CN110155057B - 车辆能量管理系统及管理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种车辆能量管理系统及管理方法，其特征在于，车辆能量管理系统及管理方法包括：行驶工况识别模块，计算预设时刻车辆行驶的冲击度，并根据所述冲击度识别车辆行驶工况；驾驶习惯识别模块，以根据所述车辆行驶工况识别预设时刻车辆驾驶者的驾驶习惯；等效燃油计算模块，根据所述驾驶习惯计算预设时刻车辆的实时最优燃油等效因子，并根据所述实时最优燃油等效因子获取预设时刻车辆的燃油需求量；能量管理模块，将所述预设时刻车辆的燃油需求量应用于车辆能量管理策略；其中，所述驾驶习惯识别模块包括冲击度系数计算模块以及绝对加速度计算模块。利用本发明很好地提高车辆的能耗经济性。
Description
技术领域
本发明涉及车辆能量管理技术领域，特别是一种车辆能量管理系统及管理方法。
背景技术
汽车行业的不断发展，在方便人们日常生活的同时，也带来了不可忽视的环境污染问题，因此为了应对汽车带来的尾气污染等问题，发展节能汽车或者新能源车辆已经是必然之举。例如插电式混合动力电动汽车(PHEV)，曾被认为具有内燃机汽车和电动汽车的双重优点，因此被认为是从内燃机汽车向电动汽车发展的过渡车型，成为新型汽车发展的热点。PHEV具有大容量的电池并可接受电网充电，纯电动续驶里程得到显著改善满足短途行驶，其内燃机可保证长途行驶，夜晚通过充电装置从电网获取低成本的电能，充分利用夜间低电谷的优点，同时降低运营成本，减少油耗和排放。而能量管理是PHEV的核心技术，对于车辆的动力性、经济性、排放性都有着至关重要的影响。因此针对例如PHEV的车辆进行能管理策略的研究就显得尤为必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种车辆能量管理系统及管理方法，能够有效地自动收紧安全带，并且使用在车辆上时，可有效在车辆碰撞时更进一步收紧安全带，保证乘坐人员的安全。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种车辆能量管理系统及管理方法，所述车辆能量管理系统包括：
行驶工况识别模块，计算预设时刻车辆行驶的冲击度，并根据所述冲击度识别车辆行驶工况；
驾驶习惯识别模块，以识别预设时刻车辆驾驶者的驾驶习惯；
等效燃油计算模块，根据所述驾驶习惯计算预设时刻车辆的实时最优燃油等效因子，并根据所述实时最优燃油等效因子获取预设时刻车辆的燃油需求量；
能量管理模块，将所述预设时刻车辆的燃油需求量应用于车辆能量管理策略；
其中，所述驾驶习惯识别模块包括冲击度系数计算模块以及绝对加速度计算模块。
可选地，所述车辆能量管理系统包括冲击度计算模块，所述冲击度计算模块用以计算不同工况的标准冲击度值。
可选地，所述车辆能量管理系统包括整车需求扭矩计算模块，用以根据车辆能量管理策略输出当前时刻考虑工况和驾驶习惯类别后的发动机和电机扭矩分配方式。
可选地，所述车辆能量管理系统包括工作模式切换模块，用以切换系统的工作模式。
可选地，所述驾驶习惯包括平静、正常、激烈。
可选地，所述冲击度系数计算模块计算冲击度系数Kstrike，|Kstrike-1|≤0.05驾驶习惯属于中冲击度，Kstrike-1≥0.05驾驶习惯属于强冲击度，Kstrike-1＜(-0.05)驾驶风格属于弱冲击度。
可选地，所述绝对加速度计算模块计算绝对加速度aj，定义所述车辆产生的绝对加速度的范围为0-Xm/s2，aj＞(X-1)m/s2驾驶习惯属于绝对加速度高，1m/s2＜aj≤(X-1)m/s2驾驶习惯属于绝对加速度中，aj＜1m/s2驾驶习惯属于绝对加速度低。
本发明还提供一种车辆能量管理方法，所述方法包括：
计算预设时刻车辆行驶的冲击度，并根据所述冲击度识别车辆行驶工况；
根据所述车辆行驶工况识别预设时刻车辆驾驶者的驾驶习惯；
根据所述驾驶习惯计算预设时刻车辆的实时最优燃油等效因子，以及根据所述实时最优燃油等效因子获取预设时刻车辆的燃油需求量；
将所述预设时刻车辆的燃油需求量应用至车辆能量管理策略；
其中，所述驾驶习惯根据预设时刻车辆驾驶的冲击度系数以及绝对加速度两方面进行识别。
如上所述，本发明的一种车辆能量管理系统及管理方法，具有以下有益效果例如：
本发明输出的能量管理策略能使车辆适应于不同工况和驾驶习惯，有效降低发动机油耗，荷电状态(state of charge)下降更加平缓，发动机工作在高效区的比例提升，能很好地提高车辆的能耗经济性。
附图说明
图1显示为本发明车辆能量管理系统的结构图。
图2显示为基于工况和驾驶习惯识别的ECMS能量管理策略原理图。
图3显示为本发明工况与驾驶习惯识别原理图。
图4显示为本发明两组工况对比循环速度\时间曲线。
图5显示为本发明两组工况对比循环加速度\时间曲线。
图6显示为本发明两组工况对比循环冲击度\时间曲线。
图7显示为本发明实际工况识别结果图。
图8显示为本发明驾驶习惯类型识别结果图。
图9显示为本发明车辆管理方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明中的各个实施例可被用到具有其他推进装置或者具有在本领域中公知的推进装置的组合的车辆。例如HEV，HEV通常由电池驱动的电动机、发动机或其组合供应动力。某些HEV具有允许电池连接到外部电源以进行充电的插电式特征，这种HEV被称为插电式HEV(PHEV)。HEV和PHEV中的电动车辆模式(EV模式)允许车辆仅使用电动机运转，而不使用发动机，这可在这段运转期间提高乘坐舒适性、燃料经济性并且从车辆零排放而环境友好。
如在此描述的伺机后处理程序还可被用到传统的柴油发动机车辆，以防止在短期旅程(在该短期旅程期间不可能完成后处理程序)中启动后处理程序。通过在具有足够的时间来完成后处理程序的行程期间进行伺机后处理程序，可增加程序的成功率和燃料经济性。
在一个示例中，车辆是具有诸如柴油机的压燃式发动机的混合动力车辆(HEV)，车辆还可能具有连接到外部电网的能力，例如在插电式混合动力车辆(PHEV)中。PHEV使用容量比标准混合动力车辆中的电池包容量大的电池包，且它还增加了有从外部电网给电池再充电的能力，所述外部电网向充电站处的电插插座供应能量，所述充电站在每个电池充电事件期间，电源插座从电网提供了被存储在电池中的额外的电能。这在电驱动模式中以及烃/电混合驱动模式中进一步提高了整体车辆系统运转效率。
虽然大多数传统的HEV运转以保持电池荷电状态(SOC)保持在恒定的水平左右，但PHEV在下一个电池充电事件之前尽可能多地使用预储存的电池电(电网)能量。在每个充电事件之后充分地利用电网所供应的成本相对低的电能，以进行推进和其他车辆功能。在荷电消耗事件期间电池SOC下降至低的保守水平之后，PHEV像传统的HEV那样恢复以在所谓的荷电维持(charge sustaining)模式运转，直到电池再充电为止。
请参阅图1-9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1、图2，所述车辆能量管理系统包括行驶工况识别模块1，计算预设时刻车辆行驶的冲击度，并根据所述冲击度识别车辆行驶工况；驾驶习惯识别模块2，以根据所述车辆行驶工况识别预设时刻车辆驾驶者的驾驶习惯；等效燃油计算模块3，根据所述驾驶习惯计算预设时刻车辆的实时最优燃油等效因子，并根据所述实时最优燃油等效因子获取预设时刻车辆的燃油需求量；能量管理模块4，将所述预设时刻车辆的燃油需求量应用于车辆能量管理策略；其中，所述驾驶习惯识别模块2包括冲击度系数计算模块(图中未示出)以及绝对加速度计算模块(图中未示出)。
所述驾驶习惯是指在长时间的驾驶活动中逐渐养成的，一时不容易改变的驾驶行为或者驾驶倾向，亦可称作驾驶风格，通常分为平静、正常抑或激烈三种状态。所述车辆例如插电式混合动力汽车(PHEV)、柴油机的压燃式发动机的混合动力车辆(HEV)、串联式混合动力公交车(SHEB)等。
作为示例，请参阅图3，所述行驶工况识别模块1通过采集一定时间内的特征参数来完成工况识别，特征参数例如平均车速、最大车速以及怠速时间比。
所述车辆能量管理系统还包括冲击度计算模块(未做图示)，所述冲击度计算模块计算六种标准工况的平均冲击度，所述的六种标准工况包括两种拥堵工况：中国典型城市公交循环工况以及日本市区综合工况(Japan Midtown)，两种城郊工况：欧洲市郊工况(ECE_EUDC_LOW)、美国城市道路循环工况UDDS，以及两种高速工况：高速公路燃料经济性测试工况(HWFET)以及美国补充测试循环工况(US06)，可得到六种标准工况的平均冲击度分别为中国典型城市公交循环工况平均冲击度值为0.385、Japan Midtown平均冲击度值为0.393、ECE_EUDC_LOW平均冲击度值为0.269、UDDS平均冲击度值为0.265、HWFET平均冲击度值为0.201和US06平均冲击度值为0.215，则可得到拥堵、市郊和高速工况下的标准冲击度值分别为0.389、0.267以及0.208。更进一步地，所述行驶工况识别模块1识别出当前车辆行驶工况属于拥堵、市郊和高速中的哪一种行驶工况，所述冲击度计算模块即可匹配当前行驶工况的标准冲击度值，然后计算出当前工况的冲击度。
作为示例，所述冲击度系数计算模块用以计算冲击度系数Kstrike，所述冲击度系数Kstrike用来衡量某一段时间段驾驶工况的冲击度强弱，具体地
其中，
表示样本信息段的冲击度绝对值的平均值，
表示同等工况下标准的参考冲击度，T表示样本段时间总长，例如120s，Tsta表示参考工况的总长度，具体地
其中，a(t)指预设时刻也即t时刻车辆的加速度。
具体地，所述冲击度系数计算模块计算出当前工况的冲击度系数Kstrike后，如果|Kstrike-1|≤0.05，则当前驾驶冲击度属于中等，如果Kstrike-1＞0.05，则当前驾驶冲击度强，如果Kstrike＜(-0.05)，则当前驾驶冲击度弱。
需要说明的是，请参阅图4、5、6，图4、5、6分别是同属拥堵工况的中国典型公交工况和JapanMidtown的速度、加速度和冲击度曲线，为了同一时间长度方便对比，本发明使用两次JapanMidtown循环和一次中国典型公交循环进行对比。
通过图3、图4和图5可以看出，两种拥堵工况的加速度和冲击度曲线有明显不同，针对两种拥堵工况的平均加速度和冲击度平均值进行计算，可得中国电信公交循环的平均加速度为0.11，冲击度平均值为0.0375，Japan Midtown的平均加速度为0.12，冲击度平均值为0.1284。因此，可以发现同属于拥堵工况的两种工况，在加速/制动特性上有着显著的差异，在实际道路工况中，这种差异可以归根于驾驶员的驾驶习惯不同。当车速发生较大波动时，加速度一定也有较大的变化，但冲击度并不一定如此，只有在车速短时间内连续的剧烈波动时，才会产生较大的冲击度。
综上，冲击度可以反应汽车在短时间内加速度的变化，可以一定程度上体现驾驶习惯。为了更好的判断驾驶习惯，来优化车辆例如PHEV的能量管理策略，需要对冲击度函数的特征参数进行恰当地选取。所以本发明选取冲击度系数来衡量该样本工况的冲击度强弱。
作为示例，所述绝对加速度计算模块用以计算某一时间段下车辆加速度非零段的加速度绝对值的平均值aj，也即绝对加速度，具体地
其中，Ta≠0表示车辆加速度非零段的时间总长。
更进一步的，所述绝对加速度计算模块计算出绝对加速度后，假设车辆在全加速可达到的加速度为Xm/s2，全制动时可以达到的最大加速度是-Xm/s2，则可产生的绝对加速度的范围是0-Xm/s2,因此当aj＞X-1m/s2，当前驾驶绝对加速度值高；当1m/s2＜aj≤X-1m/s2时，当前驾驶绝对加速度值中等；当aj＜1m/s2时，当前驾驶绝对加速度低。在一实施例中，并联式插电混合动力汽车(PHEV)在全加速时可达到的最大加速度是3m/s2，在全制动时可以达到的最大加速度是-3m/s2，即aj＞2m/s2时，当前驾驶的绝对加速度高，1m/s2＜aj≤2m/s2时，当前驾驶的绝对加速度中等，aj＜1m/s2时，当前驾驶的绝对加速度低。
所述驾驶习惯识别模块2通过冲击度系数Kstike以及绝对加速度aj来识别驾驶习惯，可以说明车辆加速度短时间内变化程度，同时可以说明车辆驾驶过程中加速度的平均大小，即是否存在急加速、急减速等情况，使用例如BP神经网络以及上述特征参数以综合判断驾驶员的驾驶习惯，请参阅图7、8，显示为对综合随机工况识别后得到的实际工况和驾驶习惯类型图，具体地，驾驶习惯分为三种详见下表所示：
作为示例，请参阅图2，所述车辆管理系统包括整车需求扭矩计算模块，所述整车需求扭矩计算模块，所述整车需求扭矩计算模块根据车辆能量管理策略输出当前时刻考虑工况和驾驶习惯类别后的发动机和电机扭矩分配方式。
作为示例，请参阅图2，所述车辆能量管理系统包括工作模式切换模块，所述工作模式切换模块可对车辆能量管理系统的工作模式进行切换，以更加方便的进行工作。
作为示例，所述等效燃油计算模块3可离线求解最优等效因子，可将电池现阶段释放的电能等效为发动机未来消耗的燃油质量，通过计算瞬时等态油耗最小值来确定最优的能量分配比例，以供所述整车需求扭矩计算模块输出时刻考虑工况和驾驶风格类别后的发动机和电机扭矩分配方式。
请参阅图9，本发明还提供一种车辆能量管理方法，所述方法包括：
执行步骤S10：计算预设时刻车辆行驶的冲击度，并根据所述冲击度识别车辆行驶工况；
执行步骤S20：根据所述车辆行驶工况识别预设时刻车辆驾驶者的驾驶习惯；
执行步骤S30：根据所述驾驶习惯计算预设时刻车辆的实时最优燃油等效因子，以及根据所述实时最优燃油等效因子获取预设时刻车辆的燃油需求量；
执行步骤S40：将所述预设时刻车辆的燃油需求量应用至车辆能量管理策略；
其中，所述驾驶习惯根据预设时刻车辆驾驶的冲击度系数以及绝对加速度两方面进行识别。
综上所述，本发明提供一种车辆能量管理系统及管理方法。本发明输出的能量管理策略能使车辆适应于不同工况和驾驶习惯，有效降低发动机油耗，荷电状态(state ofcharge)下降更加平缓，发动机工作在高效区的比例提升，能很好地提高车辆的能耗经济性。
在本文的描述中，提供了许多特定细节，诸如部件和/或方法的实例，以提供对本发明实施例的完全理解。然而，本领域技术人员将认识到可以在没有一项或多项具体细节的情况下或通过其他设备、系统、组件、方法、部件、材料、零件等等来实践本发明的实施例。在其他情况下，未具体示出或详细描述公知的结构、材料或操作，以避免使本发明实施例的方面变模糊。
在整篇说明书中提到“一个实施例(one embodiment)”、“实施例(anembodiment)”或“具体实施例(a specific embodiment)”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中(in one embodiment)”、“在实施例中(inan embodiment)”或“在具体实施例中(in a specific embodiment)”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。
还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。
另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。
如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“一个(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数参考物。同样，如在本文的描述和在下面整篇权利要求书中所用，除非另外指明，“在…中(in)”的意思包括“在…中(in)”和“在…上(on)”。
本发明所示实施例的上述描述(包括在说明书摘要中所述的内容)并非意在详尽列举或将本发明限制到本文所公开的精确形式。尽管在本文仅为说明的目的而描述了本发明的具体实施例和本发明的实例，但是正如本领域技术人员将认识和理解的，各种等效修改是可以在本发明的精神和范围内的。如所指出的，可以按照本发明所述实施例的上述描述来对本发明进行这些修改，并且这些修改将在本发明的精神和范围内。
本文已经在总体上将系统和方法描述为有助于理解本发明的细节。此外，已经给出了各种具体细节以提供本发明实施例的总体理解。然而，相关领域的技术人员将会认识到，本发明的实施例可以在没有一个或多个具体细节的情况下进行实践，或者利用其它装置、系统、配件、方法、组件、材料、部分等进行实践。在其它情况下，并未特别示出或详细描述公知结构、材料和/或操作以避免对本发明实施例的各方面造成混淆。
因而，尽管本发明在本文已参照其具体实施例进行描述，但是修改自由、各种改变和替换意在上述公开内，并且应当理解，在某些情况下，在未背离所提出发明的范围和精神的前提下，在没有对应使用其他特征的情况下将采用本发明的一些特征。因此，可以进行许多修改，以使特定环境或材料适应本发明的实质范围和精神。本发明并非意在限制到在下面权利要求书中使用的特定术语和/或作为设想用以执行本发明的最佳方式公开的具体实施例，但是本发明将包括落入所附权利要求书范围内的任何和所有实施例及等同物。因而，本发明的范围将只由所附的权利要求书进行确定。
Claims (8)
1.一种车辆能量管理系统，其特征在于，包括：
行驶工况识别模块，计算预设时刻车辆行驶的冲击度，并根据所述冲击度识别车辆行驶工况；
驾驶习惯识别模块，以根据所述车辆行驶工况识别预设时刻车辆驾驶者的驾驶习惯；
等效燃油计算模块，根据所述驾驶习惯计算预设时刻车辆的实时最优燃油等效因子，并根据所述实时最优燃油等效因子获取预设时刻车辆的燃油需求量；
能量管理模块，将所述预设时刻车辆的燃油需求量应用于车辆能量管理策略；
其中，所述驾驶习惯识别模块包括冲击度系数计算模块以及绝对加速度计算模块。
2.根据权利要求1所述的一种车辆能量管理系统，其特征在于，所述车辆能量管理系统包括冲击度计算模块，所述冲击度计算模块用以计算不同工况的标准冲击度值。
3.根据权利要求1所述的一种车辆能量管理系统，其特征在于，所述车辆能量管理系统包括整车需求扭矩计算模块，用以根据车辆能量管理策略输出当前时刻考虑工况和驾驶习惯类别后的发动机和电机扭矩分配方式。
4.根据权利要求1所述的一种车辆能量管理系统，其特征在于，所述车辆能量管理系统包括工作模式切换模块，用以切换系统的工作模式。
5.根据权利要求1所述的一种车辆能量管理系统，其特征在于，所述驾驶习惯包括平静、正常、激烈。
6.根据权利要求1所述的一种车辆能量管理系统，其特征在于，所述冲击度系数计算模块计算冲击度系数Kstrike，|Kstrike-1|≤0.05驾驶习惯属于中冲击度，Kstrike-1≥0.05驾驶习惯属于强冲击度，Kstrike-1＜(-0.05)驾驶风格属于弱冲击度。
7.根据权利要求1所述的一种车辆能量管理系统，其特征在于，所述绝对加速度计算模块计算绝对加速度aj，定义所述车辆产生的绝对加速度的范围为0-Xm/s2，aj＞(X-1)m/s2驾驶习惯属于绝对加速度高，1m/s2＜aj≤(X-1)m/s2驾驶习惯属于绝对加速度中，aj＜1m/s2驾驶习惯属于绝对加速度低。
8.一种车辆能量管理方法，其特征在于，包括：
计算预设时刻车辆行驶的冲击度，并根据所述冲击度识别车辆行驶工况；
根据所述车辆行驶工况识别预设时刻车辆驾驶者的驾驶习惯；
根据所述驾驶习惯计算预设时刻车辆的实时最优燃油等效因子，以及根据所述实时最优燃油等效因子获取预设时刻车辆的燃油需求量；
将所述预设时刻车辆的燃油需求量应用至车辆能量管理策略；
其中，所述驾驶习惯根据预设时刻车辆驾驶的冲击度系数以及绝对加速度两方面进行识别。
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