本发明涉及一种确定混合电动车辆的最佳操作点的方法。更具体地，本发明涉及一种基于使用发动机和电动机获得驱动力的混合电动车辆的系统效率来确定发动机和电动机的最佳操作点的方法。
背景技术：
本节中的说明仅提供与本发明相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。
通常，与传统的内燃机车辆(一般发动机车辆)不同，并联型混合电动车辆(hev)通过发动机和电动机的动力分配满足驾驶员的加速需求。
操作混合电动车辆以遵循最佳操作线(ool)，从而达到最大效率以便提高系统效率。当驾驶员需求扭矩高于ool的发动机扭矩时，通过电动机输出(电动机驱动扭矩)补偿其间的差值，当驾驶员需求扭矩低于ool的发动机扭矩时，利用电动机的反扭矩(电动机再生扭矩)来对电池进行再充电。
在这种情况下，基于由控制器从车辆收集的车辆行驶信息、状态信息、环境变量等来确定需求扭矩。然后，将具有最高系统效率的操作点确定为满足需求扭矩的操作点候选中的最佳操作点，并且根据最佳操作点控制发动机操作。
当需求扭矩高于根据ool的发动机扭矩时，它们之间的差值由电动机输出补偿以满足需求扭矩(放电)，而当需求扭矩低于发动机扭矩时，电动机操作为发电机，通过发动机生成的额外输出来对电池进行再充电(充电)。
这种方法为如下策略：与电动机相比，根据操作点提高发动机效率以具有显着的效率改变。
因此，当基于系统效率选择发动机和电动机的最佳操作点的组合时，基于发动机效率和充电期间电动机/电池的充电效率来选择用于达到最佳系统效率的操作点。
类似地，还基于发动机效率和放电期间电动机/电池的放电效率来选择用于达到最佳系统效率的操作点。
该方法是如下方法：通过仅考虑充电的充电效率和仅考虑放电的放电效率来达到最佳系统效率。
然而，发动机生成的额外输出不是当仅考虑实际充电效率时实际发送至动力系统以用于生成动能的输出，而是在考虑充电效率和放电效率两者的情况下被再转换为动能。
类似地，除了仅考虑放电效率之外，当输出首先存储在电池中时，考虑到充电效率，通过电池放电在电动机中转换为动能的电池输出可精确反映整体系统效率。
技术实现要素：
在一个方面中，本发明提供了一种确定混合电动车辆的最佳操作点的方法，用于改进在使用发动机和电动机获得驱动力的混合电动车辆中确定系统效率的方法，以便提高车辆燃料效率、减少电池使用量以及延长电池寿命。
在本发明的一种实施方式中，确定混合电动车辆的最佳操作点的方法包括：确定需求扭矩；将需求扭矩与从最佳操作线获得的发动机扭矩参考值进行比较，以确定一确定模式，这里，该确定模式是充电模式或放电模式；在确定模式中确定包括满足需求扭矩的发动机操作点和与发动机操作点对应的电动机操作点的组合的多个候选点；当确定模式为充电模式时，使用多个候选点中的每一个候选点的充电效率和先前行驶期间的放电效率来计算充电期间的系统效率；以及将在充电期间具有最高系统效率的候选点确定为最佳操作点。
在本发明的另一实施方式中，确定混合电动车辆的最佳操作点的方法包括：确定需求扭矩；将需求扭矩与从最佳操作线获得的发动机扭矩参考值进行比较，以确定一确定模式，这里，该确定模式是充电模式或放电模式；在确定模式中确定包括满足需求扭矩的发动机操作点和与发动机操作点对应的电动机操作点的组合的多个候选点；当确定模式为放电模式时，使用多个候选点中的每一个候选点的放电效率和先前行驶期间的充电效率来计算放电期间的系统效率；以及将在放电期间具有最高系统效率的候选点确定为最佳操作点。
根据本文提供的描述，其它适用范围将变得显而易见。应当理解，描述和具体示例仅旨在用于说明的目的，而不旨在限制本发明的范围。
附图说明
为了可很好地理解本发明，现在将参考附图描述以示例的方式给出的本发明的各种实施方式，其中：
图1是确定最佳操作点的操作的流程图。
具体实施方式
以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明、应用或用途。应当理解，在整个附图中，对应的附图标记表指示相同或对应的部件和特征。
本发明提供了一种确定混合电动车辆的最佳操作点的方法，用于改进在使用发动机和电动机获得驱动力的并联型混合电动车辆中确定系统效率的方法，以增强车辆效率、减少电池使用量以及延长电池寿命。
为此，在根据本发明的一种实施方式的确定最佳操作点的方法中，可以考虑系统的充电效率和放电效率两者来确定发动机和电动机的最佳操作点。
通常，为了在混合电动车辆中选择最佳操作点，车辆中的控制器实时收集车辆行驶信息(来自加速踏板传感器(aps)、制动踏板传感器(bps)等)、车辆状态信息(例如档位、车速、发动机速度(rpm)、电池充电状态(soc)等)和环境变量(例如道路)，并且基于收集的信息来确定需求扭矩。
可确定满足确定的需求扭矩的操作点候选(以下称为“候选点”)，可确定每一个候选点的系统效率，然后可将具有最高系统效率的操作点确定为候选点中的最佳操作点。
这里，候选点包含发动机扭矩和电动机扭矩(充电期间的再生扭矩和放电期间的驱动扭矩)的组合，并且当如上所述确定最佳操作点时，可根据对应组合的发动机扭矩和电动机扭矩来控制发动机和电动机的操作。
当遵循最佳操作线的发动机扭矩(发动机扭矩参考值)大于需求扭矩时，可通过额外的发动机输出将反扭矩(电动机再生扭矩)施加至电动机，以通过操作为发电机的电动机生成的电力来对电池进行再充电(充电)。
另一方面，当需求扭矩大于发动机扭矩时，可通过电动机扭矩(电动机驱动扭矩)补偿它们之间的差值以满足需求扭矩(放电)。
在本发明中，确定需求扭矩的操作和确定候选点的操作是相关技术，在此将省略其详细描述。
如上所述，为了确定最佳操作点，可使用与各个候选点对应的信息项来计算系统效率，然后需要选择具有最高系统效率的操作点(最佳操作点)。
因此，确定混合电动车辆的最佳操作点的操作可包括如下操作：使用需求扭矩和候选点中的电动机输出(从电动机扭矩获得)和发动机输出(从发动机扭矩获得)的信息、当前电动机/电池的充电效率和放电效率、发动机效率信息等来计算系统效率。
通常，关于系统效率的计算，在充电期间仅使用充电效率或在放电期间仅使用放电效率来计算系统效率。
然而，根据本发明，可使用充电和放电期间的充电效率和放电效率两者来计算系统效率。
详细地，在放电期间，可使用先前的平均充电效率(平均充电效率)和当前放电效率来计算系统效率(充电期间的系统效率)，然后可将具有最高系统效率的候选点确定为候选点中的最佳操作点。类似地，在充电期间，也可使用先前的平均放电效率(平均放电效率)和当前充电效率来计算系统效率(放电期间的系统效率)，然后可将具有最高系统效率的候选点确定为最佳操作点。
与在充电期间仅使用当前充电效率和在放电期间仅使用放电效率的常规系统和方法不同，本发明附加地利用先前行驶期间的平均充电效率和平均放电效率。
这里，操作点的确定是指确定发动机操作点和电动机操作点两者。每一个候选点都包含发动机操作点和电动机操作点的组合，并且基于系统效率获得的最佳操作点包括最佳发动机操作点和最佳电动机操作点的组合。
平均充电效率和平均放电效率可代替后续行驶期间的预测充电效率和预测放电效率，并且因此，根据本发明，可使用从前一时间起的最近预定时间内的行驶期间的平均效率来替代后续行驶期间的预测值。
平均充电效率和平均放电效率可为反映驾驶员特点的充电效率和放电效率。
在本发明的另一实施方式中，平均充电效率可为在最近预定时间内的充电期间的平均效率(应用移动平均值)，并且平均放电效率也可为在最近预定时间内的放电期间的平均效率。
根据以下等式1和2，可计算满足需求扭矩的充电期间的系统效率和放电期间的系统效率。
[等式1]
[等式2]
这里，以上等式中的每一个符号都可如下定义。
ηsys，chg：充电期间的系统效率
ηsys，dch：放电期间的系统效率
ηchg：当前充电效率
ηdch：当前放电效率
ηav，chg：最近预定时间内的平均充电效率
ηav，dch：最近预定时间内的平均放电效率
ηeng：发动机效率。
在本发明的一种实施方式中，可基于以上计算的系统效率在候选点中选择具有最高系统效率的操作点，即最佳发动机操作点和电动机操作点。在这种情况下，可区分充电和放电，因此可使用充电期间的系统效率或者可使用放电期间的系统效率。
参考以上等式1，可根据发动机输出
参考以上等式2，可根据发动机输出
在以上等式1和2中，可根据需求扭矩输出发动机输出和电动机输出的和，即，与需求扭矩对应的需求输出，因此可使用需求输出来替代以上等式1和2的发动机输出和电动机输出的和。
图1是根据本发明的确定最佳操作点的操作的流程图。以下将参考附图描述本发明。
图1的操作可由车辆中的控制器(例如，混合控制单元(hcu))来实现，因此可首先检查电池充电状态(以下称为“soc”)。
电池soc信息可为由电池管理系统(bms)提供的信息。
然后，控制器可将当前电池soc与预定soc上限sochigh和预定soc下限soclow实时比较(s11和s13)，在当前电池soc等于或大于soc上限sochigh时，进入充电限制模式(s12)，并且在当前电池soc等于或小于soc下限soclow时，进入放电限制模式(s12)。
充电限制模式和放电限制模式为公知的技术，因此这里将省略其详细描述。
另一方面，在当前soc小于soc上限sochigh且大于soc下限soclow时，根据本发明的确定最佳操作点的操作来确定最佳操作点，并且在确定最佳操作点之后，控制动力源的操作(即，发动机和电动机的操作)，使得使用确定的最佳操作点进行行驶。
具体地，当获取需求扭矩tdemand并且基于根据车辆的发动机特点的发动机效率图(其可为根据发动机扭矩和发动机速度(rpm)的效率图)获取遵循最佳操作线的发动机扭矩参考值tool时，可检查需求扭矩tdemand和发动机扭矩参考值tool(s15)，并将其进行互相比较(s16)。在这种情况下，当需求扭矩tdemand小于发动机扭矩参考值tool时，可实现充电模式控制，而当需求扭矩tdemand大于发动机扭矩参考值tool时，可实现放电模式控制。
这里，在需求扭矩tdemand小于发动机扭矩参考值tool的充电模式的情况下，可根据发动机的整个操作区域的图确定满足需求扭矩的用于驱动发动机的多个发动机操作点，可确定与各个发动机操作点对应的电动机操作点，以及然后，可基于候选点的设定信息和效率信息，根据以上等式1来计算每一个候选点的充电期间的系统效率(s17)。
然后，可在候选点中选择在充电期间具有最高系统效率的候选点，并将其确定为最佳操作点(s18)，可确定发动机扭矩tengine和电动机扭矩(电动机再生扭矩)tmotor(对应于最佳操作点)，以及然后，可以根据确定的发动机扭矩和电动机扭矩来控制发动机和电动机的操作。
在这种情况下，确定的最佳操作点的发动机扭矩tengine和电动机扭矩(作为负值的电动机再生扭矩(充电扭矩和发电扭矩))tmotor之和可为需求扭矩tdemand，并且可在电动机发电以对电池进行再充电的操作中使用需求扭矩与发动机扭矩之间的扭矩差。
当获得最佳操作点时，可使用获取的最佳操作点中的充电效率重新计算先前预定时间内的平均充电效率(移动平均数)，然后可更新并存储平均充电效率值(s18)。
另一方面，在需求扭矩tdemand大于发动机扭矩参考值tool的放电模式的情况下，可根据发动机的整个操作区域的图确定满足需求扭矩的用于驱动发动机的多个发动机操作点，可确定与各个发动机操作点对应的电动机操作点，以及然后，可基于候选点的设定信息和效率信息，根据以上等式2来计算每一个候选点的放电期间的系统效率(s19)。
然后，可在候选点中选择在放电期间具有最高系统效率的候选点，并将其确定为最佳操作点，确定与最佳操作点对应的发动机扭矩tengine和电动机扭矩tmotor(s20)，以及然后，可控制发动机和电动机的操作，使得输出确定的发动机扭矩和电动机扭矩。
在这种情况下，确定的最佳操作点的发动机扭矩tengine和电动机扭矩(作为正值的电动机驱动扭矩)tmotor的和可为需求扭矩，并且可使用电机扭矩来补偿需求扭矩与发动机扭矩之间的扭矩差。
当获得最佳操作点时，可使用最佳操作点中的放电效率重新计算先前预定时间内的放电平均效率(移动平均数)，然后可更新并存储放电平均效率值(s20)。
下表1和2示出了计算充电期间的系统效率和放电期间的系统效率并且在多个候选点中选择最佳操作点的示例。
[表1]
[表2]
虽然对于上表1和表2中的充电和放电中的每一个的候选点的数量为4，但这仅仅是简单地通过减少候选点的数量而获得的示例，以便简化本发明的说明书，因此，候选点的数量实际上可以各种方式改变，并且与上表1和2中的示例相比，可确定具有更大数量的实际候选点。
上表1和表2示出了如下示例：四个候选点(充电a至充电d以及放电a至放电d)基于具有低发动机bsfc的操作点满足需求扭矩“a”，发动机扭矩“c”的差值为5nm，以及从发动机效率图中提取该四个候选点。
在上表1和表2中的每一个候选点(充电a至充电d以及放电a至放电d)处，需求扭矩“a”可为发动机扭矩“c”(nm)和电动机扭矩“d”(充电期间的电动机再生扭矩和放电期间的电动机驱动扭矩)(nm)的和，充电期间的电动机扭矩可为作为负值(表中省略了负号“-”)的电动机再生扭矩，并且放电期间的电动机扭矩可为作为正值(+)的电动机驱动扭矩。
在以上等式1和2中，根据需求扭矩输出发动机输出“e”(kw)和电动机输出“f”(kw)的和，即与需求扭矩对应的需求输出(kw)，因此，可利用需求输出代替以上等式1和2的发动机输出和电动机输出的和。
每一个候选点的充电期间的电动机输出都可为作为负值(在表中省略了负号“-”)的电动机再生功率，并且放电期间的电动机输出可为作为正值(+)的电动机驱动功率“f”。
在这种情况下，可通过将作为充电期间的电动机输出的电动机再生功率“f”乘以当前充电效率“h”来计算充电功率(kw)，并且可通过将作为放电期间的电动机输出的电动机驱动功率“f”除以当前放电效率“h”来计算放电功率(kw)。
在上表1和表2中，可通过将发动机输出“e”乘以制动比燃料消耗率(bsfc)“g”(g/kwh)来计算燃料消耗“j”(g/h)。
在上表2的示例中，假设先前行驶期间的充电和放电期间的平均效率“k”(即，平均放电效率和平均充电效率)均为0.9。
在上表2中，如在传统情况下，将在充电期间仅使用充电效率并且在放电期间仅使用放电效率而获得的系统效率定义为“单一系统效率”，并且根据本发明，将在充电期间使用充电效率和平均放电效率并且在放电期间使用放电效率和平均充电效率而获得的系统效率定义为“复合系统效率”。
从上表2中可以看出，在传统情况下，在充电期间具有最高单一系统效率的[充电c]和在放电期间具有最高单一系统效率的[放电b]被确定为最佳操作点。
另一方面，根据本发明，在充电期间具有最高复合系统效率的[充电b]和在放电期间具有最高复合系统效率的[放电c]被确定为最佳操作点。
因此，当应用单一系统效率和复合系统效率时，在相同条件下不同地确定最佳操作点。在这方面中，在实际车辆行驶期间，关于应用根据本发明的最佳操作点确定方法的情况和应用传统最佳操作点确定方法的情况，检查并比较燃料效率和电池使用量。在这种情况下，与传统情况相比，可以看出，根据本发明的燃料效率增加并且电池使用量减少。
电池充电/放电电流幅度也可能降低，因此，电池使用量的减少和电池充电/放电电流幅度的减小可极大地有助于延长电池的寿命。
因此，在根据本发明的混合电动车辆的最佳操作点确定方法中，可使用充电和放电期间的充电效率和放电效率两者来计算系统效率，以便确定最佳操作点，与传统情况相比，该最佳操作点更精确地反映充电和放电情况，从而有助于提高车辆燃料效率。
同时考虑充电效率的降低和放电效率的降低，从而可降低所有功率电子(pe)组件的负载的使用，从而减少电池使用量并延长电池寿命。
另外，可估计并在系统效率计算中反映考虑驾驶员特点的情况下的充电和放电效率(平均充电和放电效率)，以便确定根据驾驶员特点个性化的最佳操作点。
本发明的描述本质上仅仅是示例性的，因此，不偏离本发明的实质的变化旨在包括在本发明的范围内。不认为这样的变化偏离本发明的精神和范围。