CN104908736A

CN104908736A - 车辆用能量管理装置

Info

Publication number: CN104908736A
Application number: CN201510107395.XA
Authority: CN
Inventors: 松永隆德
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2035-03-11
Also published as: DE102015203959A1; US9352740B2; CN104908736B; US20150258979A1; JP2015168402A

Abstract

提供一种车辆用能量管理装置，其能抑制运算负荷，并成生成能量效率较高的车辆控制计划。车辆用能量管理装置100用于具有以不同能源进行驱动的多个车辆设备120的车辆。车辆用能量管理装置100包括：计算出车辆的行驶路径的行驶路径计算部101；将行驶路径分割成多个区间的行驶路径分割部102；对每个区间制定车辆设备120的控制计划的控制计划制定部103；以及根据控制计划来控制车辆设备120的车辆设备控制部104。行驶路径分割部102以越靠近的区间分辨率越高的方式来规定各区间的长度，从而对行驶路径进行分割。

Description

车辆用能量管理装置

技术领域

本发明涉及对具有多个不同的能源的车辆进行能耗管理的车辆用能量管理装置，尤其涉及用于发动机和电动机的控制计划的路径区分方法。

背景技术

将燃料能量、电能等多个不同的能源作为动力源的车辆即所谓混合动力车具备用于抑制能耗的各种动作模式。作为混合动力车的动作模式，存在有：例如仅以发动机输出的动力作为动力源来进行行驶的模式、仅以电动机输出的动力作为动力源来进行行驶的模式、以发动机输出和电动机输出相结合的动力作为动力源来进行行驶的模式、以发动机输出来发电并将该电力进行蓄电或用于驱动电动机的模式等。

例如，下述专利文献1揭示了如下技术：对混合动力车的发动机和电动机进行控制，从而将燃料消耗量抑制为最小限，且电池余量成为目标值。在该技术中，将到达目的地为止的行驶路径分割成多个区间，对各区间的电池充电状况(SOC：State of Charge)进行预测。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2001-298805号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

将到达目的地为止的行驶路径分割成多个区间、基于各区间的能耗量的预测值来建立混合动力车的控制计划，即使在此情况下，也会发生如下问题：即，由于实际行驶状况的变化，能耗量的预测值与实测值之间会产生误差。若行驶过程中误差累积，则最初的控制计划变得不恰当，因此需要重新建立控制计划(重新计划)。然而，若频繁地重新计划，则混合动力车的控制装置中运算负荷会增大。尤其是，在到达目的地为止的距离、时间较长时，由于区间的个数增多，因此，生成控制计划所需的计算量变得庞大，控制计划的生成和重新计划需要耗费时间。

本发明为了解决上述问题而完成，其目的在于提供一种车辆用能量管理装置，在抑制运算负荷的同时、能生成能量效率较高的车辆控制计划。

解决技术问题所采用的技术方案

本发明所涉及的车辆用能量管理装置用于具有以不同能源进行驱动的多个车辆设备的车辆，该车辆用能量管理装置的特征在于，包括：计算出所述车辆的行驶路径的行驶路径计算部；将所述行驶路径分割成多个区间的行驶路径分割部；对每个所述区间制定所述车辆设备的控制计划的控制计划制定部；以及根据所述控制计划来控制所述车辆设备的车辆设备控制部，所述行驶路径分割部以区间越是靠近则分辨率越高的方式来规定各区间的长度，从而对所述行驶路径进行分割。

发明效果

根据本发明所涉及的车辆用能量管理装置，越是行驶路径的最初的区间，越是详细地解析，从而对车辆设备的控制内容进行计划，因此，行驶路径的最初的区间的误差(初始误差)减小，从而能使直到行驶路径的后半程为止的误差积累减小。由此，重新计划的频率下降，能使运算负荷降低。此外，在行驶路径的后半程，使区间变长，因此，能抑制分割区间数的增大，能抑制生成控制计划所需的计算量，能缩短生成控制计划以及重新计划所需的时间。

另一方面，在重新计划时，从重新计划地点开始对区间重新制定详细的计划，因此，能以比初始计划更高的精度来进行计算，控制精度上升，里程变优。此外，能减少计算量以及计算所需的存储量，因此，能以廉价的微机、存储器来实现，能降低控制器的成本。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式所涉及的车辆用能量管理装置的结构的框图。

图2是表示行驶路径分割部102的详细结构的框图。

图3是表示本发明的实施方式所涉及的车辆用能量管理装置的动作的流程图。

图4是表示各区间的区间长度的计算结果的示例的图。

图5是表示行驶路径分割部所进行的行驶路径的分割示例的图。

图6是表示行驶路径分割部所进行的行驶路径的分割示例的图。

具体实施方式

图1是表示本发明的实施方式所涉及的车辆用能量管理装置的结构的框图。本发明所涉及的车辆用能量管理装置能广泛地应用于具有2个以上的能源的车辆，但在本实施方式中，示出了搭载于将燃料能量和电能这两者作为动力源的车辆上的车辆用能量管理装置。

车辆用能量管理装置100对搭载有该车辆用能量管理装置100的车辆(下面称作“本车”)的电动机(电机)、发动机、发电机(电力生成器)等车辆设备120进行控制。另外，电动机在车辆减速时能作为再生电力的发电机(再生制动器)来发挥功能。此外，车辆用能量管理装置100所控制的车辆设备120中还可包括空调机等，虽然它们与车辆的动作模式没有直接关系，但是会影响车辆的能耗。

如图1所示，车辆用能量管理装置100构成为包括行驶路径计算部101、行驶路径分割部102、控制计划制定部103、及车辆设备控制部104。车辆用能量管理装置100利用计算机来构成，计算机按照程序进行动作，由此来实现上述各要素。

行驶路径计算部101利用地图数据，计算出从本车的出发地到目的地(到达地)为止的行驶路径。行驶路径计算部101除了计算行驶路径以外，还计算从出发地出发的出发时刻、到达目的地的预计到达时刻。此处，设行驶路径计算部101输出的本车的行驶路径信息包含：该路径中包含的各道路的海拔信息(即坡度信息)、道路属性(例如市区的道路、山路、高速公路等种类)、道路宽度、拐弯的曲率、表示根据时刻预测的各道路中的车辆流量的速度信息(预测速度信息)等信息。另外，行驶路径计算部101可以不用亲自计算出本车的行驶路径、出发时刻、到达预计时刻等，而是获取外部的导航装置获取计算出的信息。

行驶路径分割部102将行驶路径计算部101计算出的到达目的地为止的行驶路径分割成特定的区间。

控制计划制定部103在本车行驶前以及行驶过程中制定电动机、发动机、发电机等车辆设备120的控制计划，以使得在整个行驶路径中、本车的能耗量(燃料消耗量和功耗量)满足预定的条件(例如，最接近特定目标值的条件、使燃料消耗量最小的条件等)。

车辆设备控制部104根据控制计划制定部103输出的车辆设备120的控制计划(各区间的动作模式的分配)，对车辆设备102进行控制，从而对动作模式进行切换。另外，通常在本车进入新区间时，对动作模式进行切换，但会存在车辆设备120的控制计划在行驶中途变更(重新计划)的情况、由于驾驶员的操作而无法维持控制计划那样的动作模式的情况等，在这种情况下，在区间的中途也会对动作模式进行切换。

图2是表示车辆用能量管理装置100的行驶路径分割部102的详细结构的框图。行驶路径分割部102由区间分辨率设定部201和区间分辨率分配部202构成。

区间分辨率设定部201设定定义公式，该定义公式表示对从本车的当前位置(本车位置)到目的地为止的行驶路径进行分割而得到的区间的分辨率(区间分辨率)。区间分辨率分配部202基于区间分辨率设定部201设定的区间分辨率的定义公式，对行驶路径进行分割，以使得越接近本车的区间(紧跟的区间)的区间分辨率越高、越远离本车的区间(接近目的地的区间)的区间分辨率越低。

此处，区间分辨率是表示以何种详细程度作为区间的特征来呈现道路的特征、与其相应的车辆的举动的指标。例如，对于时间较短的区间，能使用多个区间详细地获取车辆的速度变化特征，因此称之为分辨率较高。相反地，对于时间较长的区间，由于在该区间内车辆的速度多次反复变化，因此，不易将各个速度变化特征作为区间的特征来呈现，称之为分辨率较低的区间。

此外，例如，对于上下坡较少的区间，对各区间进行评价的上下坡数量较少，容易将该特征作为区间的特征来呈现，因此称之为分辨率较高的区间。相反地，对于包含大量上下坡的区间，不易将各上下坡的特征作为区间的特征来呈现，因此称之为分辨率较低的区间。

接着，对车辆用能量管理装置100的动作进行说明。图3是表示车辆用能量管理装置100的动作的流程图。

随着车辆(或车载系统)的启动，车辆用能量管理装置100的动作流程开始，于是，首先行驶路径计算部101对从本车位置到所设定的目的地为止的行驶路径进行搜索(步骤S101)。可由车辆用户利用用户界面进行目的地设定，也可由行驶路径计算部101根据过去的行驶履历等推定目的地来自动地进行目的地设定。

行驶路径的搜索结束后，行驶路径分割部102将本车的行驶路径分割成多个区间(步骤S102)。本发明的特征在于行驶路径分割部102将行驶路径分割成多个区间的处理，将在下面对该分割处理进行阐述。

行驶路径的分割结束后，控制计划制定部103通过对各区间分配动作模式来生成车辆设备120的控制计划，以使得在整个行驶路径中本车的能耗量满足预定条件(步骤S103)。

一旦本车开始行驶，车辆设备控制部104基于本车的当前位置，对本车处于行驶路径上的哪个区间进行识别，对本车是否进入了新区间(通过了区间的边界)进行判断(步骤S104)。若本车进入了新区间(步骤S104为“是”)，则根据车辆设备120的控制计划，基于需要对本车的动作模式进行切换(步骤S105)。若本车未进入新区间(步骤S104为“否”)，则维持当前的动作模式。而且，车辆设备控制部104根据当前的动作模式，对车辆设备120进行控制(步骤S106)。

此处，在本车的行驶过程中，在例如由于未预料的交通堵塞而不能按照预定的速度来行驶的情况下、或由于驾驶员的操作无法维持控制计划那样的动作模式的情况下，由预先制定的车辆设备120的控制计划所设想的能耗量(能耗量预测值)与实际能耗量(能耗量的实测值)之间有可能产生偏差。例如，设想如下情况：即便在发动机和电动机的输出被假定为零的“惯性行驶模式”、“再生模式”的区间，驾驶员也很有可能根据实际交通状况对本车进行加速操作、制动操作。此外，在本车从预定的行驶路径偏离的情况下，也会产生该差异。

为了识别出这种与能耗计划的偏离，车辆设备控制部104对能耗量预测值与实测值之差进行运算(步骤S107)。

在该差的大小或变化量超过预定阈值的情况下、本车偏离行驶路径而发生行驶路径变更的情况下、或者由用户发出控制计划的变更指示的情况下，车辆设备控制部104判断为需要重新制定车辆设备120的控制计划(步骤S108为“是”)，向控制计划制定部103发出命令使其重新制定计划，返回到步骤S101。除此以外的情况下(步骤S108为“否”)，车辆设备控制部104对动作模式的参数(发动机和电动机的输出比率、电力再生强度等)进行校正，以使得步骤S103中求出的能耗量的预测值与实测值之差减小，从而对车辆设备120进行反馈控制(步骤S109)。

之后，车辆设备控制部104对本车是否已走完行驶路径进行确认(步骤S110)。若本车已走完行驶路径(步骤S110为“是”)，则本流程结束。若未走完(步骤S110为“否”)，则回到步骤S104。

此处，对步骤S102中行驶路径分割部102所进行的行驶路径分割处理进行说明。在步骤S102中，首先，行驶路径分割部102的区间分辨率设定部201设定区间分辨率RS的定义公式。

区间分辨率RS的基本公式表示为

Rs＝Ls/L₀…(1)。

式(1)中，Ls是区间的长度(区间长度)、L₀是区间长度的最小单位(单位区间长度)。区间分辨率Rs的值越小，则意味着该区间的分辨率越高，对区间内的路径(道路)的特征越是详细地评价。

区间长度Ls不限于区间的物理长度(距离)，可由车辆通过区间所需时间的预测值(下面仅称为“行驶时间”)、区间内存在的分岔点的个数、区间内存在的上下坡的个数、区间内的车辆加减速次数的预测值(下面仅称为“加减速次数”)等来规定。

区间分辨率设定部201从区间长度Ls的定义彼此不同的下面的式(1a)～式(1e)中选择1个公式，将其设定成作为区间分辨率Rs的定义公式。

在由区间的行驶时间Ts来规定区间长度Ls的情况下，单位区间长度L₀成为单位时间T₀，区间分辨率Rs表示为

Rs＝Ts/T₀…(1a)。

在该情况下，车辆通过区间耗费的时间越短、则分辨率越高。另外，车辆速度根据道路种类(高速公路、一般道路等)、交通状况(交通堵塞、事故、是否有施工等)而发生变化，因此车辆以越短时间来通过区间，该区间的距离未必越短。

在由区间的距离Ds来规定区间长度Ls的情况下，单位区间长度L₀成为单位距离D₀，区间分辨率Rs表示为

Rs＝Ds/D₀…(1b)。

在该情况下，区间的距离越短，其分辨率越高。

在由区间内的分岔点的个数Bs来规定区间长度Ls的情况下，单位区间长度L₀成为分岔点的单位个数B₀，区间分辨率Rs表示为

Rs＝Bs/B₀…(1c)。

在该情况下，区间的分岔点越少，其分辨率越高。分岔点表示道路的分岔点，即交叉路口。多数情况下，车辆在分岔点附近由于信号灯停止、左转右转等进行加减速，因此，车辆的能耗容易在分岔点处发生变化。因此，将分岔点个数作为对用于评价车辆能耗量的区间长度进行规定的基准是有效的。

在由区间内的上下坡的个数Hs来规定区间长度Ls的情况下，单位区间长度L₀成为上下坡的单位个数H₀，区间分辨率Rs表示为

Rs＝Hs/H₀…(1d)。

在该情况下，区间的上下坡越少，其分辨率越高。对于上下坡的个数，可将海拔差异超过一定值的道路计数为一个上坡或下坡，还可将上行或下行的连续距离超过一定值的道路计数为一个上坡或下坡。车辆在行驶于上坡时，耗费大量能量，在行驶于下坡时，通过再生来回收电能，因此，在上下坡时车辆的能耗容易发生变化。因此，将上下坡个数作为对用于评价车辆能耗量的区间长度进行规定的基准是有效的。

在由车辆加减速次数As来规定区间长度Ls的情况下，单位区间长度L₀成为加减速单位次数A₀，区间分辨率Rs表示为

Rs＝As/A₀…(1e)。

在该情况下，车辆在区间中的加减速次数越少，其分辨率越高。对于加减速次数，可在加速度或减速度超过一定值时，计数为一次加速或减速。车辆进行加速时，耗费大量能量，在减速时，通过再生来回收电能，因此，在加减速时车辆的能耗容易发生变化。因此，将加减速次数作为对用于评价车辆能耗量的区间长度进行规定的基准是有效的。

若区间分辨率设定部201设定区间分辨率Rs的定义公式，则区间分辨率分配部202基于该定义公式对各区间分配分辨率，并将行驶路径分割成多个区间。

区间分辨率分配部202以区间分辨率在越接近本车的区间(紧跟的区间)越高、在越远离本车的区间(接近目的地的区间)越低的方式，对行驶路径进行分割。

假定如下情况，例如，从接近本车的一侧开始依次设为区间[0]、区间[1]、区间[2]……，区间分辨率分配部202将区间[i](i＝0,1,2,……)的分辨率规定为

Rs[i]＝Ls[i]/L₀＝2i+1…(2)。

该情况下，根据式(1)和式(2)，将区间[i]的区间长度Ls[i]表示为

Ls[i]＝(2i+1)·L₀…(3)。

例如，若将区间分辨率Rs的定义公式设定为由车辆的行驶时间Ts来规定区间长度的式(1a)，则各区间的区间长度Ls[i]表示为

Ls[i]＝(2i+1)·T₀…(3a)，

各区间的区间长度成为如图4所示的结果。

图5是表示由车辆行驶时间来规定区间长度时的行驶路径的分割示例的图。图5中，以横轴为时间，来表示从车辆的当前位置(出发地)到目的地(到达地)为止的行驶路径中的海拔变化、车速变化(预测值)和驱动输出的变化(预测值)。将单位时间T₀假定为100秒，根据式(3a)，计算出区间[0]的区间长度Ls[0]为100秒，区间[1]的区间长度Ls[1]为300秒，区间[2]的区间长度Ls[2]为500秒。如图5所示，区间分辨率分配部202对行驶路径进行分割，从而得到符合该计算结果的区间。

此外，例如，若将区间分辨率Rs的定义公式设定为由车辆的加减速次数来规定区间长度的式(1e)，则各区间的区间长度Ls[i]表示为

Ls[i]＝(2i+1)·A₀…(3e)。

图6是表示由车辆的加减速次数来规定区间长度时的行驶路径的分割示例的图。图6中，以横轴为距离，来表示从车辆的当前位置(出发地)到目的地(到达地)为止的行驶路径中的海拔变化、车速变化(预测值)和驱动输出的变化(预测值)。若将加减速的单位次数A₀假定为1次(此处，将1组加速和减速计数为1次加减速)，则计算出区间[0]的区间长度Ls[0]为加减速1次、区间[1]的区间长度Ls[1]为加减速3次，区间[2]的区间长度Ls[2]为加减速5次。如图6所示，区间分辨率分配部202对行驶路径进行分割，从而得到符合该计算结果的区间。

如上所述，在本实施方式所涉及的车辆用能量管理装置100中，进行行驶区间分割，以使得越接近本车的区间(紧跟的区间)，区间分辨率越高，越远离本车的区间(接近目的地的区间)，区间分辨率越低。因而，在车辆设备120的控制计划中，对于越接近行驶路径的最初的区间，反映出越详细的道路特征。因而，在行驶路径的最初，误差(初始误差)变小，能使直到行驶路径的后半程为止的误差的积累变小。由此，使重新制定车辆设备120的控制计划(重新计划)的频率降低，能使运算负荷下降。此外，在行驶路径的后半程，区间变长，因此，抑制分割区间数的增大，能抑制生成控制计划所需的计算量，能缩短生成控制计划以及重新计划所需的时间。

而且，在行驶路径的后半程(远离本车的位置)，以较粗的间隔来分割行驶路径，因此，即便在到目的地为止的距离、时间较长的情况下，也能抑制区间的数量，由此也能减小生成车辆设备120的控制计划所需的计算量和计算时间。此外，若计算量以及其计算所需的存储量减少，则能以廉价的微机、存储器来实现车辆用能量管理装置100，对成本削减做出贡献。

此外，从图3的流程图可知，本实施方式的车辆用能量管理装置100在需要重新计划车辆设备120的控制计划的情况下(步骤S108为“是”的情况下)，再次对剩余行驶路径进行分割(步骤S102)，在此基础上，生成车辆设备120的控制计划(步骤S103)。因此，生成精度比重新计划前要高的控制计划，还能期待得到车辆里程提高的效果。

另外，本发明在其发明范围内可对实施方式进行适当变形、省略。

标号说明

100 车辆用能量管理装置、

101 行驶路径计算部、

102 行驶路径分割部、

103 控制计划制定部、

104 车辆设备控制部、

120 车辆设备、

201 区间分辨率设定部、

202 区间分辨率分配部。

Claims

1.一种车辆用能量管理装置，用于具有以不同能源进行驱动的多个车辆设备的车辆，其特征在于，包括：

计算出所述车辆的行驶路径的行驶路径计算部；

将所述行驶路径分割成多个区间的行驶路径分割部；

对每个所述区间制定所述车辆设备的控制计划的控制计划制定部；以及

根据所述控制计划来控制所述车辆设备的车辆设备控制部，

所述行驶路径分割部以区间越靠近则区间分辨率越高的方式，来规定各区间的长度。

2.如权利要求1所述的车辆用能量管理装置，其特征在于，

所述行驶路径分割部判断为所述车辆的行驶时间越短的区间分辨率越高。

3.如权利要求1所述的车辆用能量管理装置，其特征在于，

所述行驶路径分割部判断为距离越短的区间分辨率越高。

4.如权利要求1所述的车辆用能量管理装置，其特征在于，

所述行驶路径分割部判断为分岔点越少的区间分辨率越高。

5.如权利要求1所述的车辆用能量管理装置，其特征在于，

所述行驶路径分割部判断为上下坡越少的区间分辨率越高。

6.如权利要求1所述的车辆用能量管理装置，其特征在于，

所述行驶路径分割部判断为所述车辆的加减速越少的区间分辨率越高。