CN107850876B - 用于控制混合动力机动车辆的能量当量系数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制机动车辆的能量当量系数(K)的方法(1)，该机动车辆包括热力发动机和由蓄电池供电的至少一个电动马达，该方法包括估算所述能量当量系数(K)的值(K^calc)的步骤(2)，该值在所述差(σ)低于所述阈值(ε_soe，‑ε_soe)时与预定最大值(K^max)成比例、或在所述差(σ)高于所述阈值(ε_soe，‑ε_soe)时与预定最小值(K^min)成比例。

Description

用于控制混合动力机动车辆的能量当量系数的方法

技术领域

本发明涉及一种用于控制混合动力机动车辆的能量当量系数的方法。

本发明涉及对机动车辆的混合动力传动系中的能流的分配管理。

更确切地，本发明的主题是确定表示在热能供给与电能供给之间所应用的权重的能量当量系数，以便使一个操作点上的机动车辆的混合动力传动系的整体能耗最小化，该机动车辆为包括热力发动机和由电池供电的至少一个电动马达的类型。

背景技术

具有混合动力推进或传动的机动车辆的动力传动系包括热力发动机以及由车载于该车辆上的至少一个电池供电的一个或多个电动机器。

用于混合动力传动系的控制系统被设计成用于根据行车条件来管理各种不同马达的运行和同步，以便限制燃料消耗并使污染颗粒的排放最小化。

‘对热能流和电能流的管理’被用来尤其表示着眼于优化热能流与电能流之间的功率分享而在控制系统中实施的传动策略。针对选择最佳操作点而实施的原则在于，通过用权重或当量系数对电能加权来使耗热量与耗电量的总和最小化。

此系数将电能加权为热能，换句话说，其给出了对存储在电池中的一定量的电能进行再充电所需的燃料的量、或相反地给出了可以通过使用来自电池的一定量的能量所节省的燃料的量。

由本申请人提交的专利申请FR2988674是尤为已知的，其披露了一种用于控制实施比例积分调节控制(也称为PI调节)的当量系数的方法。

然而，为了以最优的方式操作，此类PI调节控制需要先前知晓所调节的系统连同其动态特性。从技术角度看，这是用于校准PI调节器的比例积分增益的步骤。此校准步骤相对时间较长，并且必须在实施控制方法之前实施。

此外，此校准相对复杂，特别是就比例增益的校准而言(假定系统的动态特性根据定义在校准的时候是未知的)。

此外，比例增益的校准无法补偿未考虑进去的外来影响，特别是由机动车辆的辅助元件(例如，车载多媒体系统、机动车辆的空调、数据处理器等)所消耗的功率。

由于这个原因，校准步骤时间较长，并且必须在每次将调节控制应用于不同型号的车辆时实施。

这使得此控制方法对适配于各种不同型号的机动车辆而言是相对昂贵的。

发明内容

因此，需要一种用于控制能量当量系数的方法，该方法对适配于各种不同型号的机动车辆而言更加简单。

提供了一种用于控制对应于在热能供给与电能供给之间所应用的权重值的能量当量系数的方法，以便使一个操作点上的机动车辆的混合动力传动系的整体能耗最小化，该机动车辆包括热力发动机和由蓄电器供电的至少一个电动马达。

该方法包括用于根据在该蓄电器的能量状态的瞬时值与该蓄电器的能量状态的目标值之间的差来估算所述能量当量系数的值的步骤。

该估算步骤包括：

-用于将所述差与至少一个正阈值和至少一个负阈值相比较的步骤，以及

-用于计算该能量当量系数的估算值的步骤，所述估算值：

o当所述差小于所述负阈值时与预定最大值成比例，或

o当所述差大于所述正阈值时与预定最小值成比例，或

o当所述差在该负阈值与该正阈值之间的范围内时是所述差、所述正阈值和所述负阈值、以及该预定最小值和该预定最大值的函数。

因此，该估算步骤独立于系统的参数、尤其独立于机动车辆的行车条件和动态参数。换句话说，该方法是稳健的。

此外，该系统是自适应的，因为在评估能量当量系数的估算值之前，该估算步骤将在该蓄电器的能量状态的瞬时值与该蓄电器的能量状态的目标值之间的差(也称为‘误差’)考虑在内。换句话说，在行动之前研究了待控制的系统。

以这种方式，此方法对适配于不同的机动车辆是相对简单的。此外，可以在不必知道机动车辆的行车条件的情况下使用此方法。

使用用于将所述差与至少一个正阈值和至少一个负阈值相比较的步骤，可以在蓄电器的充电和放电的模式中控制能量当量系数。实际上，一般而言，差的符号取决于在执行该方法时蓄电器的运行模式。

当所述差是在该负阈值与该正阈值之间的范围内时，可以在该误差处于这两个阈值之间的范围内时(换句话说，当该误差较小时)控制该能量当量系数的估算值。因此，得以以优化机动车辆的整体能量操作的这样一种方式来稳定系统。

此外，此控制方法允许获得就比例积分调节控制而言相对较高的响应时间。

有利地且以非限制的方式，所述正阈值和所述负阈值是相反的。因此，可以通过实施对这些阈值的绝对值的比较来优化所述方法的操作(尤其是其执行速度)。

有利地且以非限制的方式，当该当量系数的所述估算值是在该负阈值与该正阈值之间的范围内时，该控制方法包括积分步骤，所述积分步骤限定旨在被加到所述估算值上的积分项。

具体地，该积分项可以是差(也称为‘误差’)的函数。

尤其地，该积分项可以与该误差的积分值成比例。

因此，可以使该能量当量系数的变化平滑，尤其是当在该蓄电器的能量状态的瞬时值与该蓄电器的能量状态的目标值之间的差相对较小时。

有利地且以非限制的方式，该控制方法可以包括用于限制该能量当量系数的所述估算值的步骤，在该步骤的过程中，所述估算值被由所述预定最小值和所述预定最大值所限定的边界限制。

将理解，此处参考估算值，无论其是否已与如之前描述的积分项求和并因此被修改。

因此，得以确保机动车辆的正确运行，同时确保了该能量当量系数始终在该能量当量系数的可接受的运行限制之间的范围内。此限制步骤也可以被视为是用于使该能量当量系数的估算值饱和的步骤。

尤其地，可以因此限制蓄电器退化或过早磨损的风险。

本发明还涉及一种用于控制对应于在热能供给与电能供给之间所应用的权重值的能量当量系数的装置，以便使一个操作点上的机动车辆的混合动力传动系的整体能耗最小化，该机动车辆包括热力发动机和由蓄电器供电的至少一个电动马达，所述装置包括：

-用于接收该蓄电器的能量状态的瞬时值的器件，例如该蓄电器的传感器，抑或实施该蓄电器的操作模型的处理器、DSP、或微控制器，以及用于传输来自该传感器的数据的总线，或任何其他合适的器件；

-用于计算在该蓄电器的能量状态的所述瞬时值与该蓄电器的能量状态的目标值之间的差的器件，例如处理器、DSP、微控制器、或任何其他合适的器件；

-用于将所述差与至少一个正阈值和至少一个负阈值相比较的、与用于计算该差的器件相同或不同的器件，例如处理器、DSP、微控制器、或任何其他合适的器件；

-用于计算该能量当量系数的估算值的、与用于计算该差的器件和/或用于将该差与该至少一个阈值相比较的器件相同或不同的器件，例如处理器、DSP、微控制器或任何其他合适的器件，所述估算值：

o当所述差小于所述负阈值时与预定最大值成比例，或

o当所述差大于所述正阈值时与预定最小值成比例，或

o当所述差在该负阈值与该正阈值之间的范围内时是所述差、所述正阈值和所述负阈值、以及该预定最小值和该预定最大值的函数。

本发明还涉及一种机动车辆，该机动车辆包括如之前描述的用于控制能量当量系数的装置。

附图说明

在阅读了通过非限制性实例给出并参考单个图的对本发明的一个具体实施例的下文所呈现的说明后，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，该单个图示出了根据本发明的一个实施例的用于控制能量当量系数的方法的功能流程图。

具体实施方式

参考该单个图，提供对混合动力机动车辆的能量当量系数的控制的控制方法1包括用于估算能量当量系数K的值

的步骤2。

估算步骤2首先包括用于计算误差σ的第一步骤5，其中执行对在蓄电器的能量状态的瞬时值soe与蓄电器的能量状态的目标值soe^ref之间的差σ(也通常称为误差σ)的值的计算。

通过从能量状态的瞬时值soe中减去目标值soe^ref(soe-soe^ref)来实施对误差σ的计算5。

误差σ可以是正值或负值。

一般而言，当目标值soe^ref较小时(例如，在蓄电器的能量状态的最大值的0％至10％之间)，误差σ是负的。在这种情况下，控制将以使蓄电器放电并因此促进电能的消耗为目标。

在相反的情况下，当目标值soe^ref较大时(例如，在蓄电器的能量状态的最大值的90％至100％之间)，误差σ是正的。在这种情况下，控制将以对蓄电器再充电为目标。

在误差计算步骤5之后，实施用于在误差σ与两个阈值ε_soe、-ε_soe之间进行比较6的步骤。

此处，将误差σ与两个阈值(正阈值ε_soe和负阈值-ε_soe)相比较。

这两个阈值是相反的。换句话说，这两个阈值ε_soe、-ε_soe的绝对值相等。

根据一个替代方案，这两个阈值可以具有不同的绝对值。

优选地，阈值ε_soe、-ε_soe的绝对值接近零，例如在0至1之间的范围内。

比较步骤6区分出三种情况：

-其中误差σ小于负阈值-ε_soe；

-其中误差σ大于正阈值ε_soe；

-其中误差σ是在负阈值-ε_soe与正阈值ε_soe之间的范围内。

取决于比较步骤6的结果，然后实施用于计算能量当量系数K的估算值

的步骤7。

如果误差σ小于负阈值-ε_soe，则通过以下计算来确定估算值

：

其中：

K^max是当量系数的最大可接受值，以及

α是大于1的预定值。

值α是预校准且恒定的值。

如果误差σ大于正阈值ε_soe，则通过以下计算来确定估算值

其中：

K^min是当量系数的最小可接受值。

取决于蓄电器，能量当量系数的最大可接受值K^max和最小可接受值K^min是预定的。换句话说，这些值是蓄电器的操作常数。

如果误差σ是在负阈值-ε_soe与正阈值ε_soe之间的范围内，则通过以下计算来确定估算值

根据一个替代方案，可以将误差σ与单个阈值ε_soe相比较，该单个阈值例如接近零、小于或大于零、抑或等于零。

在这个替代方案中，除了以下两点之外，比较步骤6和计算步骤7将类似于先前针对两个阈值所描述的比较步骤和计算步骤：比较6将只把误差σ大于或小于单个阈值ε_soe的情况考虑在内；以及计算步骤7于是将只是简单地通过用单个阈值代替负值和正值来考虑先前所描述的前两种计算(1)和(2)，第三种计算(3)只有在将两个阈值考虑在内时才适宜。

因此，通过稳健的估算步骤2获得了能量当量系数的估算值

换句话说，独立于机动车辆的行车条件或机动车辆的物理参数来估算能量当量系数的值。

此估算步骤2因此对适配于各种不同系统而言是相对简单的，并且不需要任何复杂和高成本的校准以便起作用。

此外，估算步骤2是自适应的。这是因为，在这个步骤的过程中，误差σ是在评估估算值

之前估算的。换句话说，本方法在行动之前研究了该系统。

以这种方式，可以稳健且自适应的方式来估算能量当量系数的值

在估算步骤2过程中已经估算了能量当量系数K的值

之后，该方法实施积分步骤3。

在积分步骤3的过程中，根据误差σ来确定积分项8：

-如果误差σ是在负阈值-ε_soe与正阈值ε_soe之间的范围内，则积分项8是预定义增益k_iG的函数。换句话说，在拉普拉斯变换之后，积分项8对应于函数

并且

-如果误差σ小于负阈值-ε_soe、或如果误差σ大于正阈值ε_soe，则积分项8等于零。

在已经确定了积分项8之后，根据如上文所描述的误差σ的值，在用于对积分步骤3求和的步骤9的过程中将该积分项加到估算值

上。

当蓄电器的能量状态的瞬时值soe相对接近目标能量状态soe^ref时，积分步骤3允许使能量当量系数K的变化平滑。在积分步骤结束时，获得了估算值

的平滑值K^calc。

实际上，正阈值ε_soe和负阈值-ε_soe是相对接近零的值，其限定其间的误差σ被视为较小的阈值。然后想法是，使能量当量系数K的变化稳定，以便优化整体能耗。

在积分步骤3之后，实施限制步骤4，在所述限制步骤的过程中，验证平滑值K^calc是在能量当量系数的最大可接受值K^max与最小可接受值K^min之间的范围内。如果平滑值K^calc超出了这些限制，则使其回到最近的最大值或最小值。

换句话说，实施平滑值K^calc的饱和4，以便使它们保持在能量当量系数的最大可接受值K^max与最小可接受值K^min之间。这允许在操作期间始终确保系统的正确运行，尤其是以不导致蓄电器发生任何退化风险的这样一种方式。

在限制步骤4之后所获得的值对应于由该方法控制的能量当量系数K的值。

本发明决不限于所描述的实施例。

具体地，积分步骤3和限制步骤4是可选的步骤，它们可存在或可不存在、彼此独立、独立于所实施的控制方法1。

Claims (6)

1.一种用于控制对应于在热能供给与电能供给之间所应用的权重值的能量当量系数K的控制方法(1)，以便使一个操作点上的机动车辆的混合动力传动系的整体能耗最小化，该机动车辆包括热力发动机和由蓄电器供电的至少一个电动马达，

该控制方法包括用于根据该蓄电器的能量状态的瞬时值soe与该蓄电器的能量状态的目标值soe^ref之间的差σ来估算所述能量当量系数K的值

的步骤(2)，其特征在于，该估算步骤(2)包括：

-用于将所述差σ与至少一个正阈值ε_soe和至少一个负阈值-ε_soe相比较的步骤6，以及

-用于计算该能量当量系数K的估算值

的步骤(7)，所述估算值

ο当所述差σ小于所述负阈值-ε_soe时与预定最大值K^max成比例，或

ο当所述差σ大于所述正阈值ε_soe时与预定最小值K^min成比例，或

ο当所述差σ在该负阈值-ε_soe与该正阈值ε_soe之间的范围内时是所述差σ、所述负阈值-ε_soe和所述正阈值ε_soe、以及该预定最小值K^min和该预定最大值K^max的函数。

2.根据权利要求1所述的控制方法(1)，其特征在于，所述正阈值ε_soe与所述负阈值-ε_soe相反。

3.根据权利要求1或2所述的控制方法(1)，其特征在于，当该当量系数K的所述估算值

是在该负阈值-ε_soe与该正阈值ε_soe之间的范围内时，该控制方法包括积分步骤(3)，所述积分步骤(3)限定旨在被加到所述估算值

上的积分项(8)。

4.根据权利要求1或2所述的控制方法(1)，其特征在于，该控制方法包括用于限制该能量当量系数K的所述估算值

的步骤(4)，在该步骤的过程中，所述估算值

被由所述预定最小值K^min和所述预定最大值K^max所限定的边界限制。

5.一种用于控制对应于在热能供给与电能供给之间所应用的权重值的能量当量系数K的装置，以便使一个操作点上的机动车辆的混合动力传动系的整体能耗最小化，该机动车辆包括热力发动机和由蓄电器供电的至少一个电动马达，所述装置包括：

-用于接收该蓄电器的能量状态的瞬时值soe的器件，

-用于计算在该蓄电器的能量状态的所述瞬时值soe与该蓄电器的能量状态的目标值soe^ref之间的差σ的器件，

-用于将所述差σ与至少一个正阈值ε_soe和至少一个负阈值-ε_soe相比较的器件，以及

-用于计算该能量当量系数K的估算值

的器件，所述估算值

ο当所述差σ小于所述负阈值-ε_soe时与预定最大值K^max成比例，或

ο当所述差σ大于所述正阈值ε_soe时与预定最小值Kmin成比例，或

ο当所述差σ在该负阈值-ε_soe与该正阈值ε_soe之间的范围内时是所述差σ、所述负阈值-ε_soe和所述正阈值ε_soe、以及该预定最小值K^min和该预定最大值K^max的函数。

6.一种包括根据权利要求5所述的用于控制能量当量系数K的装置的机动车辆。

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