专利名称：用于具有组合的电动和人力驱动装置的机动车的能量管理系统和用于运行这种机动车的方法
用于具有组合的电动和人力驱动装置的机动车的能量管理系统和用于运行这种机动车的方法本发明描述了一种用于具有组合的电动和人力驱动装置的机动车的能量管理系统以及一种用于运行这种机动车的方法。
现有技术具有组合的人力和电动驱动装置的机动车，尤其是自行车，多年来已为人所知。 在此情况下有两种基本原理的区别。在第一种驱动原理下，电动机仅仅在也施加人力时发出它的功率并且因此用作纯粹的辅助马达。具有这种驱动系统的自行车也常常称为“助踏式电动自行车”(Pedelecs)。电的辅助在此情况下例如是成比例的，从而例如电动机贡献了与司机相同的驱动功率。第二种驱动原理规定电动机与施加的人力相独立地发出能量并且因此也实现机动车的纯粹的电驱动装置。具有这种驱动系统的自行车常常称为电动自行车或E-Bike。司机此时可以例如通过“加速把手”(Gasgriff)设定电动机的驱动功率。但是人力驱动和电动驱动的组合不局限于自行车，而是也延伸到如它们例如在商标“Twike” 下销售的所谓的轻型电动汽车等。由文献DE102006062584A1已知一种用于机动车的驱动单元，包括一个能源，电动机和用于电能的存储器，其中在行驶期间该驱动单元依赖于机动车还要驶过的路程在存储器中储存电能。在此情况下的目的是，依赖于还要驶过的路程优化系统中的能量影响。还要驶过的路程此时通过摄像机摄取或通过卫星支持的导航系统计算。如果机动车是具有辅助马达的自行车，则由该文献中也已知，在必要时通过显示装置建议司机操纵踏板。由文献EP0846614A1已知一种具有辅助驱动装置的以人力工作的前行机构，它具有一个显示单元，其中显示基于电池的充电状态在不考虑人力下还留下的剩余作用距离。发明的公开
本发明提供一种用于具有组合的电动和人力驱动装置的机动车的能量管理系统，该机动车包括用于驱动机动车的电动机和用于向电动机供给电能的蓄能器，所述能量管理系统具有用于输入代表计划的行驶路段的参量的输入单元，用于依赖于蓄能器的充电状态和为了驶过计划的行驶路段确定的总能量需求确定功率要求的控制装置和用于将确定的功率要求输出给司机的输出单元。该功率要求在此情况下是为了驶过所述计划的行驶路段要由机动车的司机通过人力产生的目标功率。通过确定和输出为了完成计划的行驶路段要通过司机通过人力产生的功率，机动车的司机已经在行驶之前就被置于一种状况下，即自主地判断，是否自己的功率能力足够到达希望的行驶目的地。如果司机得出它的功率能力不足，那么他可以例如先行驶到一个充电站，以便对蓄能器例如蓄电池充电。在此情况下有利地确定和输出在整个行驶路段上平均地通过人力要产生的目标功率，从而司机可以简单地判断他是否有能力通过人力产生该目标功率。按照本发明的一个实施方式，机动车装配了由具有人力助力的电动机构造成的混合动力驱动装置。尤其是设置一种电的串联混合动力驱动装置，其中机动车经电动机驱动，并且司机通过发电机提供对驱动功率的贡献，该发电机可以用人力驱动并且向电动机供给附加的能量和/或对蓄能器充电。能量流在此情况下通过控制装置按照需要进行控制。但是本发明不限于具有这种驱动系统的机动车，而是与具体的驱动系统相独立地可以应用于各种机动车，在这些机动车中司机可以通过人力提供一部分需要的驱动功率。如果机动车附加地装备有导航系统，那么该导航系统可以与输入单元和控制装置耦联并且基于输入到输入单元中的希望的目的地和卫星支持的导航数据至少确定计划的行驶路段的长度。通过使能量管理系统与导航系统耦联，可以仅仅基于输入的希望的目的地确定对司机的功率要求。司机由此在事前不需要关于由他计划的行驶路段的长度的信息。此外， 导航系统一般具有要驶过的路段的其它的影响机动车的能量需求的数据。因此例如可以为控制装置提供关于要驶过的路段的高度分布和/或允许的或预计的行驶速度的数据并且在确定功率要求期间进行考虑。在按照本发明的用于运行具有组合的电动和人力驱动装置的机动车的方法中，其中该驱动装置包括用于驱动机动车的电动机和用于对电动机供给电能的蓄能器，通过输入单元输入代表该计划的行驶路段的参量，依赖于蓄能器的充电状态和计划的行驶路段的长度通过控制装置确定出功率要求并且通过输出单元将该确定的功率要求输出给司机。 该功率要求在此情况下是为了驶过该计划的行驶路段要由机动车的司机通过人力产生的目标功率。按照本发明的一个有利的实施方式，基于该希望的目的地和/或计划的行驶路段的长度以及当前的位置和/或已经完成的部分路段计算出还要驶过的剩余路段并且针对该剩余路段确定出更新的功率要求。更新的功率要求的确定在此情况下可以持续地或定期地，即在有规律的时间间隔下或者在各预先规定的路程之后，亦即例如在驶过的每千米之后，实施。按照本发明的一个实施方式，功率要求和/或更新的功率要求依赖于平均的能量消耗数据确定，该数据例如存储在控制装置中。也可以考虑当前的行驶的测量数据用于剩余路程的功率要求的计算。但是有利地，在确定功率要求和/或更新的功率要求时也可以考虑其它的影响能量消耗的数据，如计划的行驶路段的高度分布和/或预计的行驶速度。 这种数据例如通过导航系统提供。本发明的另一个实施方式规定，借助于人力驱动发电机，通过该发电机可以向电动机供给能量和/或对蓄能器充电，其中发电机的功率参数依赖于确定的功率要求或更新的功率要求进行调整。以这种方式例如可以实现使司机始终用尽可能最小的力完成计划的行驶路段。按照本发明的另一个实施方式，司机可以经输入单元输入一个希望功率，尤其是在整个行驶路段上的平均的希望功率。发电机的功率参数则相应于输入的希望功率进行调整。如果调整的希望功率不满足或再满足确定的功率要求或更新的功率要求，那么可以为司机输出一个报警提示和/或使发电机的功率参数匹配于当前的功率要求。本发明的另一个实施方式规定，备选地或附加地，也输入司机的通过人力可以产生的最大功率。在此情况下涉及的是通过司机最大可以通过人力产生的功率。有利地，在此情况下也输入通过司机通过人力最大可产生的在整个行驶路段上的平均功率。如果机动车装备有导航系统，那么可以依赖于希望的目的地和输入的最大功率确定一个合适的行驶路线。通过选择合适的行驶路线可以保证司机在考虑他的功率能力下可靠的到达希望的目的地。按照本发明的另一个实施方式，也可以通过输出单元输出司机信息，尤其是对于当前通过人力产生的实际功率不满足功率要求或更新的功率要求的情况。司机信息在此情况下例如可以设计成需要施加更高的功率和/或应该降低行驶速度，以便降低能量消耗的提示。但是，司机信息当然不限于此，而是可以包括涉及机动车的能量产生和能量消耗的任何信息。因此，例如也可以输出依据蓄能器当前的充电状态以及当前的司机功率可以实现的机动车的作用距离。通过持续地或定期地将当前通过人力产生的实际功率与功率要求或更新的功率要求进行比较并且通过输出相应的提示，对于该产生的实际功率不满足当前的功率要求的情况，可以提前通知司机对他的行驶方式进行必要的调整，从而由此可靠的到达希望的行驶目的地。如果机动车具有导航系统，那么当司机的实际功率低于更新的功率要求时， 也可以确定一个备选的具有较小的功率需求的路线。本发明的其它的特征和优点由以下关于附图的说明中得到。附图简述附图中所示
图1是具有组合的电动和人力驱动装置的机动车的示意图以及图2是按照本发明的能量管理系统的示意框图。图1示出了构造成轻型电动车的机动车1，它经电动机2驱动。电动机2为此与机动车1的至少其中一个车轮7耦联。电动机2主要通过至少一个例如形式为电池的蓄能器3供给能量，但是，备选地或附加地，也可以借助于发电机4和/或太阳能电池5供给能量。为此目的，蓄能器3，发电机4和太阳能电池5经控制装置6以合适的方式与电动机2 耦联。发电机4和/或太阳能电池5和必要时还有其它的能源，尤其是在机动车停止状态下，也可以用于对蓄能器3充电。发电机4可以通过人力驱动。在所示的实施例中，发电机4实施成踏板发电机， 该踏板发电机可以通过司机的踩踏运动经踏板驱动。但是也可以设想发电机4的一些实施方式，其中发电机不是借助于司机的腿力而是例如借助于司机的臂力驱动。在图1中示出的太阳能电池5只是举例说明是机动车1除了蓄能器3和发电机4 以外还可以配备的一种附加的能源。除了太阳能电池以外，也可以考虑其它的能源，如例如燃料电池或增程器(由内燃机驱动的发电机)用作这种附加的能源。但是，为了实现按照本发明的能量管理系统并不需要这种附加的能源。在机动车1内部的实际的能量管理由控制装置6承担，它为此目的与所有能源，在所示的实施例中即与蓄能器3，发电机4和太阳能电池5，以及电动机2耦联。控制装置6此外与一个没有示出的输入单元以及一个也没有示出的输出单元耦联。在图1中示出的各个单元的空间布置仅仅举例地示出并且可以以任意的方式和方法与机动车内的具体的框架条件和要求相适配。在图2中的示意图中示出一种按照本发明的能量管理系统。经输入单元20输入一个代表计划的行驶路段的参量，在最简单的情况下，是计划的行驶路段的长度或者也是计划的行驶路段的长度与希望的速度的结合，并且将其传送给控制装置6。该输入在此情况下例如可以借助于操纵元件，如按键或按钮，或也可以借助于触摸屏或通过语音输入来实施。如果机动车1装配了例如卫星支持的导航系统21，该导航系统与输入单元20和控制装置6耦联，那么控制装置可以基于输入到输入单元20中的希望的目的地依据机动车1的当前的位置确定计划的行驶路段的长度。其它的在导航系统中可供使用的并且影响机动车1的能量消耗的、关于要行驶的路段的数据，如例如关于要行驶的路段的高度分布 (ffihenprofil)的数据和/或要期待的行驶速度的数据，也可以提供给控制装置6。按照本发明的一个有利的实施方式，对于机动车1具有导航系统21的情况，导航系统21的输入单元同时被用作能量管理系统的输入单元20。蓄能器3装配了一个没有示出的电池管理系统，它监控蓄能器的状态并且分别将蓄能器3的当前的充电状态传送给控制装置6。依赖于计划的行驶路段的长度和必要时希望的速度以及其它的供使用的、影响能量需求的机动车数据或路段数据，通过控制装置6或必要时也通过导航系统21，确定总能量需求。依赖于蓄能器3的充电状态和确定的总能量需求，控制装置6确定一种功率要求， 该功率要求是为了行驶该计划的行驶路段要由机动车1的司机通过人力产生的目标功率。 控制装置6为此首先确定由计划的行驶路段的长度得到的总能量需求，将它与蓄能器还可供使用的能量比较并且依据缺少的能量数量计算出最后要通过司机附加地产生的目标功率。该附加需要的功率接着作为功率要求，最好作为平均地通过司机经人力要产生的目标功率，经输出单元22输出。输出单元22在此情况下例如可以设计成显示器的形式。司机由此能够自己判定他是否能够和想施加该目标功率。为了确定用于要行驶的路段的总能量需求，在最简单的情况下，使用平均的能量消耗数据，该数据存储在机动车中，最好在控制装置6中。该消耗数据也可以在行驶期间依据实际的测量数据进行更新，以便例如可能影响能量消耗的因素如机动车的负载或轮胎压力。但是，如果除了计划的行驶路段的长度和必要时希望的速度以外，还有该计划的行驶路段的其它的表征行驶路段的并且影响能量消耗的特征参数可供控制装置6使用，那么有利的是，将这些特征参数包含到总能量需求的确定中。因此例如可以考虑要行驶的线路的高度分布和/或要期待的行驶速度。高度分布此时例如可以在如此程度上进行评价，即上升的路段通过一个依据上坡路增大的能量需求表征并且下降的路段依据坡度通过减小的能量需求或没有能量需求表征。如果机动车也具有再生运行模式，在该模式下在机动车1起动或制动时回收能量， 该能量被存储在蓄能器3中，因此也可以在如此程度上考虑要行驶的路线的高度分布，即将预计的能量回收包含到功率要求的确定中。按照本发明的一个有利的实施方式，发电机4的功率参数依赖于确定的功率要求进行调整。控制装置6与所有在机动车1中可供使用的能源和用于电动机2的蓄能器连接，在本示例中即与蓄能器3，发电机4和太阳能电池5连接并且最好可以任意的控制在回收运行下对电动机2的能量供给和必要时也控制对蓄能器3的充电。按照本发明的一个有利的实施方式，基于希望的目的地和/或计划的行驶路段的长度以及当前的位置和/或已经完成的部分路程，计算出还要完成的剩余路程并且针对该剩余路程持续地或定期地确定更新的功率要求。以这种方式也可以在行驶期间保证司机的当前司机的实际功率满足当前的功率要求。如果不是这种情况，可以经输出单元22输出司机信息，该信息提示司机要施加更高的功率和/或例如应该降低行驶速度，以减小能量需求。如果机动车装备了导航系统21，当司机的实际功率低于更新的功率要求时，那么也可以确定一个功率需求较小的可选择路线。有利地，发电机4的功率参数可以与各更新的功率要求相适应地进行调整。如果更新的功率要求低于原始的或先前的功率要求，因此当前施加的司机的实际功率高于要求的目标功率，那么通过相应匹配发电机4的功率参数来减小要通过司机施加的功率。这种情况例如可以在由于顺风需要的能量小于在确定功率要求的时刻所假设的能量。通过再生实现的高的能量回收或也通过附加的能源如太阳能电池5的能量供给也可以导致能量需求的减少。按照本发明的一个实施方式，司机也可以经输入单元20输入希望的功率，因此发电机4的功率可以通过控制装置6相应于该希望的功率进行调整。此时输入的希望功率必须大于或等于确定的平均地经人力要施加的目标功率。如果蓄能器3的能量含量满足行驶的能量需求，那么也可以选择发电机功率为0瓦。但是在这种情况下司机也可以调整一个任意的他假设的发电机功率。如果该调整的希望功率低于当前的功率要求，那么司机可以经输出单元22被通知此情况和/或使发电机功率匹配于该增大的能量需求。如果司机没有准备好或不能够使用在行驶开始之前输出的要提供的目标功率并且机动车具有导航系统21，那么还可以设想，在行驶开始之前经输入单元20输入可通过人力产生的司机的最大功率，其中该最大功率的值小于确定的通过人力要产生的目标功率，并且依赖于希望的目的地和输入的最大功率确定一个行驶路线，该行驶路线可以在不超过输入的最大功率下到达希望的目的地。较小的能量需求在此情况下例如通过避免上坡路或专门选择的路段以小的速度实现。按照本发明的一个有利的实施方式，对于机动车1具有导航系统21的情况，导航系统21的输出单元同时被用作能量管理系统的输出单元22。
权利要求
1.用于包括组合的电动和人力驱动装置的机动车(1)的能量管理系统，该机动车包括用于驱动机动车(1)的电动机( 和用于向电动机( 供给电能的蓄能器(3)，所述能量管理系统具有-用于输入至少一个代表计划的行驶路段的参量的输入单元00)，-用于依赖于蓄能器(3)的充电状态和为了驶过计划的行驶路段确定的总能量需求来确定功率要求的控制装置(6)，该功率要求是为了驶过所述计划的行驶路段要由机动车 (1)的司机通过人力产生的目标功率，和-用于将确定的功率要求输出给司机的输出单元02)。
2.按照权利要求1所述的能量管理系统，其中机动车(1)附加地具有发电机，它可以通过人力驱动并且可以向电动机( 供给附加的能量和/或对蓄能器C3)充电。
3.按照权利要求1或2中任一项所述的能量管理系统，其中机动车(1)附加地具有导航系统(21)，它与输入单元OO)和控制装置(6)耦联并且基于输入到输入单元OO)中的希望的目的地至少确定计划的行驶路段的长度。
4.按照权利要求3所述的能量管理系统，其中导航系统向控制装置(6)附加地传输关于要驶过的线路的数据，尤其是关于要驶过的线路的高度分布和/或预计的行驶速度的数据。
5.机动车，其包括按照权利要求1至4中任一项所述的能量管理系统。
6.用于运行包括组合的电动和人力驱动装置的机动车(1)的方法，该机动车包括用于驱动机动车(1)的电动机( 和用于向电动机(2)供给电能的蓄能器(3)，其中-通过输入单元OO)输入至少一个代表计划的行驶路段的参量，-通过控制装置(6)依赖于蓄能器(3)的充电状态和为了驶过计划的行驶路段确定的总能量需求确定功率要求，该功率要求是为了驶过所述计划的行驶路段要由机动车(1)的司机通过人力产生的目标功率，和-通过输出单元02)将确定的功率要求输出给司机。
7.按照权利要求6所述的方法，其中将计划的行驶路段的长度或希望的目的地作为代表计划的行驶路段的参量输入。
8.按照权利要求7所述的方法，其中计划的行驶路段的长度借助于导航数据由输入的希望的目的地确定。
9.按照权利要求6至8中任一项所述的方法，其中持续地或定期地基于希望的目的地和/或计划的行驶路段的长度以及当前的位置和/或已经完成的部分路程，计算出剩余路程并且为该剩余路程确定更新的功率要求。
10.按照权利要求6至9中任一项所述的方法，其中附加地依赖于存储的平均的能量消耗数据确定所述功率要求和/或更新的功率要求。
11.按照权利要求6至10中任一项所述的方法，其中附加地依赖于计划的行驶路段的高度分布和/或预计的行驶速度确定所述功率要求和/或更新的功率要求。
12.按照权利要求6至11中任一项所述的方法，其中借助于人力驱动一发电机，通过该发电机可以向电动机( 提供能量和/或对蓄能器C3)充电，其中依赖于确定的功率要求或更新的功率要求调整所述发电机的功率参数。
13.按照权利要求12所述的方法，其中经输入单元OO)输入司机的希望功率并且至少只要所述希望功率大于或等于确定的功率要求或更新的功率要求，就相应于所述希望功率调整发电机的功率参数。
14.按照权利要求8至13中任一项所述的方法，其中经输入单元00)输入可通过人力产生的司机的最大功率并且借助于导航系统依赖于希望的目的地和输入的最大功率确定一个行驶路线。
15.按照权利要求6至14中任一项所述的方法，其中，如果当前通过司机施加的实际功率小于所述功率要求或更新的功率要求，则经输出单元02)输出司机信息，尤其是要求施加更高的功率和/或应该降低行驶速度的指示。
全文摘要
本发明涉及一种用于具有组合的电动和人力驱动装置的机动车(1)的能量管理系统，该机动车包括用于驱动机动车(1)的电动机(2)和用于向电动机(2)供给电能的蓄能器(3),所述能量管理系统具有用于输入代表计划的行驶路段的参量的输入单元(20),用于依赖于蓄能器(3)的充电状态和为了驶过计划的行驶路段确定的总能量需求来确定功率要求的控制装置(6)和用于将确定的功率要求输出给司机的输出单元(22)。该功率要求在此情况下是为了驶过所述计划的行驶路段要由机动车(1)的司机通过人力产生的目标功率。
文档编号B62M6/45GK102470910SQ201080035238
公开日2012年5月23日 申请日期2010年6月11日 优先权日2009年8月10日
发明者齐默曼 M., 施塔布雷 S. 申请人:罗伯特·博世有限公司