CN110745131A - 用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电力存储装置的电量状态的方法 - Google Patents

用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电力存储装置的电量状态的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电力存储装置的电量状态的方法。该方法包括设置多个驱动源但不包括倒车挡位，并且通过反向驱动作为驱动源之一的电机来实现车辆的倒车行驶；并进一步包括：确定是否需要倒车上坡行驶；当确定出需要倒车上坡行驶时，监测电力存储装置的电量状态；并且基于所监测的电力存储装置的电量状态来控制电力存储装置的电量状态。

Description

用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电力存储装置的电量状态 的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电力存储装置的电量状态的方法，更具体地说，涉及这样一种用于控制电量状态的方法，该方法确保电力存储装置的电量状态足够用于倒车行驶，从而允许车辆在无倒挡情况下通过反转电机而倒车行驶。
背景技术
传统的车辆通过反向转换发动机或电机动力，从而通过倒挡惰轮将动力传递至变速器来实现倒车行驶。一般原理是，由于车辆的主要动力源是发动机，而发动机不会反向旋转。
然而，在混合动力电动车辆(HEV)、燃料电池车辆(FCEV)或电动车辆(EV)等中，通过利用能够反向旋转的电机作为动力源，在没有倒挡惰轮的情况下可以通过电机的反向旋转来倒车行驶。
然而，在包括插电式混合动力车辆的混合动力车辆中，由于在通过发动机离合器断开来自不能反向旋转的发动机的动力的情况下，应该仅通过反向旋转电机来实现倒车行驶，所以通过电机的规格和电池的性能向电机提供足够的电力具有重要意义。
图1(相关技术)示出了包括传统倒挡惰轮的混合动力车辆的动力传递流。
参照图1，由于包括传统倒挡惰轮的混合动力车辆通过倒挡惰轮反向转换动力，所以发动机10和电机20的旋转方向与向前行驶的方向相同。然而，动力在变速器40中被转换成反向，以传递到差动齿轮的输出侧。
因此，当倒车行驶所需的动力较大时，如果电机20的输出或电池50的电量不足，则接合发动机离合器30，并且发动机10的动力直接传递到电机20，从而可以直接利用发动机10的动力。
图2示出了根据本发明的示例性实施方案的不包括倒挡惰轮的混合动力车辆的动力传递流。
参照图2，在不包括倒挡惰轮的混合动力车辆的情况下，发动机离合器30应该分离，以便以反向驱动电机20。相应地，需要根据发动机10的怠速状态，通过发电机60(HSG：混合起动机发电机)对电池50进行充电，从而间接利用发动机10的动力。
因此，在车辆倒车行驶的情况下，由于发动机10的动力不直接传递，因此应该仅经由电池50供应的电力通过电机20的输出来实现倒车行驶，这导致了一个问题，即在需要大量电力的情况下(例如，倒车上坡行驶)，电池50的电量状态必须足够大，以确保电机20的足够输出。
以上陈述仅仅旨在帮助理解本发明的背景技术，并非旨在意为本发明落入本领域技术人员公知的现有技术的范围内。
发明内容
本发明公开了一种用于控制电力存储装置的电量状态的方法，以便在无倒挡的电机驱动车辆倒车行驶时确保足够的电机输出。
根据本发明的用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电力存储装置的电量状态的方法包括：设置多个驱动源但不包括倒挡，并且通过反向驱动作为驱动源之一的电机来实现车辆的倒车行驶；确定是否需要倒车上坡行驶；当确定出需要倒车上坡行驶时，监测电力存储装置的电量状态；并且基于所监测的电力存储装置的电量状态来控制电力存储装置的电量状态。
在确定是否需要倒车上坡行驶时，可以基于预先存储在存储器中的或从外部输入的地图信息来确定。
在确定是否需要倒车上坡行驶时，当道路的坡度等于或大于地图信息中的预定最小坡度时，可以确定出需要倒车上坡行驶。
最小坡度可以预设为这样的坡度：在该坡度，以预定参考车速来倒车上坡行驶所需的电机输出等于或大于通过从发电机的怠速状态充电功率中减去电气负载的消耗功率而获得的功率。
在确定是否需要倒车上坡行驶时，如果在地图信息中识别出道路没有车辆倒车行驶的可能性，则可以确定出不需要倒车上坡行驶。
在确定是否需要倒车上坡行驶时，可以基于预先存储在存储器中的车辆的行驶记录来确定是否需要倒车上坡行驶。
在监测电力存储装置的电量状态时，可以将基于在以预期坡度为标准的条件下倒车上坡行驶所需的驱动能量计算出的电力存储装置的所需电量状态与当前的电力存储装置的电量状态进行比较。
标准条件可以是在参考时间车辆以参考加速度来倒车上坡行驶的条件。
电力存储装置的所需电量状态可以通过将对应于所需驱动能量的电力存储装置的电量状态与电力存储装置的预定最小电量状态相加来计算。
在控制电力存储装置的电量状态时，基于电力存储装置的电量状态的监测结果通过控制电力存储装置的充电或放电，可以改变电力存储装置的电量状态。
在控制电力存储装置的电量状态时，当电力存储装置的电量状态低于电力存储装置的所需电量状态时，电力分配可以控制为对电力存储装置进行充电的方向。
在控制电力存储装置的电量状态时，当电力存储装置的电量状态等于或大于电力存储装置的所需电量状态时，电力分配可以控制为保持电力存储装置的电量状态的方向。
根据本发明的用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电量状态的方法可以具有以下效果。即，可以在通过取消倒挡和与其相关的部件来减轻变速器的重量的同时降低成本。
此外，可以提高变速器的动力传递效率，从而提高燃料效率。
此外，可以通过控制电量状态的有效利用而不增加电池的容量来提高燃料效率并降低成本。
此外，通过利用前进挡实现倒车行驶，可以改善由于反复利用倒挡和前进挡进行换挡而引起的换挡延迟灵敏度、换挡震动和换挡噪声的现象。
附图说明
当结合附图时，通过接下来的详细描述，本发明的上述和其他目标、特征和其他优点将变得更加清楚，其中：
图1(相关技术)示出了具有传统倒挡的混合动力车辆的动力传递流；
图2示出了根据本发明的示例性实施方案的无倒挡的混合动力车辆的动力传递流；
图3是示出根据本发明的示例性实施方案的用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电力存储装置的电量状态的方法的流程图；
图4是示出倒车上坡行驶所需的最小坡度的曲线图；
图5A示出了在正常行驶情况下用于控制电力存储装置的电量状态(SOC)的电量状态(SOC)控制范围；以及
图5B示出了为倒车上坡行驶准备的用于控制电力存储装置的电量状态(SOC)的SOC控制范围。
具体实施方式
应当理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非化石能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
在本文中使用的术语仅出于描述具体实施方案的目的，并非旨在限制本发明。正如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“所述”旨在也包括复数形式，除非上下文另有明确地指示。还将进一步理解的，当在本明书中使用术语“包括”和/或“包括有”时，指明存在所述特征、数值、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或加入一个或多个其他的特征、数值、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。正如本文所使用的，术语“和/或”包括一种或更多种相关列举项的任何和所有组合。在整个说明书中，除非明确地相反描述，词语“包括”和变化形式例如“包括”或“包括有”应被理解为暗示包含所述元件但是不排除任何其它元件。此外，在说明书中描述的术语“单元”、“器件”、“部件”和“模块”意为用于执行至少一个功能和操作的单元，并且可以由硬件组件或者软件组件以及它们的组合来实现。
此外，本发明的控制逻辑可以实施为计算机可读介质上的非易失性计算机可读介质，其包含由处理器、控制器等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的示例包括但不限于ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、闪存驱动器、智能卡和光学数据存储设备。计算机可读介质还可以分布在网络连接的计算机系统上，使得计算机可读介质例如通过远程信息处理服务器或控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)以分布方式存储和执行。
在本说明书或本申请中公开的示例性实施方案的具体结构或功能描述仅出于说明根据本发明的示例性实施方案的目的而说明，并且根据本发明的示例性实施方案可以以各种形式实现，并且不应被解释为限于在本说明书或本申请中描述的示例性实施方案。
由于根据本发明的示例性实施方案可以进行各种改变并且具有各种形式，因此具体的示例性实施方案将在附图中示出并且在本说明书或本申请中详细描述。
然而，应当理解的是，这并不旨在将根据本发明的构思的示例性实施方案限制于任何特定的公开模式，而是包括落入本发明的精神和范围内的所有修改形式、等同形式和替代形式。
当任何组成元件被称为与其它组成元件“连接”或“连接至”其它组成元件时，可以理解，该组成元件可以直接连接到其它组成元件，或连接到其它组成元件，但是其它部件可以存在于中间。
另一方面，当任何组成元件被称为与其它组成元件“直接连接”或“直接连接到”其它组成元件时，应该理解在它们之间没有其它组成元件。
除非另有定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语或科学术语)，其含义都与本发明内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。
诸如在常用词典中定义的术语应被解释为与相关领域中上下文的含义一致的含义，除非在本说明书中明确定义，否则不应被解释为理想的或过于正式的含义。
在下文中，将通过参考附图解释本发明的优选实施方案来详细描述本发明。
每个附图中所示的相同附图标记代表相同的元件。
首先，参照图1和图2，混合动力车辆的动力系统可以包括：发动机10和电机20、发动机离合器30和变速器40、发电机60(混合起动发电机(HSG，Hybrid Starter Generator))和电力存储装置，发动机10和电机20作为驱动动力源；发动机离合器30和变速器40用于动力传递；发电机60用于起动发动机10；电力存储装置用于驱动发动机10和电机20，并在起动后将发动机10的动力转换为电力。
此外，为了控制上述组件，优选设置顶级混合控制器(混合控制单元(HCU))、电机控制器(电机控制单元(MCU))和电池50控制器(电池管理系统(BMS))。
具体而言，发动机10的开/关以及发动机10和电机20的动力分配由各种因素确定，例如车速、加速踏板深度(APS深度)和换挡挡位等。其中，电力存储装置的电量状态(SOC)是最重要的因素。
电力存储装置是用于驱动混合动力车辆的电机20的能量源。控制电力存储装置的电池50控制器(BMS)监测电池50的电压、电流和温度，以总体控制和管理电力存储装置的电量状态(SOC(％))。
图3是示出根据本发明示例性实施方案的用于控制无倒挡的电机驱动车辆的电力存储装置的电量状态的方法的流程图。
参照图3，根据本发明的示例性实施方案，用于控制电机驱动车辆(其包括多个驱动源，而不包括倒车挡位，并且通过反向驱动作为驱动源的电机来实现车辆的倒车行驶)的电力存储装置的电量状态的方法，该方法可以包括：确定是否需要倒车上坡行驶的步骤S100，当确定出需要倒车上坡行驶时监测电力存储装置的电量状态的步骤S200，以及基于所监测的电力存储装置的电量状态来控制电力存储装置的电量状态的步骤S300。
确定是否需要倒车上坡行驶的步骤S100可以确定在车辆当前行驶的道路上以及在车辆预期行驶的前方道路上是否存在倒车上坡行驶的可能性。
通过利用来自混合控制器(HCU)的道路信息或由单独的传感器感测的信息，可以确定是否需要倒车上坡行驶。
当确定出需要倒车上坡行驶时，监测电力存储装置的电量状态的步骤S200可以确定电力存储装置的电量状态是否能够放电到车辆可以仅通过电机的输出就可以倒车行驶的程度。
可以通过控制电力存储装置的电池控制器(BMS)来监测电力存储装置的电量状态。
基于所监测的电力存储装置的电量状态来控制电力存储装置的电量状态的步骤S300可以控制电力存储装置的电量状态，使得电力存储装置的电量状态能够根据所监测的电力存储装置的电量状态放电到车辆可以仅通过电机的输出而倒车行驶的程度。
电池控制器(BMS)可以基于所监测的电力存储装置的电量状态来控制电力存储装置的电量状态。
如果为了准备倒车上坡行驶而增加电力存储装置的容量或增加发电机(HSG：混合起动发电机)的充电电力，则组件的成本和重量可能增加，燃油效率可能降低。
此外，即使在为了准备倒车上坡行驶而电力存储装置的电量状态总是保持高的情况下，在分配电力的同时使用电池电力的区域可能会减小，从而降低燃料效率和行驶性能。
然而，根据本发明，在无倒挡而通过反向旋转电机进行倒车行驶的情况下，可以确保电力存储装置的电量状态，从而即使在不增加部件的容量或降低燃料效率的情况下，在具有坡度的道路上倒车上坡行驶也是可能的。
具体地，在确定是否需要倒车上坡行驶的步骤S100中，可以基于预先存储在存储器中的或从外部输入的地图信息来确定。
地图信息可以是高度精确的地图，其可以预测当前道路前方20km的信息。
地图信息可以存储在车辆中包括的存储器中，或者利用通信网络从外部实时接收。
在地图信息中，如果预期车辆行驶的车辆前方道路的坡度大于或等于预定最小坡度(x％)，则在步骤S110可以确定出需要倒车上坡行驶。换句话说，即使车辆在坡度小于预定最小坡度(x％)的道路上倒车行驶，也可以确定出不需要倒车上坡行驶。
图4是示出倒车上坡行驶所需的最小坡度的曲线图。
此外，参照图4，在倒车上坡行驶中预定最小坡度(x％)可以预设为这样的坡度：在该坡度中，以预定参考车速行驶所需的电机输出等于或大于通过从发电机的怠速状态充电功率中减去电气负载的消耗功率而获得的功率。换句话说，在以预定参考车速倒车上坡行驶期间，需要电机输出等于或大于从电力存储装置通过发电机充电的充电功率中减去电气负载消耗的功率而获得的功率，从而预定最小坡度可以预设为需要电力存储装置放电的坡度。
也可以利用车辆本身的坡度传感器、车速传感器和扭矩传感器来检测道路坡度，而不利用地图信息。
此外，在确定是否需要倒车上坡行驶的步骤S100中，如果在步骤S120在地图信息中识别出道路是不允许车辆倒车上坡行驶的道路，则确定出不需要倒车上坡行驶。
例如，在基于包括道路信息的地图信息识别出道路是不允许车辆倒车行驶的道路的情况下，例如一般通道道路或高速公路等，确定出不需要倒车上坡行驶。
在将道路坡度与预定坡度进行比较的步骤S110之后，可以在步骤S120确定车辆倒车行驶的可能性。如果识别出道路是不允许车辆倒车行驶的，即使确定道路的坡度等于或大于预定坡度，也可以确定出不需要倒车上坡行驶。
因此，本发明通过确定是否需要倒车上坡行驶来控制电力存储装置的电量状态，并且最小化控制间隔以为了准备倒车上坡行驶而使电力存储装置的电量状态保持在高水平，从而提高燃料效率和行驶性能。
作为另一示例性实施方案，在确定是否需要倒车上坡行驶的步骤S100中，可以基于存储在存储器中的行驶历史来确定是否需要倒车上坡行驶。
具体而言，在车辆行驶期间发生车辆倒车上坡行驶的情况下，可以控制为将相应道路的地图信息和行驶信息存储在存储器中。因此，利用存储在存储器中的信息，在行驶期间，可以确定在这样的道路上是否需要倒车上坡行驶，所述道路发生过倒车上坡行驶并存储在存储器的行驶记录中。
因此，通过先前存储在车辆存储器中的行驶记录可以准备驾驶员的驾驶模式或未被识别的道路的状况。也就是说，每次发生倒车上坡行驶时，它都可以被记录在存储器中，并且下次车辆在相应道路上行驶时可以通过利用存储在存储器中的倒车上坡行驶记录来确定是否需要倒车上坡行驶。
作为又一示例性实施方案，在确定是否需要倒车上坡行驶的步骤S100，当从驾驶员输入倒车操作信号时，可以确定出需要倒车上坡行驶。也就是说，即使没有设置倒挡，当驾驶员将换挡挡位输入倒车挡位(R)或通过单独的控制装置输入倒车行驶操作信号时，可以确定出需要倒车上坡行驶。
因此，可以在不需要任何复杂过程的情况下确定是否需要倒车上坡行驶，并且通过最小化为了准备倒车上坡行驶的电力存储装置的充电控制状态来确保燃料效率和行驶性能。
在监测电力存储装置的电量状态的步骤S200，可以将基于在预期坡度为参考的条件下倒车上坡行驶所需的驱动能量计算出的电力存储装置的所需电量状态与(当前)电力存储装置的电量状态进行比较。
电力存储装置的所需电量状态可以通过将电力存储装置的预定最小电量状态与对应于所需驱动能量的电力存储装置的电量状态相加来计算。如下所述，最小电量状态可以预设为电力存储装置应该保持在最小水平的电量状态。
在此，参考情况可以是车辆以参考加速度倒车上坡行驶参考时间的情况。参考加速度可以设置为预定加速度，例如0.4(m/s2)作为开发标准，并且参考时间也可以设置为50(秒)作为开发标准的预定时间。
例如，如果预期坡度为10(％)，则以参考加速度(0.4(m/s2))驱动车辆所需的电机输出为20(kW)，并且用于在参考时间(50(秒))内保持这种驱动的驱动能量可以计算为1000(kJ)。
根据电力存储装置的最大电量状态，如果对应于1000(kJ)的电力存储装置的电量状态为电力存储装置的最大电量状态的15.8(％)，则电力存储装置的所需电量状态可以通过将预定最小电量状态加15.8(％)的值来计算。
因此，在监测电力存储装置的电量状态的步骤S200，可以通过比较(当前)电力存储装置的电量状态和电力存储装置的所需电量状态来确定是否需要改变电量状态。
图5A示出了在正常行驶情况下用于控制电力存储装置的电量状态(SOC)的SOC控制范围，而图5B示出了为了准备倒车上坡行驶的控制电力存储装置的电量状态(SOC)的SOC控制范围。
参照图5A和图5B所示，在控制电力存储装置的电量状态的步骤S300，基于电力存储装置的电量状态监测结果通过控制电力存储装置的充电或放电，可以改变电力存储装置的电量状态。
当控制车辆时，应设置操作点，使得电力存储装置的电量状态保持在最佳使用区域，并且如果电力存储装置的电量状态在最佳使用区域之外，则操作点应控制为恢复到最佳使用区域。
具体而言，在电力存储装置的SOC范围控制中，随着电力存储装置的电量状态降低，发动机以高于所需功率的操作点工作，因此电力存储装置的电量状态应当以充电为导向的方式进行控制，但是随着电力存储装置的电量状态升高，电力存储装置的电量状态应当以放电为导向的方式进行控制，从而增加对电机的放电量。
具体地，图5A示出了典型行驶情况下的SOC控制范围。如图5A所示，SOC为40％或以上且80％或以下的最佳使用区域形成为较宽，从而通过对电力存储装置自由充电或放电，可以确保燃料效率和动力性能。
然而，在为了准备倒车上坡行驶的SOC控制范围的情况下，如图5B所示，最佳使用区域可以形成为窄至SOC等于或高于70％且小于80％的高范围。也就是说，电力分配可以控制为对电力存储装置的电量状态进行充电的方向，或者控制为保持电量状态的方向，使得电力存储装置的电量状态可以保持为大于倒车上坡行驶的所需电量状态。电力分配可以通过作为顶级控制器的混合控制器(HCU)进行控制，使得电力存储装置的充电或放电可以通过作为子控制器的电池控制器(BMS)进行控制。
具体而言，在控制电力存储装置的电量状态的步骤S300，当电力存储装置的电量状态小于电力存储装置的所需电量状态时，在步骤S310，电力分配可以控制为对电力存储装置充电的方向。
此外，在控制电力存储装置的电量状态的步骤S300，当电力存储装置的电量状态等于或大于电力存储装置的所需电量状态时，在步骤S320，电力分配可以控制为保持电力存储装置的电量状态的方向。
电力存储装置的所需电量状态可以通过将对应于所需驱动能量的电力存储装置的电量状态与电力存储装置的预定最小电量状态相加来计算。电力存储装置的预定最小电量状态可以是最佳使用区域和以充电为导向的区域之间的边界，或者是性能受限区域和以充电为导向的区域之间的边界。
也就是说，电力存储装置的最小电量状态是电力存储装置应当保持在最低水平的电量状态，并且可以通过将对应于计算的倒车上坡行驶所需的驱动能量的电量状态与最小电量状态相加来计算所需的电量状态。
通过控制为了准备倒车上坡行驶的电力存储装置车辆的电量状态，可以仅通过反向驱动电机而不需要包括倒挡来实现倒车行驶。
可以将确定是否结束为了准备倒车上坡行驶的控制的步骤S400的条件确定为与确定是否需要倒车上坡行驶的步骤S100相同的条件。也就是说，如果确定出不再需要倒车上坡行驶，则可以终止为了准备倒车上坡行驶的控制。
尽管描述和说明了本发明的具体实施方案，但本领域的技术人员可以理解的是，在不偏离所附权利要求中公开的本发明的技术精神的情况下，可以进行各种替换和修改。

Claims (12)

1.一种用于控制无倒挡车辆的电力存储装置的电量状态的方法，所述方法包括：
设置多个驱动源，并通过反向驱动作为多个驱动源之一的电机来实现车辆的倒车行驶；
确定是否需要倒车上坡行驶；
当确定出需要倒车上坡行驶时，监测电力存储装置的电量状态；
基于所监测的电力存储装置的电量状态来控制电力存储装置的电量状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，基于预先存储在存储器中的或从外部输入的地图信息来确定是否需要倒车上坡行驶。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，当道路的坡度等于或大于地图信息中的预定最小坡度时，确定出需要倒车上坡行驶。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述最小坡度预设为这样的坡度，在该坡度，以预定参考车速来倒车上坡行驶所需的电机输出等于或大于通过从发电机的怠速状态充电功率中减去电气负载的消耗功率而获得的功率。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，如果基于地图信息识别出道路不具有车辆倒车行驶的可能性，则确定出不需要倒车上坡行驶。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，基于预先存储在存储器中的车辆的行驶记录来确定是否需要倒车上坡行驶。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，在监测电力存储装置的电量状态时，将基于在预期坡度为标准的条件下倒车上坡行驶所需的驱动能量计算出的电力存储装置的所需电量状态与当前的电力存储装置的电量状态进行比较。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述标准的条件是在参考时间车辆以参考加速度来倒车上坡行驶的条件。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，通过将对应于所需驱动能量的电力存储装置的电量状态与电力存储装置的预定最小电量状态相加来计算电力存储装置的所需电量状态。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，在控制电力存储装置的电量状态时，基于电力存储装置的电量状态的监测结果通过控制电力存储装置的充电或放电来改变电力存储装置的电量状态。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，在控制电力存储装置的电量状态时，当电力存储装置的电量状态低于电力存储装置的所需电量状态时，电力分配控制为对电力存储装置进行充电的方向。
12.根据权利要求10所述的方法，其中，在控制电力存储装置的电量状态时，当电力存储装置的电量状态等于或大于电力存储装置的所需电量状态时，电力分配控制为保持电力存储装置的电量状态的方向。
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