CN116118703A - 用于运行混合动力电动车辆的方法和数据处理设备 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种用于运行混合动力电动车辆的方法。根据该方法，接收以多个参数集的形式的路线信息，每个参数集与路线的路段相关(S1)。随后，估计每个路段的电力需求(S3)，并且将储存在储电设备中能量的量的一部分分配给路段中的至少一个。替代地或附加地，将待传输到储电设备中能量的量分配给路段中的至少一个(S4)。此外，导出描述储电设备在路线上的能量状态的至少一个参考轨迹，该参考轨迹是由能量分配所得出的(S5)。根据当前能量状态和参考轨迹上即将到来的控制点之间的斜率来控制混合动力电动车辆的运行(S7)。此外，提出了一种包括用于执行该方法的装置的数据处理设备。

Description

用于运行混合动力电动车辆的方法和数据处理设备

技术领域

本公开涉及一种运行混合动力电动车辆的方法，该混合动力电动车辆具有电耦合至储电设备的电牵引机和内燃机。

此外，本公开涉及一种数据处理设备，包括用于执行上述方法的装置。

背景技术

在本文中，混合动力电动车辆(HEV)可以是插电式混合动力电动车辆(PHEV)或非插电式混合动力电动车辆。

众所周知，混合动力电动车辆的效率取决于其能量管理，即内燃机和电牵引机的使用方式。与内燃机相比，电牵引机通常以更高的效率运行。然而，由于储电设备的容量有限，不可能唯一地使用电牵引机。另一个挑战是车辆的控制单元具有有限的计算性能和有限的存储器。

因此，为了运行混合动力电动车辆，总是要在控制方法的高精度与有限计算性能的适用性之间寻求权衡。

发明内容

本公开的独立权利要求的主题至少部分解决或缓解了该问题，其中从属权利要求中包含了更多示例。

根据第一方面，提供了一种用于运行具有电牵引机和内燃机的混合动力电动车辆的方法，该电牵引机电耦合到储电设备，方法包括：

接收以多个参数集的形式的路线信息，每个参数集与路线的路段相关并且包括描述平均速度的参数和描述路段上的平均道路坡度或高度差的参数，

估计每个路段的电力需求，

以至少一种方式将储存在储电设备中能量的量的一部分分配给路段中的至少一个，和/或以至少一种方式将待传输到储电设备中能量的量分配给路段中的至少一个，

导出至少一个参考轨迹，至少一个参考轨迹描述储电设备在路线上的能量状态，该参考轨迹是由分配储存在储电设备中能量的量的一部分和/或分配将待传输到储电设备中能量的量所得出的。

在至少一个参考轨迹上定义多个控制点，以及

根据至少一个参考轨迹上的当前能量状态与即将到来的控制点之间的斜率来控制混合电动车辆的运行。

在此上下文中，斜率定义为储电设备的当前能量状态与储电设备在即将到来的控制点处的能量状态之差，除以当前位置与即将到来的控制点之间的路线距离。还应当理解，在本上下文中，混合动力电动车辆的运行是使用闭环控制来控制的。此外，控制是实时执行的，即控制响应被确保在指定的时限内。此外，本方法还可以结合具有多于一个电牵引机(例如两个电牵引机)的混合动力电动车辆使用。

为了能够计算轨迹，显然，接收储电设备的能量状态的开始等级。

具有以与路线的路段相关的参数集形式的路线信息在计算上是高效的。例如，通过指定沿着路线的路段的开始点或者通过存储相邻路段的标识，在路线上对每个路段进行索引。也有可能使路线信息适应不同等级的计算性能，因为相应地调整路段的长度。

基于此，控制点的计算在计算能力和存储器使用方面非常高效。

由于该方法使用即将到来的控制点来计算斜率和执行对混合动力电动车辆的控制，该方法使用关于路线和储电设备的能量状态的预测信息。这导致以下事实：该方法能够提供混合动力电动车辆的高效率，即该方法是高性能的。同时，该方法在计算上是高效的，即仅要求有限的计算性能和存储器。

该方法的输出可以是电牵引机的控制器向电牵引机信令通知的用以开始作为电动机运行、开始作为发电机运行或停止运行的请求或阈值。该方法的附加或替代输出可以是用于内燃机的控制器开始运行或停止运行的请求或阈值。换句话说，该方法控制电牵引机与内燃机之间的负载转移。

在一个示例中，由于多个参数集中的至少一些被组合成相应的聚合参数集，参数集的数量被减少。换句话说，接收的路段的数量减少了。这样，该方法可以用非常低的计算能力和存储器容量来执行。例如，参数集的减少可以包括对多个路段(例如两个路段)上的平均聚合参数的计算。参数集和对应路段的数量的减少可以被指定为数据预处理。

可使用车辆模型来估计电力需求。车辆模型可包括表征车辆质量的值和参数集，该参数集根据道路坡度、平均速度和对应的距离来定义道路负载。换句话说，使用车辆模型，可以计算沿着一个路段行驶所需的电量。这在计算上是高效的。同时，如果适当选择路段的大小，该方法是高度准确的。

根据一个示例，存储在储电设备中的能量被分配给从具有低电力需求的路段开始的路段。为此，可以按照相应的电力需求对这些路段进行分类。储电设备中可用的能量则被分配给从具有最低电力需求的路段开始的路段。如果剩余能量等级为零或低于预定阈值，则停止对能量的分配。因此，储电设备中可用的能量被很高程度地使用。同时，将能量归属于路段的方法也很简易。当然，这种能量分配只有在路段的总能量需求超过储电设备中可用的能量时才是必要的。否则，车辆可以仅使用电牵引机而沿路线行驶。

可将储存在储电设备中的能量分配给路段，以使储电设备中的可用能量在到达路线的终点时基本上被完全使用，并导出对应的第一参考轨迹。注意，术语“第一”仅用于简化解释，并不暗示轨迹的数量。这种第一参考轨迹可以被指定为耗尽轨迹，因为目标是使用储电设备中可用的基本上全部能量。在此上下文中，完全或全部使用可用能量意味着储电设备被清空。从技术上讲，这意味着储电设备被耗尽，直到达到较低的能量状态阈值。在这种场景下，尽可能少地使用内燃机。因此，混合动力电动车辆以高效率运行。第一参考轨迹可以特别用于在驱动循环开始时具有完全或部分充电的储电设备的插电式混合动力车辆。

应注意的是，该方法当然也考虑了沿路线行驶时能量向储电设备的传输。如果电牵引机作为发电机运行，则能量可以被传输到储电设备。在这种情况下，电牵引机可以由车辆的惯性运动或者由电内燃机提供电力。替代地，在PHEV的情况下，储电设备可以从电网接收额外的能量。由于任何种类的充电都会更改储电设备的当前能量状态，这至少对作为根据本公开的方法的步骤计算的斜率有影响。

储存在储电设备中的能量或计划要储存在储电设备中的能量可分配给路段，使得在路线的终点，在储电设备中剩余预定的能量等级，并导出对应的第二参考轨迹。如前所述，术语“第二”仅用于简化解释，并不暗示轨迹的数量。预定能量等级可对应于储电设备的完全充电状态或预定的部分充电状态。第二参考轨迹可以被指定为电荷维持轨迹。第二参考轨迹对于非插电式混合动力电动车辆可能尤其有用，因为它导致以下情况，其中：至少一定量的能量可从储电设备用于潜在即将到来的低速路段或潜在即将到来的低电力驱动路段。此外，如果在驱动循环开始时储电设备是空的或者能量状态低于预定阈值，则可以应用第二参考轨迹。第二参考轨迹的计算在计算上也是高效的。如已经解释的那样，当计算第二参考轨迹时，当然要考虑行驶期间能量向储电设备的传输。

如果当前能量状态低于维持阈值，则第二参考轨迹可用于控制混合动力电动车辆。简而言之，这意味着当前能量状态低于特定的预定能量状态。由于第二参考轨迹在驱动循环结束时(即在路线结束时)导致期望的充电状态，因此这是一种有效运行电动车辆的简单且可靠的方式。

第二参考轨迹可例如通过将电力需求低于特定且相对低等级的路段指定为耗尽路段来计算，即，将储存在储电设备中的能量分配给这些段。然后，可以通过对耗尽路段中的所有能量求和来构建第二轨迹，即从路线的终点(即在储电设备的期望最终能量等级处)开始并倒回到第一个路段。

根据一个示例，不同的参考轨迹上的控制点用于控制混合动力电动车辆。这意味着，根据沿该路线行驶时的情况，该方法能够在用于控制混合动力电动车辆的运行的参考轨迹之间切换。因此，该方法能够在行驶时根据情况进行调整。这使得混合动力电动车辆的运行同时高效且可靠。

该方法可以考虑路线的剩余路段而被定期执行。换句话说，该方法是用后退地平线(receding horizon)来执行的。这导致在路径结束时以高可靠性达到储电设备的期望能量状态的事实。同时，混合动力电动车辆高效运行。

如果斜率为正，可增加发动机的开/关阈值。正斜率意味着即将到来的控制点的能量状态低于当前的充电状态。因此，需要鼓励储电设备的放电。这是因为发动机的开/关阈值(例如在电力需求方面)增加了。以简化的方式而言，这意味着在行驶期间，发动机较晚开启而较早关闭，使得不使用内燃机进行行驶的部分增加。

如果斜率为负或为零，可降低发动机的开/关阈值。负斜率意味着当前能量状态低于即将到来的控制点的能量状态。如果斜率为零，当前能量状态基本上等于即将到来的控制点的能量状态。在这两种情况下，都鼓励对储电设备进行充电，即鼓励使用内燃机。为此，降低了对应的开/关阈值，例如在电力需求方面。简而言之，这意味着在行驶期间，发动机较早开启而较晚关闭，使得使用内燃机期间的路段的部分增加。

在另一个示例中，定义了斜率的充电阈值，并且如果斜率低于充电阈值，则使用内燃机为储电设备充电。充电阈值为负值。这样做，可以高可靠性地实现储电设备期望的能量状态。

此外，发动机的开/关阈值也可设置为车辆速度的函数。

当请求的行驶速度低于低速阈值时，混合动力电动车辆可仅由电牵引机驱动。如果混合动力电动车辆低速行驶，与车轮噪声和风噪声相比，由内燃机产生的噪声、振动和声振粗糙度(NVH)相当突出。与内燃机相比，电牵引机产生的噪声明显较低。因此，提高了乘客的听觉舒适度。对于在混合动力电动车辆周围的人也是如此。

如果当前能量状态足以到达路线的终点，则混合动力电动车辆可仅由电牵引机驱动。由于电牵引机提供了比内燃机更高的运行效率，这提高了混合动力电动车辆的整体效率。

根据本公开的方法可至少部分由计算机实现，并可在软件或硬件中实现，或在软件和硬件中实现。此外，该方法可以由在提供数据处理功能的装置上运行的计算机程序指令来执行。数据处理装置可以是合适的计算装置，例如电子控制模块等，也可以是分布式计算机系统。数据处理装置或计算机可以分别包括处理器、存储器、数据接口等的一个或多个。

根据第二方面，提供了一种数据处理设备，包括用于执行根据本公开的方法的装置。这种数据处理设备允许以高效的方式运行混合动力电动车辆。此外，它在计算上是高效的。

应注意的是，上述示例可相互组合，与所涉及的方面无关。因此，该方法可以与数据处理设备的特征相结合，同样，数据处理设备可以与上面关于该方法描述的特征相结合。

本公开的这些和其他方面将从下文描述的示例中变得明显，并参照下文描述的示例进行阐述。

附图说明

下文将参照以下附图描述本公开的示例。

图1示出了根据本公开的方法，

图2示出了由图1的方法计算的示例性第一参考轨迹，

图3示出了由图1的方法计算的示例性第二参考轨迹，以及

图4示出了根据本公开的数据处理设备，包括用于执行图1的方法的装置。

附图仅仅是示意性表示，并且仅用于说明本公开的示例。原则上，相同或等同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

图1显示了一种用于运行混合动力电动车辆的方法，该混合动力电动车辆具有电牵引机和内燃机，该电牵引机电耦合到储电设备。

在第一步骤S1中，该方法接收以多个(N个)参数集的形式的路线信息，每个参数集与路线的路段相关

N个参数集可由导航单元提供。

在本示例中，每个参数集包括描述平均速度的参数和描述对应路段上平均道路坡度的参数。平均速度可以从作为导航单元的地图数据的一部分而存储的速度限制中导出。

当然，对路线上的每个路段进行索引，使得沿路线的每个路段的位置都是已知的。

在第二步骤S2中，减少参数集的数量N。在本示例中，由于描述相邻路线路段的成对的参数集被组合成相应的聚合参数集，数量N减少了50％。这意味着对于每一对，使用形成该对的参数集的相应平均速度来计算聚合平均速度，并且使用形成该对的参数集的相应平均道路坡度来计算聚合平均道路坡度。聚合参数集的计算可以通过相应路段所覆盖的距离来加权。当然，如果路段覆盖相同的距离，则待聚合的参数集被同等地加权。因此，在本示例中，参数集的结果数量是N/2。

随后，在第三步骤S3中，估计每个路段的电力需求。在此上下文中，如果混合动力电动车辆至少在理论上需要对道路应用电力，则电力需求可以具有正号。如果混合动力电动车辆接收电力(例如，因为它应该沿着非常陡峭的路线路段行驶)，则电力需求可以具有负号。

为了估计电力需求，使用了车辆模型，下文将对此进行详细说明。

此后，在第四步骤S4中，将储存在所述储电设备中能量的量的一部分分配给对路段的选择。同时，如果适用的话，将待传输到储电设备中能量的量分配给要对储电设备充电的路段。

为此，根据其电力需求对路段进行分类，并且，将储存在储电设备中的能量分配给从具有最低电力需求的路段开始的路段，直到储电设备中储存的基本上所有的能量都被使用。详而言之，这意味着使用储存在储电设备中的能量，直到能量状态达到预定阈值。

然后，在第五步骤S5中，从该能量分配导出描述储电设备在路线上的能量状态的第一参考轨迹T1。图2表示了其中的示例。该第一参考轨迹T1即所谓的耗尽轨迹，因为当到达路线的终点时，储电设备中可用的基本上所有的能量都被使用。

为了能够有效控制混合动力电动车辆的运行，在第一参考轨迹上定义了多个控制点(第六步骤S6)。

在图2的示例中，定义了七个控制点D1至D7，其中控制点D7表示在路线的终点的能量状态。

在本示例中，在第四步骤S4中，还可以将储存在储电设备中的能量以另一种方式分配给路线路段。

现在，将储存在储电设备中的能量或计划要储存在储电设备中的能量分配给路段，使得在路线的终点，在储电设备中剩余预定的能量等级。

然后，在第五步骤S5中，导出对应的第二参考T2轨迹，该第二参考T2轨迹描述储电设备在路线上的参考能量状态。第二参考轨迹T2如图3所示。该第二参考轨迹是所谓的维持轨迹。

再次，定义了七个控制点C1至C7，其中控制点C7表示在路线的终点的能量状态。

在此上下文中，第一参考轨迹T1从驱动循环开始时储电设备的能量状态开始计算。然后，将可用能量分配给从需求最低功率的路段开始的路段，使得储存在储电设备中的能量在驱动循环结束时基本上被完全使用。用技术术语来说，这意味着在驱动循环结束时达到低能量等级。

对第二参考轨迹T2的计算与驱动循环开始时储电设备的能量状态是独立的。该计算从路线的终点及该点处期望的能源状态开始。然后从路线的终点倒回到路线的开始点递归地计算第二参考轨迹T2。每个路段的能量状态的分配的变化是基于路段电力需求而定义的。

随后，在第七步骤S7中，根据当前能量状态与第一参考轨迹T1或第二参考轨迹T2上即将到来的控制点的能量状态之间的斜率，对混合动力电动车辆的运行进行闭环控制。

在图2中，示出了在路线内的示例性位置P1处出现的示例性当前能量状态E1。还示出了当前能量状态与即将到来的控制点D4的能量状态之间的斜率SL1。它是通过将当前能量状态E1与控制点D4处的能量状态之差ΔE，除以当前位置P1与控制点D4沿路线的位置之间的路线距离ΔP而计算的。

同样在图3中，示出了在路线内的示例性位置P2处出现的示例性当前能量状态E2。还示出了当前能量状态与即将到来的控制点C4的能量状态之间的斜率SL2。它是通过将当前能量状态E2与控制点C4处的能量状态之差ΔE’，除以当前位置P2与控制点C4沿路线的位置之间的路线距离ΔP’而计算的。

当沿路线行驶时，两个参考轨迹T1，T2均可被使用，这将在下文中解释。

在本示例中，如果当前能量状态低于预定义的维持阈值，则第二轨迹T2(参见图3)被用于控制混合动力电动车辆。简而言之，这意味着如果能量状态低于最小可接受等级，则使用第二参考轨迹T2。否则，使用第一参考轨迹T1。这意味着，如果能量状态高于最小可接受等级，则意图尽可能多地使用电牵引机，并因此使用储存在储电设备中的能量。

对于两个参考轨迹T1，T2，如果斜率为正，即如果当前能量状态高于即将到来的控制点的能量状态，则发动机的开/关阈值增加。这意味着鼓励对电牵引机的使用。

如果斜率为负或为零，则发动机的开/关阈值降低。这意味着，如果当前能量状态等于或低于即将到来的控制点的能量状态，则鼓励对内燃机的使用。

在两种情况下，开/关阈值均可以是电力需求等级。开/关阈值被进一步设置为车辆速度的函数。

如果在该方法的执行期间，发现当前能量状态足以到达路线的终点，则混合动力电动车辆仅由电牵引机驱动，即关闭内燃机，并且电牵引机取决于具体情况而作为电动机或发电机运行。

除此之外，如果请求的行驶速度低于低速阈值，则混合动力电动车辆可仅由电牵引机驱动。

始终考虑路线的剩余路段而定期执行上述方法。因此，定期重新计算参考轨迹T1、T2和控制点C1-C7、D1-D7，以便以高可靠性在路线的终点达到期望的能量状态。

图4显示了数据处理设备10，包括用于执行上述方法的装置。

更详细地，数据处理设备10具有第一输入接口12，用于接收以多个参数集的形式的路线信息，如在步骤S1中所述。为此，第一输入接口12被配置为连接到导航单元。

第二输入接口14配置用于接收储电设备的能量状态。第二输入接口14被配置成连接到储电设备的控制器。

此外，第一输出接口16配置为用于向电牵引机的控制器发送运行请求，例如开/关请求或开/关阈值。还可以向电牵引机发送充电请求，指示储电设备期望的充电功率。在这种情况下，电牵引机需要作为发电机运行。如果没有请求充电，则请求将为零。

第二输出接口18配置为用于向内燃机的控制器发送开/关阈值。

此外，数据处理设备10包括处理器20和存储器22，配置用于执行上述方法。

为此，存储器22上还提供了车辆模型24。车辆模型24包括表征车辆质量的值和查找表，该查找表包括根据道路坡度、平均速度和对应距离定义道路负载的参数。可选地，这些参数可以使用车辆的其他数据处理设备来估计。

本领域技术人员在实践所要求的公开内容时，可通过研究附图、公开内容和所附权利要求，理解和实施所公开示例的其他变型。在权利要求中，单词“包括”不排除其他元件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的几个项目或步骤的功能。在相互不同的从属权利要求中列举某些措施的事实并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。计算机程序可以存储/分布在合适的介质上，例如与其他硬件的部分一起提供或作为其他硬件的一部分的光存储介质或固态介质，但是也可以以其他形式分布，例如通过互联网或其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记都不应被解释为限制权利要求的范围。

参考符号列表

10     数据处理设备

12     第一输入接口

14     第二输入接口

16     第一输出接口

18     第二输出接口

20     处理器

22     存储器

24     车辆模型

C1-C7  控制点

D1-D7  控制点

E1     当前能源状态

E2     当前能源状态

ΔE    当前能量状态与即将到来的控制点的能量状态之间的差

ΔE’   当前能量状态与即将到来的控制点的能量状态之间的差

P1     当前位置

P2     当前位置

ΔP    路线距离

ΔP’   路线距离

S1     第一步骤

S2     第二步骤

S3     第三步骤

S4     第四步骤

S5     第五步骤

S6     第六步骤

S7     第七步骤

SL1    斜率

SL2    斜率

T1     第一参考轨迹

T2     第二参考轨迹

Claims (15)

1.一种用于运行混合动力电动车辆的方法，所述混合动力电动车辆具有电牵引机和内燃机，所述电牵引机电耦合到储电设备，所述方法包括：

接收以多个参数集的形式的路线信息，每个参数集与路线的路段相关并且包括描述平均速度的参数和描述所述路段上的平均道路坡度或高度差的参数(S1)，

估计每个路段的电力需求(S3)，

以至少一种方式将储存在所述储电设备中能量的量的一部分分配给所述路段中的至少一个，和/或以至少一种方式将待传输到所述储电设备中能量的量分配给所述路段中的至少一个(S4)，

导出至少一个参考轨迹(T1；T2)，所述至少一个参考轨迹描述所述储电设备在所述路线上的能量状态，所述参考轨迹是由分配储存在所述储电设备中能量的量的一部分和/或分配将待传输到所述储电设备中能量的量所得出的(S5)；

在所述至少一个参考轨迹(T1；T2)上定义多个控制点(D1-D7；C1-C7)(S6)，以及

根据所述至少一个参考轨迹(T1；T2)上的当前能量状态与即将到来的控制点(D1-D7；C1-C7)之间的斜率(SL1；SL2)来控制所述混合电动车辆的运行(S7)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，由于所述多个参数集中的至少一些被组合成相应的聚合参数集，参数集的数量被减少(S2)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，使用车辆模型(24)来估计所述电力需求。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，储存在所述储电设备中的所述能量被分配给从具有低电力需求的路段开始的路段。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，储存在所述储电设备中的所述能量被分配给所述路段，使得当到达所述路线的终点时，所述储电设备中的可用能量基本上被完全使用，并且导出对应的第一参考轨迹(T1)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，储存在所述储电设备中的所述能量或计划储存在所述储电设备中的能量被分配给所述路段，使得在所述路线的终点，在所述储电设备中剩余预定的能量等级，并且导出对应的第二参考轨迹(T2)。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，如果所述当前能量状态低于维持阈值，则所述第二参考轨迹(T2)被用于控制所述混合动力电动车辆。

8.根据权利要求6所述的方法，其中，不同的参考轨迹(T1；T2)上的控制点(D1-D7；C1-C7)被用于控制所述混合动力电动车辆。

9.根据权利要求1或2所述的方法，其中，考虑所述路线的剩余路段而定期执行所述方法。

10.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述斜率(SL1；SL2)为正，则发动机的开/关阈值增加。

11.根据权利要求1所述的方法，其中，如果所述斜率(SL1；SL2)为负或零，则发动机的开/关阈值降低。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其中，所述开/关阈值被设置为车辆速度的函数。

13.根据权利要求1或2所述的方法，其中，如果所请求的行驶速度低于低速阈值，则所述混合动力电动车辆仅由所述电牵引机驱动。

14.根据权利要求1或2所述的方法，其中，如果所述当前能量状态足以到达所述路线的终点，则所述混合动力电动车辆仅由所述电牵引机驱动。

15.一种数据处理设备(10)，包括用于执行权利要求1或2的方法的装置。

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