CN117302174A - 基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法、装置和电子设备以及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法、装置和电子设备以及车辆。该方法包括：预给定巡航速度和最优巡航要求，确定车辆在前方路段上的可能的速度轨迹，在满足最优巡航要求的情况下，选择各个可能的速度轨迹中成本函数数值最小的那条速度轨迹作为最优速度轨迹，其中，成本函数至少包括如下成本因子：车辆能耗函数和行车时间函数，将最优速度轨迹作为用于混合动力车辆的预测性巡航控制的目标车速轨迹，其中，依赖于混合动力车辆的剩余电量和最优速度轨迹，得到在混合动力车辆的电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值。该方法能够找到基于预测性巡航控制的混合动力车辆使用电池和使用燃油的最佳速度分界值。

Description

基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法、装置 和电子设备以及车辆

技术领域

本发明涉及车辆控制领域，尤其涉及一种基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法、装置和电子设备以及车辆和计算机可读介质。

背景技术

现有技术中提供了一种用于车辆的预测性巡航控制的方法。该方法包括如下步骤：预给定巡航速度和最优巡航要求；根据前方路段的路况信息和车辆的通过行驶动态参数限定的、当前的行驶动态情况，确定车辆在前方路段上的可能的速度轨迹，其中，路况信息包括坡度信息、曲率信息和限速信息；从可能的速度轨迹中选择最优速度轨迹，其中，最优速度轨迹对应于在满足最优巡航要求的情况下综合成本最小的速度轨迹；将最优速度轨迹作为基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的目标车速轨迹。

该方法能够结合各种路况信息综合规划最优巡航车速和发动机扭矩需求，以满足至少是节省能耗和/或节省时间和/或避免过多过重使用行车制动器的最优巡航要求。该方法尤其使用在传统的内燃机驱动的车辆中，其中，相关的车辆能耗基于车辆的发动机油耗图来计算。

如今，越来越多的传统车辆被混合动力车辆来取代，其中，装备有电机和内燃机作为车辆驱动机组。尤其在混合动力的商用车辆中，用于驱动车辆的能量消耗是在长途运输的过程中影响整体经济收益的关键因素。为了达到节省能耗的目的，基于预测性巡航控制除了计算出最优速度轨迹之外，还需要获知在哪些车速下混合动力车辆的电池运行是更经济的，而在哪些车速下燃油运行是更经济的。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种用于基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法和装置和电子设备以及车辆和计算机可读介质，利用它们，能够找到基于预测性巡航控制的混合动力车辆使用电池和使用燃油的最佳速度分界值。

为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法，包括如下步骤：

预给定巡航速度和最优巡航要求，

确定车辆在前方路段上的可能的速度轨迹，

在满足所述最优巡航要求的情况下，选择各个可能的速度轨迹中成本函数数值最小的那条速度轨迹作为最优速度轨迹，其中，所述成本函数至少包括如下成本因子：车辆能耗函数和行车时间函数，

将所述最优速度轨迹作为用于混合动力车辆的预测性巡航控制的目标车速轨迹，

其特征在于，

依赖于混合动力车辆的剩余电量和所述最优速度轨迹，得到在混合动力车辆的电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值。

在本发明的范围内，混合动力车辆是指装备有电机和内燃机作为车辆驱动机组的车辆，其能量来源包括电池和燃油。依赖于车速，尤其是经预测性巡航控制的车速，混合动力车辆要么通过消耗电池电量而由电机来驱动，要么通过消耗燃油而由内燃机来驱动。

对于混合动力车辆来说，存在能量分配的问题，也就是何时使用电机且何时使用内燃机。本发明的出发点在于，预测性巡航控制尤其适合于长途运输车辆，其中，车辆在大多数路段上处于匀速行驶，而加速和减速的情况很少出现。因此，应致力于依赖于速度规划混合动力车辆的能量分配。根据本发明，依赖于车辆电池的剩余电量和预测性巡航控制而得到的最优速度轨迹，动态地计算出两种运行模式的切换点。由此，找到了混合动力车辆使用电池和使用燃油的最佳速度分界值。

在一个优选实施方案中设置的是，将所述最优速度轨迹中的各个路段划分成低于所述车速阈值的低速路段和高于所述车速阈值的高速路段，其中，混合动力车辆在所有低速路段内以电池运行，并且在所有高速路段内以燃油运行，使得混合动力车辆的剩余电量大于或等于混合动力车辆在所有低速路段内的总能耗。混合动力车辆通常被设计成：在低速下使用电机驱动(以电池运行)，而在高速下、尤其是较高车速巡航下使用内燃机驱动(以燃油运行)。最优速度轨迹包括了各个速度轨迹节点的速度信息，也就包括相邻两个速度轨迹节点之间的各个路段的速度信息。根据本发明，混合动力车辆的剩余电量满足了在最优速度轨迹中那些低速路段内以电池运行，而在其余的相对高速的路段内以燃油运行。由此，匹配了混合动力车辆的动力配置。

优选地，将所述最优速度轨迹中的各个路段以各自的车速升序排列。依赖于车速和坡度，可以根据车辆模型计算出车辆的行驶阻力。在最简单的情况下，考虑车辆匀速行驶，行驶阻力等于驱动力，由此再结合行驶的里程就得到了在该车速下的总能耗。通过将各个路段以各自的车速升序排列，使得混合动力车辆的剩余电量将优先用于车速更低的路段。由此，最佳地匹配了混合动力车辆的动力配置。

优选地，将所述最优速度轨迹中的各个路段以各自的平均车速升序排列。当最优速度轨迹的两个相邻速度轨迹节点的速度值不同，即在该路段内车辆将加速或减速时，将该路段的行驶情况简化为以平均车速来匀速行驶。可选地，平均车速为路段起点处的车速与路段终点处的车速的算数平均值。由此，简化了车速阈值的计算。

优选地，将所述最优速度轨迹中的各个路段以各自的路段起点处的车速或各自的路段终点处的车速升序排列。当最优速度轨迹的两个相邻速度轨迹节点的速度值不同，即在该路段内车辆将加速或减速时，将该路段的行驶情况简化为以路段起点处的车速或以路段终点处的车速来匀速行驶。由此，简化了车速阈值的计算。

在一个优选实施方案中设置的是，在混合动力车辆根据所述目标车速轨迹行驶时，定期地依赖于当前的剩余电量和当前的最优速度轨迹，计算所述车速阈值。根据本发明，实时地计算车速阈值，使其与当前的剩余电量和当前的最优速度轨迹相匹配。优选地，每隔一定数量的速度轨迹节点，再次计算车速阈值。本领域技术人员可以根据车辆的可提供的算力预给定计算周期。由此，使得混合动力车辆使用电池和使用燃油的最佳速度分界值与当前预测的最优速度轨迹相匹配。

在一个优选实施方案中设置的是，当车速小于或等于所述车速阈值时，所述车辆能耗函数基于电能消耗来计算，当车速大于所述车速阈值时，所述车辆能耗函数基于燃油消耗来计算。当混合动力车辆根据计算出的能量分配方案来以电机或以内燃机来行驶时，在成本函数中，分别以电能消耗，例如电机效率图以及燃油消耗，例如发动机油耗图来计算车辆能耗函数。由此，使得成本函数的计算更为准确。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的装置，其包括：

预给定模块，所述预给定模块用于预给定巡航速度和最优巡航要求；

计算模块，所述计算模块用于确定车辆在前方路段上的可能的速度轨迹，并且所述计算模块还用于在满足所述最优巡航要求的情况下，选择各个可能的速度轨迹中成本函数数值最小的那条速度轨迹作为最优速度轨迹，其中，所述成本函数至少包括如下成本因子：车辆能耗函数和行车时间函数，

输出模块，所述输出模块用于将所述最优速度轨迹作为用于混合动力车辆的预测性巡航控制的目标车速轨迹，

其特征在于，

在所述计算模块中，依赖于混合动力车辆的剩余电量和所述最优速度轨迹，得到在混合动力车辆的电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆，其特征在于，所述车辆具有根据本发明的装置或根据本发明的电子设备。

根据本发明的另一方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法。

在根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法的方面所述的优点或有益效果也适用于根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的装置和电子设备、根据本发明的车辆和根据本发明的计算机可读介质。

上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是具有预测性巡航控制功能的车辆；

图2a是根据预测性巡航控制在具有坡度变化的路况中规划的最优巡航速度轨迹；

图2b是根据预测性巡航控制在具有曲率变化的路况中规划的最优巡航速度轨迹；

图2c是根据预测性巡航控制在具有限速变化的路况中规划的最优巡航速度轨迹；

图3是示例性的通过动态规划算法来选出最优巡航速度轨迹的示意图；

图4是具有根据本发明的预测性巡航控制功能的混合动力车辆；

图5是根据本发明的能量分配策略的示意图；

图6是根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法的主要流程的示意图；

图7是根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的装置的主要模块的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。

图1、图2a～图2c和图3示出了用于传统车辆，即内燃机驱动的车辆的预测性巡航控制的方法，它尤其是在申请人的申请号为PCT/CN2022/141784的专利文献中进行了详细描述。

图1示出了具有预测性巡航控制功能的车辆100，其配设有发动机1和变速器2。车辆100还配设有制动器，例如包括行车制动器3和辅助制动器、例如缓速器4。对于配设有缓速器4的车辆来说，例如在下坡时，为了长时间、持续地减低或保持车速并且减轻或解除行车制动器3的负荷，即尽可能减少制动片的磨损，通常优先使用缓速器4来制动。

车辆100具有电子地图5，其可以提供前方数百米甚至数千米的路段的路况信息。作为路况信息在此考虑到地形，也就是例如上坡、平路、下坡、曲率变化，但是也考虑到速度限制。车辆100具有环境传感器，其可以提供与前车的车距，以及在电子地图不可用时作为替选方案来提供前方例如200米内的路况信息，或者其作为电子地图的补充来提供最新的路况信息，例如前方路段的曲率半径的临时改变或临时的限速标志。环境传感器例如是雷达6和/或摄像头7。

车辆100还具有预测性巡航控制的电子设备或装置200，例如是预测性巡航控制设备(PECC)。电子设备或装置200被用于在预给定的巡航速度范围内，规划最优速度轨迹并且将其作为基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的目标车速轨迹。目标车速轨迹最终被用于产生控制发动机1、变速器2、行车制动器3和缓速器4的信号，以使当前的车速满足最优巡航要求地匹配于预给定的巡航速度，其中，最优巡航要求包括节省能耗、节省时间和减少使用行车制动器。

图2a至图2c分别示出了根据预测性巡航控制在三种示例性的路况以及为它们各自规划的最优速度轨迹。在这些附图中，横坐标是车辆位置，纵坐标v_max、v_set、v_min是车辆速度和/或a_y是车辆的横向加速度(见图2b)。v_set为预给定的巡航速度(例如用户或者系统设定)、v_max为巡航速度的上边界和v_min为巡航速度的下边界。图2b还示出了最大横向加速度和舒适横向加速度。各附图中，速度值和加速度值均为示例性给出。此外，示出了传统的车速巡航控制的速度轨迹和根据预测性巡航控制的最优巡航速度轨迹，其中，在巡航速度的上边界v_max与下边界v_min以内根据动态规划算法确定最优巡航速度轨迹，该最优巡航速度轨迹在车辆位置之间满足最优巡航要求的综合成本最低。将最优巡航速度轨迹上各个车辆位置的车速作为预测性巡航控制系统的目标车速v_tar。

图2a示出了前方道路具有坡度变化的路况，其中，由电子地图1和/或环境传感器2获知前方路段具有上坡-平路-下坡的路况信息。由电子设备200通过动态规划算法规划的最优巡航速度轨迹包括以下六个子区段：

1.在到达上坡之前，根据道路的实际坡度等情况，使目标车速v_tar提前增加而高于巡航速度v_set以积累更多的动能，其中，在加速过程中发动机保持在高效率工作范围内；

2.在上坡过程中，目标车速v_tar逐渐降低，之前积累的动能逐渐转化成势能，减少了发动机出力；

3.如果前方道路一定范围内没有上下坡坡度变化，即为平路段，则目标车速v_tar始终等于巡航车速v_set；

4.在到达下坡之前，使目标车速v_tar提前降低，并且必要时采用空挡滑行或带挡滑行的行驶，其中，节省了不必要的燃料消耗；

5.在下坡过程中，冻结目标车速v_tar始终保持在巡航速度的上边界v_max与下边界v_min之间与坡度对应的较小的值，并停止发动机输出扭矩，以避免发动机不必要的喷油。当车速过大时，会逐渐增加制动(优先使用缓速器)，以避免车速超过限速要求；

6.在驶过下坡之后，使目标车速v_tar逐渐地恢复到巡航速度v_set。

预测性巡航控制与传统的巡航控制相比，在整个上坡过程中，平均目标车速v_tar大于预给定的巡航车速v_set，节省了时间；在整个下坡过程中，节省了燃料消耗并且减少了行车制动器的机械磨损。

图2b示出了前方道路具有曲率变化的路况，分别是向左的弯道(曲率为正)和向右的弯道(曲率为负)，不论前方道路曲率为正或为负，其预测巡航速度的方法和过程是一致的。由电子设备200通过动态规划算法规划的最优巡航速度轨迹包括以下三个子区段：

1.当预测到前方道路有曲率变化时，就使目标车速v_tar提前从巡航速度v_set逐渐降低，使车辆在过弯前达到(“舒适的”)横向加速度所对应的车速，避免不必要的制动；

2.在过弯过程中，车辆可按照目标车速v_tar安全并“舒适地”过弯，而不会造成翻车或触发车辆的电子稳定控制系统(ESC)的介入；

3.在过弯之后，使目标车速v_tar适当地增加直至巡航速度v_set。

预测性巡航控制与传统的巡航控制相比，在整个过弯过程中，根据动态规划优化的目标车速使发动机保持在高效率工作范围内。在每一次过弯前提前降低至较低的入弯速度使得车辆更加稳定；过弯过程保证驾驶员的安全性和舒适性，同时尽可能减少速度损失，节省了燃料消耗，并且减少了行车制动器的机械磨损。

图2c示出了前方道路具有限速变化的路况。由电子设备200通过动态规划算法规划的最优速度轨迹包括以下三个子区段：

1.在到达限速区之前，使目标车速v_tar提前从巡航速度v_set降低至限制车速，其中，必要时操纵缓速器4或甚至行车制动来减速；

2.在限速区以内，使目标车速v_tar等于限制车速；

3.在驶出限速区之后，使目标车速v_tar适当地增加直至巡航速度v_set，其中，在加速过程中发动机保持在高效率工作范围内。

预测性巡航控制与传统的巡航控制相比，在驶过限速区的整个过程中，确保了在限速区内始终满足限速要求，并且节省了燃料消耗和减少了行车制动器的机械磨损。

图3示出了示例性地通过动态规划算法来选出最优速度轨迹的示意图。横坐标表示位置，纵坐标表示速度。图中的圆圈是速度节点，其表示在该位置中可能的速度。

在从P0至P4的整个路段内，依次计算四个子路段内的两个相连的节点的成本函数数值。从在巡航速度的上边界v_max与下边界v_min之间的可能的速度轨迹中，通过动态规划算法来选出最优速度轨迹，即选出各个速度轨迹中成本函数数值最小的那条速度轨迹，并将该最优速度轨迹在各个车辆位置上的速度作为预测性巡航控制的目标速度v_tar。示例性地，从P0至P4的整个路段的最小成本函数数值对应于最优速度轨迹，也就是粗实线标出的那条速度轨迹V0-V12-V22-V31-V41。

如根据图2a至图2c的三种路况所描述的那样，成本函数需要考虑的成本因子包括燃料消耗、时间消耗、车辆乘员舒适性、行车制动器的使用等。优选地，使用成本函数：W1*f_FC+W2*f_T+W3*f_a。

成本函数的第一项包括与燃料消耗这一成本因子相关的车辆能耗函数f_FC和第一计算系数W1。成本函数的第二项W2*f_T包括与时间消耗这一成本因子相关的行车时间函数f_T和第二计算系数W2。成本函数的第三项包括与车辆乘员舒适性及行车制动器的使用这一成本因子相关的加速度函数f_a和第三计算系数W3对应于车辆加速度的权重。

计算系数W1、W2和W3根据最优巡航要求及实际用途，由车辆的预测性巡航控制的电子设备给定，其中，考虑到如下的给定策略：如更关注车辆运输途中的油耗，节省燃料更为重要，则增大第一计算系数W1；如节省时间更为重要，则增大第二计算系数W2；如更在意舒适性，则增大第三计算系数W3，以避免过多过重的制动。

附加地，如果期望车速较少偏离巡航速度来实现尽可能匀速巡航行驶，在计算最优速度轨迹的成本函数时可以引入巡航速度波动大小这一因素。例如计算各节点的速度值与巡航速度之差的绝对值，将其与第四计算系数相乘，作为成本函数的第四项。

前方路段的分割可平均等分成若干份或者根据一种或多种道路信息发生变化的点作为路段的分割点。在根据图2a的具有坡度的路况中，可以设置6个子路段。如果是多个路况叠加，例如根据图2a的具有坡度变化和图2b的具有曲率变化的两种路况叠加，仍可按照图2a的坡度变化设置6个子路段，在每个坡度变化点上计算出相应的曲率，从而根据最优巡航要求来规划最优巡航车速轨迹；或者也可以按照图2b的曲率变化点设置相应的子路段，然后在每个曲率变化点上计算出相应的坡度。

以上的预测性巡航控制是基于内燃机驱动的车辆来设计的，尤其是车辆仅使用燃油作为能量源。而在混合动力车辆中，需要考虑能量分配，具体而言是在燃油和电池这两个能量源之间进行切换的问题。

图4示出了具有根据本发明的预测性巡航控制功能的混合动力车辆100’。其与图1所示的车辆100的区别在于，混合动力车辆100’具有发动机1、电动机1’和传动装置2’，以及未示出的给电动机1’供电的电池。此外，混合动力车辆100’还具有预测性巡航控制的电子设备或装置200’，例如是基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配设备(PECC)。电子设备或装置200’被用于在预给定的巡航速度范围内，规划最优速度轨迹并且将其作为基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的目标车速轨迹。目标车速轨迹最终被用于产生控制发动机1、电动机1’和传动装置2’、行车制动器3和缓速器4的信号。在其他方面，混合动力车辆100’与车辆100的配置相同，例如同样具有电子地图5、雷达6和/或摄像头7。

为了计算车辆在某个路段上的能耗，可以使用如下公式：

E_i＝F_ixL_i， 公式(1)

其中，E_i中是第i个路段上的能耗，F_i是第i个路段上的驱动力，Li是第i个路段上的位移。

在最简单的情况下， 考虑车辆匀速行驶， 驱动力等于行驶阻力。车辆的行驶阻力可以使用如下公式计算：

fi＝(a3vi2+a2vi+a1)+mg*αi，i＝1,2,… 公式(2)

其中，fi中是第i个路段上的行驶阻力，vi是第i个路段上的车速，αi是第i个路段上的坡度，a1、a2和a3是行驶阻力常数并且能够根据车辆模型来获知。

图3的示意图示出了四个子路段：以车速v_set匀速行驶的第一子路段(位置P0至P1)和第二子路段(位置P1至P2)；车速从v_max增加至v_max的加速行驶的第三子路段(位置P2至P3)和以车速v_max匀速行驶的第四子路段(位置P3至P4)。

可选地， 为了简化计算， 将第三子路段的行驶情况简化为以(v_set+v_max)/2的平均车速来匀速行驶。替选地，将第三子路段的行驶情况简化为以路段起点处的车速v_set或以路段终点处的车速v_max来匀速行驶。进而，利用上述的行驶阻力计算公式得到了四个子路段的行驶阻力fi(i＝1～4)，以及与该行驶阻力相等的驱动力Fi(i＝1～4)，在某个路段上的能耗Ei(i＝1～4)。

示例性地， 得到了从低到高依次的三个速度等级：V1＝v_set，V2＝(v_set+v_max)/2和V3＝ v_max。它们的能耗分别是E1＝E1+E2、E2＝E3和E3＝E4。

混合动力车辆100’被设计成：在低速下使用电机驱动(以电池运行)，而在高速下、尤其是较高车速巡航下使用内燃机驱动(以燃油运行)。基于上述三个速度等级，混合动力车辆100’的能量分配策略为：

如果混合动力车辆的剩余电量E_SOC大于或等于能耗E1，则混合动力车辆在第一速度等级V1下的第一子路段和第二子路段内均以电池运行。如果剩余电量E_SOC还大于或等于能耗E1与E2之和，则混合动力车辆在第二速度等级V2下的第三子路段也以电池运行；如果同时剩余电量E_SOC小于能耗E1、E2与E3之和，则混合动力车辆在第三速度等级V3下的第四子路段以燃油运行。由此，在电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值V_EV选定为V2。

以上是车辆处于位置P0时计算出的能量分配策略。示例性地，当车辆行驶至位置P4时，根据当前的剩余电量和当前的最优速度轨迹，再次计算车速阈值。可选地，在更早或更晚的位置，即以短的计算周期或更长的计算周期来计算车速阈值。本领域技术人员可以根据车辆的可提供的算力预给定计算周期。由此，实时地计算车速阈值，使其与当前的剩余电量和当前的最优速度轨迹相匹配。

可选地，根据本发明的预测性巡航控制功能在给出最优速度轨迹的同时，还给出在混合动力车辆的电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值。

图5是根据本发明的能量分配策略的示意图，其基于具有较多速度等级的情况。

首先，将从巡航速度的上边界v_max至下边界v_min的范围内的车速均分为7个车速段：第一车速段V1～V2、第二车速段V2～V3、……、第七车速段V7～V8，其中，速度值V1至V8升序排列且彼此具有相等的间距值。

其次，依次计算各个车速段的车速段能耗：第一车速段的能耗E1对应于所有车速大于等于V1且小于V2的子路段的能耗之和，其中，使用公式(1)和公式(2)计算每个子路段的能耗；第二车速段的能耗E2对应于所有车速大于等于V2且小于V3的子路段的能耗之和。以此类推，计算出七个车速段能耗E1至E7。根据图5的示例，混合动力车辆的剩余电量E_SOC大于车速段能耗E1至E3之和且小于车速段能耗E1至E4之和，也就是剩余电量E_SOC能够满足驶过前三个车速段V1～V4，但无法满足驶过第四车速段V4～V5。

最后，在车速V4与V5之间的车速阈值V_EV实现电池运行与燃油运行之间的切换。在图5中，剩余电量E_SOC能满足车速段能耗E1至E3的全部以及车速段能耗E4的2/3。一个计算示例是，车速阈值V_EV＝V4+2/3*(V5-V4)。此外，也能够使用其他插值方法在车速V4与V5之间计算车速阈值V_EV。因此混合动力车辆在车速小于或等于车速阈值V_EV时以电池运行，在车速大于车速阈值V_EV时以燃油运行。

进一步地，当车速大于车速阈值V_EV时，在成本函数中，(如已知的预测性巡航控制那样)以燃油消耗，例如发动机油耗图来计算车辆能耗函数。而当车速小于或等于车速阈值V_EV时，在成本函数中，(如已知的预测性巡航控制不同地)将以电能消耗，例如电机效率图来计算车辆能耗函数。为了以最小的修改耗费在混合动力车辆上使用已知的用于内燃机车辆的预测性巡航控制的方法，优选地通过热值折算法将使用电机时的电能消耗量折算成等效燃料消耗量，以等效燃料消耗量来计算车辆能耗函数。

图6是根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法的主要流程的示意图。根据本发明的方法包括如下步骤：

步骤S101：预给定巡航速度和最优巡航要求。

步骤S102：确定车辆在前方路段上的可能的速度轨迹。

步骤S103：在满足所述最优巡航要求的情况下，选择各个可能的速度轨迹中成本函数数值最小的那条速度轨迹作为最优速度轨迹，其中，所述成本函数至少包括如下成本因子：车辆能耗函数和行车时间函数，其中，依赖于混合动力车辆的剩余电量和所述最优速度轨迹，得到在混合动力车辆的电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值。

步骤S104：将最优速度轨迹作为基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的目标车速轨迹，并且可选地输出所述切换阈值。

图7是根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的装置200’的主要模块的示意图。该装置优选是预测性巡航控制设备(PECC)，其包括：

预给定模块201，所述预给定模块201用于预给定巡航速度和最优巡航要求。

计算模块202’，所述计算模块202’用于确定车辆在前方路段上的可能的速度轨迹，并且所述计算模块202’还用于在满足所述最优巡航要求的情况下，选择各个可能的速度轨迹中成本函数数值最小的那条速度轨迹作为最优速度轨迹，其中，所述成本函数至少包括如下成本因子：车辆能耗函数和行车时间函数，其中，依赖于混合动力车辆的剩余电量和所述最优速度轨迹，得到在混合动力车辆的电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值。

输出模块203’，所述输出模块203’用于将所述最优速度轨迹作为用于混合动力车辆的预测性巡航控制的目标车速，并且可选地用于输出所述车速阈值。

根据本发明还提出一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时实现根据本发明的基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法。

需要说明的是，本发明所示的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本发明中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本发明中，计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：无线、电线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，上述模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图或流程图中的每个方框、以及框图或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则以内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围以内。

Claims (11)

1.一种基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的方法，包括如下步骤：

预给定巡航速度和最优巡航要求，

确定车辆在前方路段上的可能的速度轨迹，

在满足所述最优巡航要求的情况下，选择各个可能的速度轨迹中成本函数数值最小的那条速度轨迹作为最优速度轨迹，其中，所述成本函数至少包括如下成本因子：车辆能耗函数和行车时间函数，

将所述最优速度轨迹作为用于混合动力车辆的预测性巡航控制的目标车速轨迹，

其特征在于，

依赖于混合动力车辆的剩余电量和所述最优速度轨迹，得到在混合动力车辆的电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述最优速度轨迹中的各个路段划分成低于所述车速阈值的低速路段和高于所述车速阈值的高速路段，其中，混合动力车辆在所有低速路段内以电池运行，并且在所有高速路段内以燃油运行，使得混合动力车辆的剩余电量大于或等于混合动力车辆在所有低速路段内的总能耗。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述最优速度轨迹中的各个路段以各自的车速升序排列。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述最优速度轨迹中的各个路段以各自的平均车速升序排列。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述最优速度轨迹中的各个路段以各自的路段起点处的车速或各自的路段终点处的车速升序排列。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在混合动力车辆根据所述目标车速轨迹行驶时，定期地依赖于当前的剩余电量和当前的最优速度轨迹，计算所述车速阈值。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，当车速小于或等于所述车速阈值时，所述车辆能耗函数基于电能消耗来计算，当车速大于所述车速阈值时，所述车辆能耗函数基于燃油消耗来计算。

8.一种基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的装置，其包括：

预给定模块，所述预给定模块用于预给定巡航速度和最优巡航要求；

计算模块，所述计算模块用于确定车辆在前方路段上的可能的速度轨迹，并且所述计算模块还用于在满足所述最优巡航要求的情况下，选择各个可能的速度轨迹中成本函数数值最小的那条速度轨迹作为最优速度轨迹，其中，所述成本函数至少包括如下成本因子：车辆能耗函数和行车时间函数，

输出模块，所述输出模块用于将所述最优速度轨迹作为用于混合动力车辆的预测性巡航控制的目标车速轨迹，

其特征在于，

在所述计算模块中，依赖于混合动力车辆的剩余电量和所述最优速度轨迹，得到在混合动力车辆的电池运行与燃油运行之间进行切换的车速阈值。

9.一种基于预测性巡航控制的混合动力车辆能量分配的电子设备，其特征在于，包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序，

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-7中任一所述的方法。

10.一种车辆，其特征在于，所述车辆具有根据权利要求8所述的装置或根据权利要求9所述的电子设备。

11.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法。