路中的一个匹配(250)，以及上传对应于该匹配位点的车辆的功率数据进入数据库(268)。

Description

用于电动和混合动力车辆操作的系统和方法
相关申请的交叉引用
本申请是2009年3月11日提交的美国专利申请序列号12/401,726的部分连续申请并且要求其优先权。
本发明的政府权利
美国政府在本发明中具有已付许可和在限制情况下基于美国交通部联邦运输管理局颁布的政府合同编号MA-04-7001的条款规定的合理条款来要求专利所有人向其他人许可的权利。
技术领域
本发明的实施例大体上涉及混合动力和电动车辆，并且更具体地涉及用于混合动力和电动车辆的能量管理和操作的系统和方法。
背景技术
混合动力电动车辆结合内燃机和典型地由一个或多个电能存储部件供电的电动机。这样的结合可通过使内燃机和电动机能够各在增加的效率的相应范围中操作来增加整个燃料效率。电动机例如在从起步加速时可以是高效的，而内燃机在恒定发动机操作的持续时段期间(例如在公路行驶中)可以是高效的。具有电动机以提升初始加速度允许混合动力车辆中的燃机更小并且燃料效率更高。
在许多常规的混合动力车辆中，电动机还通过充当发电机来实现制动能量的捕获以及向能量存储部件(ESC)提供这样捕获的制动能量。例如蓄电池、超电容器或飞轮等ESC用于在制动或发电操作期间捕获存在的能量以用于稍后再用。这些部件还提供负载均衡功能以在系统中降低对主功率生产装置的瞬态载荷。这样设备一般在具有关于环境或地形的有限信息或没有关于其的信息的情况下来操作并且缺少预见即将到来的事件的预测能力。这常常导致ESC的次优使用，其由于不必要的施加应力而可能缩短寿命。常常，ESC对于应用是过大规模的以保证没有超过应力极限，这增加系统成本。因为这样的车辆典型地在没有关于环境或地形的信息的情况下操作，为了对充电和放电事件做出反应，ESC的荷电状态典型地维持接近ESC的可用存储范围的中点。
如果车辆在山谷中或沿着局部地形中的高点行驶，混合能量回收可能没有最大化。例如，如果车辆在局部地形中的高点而其中ESC荷电状态处在中点，当蓄电池达到满荷电状态(其可在下山中途发生)时，即将发生的下坡再生捕获机会终止。因此，完整的下坡再生捕获机会突然停止。另外，蓄电池将可能荷电在100％功率，以应力极限操作并且形成过多的热和温度上升。相反情况对于在地形中的低点开始的情况是正确的，该情况下在达到顶点之前蓄电池耗尽电荷时混合动力辅助停止。
典型地，在沿着路线的行程期间，车辆的控制方案可基于例如海拔、路线、地形和其他地貌信息等常规参数。这样的控制方案可以导致(作为示例)蓄电池达到满电荷，但具有可用的另外再生能量。在该示例中，在蓄电池达到满电荷后，一些可能被捕获的再生能量损失，并且整个系统效率从而低于它本来可以达到的效率。在常规控制方案的另一个示例中，峰值功率需求可使蓄电池组完全耗尽，导致整体减小的寿命预期。基于这些常规参数的沿着相同路线的将来行程可能重复相同的低效率并且未能借鉴过去的或历史经验。
控制方案可以包括该历史知识以优化整体系统效率同时提高沿着路线的将来行程的整体寿命预期。该控制方案可包括例如降低蓄电池组存储以便充分利用可用的再生功率，或它可包括当沿着路线行驶时避免蓄电池完全耗尽以减少对蓄电池的深度汲取(其可以减少蓄电池的整体寿命)。这样的控制方案可基于输入到数据库并且使得可供将来使用的历史知识。从而，在沿着路线的一个或多个行程后，调节操作或控制参数以便借鉴过去的经验和不断改进路线上的后续控制方案是可能的。沿着路线的每个行程由此提高整体系统性能，并且当积累更多的路线数据时，可以实现根据当前操作状况调整的峰值整体性能。
为了实现以后访问历史数据，该历史数据典型地上传到历史数据库。然而，由于全球定位系统(GPS)传感器的精度公差，GPS轨迹可能不与车辆正行驶的道路对准。从而，虽然可从行程获得有用信息，这样的信息可能由于不能将位点与在地图内的线路(link)匹配而丢失，并且从而它可能不适当地与地图数据库中的已知位点关联。此外，用于通过GPS传感器在地图内确定位置的常规算法可以是计算密集或繁重的。从而，当包括来自GPS传感器的位置读数和关联的功率使用和其他统计信息的有用数据可从行程获得时，当用于确定在地图数据库中车辆位点并且上传数据到历史数据库的算法变得不堪重负并且不能跟上实时数据采集速率时的一些情况下，该有用数据可能丢失。
因此具有能够有效创建混合动力系统的数据库和操作的系统和方法将是可取的。
发明内容
本发明的实施例针对用于创建克服上文提到的缺陷的数据库的系统和方法。
根据本发明的方面，用于操作电动或混合电动车辆的系统包括计算机，其编程以识别车辆位点，访问地图并且识别在其中的多个线路，预筛选该多个线路以识别该多个线路中的任何线路是否在当前位点的给定界限内，并且如果识别一个或多个可能的线路，然后使车辆的当前位点与识别的线路中的一个匹配，并且上传对应于匹配位点的车辆的功率数据到数据库。
根据本发明的另一个方面，控制电动或混合动力电动车辆的操作的方法包括识别车辆的当前位点，关于地图内的线路和当前位点应用预筛选算法，确定一个或多个线路是否在给定界限内，并且如果如此，然后通过后续匹配算法使车辆的当前位点与地图内的线路匹配，并且上传由沿着该线路并且在当前位点的车辆使用的功率信息到历史功率使用数据库。
根据本发明的另一个方面，计算机可读存储介质，其具有存储在其上的计算机程序并且代表指令集，其当由计算机执行时使计算机测量车辆的当前位点，执行预筛选算法以确定在距离该当前位点预定距离内的地图的可能线路，并且如果一个或多个线路在距离当前位点预定距离内，然后使计算机执行地图匹配算法以确定一个或多个线路中的哪个对应于实际线路(车辆沿着其行驶)，并且上传与在当前位点的车辆有关的功率信息到历史数据库。
各种其他特征和优势将从下列详细说明和图变得清楚。
附图说明
附图图示本发明的一个或多个实施例。
在图中：
图1是根据本发明的实施例的混合动力系统的示意图。
图2是示出根据本发明的实施例用于在车辆行驶期间采集并且存储能量和功率使用数据的技术的流程图。
图3是示出使用基于时间的测量间隔沿路线测量的示范性数据的图表。
图4是示出使用基于位置的测量间隔沿着路线测量的示范性数据的图表。
图5是示出根据本发明的实施例的信息可从其测量并且存储在线路数据库中的线路的示意图。
图6是示出根据本发明的实施例用于计算预期功率使用并且优化能量存储部件的荷电状态值的技术的流程图。
图7是示出根据本发明的实施例用于筛选地图并且上传数据到数据库的技术的流程图。
图8是示出根据本发明的实施例用于在地图数据库中预筛选可能的线路的技术的流程图。
图9图示根据本发明的实施例的位点到线路测试的方面。
图10图示根据本发明的实施例用于后续匹配的GPS轨迹上的点。
具体实施方式
本发明包括涉及能量存储部件使用的实施例。本发明包括涉及用于产生混合动力车辆的预期功率使用并且用于上传在混合动力车辆操作期间获得的功率使用和其他数据到历史数据库的方法的实施例。本发明关于混合动力车辆描述。本文图示的实施例和方法可应用到混合动力车辆、扩展范围的电动车辆、插入式混合动力电动车辆(PHEV)、多能量存储电动车辆，等等。本文图示的实施例和方法可广泛应用于乘用和商用混合动力车辆以及机车或非公路用车辆。还应该理解车辆实现仅是该技术的许多使用中的一个。包含功率产生、消耗和能量存储部件的任何系统是包含本发明实施例的候选项。
图1图示包含本发明的实施例的示范性混合动力车辆10。混合动力车辆10包括配置成通过混合动力车辆10的电或牵引驱动器16传递功率到车轮或车轴14的能量管理系统(EMS)12。能量管理系统12还配置成传递功率到混合动力车辆10的附件18。附件18可包括但不限于空气调节/加热系统、收音机和车辆照明系统。混合动力车辆10包括例如内燃机(ICE)等燃料转换单元20，其耦合于EMS 12并且可包括耦合于EMS 12的燃料电池22。能量存储部件(ESC)或ESC组24也耦合于EMS 12。ESC可以是例如蓄电池。
混合动力车辆10包括耦合于EMS 12以选择性地控制从燃料转换单元20、燃料电池22或ESC 24到牵引驱动器16的功率传输的计算机/控制器26。如果需要从能源到DC线路30的DC转换，能量管理系统22可包括输入到EMS 12的每个能源的DC/DC转换器28。图1示出在EMS 12中的三个DC/DC转换器28；然而，考虑到可包括多于或少于三个DC/DC转换器28。此外，燃料转换单元20可通过用于将来自燃料转换单元20的扭矩转换成DC线路30适用的DC能量的扭矩/DC转换器32耦合于能量管理系统12。
通过控制燃料转换单元20和ESC 24二者以供应输入功率进入EMS 12，ESC 24可通过从燃料转换单元20汲取能量而辅助燃料转换单元20将功率传递到牵引驱动器16。以此方式，ESC 24和燃料转换单元20可例如在加速或爬坡时段期间同时向牵引驱动器16提供功率。
考虑虚拟示出的并行配置中燃料转换单元20可通过离合器/变速器组件34耦合于车轴14。在该配置中，将不需要燃料转换单元20通过扭矩/DC转换器32到能量管理系统12的耦合。本文考虑并且设想其他混合动力配置，例如包括歧管的液压混合动力。
此外，牵引驱动器16和EMS 12可被控制以提供充电功率以给ESC 24再充电。例如，在混合动力车辆10的制动操作期间，通过控制EMS 12并且通过在发电动机模式操作牵引驱动器16，在车轮或车轴14中产生的扭矩可引导到电动机16以减慢或制动混合动力车辆10并且转换来自其中的能量并且将其存储在ESC 24中。如此，在再生制动期间用于减慢或停止混合动力车辆10的能量可重新捕获并且存储在ESC 24中供以后使用以向混合动力车辆10或其附件18提供功率。蓄电池24的荷电状态(SOC)的监测可通过耦合于ESC 24和计算机26的荷电状态传感器36完成以辅助能量从ESC 24的放电和充电。
图1进一步图示配置成从多个传感器38接收信息并且将该接收的信息存储在计算机可读存储器存储装置(memory sorage)40中的计算机26。在如下文关于图2描述的本发明的实施例中，计算机26可配置成当混合动力车辆10沿着路网行驶时从传感器38接收传感器数据并且将该传感器数据存储在存储器存储装置40中用于进一步处理和在数据库42中存储。在如下文关于图6描述的本发明的实施例中，计算机26可配置成基于存储在数据库42中的数据产生并且优化路线的预期功率使用。
尽管图1关于示范性混合动力车辆10图示，本发明的实施例不限于此。考虑本发明的实施例还包括任何基于电的车辆，其具有或没有例如燃料转换单元。包含本发明的实施例的车辆示例包括但不限于混合动力车辆、电动车辆(EV)、扩展范围的EV、插入式混合动力电动车辆(PHEV)、多能量存储EV等等。
图2示出根据本发明的实施例用于在车辆行驶期间采集并且存储能量和功率使用数据的技术44。技术44可编程进入例如图1的计算机26等计算机或控制器。在框46，当车辆从一个位点行驶到另一个时，通过例如图1的传感器38等传感器测量或采集混合动力车辆的数据集。测量的数据的示例包括但不限于牵引马达功率使用、附件负载功率使用、车辆速度、车辆的经纬度和采集数据时的日期与时间戳。根据本发明的实施例，还可测量与能量优化技术有关的其他类型统计资料和数据并且上传到历史数据库。
在一个实施例中，每个数据集以例如时间间隔(例如每秒一次)或例如位置间隔(例如每五百英尺一次)等规则测量间隔来测量或记录。图3示出使用时间间隔作为测量间隔的示范性测量数据图表。图4示出使用例如经纬度等位置间隔作为测量间隔的示范性测量数据图表。每个测量的数据集还涉及行驶的方向或航向。
再次参照图2，每个收集的数据集在框48存储在例如图1的存储器存储装置40等存储器存储装置中。当混合动力车辆从一个位点行驶到另一个时，采集多个数据集并且按照测量间隔引导来存储。然而，根据本发明的实施例，不存储包括陆地区域的凹凸或表面特征/配置的地形数据，例如坡度、海拔或地貌等。以此方式，地貌、海拔或三维制图数据对于预期的能量优化是不需要的。
存储的数据在框50分段。分段将存储的采集数据分成多个子记录或线路使得记录可以方便地存储进入数据库。与道路地图网表示相似，线路由起始节点和终止节点唯一限定。常常，起始节点或终止节点与另一个线路的起始节点或终止节点重叠。节点可采用许多方式限定。第一种方式是使用在包含混合动力车辆已经行驶的路线的感兴趣区域的数字地图上限定的节点直接限定节点。第二种方式是基于记录的功率或相关波形的特性变化限定节点。第三种方式是将节点设定为周期轨迹的交叉点，其可以从存储在数据库中的测量数据分析确定。在节点这样限定后，识别在起始节点和终止节点之间的线路并且将其唯一地编号。
在框52，技术44确定在分段框中识别的线路是否与已经存储在例如图1的数据库42等数据库中的线路关联。如果该线路不与存储的数据54关联，然后该线路数据在框56作为新的条目添加进入数据库。如果该线路与之前存储在数据库58中的数据关联，然后该采集的线路数据在60与现有线路数据组合。
组合将相同周期和操作域(operating regime)的采集的数据和存储的记录组合进入单个记录。组合考虑过程变化和测量误差以将相同索引的测量值最好地表示成一个过程。采集的数据可以与存储的数据取插值或平均。另外，在相同操作域中的不同周期可以取插值或平均以减少收集的数据集。从车队的一个或多个不同车辆和从不同的日子和时间采集的数据可以此方式组合。并且，组合可包括仅对在独立索引(例如一天中的时间或环境温度等)窗口内的周期执行的组合。计算并且存储组合记录的统计信息。统计信息可包括混合动力车辆沿特定线路行驶的次数或频率。
在沿线路的以规则间隔测量的与每个线路关联的功率、速度和其他性能信息组合或存储进入数据库，其中具有例如作为关键字段的线路标识(ID)。表格1图示对于线路L112存储在数据库中的线路数据的示例。
  线路ID   L112
  起始节点   N35
  终止节点   N23
  功率   (a)
  速度   (b)
  频率   8
  时窗   3
表格1
在本发明的实施例中，在表格1中图示的与线路112的功率和速度关联的数据是对应于沿该线路的测量点的多元矢量。与例如起始节点N35等节点关联的数据可存储在数据库中的单独表格中。节点数据可包括对该节点测量或计算的经度和纬度位置。
在一个实施例中，数据库中的节点ID可与通向该节点和从该节点起始的线路中的每个连同混合动力车辆沿该线路行驶的频率有关。表格2图示节点和线路之间关系连同车辆行驶频率数据记录的示例。
  节点ID   线路入   线路出   频率(％)
  1   N22   L111   L117   100
  2   N22   L116   L117   40
  3   N22   L116   L113   60
  4   N23   L109   L111   70
  5   N23   L109   L114   15
  6   N23   L109   L115   15
  7   N23   L112   L110   40
  8   N23   L112   L111   30
  9   N23   L112   L115   10
  10   N23   L113   L110   80
  11   N23   L113   L114   15
  12   N23   L113   L115   5
  13   N23   L118   L110   50
  14   N23   L118   L111   30
  15   N23   L118   L114   20
表格2
如在表格2中示出的，节点ID N22具有与其关联的两个进来的线路和两个离去的线路。节点ID N23具有与其关联的四个进来的线路和四个离去的线路。
在采集的数据存储56或组合60后，技术44在框62确定是否更多的子记录或线路的数据留待存储或组合。如果剩余更多的线路数据64，过程控制回到框62并且如上文描述的继续。如果所有线路数据已经存储66，技术44结束68。
因此，技术44包括数据库的创建和存储，其包括沿一个或多个线路的混合动力车辆的电动机和其他电气部件的历史功率使用数据。考虑当线路由车辆重复行驶时技术44作为进行中的过程来执行使得可改进每个线路的数据。沿线路或预期路线的预期能量使用可基于存储在通过技术44创建的数据库中的数据优化，如将在下文关于图6描述的。
图5示出根据本发明的实施例的信息可从其测量并且存储在线路数据库中的线路的示意图或网络。由L113的线路标识符标识的第一线路70代表车辆72当前在其上行驶的当前线路。第一线路70具有由N22的节点标识符标识的起始节点74，以及由N23的节点标识符标识的终止节点76。分别由线路标识符L110、L114和L115标识的多个线路78、80、82具有节点N23作为起始节点。线路78-82具有分别由节点标识符N21、N35和N25标识的相应终止节点84、86、88。线路70、78-82是定向的使得例如从节点76到节点84的行驶对应于一个线路L110，而在从节点84到节点76的相反方向上的行驶对应于另一个线路L109。
图6示出根据本发明的实施例用于计算预期功率使用并且优化能量存储部件的荷电状态值的技术96。技术96可编程进入例如图1的计算机26等计算机或控制器。技术96在框98通过将车辆当前位置与数据库中的线路关联而开始。例如，该线路可通过凭借全球定位系统(GPS)传感器测量车辆的经纬度或位置和车辆行驶的方向而找到。车辆位置数据可与数据库中线路的终止节点位置数据和在终止节点之间插入的位置比较。在框100，技术96确定是否已经从数据库找到具有对应于车辆位置和车辆行驶方向的数据的线路。
如果没有在数据库中找到102线路，在框104使用传统或常规ESC控制，因为在数据库中不存在历史数据。根据一个实施例，传统ESC控制控制混合动力车辆的能量存储部件的荷电状态接近荷电状态值范围中的中点值。例如，混合动力车辆的能量存储部件的默认荷电状态可设置到在能量存储部件的最大荷电和最小荷电之间的中间值。如果找到106线路，该线路设置为当前线路，并且当前线路的历史值在框108从数据库获得。根据本发明的实施例，不获得当前线路的地形数据、坡度、海拔或地貌。
在框110，确定车辆在当前线路内的位置，并且计算车辆将到达当前线路的终点可能花费的时间。在一个实施例中，技术96计算预期的功率使用并且在时窗或时间间隔上优化混合功率车辆的能量存储部件的荷电状态值。例如，荷电状态设置的优化可包括优化五分钟间隔的设置。其他时间间隔也在本文中考虑。图5图示从车辆72的当前位置并且在行驶方向上延伸的时窗90的示例。
在框112，技术96确定对于车辆到达当前线路的终点所计算的时间是否大于时窗。如果对于车辆在当前线路中行驶所计算的时间大于时窗114，混合动力车辆的预期功率使用在框116基于在框108获得的历史值、基于时窗并且基于车辆位置计算。例如，图5示出在车辆72的位置开始的时窗90小于车辆72到达线路L113的终点的预期的时间。
如果车辆预期在时窗118终止之前到达当前线路的终点并且通过另一个将来的线路继续行驶，当计算预期功率使用时技术96包括基于该将来线路的数据。因此，技术96包括车辆在到达当前线路的终止节点后可能沿其行驶的一个或多个将来线路的识别120。在一个实施例中，具有与当前线路的终止节点一样的起始节点的所有线路可被选择以用于识别。必要时，将来线路识别可忽略在与当前线路相反的方向上行驶的线路。
在框120识别将来线路后，在框122查询历史存储值的数据库以检索与将来线路有关的数据。例如，可检索每个识别的将来线路的历史功率使用数据、线路行驶频率和其他统计信息。另外，可检索例如与一天中的当前时间或车辆类型有关的数据等相关线路数据，而可忽略与一天中的不同时间有关的线路数据。根据本发明的实施例，检索的数据没有地形数据。
预期的功率使用在框124基于时窗和车辆位置并且基于对应于预期的车辆行驶的当前和将来线路的部分的获得的历史值来计算。在一个实施例中，基于将来线路行驶的预期功率使用的部分可仅从到达当前线路的终止节点后具有最高行驶频率的将来线路来确定。例如，参照图5和上文表格2中的行10-12，基于车辆72的位置94的时窗92(虚拟示出)延伸超过线路L113的终止节点N23。如在表格2中示出的，当车辆72在线路L113上行驶后行驶超过节点N23时线路L110具有比线路L114和L115更高的行驶频率。在该实施例中，当前线路L113和最可能的将来线路L110的相应部分用于计算预期功率使用。
在另一个实施例中，基于将来线路行驶的预期功率使用的部分可从一些或所有可能的将来线路基于在到达当前线路的终止节点后它们的行驶频率的加权平均值来确定。例如，参照图5和上文表格2中的行10-12并且基于车辆72的位置94，线路L110、L114和L115的部分各贡献于基于将来线路行驶的预期功率使用计算的部分。在该实施例中，来自线路L110、L114和L115的相关数据分别根据基于它们的频率的权重0.80、0.15和0.05来取平均。
基于沿车辆预期行驶的线路或多个线路之前测量的历史功率使用需求，在框116或框124计算的预期功率使用将混合动力车辆的蓄电池或能量存储部件的偏置荷电状态设置点确定为高于或低于中点荷电状态以优化蓄电池功率使用。偏置荷电状态设置点在框126基于规定的成本函数来优化。该成本函数用于提供与发动机或燃料电池一起使用的能量存储部件的车辆操作优化。通过指派成本给蓄电池使用和能量管理的不同方面，可以提供减小的车辆系统寿命周期成本。成本函数的示例是安培小时产量；充电、放电深度和放电率；燃料转换器操作点(效率)；排放输出量；等等。以此方式，蓄电池的优化可考虑寿命周期和效率成本之间的权衡。
荷电状态设置的优化可设置沿车辆行驶的预期路线的偏置荷电状态设置点，使得蓄电池可刚好在大的或持续的功率需求之前接近完全充电的荷电状态以在增加功率使用时段期间供应提升的功率。荷电状态设置的优化还可设置沿预期路线的偏置荷电状态设置点，使得蓄电池可刚好在大的或持续的发电机会之前接近完全放电的荷电状态以使得牵引马达的再生制动可供应充电功率以对蓄电池再充电到下一个偏置荷电状态设置点。此外，荷电状态设置的优化可优化蓄电池的充电或放电以延长它的寿命。例如，充电率可基于将出现延长的充电机会的历史数据的了解而减小。以此方式，蓄电池可在例如10英里路程的道路上缓慢再充电到100％荷电状态而代替在该10英里路程的前2英里上快速再充电而在后8英里期间使得没有再充电。以此方式，对蓄电池的更低应力、更低的电阻损耗、晶体生长控制和更低的蓄电池温度都将贡献于蓄电池寿命增加，同时在考虑充电损耗而增加效率。
因此，荷电状态设置的优化包括发动机或燃料电池和能量存储部件使用沿车辆行驶的预期路线的优化。例如，优化的荷电状态设置可使图1的计算机26将ESC24的当前荷电状态降低到更低的水平使得在加速时段期间可基于成本函数实现燃料转换单元20的高效使用。优化的荷电状态设置还可使图1的计算机26增加ESC24的当前荷电状态到由预期功率设置的更高的水平使得在负功率使用时段期间可基于成本函数实现再生制动的高效使用。另外，即使当再生制动机会没有即将来临时，优化的荷电状态设置可使计算机24操作处于发电模式的牵引马达16以增加ESC24的当前荷电状态到更高的水平，使得在即将到来的增加功率需求时段期间，持续的功率提升此后可由处于开动或牵引模式的牵引马达16供应。
在荷电状态设置优化126后，ESC荷电状态可在混合动力车辆沿预期线路行驶期间在框128根据优化的荷电状态设置调整。还参照图1，如果根据混合动力车辆10在当前线路内的目前位点、由优化的荷电状态设置所设置的目标偏置荷电状态设置点低于由荷电状态传感器36测量或确定的当前ESC荷电状态，优化的荷电状态设置使计算机26将ESC24的当前荷电状态降低到由优化的荷电状态设置所设置的更低偏置荷电状态设置点。减小ESC荷电状态可通过采用开动或牵引模式通过ESC24操作牵引马达16实现。如果由优化的荷电状态设置根据混合动力车辆10在当前线路内的目前位点来设置的偏置荷电状态设置点高于当前ESC荷电状态，优化的荷电状态设置使计算机26将蓄电池24充电到由优化的荷电状态设置所设置的更高偏置荷电状态设置点。增加ESC荷电状态可在没有功率从燃料转换单元20供应给EMS12时的再生制动模式期间或在一些功率从燃料转换单元20传输给EMS12期间来实现。
混合动力车辆10在当前线路内沿预期路线的目前位点可例如从位点传感器38或通过时间间隔确定。如果车辆沿着行驶的当前线路确定是与对于当前优化的荷电状态设置所设置的那个不同，优化的荷电状态设置的新集合可如上文描述的产生。
本发明的实施例允许混合动力系统的能量存储部件为即将到来的事件准备。因此，不是包括设置成维持50％的荷电状态的大能量存储部件以对于未知将来事件提供功率，而是可通过利用已知的将来功率需求以用于荷电状态控制来使用较小的能量存储部件。因此，根据本发明的实施例控制能量存储部件允许通过较小装置并且通过由于其更低的影响寿命的应力(例如高电流充电和放电等)而增加它的寿命周期所实现的成本降低。
现在参照图7，数据库访问、车辆控制和数据库上传的整体方案200根据本发明的实施例图示。方案200优选地在用于从一个位点行驶到另一个的电动或混合动力车辆的控制器或计算机系统中实现。方案200在框202开始，并且地图数据库在框204加载并且在框206转换成地图线路。典型地，作为示例，地图线路可由例如道路交叉点等地图中已知特征、由已知地址或由地图坐标限定。在一个实施例中，路线在框208加载，并且在另一个实施例中，路线在框208实时访问并且同时行驶。历史数据库在框210访问并且在一个实施例中数据库的历史线路与在步骤206转换的地图线路相互关联。因此，例如地图交叉点可限定为地图数据库内的节点，其可对应于在历史数据库内的节点位点。本领域内技术人员将认识到在历史数据库中限定的节点可以与地图内的已知特征相互关联。车辆沿路线的当前位点在框212通过例如GPS单元识别，并且当前位点在框214对地图的线路预筛选，如将在图8和9中论述的。
参照图8，根据本发明的实施例，图7的预筛选框214图示为预筛选过程或技术216。技术216在框218开始，并且实施初始匹配或位点到线路距离测试220以找到用于将地图线路与车辆的当前位置互相关联的一个或多个可能线路。测试220包括混合动力车辆的当前位点已知(如关于图7的框212描述的已经例如由GPS系统获得)的假设。
典型地，地图数据库包括如上文描述的由起始和终止节点(即，交叉点、地址、地图坐标等)唯一限定的线路。根据本发明的实施例，位点到线路距离测试220包括从车辆的当前位点到地图数据库内的线路的距离计算。在一个实施例中，该距离计算计算当前位点到地图数据库中的线路中的每个的最近部分的距离。基于该距离计算，测试220包括可以筛选出地图数据库内离当前车辆位点遥远的线路的算法以便快速找到一个或多个可能的线路用于确定或估计车辆位点在地图上的真实位点。
参照图9，图8的位点到线路测试220的要素根据本发明的实施例图示。测试220包括确定位点“i”和线路“m”的终点A和B之间的距离，并且使用确定的距离快速筛选在地图数据库内的所有线路。因为地图数据库已经与历史数据库相互关联，一旦已经识别地图线路，根据本发明的实施例然后与其对应的历史数据可被获得用于确定车辆的控制参数。此外，本领域内技术人员将认识到位点到线路测试可基于线路距离(即，lm)是线性的假设，虽然认识到在地图数据库中的线路不一直是线性的并且可具有与其关联的曲率。
变量h指示从位点i到线路m的距离，并且变量ε是可基于找到地图内的候选线路期望的筛选水平选择的参数。在一个实施例中，ε选择以对应于与GPS精度有关的参数，例如5米等。在另一个示例中，ε设置得大很多，例如100米，以筛选更大数量的可能地图线路同时仍然去除大百分比的(例如99％或更多)地图数据库中的总线路。为了说明，对于任何ε＞0，h≥ε，如果从位点i到线路m的节点A、B中的任一个的距离大于lmax+2ε，其中lmax是沿地图数据库的所有线路的最大线路长度，并且在图9中的角度α和β中的两者都不大于90°。根据图示的三角形，可产生下列不等式h≥a-lm1；h≥b-lm2。因此，如此，如果
Figure BSA00000444094300162
则h≥ε。从而
max(a，b)≥lmax+2ε；                        等式1
如此，基于当前位点，可以计算到相应节点A、B的距离a、b并且它们的最大值可以与简单总和lmax+2ε相比。如陈述的，lmax是地图数据库中的最大线路长度，并且ε对应于预设值(在一个示例中5米并且在另一个示例中100米)。从而，根据等式1可以计算简单的长度节点计算并且可以实施简单比较以便针对靠近混合动力车辆的当前位点并且在离当前位点距离ε内的线路来快速筛选地图数据库。丢弃不满足判据的线路，并且满足判据的剩余线路是可能的线路，计算从当前测量位点到其的距离。
参照回图8，在框222做出如关于等式1描述的询问。如果框222通过224，(即地图数据库的一个或多个线路满足等式1的判据)，然后在框226在例如计算机算法中指示旗标以确定候选线路中的最近的线路并且执行后续匹配步骤，其将稍后描述。如果框222不通过228判据，然后在框230指示偏离道路(off-road)旗标，并且没有线路被认为在等式1中限定的界限内存在。预筛选技术216在框232结束。
参照回图7，如上文描述的，技术200的预筛选框214设置旗标，其表示车辆是否偏离道路或是否将执行后续匹配框。参照决策框234，如果标出偏离道路236，然后实施常规控制方案。根据一个实施例，在框238确定若干顺序位点(即，“K”个位点，大于1的整数，并且10作为一个示例)是否已经标为偏离道路。如果否240，然后在框242实施常规车辆控制方案，并且过程控制回到框212。然而，根据本发明的实施例，如果K个顺序位点已经标为偏离道路244，然后对于测量的接着M个位点实施常规控制246而不预筛选该M个位点同时假设该M个位点是偏离道路的位点，从而减小计算负担。要理解在一些情况下车辆将实际上偏离道路行驶，而在其他情况下车辆可在没有输入地图线路数据库的道路上行驶，例如在数据库产生后修建的新道路的情况下等。
在本发明的实施例中，M是大于一的整数值，并且作为示例可是10。在另一个实施例中，M设置等于K，并且K可设置到大于一的任何整数。从而，方案200包括确定车辆是否偏离道路的循环并且包括如果若干顺序位点偏离道路则跳过另外计算的方法或工具。当车辆偏离道路时没有存储历史数据，因为在地图中没有与其关联的线路。尽管车辆的一个或多个位置可能不对应于偏离道路的位点(如果要预筛选M个位点中的每个)，这样的历史数据的任何损失相比由技术200提供的计算需求的整体减少被认为是极小的。
仍然参照图7，如果在框234混合动力车辆不确定为偏离道路248(即，为后续匹配标出，其可典型地对于筛选位点中的大多数发生)，然后在框250实施地图匹配算法，并且根据一个实施例框250包括如上文论述的后续匹配算法。如果已经找到一个或多个地图线路满足等式1的判据并且后续匹配算法已经标出，然后对应于车辆位点的线路可根据本发明的实施例基于GPS位点的轨迹。
参照图10，根据本发明的实施例，在GPS轨迹上的点对于沿地图轨迹的后续匹配GPS点图示。根据该实施例，轨迹252包括边界或值254σ，其充当后续匹配GPS位点256的界限。GPS位点256可基于当前GPS位点和该当前位点是大体上平行于地图线路还是大体上追踪到地图线路而与轨迹252相互关联。在一个实施例中，σ是20米，但本领域内技术人员将认识到值254的边界可是不同值，取决于特定应用。从而，代替计算更多到从等式1识别的最近地图线路或多个线路中的点的计算上繁重的距离，可实施简单确定以确定测量的位点256是否大体上遵循之前确定的地图线路的轨迹，并且如果如此则算法确定车辆没有从线路偏离并且确定当前位点以再次与最后的线路相互关联或匹配。在本发明的实施例中，轨迹252可如图示的在线性方向上，然而要认识到轨迹252可也包括曲线，并且测量的GPS位点256可与其相互关联。一旦线路被识别并且基于车辆的当前位点，可访问历史数据库的对应于当前GPS位点并且沿识别的线路的位点处。
从而，参照回图7，在框258并且在如论述的确定当前历史数据库位点后，方案200确定历史数据是否对当前位点和线路可用。如果如此260，然后如上文论述的在框262车辆的控制包括可用历史数据的使用。如果否264(即，对于给定位点没有之前的数据上传到该位点的历史数据库)，然后在框266车辆的控制是常规的。不管车辆的控制是否包括历史数据，因为行驶在已知地图线路上，与混合动力车辆的操作有关的功率和其他统计数据(例如加速、减速、停止起动信息等)然后对于在框268上传到历史数据库是可用的，并且历史数据库可A)用于基于之前测量的数据确定控制方案，并且B)用与沿线路的当前通过有关的信息来更新。在框268上传后，框270确定最后的位点(即，行程的终点)是否已经到达。如果否272，然后过程控制回到框212，其中识别当前位点，并且过程通过在框214预筛选重复。如果是最后位点274，方案200在框276结束。
从而，方案200通过快速识别并且预筛选当前位点和凭借后续匹配算法的地图匹配以高度计算效率操作。可用的历史数据可用于提高在给定线路的整体系统效率，并且在线路穿越期间得知的信息可上传到数据库以在其上将来的穿越期间进一步改进功率使用和其他重要的控制信息。如果对于一系列位点识别偏离道路操作，然后方案200可通过假设后续的位点系列也是偏离道路的而避免可能的延迟。
公开的系统和方法的技术贡献是它提供用于创建用于混合动力和电动车辆的能量管理和操作的数据库的计算机实现的系统和方法。
因此，根据本发明的实施例，用于操作电动或混合电动车辆的系统包括计算机，其编程以识别车辆位点，访问地图并且识别在其中的多个线路，预筛选该多个线路以识别该多个线路中的任何线路是否在当前位点的给定界限内，并且如果识别一个或多个可能的线路，然后使车辆的当前位点与识别的线路中的一个匹配，并且上传对应于匹配位点的车辆的功率数据进入数据库。
根据本发明的另一个实施例，控制电动或混合动力电动车辆的操作的方法包括识别车辆的当前位点，关于地图内的线路和当前位点应用预筛选算法，确定一个或多个线路是否在给定界限内，并且如果如此，然后通过后续匹配算法使车辆的当前位点与地图内的线路匹配，并且上传由沿着该线路并且在当前位点的车辆使用的功率信息到历史功率使用数据库。
根据本发明的另一个实施例，计算机可读存储介质，其具有存储在其上的计算机程序并且代表指令集，其当由计算机执行时使计算机测量车辆的当前位点，执行预筛选算法以确定在距离该当前位点预定距离内的地图的可能线路，并且如果一个或多个线路在距离当前位点预定距离内，然后使计算机执行地图匹配算法以确定一个或多个线路中的哪个对应于实际线路(车辆沿着其行驶)，并且上传与在当前位点的车辆有关的功率信息到历史数据库。
尽管本发明已经连同仅有限数量的实施例详细描述，应该容易理解本发明不限于这样公开的实施例。相反，本发明可以修改以包含任意数量在此之前没有描述的变化、改动、替代或等同设置，但是其与本发明的精神和范围相当。另外，尽管已经描述本发明的各种实施例，要理解本发明的方面可仅包括描述的实施例中的一些。因此，本发明将不被视为由之前的说明限制，而仅由附上的权利要求的范围限制。
部件列表
Figure BSA00000444094300201

Claims (7)

1.一种用于操作电动或混合电动车辆的系统，包括计算机，其编程成：
识别车辆位点(212)；
访问地图并且识别其中的多个线路(210)；
预筛选所述多个线路以识别所述多个线路中的任何线路是否在所述当前位点的给定界限内(214)；以及
如果识别一个或多个可能的线路(222)，然后：
使所述车辆的所述当前位点与所述识别的线路中的一个匹配(250)；以及
将对应于所匹配的位点的所述车辆的功率数据上传到数据库(268)。
2.如权利要求1所述的系统，其中在编程成预筛选可能线路池(214)时，所述计算机编程成通过位点到线路距离测试来识别哪些线路在所述当前位点的给定界限内(220)。
3.如权利要求2所述的系统，其中在编程成使所述车辆的所述当前位点与所述识别的线路中的一个匹配(250)时，所述计算机编程成通过后续匹配算法使所述车辆的所述当前位点与所述识别的线路中的一个匹配。
4.如权利要求2所述的系统，其中如果没有识别可能的线路，所述计算机编程成确定所述车辆的所述当前位点是偏离道路的(230)。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述计算机编程成：
确定已经确定是偏离道路的连续识别的当前位点的数量(K)；以及
如果K大于阈值，设置接着的数量(M)个后续识别的当前位点是偏离道路的(246)，其中K和M每个是大于1的整数。
6.如权利要求1所述的系统，其中如果识别一个或多个可能的线路(260)，所述计算机编程成：
从所述数据库获得对应于匹配于所述当前位点的线路的历史功率数据(258)；以及
基于所述获得的历史数据控制所述车辆的操作(262)。
7.如权利要求1所述的系统，其中所述计算机编程成通过全球定位系统(GPS)传感器识别所述车辆的所述当前位点(212)。
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