CN105460011B - 用于前瞻性地运行机动车的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于运行具有混合动力驱动系统（2）的机动车（1）的方法，其具有以下步骤：‑提供（S1）关于最有可能有待驶过的行驶线路的路段的信息；‑实施（S2）第一优化，其中在第一成本函数的基础上将全部的能耗降低到最低限度，其中确定用于驶过最有可能有待驶过的行驶线路的路段的额定车速（vsoll）；‑实施（S3）第二优化，其中就行驶线路的路段中的一个或多个路段以及在第一优化中确定的额定车速（vsoll）而言在全部能耗方面对混合动力驱动系统（2）的驱动单元（3、4）之间的负载分配（LV）进行优化；并且‑针对当前驶过的路段在负载分配（LV）的基础上并且在额定车速（vsoll）的基础上运行机动车。

Description

用于前瞻性地运行机动车的方法和装置
技术领域
本发明涉及尤其在前瞻性地考虑有待驶过的行驶线路的基础上用于机动车的速度调节装置。此外，本发明涉及用于确定混合动力驱动系统中的功率划分的方法。
背景技术
已知，为了降低用燃料运行的机动车的燃料消耗或能耗，要考虑前面的行驶线路，并且对于有待驶过的行驶线路的路段来说预先给定用于速度调节的最佳的行驶速度。为此，对于前面的行驶线路的各个路段来说，要提供额外的信息，所述额外的信息对在相关的路段中所允许的速度的规定以及其他对燃料消耗产生影响的线路参数的规定作出说明。
此外，对具有混合动力驱动系统的机动车来说在不同的驱动单元之间的功率的划分（负载分配）方面存在着优化需求。在考虑到关于驱动单元的功率的可能的负载分配的情况下在能耗的优化目标方面对所述额定车速进行优化，这通常由于在机动车中可供使用的控制器的有限的计算能力而至今不能实时地进行。
发明内容
根据本发明，设置了用于确定额定车速以及对混合动力驱动系统的多个驱动单元的功率进行划分的负载分配的方法以及装置和机动车。
其他的设计方案包括：所述最有可能有待驶过的行驶线路从由驾驶员输入的导航数据中或者从基于已驶过的行驶线路的经验值中确定；关于从最有可能的行驶线路中得出的路段的信息包含与消耗有关的线路参数，特别地包括关于线路上坡或下坡的说明、关于路面状态或路面类型的说明和/或关于一个或多个速度极限的说明；在预先给定的负载分配的基础上或者在之前针对最后所行驶的路段已确定的负载分配的基础上实施所述第一优化；所述第一优化包括动态规划、线性规划或混合整数规划；所述第二优化借助于ECMS方法来实施；所述第二优化借助于第二成本函数来实施，其中加权因数作为由所述第一和第二驱动单元提供的驱动功率之间的能量成本的比例来考虑，并且尤其取决于电的蓄能器的充电状态。
根据第一方面，设置了一种用于运行具有混合动力驱动系统的机动车的方法，该方法具有以下步骤：
-提供关于最有可能有待驶过的行驶线路的路段的信息；
-实施第一优化，其中在第一成本函数的基础上在预先给定混合动力驱动系统的驱动单元之间的所确定的或（在考虑到后置的负载分配的情况下）所已知的负载分配的情况下将全部的能耗降低到最低限度，其中确定用于驶过所述最有可能有待驶过的行驶线路的路段的额定车速；
-实施第二优化，其中对于所述行驶线路的路段中的一个或多个路段以及在所述第一优化中所确定的额定车速而言在全部能耗方面对所述混合动力驱动系统的驱动单元之间的负载分配进行优化；并且
-针对当前驶过的路段在所述负载分配的基础上并且在所述额定车速的基础上运行所述机动车。
上述方法用于根据能耗对具有混合动力驱动系统的机动车的额定车速进行优化。对于具有多个驱动单元的混合动力驱动系统来说还存在着以下需求：确定对由不同的驱动单元提供的功率进行划分的负载分配或确定为了驱动所述机动车从不同的蓄能器中获得的功率的负载分配。但是，因为不仅所述额定车速而且所述负载分配都直接影响所述能耗，所以为了使所述机动车能量最小化地行驶，不仅需要预先给定所述额定车速而且需要预先给定针对有待驶过的路段的负载分配。
上述方法能够实现：快速地解决因确定预先给定的行驶线路的最小能耗而产生的、计算比较密集的优化问题，方法是：彼此分开地确定所述额定车速和所述负载分配。这通过以下方式来进行：首先在关于前面的行驶线路的说明的基础上确定额定车速的优化，并且随后在针对至少当前的路段所确定的额定车速的基础上确定经过优化的负载分配。
为了围绕确定额定车速的自由度将所述能耗降低到最低限度而消除对负载分配进行确定，由此使得上述方法可以特别有效地以较小的资源需求来进行。这能够在线地、也就是实时地在机动车中计算上述优化方法。
此外，可以从由驾驶员输入的导航数据中或者从基于已驶过的行驶线路的经验值中确定所述最有可能有待驶过的行驶线路。
按照一种实施方式，关于从最有可能的行驶线路中得出的路段的信息可以包含与消耗有关的线路参数，特别地可以包括关于线路上坡或下坡的说明、关于路面状态或路面类型的说明和/或关于一个或多个速度极限的说明。
可以规定，在预先给定的负载分配的基础上或者在之前针对最后所行驶的路段已确定的负载分配的基础上实施所述第一优化。
特别地，所述第一优化可以包括动态规划、线性规划或混合整数规划。
此外，所述第二优化可以借助于ECMS方法来实施。
所述第二优化可以借助于第二成本函数来实施，其中加权因数K作为由所述第一和第二驱动单元提供的驱动功率之间的能量成本的比例来考虑，并且尤其取决于电的蓄能器的充电状态。所述加权因数特别地也可以取决于将来的线路的状态。
根据另一方面，设置了一种用于运行具有混合动力驱动系统的机动车的装置、尤其是车辆控制器，其中所述装置被构造用于：
-提供关于最有可能有待驶过的行驶线路的路段的信息；
-实施第一优化，其中在第一成本函数的基础上将全部的能耗降低到最低限度，其中确定用于驶过所述最有可能有待驶过的行驶线路的路段的额定车速；
-实施随后的第二优化，其中对于所述行驶线路的路段中的一个或多个路段以及在所述第一优化中所确定的额定车速而言在全部能耗方面对所述混合动力驱动系统的驱动单元之间的负载分配进行优化；并且
-针对当前驶过的路段在所述负载分配的基础上并且在所述额定车速的基础上运行所述机动车。
根据另一方面，设置了一种具有混合动力驱动系统和上述装置的机动车。
附图说明
下面借助于附图对实施方式进行详细解释。在附图中：
图1是具有用于预先给定额定车速和划分比例的控制器的机动车的示意图；
图2是取决于电的蓄能器的充电状态SOC的加权因数K的可能的曲线；并且
图3是用于对用来运行机动车的方法进行说明的流程图。
具体实施方式
图1示出了具有混合动力驱动系统2的机动车1，所述混合动力驱动系统具有第一驱动单元3比如内燃机和第二驱动单元4比如电驱动装置。所述第一驱动单元3和所述第二驱动单元4可以一起或单独地将驱动力矩、也就是驱动功率通过（未示出的）输出轴提供给驱动轮。
通过燃料箱6向作为第一驱动单元3的内燃机提供作为化学载能体的燃料。由电的蓄能器7向作为第二驱动单元4的电驱动装置4提供电能。
此外，所述混合动力驱动系统2包括混合动力控制器5，以便操控所述第一驱动单元3和所述第二驱动单元4来提供相应的部分驱动力矩。
设置了一种车辆控制器10，该车辆控制器向所述混合动力控制器5说明关于有待提供的驱动力矩的信息以及关于负载分配的信息。所述负载分配对有待由不同的驱动单元3、4提供的驱动功率的划分情况作出说明。有待提供的驱动力矩作为调节参数从速度调节机构11中产生，所述速度调节机构可以在所述控制器10中或与其分开地实现（implementieren）。
所述速度调节机构11用于通过将调节参数提供给所述混合动力控制器5来将所述机动车的速度调节到额定车速。所述速度调节机构11可以被构造用于根据所述车速相对于额定车速vsoll的调节偏差作为调节参数来将关于有待提供的驱动力矩的说明提供给所述混合动力控制器5。
所述车辆控制器10与可以被包含在导航系统中的行驶线路信息系统12处于连接之中，所述行驶线路信息系统提供关于前面的行驶线路的信息。所述行驶线路信息系统12在比如由驾驶员提供的导航数据或类似数据的基础上确定要由所述机动车以最大的可能性来行驶的行驶线路（最有可能的行驶线路）。此外，所述最有可能的行驶线路也可以以本身已知的方式从关于已经驶过的行驶线路的、历史的行驶数据中确定。
所述最有可能的行驶线路通过一个或多个相关的路段来确定。所述行驶线路信息系统12除了关于所述路段的说明之外还向所述车辆控制器10提供与燃料消耗有关的、关于所涉及的路段中的每个路段的参数。
所述行驶线路信息系统12可以是驾驶员协助系统的一部分或是导航系统的一部分。所述行驶线路信息系统12访问地图存储器，所述地图存储器可以提供关于路段的信息。
所述车辆控制器10包括优化单元13，该优化单元从所述行驶线路信息系统12处得到关于所述行驶线路的路段的说明包括与燃料消耗有关的、关于所述路段中的每个路段的参数在内。
结合图2的流程图介绍用于在能耗方面对机动车的运行进行优化的方法，所述方法可以在所述优化单元13中来实施。
在步骤S1中，提供关于最有可能有待驶过的行驶线路的、彼此邻接的路段的信息。所述最有可能有待驶过的行驶线路从比如由驾驶员输入的导航数据中、从基于过去已经驶过的行驶线路的经验值中或类似参数中得出。
关于从最有可能的行驶线路中得出的路段的信息包含与消耗有关的线路参数，比如关于线路上坡或下坡的说明，关于路面状态或路面类型比如高速公路、乡下公路、市内路段的说明以及比如从法律上的速度规定、建议速度或转弯半径中得出的速度极限。此外，可以对比如与起风情况或下雨可能性有关的天气预报信息作出说明。
在步骤S2中，借助于说明关于能耗的第一成本函数K1的目标函数来对用于驶过所述路段的额定车速vsoll进行第一优化。所述第一成本函数K1是这样的一种目标函数，该目标函数确定关于在所观察的行驶线路的路段范围内的速度轨迹的能耗。换言之，所述第一成本函数K1涉及各个路段的、与相应的速度有关的能耗的总和，以所述相应的速度驶过所述路段中的每个路段。
通过所述第一成本函数K1确定的能耗通过优化方法被降低到最低限度。
在使用两个驱动单元的情况下对于数目为k的路段来说，适用：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中LVn=常数
其中LV相当于作为所述驱动单元的部分驱动功率的划分的负载分配（由所述驱动单元分别提供的驱动功率的比例）。预先给定或根据后置的优化方法的行为来预料所述负载分配LV。
此外，L相应于为了达到所述额定车速v所要求的驱动功率，g1、g2相应于在所要求的部分驱动功率的基础上各个驱动单元的能量成本函数，n相应于一种表明相关的路段的指数，并且K相应于一种表明两个驱动单元3、4的能耗的能量成本比例的加权因数。
在进行所述第一优化时，可以以预先给定的负载分配LV为出发点，其中所述负载分配比如可以通过后置的优化方法、比如ECMS方法的行为来确定。作为替代方案，可以以估计的负载分配LV为出发点，所述估计的负载分配可以对应于已于之前针对最后行驶的路段所确定的负载分配LV。
常见的本身已知的、用于所述第一优化的优化方法可以包括动态规划、线性规划或混合整数规划。所提供的第一成本函数K1（目标函数）建立在全部的能耗的基础上，所述全部的能耗考虑了从燃料的化学能中获取的驱动功率以及从所述电的蓄能器7的电能中获取的驱动功率。在此考虑了所述加权因数K，该加权因数尤其取决于在化学能与电能之间将燃料能量转化为电能的效率以及所述电能的储存。所述全部的能耗对应于有待转化为动能的能量的需求，并且还考虑到，是通过所述第一驱动单元3还是通过所述第二驱动单元4来提供所述动能。
在步骤S3中，在第二优化中确定针对至少当前路段的或在整个行驶线路的所有路段范围内的负载分配LV。这种确定基于在步骤S2中确定的、关于至少当前路段的额定车速或所求得的在整个行驶线路的路段范围内的额定车速vsoll的轨迹来实施。
常见的用于负载分配的优化方法相当于本身已知的ECMS方法（ECMS：EquivalentConsumption Minimization Strategy，等效消耗最小策略）。所述ECMS方法通过所观察的路段根据第二成本函数K2来将能量成本降低到最低限度。所述第二成本函数K2针对每个被观察的路段考虑了所述能耗的经过加权的总和，用以提供不同的驱动单元3、4的、由所述负载分配预先给定的部分驱动功率。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
就L(n)而言，如在步骤S2中所确定的那样。
用于ECMS方法的第二成本函数K2考虑了加权因数K作为所述成本函数中的参数。作为所述第二成本函数K2的参数来确定所述加权因数K，这一点在此对燃料消耗具有决定性的影响。必要时可以前瞻性地对所述加权因数K进行调整，从而充分利用所述电的蓄能器6的充电状态SOC并且同时遵守所述电的蓄能器的、预先给定的充电极限。所述相关性比如可以规定，在所述电的蓄能器的充电状态较低时所述加权因数K很大，结果是所述蓄能器的充电量增加并且由此不低于所述电的蓄能器6的最小充电量。在图3中比如示出了所述加权因数K的取决于所述电的蓄能器6的充电状态SOC的可能的曲线。
此外，可以将前瞻性的、关于有待行驶的行驶线路的信息考虑在内，从而比如在行车开始之前从所述电的蓄能器中获取能量，从而在行车过程中可以充分利用完全的余热利用潜力并且可以有利地重新给所述电的蓄能器6充电。作为替代方案，所述ECMS方法的加权因数可以通过简单的策略、也就是仅仅根据所述电的蓄能器6的充电状态来进行调整。
在步骤S4中，就当前的路段而言可以将针对该路段所确定的额定车速传输给所述速度调节机构11，并且将相应的负载分配LV提供给所述混合动力控制器5。随后重复所述方法步骤，从而继续在整个行驶线路的范围内进行优化。
一般来说建议，原有的、对能耗的降低进行优化的问题通过对有待提供的驱动力矩的或有待提供的驱动功率的和所述负载分配LV的预先规定来划分为两个分开的优化任务，也就是在预先规定确定的负载分配LV的情况下对额定车速进行优化，并且在假设之前针对所述路段确定的额定车速的轨迹的情况下对所述负载分配LV进行优化。因此可以显著降低用于解决优化任务的整个计算花费。
为了将所述功率分配到不同的驱动单元上，在此可以使用对于混合动力驱动系统来说已经已知的ECMS方法，而为了确定在整个行驶线路范围内的额定车速则可以使用传统的优化方法、比如动态规划。这能够在所述机动车的运行中以在线的方式、也就是说在处于所述机动车中的控制器中实时地解决所述优化任务，从而总是可以使关于机动车的运行策略与当前前面的行驶线路相匹配。

Claims (14)

1.用于运行具有混合动力驱动系统（2）的机动车（1）的方法，具有以下步骤：
-提供（S1）关于最有可能有待驶过的行驶线路的路段的信息；
-实施（S2）第一优化，其中在第一成本函数的基础上将全部的能耗降低到最低限度，其中确定用于驶过所述最有可能有待驶过的行驶线路的路段的额定车速（vsoll）；
-实施（S3）第二优化，其中就所述行驶线路的路段中的一个或多个路段以及在所述第一优化中确定的额定车速（vsoll）而言，在全部能耗方面对所述混合动力驱动系统（2）的驱动单元（3、4）之间的负载分配（LV）进行优化；并且
-针对当前驶过的路段在所述负载分配（LV）的基础上并且在所述额定车速（vsoll）的基础上运行所述机动车。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述最有可能有待驶过的行驶线路从由驾驶员输入的导航数据中或者从基于已驶过的行驶线路的经验值中确定。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中关于从最有可能的行驶线路中得出的路段的信息包含与消耗有关的线路参数。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中在预先给定的负载分配（LV）的基础上或者在之前针对最后所行驶的路段已确定的负载分配的基础上实施所述第一优化。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第一优化包括动态规划、线性规划或混合整数规划。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二优化借助于ECMS方法来实施。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述第二优化借助于第二成本函数（K2）来实施，其中加权因数（K）作为由所述驱动单元（3、4）提供的驱动功率之间的能量成本的比例来考虑。
8.根据权利要求3所述的方法，其中关于从最有可能的行驶线路中得出的路段的信息包括关于线路上坡或下坡的说明、关于路面状态或路面类型的说明和/或关于一个或多个速度极限的说明。
9.根据权利要求7所述的方法，其中加权因数（K）取决于电的蓄能器（7）的充电状态。
10.用于运行具有混合动力驱动系统（2）的机动车（1）的装置，其中所述装置被构造用于：
-提供关于最有可能有待驶过的行驶线路的路段的信息；
-实施第一优化，其中在第一成本函数（K1）的基础上将全部的能耗降低到最低限度，其中确定用于驶过所述最有可能有待驶过的行驶线路的路段的额定车速（vsoll）；
-实施第二优化，其中就所述行驶线路的路段中的一个或多个路段以及在所述第一优化中确定的额定车速（vsoll）而言在全部能耗方面对所述混合动力驱动系统（2）的驱动单元（3、4）之间的负载分配（LV）进行优化；
-针对当前驶过的路段在所述负载分配（LV）的基础上并且在所述额定车速（vsoll）的基础上运行所述机动车。
11.根据权利要求10所述的装置，其中，该装置是车辆控制器。
12.具有混合动力驱动系统（2）和根据权利要求10所述的装置的机动车（1）。
13.机器可读的存储介质，在该存储介质上保存有计算机程序，该计算机程序被设计用于执行根据权利要求1至9中任一项所述的方法的所有步骤。
14.控制单元，该控制单元具有根据权利要求13所述的机器可读的存储介质。
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