CN108698607A - 用于运行机动车的方法、用于驱动系统的控制单元以及驱动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行用于机动车的混合动力的驱动系统（1）的方法，所述混合动力的驱动系统具有燃烧马达（3）和通过电蓄能器（8）来供给的电驱动装置（2），其中按照预先给定的负荷分配来调节所述燃烧马达（3）和/或电驱动装置（2）的驱动功率，所述方法具有以下步骤：在所述电蓄能器（8）的目前的目标充电状态的基础上调节（S10）所述电驱动装置（2）与所述燃烧马达（3）之间的负荷分配；并且从所述机动车的目前的位置与目的地之间的预先给定的线性的目标充电状态变化曲线中确定所述目前的目标充电状态。

Description

用于运行机动车的方法、用于驱动系统的控制单元以及驱动 系统
技术领域
本发明普遍涉及一种用于在混合动力的驱动系统中进行能量管理的控制方法。本发明尤其涉及用于通过负荷分配的预先规定来运行车辆的运行策略。
背景技术
传统的混合动力车或者混合电动车（HEV）在行驶期间以电的形式回收动能并且将其存储在电蓄能器、像比如高压（HV）电池中，这比如能够在车辆的行驶期间通过对于能量的回收来进行。
PHEV的特征在于，它们提供通过外部的电力网给所述电蓄能器充电的可行性。由此，两种用于产生所需要的车辆驱动能量的能量载体供PHEV的驱动系统所用：也就是说常规的基于化石的能量载体的、用于驱动燃烧马达的燃料以及来自电力网的、用于驱动电驱动装置的电能。
为了将这一点包含在对于所述车辆的CO2排放的计算之内，欧盟规定了专门的认证规范。此外已经表明，对于PHEV来说来自额外的能量源的供给提高了有待在PHEV中使用的、用于进行能量管理控制的控制策略的复杂性。
在PHEV中使用电蓄能器，所述电蓄能器具有与被安装在常规的HEV中的电蓄能器相比较高的容量。因此，对于PHEV来说，能够使用电量降低/电量保持策略（CD/CS）（ChargeDepleting/Charge Sustaining），其中所述PHEV的驱动功率首先主要通过所述电蓄能器来提供，直至达到低的充电状态（SoC）（State of Charge）阈值。而后如此调节所述电蓄能器的存储电量，从而维持迄今所达到的低的充电状态。作为替代方案，能够按照混合的模式（Blended Mode）来运行所述车辆，其中如此调节所述充电状态，从而在整个行驶里程的范围内更加均匀地分配可用的电能。
从公开文献DE 10 2013 220 935 A1中公开了一种用于在混合电动车中对运行策略进行调整的方法，其中对于前瞻性的运行策略的调整根据可供使用的用于驱动HEV的能量形式的、生态的和/或经济的特征来进行。在此，为可供使用的能量形式分别分配了至少一个用于将不同的能量形式彼此换算的等效因数。
对于尽可能有效的并且消减CO2的目标变化曲线的计算通常要求高的用于所述车辆的控制单元（ECU）的计算开销。因此，存在着改进并且简化用于运行PHEV的控制策略的需求。
发明内容
设置了一种按照权利要求1所述的用于运行车辆的方法、按照并列的权利要求所述的一种用于插电式混合电动车的控制单元以及一种插电式混合电动车，所述控制单元具有用于对用于插电式混合电动车的电池的充电水平的目标变化曲线进行计算的预测模块，所述插电式混合电动车具有拥有预测模块的控制单元。
另外的设计方案在从属权利要求中得到了说明。
按照第一方面，设置了一种用于运行用于机动车的混合动力的驱动系统的方法，所述混合动力的驱动系统具有燃烧马达和通过电蓄能器来供给的电驱动装置。按照预先给定的负荷分配来调节所述燃烧马达和/或电驱动装置的驱动功率。所述方法具有以下步骤：
-在所述电蓄能器的目前的目标充电状态的基础上调节所述电驱动装置与所述燃烧马达之间的负荷分配；并且
-从所述机动车的目前的位置与目的地之间的预先给定的、尤其是线性的目标充电状态变化曲线中确定所述目前的目标充电状态。
尤其能够周期性地重复所述方法。
用上述方法能够显著地简化对于有待使用的目标充电状态变化曲线的预测或者预报。换而言之，能够在没有误差的情况下为相应当前的时刻获取许多进入到对于目标充电状态的计算中并且典型地以预测的方式获取并且因此带有误差地加以使用的信息，这比如能够通过车辆传感器和导航仪来进行。
尤其能够似乎实时地使用能够现场获取的信息，所述信息经常能够比较容易地为当前的时刻而获取、但是不能或者只能以高的开销提前来确定。此外，能够如此提高所需要的目标充电状态变化曲线的精度，使得其关于CO2排放接近于最佳的变化曲线。同时，能够降低对所述控制单元的计算功率的要求并且/或者与现有技术相比能够更好地利用所述计算功率。
因为在这种方法中选择线性的目标充电状态变化曲线，所以由此此外能够简化所述计算，其中同时此外能够保证高的精度。尤其是这种情况，如果比如在行驶期间以一定的时间上的或者距离方面的间隔重复地或者周期性地对所述目标充电状态变化曲线实施更改或者更新并且通过这种方式来始终提供经过校正的当前的目标充电状态。通过这种方式得到更新的目标充电状态变化曲线同样能够相当于线性的变化曲线，其中在最简单的情况中仅仅对所述目标充电状态变化曲线的斜率进行调整。
按照另一方面，设置了一种用于运行用于机动车的混合动力的驱动系统的方法，所述混合动力的驱动系统具有燃烧马达和通过电蓄能器来供给的电驱动装置。在此，能够按照预先给定的负荷分配来调节所述燃烧马达和/或电驱动装置的驱动功率，其中所述控制单元构造用于：
-在所述电蓄能器的目前的目标充电状态的基础上调节所述电驱动装置与所述燃烧马达之间的负荷分配；并且
-从所述机动车的目前的位置与目的地之间的预先给定的线性的目标充电状态变化曲线中确定所述目前的目标充电状态。
按照另一方面，提供一种用于具有混合动力的驱动系统的机动车的控制单元，所述控制单元具有预测模块，所述预测模块被设立用于计算所述机动车的电蓄能器的目标充电状态变化曲线。所述控制单元被设立用于：按照由所述预测模块所计算的目标充电状态变化曲线来调节所述电蓄能器的充电状态。所述预测模块此外被设立用于：为了更新所计算的目标充电状态变化曲线而在对所获取的关于所述机动车的目前的状态的所获取的预测信息的接收的响应中更改所述目标充电状态变化曲线。
为了获取有待获取的信息而使用的传感器单元能够具有不同的类型并且比如能够具有导航仪、车辆传感器或者类似装置。
由此，能够以简单的方式提高机动车的能效，其中驱动功率由燃烧马达和/或电驱动装置来提供。此外，能够降低CO2消耗。这尤其能够通过以下方式来实现：相应地在关于所述车辆的目前的状态的信息的基础上、也就是在当前能够测量或者接收的信息的基础上更新所述目标充电状态变化曲线。由此，不必提前计算整个目标充电状态变化曲线。换而言之，能够逐渐地对所述目标变化曲线进行调整。
根据本发明的一个方面，此外提供一种插电式混合电动车，所述混合电动车具有上面所提到的带有预测模块的控制单元。所述控制单元被设立用于：如此调节所述机动车的电蓄能器的目标充电状态，从而能够执行所述按本发明的方法。
由此，能够根据可以尽可能容易地检测到的预测信息来实现有待使用的目标充电状态变化曲线并且对其进行优化。因此能够显示，已经能够用很小的预测开销来实现高的燃料节省。
这尤其能够通过以下方式来实现：不是在行驶之前/开始就已经计算整个目标充电状态变化曲线。换而言之，局部地为当前的时刻来确定目标充电状态。
因此，用上面所提到的方面的简单的实施方案能够实现小的容易出错性以及高的CO2消减潜力。在此，能够确定几乎最佳的目标充电状态变化曲线。这种目标充电状态变化曲线优选相应于“混合的模式”的实现，由此能够实现所述CO2排放的明显的消减。
本发明能够用在所有流行的PHEV中。本发明改进混合动力运行策略并且能够动用现存的信息源。
此外能够规定，获取所述机动车的关于目前的状态的信息并且根据所获取的信息来更新预先给定的目标充电状态变化曲线。
尤其所述方法能够具有另外的步骤：
-从所获取的信息中获取所述机动车在机动车的目前的位置与目的地之间的能量差，并且
-在所获取的能量差的基础上计算用于目前的目标充电状态的校正值；
-给所述目前的目标充电状态加载所述校正值。
由此，能够通过所获取的用于所述能量差的数值来提供下述参数，该参数直接影响所述车辆的能量管理并且因此代表着稳健的用于方法方面的基准参量。对于所述校正值来说，能够考虑到车辆内部的影响因数、像比如由所述车辆的动力传动系的架构所确定的效率链。
尤其能够获取所述车辆的当前的行驶速度和/或当前的高度坐标和/或在目的地的绝对高度，并且能够相对于目的地来获取所述车辆的动能和/或所述车辆的势能。
此外，能够在所述车辆的所获取的、相对于目的地的正的能量差的基础上计算待预料的回收能量，其中将所述待预料的回收效率换算为当前的目标充电状态的降低。作为替代方案或者补充方案，能够在所述车辆的所获取的、相对于目的地的负的能量差的基础上计算所述车辆的额外的能量需求，其中将所计算的额外的能量需求换算为当前的目标充电状态的提高。
此外，能够为了调节所述充电状态而在目前的目标充电状态的基础上运用ECMS方法。
此外，能够确定在所述机动车的目前的位置与目的地之间的距离范围内的、线性的目标充电状态变化曲线，方法是：根据在所述机动车的目前的位置处的充电状态和预先给定的、表明最大允许的放电水平的放电阈值来计算所述目标充电状态的、关于所述机动车的目前的位置与目的地之间的距离的线性的变化曲线。
由此，能够以特别稳健的方式来实施所述方法。尤其能够特别好地借助于所述ECMS的目标充电状态调节以及预测信息来有效地并且有效力地实施混合的模式策略。在多种多样的行驶周期上对ECMS运行策略进行的调查已经表明，在大多数情况中能够以高的精度通过借助于所述机动车的、相对于目的地的剩余的势能和动能对所述线性的目标充电状态变化曲线进行的校正来实现相应最好的目标充电状态变化曲线。
按照另一方面，设置了一种驱动系统，该驱动系统具有燃烧马达、通过电蓄能器来供给的电驱动装置以及上述控制单元。
附图说明
下面借助于附图对本发明的实施方式进行详细解释。其中：
图1示出了用于插电式混合电动车（PHEV）的驱动系统的方框图；
图2示出了驱动系统的电池的充电状态（SoC）的变化曲线的图表，以电量降低/电量保持模式来运行所述驱动系统；
图3示出了驱动系统的电池的SoC的变化曲线的图表，以混合的模式（Blended Mode）来运行所述驱动系统；
图4示出了用于运行驱动系统的方法的流程图；
图5示出了驱动系统的电池的SoC的变化曲线的图表，以混合的模式来运行所述驱动系统； 并且
图6示出了用于运行驱动系统的方法的流程图。
具体实施方式
图1示出了机动车、尤其是插电式混合电动车（PHEV）的混合动力的驱动系统1的方框图。所述驱动系统1具有电驱动装置2和燃烧马达3，所述电驱动装置和所述燃烧马达通过传动轴4将驱动功率提供到所述驱动系统1的驱动轴5上。作为替代方案，也能够考虑，所述驱动系统1具有多个用于驱动多根驱动轴5的电驱动装置2。此外，所述驱动系统1也能够配备四轮驱动装置。
在所述燃烧马达3与所述电驱动装置2之间布置了用于将所述动力传动系断开和闭合的第一离合器6。在所述电驱动装置2与变速器15之间布置了用于将所述动力传动系断开和闭合的第二离合器7。通过以电池8的形式构成的电蓄能器来供给所述电驱动装置2，所述电池通过功率电子装置9与所述电驱动装置2相连接。所述电池8能够是用于向所述驱动系统1的电驱动装置2供给的牵引电池或者高压电压。此外，所述电池8配备了充电接头10，在该充电接头上能够连接外部的电源11，以用于给所述电池8充电。
所述功率电子装置9与所述驱动系统1的马达控制机构或者控制单元12相连接。所述控制单元12操控所述燃烧马达3和所述电驱动装置2，以用于提供部分驱动力矩。此外，所述控制单元12具有预测模块13，该预测模块能够计算目标充电状态变化曲线（SoC）。所述目标充电状态变化曲线相当于所述电池8的充电状态的所期望的或者预先给定的变化曲线。所述预测模块13或者所述控制单元12与用于获取车辆信息或者环境信息的传感器单元14相连接。
所述驱动系统1能够以不同的运行模式来运行，其中总驱动功率的相应不同的份额由所述电驱动装置2和所述燃烧马达3来提供并且根据预先确定的策略来调节所述电池8的充电状态（SoC）。优选调节所述充电状态，方法是：对控制策略、比如所述ECMS（Equivalent Consumption Minization Strategy：等效消耗最低策略）的等效因数进行调整。
在图2中示出了按照电量降低/电量保持策略或者“Charge Depleting/ChargeSustaining（CD/CS）”策略的充电状态变化曲线。在此试图在所经过的距离x范围内实现所述电池8的充电状态的在图2中示出的变化曲线。所述驱动系统1以充电的电池8来开始行驶，其中在尽可能长的持续时间里以纯电的方式行驶或者说通过所述电驱动装置2来提供全部的驱动功率。这个阶段相当于所述电量降低模式（CD模式）。只有在达到了所述充电状态的预先确定的下SoC阈值时，才激活所述燃烧马达3并且围绕着所述下SoC阈值通过放电及充电周期（用以发电方式在所述机动车中所产生的电能）来调节所述电池8的充电状态。这样的驱动系统能够在全部剩余的时间间隔的范围内将所述电池8的充电状态调节到低的水平上。由此能够实现所描述的CD/CS策略。
在图3中示出了在所经过的距离x的范围内按照所谓的“混合的模式（BlendedMode）的策略的充电状态变化曲线。在这里以混合的模式来运行所述驱动系统1，其中在整个运行持续时间里所述驱动功率部分地通过所述燃烧马达3并且部分地通过由所述电池8供馈的电驱动装置2来提供。
由此，相对于图2的CD/CS策略能够实现所述CO2效率的改进，因为对于CD/CS策略来说所述负荷分配在实际的行驶中通常与所述混合动力的驱动系统1的最佳的力矩分配不符。所述“混合的模式”策略明显更接近于这种最佳的力矩分配。
图4示出了用于对另一种用于运行驱动系统的方法进行说明的流程图。
在步骤S1中，在行驶的开始用充满电的电池8来运行所述驱动系统。
在接下来所描述的方法中追求下述目标：尽可能给所述电池放电，直至达到下一个充电可行性。在此给所述电池8放电，直至预先确定的放电阈值。
在步骤S2中获取当前的关于所述驱动系统1或者所述机动车的目前的状态的信息并且将其传输给所述预测模块13。
首先这些信息涉及作为所述机动车的目前的位置的出发地以及作为目的地的下一个要考虑的充电可行性的地点，其中要确定出发地与目的地之间的距离长度。此外，也要确定所述目的地的绝对高度、尤其是标准零点上面的高度并且将其通知给所述预测模块13。必要的数据比如能够通过在所述驱动系统1中所使用的导航仪来提供，所述导航仪与所述驱动系统1的控制单元相连接。
根据在这里示出的实施方式，所述导航仪识别或者知道所述车辆的可能的下一个充电地点并且将其作为目的地和/或从中所产生的剩余的里程来传输给所述预测模块13。否则要计算直至在导航仪中所输入的目的地剩余的里程。所述预测模块13也能够将到出发地的返程考虑到所述计算之中。这比如是有意义的，如果驾驶员在行车的目的地没有充电可行性，但是要在始发地给所述机动车充电。
在步骤S3中从预测信息中确定所述充电状态的线性的目标变化曲线，其中要计算所述机动车1的出发地或者当前的位置与所述目的地、也就是充电可行性的地点之间的线性的变化曲线，其中为目的地预先给定最大的（最大允许的）放电水平的充电状态，所述充电状态比如能够相当于放电阈值。换句话说，从线性地在到目的地的距离范围内减小的目标充电状态中产生所述线性的变化曲线。
在此，所确定的变化曲线在步骤S3中从起始值、也就是从当前的充电状态直至所期望的最终充电状态或者预先给定的用于充电状态的放电阈值线性地或者按照其它的以简单的方式能够计算的变化曲线来减小。如果驾驶员在行车结束时想达到所确定的用于电池8的充电状态的数值，那么所述预测模块13就能够将所述目标充电状态线性地调节到所期望的目标值并且由此运用比下述策略排放少的并且舒适的或者均匀的运行策略，所述策略能够立即将所述目标充电状态立即改变到目的地的充电状态的所期望的目标值。
优选计算所述目标充电状态的、在剩余的里程的范围内的线性的变化曲线。优选选择所述目标充电状态的在里程范围内的线性，因为在这里能够特别容易并且精确地确定所述预测信息，并且能够典型地比剩余的行驶时间精确地计算直至充电地点剩余的里程长度。但是，根据一种变型方案，也能够关于时间来绘示所述线性。
在步骤S4中获取当前的用于另外的预测信息的数值、这里是所述车辆所在的当前的绝对高度以及行驶速度并且将其传输给所述预测模块13。
对所述预测模块13来说表示特征的是，不是在行车的开始、而是在行车间为相应当前的时刻确定所述目标充电状态变化曲线。由此，再也不必预测地确定许多信息。
在步骤S5中，通过在步骤S4中所确定的额外的预测信息来更改所述线性的目标充电状态变化曲线。
在此，通过所述车辆的相对于目的地的剩余的势能和动能对所述线性的目标充电状态变化曲线进行校正。在此，作为预测信息，除了剩余的距离长度之外也使用在目的地的绝对的高度。
对每个时刻来说，由此从车辆传感器/导航仪来检测所述车辆的当前的车速和当前的高度并且将其传输给所述预测模块13。在那里计算相对于目的地的势能差和动能差。此外，在此借助于所述动力传动系和电池系统的所估计的效率链来计算直至目的地的所预料的回收能量。将所述回收能量换算为目标充电状态的降低。而将所计算的负的势能（升高）视为对所述电池8的额外的能量需求，由此按照方法也能够提高所述目标充电状态。
在步骤S6中在每个时刻将当前的目标充电状态传输给所述控制单元12。在运行策略方法中根据目前的目标充电状态来确定力矩分配或者负荷分配，所述控制单元12比如按照本身熟知的ECMS方法（Equivalent consumption minimization strategy）来实施所述运行策略方法。而后所述机动车中的运行策略将所述充电状态调节到作为目标值的所期望的目标充电状态。
图5示出了驱动系统1的电池8的充电状态的变化曲线的图表，以混合的模式并且按照前面所描述的方法来运行所述驱动系统。与图3不同的是，在图5中额外地定性地示出了所述目标充电状态变化曲线的更新情况。如在图5中所示出的那样，所述方法首先以线性的变化曲线开始，其中在出发地x0与目的地xf之间采用所述目标充电状态的线性地减小的变化曲线。
在地点x1处示出了所述线性的变化曲线的示范性的更新，在进行所述更新时通过校正值ΔSOC对所述控制单元12的线性的变化曲线进行更改。下面将所述目标充电状态调节到新的目标充电状态数值，其中所述目标充电状态的变化曲线现在按照比最初在没有更改的情况下所设置的情况平坦的斜度来减小。这样的更改或者更新能够在所述方法期间重复地或者周期性地实施。
在图6中示出了一种用于运行车辆、尤其是插电式混合电动车的方法。首先，在步骤S10中按照所述目标充电状态的预先给定的变化曲线来调节所述充电状态。这在将在所述控制单元12中所执行的运行策略方法作为基础的情况下来进行。
在步骤S11中，通过所述至少一个传感器单元来获取关于所述车辆的目前的状态的信息。
最后，在步骤S12中更新预先给定的目标充电状态变化曲线，方法是：在所获取的信息的基础上对这种目标充电状态变化曲线进行更改。这能够通过校正值ΔSOC来进行，将所述校正值加载到所述车辆目前所在的地点x1处的目标充电状态上。下面，所述方法返回到步骤S10，以用于继续比如借助于ECMS方法来调节所述目标充电状态变化曲线。

Claims (12)

1. 用于运行用于机动车的混合动力的驱动系统（1）的方法，所述混合动力的驱动系统具有燃烧马达（3）和通过电蓄能器（8）来供给的电驱动装置（2），其中按照预先给定的负荷分配来调节所述燃烧马达（3）和/或电驱动装置（2）的驱动功率，具有以下步骤：
-在所述电蓄能器（8）的目前的目标充电状态的基础上调节（S10）所述电驱动装置（2）与所述燃烧马达（3）之间的负荷分配；并且
-从所述机动车（1）的目前的位置与目的地之间的预先给定的、尤其是线性的目标充电状态变化曲线中确定所述目前的目标充电状态。
2. 按权利要求1所述的方法，具有另外的步骤：
-获取（S11）关于所述机动车的目前的状态的信息；并且
-根据所获取的信息来更新（S12）预先给定的目标充电状态变化曲线。
3.按权利要求2所述的方法，此外具有：
-从所获取的信息中获取所述机动车（1）在机动车（1）的目前的位置与目的地之间的能量差；
-在所获取的能量差的基础上计算用于目前的目标充电状态的校正值（ΔSoC）；并且
-给所述目前的目标充电状态加载所述校正值。
4. 按权利要求3所述的方法，包括：
-获取所述车辆（1）的当前的行驶速度和/或当前的高度坐标和/或目的地的绝对的高度；并且
-获取所述车辆（1）的动能和/或所述车辆（1）的势能的、相对于目的地的能量差。
5. 按权利要求3或4所述的方法，此外具有：
-在所述机动车（1）的所获取的、相对于目的地的正的能量差中计算待预料的回收能量，其中将所述待预料的回收功率换算为当前的目标充电状态的降低；并且/或者
-在所述机动车的所获取的、相对于目的地的负的能量差中计算所述机动车（1）的额外的能量需求，其中将所计算的额外的能量需求换算为当前的目标充电状态的提高。
6.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中确定在所述机动车（1）的目前的位置与目的地之间的距离范围内的、线性的目标充电状态变化曲线，方法是：根据在所述机动车（1）的目前的位置处的充电状态和预先给定的、表明最大允许的放电水平的放电阈值来计算所述目标充电状态的、关于所述机动车（1）的目前的位置与目的地之间的距离的线性的变化曲线。
7.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中为了调节所述充电状态（SoC）而在目前的目标充电状态（SoC）的基础上运用ECMS方法。
8.按前述权利要求中任一项所述的方法，其中周期性地重复所述方法。
9. 用于运行用于机动车的混合动力的驱动系统（1）的控制单元（12），所述混合动力的驱动系统具有燃烧马达（3）和通过电蓄能器（8）来供给的电驱动装置（2），其中按照预先给定的负荷分配来调节所述燃烧马达（3）和/或电驱动装置（2）的驱动功率，其中所述控制单元（12）构造用于：
-在所述电蓄能器（8）的目前的目标充电状态的基础上调节所述电驱动装置（2）与所述燃烧马达（3）之间的负荷分配；并且
-从所述机动车的目前的位置与目的地之间的预先给定的、尤其是线性的目标充电状态变化曲线中确定所述目前的目标充电状态。
10.驱动系统（1），具有燃烧马达（3）、通过电蓄能器（8）来供给的电驱动装置（2）以及按权利要求9所述的控制单元。
11.计算机程序产品，所述计算机程序产品包含程序代码，所述程序代码在其在数据处理单元上被实施时实施按权利要求1到10中任一项所述的方法。
12.机器可读的存储介质，在其上面保存了按权利要求11所述的计算机程序。
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