CN110194146B - 用于运行混合动力车辆的车载电网的方法和混合动力车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行混合动力车辆(1)的车载电网(6)的方法，在该车载电网(6)上连接有蓄能器(7)——特别是电池、混合动力动力传动系(2)的电机(4)、机电式的底盘系统的能以发电机形式工作的执行器(9)，该混合动力动力传动系还包括内燃机(3)，为了将由至少一部分所述执行器(9)产生的电能馈入到车载电网(6)中使蓄能器(7)的至少一个蓄存量(20)保持空置，根据对混合动力车辆的驾驶员的驾驶风格作出描述的至少一个驾驶风格信息、和/或对混合动力车辆(1)的当前和/或将来的运行作出描述的至少一个状况信息动态地匹配空置的蓄存量(201)。

Description

用于运行混合动力车辆的车载电网的方法和混合动力车辆
技术领域
本发明涉及一种用于运行混合动力车辆的车载电网的方法，在车载电网上连接有蓄能器——特别是电池、混合动力动力传动系的电机、机电式的底盘系统的能以发电机的形式工作的执行器，所述混合动力动力传动系还包括内燃机，为了将由至少一部分所述执行器产生的电能馈入到车载电网中而使蓄能器的至少一个蓄存量保持空置。本发明还涉及一种混合动力车辆。
背景技术
混合动力车辆在其混合动力动力传动系中既具有电机、也具有内燃机。在此，特别是提供如下的混合动力车辆，在这种混合动力车辆中电机功率较小，从而该电机可以在中压、例如48V的车载电网中运行。这种混合动力车辆也可以包括机电式的底盘系统，这种机电式的底盘系统可以处于相同电压水平并因此可以连接在相同的车载电网上。
机电式的底盘系统包括例如侧倾稳定器，通常还包括执行、例如可驱控的阻尼器和/或稳定器，以便实现相对于车轮对车身进行各种调整，从而例如可以实现车身运动等的平衡。这种执行器可以例如包括电机或就是电机，其中特别是为每个车轮配设至少一个执行器。
如上所述，对于具有较高功率要求的机电式的底盘系统使用高于当今在机动车中所使用的12V的电压水平。因此在现有技术中早已提出了以48V的电压水平工作的主动的轮悬架系统和/或主动的侧倾稳定系统。机电式的底盘系统原则上提供了，特别是在执行器中具备电机的情况下提供了，以发电机形式工作的执行器。例如当通过执行器对车身的抬升运动(Hubbewegung)进行制动时，这种发电机形式的工作是适宜的。因此也实现了，将机械动能转化为电能，该电能在此被馈入机电式的底盘系统的车载电网的蓄能器中。
在现有技术中提出，减振器或轮悬架通常配备有就此用于能量回收的发电机形式的部件。例如文献DE102009010144A1中公开了一种用于为机动车电池充电的方法和充电设备，其中车辆悬架系统上的机械功率被转化为电功率。文献DE102010036658A1涉及一种用于借助于机动车的可动的车辆部件将动能转化为电能的设备，其中借助于能量产生单元产生的电压高峰可以作为电能被馈入到蓄能器单元中，用以对该蓄能器单元充电。能量产生单元可以承担可动的车辆部件的功能，特别是减振器或阻尼器的功能。
出于成本和构造空间的原因重要的是，在混合动力车辆中——该混合动力车辆具有以与混合动力动力传动系的电机相同的电压水平工作的机电式的底盘系统——以组合的方式使用车载电网部件，因此，混合动力动力传动系的电机与机电式的底盘系统的以发电机的形式工作的执行器连接在相同的车载电网上。与仅被配设给机电式的底盘系统的单独的蓄能器的通常情况相比，在这种混合动力车辆中，车载电网的蓄能器通过混合动力动力传动系更多地并且特别是在更大的行程中循环被充电。
为了在机电式的底盘系统以发电机形式的工作中无论何时都能保证电能的回馈而提出，在车载电网中不变地预留机电式的底盘系统的最大回馈潜力，特别是作为蓄能器的蓄存量。这种蓄存量、即不变的回馈预留必须在车载电网的系统设计中被予以考虑，并原则上可以通过两种措施来实现。第一方案是，减小混合动力车辆的混合动力系统的现有的车载电网的利用率，特别是减小蓄能器的可用的荷电状态。就是说，限制电能的使用，从而，因为必须限制可能通过再生而由混合动力动力传动系回馈的能量而使机动车的二氧化碳指标变差。
另一可能的解决方案是，以混合动力动力传动系所需的设计量使蓄能器增大。这相当于使车载电网的蓄能器增大了机电式底盘系统的静态回馈预留。通过这种增大的设计显著提高了车载电网的成本和投入。
在此要指出的是，出于成本和构造空间的原因不希望使执行器本身复杂化。出于安全原因不能关闭机电式的底盘系统的执行器，因此通过转化机械能产生的电能原则上被馈入车载电网中。
发明内容
因此本发明的目的是，实现车载电网中的能量管理的相对改善，在该车载电网上连接有机电式的底盘系统以及混合动力动力传动系的电机。
为了实现上述目的，根据本发明对于开头所述类型的方法提出，根据对混合动力车辆的驾驶员的驾驶风格作出描述的至少一个驾驶风格信息、和/或对混合动力车辆的当前的和/或将来的运行作出描述的至少一个状况信息动态地匹配空置的蓄存量。
根据本发明意识到了，机电式的底盘系统的执行器的回馈所需的蓄存量主要与路段简况、驾驶员简况和车道特性相关。通过例如在能量管理控制器中将相应的状况信息和驾驶风格信息与车载电网的能量管理相关联，实现了对当前所需的回馈预留、即空置的蓄存量进行估计。以这种方式，可以使空置的蓄存量动态地适配于预期的需求。在机电式的底盘系统的回馈预留较小的情况下，通过混合动力动力传动系的混合动力系统使用蓄能器的被释放出的容量，就是说，可以向电机提供由于(容置)蓄存量的减小而释放的蓄能器容量。由此可以更好地利用混合动力车辆的车载电网的蓄能器并可以将其设计得更小，同时不损害混合动力车辆的二氧化碳指标。
还要指出的是，原则上底盘系统的被动回馈元件、例如在文献DE102009010144A1或文献DE102010036658A1中所述的能回馈电能的车辆部件在根据本发明的意义上也可以被使用并被理解为执行器。但是在本发明的范围内主要对于实际的、进而可以主动驱控的执行器，例如具有执行器电机的执行器是特别有利的，这是因为这种执行器在当前的形式中由于其设计形式原则上产生的能量被回馈到车载电网中，而要避免这个过程则必须进行复杂的改造。机电式的底盘系统特别是主动的底盘系统。
回馈预留、因此要空置的蓄存量通常与一时间段、特别是预测时间段相关，例如在该时间段中假设：在可通过执行器回收的能量方面当前的行驶状况保持不变和/或可预测。例如，如果从机动车的导航系统的数字地图材料中得知(以下还要详细描述)，要驶过具有差的车道特性的不平的乡间公路，这种差的车道特性提供了大量可转化的机械能并且该机械能不会被将消耗的能量所抵消，则得出较大的回馈预留。相应地，在本发明的范围内适宜的是，同样可以动态地选择与空置的蓄存量相关的时间段，特别是基于对机动车的将来的运行作出描述的状况信息。例如，如果从一开始就知道，下坡行驶、多弯道的路段持续多长，在该路段中由执行器所产生的能量比其消耗的能量多，还预期电机没有特殊消耗，则可以为该路段准备相应的空置蓄存量；同时可以通过要驶过的路段长度描述一“时间段”。
就此还应当指出的是，由于存在需要时使车载电网内的能量降低的措施，所以蓄能器的空置蓄存量确定得过小也不会导致对车载电网的过量充电，所述措施例如是使电机运行，虽然在当前情况下不需要也不节能。
在本发明的适宜的设计方案中，使用当前和/或将来驶过的路段的道路等级和/或车道特性作为状况信息。在一可行的、简单的实现方案中，例如可以根据机电式的底盘系统的调节策略基于路段类型(例如城市交通、高速路、多弯道的乡间公路)对回馈预留(高、中、低)进行静态的分类。但是特别是与位于前方的路段的其它特性的相关的明确分析是优选的，这一点在下文中还要详细说明。道路等级可以例如包括城市交通等级和/或高速路等级和/或多弯道的的乡间公路等级和/或少弯道的乡间公路等级和/或野外道路等级。特别优选的是，由机动车的导航系统提供该路段等级，特别是来自导航系统的数字地图材料结合例如可借助于GPS传感器或一般的GNSS传感器确定的机动车的当前位置。
本发明的一特别有利的设计方案提出，根据特别是由混合动力车辆的导航系统提供的、对混合动力车辆的将来路线作出描述的路线信息来确定将来的预测回馈需求作为状况信息，特别是在考虑沿着路线的路段等级和/或车道特性的情况下。在借助于来自导航系统的数字地图材料了解当时驶过的路段信息期间适宜的是，为了估计机电式的底盘系统的预测的回馈潜力，可以通过与经由导航系统计划的路线相联系来产生更好的预测。特别是不仅可以估计，混合动力车辆的当前行驶状况还持续多久，而且通过考虑随后的路段以及其路段等级/车道特性还可以从中预测回馈需求，这可以被加以考虑以用于预测的路段和该路段中所需空置的蓄存量。因此特别有利的是，根据预测的回馈需求确定对将来的蓄存量作出描述的蓄存量沿所述路线的变化曲线。
另一改进方案是：另外还沿所述路线确定预测的蓄能器荷电状态和/或电机再生潜力，并在确定应空置的蓄存量时加以考虑。例如，如果由于计划频繁使用电机而预期蓄能器的荷电状态低，则可以无问题地存储执行器的以发电方式产生的能量。还可以在使蓄存量沿着所述路线的变化曲线平滑方面考虑与对混合动力动力传动系的电机的附加影响相关的信息，从而例如路段等级中的短的路段——特别是预期蓄能器本来就相对较空的情况下——不必然导致针对这种路段的蓄存量匹配。
特别有利的是，将关于电机方面的预测与关于机电式的底盘系统方面的预测相互联系起来，以便整体上改善能量管理系统的效率。本发明的特别优选的设计方案提出，在根据电机的再生潜力沿所述路线预先计划混合动力动力传动系的运行时，还考虑预测回馈需求。在现有技术中已知的是，基于已知路线确定用于混合动力动力传动系的预测的运行策略。这种类型的运行策略例如包括，电机何时以及以何种程度辅助驱动、何时通过电机再生多少能量等。如果这时已知，机电式的底盘系统的将来的能量预算是怎样的，特别是可由该机电式的底盘系统获得的、回馈的能量是怎样的，也可以在运行策略方面一同考虑这些情况，用以在能量方面实现对效率的全面优化。例如，如果预先已知，另外获得由机电式的底盘系统的执行器以发电机的形式工作而产生的额外电能，则可以对这种能量的消耗一同进行计划，从而例如限制内燃机方面的燃料消耗，即使例如电机的使用可能不是效率最优的。因此在这种情况下，混合动力系统与机电式的底盘系统相结合，可实现特别高效的运行方式。因此，为了改善整个车载电网的能量管理，可以将机电式的底盘系统的所述信息与从来自混合动力动力传动系的再生功能的预测的回馈潜力相联系。
本发明的一般有利的改进方案提出，驾驶风格信息在混合动力车辆的车身运动方面对当前驾驶员的驾驶风格作出描述。如果驾驶员趋向例如激烈的、动感的驾驶方式，则意味着由执行器较少地回馈电能，而该执行器可能需要更多的能量用于其运行。最终，驾驶风格信息整体上描述了，由驾驶员的驾驶风格预测会引起多少机械动能，该动能是能被转化为电能的，为此例如可以考察，驾驶员多剧烈地驾驶/制动、他多快地进入弯道等。用于对驾驶员的驾驶风格进行分类的相应方法在现有技术中原则上是已知的，并且因此也可以相应地在本发明的范围中使用。
有利的是，使用能动态调节的和/或能在使用者的控制下调节的底盘系统运行参量作为状况信息。相应的运行参量可以例如描述了，机电式的底盘系统的执行器预期消耗多少能量，特别是与现有的回馈潜力相比。例如在现有技术中已经提出，为驾驶员提供将机电式的底盘系统调整到更具动感的驾驶方式还是调整到舒适为主的驾驶方式的可能性。相应地，对机电式的底盘系统的多个运行参量作出描述的运行模式一般表明：例如由于较强需要的阻尼/减振预计执行器需要多少能量以及可能出现怎样的情况，在该情况中执行器(特别是由于未衰减的车身运动)而产生能量，从而明显对回馈预留并因此对空置的蓄存量产生影响，例如可以通过可从至少一个运行参量中导出的修正系数来施加该影响。因此可以考虑机电式的底盘系统的动态的或可在驾驶员方面影响的调节策略对回馈潜力的影响，以便可以更准确地进行预测。
在本发明的特别有利的设计方案中可以提出，为了降低蓄能器的荷电状态，特别是为实现蓄存量的提高，蓄能器的能量的一部分通过直流变压器被输出给混合动力车辆的低压网络。混合动力动力传动系的电机以及机电式的底盘系统的执行器都连接在该车载电网上，该车载电网例如可以具有48V的电压水平，除了在此描述的车载电网，混合动力车辆通常还具有至少一个另外的低压车载电网，即低压电网。虽然将电能转移到低压侧原则上是不利的，但是在如下的例外情况下是有意义的：当在确定了来自电机和/或执行器方面的特别高的能量输入时，不是将能获取或已获取的能量丢弃或以不理想的方式使用，而是将其转移到低压侧。特别是在对混合动力动力传动系和机电式的底盘系统的共同的能量管理的意义上根据本发明的方法实现了，如果在电机存在高的再生潜力，则导致蓄能器的荷电状态降低。因此在这种情况下，电能被转移到低压电网，例如用于对相应的低压电池充电。
恰恰是还与开创这种将能量转移到低压侧的另外可能性相结合地，显示出了为如下的车载电网提供全面的能量管理方案的优点：在该车载电网上连接有底盘系统的执行器和混合动力动力传动系的电机。不仅可以将回馈潜力与消耗潜力处理成协调的能量管理策略，而且还可以采用各种方案，在整体能量优化的意义上从车载电网中移除能量，特别是通过使电能转移到低压电网上这一原则上不期望的过程。相应的能量管理策略例如当在多弯道路段(机电式的底盘系统的回馈需求高)上的下坡行驶(混合动力动力传动系的回馈潜力高)时是有意义的。
除了所述方法外，本发明还涉及一种混合动力车辆，该混合动力车辆具有车载电网，在该车载电网上连接有蓄能器——特别是电池、混合动力动力传动系的电机、机电式的底盘系统的能以发电机形式工作的执行器，该混合动力动力传动系还包括内燃机，为车载电网配设有混合动力车辆的能量管理控制器，该能量管理控制器被设计用于实施根据本发明的方法。根据本发明的方法的所有的实施方案都可以类似地转用于根据本发明的混合动力车辆，通过根据本发明的混合动力车辆也可以得到已经说明的优点。
附图说明
从下面说明的实施例中以及根据附图得到本发明的其它优点和细节。在此示出：
图1示出根据本发明的混合动力车辆的原理图，和
图2示出用于说明根据本发明的方法的简略图。
具体实施方式
图1示出混合动力车辆1的原理图。该混合动力车辆具有混合动力动力传动系2，在该混合动力动力传动系的部件中在此仅示出内燃机3、电机4和变速器5。电机4也可以以发电机的形式工作以用于再生，该电机在此在48V的电压水平下使用，并连接在相应的车载电网6上，在该车载电网中还设有可充电的电蓄能器7、此处是电池。
被配设给各个车轮8的执行器9也连接在车载电网6上，其中执行器9也能以发电机的形式工作。执行器9可以是稳定器、减振器等，该执行器可以特别是本身具有执行器电机。可以在所形成的主动的机电式的底盘系统中驱控该执行器9，以匹配车身相对于车轮8的高度，例如平衡振动等。例如机电式的底盘系统可以产生侧倾稳定的作用。
整体上具有48V的电压水平的车载电网6配设有能量管理控制器10，该能量管理控制器与另外的车辆系统连接，并可以从这些另外的车辆系统处获得信息，该另外的车辆系统例如是导航系统11、可以提供驾驶风格信息的驾驶员信息系统12以及其它车辆系统13，其例如可以基于传感器数据提供状况信息，特别是，在车道特性和可从摄像机数据中预测的位于前方的路段走向方面的信息。
车载电网6还通过直流变压器14与混合动力车辆1的在此仅示意性示出的低压电网15连接，该低压电网15可以具有例如12V的电压水平。能量管理控制器10被设计用于实施根据本发明的方法，所述方法借助于图2的关系简图详述。
实质上的能量管理由核心步骤16展示出，该核心步骤使用既涉及混合动力动力传动系2、又涉及机电式的底盘系统或者说涉及其执行器9的各种输入信息，从而实施整体的、考虑到两个连接的系统的能量管理。重要的输入信息来自借助于步骤17示出的预测，该预测基于与路段等级和车道特性相关的状况信息。在此特别是基于由导航系统11提供的路线连同对于在将来尽可能大的时间段中存在执行器9的回馈需求的附加信息，特别是沿着所述路线来预先计算执行器9的能量需求、电机4的能量需求和电机4的再生潜力。也可以在此推断出蓄能器7的荷电状态的变化。步骤16的其它输入信息、特别是涉及机电式的底盘系统的输入信息是与驾驶员的驾驶风格相关的驾驶风格信息18以及机电式的底盘系统的运行参量、特别是由使用者选择的运行模式。
要指出的是，还可以使用多个对于能量管理有用的其它信息。
在步骤16中，能量管理特别是包括：确定蓄能器7的空置的蓄存量20，以便可以满足机电式的底盘系统的回馈需求。就是说，由执行器9生成的电能原则上可以存储在车载电网6中，具体地至少部分地存储在蓄能器7中。在此动态地匹配空置的蓄存量20，例如根据执行器9在多弯道的路段上存在比在直线、平缓的行驶中、例如在高速路上的行驶中更多的回馈需求。如果此前空置的蓄存量20随着时间被释放，则该空置的蓄存量被提供给电机4并继而被提供给混合动力系统。这可以更充分地利用现有的蓄能器7的容量。在确定空置的蓄存量20时，特别是也考虑驾驶风格信息18和运行参量19，特别是以校正系数的形式。
步骤16的能量管理显著超越了回馈预留的动态变化，即空置的蓄存量20。这是因为，另外在确定用于混合动力动力传动系2的运行策略时还考虑了执行器9的回馈需求，并将基与电机4的再生潜力一同用于将特别是内燃机3的燃料消耗保持在尽可能低的程度，从而使执行器9的预测回馈能量可能被尽可能地使用。不仅可以将在步骤21中示出的电机4的运行视为从车载电网6中移除电能的措施，而且在本发明的范围内还实现了，例如为了提供空置的蓄存量20或直接消耗执行器9生成的能量，或为了利用电机4的再生潜力(如在步骤22中示出)，通过直流变压器14将电能从车载电网6转移到低压电网15中，例如在该低压电网处用于对低压电池充电。
特别是，通过同时观察机电式的底盘系统和混合动力系统的联网的能量管理得到能量预算的显著改善，从而也可以说，通过利用混合动力系统的运行策略、根据路段和驾驶员简况和/或车道特性来关联机电式的底盘系统的回馈需求，实现能量效率的全面优化。
在此还要指出的是，基本上，对于这种混合动力系统已知的设计方案或算法在本发明的范围内也可以被用于对机电式的底盘系统的再生进行预先计算。与电机4及其再生类似，可以为确定的路段在已知其特性的情况下分配例如中等的回馈类型，然后也可以通过与驾驶风格信息等相关的修正系数匹配该中等的回馈类型。在整合到确定混合动力动力传动系2的运行策略中的情况下，最终可能在补充地考虑执行器9或电机4的消耗的情况下，为电机4的回馈潜力添加机电式的底盘系统的所确定的回馈需求。以这种方式，利用已知的知识可以实现根据本发明的方案的具体实施方式。

Claims (16)

1.一种用于运行混合动力车辆(1)的车载电网(6)的方法，在该车载电网(6)上连接有蓄能器(7)、混合动力动力传动系(2)的电机(4)、机电式的底盘系统的能以发电机形式工作的执行器(9)，该混合动力动力传动系还包括内燃机(3)，为了将由至少一部分所述执行器(9)产生的电能馈入到车载电网(6)中，使蓄能器(7)的至少一个蓄存量(20)保持空置，
其特征在于，
根据对混合动力车辆的驾驶员的驾驶风格作出描述的至少一个驾驶风格信息、和/或对混合动力车辆(1)的当前和/或将来的运行作出描述的至少一个状况信息动态地匹配空置的蓄存量(20)，
在考虑沿路线的路段等级和/或车道特性的情况下，根据对混合动力车辆(1)的将来的路线作出描述的路线信息来确定将来的预测回馈需求作为状况信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过减小所述蓄存量(20)来为电机(4)提供释放出的、蓄能器(7)蓄存量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用当前的和/或将来要行使的路段的路段等级和/或车道特性作为状况信息。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，使用城市交通等级和/或高速路等级和/或多弯道的乡间公路等级和/或少弯道的乡间公路等级和/或野外道路等级作为路段等级，和/或由混合动力车辆(1)的导航系统(11)提供路段等级。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，路线信息由混合动力车辆(1)的导航系统(11)提供。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据预测回馈需求确定对将来的蓄存量作出描述的蓄存量沿所述路线的变化曲线。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，另外还沿所述路线确定预测的蓄能器(7)荷电状态和/或电机(4)再生潜力，并在确定应空置的蓄存量(20)时加以考虑。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在根据电机(4)的再生潜力沿所述路线预先计划混合动力动力传动系(2)的运行时，还考虑预测回馈需求。
9.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，驾驶风格信息在混合动力车辆(1)的车身运动方面对当前驾驶员的驾驶风格作出描述。
10.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用能动态调节的和/或能在使用者的控制下调节的底盘系统运行参量作为状况信息。
11.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了使蓄能器(7)的荷电状态降低，蓄能器(7)的一部分能量通过直流变压器(14)被传输到混合动力车辆(1)的低压电网(15)中。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，当存在高的电机(4)方面的再生潜力时，引起蓄能器(7)的所述荷电状态降低。
13.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述蓄能器(7)是电池。
14.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，蓄能器(7)的荷电状态的降低是为了实现蓄存量(20)的提高。
15.一种混合动力车辆(1)，该混合动力车辆具有车载电网(6)，在该车载电网上连接有蓄能器(7)、混合动力动力传动系(2)的电机(4)、机电式的底盘系统的能以发电机形式工作的执行器(9)，该混合动力动力传动系还包括内燃机(3)，为车载电网(6)配设有混合动力车辆(1)的能量管理控制器(10)，该能量管理控制器被设计用于执行根据前述权利要求中任一项所述的方法。
16.根据权利要求15所述的混合动力车辆，其特征在于，所述蓄能器(7)是电池。
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