CN105383499B - 剩余能量可行驶距离能量补偿 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种剩余能量可行驶距离能量补偿。估计车辆的剩余能量可行驶距离(DTE)的方法包括：响应于检测到预期在行驶周期的初始部分期间与车辆相关联的当前温度或压力达到稳定状态所需的一段时间内存在能量损耗状况，输出DTE。DTE基于可用的驱动能量的量和与能量损耗状况相关联的能量损耗因子，能量损耗因子对随着当前温度或压力增加而达到稳定状态进行的一部分驱动能量到热的转换负责。

Description

剩余能量可行驶距离能量补偿
技术领域
本专利申请涉及估计车辆的剩余能量可行驶距离。
背景技术
车辆以化学燃料、电力等形式包含一定量的推进能量，该推进能量允许车辆行驶一定的距离。车辆使用车载能量可行驶的距离可被称为车辆可行驶里程。基于车辆中剩余能量的量预测的车辆可行驶里程通常被称为剩余能量可行驶距离(DTE，Distance toEmpty)。DTE或车辆可行驶里程可被设置用于任何类型的车辆，包括传统车辆、电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆、燃料电池车辆、气动车辆等。
发明内容
一种用于车辆的剩余能量可行驶距离(DTE)系统包括控制器，该控制器响应于与车辆相关联的当前温度和预期的稳态温度之间的差异，基于可用的驱动能量的量和能量损耗因子输出DTE，能量损耗因子对一部分驱动能量到热的转换负责，所述转换使当前温度上升到稳态温度。
一种车辆包括至少一个轮胎和控制器。该控制器响应于所述至少一个轮胎的当前压力和预期的稳态压力之间的差异，基于可用的驱动能量的量和能量损耗因子输出剩余能量可行驶距离，能量损耗因子对随着所述至少一个轮胎的当前压力增加到稳态压力而进行的一部分驱动能量到热的转换负责。
一种估计车辆的剩余能量可行驶距离(DTE)的方法包括：响应于检测到预期在行驶周期的初始部分期间与车辆相关联的当前温度或压力达到稳定状态所需的一段时间内存在能量损耗状况，基于可用的驱动能量的量和与能量损耗状况相关联的能量损耗因子输出DTE，能量损耗因子对随着当前温度或压力增加而达到稳定状态进行的一部分驱动能量到热的转换负责。
根据本发明，提供一种车辆，包括：至少一个轮胎；控制器，被配置为响应于所述至少一个轮胎的当前压力和预期的稳态压力之间的差异，基于可用的驱动能量的量和能量损耗因子而输出剩余能量可行驶距离，能量损耗因子对随着所述至少一个轮胎的当前压力增加到稳态压力而进行的一部分驱动能量到热的转换负责。
根据本发明的一个实施例，剩余能量可行驶距离还基于能量消耗率。
根据本发明的一个实施例，能量消耗率是习得的能量消耗率。
根据本发明的一个实施例，稳态压力与预定的阈值压力相关联。
根据本发明，提供一种估计车辆的剩余能量可行驶距离(DTE)的方法，包括：响应于检测到预期在行驶周期的初始部分期间与车辆相关联的当前温度或压力达到稳定状态所需的一段时间内存在能量损耗状况，基于可用的驱动能量的量和与能量损耗状况相关联的能量损耗因子而输出DTE，能量损耗因子对随着当前温度或压力增加而达到稳定状态进行的一部分驱动能量到热的转换负责。
根据本发明的一个实施例，与车辆相关联的温度是变速器机油温度，稳定状态与预定的阈值变速器机油温度相关联。
根据本发明的一个实施例，与车辆相关联的温度是车辆车厢温度，稳定状态与阈值车厢温度相关联。
根据本发明的一个实施例，与车辆相关联的温度是加热器芯温度，稳定状态与阈值加热器芯温度相关联。
根据本发明的一个实施例，与车辆相关联的压力是轮胎压力，稳定状态与阈值轮胎压力相关联。
根据本发明的一个实施例，DTE还基于能量消耗率。
根据本发明的一个实施例，能量消耗率是习得的能量消耗率。
附图说明
图1是具有剩余能量可行驶距离系统的车辆的示意图。
图2是示例性的剩余能量可行驶距离系统的示意图。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，将理解的是，所公开的实施例仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅仅作为教导本领域技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。
准确学习车辆的能量消耗特性对于车辆的DTE估计的准确度而言是重要的。许多车辆通过将习得的车辆的能量消耗率或效率(对于电动车辆来说为公里/瓦时或对于传统车辆来说为英里/加仑)与可用能量(电动车辆为瓦时或传统车辆为燃料的加仑数)相乘而使用剩余能量可行驶距离(DTE)估计。
影响DTE估计的准确度的挑战会是可随时间变化的各种噪声因子的影响。与可在长时间尺度内发生变化的环境温度相比，可在短时间尺度内周期性地变化的噪声因子(诸如车辆预热或气候控制瞬态)暂时影响车辆的能量消耗率或效率。
目前的DTE估计方法可通过对在固定操作周期内所观测的能量消耗进行滤波而学习能量消耗效率。通过在较长的操作周期内学习能量消耗，目前的方法试图忽略能量消耗的短期变化同时慢慢适应长期变化。在实践中，能量消耗的短期瞬态变化会相当显著并会导致估计的能量消耗在补偿不足期和过度补偿期之间波动，导致DTE估计不准确。
车辆的剩余能量可行驶距离估计系统可通过识别可在较短的时间尺度内影响能源消耗率的噪声因子而得到改进。如果噪声因子满足下列条件的组合，则该系统可识别这些噪声因子：
1)车辆传感器可检测到噪声因子的存在。
2)噪声因子的可预测的影响。
3)噪声因子影响车辆的推进或非推进能量消耗率。
4)噪声因子具有已知的持续时间或时间周期，在时间期满时噪声因子可达到稳态状况或对应于稳态条件的状况。
可满足上面提到的条件的识别的噪声因子可包括在车辆预热期间经历的瞬态机油温度或组件温度、瞬态车厢加热/冷却行为以及瞬态轮胎压力或温度。
噪声因子可被共同考虑，每个因子分配各自的权重。分配给每个因子的权重可取决于对车辆的能量消耗率的影响程度。
可通过提供DTE估计架构实现对噪声因子的补偿，DTE估计架构包括前馈瞬态能量消耗率估计器、能量消耗率学习算法、可用能量补偿器和DTE计算器。
参照图1，提供了车辆10的示意图。车辆10可以是电池电动车辆(BEV)、传统车辆或包括具有可操作地连接到变速器16的发动机14的动力传动系统12的混合动力电动车辆(HEV)。变速器16可包括可操作地连接到相关联的牵引电池20的电机(诸如电动马达-发电机18)和齿轮箱22。虽然图1的动力传动系统是混合动力电动车辆的动力传动系统，但是根据本公开的实施例的策略可以应用于其他动力传动系统配置。
发动机14可经由分离离合器(未示出)选择性地结合到马达-发电机18。发动机14和马达-发电机18均可通过将扭矩提供到齿轮箱22并最终到达车辆的车轮和轮胎26而用作车辆10的驱动源。马达-发电机18可由多种类型的电机中的任一种来实现。例如，马达-发电机18可以是永磁同步马达。
变速器16可使用用于变速器齿轮比换挡的多个摩擦元件而被构造为阶梯传动比变速器。变速器16可被构造为经由齿轮箱22内的多个齿轮元件而产生多个前进档和倒档。可替代地，变速器16可以是电控无级变速器(eCVT)，其可被构造为产生任意数量的齿轮比。
控制器30可被配置为在电量消耗模式下操作车辆10或动力传动系统12，在所述电量消耗模式下，发动机14可经由分离离合器(未示出)与动力传动系统12的其余部分隔离，使得马达-发电机18可通过使用牵引电池20作为其电源而用作车辆10的唯一驱动源。控制器30还可被配置为在电量保持模式下操作车辆10或动力传动系统12，在所述电量保持模式下，发动机14被可操作地连接到动力传动系统12的其余部分，使得发动机14和马达-发电机18均可用作车辆10的驱动源。
虽然被示出为一个控制器，但是控制器30可以是更大的控制系统的一部分，并且可以通过遍及车辆10的各种其他控制器(诸如车辆系统控制器(VSC))而被控制。因此，可以理解的是，控制器30和一个或更多个其它控制器可以统称为“控制器”，其响应于来自各种传感器的信号来控制各种致动器而控制多种功能(诸如启动/停止发动机14、操作马达-发电机18以提供车轮扭矩或给牵引电池20充电以及提供剩余能量可行驶距离的估计)。
控制器30可包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质进行通信的微处理器或中央处理器(CPU)。计算机可读存储装置或介质可以包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储。KAM是持久性或非易失性存储器，可以用于在CPU断电时存储各种操作变量。计算机可读存储装置或介质可以使用任何数量的已知的存储装置来实施，诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪速存储器或能够存储数据的任何其它电、磁、光学或组合存储装置，所述数据中的一些数据表示控制器在控制发动机或车辆时所使用的可执行指令。
控制器30可经由输入/输出(I/O)接口而与各种发动机/车辆传感器和致动器通信，该I/O接口可被实现为单个集成接口，它提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等。可替代地，一个或更多个专用硬件或固件芯片可用于在特定信号被供应到CPU之前调节和处理该特定信号。控制器30可将信号发送到动力传动系统12、发动机14、牵引电池20、燃料箱28、显示器32和气候控制系统34和/或从它们接收信号。虽然没有明确示出，但是本领域的普通技术人员将识别可通过控制器30控制的上述各子系统内的各种功能或组件。
可使用由控制器执行的控制逻辑被直接或间接地致动的组件、系统和/或参数的代表性示例包括燃料喷射正时、速率和持续时间、节气门位置、火花塞点火正时(对于火花点火式发动机而言)、进气/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(FEAD)组件(诸如交流发电机)、空调压缩机、电池充电、再生制动、电机操作、离合器压力和变速器等。通过I/O接口通信输入的传感器可用于指示涡轮增压器增压压力、曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮速度(WS1、WS2)、车速(VSS)、冷却剂温度(ECT)、进气歧管压力(MAP)、加速器踏板位置(PPS)、点火开关位置(IGN)、节气门位置(TP)、空气温度(TMP)、废气中的氧(EGO)或其他废气成分的浓度或存在情况、进气流量(MAF)、变速器档位、传动比或模式、变速器机油温度(TOT)、变速器涡轮速度(TS)、马达/发电机电流、马达/发电机电压和减速或变速模式(MDE)。
在一个代表性示例中，控制器30可被配置为经由输入通信通道接收多个信号。这些信号可以指示机油温度、组件温度、气候控制系统的温度以及轮胎温度或压力。这些信号还可以指示可用的能量(诸如牵引电池20的荷电状态或燃料箱28中可用的燃料)。
输入通信通道还可被配置为监测预期可达到稳态状况的各种车辆温度。输入通信通道可通过接收来自至少一个温度传感器的信号而监测车辆的温度。温度传感器可设置在发动机14内或靠近发动机14并被配置为监测组件温度(诸如发动机机油温度、发动机冷却剂温度、燃烧室温度、变速器机油温度、马达/发电机温度或电池温度)。控制器30可通过接收预期将在预热期之后达到稳态的发动机运转温度的瞬态发动机温度而监测车辆预热过程。当在给定时间段内组件温度的变化率或变化量大于阈值时，组件温度可被归类为瞬态。或者，如果组件温度的值低于另一阈值，则组件温度可被视为瞬态。如果在给定时间段内组件温度的变化率或变化量小于阈值，那么组件温度可达到稳态状况。或者，当组件温度的值大于另一阈值时，组件温度可被归类为稳态。
可替代地，温度传感器可被设置为靠近车辆车厢或设置在车厢内以监测车辆车厢温度。当车厢温度已经稳定在操作者通过气候控制系统所请求的目标或阈值车辆车厢温度附近时，车辆车厢温度可能已达到稳态状况。
温度传感器还可监测加热器芯温度或蒸发器芯温度。当加热器芯温度大于阈值加热器芯温度时，加热器芯温度可能已经达到稳态状况。这可用作车辆车厢温度的代表，并表明所期望的车辆车厢的加热性能已经通过气候控制系统实现。
可选地，温度传感器可监测蒸发器芯温度。当蒸发器芯温度小于阈值蒸发器芯温度时，蒸发器芯温度可能已经达到稳态状况。这可以用作车辆车厢温度的代表，并表明所期望的车辆冷却性能已经通过气候控制系统实现。蒸发器芯温度也可用于确定气候控制系统，更具体地，空气调节系统是否被“预调节”。例如，如果环境温度、车厢温度和蒸发器芯温度均为32℃，而期望的车厢温度是18℃，那么剩余能量可行驶距离系统可估计可能需要大量的能量来将车厢冷却到18℃的预期稳态温度。但是，如果环境温度和车厢温度是32℃，而蒸发器芯温度为10℃，那么该系统将估计需要较少量的能量来将车厢冷却到18℃。
噪声因子接近稳态状况所消耗或花费的能量的量可通过车辆水平特性测试来确定。测试可监测环境温度和噪声因子温度。测试可监测噪声因子温度在各种车辆运行点的变化，并确定当噪声因子接近稳态状况时车辆所消耗或花费的能量的量。可使用传递函数、算法、查找表、校准表或使预期将达到稳态状况的噪声因子与通过特性测试所确定的消耗或花费的能量的量相关的其他手段。
输入通信通道还可被配置为接收轮胎特性(诸如轮胎26的温度或压力)。在运转过程中轮胎被摩擦地加热时，控制器30可经由轮胎压力监测系统而监测轮胎特性的变化。轮胎压力监测系统可包括温度传感器和/或轮胎压力传感器。当在给定的时间段内当前轮胎温度或压力和稳态轮胎温度或压力之间的差异小于阈值变化或量时，轮胎温度或压力可能已达到稳态状况。
控制器30还可被配置为经由输出通信通道而输出剩余能量可行驶距离的估计。DTE估计可被输出以经由显示器32进行显示。
参照图2，控制器30可被供以被配置为计算或确定剩余能量可行驶距离估计的控制算法，该控制算法可补偿噪声因子。控制算法可被控制器30执行并可被实施为闭环控制系统。控制算法可被供以前馈瞬态能量消耗率估计器、能量消耗率学习算法、可用能量补偿器和DTE计算器。
控制算法可在块100处监测并接收噪声因子和/或DTE估计请求。噪声因子可以是与车辆相关联的温度，包括但不限于发动机机油温度、发动机冷却剂温度、加热器芯温度、蒸发器芯温度、车辆车厢温度、催化剂温度和轮胎温度或压力。控制算法可监测与车辆相关联的温度，如果该温度满足上面提到的四个因素，那么该温度可为经过一段时间最终可达到稳态状况的瞬态温度，控制算法可继续进行到块102。
可将噪声因子输入到前馈瞬态能量消耗率估计器(块102)。前馈瞬态能量消耗率估计器(块102)可输出由于噪声因子对整个车辆的能量消耗率的影响而导致的能量消耗率的瞬时变化104。前馈瞬态能量消耗率估计器(块102)可被供以针对识别的噪声因子中的每个的传递函数模型。传递函数可接收噪声因子并输出噪声因子对能量消耗的预期影响。
传递函数可以是预测各种噪声因子对能量消耗率的影响的变化的一维查找表或多维映射图。前馈瞬态能量消耗率估计器传递函数可预测噪声因子对能量消耗率的瞬时影响。
如果控制算法将噪声因子识别为车辆预热循环的一部分，那么能量消耗率可被预测得高于噪声因子已经达到稳态状况达一段时间的情况下的能量消耗率。这可归因于这样的事实：在车辆预热循环期间，瞬时能量消耗率可包括使瞬时能量消耗率高于稳态能量消耗率的瞬态效应。前馈瞬态能量消耗率估计器可将预测的瞬态噪声因子的影响减去以试图达到稳态状况。随着车辆变暖，预计能量消耗率可达到稳态能量消耗率。
例如，传递函数可基于诸如机油温度的噪声因子。-5℃的机油温度可对应于30瓦时/公里的能量消耗率的瞬时变化，而0℃的温度可对应于15瓦时/公里。表示稳态温度阈值(可以是20℃)的温度将对应于0瓦时/公里。对于这个示例，传递函数可以是一维查找表或作为温度的函数的机油粘度曲线。
在噪声因子接近稳态状况时能量消耗率的瞬时变化可通过车辆水平特性测试来确定。测试可监测环境温度和噪声因子温度。测试可监测噪声因子温度在各种车辆运行点的变化，并确定归因于噪声因子接近稳态状况的车辆的能量消耗率的变化。可使用传递函数、算法、查找表、校准表或使预期将达到稳态状况的噪声因子与通过特性测试所确定的在噪声因子接近稳态状况时能量消耗率的变化相关的其他手段。
传递函数可基于多个噪声因子，并由(诸如车厢加热/冷却的)多维查找表或映射图表示。噪声因子可包括环境温度、当前车厢温度、期望或目标车辆车厢温度和蒸发器/加热器芯的温度的某种组合。
能量消耗率的瞬时变化104可表示高于稳态能量消耗率的能量消耗的增加或减少。能量消耗的增加或减少可归因于噪声因子在其关联的稳态状况或稳态运转范围之外。这可表示能量消耗率的净变化。
可在块106处使用本领域普通技术人员已知的方法计算当前能量消耗率，并将其应用到计算块108。能量消耗率的瞬时变化104可应用到计算块108。可从计算块108输出能量消耗率的瞬时变化104与当前能量消耗率(块106)之间的差值，作为预测的当前稳态能量消耗率(110)。
当前稳态能量消耗率估计110可表示在噪声因子已经达到稳态状况的情况下的稳态能量消耗率。当前稳态能量消耗率估计110可输入到能量消耗率学习算法块112。滤波器114可应用到当前稳态能量消耗率估计110，以提供习得的稳态能量消耗率或预测的当前稳态能量消耗率116，其受制于时间常数。
预测的当前稳态能量消耗率116可以是来自块106的当前能量消耗率与能量消耗率的瞬时变化104之间的差值的滤波后的版本。习得的稳态能量消耗率不是车辆的平均能量消耗而是习得的能量消耗率。算法将估计的瞬态能量消耗率从瞬时消耗率中去除而得到习得的稳态能量消耗率。因此，滤波器114依赖于滤波器的过去的值和当前稳态能量消耗率的估计。能量消耗率学习算法块112最终输出习得的或历史稳态能量消耗率118。
噪声因子还可被输入到可用能量补偿器(块120)。可用能量补偿器(块120)可被供以传递函数，该传递函数被配置为估计在噪声因子达到稳态状况之前的瞬态期期间由于该噪声因子而可消耗的能量的累计量。随着系统的状态改变(例如，变暖)，估计的能量将相应改变(例如，减少)。
传递函数可基于多个噪声因子并由多维查找表或映射图表示。噪声因子可包括环境温度、当前车厢温度、期望或目标车辆车厢温度和蒸发器/加热器芯的温度的某种组合。
可用能量补偿器(块120)的传递函数还可以是一维曲线或多维映射图。例如，-5℃的机油温度可对应于200瓦时的瞬态能量损耗估计，而0℃的温度可对应于40瓦时的瞬态能量损耗估计。表示稳态温度阈值(可以是20℃)的温度将对应于0瓦时。
可用能量补偿器(块120)可以输出瞬态能量损耗估计122。瞬态能量损耗估计122可表示能量消耗率的瞬时变化104在瞬态期的剩余部分内的所估计的积分。在车辆达到稳定状态之前可用能量可能被耗尽的情况下，瞬态能量损耗估计122可基于可用能量的量(块124)而受到限制。瞬态能量损耗估计122和来自块124的可用能量的量被馈送到计算块126。
在计算块126中，可从来自块124的可用能量的量中减去瞬态能量损耗估计122。计算块126可提供修正的可用能量的量128。修正的可用能量的量128和习得的或历史稳态能量消耗率118可被输入到DTE计算器块130。
在DTE计算器块130中，修正的可用能量的量128可除以历史稳态能量消耗率118以提供将噪声因子考虑在内的DTE估计(块132)或车辆可行驶里程估计。
瞬态噪声因子可通过使用改进的DTE估计器而被稳健地拒绝。由于瞬态而导致的可用能量的量和能量消耗率的变化可以被补偿，这可以消除由瞬态噪声因子的外插效应(extrapolating effect)引起的任何过冲。即使在车辆停止的情况下也可对瞬态进行补偿。
虽然以上描述了示例性实施例，但是这些实施例不意在描述了本发明的所有可能的形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。此外，可将各个实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (6)

1.一种用于车辆的剩余能量可行驶距离系统，包括：
控制器，被配置为响应于与车辆相关联的当前温度和预期的稳态温度之间的差异，基于可用的驱动能量的量和能量损耗因子而输出剩余能量可行驶距离，所述能量损耗因子对一部分驱动能量到热的转换负责，所述转换使所述当前温度上升到所述稳态温度。
2.根据权利要求1所述的系统，其中，与车辆相关联的当前温度和预期的稳态温度是变速器机油温度，其中，所述预期的稳态温度与预定的阈值变速器机油温度相关联。
3.根据权利要求1所述的系统，其中，与车辆相关联的当前温度和预期的稳态温度是车辆车厢温度，其中，所述预期的稳态温度与阈值车厢温度相关联。
4.根据权利要求1所述的系统，其中，与车辆相关联的当前温度和预期的稳态温度是加热器芯温度，其中，所述预期的稳态温度与阈值加热器芯温度相关联。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述剩余能量可行驶距离还基于能量消耗率。
6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述能量消耗率是习得的能量消耗率。
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