混合动力车辆的能量管理方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于响应于驾驶员对混合动力车辆的动力传动系上的转矩要求地管理能量的方法，该动力传动系包括一个热力发动机和至少一个由电池供电的电动马达，该动力传动系根据以下管理规则在减速过程中能够恢复能量：实时分配来自该热力发动机和该电动马达或这种电动马达的能量供应，其特征在于：该能量管理规律取决于以下因子：一个当量因子(s)，该当量因子是基于电池的瞬时能量状态(soek)、目标能量(soe目标)以及车辆的行车条件的；以及一个放电预补偿因子，该放电预补偿因子是基于在减速过程中可恢复能量的潜力(p)的。
【专利说明】混合动力车辆的能量管理方法
[0001]本发明涉及对于响应于驾驶员的转矩请求而流入机动车辆的混合动力推进单元的能量的分配管理。
[0002]更确切地说，它的目的是一种管理来自混合动力车辆的推进单元的能量的方法，该推进单元包括一个内燃发动机和至少一个由电池供电的电动马达，该方法在减速过程中能够恢复能量、遵循的管理规律为实时分配来自该内燃发动机和该电动马达的能量供应。
[0003]以前轮或后轮驱动的混合动力车辆的推进单元包括一个内燃发动机和由至少一个安装在该车辆上的电池供电的一个或多个电动马达器。
[0004]混合动力推进单元的控制系统被设计成用来管理随行车条件变化的这些不同电动马达的运行和同步以便限制燃料消耗并且使污染物的排放最小化。我们将这称为热能流动和电能流动的管理，具体指明了应用于该控制系统中的控制策略以便最优化来自内燃发动机的能量供应与来自电动马达的能量供应之间的动力分配。为选择最佳操作点而使用的原理的组成为使得热能消耗与电能消耗的总和最小化、遵循一种管理规律来实时分配来自该内燃发动机的能量和来自该电动马达的能量。
[0005]混合动力车辆的能量管理规律自然而然倾向使用电池中所包含的能量，尤其是在高速时。而且，在减速过程中这些电池能够恢复能量。然而在某些显著的和/或长期的下坡中，例如在山路上，电池中的能量水平可能超出了可恢复能量水平。在减速和/或刹车过程中，于是就不可能在电池中恢复车辆全部的动能和势能。还从能量方面考虑，这种情形改变了车辆在减速阶段的表现并且降低了驾驶的舒适度。
[0006]公开文件FR 2 926 048披露了一种混合动力车辆的加速控制方法，其目的是通过确保驾驶者在所有情况下都具有强劲的加速度来改善驾驶的舒适度，这是通过不仅将电池的电荷状态而且将在减速过程中可恢复的电能的量考虑在内的一种电能供应来实现的。
[0007]因此该方法具有利用刹车的潜在电能来提高车辆的加速响应的优点。然而在实际刹车或减速情况下，它对车辆的表现和能量管理没有影响。
[0008]本发明的目的在于，在混合动力车辆刹车和减速过程中最优化能量恢复潜能，同时促进燃料消耗减少以及车辆在减速阶段过程中的同类的表现。
[0009]为此目的，提出的是能量管理规律取决于以下因子:
[0010]-一个当量因子，该当量因子是电池的瞬时能量状态、目标能量以及车辆的行车条件的函数，以及
[0011]-一个放电因子，该放电因子是在减速过程中潜在可恢复的潜在能量的函数。
[0012]优选地，一旦潜在可在减速过程中恢复的能量超过电池的吸收能力，就将该放电因子考虑进能量管理规律中。
[0013]根据本发明的一个非限制性实施例，这种当量因子是在一个调节环路中确定的，该调节环路能够在该推进单元的一个操作点处使得车辆的总能量消耗最小化。
[0014]通过阅读对本发明一个非限制性实施例的以下说明并且参照附图(其单一的附图解释了该原理)，本发明的其他特征和优势将变得清楚。
[0015]混合动力车辆的能量管理规律将驾驶者所请求的转矩在电动机器之间进行实时分配以最小化总燃料消耗。它是基于使得以下类型函数最小化，以用于通过一个因数S来在能量管理规律中对来自电动马达的能量进行加权:
[0016]H_eq =热_消耗+s*电_消耗，其中
[0017]-该热消耗是内燃发动机的转矩和速度的函数
[0018]-该电消耗是电动机器的转矩和速度的函数，并且
[0019]-S是在热功率与电功率之间转换能量当量的一个当量因子，
[0020]在附图所示的针对当量因子s的计算环路的非限制性实施例中，在时刻k第一比较器Cl作为输入值而接收电池能量状态SOek和能量状态的目标值soe目标。差值(soeg标-soek)被乘以一个修正因子Kp。第二比较器C2产生[Kp(Soew-Soek)]的结果与一个积分矫正项的和，这确保了根据所遇到的行车条件的变化来修正当量因子。饱和器S使得这个和饱和，这确保了该当量因子保持在控制限度内。最小饱和极限(satmin-l/He)和最大饱和极限(satmax-l/He)确保了对强制充电和放电模式的控制。
[0021]最大饱和度Satmax是控制该推进单元的最大当量值，使得电池充电至最大。饱和度Satmin是控制该推进单元的最小当量值，使得电池放电至最大。积分器I对该饱和器S的输出与该积分器通过使用较器C3乘以一个修正因子Iii后的自身的积分之间的差值进行积分。通过将这个差值进行积分，当系统饱和时，积分器不能超调(race)。这个方法被人们熟知为“抗积分饱和”。用比较器C4将前馈式项I/η c添加到该饱和器输出上。这个前馈项允许随着一种识别出的和/或预测的行车情形的变化来直接适配这种当量因子。
[0022]这个环路包括一种针对代表电池能量的瞬时状态与电池的目标能量之间的差值的、与抗积分饱和装置相关联的项的环路积分器。它还包括一个比例补偿项。
[0023]该环路还具有一个前馈项。该当量因子是根据以下方程离散受控的:
[0024]Sk+1 = I/ nc+Kp(soe 目标_soek+1)+Kp K1 (soe @fe-soek)
[0025]在这个方程中，soe目标是有待获得的目标能量状态，并且Soek是电池在时刻k时的能量状态。Kp和K1对应地是比例修正增益和积分修正增益；Π。是电能到热能的平均转换效率。该平均转换效率H。可以因此被计算成永久地适应从可预测的行车条件的先验知识而来的情况、或从先前的行车条件分析而来的情况。这种积分修正应用了一种对假想的能量当量的后验修正。
[0026]如果识别出例如“拥塞”型的行车条件，则有可能将一个与拥塞相适配的值赋予该转换效率Π。，并且有可能获得实质上不同于高速驾驶当量的一个当量因子。
[0027]最后，当该当量饱和时，即该当量因子s达到极限值，无论如何都会迫使电池充电或放电，该当量因子s不会超过可接受的(下或上)极限，因为抗积分饱和功能防止了该积分项的突然超调。
[0028]在这个环路的输出处，在比较器C4中通过添加一个前馈项来修正该当量因子S，当能量恢复潜能P大于电池可以吸收的总能量E减去电池中在所讨论的时刻测得能量水平soek时,该前馈项迫使放电。
[0029]该可恢复的能量潜力P是以经验性地限定的，优选是通过按照在不同坡度上的多种不同减速直至停止地测量电池中已恢复的能量。它还是车辆的估算速度V、道路的估计坡度P以及车辆的估计质量m的一个函数。可以产生多个图谱，这些图谱对于不同的车辆质量m给出随速度V和道路坡度P而变化的这种可恢复能量P。
[0030]该可恢复能量潜力p是在比较器C5中与差值E-Soek进行比较，该差值是电池的最大能量水平与其瞬时能量状态soek之间的差值。
[0031]减速过程中该潜在可恢复能量P —超过电池的吸收能力E_soek，该前馈项就被设定到一个迫使放电的值上，该前馈项是通过在比较器C4中加到一个当量因子s上来考虑进该能量管理规律中的，这样就给出了确定该能量管理规律的这个最终的当量因子efin。该放电因子在电池的充电状态(Soek)相对该潜在可恢复能量(P)足够低时被消除。
[0032]总之，在该能量管理规律中引入该放电前馈因子允许了在混合动力车辆的刹车过程中实现该潜在可恢复能量的最优化。通过在这些情况下进一步利用电能，它防止了在减速过程中所恢复的能量超过电池的吸收能力。因此本发明保证了使车辆的燃料消耗减少并且使对进入机械制动器的能量的耗散最小化。这些安排在装有没有档位变化的传动的、和/或在机械制动器与电动机器之间分配制动的车辆上是尤其有利的。
【权利要求】
1.一种对响应于混合动力车辆的驾驶员的转矩请求的推进单元的能量进行管理的方法，该推进单元包括一个内燃发动机和至少一个由电池供电的电动马达，该推进单元在减速过程中能够恢复能量、遵循的管理规律为实时分配来自该内燃发动机和来自该电动马达的能量供应，其特征在于该能量管理规律取决于以下因子: -一个当量因子(S)，该当量因子是电池的瞬时能量状态(SOek)、目标能量(soe目标)以及在一个调节回路中决定的该车辆的行车条件的函数，该调节环路能够在该推进单元的操作点处使得车辆的总能量消耗最小化，以及 -一个放电前馈因子，该放电前馈因子是潜在可在减速过程中恢复的能量(P)的函数。
2.如权利要求1中所述的方法，其特征在于一旦该潜在可在减速过程中恢复的能量(P)超过该电池的吸收能力，就将该放电因子考虑进该能量管理规律中。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于该放电因子是在比较器(C4)中添加到一个当量因子(S)上的。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于该放电因子是在该调节回路的输出处添加到该当量因子(s)上的。
5.如以上权利要求之一所述的控制方法，其特征在于该可恢复的能量潜力(P)是经验性地、通过在不同坡度上减速直至停止的过程中测量电池中已恢复的能量地限定的。
6.如权利要求5中所述的控制方法，其特征在于该可恢复的能量潜力(P)被限定为道路的估计坡度(P)的一个函数。
7.如权利要求5或6所述的控制方法，其特征在于该可恢复的能量潜力(P)是车辆质量(m)的一个函数。
8.如权利要求5、6或7所述的控制方法，其特征在于该可恢复的能量潜力(P)是车辆速度(V)的一个函数。
9.如以上权利要求之一所述的控制方法，其特征在于当该电池的充电状态(Soek)相对于该潜在可恢复能量(P)是足够低时，该放电因子被消除。
【文档编号】B60W20/00GK104379424SQ201380032825
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2013年6月25日 优先权日:2012年6月27日
【发明者】M·德贝尔, F·布勒耶-马丁, L·勒-罗伊 申请人:雷诺股份公司