CN103918152A - 用于管理混合动力汽车的系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于管理混合动力汽车功率的方法，所述混合动力汽车由电机或热力发动机选择性地驱动，所述电机由功率存储单元提供功率，所述功率存储单元能够由所述热力发动机重充电，其中，根据所述方法，监测所述功率存储单元的充电水平，以便选择汽车由热力发动机驱动的模式或由电机驱动的模式，所述方法包括下述步骤：确定与所述汽车的行程相关联的汽车的路线图；和根据所述路线图，确定（36）被称为许可阈值的阈值充电水平（S2），低于所述许可阈值，所述汽车被热力发动机驱动的模式被激活。

Description

用于管理混合动力汽车的系统及方法
技术领域
本发明涉及一种用于混合动力汽车的功率管理方法。还涉及相应的管理系统。
尤其特别地，本发明涉及混合动力汽车技术领域。
背景技术
通常，混合动力汽车采用多个单独的功率源来驱动汽车。这些功率源通常包括与电池型储能单元相关联的热力发动机和电机。
相对于通常的单独的热驱动汽车，在混合动力汽车中存在第二个功率源关于向由汽车的驾驶者提供所需功率而引入附加的自由度。
由此，需要找到一种有效采用各种可用源的方式。尤其是，与相同的常用汽车相比，不利的功率管理会导致相似或者更高的功率损耗，尤其是由于电机及与其相关的功率电子器件的多余重量，尽管混合动力汽车用于实现相反的功能。
目前存在用于混合动力汽车的功率管理方法，其允许由不同的功率源提供驾驶者的所需功率，从而使当前的燃料消耗或排出的污染物最小。
这些方法尤其需要打开和／或关闭热力发动机，并且交替电池的重充电和放电阶段。
目前使用的优化策略没有考虑到由汽车采用的实际路线。由此产生的需求可能被证明是不适合汽车的实际路线。
更具体地说，在路程的时刻t处，使用用于优化混合动力汽车能量收支的现有策略，以最小化由扭矩和发动机转速所确定的瞬时动力系统工作点的燃油消耗。但是，尤其是电池的重充电，被认为是高优先级的限制，通常意味着所使用的驱动模式是不利于节省损耗的。
通常，在现有的策略中，在时刻t的驱动条件将表明驱动扭矩的源的选择，即有利地，在城市驾驶条件下纯电驱动功率，并有利地，在特别城市驾驶条件下，特别是高速公路驾驶条件下，由热力发动机提供的功率。然而，在时刻t的电池充电水平决定了驱动功率源的选择。例如，在城市驾驶条件下，一旦电池达到表示预置和固定的许可的最大放电水平的所谓的SOC(充电状态)的充电水平，则开启热力发动机，以对电池进行充电，即使这增加了消耗和污染物排放。
许可的最大放电水平通常设置的比较低(约70％的最低剩余电量阈值)，以在路程中防止长时间的电池放电，且确保最佳的电功率供应可用性。然而，这些低充电水平相对于污染排放的减少最小化了可能的改进。
本发明的目的在于改善上述情况。
发明内容
为此，本发明首先涉及一种功率管理方法，用于由电机和热力发动机驱动选择性地驱动的混合动力汽车，所述电机由用于存储电功率的单元提供功率，该单元能够由热力发动机重充电，在该方法中监视该功率存储单元的充电水平，以便选择热力发动机或电机驱动模式，所述方法包括以下步骤：
评价与所述汽车的行程相关联的汽车的路线图；和
-根据所述路线图，评价被称为许可阈值的阈值充电水平，低于该许可阈值，热力发动机驱动模式被激活。
通过考虑行程路线可以将许可最大放电阈值作为将进行的行程的参数，因此增加降低消耗的可能性，同时管理在行程中电池的过度放电的危险。优选地，所述方法包括如果充电水平降至低于许可阈值，请求所述蓄能单元重充电的步骤，所述重充电请求包括将热力发动机开启的请求。
因此，在从燃料消耗和污染物排放的角度最佳的驱动条件下，该存储单元可以被重充电。
有利的是，评价路线图的步骤包括评价在指定起点和指定终点之间的行程的性质。
优选的是，行程的性质是至少从包括特别城市部分(extra urban portion)的一个行程和不包括特别城市部分的一个行程中选择。特别城市部分对应于其中汽车速度可能比预先设定的速度阈值更高的快速道路部分。
例如，是从行程的最大速度分布对行程的性质进行评价。特别是，最高速度分布可以由在行程中遇到的许可的最大速度(诸如速度限值)所组成。因此，具有高于90公里／每小时的(甚至高于50公里／每小时的)速度限值的行程部分，可以被认为是快速道路部分。该速度分布尤其是由地图系统或GPS(全球定位系统)系统提供。
在另一实例中，评价路线图的步骤包括评价行程距离和行程时间，且行程的本质是从行程的平均速度来评价，所述平均速度由所述距离和所述时间而获得。
特别是，如果行程的平均速度比平均速度阈值高，则行程包括特别城市部分；如果平均速度比平均速度阈值低，则行程不包括特别城市部分。平均速度阈值例如等于25公里／小时，甚至30公里／小时。有利的是，平均速度阈值是可校准的，因此它可以被修改。
有利的是，当行程包括特别城市部分，则该路线图的评价包括评价在特别城市部分的出发点和出发点之间的行程时间，许可阈值的评价包括将所述许可阈值设置为用于该时刻的第一阈值，以及在此时刻之后将所述许可阈值设置为比所述第一阈值高的第二阈值。
优选地，所述第一阈值是位于20％和30％之间。
第二阈值保证了最佳的汽车的电功率可用性。优选地，所述第二阈值是位于60％至80％之间。
通过在特别城市部分之前采用较低的阈值，当汽车位于行程的城市阶段中时，热力发动机的开启可能被延迟。因此，在行程的高速公路阶段电池被重充电，在此阶段期间该重充电具有更高的整体能量效率。由于这一阶段通过热力发动机更加有效，这因此进一步创建了更优化的高速公路行程阶段。
在一个实施例中，第一阈值取决于出发点和特别城市部分的起点之间的行程时间。因此，到达高速公路所花费的时间可以被用作许可阈值的加权参数。
优选地，当行程不包括特别城市部分时，许可阈值等于大于或等于第一阈值的第三阈值，并小于第二阈值。
优选地，第三阈值是位于40％和50％之间。
不包括特别城市部分的行程是典型的城市驾驶条件下的行程，由此它最好是使用电机来提供驱动功率。开启热力发动机将导致消耗和污染物增加，其中催化剂是热力地钝性的。在现有技术的方法中，即使电池可以支持达到目标目的地所需要的微小附加放电，发动机也可以被开启。采用特定于不包括特别城市部分的行程的许可阈值，允许增大电池的许可放电。因此，避免了对热力发动机的过度提早的永久开启。
优选地，通过它们的地理坐标(尤其是其GPS和／或地图坐标)定义起点和／或终点。
优选地，该终点由用户输入，通常是汽车的驾驶者。
本发明还涉及一种功率管理系统，用于由电机和热力发动机驱动选择性地驱动的混合动力汽车，所述电机由用于存储电功率的单元提供功率，该单元能够由热力发动机重充电，所述系统包括：
-用于监测功率存储单元的充电水平的单元，以选择热力发动机或电机驱动模式；
-用于评价汽车路线图的单元，所述路线图与所述汽车的行程相关联；
和
-用于评价被称为许可阈值的阈值充电水平的单元，低于该许可阈值时，根据所述路线图，热力发动机驱动模式被激活。
有利地，该用于评价路线图的单元包括跟踪设备，尤其是GPS和／或地图。
优选地，所述系统还包括用于与汽车的用户通信的单元，尤其是人-机接口。
附图说明
现在参照附图，更详细地描述本发明的非限制性实施例，其中：
图1是示出了根据本发明的一个实施例的功率管理系统的结构的示意图；
图2是示出了根据本发明的第一变体实施例的功率管理方法的步骤的流程图；
图3是示出了根据本发明的第二变体实施例的功率管理方法的步骤的流程图；
图4是示出了现有技术的功率管理方法的示例性实施方式的图；以及
图5是示出本发明的功率管理方法的示例性实施方式的图。
具体实施方式
图1示出了用于机动汽车的功率管理系统2，该汽车例如为混合动力汽车。所述管理系统优选地是车载系统。
管理系统2包括功率管理单元，例如中央ECU单元4。
功率管理单元4连接到汽车的动力传动系统。所述动力传动系统包括用于提供前轮驱动／后轮驱动的电机和发动机，特别是热力发动机6、电机8和传动链。
功率管理单元4还被连接到功率存储单元，尤其是电池10，对其充电电平进行监测。
优选地，所述功率管理单元4连接到人-机接口IHM12，允许其与汽车的驾驶者14进行通信。
由此人-机界面12允许驾驶者14被通知燃料消耗、电池10充电电平、功率成本、CO2排放，碳排放(carbon footprint)等。
在其终端，驾驶者14可以借助于人-机接口12输入用于功率管理单元4的信息。
根据优选实施例，管理系统2还包括连接到所述功率管理单元4的GPS系统，或能够评价从起点到终点的路线的地图系统16。
值得注意的是，当评价被称为电池10的许可充电阈值水平时，所述功率管理单元4能够考虑驾驶者14经由人机接口12输入和／或由GPS系统或绘图系统16输出的路线图，低于该阈值水平时，热力发动机6驱动模式必须被激活。
该路线图例如由其地理坐标，尤其是其GPS坐标所确定的起点和终点之间的行程距离、行程时间和行程的性质所确定。
起点对应于汽车启动时的位置，终点对应于该汽车的目的地的位置。该终点可由驾驶者14经由人机接口12输入。
图3是示出操作本发明方法的流程图，当路线图对应于行程UE，该行程包括后面跟随特别城市部分PE的城市部分PU，该特别城市部分即快速路部分，诸如高速公路部分。
在图4和图5中，由曲线50示出与行程UE相关联的速度分布。
曲线50包含了时间长度在600至850秒之间的城市部分PU，而特别城市部分PE包括850至1200秒之间的时间长度。
该速度分布表明，该汽车频繁停在行程的城市部分PU中，例如在时刻t3、t4和t5。汽车在该城市部分的最高速度不超过50公里／小时。
在特别城市部分PE中，汽车没有停下来，它的速度从来没有降至低于50公里／小时。
例如，此行程的性质是由平均速度阈值Vseuil与行程的平均速度Vmoy进行比较而确定。
平均速度阈值Vseuil可以由在城市驾驶条件下行程的典型“最大”时间和典型“最大”距离来确定。最大时间优选地等于35分钟。最大距离优选地包含在15至18千米之间。这些值导致行程上的平均速度阈值Vseuil在25至30公里／小时之间，可能证明采用了纯电驱动模式。
在步骤60中，驾驶者14将行程UE的行程时间t输入人机接口12。他们还输入行程UE的行程距离d。通过示例的方式，行程UE的距离d等于15公里，且时间t为约12分钟。
作为变体，该信息可以直接从GPS系统和／或地图系统16中输出，并直接发送到功率管理单元4。
在步骤62中，管理单元4评价该行程的平均速度Vmoy，即此处是平均行程速度Vmoy为75公里／每小时，并将其与平均速度阈值Vseuil进行比较。
在步骤64中，管理单元4确定平均速度Vmoy大大高于30公里／小时的阈值。因此，在行程UE中存在特别城市部分。
在步骤65中，管理单元4评价特别城市部分PE的出发点和起点之间的行程时间△t。
在步骤66中，该管理单元4继而决定，将进行的行程的许可充电阈值水平对于在城市驾驶条件PU下的时间△t等于20至30％的第一阈值S1的，并在时间△t之后等于60％至80％的第二阈值S2。因此，管理单元4被配置为通过在到达高速道路之前的时间△t期间偏好于使用电机8而延迟使用热力发动机6。
管理单元4还被配置为，一旦达到第二阈值S2，决定是否在时间△t之后(即在△t+1处)启动热力发动机6。因此，在特别城市部分PE持续的时间期间，如果需要，电池10可被重充电。
该第二阈值S2优选地具有确保最佳的电功率供应的可用性的值。在现有技术的策略中，一旦电池10的充电水平下降到低于该阈值S2，则热力发动机6被起动，从而无论任何行程时间和／或距离，电池10都可以被重充电。
图4中的曲线70示出了在汽车启动之后，热力发动机在很短的时间内被接通。在这种情况下，热力发动机6的操作条件是不理想的，因为在城市行程中它被冷启动。这会导致额外的燃料消耗和污染。
相反，当本发明的方法用来设置该低于第二阈值S2的第一阈值S1时，即使电池的充电水平降至低于第二阈值S2，电池10在特别城市部分PE的开始和起点之间的时间△t期间也不被重充电。这是因为本发明的管理系统知晓将发生更有利的旅程条件，即特别城市部分PE，因此该重充电被延迟。
因此，如曲线74所示，电池10在特别城市部分PE期间被重充电。这使得关于污染物排放的热力发动机6的最佳效率成为可能。
图2是示出本发明的方法的操作的示例的流程图，此时路线图对应于唯一的城市行程U，即不包含特别城市部分PE的行程。
示例性地，此行程的性质是通过将行程的平均速度与30公里／小时的平均速度阈值进行比较来确定。
在步骤30中，驾驶者14将行程U的时间t输入人-机接口12。他们还输入行程U的距离d。该信息被发送到功率管理单元4。
作为变体，该信息可以由GPS系统和／或地图系统16直接输出，并直接传送到功率管理单元4。
在步骤32中，管理单元4由行程的距离d和时间t计算汽车的平均行程速度Vmoy，并将其与平均车速阈值Vseuil进行比较。
在步骤34中，管理单元4(在该示例中是ECU)确定平均速度Vmoy比一般的速度阈值Vseuil低，因此，此行程U不包含特别城市部分PE。
继而，在步骤36中，管理单元4针对将进行的行程将电池10的最小充电水平设定为高于或等于第一阈值S1并低于第二阈值S2的第三阈值S3。例如，该第三阈值S3位于40％和50％之间。因此，该系统因此被配置为通过当电池10的充电水平高于第三阈值S3时偏好于使用电机8而延迟使用热力发动机6。在该行程中，持续地监测充电水平，并将其与第三阈值S3进行比较。
优选地，第三阈值S3高于在具有特别城市部分PE的行程中的△t时间内使用的第一阈值S1。这是因为，在包括特别城市部分PE的行程中，知晓该特别城市部分PE将允许电池10进行重充电能够支持对该电池10的更大放电。
第三阈值S3低于在现有技术中使用的保证最佳电功率供应可用性的许可阈值S2，该许可阈值S2位于60％至80％之间。
在现有技术的策略中，一旦电池的充电水平低于许可阈值S2，则热力发动机被开启，以便为电池10进行重充电，无论行程的性质如何，即不论是对于包含特别城市部分PE的行程或是不包含特别城市部分PE的行程。
通过示例的方式，行程U的距离等于或小于2公里，且对于24公里／小时的平均速度，其时间约为4.5分钟。由图4和图5中的曲线20示出与城市行程U相关联的示例性速度分布。
该速度分布示出了汽车频繁停止，例如，在时刻t1和t2。汽车在该行程中的最大速度不超过50公里／小时
图4中的曲线40示出了在车辆到达终点前，热力发动机6在很短的时间(约一分钟)上被开启。在这种情况下，激活热力发动机6对于燃料消耗和污染物排放是非常不利的。另外，由于行程时间太短，电池10没有被完全充电。
相反，当本发明的方法被用于设置低于第二阈值S2的第三阈值S3时，行程是完全在电机8下进行的，即使电池10的充电水平下降到低于第二阈值S2，从而最大限度地减少污染物的排放。电池10还有可能在最终目的地通过将其连接到主电网而被重充电(曲线42)，如果这在技术上是可能的，或当必要时在后续的行程中被重充电。

Claims (17)

1.一种用于混合动力汽车的功率管理方法，所述混合动力汽车由电机(8)或热力发动机(6)选择性地驱动，所述电机(8)由电功率存储单元(10)提供功率，所述电功率存储单元(10)能够由所述热力发动机(6)重复充电，在所述方法中，监测所述电功率存储单元(10)的充电水平，以便选择热力发动机(6)驱动模式或电机(8)驱动模式，所述方法包括下述步骤：
-评价与所述汽车的行程相关联的汽车的路线图；和
-根据所述路线图，评价(36，66)被称为许可阈值的阈值充电水平(S1，S2，S3)，低于所述许可阈值，所述热力发动机(6)驱动模式被激活。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法包括如果充电水平降至低于所述许可阈值(S1，S2，S3)，则请求所述电功率存储单元(10)重充电的步骤，所述重充电请求包括将所述热力发动机(6)开启的请求。
3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述评价所述路线图的步骤包括评价(30，32)指定起点和指定终点之间的行程距离(d)、行程时间(t)和行程的性质。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述行程的性质至少从包括特别城市部分(PE)的一个行程和不包括特别城市部分(PE)的一个行程中选择。
5.根据权利要求4所述的方法，其中由所述行程的速度分布评价所述行程的性质。
6.根据权利要求4所述的方法，其中评价所述路线图的步骤包括评价(30)所述行程距离(d)和所述行程时间(t)，且由所述行程的平均速度(Vmoy)评价(32)所述行程的性质，所述平均速度(Vmoy)由所述距离(d)和所述时间(t)获得。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，如果所述行程的所述平均速度(Vmoy)高于平均速度阈值(Vseuil)，则所述行程包括特别城市部分(PE)；以及
如果所述平均速度(Vmoy)低于所述平均速度阈值(Vseuil)，则所述行程不包括特别城市部分(PE)。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的方法，其中，当所述行程包括特别城市部分(PE)时，则评价所述路线图的步骤包括评价(65)所述起点和所述特别城市部分(PE)的起点之间的行程时间(△t)，
评价(66)所述许可阈值，包括设定所述许可阈值为对于所述时间(△t)的第一阈值(S1)，和在所述时间(△t)之后设定所述许可阈值为高于所述第一阈值(S1)的第二阈值(S2)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一阈值(S1)位于20％至30％之间。
10.根据权利要求8和9中任一项所述的方法，其中，所述第二阈值(S2)位于60％至80％之间。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其中，当所述行程不包括特别城市部分(PE)时，所述许可阈值等于第三阈值(S3)，所述第三阈值(S3)高于或等于所述第一阈值(S1)并低于所述第二阈值(S2)。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述第三阈值(S3)位于40％至50％之间。
13.根据权利要求3至12中任一项所述的方法，其中所述起点和／或所述终点由其地理坐标限定，尤其是由其GPS坐标限定。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述终点由用户(14)输入。
15.一种功率管理系统(2)，用于选择性地由电机(8)和热力发动机(6)驱动的混合动力汽车，所述电机(8)由电功率存储单元(10)提供功率，所述电功率存储单元(10)能够由所述热力发动机(6)重充电，所述系统(2)包括：
-用于监测所述电功率存储单元(10)的充电水平的单元，以选择热力发动机(6)驱动模式或电机(8)驱动模式；
-用于评价与所述汽车的行程相关联的汽车路线图的单元；和
-用于评价被称为许可阈值的阈值充电水平(S1，S2，S3)的单元，低于该许可阈值时，根据所述路线图，热力发动机(6)驱动模式被激活。
16.根据权利要求15所述的系统，其中，该用于评价路线图的单元包括追踪设备(16)，尤其是GPS和／或地图。
17.根据权利要求15和16中任一项所述的系统，其还包括用于与汽车的用户进行通信的单元，尤其是人-机界面(12)。
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