CN105291881A - 距离域中的能量消耗率 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种距离域中的能量消耗率。一种控制电池电动车辆的方法包括：向车辆操作者显示能量消耗参数，所述能量消耗参数是基于过滤后的能量使用率的。由加权的针对第一距离测量的增量能量消耗率和针对第二距离学习的平均能量消耗率来限定所述过滤后的能量使用率，所述第二距离超过所述第一距离。

Description

距离域中的能量消耗率

技术领域

本公开涉及计算车辆的能量消耗率。

背景技术

可通过电机的运转来推进电池电动车辆(BEV)，所述电机被配置为从车载电池接收电力。可用来自公用电网或其它非车载电源的电力对电池进行充电。BEV驾驶员可能希望准确地了解在电池被耗尽之前的预期的车辆行驶里程。

发明内容

一种根据本公开的控制电池电动车辆的方法包括：向车辆操作者显示能量消耗参数。所述能量消耗参数是基于过滤后的能量使用率的。由加权的针对第一距离测量的增量能量消耗率以及针对第二距离学习的平均能量消耗率来限定所述过滤后的能量使用率。所述第二距离大于所述第一距离。

在各种实施例中，所述过滤后的能量使用率可以由一阶离散过滤器过滤。所述增量能量消耗率可基于在所述第一距离消耗的功率的时间积分和针对所述第一距离的平均车辆速度的时间积分。一些实施例还包括：响应于车辆行驶距离超过阈值距离而重新计算所述能量消耗率。

根据本公开的车辆包括：被配置为向车辆操作者以信号形式发送信息的显示器和控制器。所述控制器被配置为：经由所述显示器以信号形式发送车辆能量消耗率。所述能量消耗率基于加权的针对第一距离测量的增量能量消耗率和针对第二距离学习的平均能量消耗率，其中，所述第二距离超过所述第一距离。

一些实施例还包括：牵引马达，被配置为向车辆牵引车轮提供扭矩；牵引电池，被配置为向所述牵引马达供应电池功率。在各个实施例中，所述能量消耗率可以由一阶离散过滤器过滤。所述控制器还可以被配置为响应于车辆行驶距离超过阈值距离而重新计算所述能量消耗率，其中，在一些实施例中，所述阈值距离为0.1公里。

根据本发明，一种车辆包括：显示器，被配置为向车辆操作者以信号形式发送信息；控制器，被配置为经由所述显示器以信号形式发送车辆能量消耗率，所述能量消耗率基于加权的针对第一距离测量的增量能量消耗率以及针对第二距离学习的平均消耗率，其中，所述第二距离超过所述第一距离。

根据本发明的一个实施例，所述车辆还包括：牵引马达，被配置为向车辆牵引车轮提供扭矩；牵引电池，被配置为向所述牵引马达供应电池功率。

根据本发明的一个实施例，所述能量消耗率由一阶离散过滤器过滤。

根据本发明的一个实施例，所述控制器还被配置为：响应于所述车辆行驶距离超过阈值距离而重新计算所述能量消耗率。

根据本发明的一个实施例，所述阈值距离为0.1公里。

一种根据本公开的控制车辆的方法包括：向车辆操作者显示车辆能量使用参数。所述能量消耗参数是基于第一能量消耗值和第二能量消耗值的。所述第一能量消耗值对应于加权的针对第一距离测量的增量能量消耗率，所述第二能量消耗值对应于针对累计距离的存储的能量消耗率。

在各种实施例中，所述能量消耗参数可以是估计的剩余燃料可行驶距离。所述能量消耗参数可以由一阶离散过滤器过滤。一些实施例还包括：响应于所述车辆行驶距离超过距离阈值而重新计算所述能量消耗参数，在一些实施例中，所述距离阈值可以为0.1公里。

根据本发明，一种控制车辆的方法包括：向车辆操作者显示车辆能量消耗参数，所述能量消耗参数是基于第一能量消耗值和第二能量消耗值的，所述第一能量消耗值对应于加权的针对第一距离的增量能量消耗率，所述第二能量消耗值对应于针对累计距离的存储的能量消耗率。

根据本发明的一个实施例，所述能量消耗参数是估计的剩余燃料可行驶距离。

根据本发明的一个实施例，所述能量消耗参数由一阶离散过滤器过滤。

根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：响应于所述车辆行驶距离超过阈值距离而重新计算所述能量消耗参数。

根据本发明的一个实施例，所述阈值距离为0.1公里。

根据本公开的实施例提供了多个优点。例如，本公开提供了车辆可行驶里程的准确估计。根据本公开的方法提供了基于驾驶模式的变化而进行响应的重新计算。此外，相对于已知的方法，根据本公开的方法能够减少计算要求。

通过以下结合附图具体描述优选的实施例，本公开的上述以及其它优点和特点将是清楚的。

附图说明

图1是电池电动车辆的框图；

图2是描述用于计算车辆能量消耗率的现有技术的方法的流程图；

图3是示出用于计算车辆能量消耗率的方法的框图；

图4是描述用于控制车辆的方法的流程图。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种可替代形式来实现。附图无需按比例绘制，一些特征可以被夸大或最小化以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应被解释为具有限制性，而仅仅是作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用本发明的代表性基础。

在车辆(不论是电池电动车辆(BEV)、混合动力电动车辆(HEV)，还是仅由内燃发动机驱动的传统车辆)中，能量消耗率被监测和了解以用于各种最终使用功能。各种示例包括瞬时能量消耗率的显示、旅程表上的平均消耗率、针对当前行驶周期运行中的平均消耗率和剩余燃料可行驶距离的计算。作为普遍的关注点，这种计算是准确的是非常重要的。

现在参考图1，以示意图形式示出BEV10的实施例。BEV10包括电池12和电机14。BEV10还包括传动装置16、牵引车轮18、一个或更多个控制器20、电气端口22和显示器/界面24。显示器/界面24可包括屏幕、扬声器、按钮或各种其它的用户界面元件。电机14和车轮18与传动装置16以任何恰当/已知的方式被机械地连接(如实线所指示的)，使得电机14可以驱动车轮18，车轮18可驱动电机14。其它布置也是可行的。电池12可提供能量给电机14或从电机14接收能量。电池12还可经由电气端口22从公用电网或其它非车载电源(未示出)接收能量。一个或更多个控制器20与电池12、电机14、传动装置16和显示器/界面24进行通信和/或控制电池12、电机14、传动装置16和显示器/界面24(如虚线所指示的)。

在BEV中，准确地计算车辆可行驶里程或剩余燃料可行驶距离(“DTE”)是尤其重要的。BEV通常具有比传统车辆更短的可行驶里程，因此，BEV的操作者高度依赖于车辆可行驶里程的计算以确保目的地在车辆可行驶里程内。

在传统车辆中，通常基于存储的历史车辆可行驶里程的二进制文件(bin)来计算车辆可行驶里程，其中，基于固定距离的燃料消耗来分别计算每个二进制文件，以产生平均车辆可行驶里程。

在图2中示出这种现有技术的计算的示例。如在方框28所示，基于先前的N个二进制文件来计算平均效率。每个二进制文件b₁,b₂...b_N包括针对d英里的车辆行驶间距的燃料消耗值或燃料效率值。作为示例，N可以是6，d可以是60。在这样的示例中，所述效率因此将针对行驶的总共360英里而被平均。如方框30所示，车辆随后另外行驶d英里。测量在该d英里消耗的燃料，针对新的二进制文件b_N+1计算燃料效率。如方框32所示，最旧的二进制文件随后被丢弃。然后，使用b₂,b₃...b_N+1的平均值计算新的燃料效率。

然而，该技术在瞬时行驶事件(比如，从城市行驶转变到公路行驶)过程中不太准确。此外，传统的可行驶里程计算通常假设来自剩余燃料的可用能量是常量，而不考虑温度或老化(age)。然而，可从给定荷电状态下的BEV电池获得的能量可基于电池的温度和年龄而变化。此外，与传统车辆相比，在BEV中，车厢的加热和冷却通常对能量消耗具有更大和更多变的影响。

一种用于更好地考虑瞬时事件的解决方案是使用大量小的二进制文件，使得由于驾驶行为而引起的能量效率的变化被尽快捕获。但是，这样可能会由于存储大量二进制文件的需求而变为占用相对多的内存。

计算DTE的可选方法涉及基于学习的平均车辆速度和学习的平均功率消耗来估计燃料效率。然而，应该注意的是，例如，在时间域中学习可能会导致估计偏向于低速度的能量消耗率。优选地，在没有通过在时间域中进行操作而引入错误估计的情况下，用于BEV的DTE计算考虑到瞬时行驶事件。为了构建无偏差估计量或基于速率的量，过滤器更新域优选地与分母变量(denominatorvariable)的域相匹配。由于通过能量与距离的比值来限定期望的能量消耗率，因此，应在距离域中执行过滤。

现在参考图3，以框图的形式示出针对BEV的DTE计算的优选实施例。如方框40所示，在给定采样间隔内对功率消耗进行积分，以获取以瓦特小时(Whr)为单位而使用的能量。在一个实施例中，这种计算是根据算法：

E_consumed(k)＝E_consumed(k-1)+P(k)Δt

其中，E_consumed是自先前的积分器重置以后消耗的能量，P是总的功率消耗，k是离散时间索引，Δt是采样时间。

类似地，如方框42所示，在采样间隔内对车辆速度进行积分，以获取以公里(km)为单位的距离。这可以被实现为：

d_traveled(k)＝d_traveled(k-1)+v(k)Δt

其中，d_traveled是自最近一次积分器重置以后行驶的距离，v是车辆速度。

如方框44所示，在操作40计算的能量除以在操作42计算的距离，以按照瓦特小时/公里(Whr/km)为单位计算采样间隔内的能量消耗率。

在操作44计算的能量消耗率通过如方框46所示的离散过滤器。过滤器46被配置为在距离域中计算平均能量消耗率。过滤器46设置有距离阈值d_threshold,，使得如果自积分器重置起行驶的距离大于或等于距离阈值，则平均能量消耗率被更新；否则，平均能量消耗率保持不变。作为非限制性示例，该距离阈值可被设定为0.1km。当然，可以使用其它合适的阈值。

在包括一阶离散过滤器的实施例中，可以通过以下等式获得能量消耗率：

其中，

${\mathrm{\α}}_d\left(k\right)=\frac{d_{traveled}\left(k\right)}{d_{threshold}\left(k\right)+d_{ref}}$

$r_{input}\left(k\right)=\frac{E_{consumed}\left(k\right)}{d_{traveled}\left(k\right)}$

r是学习的能量消耗率，r_input是当前间隔的能量消耗率，d_threshold是距离阈值，a_d是过滤器常量，d_ref是参考距离，所述参考距离定义能量消耗被学习的速率。

此外，如果自上一次积分器重置以后行驶的距离大于或等于定义的距离阈值，则行驶的距离和能量消耗积分值两者应被重置(即，设置为零)。如方框48所示，积分器40和42因此被重置。

可基于期望偏向于更新近的能量消耗率而对参考距离d_ref的值进行校准。作为示例，参考距离可被设定在50km。在该示例的过滤器中，过滤器将学习在50km之后的63.2％的能量消耗的阶跃变化(stepchange)。过滤器将学习在150km之后的95％的能量消耗变化。d_ref的其它值将导致更快或更慢的学习速率。

在各个实施例中，可根据期望的度量标准(metric)来对参考距离进行校准。例如，可通过设定参考距离等于距离阈值来获得瞬时能量消耗率。作为另一示例，长期的能量消耗率可以使用100公里的参考距离。可期望这样的示例用于计算DTE。在一些实施例中，可以同时使用不同的参考距离来实现根据本公开的多个实施例。因此，这样的实施例能够同时计算和显示多个燃料消耗度量标准。

此外，一旦能量消耗率已经被学习，则可通过利用学习的能量消耗率的导数来计算能量消耗效率。

上述算法在计算上是高效的，能准确地追踪能量消耗的变化，不管车辆速度如何而一致地执行，并且产生与由现有技术方法产生的非连续平均值完全不同的连续能量消耗估计值。

此外，相对于现有技术的方法，所建议的方法在存储器存储要求方面明显更简洁。过滤后的能量消耗的学习值可以被存储在存储器中，并且从一钥匙循环被保持到下一钥匙循环。但是，距离积分和能量积分的值不需被保持。由于频繁地响应于短距离阈值而优选地对距离积分进行重置，因此，会由于在每一次钥匙循环中重置积分而丢失少量信息。因此，与需要针对多个二进制文件中的每一个存储多个参数的现有技术的方法相比，对存储器的要求实质上少了一些。

上述算法的变型可用于计算车辆操作者感兴趣的各种能量消耗度量标准。这种度量标准包括但不限于：瞬时能量消耗、里程表上的平均消耗率、针对当前行驶周期的运行中的平均消耗率、针对车辆的生命周期平均消耗率和DTE估计。

在变型中，该算法可以在特定状况下中止学习燃料消耗率。例如，如果车辆沿陡坡行驶，则不期望车辆的能量消耗率反映当前驾驶情况，这是因为这部分的驾驶周期过程中的能量使用异乎寻常地低，并且不能代表正常行驶状况期间的能量使用。在这种情况下，距离积分值和能量积分值可以被重置并且被维持在零，直到恢复正常行驶状况为止。类似地，可在当前能量使用不能代表正常行驶状况的其它状况下中止燃料消耗率的学习。在车辆已经退出非典型的行驶情况之后，可恢复对燃料消耗的学习。

现在参考图4，以流程图的形式示出根据本公开的用于控制车辆的方法。如方框50所示，针对第一距离测量增量能量消耗率。如方框52所示，第一距离可以是0.1km。如方框54所示，基于由加权系数加权的增量能量消耗率，并且还基于学习的平均能量消耗率来运行过滤器。如方框56所示，然后基于所述过滤器的输出对学习的平均能量消耗率进行更新。如方框58所示，将学习的平均能量消耗率显示给车辆操作者。

尽管大部分针对BEV来描述上述方法，但是，所述方法并不局限于纯电动车辆。根据本公开的实施例也可以结合混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)和传统车辆来使用。

从各个实施例中可以看出，本发明提供了响应于驾驶模式中的瞬时变化的对车辆可行驶里程的准确估计。此外，相对于已知方法，根据本公开的方法能够降低计算要求。

虽然已经详细描述了最佳模式，但是熟悉本领域的技术人员将认识到各种可替换设计和实施例在权利要求的范围内。尽管针对一个或更多个期望的特性，各种实施例可能已被描述为提供在其它实施例之上的优点或者优于其它实施例，但是本领域技术人员应认识到，一个或多个特性可被折衷以实现依赖于特定应用和实现的期望的系统属性。这些属性包括但不限于：成本，强度，耐用性，生命周期成本，市场性，外观，包装，尺寸，可维护性，重量，可制造性，装配的容易性等。相对于一个或更多个特性，在此讨论的被描述为不如其它实施例或现有技术实施方式的实施例并非在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定应用。

Claims (4)

1.一种控制电池电动车辆的方法，包括：

向车辆操作者显示能量消耗参数，所述能量消耗参数是基于过滤后的能量使用率的，其中，由加权的针对第一距离测量的增量能量消耗率以及针对第二距离学习的平均能量消耗率来定义所述过滤后的能量使用率，所述第二距离超过所述第一距离。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述过滤后的能量使用率由一阶离散过滤器过滤。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述增量能量消耗率基于在所述第一距离消耗的功率的时间积分和所述第一距离的平均车辆速度的时间积分。

4.如权利要求1所述的方法，还包括：响应于所述车辆的行驶距离超过阈值距离而重新计算所述增量能量消耗率。