CN1809487A - 能量管理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及能量管理装置和方法。该能量管理装置对具有用于供给能量的供给部(14)和用于消耗由供给部供给的能量的消耗部(10)的机器的能量消耗进行管理，从而有效地节省所述消耗部消耗的能量。运转部通过利用由供给部供给的能量使消耗部运转。获取部获取作为能量效率的从供给到消耗部的输入能量(40)、(42)至消耗部输出的输出能量(44)、(46)的能量变换特性。改变部基于所获取的能量效率改变消耗部的运转条件，以改善能量效率的实际值。
Description
技术领域
本发明涉及能量管理技术，更具体地，本发明涉及一种管理具有能量供给部和消耗由能量供给部供给的能量的消耗部的机器的能量消耗的能量管理技术。
背景技术
已知在具有用于供给能量的供给部和用于消耗由供给部供给的能量的消耗部的机器中管理能量的技术。例如特开平8-507671号公报中公开这种技术。供给部的一个例子是用作电能蓄积部的电池，另外一个例子是用作电能产生部的发电机。另一方面，消耗部的一个例子是电动机，该电动机被驱动向机器提供驱动力。
在做功的机器中，需要消耗能量来做功。用于做功的能量可以从外部供给到机器，或者机器本身具有能量源，以自己供给必要的能量。在任何情况下，由机器消耗的能量是有限的，因此，非常希望在获得目标运转条件的同时节省能量。因此，非常希望相同的机器既获得目标运转条件，又节省能量。
可能存在这样一种情况，即上述机器具有多个可同时驱动的致动器。在这种情况下，不容易既获得目标运转条件又节约能量消耗。理论上来说可以事先设定能量源的容量，从而即使所有的致动器同时驱动，能量源也不会枯竭。但是，从经济学角度或者物理学角度一例如重量、尺寸等等一来加以评判，不能说上述措施是现实的解决方案。
存在一种对设置在汽车中的多个致动器进行综合管理的技术，其中汽车作为一种利用燃料作为能量源的机器。对于汽车来说，多个致动器是发动机、制动装置、驱动装置、转向装置等等。例如特开平5-85228号公报中公开了这种技术。
本发明人已对具有用于供给能量的供给部和用于消耗由供给部供给的能量的消耗部的机器的能量管理技术进行了调研，并且获取了下述知识和信息。
也就是说，由于消耗部被设置在机器中以达成特定目标，并且利用由供给部供给的能量进行驱动，所以希望利用消耗部达成机器运转和能量节省的双重要求。此外，为了判定消耗部是否被驱动从而真正节省所消耗的能量，重要的是对消耗部的实际能量效率进行监控。
发明内容
本发明的总体目的在于提供一种改进的并且实用的能量管理装置，其中消除了上述问题。
本发明更具体目的是提供一种对具有用于供给能量的供给部和用于消耗由供给部供给的能量的消耗部的机器的能量消耗进行管理以确实地节省消耗部消耗的能量的能量管理装置。
为了实现上述目的，根据本发明提供了如下所述的能量管理装置和方法。
1)一种管理在具有供给能量的供给部和消耗由所述供给部供给的能量的消耗部的机器中消耗的能量的能量管理装置，所述能量管理装置包括：通过利用由所述供给部供给的能量使所述消耗部运转(操作，工作，运行)的运转部；获取作为能量效率的从供给到所述消耗部的输入能量到从所述消耗部输出的输出能量的能量变换特性的获取部；以及基于所获取的能量效率改变所述消耗部的运转条件以改善所述能量效率的实际值的改变部。
根据本发明，基于消耗部的能量效率改变消耗部的运转条件，从而改善能量效率的实际值。因此，根据本发明，能够优化消耗部的运转条件，以节省消耗部消耗的能量。
优选的是，根据本发明的改变部在保持消耗部的实际输出的同时，即在保持对消耗部运转要求的达成度的同时，改变消耗部的运转条件。根据本发明的能量效率，例如可以通过用输出能量除以输入能量，或者从输入能量中减去输出能量来获得。也就是说，能量效率可以作为输入能量与输出能量之间的一种比例关系或者偏差(差值)关系来获取。
根据本发明的供给部可包括蓄积能量的蓄积部或者产生能量的产生部中的至少一个。聚能部的一个例子是电池，而产能部的一个例子是发电机。根据本发明的运转条件的一个例子是用于使消耗部运转的运转模式，另外一个例子是由消耗部消耗的能量的目标值(预期值)。
本发明中所指的机器可以是能够自行运动的可运动体(移动体)、驱动另一对象的驱动装置，或者安装在房间、办公室、工厂等等中的电气设备。所述可运动体可以是汽车、摩托车、火车、轮船、飞机、火箭等等。
2)上述能量管理装置还可包括用于在至少一个条件累积成立时容许所述改变部改变所述运转条件并且用于在所述至少一个条件不成立时禁止改变所述运转条件的第一改变容许/禁止装置，其中，所述至少一个条件包括对所述消耗部的运转要求与所述消耗部的实际输出之间的偏差等于或者小于规定值的条件。
根据上述发明，当至少对消耗部的运转要求与该消耗部的实际输出之间的偏差等于或者小于规定值的条件成立时，即当对消耗部的运转要求基本达成的条件成立时，消耗部的运转条件发生改变。因此，根据上述发明，相同的消耗部可以容易地达成运转要求和能量消耗节省两者。
3)上述能量管理装置还可包括用于基于所获取的能量效率容许或禁止所述改变部改变所述运转条件的第二改变容许/禁止装置。
消耗部的能量效率是这样一个物理量，即不管消耗部所使用能量的类型是电能、机械能、燃烧能、热能或者光能，均能利用该物理量判定是否需要改变运转条件。根据上述认识，在本发明中，基于消耗部的能量效率容许或者禁止该消耗部的运转条件的改变。
4)上述能量管理装置还可包括用于在至少一个条件成立时容许所述第二改变容许/禁止装置改变所述运转条件并且在所述至少一个条件不成立时禁止改变所述运转条件的装置，其中，所述至少一个条件包括所获取的能量效率不等于实质上没有改善余地的上限值的条件。
因此，当至少所获取的能量条件不是没有改善余地的极限值的条件成立时，即当存在能量效率改善余地时，容许改变运转条件。否则，禁止改变运转条件。因此，根据本发明，当没有改善能量效率的余地时，无需改变运转条件。
5)在根据本发明的能量管理装置中，所述机器可包括由所述消耗部运转的运转部，所述获取部包括用于基于所述运转部的运转量来获取输出能量的输出能量获取装置，其中，所述能量管理装置还包括判定设置在所述消耗部与所述运转部之间的能量传送系统是否异常的判定部。
因此，当在消耗部与运转部之间存在阻止能量传送的异常性时，可以检测到这种异常性。
6)在根据本发明的能量管理装置中，所述判定部可包括用于在多个条件时判定所述能量传送系统异常的装置，所述多个条件包括其中所述获取的能量条件为实质上没有改善余地的上限值的条件和其中所获取的能量效率等于或小于规定值的条件。
虽然消耗部的能量效率等于上限值(该上限值表示没有改善余地)，但该能量效率等于或者小于规定值的原因很可能不在于消耗部本身，而是在于消耗部与运转部之间的能量传送系统。基于上述认识，根据本发明，当多个条件累积成立时，即消耗部的能量效率等于没有改善余地的上限值以及所获取的能量效率等于或者小于规定值时，判定能量传送系统发生异常。因此，根据本发明，能够检测能量传送系统中的异常性。
7)在根据本发明的能量管理装置中，所述机器可以是可运动体，所述消耗部包括与所述可运动体的驱动(推进)相关联的致动器、与所述可运动体的制动相关联的致动器以及与所述可运动体的运动方向的变换相关联的致动器中的至少一个致动器。
所述致动器例如可以是消耗电能的电机(马达，原动机)或者通过燃烧作为能量的燃料而驱动的发动机。电机可以是将电能变换为机械能的致动器。另一方面，发动机可以是将燃烧能变换为机械能的致动器。与驱动可运动体相关联的致动器可包括作为产生可运动体的驱动力的动力源致动器的发动机或电机，并且还包括用在传送机构中使用的致动器(例如包括用于电传送的电机或者用于流体传送的电磁阀)。此外，与可运动体的制动相关联的致动器可例如包括电机和用于液压控制的电磁阀。与改变可运动体的运动方向相关联的致动器可例如包括用于产生力来改变可运动体的运动方向的电机。
8)在根据本发明的能量管理装置中，所述消耗部可包括多个致动器，从而所述供给部共同给所述多个致动器供给能量，所述运转部包括用于计算各致动器的运转所必需的目标值同时与其它致动器共同采用功率或功为单位的装置。
在上述装置中，鉴于多个致动器的功率或做功量，对这些致动器的运转(驱动)进行综合控制。另一方面，在功率或做功量与能量消耗之间建立这样一种关系，即功率或做功量越小，能量消耗越少。因此，根据本发明，当关注各个致动器的功率或做功量时，鉴于利用多个致动器达成的能量消耗节省，能够对这些致动器进行优化。
在本发明中所指的功率是指每单位时间的做功量。当各个致动器将电能变换为机械能时，如果对电功率(致动器的输入侧)关注，那么“功率”被表示为电功率。另一方面，如果对机械能关注，那么“功率”被表示为驱动功率(效率或马力)。
电功率是电力功率，并且被计算为电压与电流的乘积。例如，如果上述机器是由致动器驱动的可运动体，例如汽车，那么功率计算为例如由致动器施加在可运动体上的力与该可运动体的速度的乘积。“做功量”是指功率的时间积分。如果功率是电功率，那么其被表示为电功率(或瓦特)。作为多个致动器，选择用于驱动汽车的驱动装置用致动器，用于使汽车转向的电动转向装置用致动器，用于控制汽车的电动制动器用致动器，用于汽车车厢内的空气调节用致动器，用于照亮汽车内部或外部的灯。
9)根据本发明的能量管理装置还可包括确定对所述消耗部的运转要求的运转要求确定装置，并且其中，所述运转部包括用于基于由所述运转要求确定装置确定的运转要求来运转所述消耗部的装置。
本发明中所指的运转要求是指沿平行或垂直于可运动部的机器的运动方向的方向施加在该机器或可运动部上的力或加速度的变化量，或者是指机器或可运动部的速度的变化量。
10)在上述能量管理装置中，所述运转要求确定装置可包括：检测包括由运转所述消耗部的驾驶员发出的指令、所述消耗部的运转状态以及所述消耗部的运转环境中的至少一个的运转信息的信息检测器；和用于基于由所述信息检测器检测的所述运转信息来确定所述运转要求的运转要求确定装置。
11)在根据本发明的能量管理装置中，所述改变部可基于所获取的能量效率改变所述消耗部的运转条件，以便所述能量效率的实际值成为等于实质上没有改善余地的上限值。
12)在根据本发明的能量管理装置中，所述改变部可基于所获取的能量效率改变所述消耗部的运转条件，以便所述能量效率的实际值成为等于实质上没有改善余地的上限值并且大于规定值。
13)一种管理在具有供给能量的供给部和消耗由所述供给部供给的能量的消耗部的机器中消耗的能量的能量管理方法，所述能量管理方法包括：通过利用由所述供给部供给的能量来使所述消耗部运转的运转步骤；获取作为能量效率的从供给到所述消耗部的输入能量到从所述消耗部输出的输出能量的能量变换特性的获取步骤；以及基于所获取的能量效率改变所述消耗部的运转条件以改善所述能量效率的实际值的改变步骤。
当结合附图进行阅读时，通过下面的详细描述，本发明的其它目的、特征以及优点将变得更为明了。
附图说明
图1是用作根据本发明的能量管理装置的驱动控制系统的框图；
图2是示出图1所示发动机控制单元(ECU)的概念性硬件结构的框图；
图3是ECU的软件结构的功能性框图；
图4是根据能量管理程序的运转流程图；
图5是根据能量效率判定程序的运转流程图；
图6是图5所示步骤S39中的处理的流程图；以及
图7是根据运转模式改变程序的运转流程图。
具体实施方式
参照附图，下面将对根据本发明实施例的能量管理装置进行描述。
图1是用作根据本发明的能量管理装置的驱动控制系统的框图。图1中所示的驱动控制系统安装在作为可运动体的汽车(在下文中称作“车辆”)中，所述可运动体是机器的示例。所述汽车装备有多个致动器10(为了简化起见在图1中仅示出一个致动器10)。所述汽车还装备有向各个致动器10供给能量的能量源14。作为能量源14，可以使用燃料、电池、燃料电池或者发动机(内燃机)。设置在汽车中的多个致动器10可包括下述致动器：
(1)通过燃烧燃料产生机械能的发动机。
(2)利用电能控制使车辆各车轮制动的摩擦式制动器的制动致动器。
(3)利用电能控制使车辆转向的电动转向装置的转向致动器。
(4)利用电能驱动车辆的车辆电机。
(5)利用电能控制电动CVT装置的变速比的CVT电机，该电动CVT装置将车辆电机的驱动转矩传递至各驱动轮。
(6)利用电能产生光亮的车灯。
(7)利用电能控制车厢内部的温度和湿度的空调器致动器。
所述制动致动器包括例如一个用作制动器驱动源的电机和多个控制从压力源传递至制动器的压力的电磁阀。当车辆加速时，车辆电机用作车辆的动力源；当车辆减速时，车辆电机用作发电机(再生电机或者制动电机)。
图1中所示的汽车装备有用于再生的再生制动装置，以回收由车辆电机产生的电能，并且将回收的电能存储在能量源14中。因此，所述车辆电机不仅用作消耗部，而且也用作临时能量产生部。
空调器具有对车厢进行冷却的冷却单元，用于该冷却单元的驱动单元是空调器致动器。该空调器致动器是例如驱动冷却单元中的压缩机的电机。
如图1所示，这种驱动控制系统包括对运转信息进行检测的信息检测器16。信息检测器16用于检测车辆驾驶员的驱动指令以及车辆的状态和状况。驱动指令由驾驶员发出，从而驾驶员可以合适地驾驶车辆。“驾驶员指令”包括例如针对车辆加速的指令、针对减速或制动的指令、针对转向的指令等等。
具体来说，信息检测器16包括用于检测驾驶员指令的驾驶员指令传感器16a，和用于检测车辆状态的车辆状态传感器16b。
驾驶员指令传感器16a检测驾驶员对车辆运转系统—例如转向运转件、制动运转件或加速器运转件—执行的运转量，以作为驾驶员指令。车辆状态传感器16b对车辆的各种状态或者状况—例如车速、车辆驱动力、车身加速度(沿纵向、横向或垂直方向的加速度，包括减速度)、轮速、车轮减速度、转向角、横摆率、施加在各车轮上的力或转矩、车轮转向角等等—进行检测，以作为车辆状态。
驱动控制系统还装备有电子控制单元18(在下文中被称作“ECU”)。图2是示出ECU 18的概念性硬件结构的框图。
ECU 18主要由计算机20构成。众所周知，计算机20包括彼此通过总线28互连的中央处理单元(CPU)22、只读存储器(ROM)24以及随机存取存储器(RAM)26。在ROM 24中预先存储各种程序，例如能量管理程序、能量效率判定程序、运转模式改变程序等等。如图1中所示，驱动控制系统包括用于各致动器10的输入能量传感器40和42，以及输出能量传感器44和46。为各个致动器10设置两个输入能量传感器和两个输出能量传感器的原因在于，各个能量传感器采用冗余设计。
但是，并非必须地将输入能量传感器40和42设计成使得所检测到的由这些传感器直接检测的物理量在其类型上彼此精确匹配。如果各个输入能量传感器40和42均正常，那么只要输入能量传感器40和42检测到的值满足已知关系，则这些传感器就能够单独地检测不同类型的物理量。这一点同样适用于输出能量传感器44和46。
各个输入能量传感器40和42用于检测从能量源14输入至对应致动器10的能量Ein。具体来说，各个输入能量传感器40和42在对应的致动器10为消耗电能类型时检测功率消耗作为输入能量Ein；或者在对应的致动器10为消耗燃烧能(燃料燃烧)类型时检测所减少的热量(卡)或者燃料消耗量(体积或重量)作为输入能量Ein。
必须指出的是，在本说明书中，术语“能量”可解释为狭义的电能(功率)或者广义的电能，即狭义的电能和狭义的机械能(做功量)。术语“能量”的解释取决于包含该术语的陈述的内容。
另一方面，各个输出能量传感器44和46用于检测对应致动器10的输出能量Eout。具体来说，各个输出能量传感器44和46用于检测通过对应致动器10的运转实际产生的功率。当致动器10为输出机械能的类型时，将由致动器10施加在对象(车轮或者车身)上的力(或者转矩)与该对象的速度的乘积检测作为功率。当所述对象是车辆本身时，将施加在车辆上的力或加速度与车速—即车辆的运行速度—的乘积检测作为功率。
因此，当致动器10为输出机械能的类型时，各个输出能量传感器44和46构造成包括下述传感器中的至少一个：力传感器、加速度传感器、速度传感器、位移传感器等等。另一方面，当致动器10为输出热能(加热或冷却)的类型时，各个输出能量传感器44和46构造成包括例如温度传感器，以获取作为输出能量Eout的热量(卡)。
尽管设置在车辆中的多个致动器可以用于车辆的各种用途，但是根据本发明的致动器10设计成包括一个用于控制车辆的车轮前进力/后退力的致动器(例如发动机、车辆电机和制动致动器)，和一个用于控制车轮转向角的致动器(例如转向致动器)。当这些致动器被驱动时，如图1中所示，在车轮的前进力/后退力和车轮转向角上产生影响，并且由此对车辆的运动(行为或者姿态)进行控制。
图3是ECU 18的软件结构的功能性框图。ECU 18包括能量管理部60、能量效率确定部62以及运转模式改变部64。
能量管理部60包括运转要求确定装置70、能量管理装置72以及驱动控制装置74。运转要求确定装置70是用于确定对车辆的运转要求以满足上述驾驶员指令和车辆状态的部分。运转要求包含加速度的量、减速度的量、车辆转向的量等等。
能量管理装置72计算满足上述对致动器10的运转要求的期望(目标)机械功率DMP，并确定作为获得所计算出的期望机械功率DMP所必需的所需电功率REP的电功率。驱动控制装置74驱动致动器10，以获得最终由能量管理装置72确定的期望机械功率DMP。
另一方面，如图3中所示，能量效率确定部62包括输入能量检测装置80、输出能量检测装置82、能量效率计算装置84、目标状态判定装置86以及异常判定装置88。
输入能量检测装置80通过利用输入能量传感器40和42对从能量源14供给到致动器10的输入能量Ein进行检测。输出能量检测装置82通过利用输出能量传感器44和46对从致动器10输出的输出能量Eout—即由致动器10消耗的能量—进行检测。能量效率计算装置84通过将输出能量Eout的检测值除以输入能量Ein的检测值计算出能量效率γ。
当运转要求的达成度等于或者大于规定值时，目标状态判定装置86判定能量效率γ的计算值(实际值)是否处于目标状态(期望状态)。具体来说，当运转要求的达成度等于或者大于所述规定值，并且能量效率γ的计算值基本等于一上限值并且等于或者大于一规定值时，目标状态判定装置86判定能量效率γ的计算值处于目标状态。此外，当运转要求的达成度等于或者大于所述规定值但是能量效率γ的计算值并非基本等于所述上限值时，目标状态判定装置86判定是否存在任何来自于其它性能的对改善所要求的能量效率γ的限制。如果不存在限制，那么目标状态判定装置86判定必须改变致动器10的运转模式。
在运转要求的达成度等于或者大于所述规定值并且能量效率γ的计算值基本等于所述上限值且小于所述规定值时，异常判定装置88判定车辆的能量传送系统出现异常。如果致动器10是发动机并且输出能量传感器44和46检测的对象是车轮，那么能量传送系统对应于机械地连接发动机与车轮的驱动系统。
当运转要求的达成度等于或者大于所述规定值但是能量效率γ的计算值并非基本等于所述上限值时，除非不存在来自其它性能的限制，否则运转模式改变部64将致动器10的运转模式改变成能量效率γ的实际值接近目标值的情况。
图4是根据存储在ROM 24中的能量管理程序的运转流程图。在计算机20运行期间，所述能量管理程序被反复执行。
每次执行能量管理程序时，首先在步骤S1中，驾驶员指令传感器16a检测驾驶员指令。接着，在步骤S2中，车辆状态传感器16b检测车辆的状态。
此后，在步骤S3中，基于检测到的驾驶员指令和检测到的车辆状态，确定出对车辆的运转要求。这种运转要求包括基于驾驶员指令驱动车辆的要求和自动驱动车辆以改善车辆安全性的要求。后一要求的例子是自动制动，以在本车辆与该车辆前方的车辆之间的距离与本车辆当前的速度的关系不合适时自动地执行制动运转。
接着，在步骤S4中，计算用于达成针对致动器10确定的运转要求所必需的机械功率MP，以作为期望机械功率DMP。例如，如果确定出的运转要求是通过以0.2G的加速度使重量为1吨的车辆加速，在0.25分钟内将车速从0km/h改善至100km/h，则将驱动力F(车辆的重量与加速度的乘积)与车速V的乘积计算作为该车辆的车辆电机的期望机械功率DMPmtr，该功率约为54kW。此外，如果确定出的运转要求是使重量为1吨的车辆抵抗大约0.5G的惯性(滑行)减速度以100km/h的车速运行，则所计算出的期望机械功率DMPmtr为14kW。
需要指出的是，电机的机械功率MP通常计算成转矩T与转速N的乘积，而电功率EP计算成施加在电机上的电压E与流过电机的电流I的乘积。如果不考虑电机中的能量损失，那么机械功率MP和电功率EP彼此相等。
然后，在步骤S5中，将用于达成所计算出的期望机械功率DMP所必需的电功率EP计算作为针对致动器10的所需电功率REP。接着，在步骤S6中，基于确定出的所需电功率确定要施加给致动器10施加的电压和要供给到致动器10的电流。也就是说，确定给致动器10的输出。
此后，在步骤S7中，基于确定出的电压和电流对致动器10进行驱动。由此，完成能量管理程序的一次执行。
如上所述，计算机20中执行能量管理程序的部分构成能量管理部60，计算机20中执行步骤S1至S3中的处理的部分构成运转要求确定装置70，计算机20中执行步骤S4至S6中的处理的部分构成能量管理装置72，并且计算机20中执行步骤S7中的处理的部分构成运转要求确定装置70。
图5是按照能量效率判定程序的运转流程图。
当执行所述能量效率判定程序时，首先在步骤S31中，各个输入能量传感器40和42检测输入能量Ein，并由此获取两个能量检测值。接着，在步骤S32中，各个输出能量传感器44和46检测输出能量Eout，并由此获取两个能量检测值。
接着，在步骤S33中，判定所获取的两个能量检测值之间的偏差是否等于或者小于分别与输入能量Ein和输出能量Eout相关的规定值。此时，如果所述偏差大于与输入能量Ein或输出能量Eout相关的规定值，那么对步骤S33的判定为否(NO)，并在步骤S34中判定出现传感器异常，此时结束能量效率判定程序的执行。
另一方面，如果上述偏差等于或小于与输入能量Ein和输出能量Eout相关的规定值，那么步骤S33的判定为是(YES)，并且相对于输入能量Ein和输出能量Eout对所获取的能量值进行校正(修正)。可根据各种方法对能量检测值进行校正。
例如，如果在两个能量传感器40与42之间的检测精确度上存在固有差异，那么基于具有较高精确度的传感器40和42中之一的检测值对具有较低精确度的传感器40和42中另外一个的检测值进行校正。另一方面，如果在两个输入能量传感器40与42之间的检测精确度存在微小差异，并且如果两个传感器对相同类型的物理量进行检测，那么两个传感器40和42的检测值的平均值被假定为输入能量传感器40和42的共同的真实检测值。
在步骤S35中，同样针对两个输出能量传感器44和46的检测值执行与上述校正类似的校正。
此后，在步骤S36中，通过将输出能量Eout经校正的检测值除以输入能量Ein经校正的检测值，计算出致动器10的能量效率γ。能量效率γ的一个例子是功率比，它是通过将致动器10的功率除以输入该致动器10的电功率而获取的。
随后，在步骤S37中，判定运转要求的达成度是否等于或者大于规定值。具体来说，判定已通过执行能量管理程序而确定的运转要求(例如力、位置、速度或者加速度)与由车辆状态传感器16b检测到的车辆状态之间的偏差是否等于或者小于设定值。在这里，运转要求对应于致动器10的目标输出。另一方面，车辆状态的检测值是致动器10的实际输出。
假设运转要求的达成度并不等于或者大于所述规定值，那么步骤S37的判定为否(NO)，并且立即结束此次能量效率判定程序的执行。也就是说，如果所述运转要求的达成度不等于或者大于所述规定值，那么省去用于改善能量效率γ的过程，这就使运转要求的达成优先于能量效率γ的改善。
另一方面，如果假设所述运转要求的达成度等于或者大于所述规定值，那么步骤S37的判定为是(YES)，程序前进至步骤S38。在步骤S38中，判定能量效率γ的计算值是否基本为上限值。例如，判定是否在理论上能够将能量效率γ改善至大于计算值的值。此时，如果假设能量效率γ的运转值并非所述上限值，那么步骤S37的判定为否(NO)，并且程序前进至步骤S39。
在步骤S39中，判定是否由于对其它性能的要求而存在对改善能量效率γ的限制。例如，如果致动器10的运转模式在车辆运行不稳定的状态下发生改变，那么致动器10的实际输出与运转要求之间的偏差可能会增大。因此，当车辆的稳定性足够高时，运转模式应发生改变。因此，即使在理论上能够改善能量效率γ，但事实上仍存在某种不合适的情况。必须指出的是，可通过判定与车辆转向、制动以及控制相关的条件是否累积成立来判定车辆的稳定性是否足够高。
与车辆转向相关的条件的示例可以是当车辆的侧向加速度等于或者小于规定值或者驾驶员对转向盘的运转速度等于或者小于规定值时成立的条件。
与车辆制动相关的条件的示例可以是当车辆在制动运转期间的减速度等于或者小于规定值或驾驶员对制动运转件的运转速度等于或小于规定值时成立的条件。
与车辆控制相关的条件的示例可以是当设置在车辆上作为车辆控制装置的防抱死控制装置、车辆稳定性控制装置、牵引力控制装置以及制动器辅助控制装置没有不处于运转状态时成立的条件。作为来自于其它性能的要求，由于当致动器10是通过燃烧燃料获取机械能的发动机，并且如果存在控制参数例如燃料喷射量、进气量、气门升程量、气门提升正时、以及点火正时，排放物的成分可能因为这些参数的值而改变，因此存在对排放控制标准的要求。
因此，即使在理论上能够改善能量效率γ，但仍存在事实上不能达成这种改善的情况。步骤S39中的处理即用于解决这种问题。图6是步骤S39的处理的流程图。
首先，在步骤S51中，判定与转向有关的条件是否成立。如果该条件成立，那么程序前进至步骤S52，在步骤S52判定与制动相关的条件是否成立。如果与制动相关的条件成立，那么程序前进至步骤S53，在步骤S53判定与车辆控制相关的条件是否成立。如果与车辆控制相关的条件成立，那么程序前进至步骤S54，在步骤S54判定能量效率γ的改善是否与其它性能发生干涉(抵触)。如果能量效率γ的改善不会与其它性能发生干涉，那么步骤S39的判定为是(YES)，并且程序前进至步骤S40。
另一方面，如果四个条件中的任意一个不成立，那么步骤S39的判定为否(NO)，并且程序前进至步骤S41。假设在理论上和事实上均能够达成能量效率γ的改善，那么步骤S39的判定为是(YES)，并且程序前进至步骤S40，在步骤S40判定必须改变致动器10的运转模式，以改善能量效率γ。在这种情况下，接着，利用计算机20执行运转模式改变程序。这种运转模式改变程序的内容将在下文进行描述。
如上所述，对能量效率判定程序的执行结束。
在上述情况下，能量效率γ的计算值不等于上限值，即，在理论上能够改善能量效率γ。另一方面，如果能量效率γ的计算值基本等于上限值，即如果在理论上能够改善能量效率γ，那么步骤S38的判定为是(YES)，并且程序前进至步骤S41。在步骤S41中，判定能量效率γ的计算值是否等于或者小于规定值。
此时，假设计算值等于或小于规定值，那么步骤S41的判定为是(YES)，并且程序前进至步骤S42，在步骤S42判定能量传送系统出现异常。
另一方面，如果假设能量效率γ的计算值大于规定值，那么步骤S41的判定为否(NO)，并且程序前进至步骤S43，在步骤S43判定能量效率γ的计算值处于目标状态(理想状态)。此后，在步骤S44中，判定从运转要求的达成和能量效率γ的最大化角度来看当前的运转模式对致动器10是合适的，并且因此至少下一次的运转模式保持为当前运转模式。
在任何情况下，此次对能量效率判定程序的执行结束。
如上所述，计算机20中执行能量效率判定程序的部分构成能量效率判定部62；计算机20中执行图5所示步骤S31和S33至S35的处理的部分构成输入能量检测装置80；计算机20中执行步骤S32至S35的处理的部分构成输出能量检测装置82；计算机20中执行步骤S36的处理的部分构成能量效率计算装置84；计算机20中执行步骤S37至S39、S43以及S44的处理的部分构成目标状态判定装置86；并且计算机20中执行步骤S37至S39、S41以及S42的处理的部分构成异常判定装置88。
需要指出的是，考虑到在本实施例中致动器10与车辆运动相关，尽管在假定运转要求充分达成的情况下可以尝试改变致动器10的运转模式以理想地增加能量效率γ，但是如果例如致动器10是与车辆内乘客的舒适相关的致动器，例如空调器的致动器，那么在假定已理想地增加的能量效率γ的情况下通过改变致动器10的运转模式，可充分满足乘客对舒适的需求，从而也能实现本发明。
图7是根据运转模式改变程序的运转流程图。
在运转模式改变程序中，首先在步骤S71中，从多个可以影响致动器10的能量效率γ的控制参数中选择可改善能量效率γ但基本不改变致动器10的实际输出的控制参数作为注目(针对性)控制参数X。例如，如果致动器10涉及发动机的输出，那么指示发动机运转状态的参数—例如燃料喷射量、进气量、气门升程量、气门提升正时以及点火正时—被选择为注目控制参数的候选者。其中，在满足对发动机的要求的同时可以改善致动器10的能量效率γ的控制参数被选作注目控制参数X。
接着，在步骤S72中，通过给所选的注目控制参数X的当前值增加校正值ΔX而对所选的注目控制参数X进行校正。
接着，在步骤S73中，预测当采用校正后的注目控制参数X时的能量效率γ。
此后，在步骤S74中，判定预测值是否大于能量效率γ的当前值，即是否能够存在改善能量效率γ的可能性。假设不存在改善的可能性，那么步骤S74的判定为否(NO)，并且程序前进至步骤S75，在步骤S75中通过从注目控制参数X的当前值中减去校正值ΔX而对该注目控制参数X进行校正。接着，程序前进至步骤S73。
在步骤S73中，以与上述相同的方式预测当采用校正后的注目控制参数X时的能量效率γ。此后，在步骤S74中，判定是否可以通过采用校正改善能量效率γ。此次，假设存在改善的可能性，则步骤S74的判定为是(YES)，并且程序前进至步骤S76。
如上所述，通过执行步骤S72至S75中的处理，确定出对注目控制参数X进行校正以改善能量效率γ的方向(增加或减小)。
此后，在步骤S76中，根据确定出的校正方向，预测将能量效率γ改善为上限值(最大值)的校正量，并由此最终确定出注目控制参数的值。
这样，此次运转模式改变程序的执行结束。
如上所述，计算机20中执行运转模式改变程序的部分构成运转模式改变部64。此外，在本实施例中，能量管理部60构成运转部，能量效率判定部62构成了获取部，并且运转模式改变部64构成改变部。
此外，在本实施例中，汽车或车辆对应于机器，能量源14对应于供给能量的供给部，而致动器10对应于消耗由供给部所供给的能量的消耗部。
此外，在本实施例中，计算机20中执行图5所示步骤S37和S40的处理的部分构成第一改变容许/禁止装置，并且计算机20中执行步骤S38和S40的处理的部分构成第二改变容许/禁止装置。
此外，在本实施例中，图4中的能量管理程序构成了运转步骤，图5中的能量效率判定程序构成获取步骤，图7中的运转模式改变程序构成改变步骤。
本发明并不局限于具体公开的实施例，在不脱离本发明范围的前提下，可以进行多种变型和修改。
Claims (13)
1.一种管理在具有供给能量的供给部和消耗由所述供给部供给的能量的消耗部的机器中消耗的能量的能量管理装置，所述能量管理装置包括：
通过利用由所述供给部供给的能量使所述消耗部运转的运转部；
获取作为能量效率的从供给到所述消耗部的输入能量到从所述消耗部输出的输出能量的能量变换特性的获取部；以及
基于所获取的能量效率改变所述消耗部的运转条件以改善所述能量效率的实际值的改变部。
2.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，它还包括用于在至少一个条件累积成立时容许所述改变部改变所述运转条件并且用于在所述至少一个条件不成立时禁止改变所述运转条件的第一改变容许/禁止装置，其中，所述至少一个条件包括对所述消耗部的运转要求与所述消耗部的实际输出之间的偏差等于或者小于规定值的条件。
3.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，它还包括用于基于所获取的能量效率容许或禁止所述改变部改变所述运转条件的第二改变容许/禁止装置。
4.根据权利要求3所述的能量管理装置，其特征在于，它还包括用于在至少一个条件成立时容许所述第二改变容许/禁止装置改变所述运转条件并且在所述至少一个条件不成立时禁止改变所述运转条件的装置，其中，所述至少一个条件包括所获取的能量效率不等于实质上没有改善余地的上限值的条件。
5.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，所述机器包括由所述消耗部运转的运转部，所述获取部包括用于基于所述运转部的运转量来获取输出能量的输出能量获取装置，其中，所述能量管理装置还包括判定设置在所述消耗部与所述运转部之间的能量传送系统是否异常的判定部。
6.根据权利要求5所述的能量管理装置，其特征在于，所述判定部包括用于在多个条件时判定所述能量传送系统异常的装置，所述多个条件包括其中所述获取的能量条件为实质上没有改善余地的上限值的条件和其中所获取的能量效率等于或小于规定值的条件。
7.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，所述机器是可运动体，所述消耗部包括与所述可运动体的驱动相关联的致动器、与所述可运动体的制动相关联的致动器以及与所述可运动体的运动方向的变换相关联的致动器中的至少一个致动器。
8.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，所述消耗部包括多个致动器，从而所述供给部共同给所述多个致动器供给能量，所述运转部包括用于计算各致动器的运转所必需的目标值同时与其它致动器共同采用功率或功为单位的装置。
9.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，它还包括确定对所述消耗部的运转要求的运转要求确定装置，并且其中，所述运转部包括用于基于由所述运转要求确定装置确定的运转要求来运转所述消耗部的装置。
10.根据权利要求9所述的能量管理装置，其特征在于，所述运转要求确定装置包括：
检测包括由运转所述消耗部的驾驶员发出的指令、所述消耗部的运转状态以及所述消耗部的运转环境中的至少一个的运转信息的信息检测器；和
用于基于由所述信息检测器检测的所述运转信息来确定所述运转要求的运转要求确定装置。
11.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，所述改变部基于所获取的能量效率改变所述消耗部的运转条件，以便所述能量效率的实际值成为等于实质上没有改善余地的上限值。
12.根据权利要求1所述的能量管理装置，其特征在于，所述改变部基于所获取的能量效率改变所述消耗部的运转条件，以便所述能量效率的实际值成为等于实质上没有改善余地的上限值并且大于规定值。
13.一种管理在具有供给能量的供给部和消耗由所述供给部供给的能量的消耗部的机器中消耗的能量的能量管理方法，所述能量管理方法包括：
通过利用由所述供给部供给的能量来使所述消耗部运转的运转步骤；
获取作为能量效率的从供给到所述消耗部的输入能量到从所述消耗部输出的输出能量的能量变换特性的获取步骤；以及
基于所获取的能量效率改变所述消耗部的运转条件以改善所述能量效率的实际值的改变步骤。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20091216 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |