CN105438166A - 混合式车辆的能量管理装置 - Google Patents

Abstract

一种混合式车辆的能量管理装置，包括资讯采集单元、辨识模块及能量管理模块；资讯采集单元采集车辆在路线上的多个行驶资讯。辨识模块以接收多个行驶资讯而辨识出多个车辆行驶模式的多个资讯。能量管理模块依据多个车辆行驶模式的多个资讯而判别出控制资讯，以控制资讯对应车辆的行车资讯而提前切换多个车辆行驶模式，以不同的多个车辆行驶模式对应控制引擎及马达的动力分配比例。

Description

混合式车辆的能量管理装置

技术领域

一种能量管理装置，尤指一种混合式车辆的能量管理装置。

背景技术

科技日新月异，用于交通工具的电子零件愈渐新颖与多功能性，以为混合动力汽车为例，以电力与汽油两种动力单元为主，以减少汽车对石油的使用量，达到节省油耗的直接效益，进而达成节能减碳的目标。

一般混合动力汽车的汽油引擎用于高速公路、郊区等燃料效率较佳、且废气排放较少的地方，再运转的同时尚可发电，储入电池之中。待进入市区后，即切换至以电动马达驱动的方式、没有噪音，以适合都市的需求。

然而，一般混合动力汽车的能量管理策略，较多是直接根据过去的行车资讯，即时运用后，效能仅达到次最佳化(sub-optimal)。也就是说，较常见的能量管理策略亦根据过去的行车资讯计算出车辆行驶模式，并于各种车辆行驶模式之下设定不同的控制参数及控制法则，但其控制法则及控制参数为固定，无法于车辆行驶过程中调整。例如，开车驾驶欲进入200公尺后的高速公路时，无法提前将控制参数以及控制法则作切换，造成驾驶者在开车进入高速公路之后，还是使用都市模式的车辆行驶模式或是缓慢的切换成高速模式的车辆行驶模式。是以，如何解决公知的问题，即为相关业者所必须思考的问题所在。

发明内容

上述公知的混合动力汽车的能量管理策略因无法得知未来车辆行驶模式，所以控制参数或控制法则无法提前进行切换或调整。鉴于以上的问题，本发明提供一种混合式车辆的能量管理装置，包括资讯采集单元、辨识模块及能量管理模块；资讯采集单元采集车辆在路线上的多个行驶资讯。辨识模块以接收多个行驶资讯而辨识出多个车辆行驶模式的多个资讯。能量管理模块依据多个车辆行驶模式的多个资讯而判别出控制资讯，以控制资讯对应车辆的行车资讯而提前切换多个车辆行驶模式，以不同的多个车辆行驶模式对应控制引擎及马达的动力分配比例。

上述的混合式车辆的能量管理装置，其中该些车辆行驶模式的该些资讯为长程预测的车辆行驶模式资讯或短程预测的车辆行驶模式资讯。

上述的混合式车辆的能量管理装置，其中该些车辆行驶模式的该些资讯为将来的车辆行驶模式资讯或目前的车辆行驶模式资讯。

上述的混合式车辆的能量管理装置，其中该些行驶资讯由一先进驾驶辅助系统所提供，该些行驶资讯为一交通信号标志辨识资讯、一导航资讯以及一传感器资讯。

上述的混合式车辆的能量管理装置，其中该些车辆行驶模式分别为走停模式、都市模式、郊区模式以及高速模式。

上述的混合式车辆的能量管理装置，更包含一功率单元、一车速单元以及一电池，分别产生该行车资讯对应于该控制资讯。

上述的混合式车辆的能量管理装置，其中以该行车资讯及该控制资讯决定该引擎及该马达的动力分配比例。

上述的混合式车辆的能量管理装置，其中该电池的剩余电量值低于预设值，使用该引擎输出动力，该马达根据该些车辆行驶模式而发电。

上述的混合式车辆的能量管理装置，其中该能量管理模块包含一能量管理控制器，控制该引擎及该马达的动力分配比例。

上述的混合式车辆的能量管理装置，其中该控制资讯为一控制参数以及一控制法则，该些车辆行驶模式各别设定不同的该控制参数以及该控制法则。

本发明通过取得车辆行驶模式的资讯，并求得能量管理模块所需的控制参数以及控制法则，根据车辆行驶模式的辨识结果切换控制参数以及控制法则，根据控制参数以及控制法则搭配行车资讯，以各个行车资讯以及该车辆行驶模式之下的控制参数以及控制法则，得出引擎和马达的最佳动力分配比例。并且，根据辨识模块对于车辆行驶模式的辨识结果，发展多种车辆行驶模式下进行能量管理模块的能量管理策略，其可提前利用最佳化(near-optimal)的方式，求得各个车辆行驶模式下的控制参数以及控制法则，并可于车辆行驶模式改变之前，提前将控制参数以及控制法则切换，使能量管理模块的控制结果能够更正确、更精准，进而改善混合式车辆的油耗及排污性能，以使混合式车辆更省油且低污染排放。

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所揭露的内容、权利要求书及附图，任何本领域技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。

附图说明

图1为本发明的车辆外观示意图；

图2为本发明的能量管理装置的架构示意图；

图3为本发明的资讯采集单元的架构示意图；

图4为本发明的控制参数及控制法则决定的流程图；

图5为本发明的引擎及马达的动力分配流程图；

图6为本发明的能量管理模块的控制结果曲线图(一)；

图7为本发明的能量管理模块的控制结果曲线图(二)。

其中，附图标记：

100能量管理装置1资讯采集单元

12先进驾驶辅助系统121交通信号标志辨识资讯

122导航资讯123传感器资讯

2辨识模块31长程预测的车辆行驶模式资讯

32短程预测的车辆行驶模式资讯33将来的车辆行驶模式资讯

34目前的车辆行驶模式资讯35走停模式

36都市模式37郊区模式

38高速模式4能量管理模块

41能量管理控制器61功率单元

62车速单元63电池

71引擎72马达

S101、开始

S102、取得车辆行驶模式辨识结果

S103、是否能获得长程预测的车辆行驶模式

S104、运用较精确最佳的方式获得控制参数及控制法则

S105、是否能获得短程预测的车辆行驶模式

S106、运用瞬时最佳化的方式获得控制参数及控制法则

S107、运用能量管理策略预设的控制参数及控制法则

S108、是否为将来的车辆行驶模式

S109、适当时机提前切换控制参数以及控制法则

S110、即时切换控制参数以及控制法则

S111、结束

S201、开始

S202、依据驾驶者功率需求、车速、电池

S203、判断电池的剩余电量值是否过低

S204、电池的剩余电量值足够，依序以走停模式、都市模式、郊区模式及高速模式运作，判断马达与引擎的动力分配比例

S205、电池的剩余电量值过低，依序以走停模式、都市模式、郊区模式及高速模式运作，判断马达与引擎的动力分配比例

S206、结束

具体实施方式

图1为本发明的车辆外观示意图，图2为本发明的能量管理装置的架构示意图，图3为本发明的资讯采集单元的架构示意图。请参阅图1、图2、及图3，本实施例中，混合式车辆的能量管理装置100包括资讯采集单元1、辨识模块2及能量管理模块4。

请再参考图1、图2及图3，资讯采集单元1为采集车辆在目标路线上的多个行驶资讯。在此，多个行驶资讯由一先进驾驶辅助系统12(AdvancedDriverAssistanceSystems，简称ADAS)所提供，多个行驶资讯为交通信号标志辨识资讯121、导航资讯122以及传感器资讯123，传感器资讯123可由摄影机或/及雷达所提供。上述的交通信号标志辨识资讯121、导航资讯122以及传感器资讯123可例如图1所示的交通信号标志、车辆的导航装置(GPS)、摄影机及雷达的资讯。

请再参考图1及图2，辨识模块2为接收多个行驶资讯，辨识模块2为辨识出多个车辆行驶模式的多个资讯而产生一辨识结果。在此，多个车辆行驶模式为预设四种车辆行驶模式，分别为走停模式35、都市模式36、郊区模式37以及高速模式38，非以此为限。在一些实施例中，亦可将车辆行驶模式使用爬坡模式或塞车模式等。并且，多个车辆行驶模式的多个资讯为长程预测的车辆行驶模式资讯31以及短程预测的车辆行驶模式资讯32。此外，多个车辆行驶模式的多个资讯进一步可为将来的车辆行驶模式资讯33以及目前的车辆行驶模式资讯34。在此，辨识模块2主要是从资讯采集单元1取得资讯。也就是说，辨识模块2从先进驾驶辅助系统12(ADAS)中取得交通信号标志辨识资讯121、导航资讯122、以及智慧型传感器资讯123来辨识出长程或短程预测的车辆行驶模式资讯31/32以及将来或目前的车辆行驶模式资讯33/34。

请再参考图1、图2及图3，能量管理模块4为包含有能量管理控制器41，由能量管理控制器41控制对引擎71(即内燃机引擎71，internalcombustionengine，简称ice)或马达72的动力分配比例，并且，能量管理控制器41提供能量储存和动力分配的作用。能量管理模块4为依据多个车辆行驶模式的多个资讯而判别出控制资讯。在此，控制资讯为控制参数以及控制法则，并且，每一个车辆行驶模式为设定不同的控制参数以及控制法则。本实施例中，能量管理模块4为以控制资讯对应车辆的行车资讯而提前切换多个车辆行驶模式，行车资讯为行驶于市区、郊区或高速公路等获取的资讯。并且，能量管理模块4为针对每一个车辆行驶模式拟定控制参数以及控制法则，此外，能量管理模块4可针对每一个车辆行驶模式的控制参数以及控制法则作切换。

请再参考图1、图2及图3，本实施例中，当车辆于行驶时，首先从辨识模块2中取得相关资讯，即为长程或短程预测的车辆行驶模式资讯31/32以及将来或目前的车辆行驶模式资讯33/34。本实施例中，根据辨识模块2运用先进驾驶辅助系统12(ADAS)中的传感器所辨识出将来或目前的车辆行驶模式资讯33/34以及长程或短程预测的车辆行驶模式资讯31/32。并采用不同的最佳化(near-optimal)方式，先行计算出最佳的能量管理的控制参数以及控制法则，等待正确的时机再提前切换控制参数以及控制法则，借此可获得近似最佳化(near-optimal)的控制结果，使得混合动力车能够更节能、低排放的效果。

图4为本发明的控制参数及控制法则决定的流程图。请参考图4，本发明提出一种控制参数及控制法则的决定方法包含：

步骤S101：开始。

步骤S102：取得车辆行驶模式辨识结果。

步骤S103：是否能获得长程预测的车辆行驶模式。

步骤S104：获得长程预测的车辆行驶模式，运用较精确最佳的方式获得控制参数及控制法则。

步骤S105：无法获得长程预测的车辆行驶模式，是否能获得短程预测的车辆行驶模式。

步骤S106：获得短程预测的车辆行驶模式，运用瞬时最佳化的方式获得控制参数及控制法则。

步骤S107：无法获得短程预测的车辆行驶模式，运用能量管理策略预设的控制参数及控制法则。

步骤S108：是否为将来的车辆行驶模式。

步骤S109：是将来的车辆行驶模式，适当时机提前切换控制参数以及控制法则。

步骤S110：不是将来的车辆行驶模式，即时切换控制参数以及控制法则。

步骤S111：结束。

请再参考图2及图4，本实施例中，于车辆行驶时，若能取得长程预测的车辆行驶模式资讯31，能量管理模块4将会采用较精确的最佳化(near-optimal)方式，计算出对应该车辆行驶模式的控制参数以及控制法则。也就是说，计算出最佳控制参数的门槛值或控制回路的最佳执行方式。若仅能取得短程预测的车辆行驶模式资讯32，能量管理模块4则改为使用瞬时最佳化(near-optimal)的方式，计算出对应该车辆行驶模式的控制参数以及控制法则。若无法取得长程或短程预测的车辆行驶模式资讯31/32(例如传感器的导航装置GPS故障时)，则改为采用能量管理模块4中的预设控制参数以及控制法则进行运算。

当能量管理模块4取得将来的车辆行驶模式资讯33之后，可提前于车辆行驶模式改变之前，先行切换控制参数以及控制法则。例如驾驶者在开车欲进入200公尺之后的高速公路时，即可提前将控制参数以及控制法则作切换，避免驾驶者在开车进入高速公路，还是使用都市模式36的车辆行驶模式或是缓慢的切换成高速模式38的车辆行驶模式，造成油耗及排污增加。若能量管理模块4仅能取得目前的车辆行驶模式资讯34，则可即时的进行控制参数以及控制法则切换。当能量管理模块4将控制参数以及控制法则切换完成之后，将会根据功率单元61(即驾驶者功率需求，例如踩油门的多寡)、车速单元62(即车速变化)以及电池63(即剩余电量值，Stateofcharge，简称SOC)等所产生的各个行车资讯，运用该车辆行驶模式之下的控制参数及控制法则，决定引擎71和马达72的最佳动力分配比例。

请再参考图2及图4，本实施例中，长程或短程预测的车辆行驶模式资讯31/32可用以于能量管理模块4中，运用不同的最佳化(near-optimal)求解方式，求得该长程或短程预测车辆行驶模式之下的最佳控制参数以及控制法则。另外，将来或目前的车辆行驶模式资讯33/34主要是用以决定控制参数以及控制法则的切换时机。也就是说，当获得的资讯为将来的车辆行驶模式资讯33时，能量管理模块4能够在车辆行驶模式改变之前，提前切换控制参数以及控制法则。

图5为本发明的引擎71及马达72的动力分配流程图。请参阅图5，在此，本发明提出一种的引擎71及马达72的动力分配方法包含：

步骤S201：开始。

步骤S202：依据驾驶者功率需求、车速、电池63变化。

步骤S203：判断电池63的剩余电量值是否过低。

步骤S204：电池63的剩余电量值足够，依序以走停模式35、都市模式36、郊区模式37及高速模式38运作，判断马达72与引擎71的动力分配比例。

步骤S205：电池63的剩余电量值过低，依序以走停模式35、都市模式36、郊区模式37及高速模式38运作，判断马达72与引擎71的动力分配比例。

步骤S206：结束。

请再参考图2及图5，本实施例中，当控制参数以及控制法则切换后，能量管理模块4会依据该车辆行驶模式之下的控制参数以及控制法则，再配合功率单元61(即驾驶者功率需求，例如踩油门的多寡)、车速单元62(即车速变化)以及电池63(即剩余电量值，Stateofcharge，简称SOC)等所产生的各个行车资讯，以各个行车资讯以及该车辆行驶模式之下的控制参数以及控制法则，调整引擎71和马达72的最佳动力分配比例。在此，能量管理模块4预先可设定的最佳化(near-optimal)分配比例，例如驾驶者踩油门为50％时，马达72分配的动力为80％，引擎71分配的动力为20％。或者，驾驶者踩油门为30％时，马达72分配的动力为75％，引擎71分配的动力为25％。也就是说，分配比例可以是依驾驶者功率需求(踩油门的多寡)所对应的引擎71与马达72的分配比例是多少，并以能量管理模块4拟定的控制策略以及门槛值来决定。

请再参考图2及图5，本实施例中，在电池63的电力足够时(即剩余电量值高于预设值)，并且，当车辆于走停模式35运作时，将主要由马达72输出动力。当车辆于都市模式36运作时，将主要由马达72输出动力，以因应市区中低速行驶，而避免因高速行驶而降低效率，并由引擎71辅助输出动力。当车辆于郊区模式37运作时，将主要由引擎71输出动力，并由马达72辅助输出动力，例如马达72的输出动力为75％至85％之间时，引擎71的输出动力为15％至25％之间的分配比例。

当车辆于高速模式38运作时，将主要由引擎71输出动力，以因应高速行驶而提高效率，而马达72则作为发电机进行发电。当电池63的剩余电量值低于预先设定的预设值时，不论车辆目前的行驶模式为走停模式35、都市模式36、郊区模式37或高速模式38时，能量管理模块4会强制使用引擎71作为主要动力源，而马达72则根据车辆行驶模式判断是否要作为发电机进行发电，提供充电于电池63。若此时电池63的剩余电量值高于预先设定的预设值，即代表电池63电力尚充足，即根据目前的行驶模式为走停模式35、都市模式36、郊区模式37或高速模式38，来决定目前应该采用由马达72或引擎71为主要动力源。

图6为本发明的能量管理模块的控制结果曲线图(一)。请参阅图6，为能量管理模块4所设定的最佳化(near-optimal)的控制结果之一。在此，以车辆由市区进入郊区为例，车辆行驶模式为都市模式36切换成郊区模式37。而车辆行驶模式切换后，能量管理模块4在作动力分配时，先依电池63的剩余电量值是否足够。在此，为以电池63的剩余电量值高于预先设定的预设值为例，即代表电池63电力尚充足，此时能量管理模块4中设定以引擎71为主要动力来源，而马达72为辅助动力源。即可在郊区的高速行驶时，以引擎71为主要动力源，马达72为辅助动力源，因此引擎71输出功率可提升，且马达72输出功率即可下降。

若电池63的剩余电量值低于预先设定的预设值时，马达72则不会作为辅助动力源而作为发电的动作。在市区行驶时，马达72为主要动力源，引擎71为辅助动力源，马达72输出功率较高，引擎71输出功率较少。当驾驶者功率需求变大，即踩油门时，引擎71输出功率即又提升，且马达72输出功率即可下降或趋近于零。并且，若能量管理模块4从辨识模块2中得知长程预测的车辆行驶模式资讯31为郊区模式37，并先利用动态规划配合查表的最佳化(near-optimal)演算方式，预先求得对应该郊区模式37行驶下的能量管理模块4的控制参数以及控制法则，达到即时修正控制参数以及控制法则为最佳化(near-optimal)。

当能量管理模块4得知车辆即将于郊区模式37行驶时(即得知将来的车辆行驶模式资讯33)，可提前将能量管理模块4中的控制参数以及控制法则切换成最佳化(near-optimal)计算所得的结果。之后即可再配合功率单元61、车速单元62以及电池63等所产生的各个行车资讯，运用郊区模式37下的控制参数以及控制法则计算出引擎71和马达72的最佳动力分配比例。引擎71与马达72的动力分配比例可根据功率单元61、车速单元62以及电池63等所产生的各个行车资讯来决定。当车速较高或者驾驶者功率需求较大时，能量管理模块4将分配引擎71输出更大比例的动力而得出的控制结果。提供在不同的行驶区域下，调整引擎71与马达72所需的输出功率。

图7为本发明的能量管理模块的控制结果曲线图(二)。请参阅图7，为能量管理模块4所设定的最佳化(near-optimal)的控制结果之一。在此，以车辆由郊区进入高速为例，车辆行驶模式为郊区模式37切换成高速模式38。在车辆进入郊区行驶时，以引擎71为主要动力源，马达72为辅助动力源。本实施例中，为以电池63的剩余电量值高于预先设定的预设值为例，即代表电池63电力尚充足，此时能量管理模块4中设定以引擎71为主要动力来源。当车辆进入高速模式38后，马达72立即转为发电的状态，而车辆所驱动的功率需求可由引擎71提供。除此之外，引擎71可再额外输出功率驱动马达72进行发电，通过引擎71运转点的调配，可使引擎71运作在效率较佳的区域。

当驾驶者功率需求以及车速再提升时，例如车速从100km/h到120km/h，能量管理模块4将中断马达72的发电的工作，借此使得所有引擎71输出的功率能够用来驱动车辆行驶而得出控制结果。当车辆行驶时，能量管理模块4从辨识模块2中得知短程预测的车辆行驶模式资讯32为高速模式38，并先利用等效油耗最小策略的瞬时最佳化(near-optimal)演算方式，预先求得对应该高速模式38下的能量管理模块4的控制参数以及控制法则。当能量管理模块4得知车辆即将于高速模式38行驶时(即得知将来的车辆行驶模式资讯33)，可提前将能量管理模块4中的控制参数以及控制法则切换成最佳化(near-optimal)计算所得的结果。之后即可再配合功率单元61、车速单元62以及电池63等所产生的各个行车资讯，运用高速模式38下的控制参数以及控制法则计算出引擎71和马达72的最佳动力分配比例。

本发明通过取得车辆行驶模式的资讯，并求得能量管理模块所需的控制参数以及控制法则，根据车辆行驶模式的辨识结果切换控制参数以及控制法则，根据控制参数以及控制法则搭配行车资讯，以各个行车资讯以及该车辆行驶模式之下的控制参数以及控制法则，得出引擎和马达的最佳动力分配比例。并且，根据辨识模块对于车辆行驶模式的辨识结果，发展多种车辆行驶模式下进行能量管理模块的能量管理策略，其可提前利用最佳化(near-optimal)的方式，求得各个车辆行驶模式下的控制参数以及控制法则，并可于车辆行驶模式改变之前，提前将控制参数以及控制法则切换，使能量管理模块的控制结果能够更正确、更精准，进而改善混合式车辆的油耗及排污性能，以使混合式车辆更省油且低污染排放。

通过上述的详细说明，即可充分显示本发明的目的及功效上均具有实施的进步性，极具产业的利用性价值，且为目前市面上前所未见的新发明，完全符合专利要件，依法提出申请。唯以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，当不能用以限定本发明所实施的范围。即凡依本发明专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，包括：

一资讯采集单元，采集车辆在路线上的多个行驶资讯；

一辨识模块，以接收该些行驶资讯而辨识出多个车辆行驶模式的多个资讯；及

一能量管理模块，依据该些车辆行驶模式的该些资讯而判别出一控制资讯，以该控制资讯对应车辆的一行车资讯而提前切换该些车辆行驶模式，以不同的该些车辆行驶模式对应控制一引擎及一马达的动力分配比例。

2.如权利要求1所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，其中该些车辆行驶模式的该些资讯为长程预测的车辆行驶模式资讯或短程预测的车辆行驶模式资讯。

3.如权利要求1所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，其中该些车辆行驶模式的该些资讯为将来的车辆行驶模式资讯或目前的车辆行驶模式资讯。

4.如权利要求1所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，其中该些行驶资讯由一先进驾驶辅助系统所提供，该些行驶资讯为一交通信号标志辨识资讯、一导航资讯以及一传感器资讯。

5.如权利要求1所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，其中该些车辆行驶模式分别为走停模式、都市模式、郊区模式以及高速模式。

6.如权利要求1所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，更包含一功率单元、一车速单元以及一电池，分别产生该行车资讯对应于该控制资讯。

7.如权利要求6所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，其中以该行车资讯及该控制资讯决定该引擎及该马达的动力分配比例。

8.如权利要求7所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，其中该电池的剩余电量值低于预设值，使用该引擎输出动力，该马达根据该些车辆行驶模式而发电。

9.如权利要求7所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，其中该能量管理模块包含一能量管理控制器，控制该引擎及该马达的动力分配比例。

10.如权利要求1所述的混合式车辆的能量管理装置，其特征在于，其中该控制资讯为一控制参数以及一控制法则，该些车辆行驶模式各别设定不同的该控制参数以及该控制法则。