CN102486817B - 用于估算电动车的剩余行驶距离的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于估算电动车的剩余行驶距离的方法，包括：控制器单元输入剩余行驶距离的初始值并检查即将充电前的累积燃料效率；控制器单元检查当前累积燃料效率；以及控制器单元根据累积燃料效率加载两个或更多用于估算剩余行驶距离的预定函数，并通过使用即将充电前的累积燃料效率和当前累积燃料效率来选择性地使用两个或更多用于估算剩余行驶距离的函数，来估算关于电池的充电状态的剩余行驶距离。

Description

用于估算电动车的剩余行驶距离的方法
技术领域
本发明涉及一种用于估算电动车的剩余行驶距离的系统和方法。更特别地，本发明涉及一种根据电动车中的当前剩余燃料的量(剩余电量)来估算DTE(剩余燃料可行驶距离，Distance To Empty)的方法。
背景技术
电动车可以通过使用电池中充电的电力来驱动电动机而行驶。在电动车中非常重要的是，检查其电池状态(例如电池的当前温度和电池的SOC(充电状态，State OfCharge))，并管理电池状态使其保持在预定水平以上。
在电池的整个状态的维护过程中所涉及的BMS(电池管理系统，BatteryManagement System)防止电池寿命由于耐久性的恶化而减少。它也通过将电池的SOC信息传送给控制电池及其状态的车辆控制器来帮助车辆基于其电池状态而行驶。
值得注意地，检查使用高电压电池的电动车中的电池SOC使得驾驶者不会由于电力损失而陷入困境，是很重要的。因此，需要开发一种用于检查电池的剩余容量的技术，从而在车辆运行过程中向驾驶者通知电池的状态。
在使用诸如汽油和柴油等普通化石燃料的车辆的情况下，存在着用于测量燃料箱中剩余燃料的量的公知方法，例如液位传感器。然后使用来自该液位传感器的测量值来基于燃料箱中剩余燃料的量乘以累积燃料效率所得的值来估算DTE。
另一方面，在运行过程中计算电动车的电池的当前SOC的典型方法是通过测量每单位时间所使用的释放电流量来计算电池的当前SOC。
然而，由于各种技术问题(诸如由于估算中的困难和估算误差的存在而提供错误信息的可能风险)，目前还不可能根据电池的剩余容量的当前值来估算电动车的DTE。因此，驾驶者可能会由于不准确的示数而不是由于自身的过失而陷入困境。因此，需要一种用于估算电动车的DTE的技术，其能够提供比常规方法更高的精确度。
本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包含不构成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明提供了一种用于估算电动车的剩余行驶距离的系统和方法，其能够通过除了基于电池SOC和累积燃料效率来获得电动车的剩余燃料(例如电力)的量之外，还基于当前行驶模式来设置剩余燃料可行驶距离(DTE)与在各种负荷状况下实时改变的电池SOC的关系，来简单且精确地估算剩余行驶距离。
在本发明的一个实施例中，提供了一种用于估算电动车的剩余行驶距离的方法。更具体地，该方法包括：输入剩余行驶距离的初始值并检查即将充电前的累积燃料效率；检查实时(即当前)累积燃料效率；以及根据累积燃料效率加载两个或更多用于估算剩余行驶距离的预定函数，并通过使用即将充电前的累积燃料效率和当前累积燃料效率来选择性地使用用于估算剩余行驶距离的函数，来估算关于电池的充电状态(SOC)的剩余行驶距离。
在一个实施例中，对剩余行驶距离的估算还可以包括：使用即将充电前的累积燃料效率和当前累积燃料效率来计算新的累积燃料效率因数，以及通过在两个或更多用于估算剩余行驶距离的函数中对累积燃料效率进行内插来估算电池的SOC的剩余行驶距离。
在另一实施例中，剩余行驶距离的初始值可以在充电结束后，通过即将充电前的累积燃料效率来预先确定。
在另一实施例中，该方法还可以包括：在车辆运行过程中驾驶者给出熄火命令的情况下，检查并在存储装置中存储电池的当前SOC、当前累积燃料效率和当前剩余行驶距离。
在另一实施例中，当接收到驾驶者给出的点火命令时，可以再次执行检查当前累积燃料效率的步骤和估算关于电池的SOC的剩余行驶距离的步骤。
在另一实施例中，用于估算剩余行驶距离的函数可以是根据累积燃料效率预先设置的关于电池的SOC的二次函数。
在另一实施例中，用于估算剩余行驶距离的函数可以是具有不同放大系数的三个二次函数。
如上所述，根据本发明的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法，通过使用简单的控制逻辑，在考虑电池的SOC和累积燃料效率的情况下，根据当前行驶模式估算剩余行驶距离，来有效且精确地估算车辆的当前剩余行驶距离。
此外，根据本发明的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法能够通过使用可以以嵌入式形式实现的简单线性函数，来精确地估算剩余行驶距离。
应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具、飞行器等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有汽油动力又有电动力的车辆。
附图说明
现在将参考通过附图示出的本发明的某些示例性实施例来详细描述本发明的上述及其它特征，其中附图将在下文中仅通过例证的方式给出，并且因此并非对本发明进行限制，其中：
图1是示出根据本发明的示例性实施例的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法的流程图。
图2A至2C是通过使用根据本发明的示例性实施例的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法来比较剩余行驶距离的估算值(est)与DTE的实际值(true)的曲线图。
应该理解的是，附图不一定要依比例，而是呈现出说明本发明的基本原理的各种优选特征的稍微简化的表示。本文中公开的本发明的特定设计特征，包括例如特定尺寸、方向、位置和形状，将部分地由期望的特定应用和使用环境来确定。
在附图中，附图标记在附图的几幅图中始终指代本发明的相同或等效部分。
具体实施方式
现在将在下文中详细参考本发明的各种实施例，其实例在附图中示出并在下面描述。虽然将结合示例性实施例来描述本发明，但应理解的是，本说明并非旨在将本发明限于那些示例性实施例。相反，本发明旨在不仅涵盖这些示例性实施例，而且涵盖可包括在所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的各种替代形式、改型、等效形式和其它实施例。
此外，尽管下面的实例被描述为方法的一部分，但应理解的是，所说明的本发明的实施例也可以实施为系统或装置。
实例
用下面的实例对本发明进行举例说明，而并非旨在对本发明进行限制。
在本发明的一个实施例中，通过根据电动车中当前剩余燃料(例如，电力)的量估算剩余燃料可行驶距离(DTE)，可以向驾驶者提供与车辆的充电有关的可靠信息。特别地，本技术提供了一种估算电动车的剩余行驶距离的方法，其能够通过使用根据累积燃料效率以及电动车中使用的高电压电池的剩余容量的量计算的数据，来提高对车辆的实时/当前剩余行驶距离的估算的精确度。
本说明书中使用的术语仅被用来描述特定实施例，而并非旨在对本发明进行限制。单数形式旨在包括复数形式，除非上下文明确表示不是这样。还应理解的是，本说明书中使用的术语“包括”或“具有”指明了所说明的特征、步骤、操作、组成部分、部件或其组合的存在，但并不排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组成部分、部件或其组合的存在或追加。
根据本发明的用于估算电动车的剩余行驶距离的技术将参考附图在下文中详细描述。
图1是示出根据本发明的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法的步骤的流程图。
用于估算电动车的剩余行驶距离的方法被划分成与充电状态有关的步骤(S100)和与非充电状态有关的步骤(S200)，并且特别地，本发明涉及用于在车辆实际行驶的非充电状态下估算电动车的剩余行驶距离(S200)的方法和系统。
更具体地，本发明在车辆于充电后行驶时，通过考虑累积燃料效率和电池的当前SOC来计算车辆的剩余行驶距离。
如图1所示，为了在充电结束后的行驶状态下估算剩余行驶距离，当前行驶状态下的剩余行驶距离是例如由控制器单元设置初始值，计算累积燃料效率，估算电池的当前SOC，选择剩余行驶距离与电池的SOC之间的函数，并计算当前剩余行驶距离，来估算的。
在剩余行驶距离的初始值被设置后，上面描述的估算剩余行驶距离的处理在车辆行驶时被连续重复。另外，该处理可以与估算电池的SOC从而获得电池的当前剩余容量的操作同时执行。
在图1所示的流程图中，在充电状态下执行的步骤(S100)中，检查用于估算剩余行驶距离的初始值和即将充电前的累积燃料效率，该步骤是根据本发明的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法的预备步骤。
更具体地，当电池被充电时，检查即将充电前的累积燃料效率(S110)。然后基于累积燃料效率应用用于设置初始值的预定逻辑(S120)。然后可以计算由于充电而引起的剩余行驶距离的变化(S130)，并且当充电结束时自动地设置剩余行驶距离的初始值(S140)。
本发明中的累积燃料效率被计算为每秒的移动距离与电池SOC每秒的变化量的比率。即，该比率是是以一秒为时间间隔累积通过计算移动距离的每秒变化量除以SOC的每秒变化量而获得的值而获得的值。
因此，即将充电前的累积燃料效率被定义为从上一次充电结束后到本次充电被执行时为止的、电池SOC和即时移动距离的估算变化的累积总和。
车辆的剩余行驶距离是可以通过将当前剩余SOC和累积燃料效率(km/SOC)相乘而获得的信息。因此，系统中的处理器可以然后使用即将充电前的累积燃料效率计算并在存储装置上存储剩余行驶距离的当前值。使用术语“当前值”是因为实际上在剩余行驶距离和上述两个参数(即剩余SOC和累积燃料效率)之间不存在线性关系。因此，所计算的剩余行驶距离仅仅是所述计算所代表的那一时间点或那一时间间隔的剩余行驶距离。即，仅仅使用一次计算来预测剩余行驶距离可能会不精确，因为剩余行驶距离可能会由于各车辆的特定驾驶情况而经历突然的剧烈变化。可选地，除上述方法以外的各种方法可以用来在该步骤中设置初始值，其中所述步骤是根据本发明的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法的预备步骤。
如上所述，当车辆已经结束充电并且剩余行驶距离的初始值已经被设置时，结束充电状态下的预备步骤(S100)，并且根据本发明，在非充电状态下估算剩余行驶距离的步骤(S200)被执行以估算车辆可行驶的剩余行驶距离。
在非充电状态下估算剩余行驶距离的过程中，如图1所示，当输入初始剩余行驶距离的初始值的步骤被开始并且驾驶者启动并驾驶车辆时，剩余行驶距离的初始值在充电结束时被预先设置。
此外，该步骤检查与在即将充电前计算的累积燃料效率相关地存储的数据(S210)。
然后使用即将充电前的累积燃料效率以及实时检测的与当前累积燃料效率有关的数据，来选择性地应用将在下面描述的用于估算剩余行驶距离的函数。
当与剩余行驶距离有关的初始值已经被设置并且即将充电前的累积燃料效率已经被检查时，可以根据车辆行驶过程中的变化来计算实时/当前累积燃料效率(S220)。
此外，在本发明中，当前累积效率可以被定义为在电池充电完成并且发动机启动后实时检测的即时移动距离与电池的当前SOC的估算的即时变化的比率。即，当前累积燃料效率可以被定义为通过连续检查即时移动距离与电池SOC的即时变化量的比率，并累积从充电到当前时刻为止的比率而获得的值。
因此，在本发明中，通过实时估算电池的SOC，来在预定时间(或以预定时间间隔)连续监视电池SOC的即时变化。另外，通过在相同的预定时间间隔期间采集关于移动距离的信息来实时计算当前累积燃料效率。因此，当前累积燃料效率是从刚刚充完电后开始计算的累积燃料效率。
接着，尽管在图1中未示出，但是当计算出当前燃料效率时，电池的当前SOC(即，用于估算剩余行驶距离的函数所使用的参数)可以由例如控制器单元估算。
在本发明的一些实施例中，SOC的估算可以与车辆的剩余行驶距离的估算并行地或独立地执行。由此，可以实时地接收所估算的电池SOC的结果，并将所得到的电池的实时SOC应用于估算剩余行驶距离的函数。因此，在该实施例中，估算电池的SOC、检查当前累积燃料效率以及估算剩余行驶距离可以在预定时间或以预定时间间隔同步，并且所得结果然后可以相应地输出。
此外，根据本发明，用于估算电池的当前SOC的各种方法可以被用于估算电动车的剩余行驶距离。此外，在本发明中，可以配置成仅使用电池SOC的估算结果来计算剩余行驶距离，而不在估算电池SOC的方法方面有任何限制。
同时，由于根据本发明，电池的当前SOC可以由例如用于估算电池SOC的控制器上实现的逻辑来估算，所以估算剩余行驶距离的步骤可以在电池的当前SOC已经被输入时，通过选择性地使用用于估算剩余行驶距离的预定函数来执行(S230)。
在本发明中使用的用于估算剩余行驶距离的示例性函数可以基于电池的SOC和累积燃料效率用实验方法获得，并且被实现为剩余行驶距离关于电池SOC的n次函数。特别地，大多数实施例中的函数具有基于累积燃料效率计算出的关于电池SOC的放大系数(gain)。
在用于估算剩余行驶距离的函数中，本实施例通过输入电池的SOC、行驶距离以及累积燃料效率，使用神经网络工具来以线性函数输出从反复实验中获得的结果。特别地，本发明根据不同的行驶模式来计算用于估算剩余行驶距离的两个或更多函数。
用于估算剩余行驶距离的函数具有考虑了不同行驶模式的关于电池的不同SOC的放大系数，并且该放大系数是通过根据行驶模式而应用不同的累积燃料效率来计算的，如上所述。
同时，考虑到所用逻辑的容量和处理速度，用于估算剩余行驶距离的函数被设置为可收敛为如下面的示例性公式1所示的二次函数的函数，并且该用于估算剩余行驶距离的二次函数可以实现为嵌入式并且可以以非常小的误差度估算实际剩余行驶距离。
[公式1]
DTEt(km)＝gain1t×SOCt 2+gain2t×SOCt+gain3t
因此，根据本发明的示例性实施例的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法设置有二次函数(诸如公式1)，并且优选地设置有根据三个不同的累积燃料效率确定的三个用于估算剩余行驶距离的函数。
预先确定该三个用于估算剩余行驶距离的函数，使得它们根据所使用的累积燃料效率而在剩余行驶距离的估算值方面具有相对差别，并且在本发明的一些实施例中，可以通过选择性地使用该三个用于估算剩余行驶距离的函数来计算最接近的估算值。
例如，如关于图1中所示的步骤S230所描述的那样，该三个用于估算剩余行驶距离的函数被划分为长剩余燃料可行驶距离(LDTE)、中剩余燃料可行驶距离(MDTE)和短剩余燃料可行驶距离(SDTE)。因此，剩余行驶距离可以利用这三个函数来估算。
因此，在根据本发明的实施例的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法中，加载预定的三个用于估算剩余行驶距离的函数，并且选择并使用与接近在先前步骤中计算的当前累积燃料效率的累积燃料效率对应的用于估算剩余行驶距离的函数。
然而，在本发明中，当使用当前累积燃料效率和电池的当前SOC来估算剩余行驶距离时，由于这两个因数的非线性会临时产生过度的变化，并且在估算剩余行驶距离时会产生较大误差。因此，在本发明中，通过应用在初始步骤中已经检查的即将充电前的累积燃料效率以及当前累积燃料效率，来计算新的累积燃料效率因数并使用它来选择用于估算剩余行驶距离的函数。
如上所述计算的新的累积燃料效率可以实现为根据在当前累积燃料效率和即将充电前的累积燃料效率中累积的移动距离比率来计算。更具体地，可以通过把即将充电前的累积燃料效率应用于当前累积燃料效率来计算新的累积燃料效率因数，来确定新的累积燃料效率。
可选地，根据本发明另一实施例的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法可以实现为使用电池的当前SOC和计算的累积燃料效率这些因数，从三个预定的用于估算剩余行驶距离的函数中选择一个或两个用于估算剩余行驶距离的相近的函数，然后基于电池的相应SOC根据新的累积燃料效率因数使用内插，来计算关于电池的SOC的剩余行驶距离，以便提高估算剩余行驶距离的精确度。
上面已经描述的检查当前累积燃料效率以及选择性地应用估算剩余行驶距离的函数的步骤，在车辆行驶时以预定时间周期或时间间隔被重复，并且通过所述重复而计算出的剩余行驶距离的估算值可以输出到外部。
同时，如图1所示，当车辆停止且驾驶者做出熄火命令(S240)，并且上述对剩余行驶距离的实时估算结束时，于是将电池的当前SOC、当前累积燃料效率和当前剩余行驶距离存储在存储单元中，诸如存储在电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)中，并且根据本发明的对电动车的剩余行驶距离的估算完成(S250)。
此外，当驾驶者做出点火命令以重新启动车辆时(S260)，把在做出熄火命令时存储在存储器中的剩余行驶距离设置为初始值，并且用上述的检查当前累积燃料效率的步骤再次开始对剩余行驶距离的估算(S220～S230)。
可选地，当在车辆启动前再次对电池进行充电时，与上述情况不同，处理返回到作为预备步骤的在非充电状态下估算剩余行驶距离的步骤(S100)，并且根据本发明的用于估算电动车的剩余行驶距离的方法在充电已经结束后通过设置剩余行驶距离而被顺序地执行。
图2A至2C是通过使用上述方法来比较剩余行驶距离的估算值(est)与剩余行驶距离的实际值(true)的示例性曲线图。
图2A至2C中所示的曲线图表示当把剩余行驶距离的相同估算测试应用于在充电前已经学习了不同行驶状态的车辆时获得的结果。曲线图中的初始值的差别是因为在测试中即将充电前的累积燃料效率由于充电前行驶状态的差别而不同。因此，作为学习不同行驶状态的结果，初始状态分别设置为在图2A中为150km，在图2B中为100km，在图2C中为60km。
有利地，根据本发明，通过计算剩余行驶距离的估算值，并在三个用于估算剩余行驶距离的函数中使用累积燃料效率的内插，而不管初始充电值的差别如何，可以获得收敛于实际剩余行驶距离的估算结果的更高精确度。
如上所述，所说明的本发明的实施例也可以实施为系统。即，在本发明的一个实施例中，用于估算电动车的剩余行驶距离的系统可以实施为控制器单元，其被配置成输入剩余行驶距离的初始值，确定即将充电前的累积燃料效率，确定当前累积燃料效率，基于累积燃料效率加载两个或更多用于估算剩余行驶距离的预定函数，并通过选择性地使用两个或更多用于估算剩余行驶距离的函数、即将充电前的累积燃料效率和当前累积燃料效率来估算关于电池的充电状态(SOC)的剩余行驶距离。
已经参考本发明的优选实施例对本发明进行了详细描述。然而，本领域技术人员应该理解的是，可以在这些实施例中做出变更而不脱离本发明的原理和精神，其中本发明的范围在所附权利要求及其等价形式中限定。

Claims (14)

1.一种用于估算电动车的剩余行驶距离的方法，包括：
控制器单元输入剩余行驶距离的初始值并检查所述电动车即将充电前的累积燃料效率；
控制器单元检查当前累积燃料效率；以及
控制器单元根据所述电动车即将充电前的累积燃料效率加载两个或更多用于估算剩余行驶距离的预定函数，并通过使用所述电动车即将充电前的累积燃料效率和所述当前累积燃料效率来选择性地使用所述两个或更多用于估算剩余行驶距离的函数，来估算关于电池的充电状态的剩余行驶距离。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述估算剩余行驶距离的步骤使用所述电动车即将充电前的累积燃料效率和所述当前累积燃料效率来计算新的累积燃料效率因数，并通过在所述两个或更多用于估算剩余行驶距离的函数中对所述电动车即将充电前的累积燃料效率和所述当前累积燃料效率进行内插来估算电池的充电状态的剩余行驶距离。
3.如权利要求1所述的方法，其中剩余行驶距离的所述初始值在充电结束后，通过所述电动车即将充电前的累积燃料效率来预先确定。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
当在车辆运行过程中驾驶者给出熄火命令时，检查并在存储装置中存储电池的当前充电状态、所述当前累积燃料效率和当前剩余行驶距离。
5.如权利要求4所述的方法，其中当接收到驾驶者给出的点火命令时，再次执行所述检查当前累积燃料效率的步骤和所述估算关于电池的充电状态的剩余行驶距离的步骤。
6.如权利要求1所述的方法，其中所述用于估算剩余行驶距离的函数是根据所述电动车即将充电前的累积燃料效率预先设置的关于电池的充电状态的二次函数。
7.如权利要求6所述的方法，其中所述用于估算剩余行驶距离的函数是具有不同放大系数的三个二次函数。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述用于估算剩余行驶距离的函数是根据所述电动车即将充电前的累积燃料效率预先设置的关于电池的充电状态的二次函数。
9.一种用于估算电动车的剩余行驶距离的系统，包括：
控制器单元，其被配置成：
输入剩余行驶距离的初始值，
确定所述电动车即将充电前的累积燃料效率，
确定当前累积燃料效率，
基于所述电动车即将充电前的累积燃料效率加载两个或更多用于估算剩余行驶距离的预定函数，并且
通过选择性地使用所述两个或更多用于估算剩余行驶距离的函数、所述电动车即将充电前的累积燃料效率和所述当前累积燃料效率来估算关于电池的充电状态的剩余行驶距离。
10.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器还被配置成：使用所述电动车即将充电前的累积燃料效率和所述当前累积燃料效率来计算新的累积燃料效率因数，并通过在所述两个或更多用于估算剩余行驶距离的函数中对所述电动车即将充电前的累积燃料效率和所述当前累积燃料效率进行内插来估算电池的充电状态的剩余行驶距离。
11.如权利要求9所述的系统，其中剩余行驶距离的所述初始值在充电结束后，通过所述电动车即将充电前的累积燃料效率来预先确定。
12.如权利要求9所述的系统，其中所述控制器还被配置成：
当在车辆运行过程中驾驶者给出熄火命令时，检查并在存储装置中存储电池的当前充电状态、当前累积燃料效率和当前剩余行驶距离。
13.如权利要求9所述的系统，其中所述用于估算剩余行驶距离的函数是根据所述电动车即将充电前的累积燃料效率预先设置的关于电池的充电状态的二次函数。
14.如权利要求13所述的系统，其中所述用于估算剩余行驶距离的函数是具有不同放大系数的三个二次函数。
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