專利名稱：混合動力車輛的能量控制系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)獨(dú)立權(quán)利要求的前序部分的用于混合動力車輛的能量控制系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
在重型車輛工業(yè)中的最大挑戰(zhàn)之一是減少燃料消耗。燃料成本相當(dāng)于重型卡車的生命周期成本的大約30%。所行駛的平均距離是每年大約150000km，而平均燃料消耗是每IOOkm大約32. 5升。燃料消耗中的小的降低因此帶來燃料成本中的大的降低。節(jié)約燃料的一種良好方式是使制動能量再生，并在需要時應(yīng)用該能量來用于推進(jìn)，而不是僅僅通過應(yīng)用常規(guī)制動將動能轉(zhuǎn)化成熱。通過使用混合動力車輛而不是常規(guī)車輛，使這成為可能?；旌蟿恿囕v是具有至少兩個能量源的車輛。例如，可以由電機(jī)援助內(nèi)燃機(jī)。該電機(jī)可以被用作電動機(jī)和發(fā)電機(jī)。這使得可以將電機(jī)視為通過使用它作為發(fā)電機(jī)來減小車速的裝置，在該情況下，使用動能來感應(yīng)出電流，接著使用該電路來給電池充電，使得可以保存并稍后使用該能量，而不是通過應(yīng)用常規(guī)制動設(shè)備將動能轉(zhuǎn)化成熱。在涉及高燃料消耗的行駛情況中，可以通過使用電動機(jī)援助發(fā)動機(jī)來極大地減小燃料消耗。這樣的情況一般在加速期間和在上坡行駛時發(fā)生。存在各種電動混合動力系統(tǒng)，例如串聯(lián)式混合動力、并聯(lián)式混合動力和它們的組合(被稱為功率分流系統(tǒng))。在如圖1所示的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)中，發(fā)動機(jī)驅(qū)動發(fā)電機(jī)，而不是直接驅(qū)動車輛的車輪。發(fā)電機(jī)不僅給電池充電，而且為電動機(jī)提供能量以推動車輛。當(dāng)需要大量能量時，發(fā)動機(jī)從電池和發(fā)電機(jī)兩者獲取能量。在并聯(lián)式混合動力車輛中，經(jīng)由發(fā)動機(jī)軸機(jī)械地連接發(fā)動機(jī)與用作發(fā)電機(jī)和電動機(jī)兩者的電機(jī)。在圖2中描繪了并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)的示例。連接可以位于發(fā)動機(jī)和電機(jī)之間，使得可以純電動地運(yùn)行車輛。因?yàn)榘l(fā)動機(jī)和電機(jī)以完全相同的速度旋轉(zhuǎn)(當(dāng)連接是有效的時)，所以它們彼此補(bǔ)充并且并行地運(yùn)行。當(dāng)為公共汽車實(shí)施混合動力系統(tǒng)時，常常使用串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。城市公共汽車每天被剎停很多次。關(guān)于能量保存的重要方面是對制動期間再生的能量的最大利用。在能量儲存器中需要容量來容納再生的能量。這需要必須在發(fā)起制動之前及時地降低能量儲存器中的能量水平。根據(jù)當(dāng)前使用的系統(tǒng)，到下一停車地點(diǎn)的時間或距離的長度不是已知的，這意味著能量儲存器可能放電太慢，未留下容量來容納被預(yù)期在下一制動期間進(jìn)入能量儲存器的能量。當(dāng)前常常應(yīng)用的行駛技術(shù)下的加速快速地清空能量儲存器，導(dǎo)致大的內(nèi)阻損失。對于此的一個原因是希望確保能量儲存器在即將到來的減速階段預(yù)期開始時處于預(yù)定的低水平，即希望確保存在用于接著產(chǎn)生的能量的足夠的儲存容量。對于公共汽車，優(yōu)選使用所謂的超級電容器來用于能量儲存。與電池相比較，電容器的優(yōu)點(diǎn)是它容忍例如常常在公共汽車上發(fā)生的在短時間內(nèi)大量反復(fù)的充電。
對于能量儲存器(電容器、電池等)，下面的關(guān)系式通常適用U=C X Q其中U是電壓，C是電容，而Q是電荷。P=U X I其中P是功率，而I是電流。Ploss=R X I2其中Pltjss是能量儲存器中的功率損失，而R是內(nèi)阻。 因此，能量儲存器的功率損失隨著電流的平方的增大而增大，這意味著大電流排出(例如在加速階段期間的)從能量觀點(diǎn)來看是負(fù)的。下面列出的專利說明書指的是處于混合動力車輛的能量再生的領(lǐng)域內(nèi)的各種系統(tǒng)和設(shè)備。US6414401涉及關(guān)于混合動力車輛中的能量再生的控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)使得能夠在車輛的減速期間通過再生來儲存足夠的能量。US2007/0018608涉及用于控制混合動力車輛中的電池的充電以便能夠在再生階段期間限制電池充電量的設(shè)備。US7242159也涉及用于控制混合動力車輛中的電池和/或電容器的充電的設(shè)備。本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)混合動力車輛的改進(jìn)和更佳的能量使用，特別是以便抑制電容器/電池中的內(nèi)阻損失。

發(fā)明內(nèi)容
利用獨(dú)立權(quán)利要求所定義的發(fā)明來實(shí)現(xiàn)上述目的。由從屬權(quán)利要求定義優(yōu)選實(shí)施例。本發(fā)明涉及一種用于混合動力車輛的能量控制系統(tǒng)，該車輛具有至少一個電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)以及至少一個可充電能量儲存器，該系統(tǒng)包括控制單元和適于測量能量儲存器的充電水平的充電水平儀。控制單元包括適于在時刻h尤其基于車輛的當(dāng)前速度和重量來計(jì)算時刻^的計(jì)算單元，時刻表示減速階段的開始，在減速階段期間車輛被制動以便停在預(yù)定的位置P處，并且控制單元適于控制在從h到的時間段期間能量儲存器的能量排出(offtake)，使得能量儲存器在時刻h的充電水平低于預(yù)定的低水平Qp本發(fā)明還涉及一種在用于混合動力車輛的能量控制系統(tǒng)中的方法，該系統(tǒng)包括控制單元和適于測量能量儲存器的充電水平的充電水平儀。該方法包括A)在時刻h尤其基于車輛的當(dāng)前速度和重量來計(jì)算時刻t1;時刻h表示減速階段的開始，在減速階段期間車輛被制動以便停在預(yù)定的位置P處，B)在從h到h的時間段期間控制能量儲存器的能量的排出，使得能量儲存器在時刻h的充電水平低于預(yù)定的低水平Qp根據(jù)本發(fā)明的重要方面，利用例如車輛建造者/操作員的尋呼系統(tǒng)(例如所謂的公共汽車PC系統(tǒng)等)來計(jì)算或確定到下一停車地點(diǎn)的距離，或基于來自公共汽車PC的關(guān)于所涉及的兩個公共汽車站之間的距離的信息來計(jì)算該距離。也可能使用來自GPS等的信
肩、O應(yīng)用本發(fā)明使得能夠在公共汽車停車地點(diǎn)之前更快地或以與可能否則被應(yīng)用的方式不同的方式來降低能量儲存水平，以便得到用于車輛的動能和勢能中被預(yù)期希望添加到能量儲存器中的部分的容量。因此，知道了到下一個排定的在停車地點(diǎn)處的停止站的距離和該車輛的速度使得能夠計(jì)算減速階段將何時開始。這也意味著知道了何時需要將充電水平下降到預(yù)定的低水平。在停車地點(diǎn)處的停止實(shí)際上發(fā)生的事實(shí)只有在停車按鈕被按下時才變得已知，在停車按鈕被按下時是進(jìn)行該計(jì)算的時刻。


圖1示意性示出車輛的串聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。圖2示意性示出車輛的并聯(lián)式混合動力系統(tǒng)。圖3是示出本發(fā)明的方框圖。
圖4是示出本發(fā)明的流程圖。圖5是示出本發(fā)明的時間圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)地描述示出本發(fā)明的方框圖、圖3。本發(fā)明因此涉及混合動力車輛的能量控制系統(tǒng)，該車輛包括至少一個電機(jī)、至少一個內(nèi)燃機(jī)和至少一個可充電能量儲存器?；旌蟿恿囕v可以是串聯(lián)式混合動力車輛或并聯(lián)式混合動力車輛或它們的組合。能量控制系統(tǒng)包括控制單元和適于測量能量儲存器的充電水平的充電水平儀。控制單元本身包括適于在時刻h尤其基于車輛的當(dāng)前速度和重量來計(jì)算時刻h的計(jì)算單元，時刻^表示減速階段的開始，在減速階段期間車輛被制動以便停在預(yù)定的位置P處(見圖5)。圖5是示出本發(fā)明的時間圖。在頂部它描繪了在停車地點(diǎn)Pa和Pb之間的路線上的車輛(在該情況下是公共汽車)。下面有示出能量儲存器的充電水平Q如何根據(jù)車輛已沿著該路線行進(jìn)得多遠(yuǎn)而變化的兩個時間圖。上方的時間圖示意性示出充電水平如何根據(jù)當(dāng)前的通常模式而變化，而下方的時間圖示意性示出能量儲存器的充電水平如何在使用根據(jù)本發(fā)明的能量控制系統(tǒng)的車輛中變化。在減速階段(RET.)期間，充電水平從低水平％開始升高了被再生的能量，Ql在圖中是最大充電水平的大約25%。充電曲線的該部分在所描繪的兩種情況下是類似的。在加速階段(ACC.)期間，充電水平可能例如被降低了能量儲存器的大量排出的能量，如在上方的時間圖中那樣。為了減小能量儲存器的內(nèi)部損失，根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，將控制單元配置為在車輛的減速階段期間控制能量儲存器的排出，使得能量儲存器的內(nèi)部損失最小化。這在圖5中的下方的圖中示出，其中在Pa和位置Al (其標(biāo)明加速階段的結(jié)束)之間的充電水平保持在高水平。在時刻t(l，計(jì)算單元接收到車輛將停在位置Pb處的指示?？梢岳缤ㄟ^公共汽車中的被按下的停車按鈕和產(chǎn)生的停車信號來提供該指示，并且將該指示傳送到控制單元。
如上面提到的，計(jì)算單元接著尤其基于車輛的當(dāng)前速度和重量來計(jì)算表示減速階段的開始的時刻^，在減速階段期間車輛被制動以便停在預(yù)定的位置P處，并且控制單元適于控制在從h到h的時間段期間能量儲存器的能量的排出，使得能量儲存器在時刻A的充電水平低于預(yù)定的低水平Qp這在下方的圖中清楚地示出，其中充電水平下降到低水平根據(jù)實(shí)施例，低充電水平處于能量儲存器的最大充電水平的20%和35%之間。優(yōu)選水平是25%，如也在圖5中示出的那樣。在直到在位置Α2處開始減速階段的時間段期間，能量儲存器的排出被優(yōu)先，使得充電水平被降低到低水平Qp這主要通過使用電機(jī)給車輛供能來完成，但也可能可設(shè)想地將該能量用于其它目的，例如，在該時間段期間運(yùn)行輔助系統(tǒng)可能更有利。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，控制單元適于在車輛的減速階段期間控制能量排出，使得發(fā)動機(jī)的排出優(yōu)先于電機(jī)的排出。根據(jù)另一優(yōu)選實(shí)施例，控制單元適于控制在車輛的減速階段期間能量儲存器的排 出，使得幾乎不存在能量儲存器的排出并且在減速階段結(jié)束時充電水平高于預(yù)定的高水平根據(jù)一實(shí)施例，預(yù)定的高水平％處于能量儲存器的最大充電水平的70%和100%之間。優(yōu)選水平是80%，如也在圖5中示出的那樣。能量儲存器因此在減速階段期間被充電。列舉QJPQh的百分比水平的數(shù)字是困難的，因?yàn)樗鼈內(nèi)Q于車輛的當(dāng)前速度和重量、能量儲存器的大小和混合動力部件的性能。甚至在性能和能量儲存器大小是恒定的時候，Ql和Qh仍然取決于車輛的當(dāng)前速度和重量。如果例如車輛被加速到速度X，則必須確保在能量儲存器中存在用于當(dāng)駕駛員開始制動以停止時可能再生的動能的容量。如果速度被增大到2χ，則動能增大4倍，所以當(dāng)駕駛員開始制動以停止時需要更多的能量儲存容量。然而在能量儲存器中將不一定有多達(dá)四倍的容量，因?yàn)椴考赡苁枪β适芟薜?，使得不可能使所有額外的動能再生。在能量儲存器相當(dāng)小的情況下，這意味著根據(jù)例如車速的變化來快速修改百分比限制。即使當(dāng)從40km/h開始制動，能量水平也需要位于大約25%，以使得能夠捕獲可被再生的所有能量。如果車速為“僅僅”20km/h (對在交通中的市區(qū)公共汽車來說合理的巡航速度)，則根據(jù)上面的推理，動能將僅僅是在40km/h時的四分之一。在這樣的情況下，對Ql的限制最好是80%，因?yàn)樵谥苿悠陂g不存在能夠再生的另外的能量。如果能量儲存水平當(dāng)時是25%，這當(dāng)然太低，并且當(dāng)車輛靜止時能量儲存水平將為大約40%。上文指示的％和％的范圍應(yīng)被視為通過例證的方式引用的優(yōu)選示例，但通常是這種情況根據(jù)上面的推理，尤其基于車輛的速度和重量來計(jì)算Ql和Qh。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，控制單元包括存儲器單元，在存儲器單元中例如以電子卡的形式存儲用于車輛停止的預(yù)定位置，例如停車地點(diǎn)。于是，車輛相對于停車地點(diǎn)的位置容易被確定，因?yàn)闀r間和車速是已知的。替代方案是使用各種類型的定位系統(tǒng)，例如GPS，由此，可對照電子地像標(biāo)出經(jīng)由GPS得到的車輛的當(dāng)前位置，并然后可以計(jì)算出到下一停車地點(diǎn)的距離。如上所述，能量儲存器優(yōu)選地采取一個或多個電容器的形式，并且常常使用所謂的超級電容器。本發(fā)明還包括在用于具有電機(jī)、內(nèi)燃機(jī)和可充電能量儲存器的混合動力車輛的系統(tǒng)中的方法，該系統(tǒng)包括控制單元和適于測量能量儲存器的充電水平的充電水平儀。參考圖4，該方法包括A)在時刻h尤其基于車輛的當(dāng)前速度和重量來計(jì)算表示減速階段的開始的時刻，在減速階段期間車輛被制動以便停在預(yù)定的位置P處，B)控制在從h到h的時間段期間能量儲存器的能量的排出，使得能量儲存器在時刻h的充電水平低于預(yù)定的低水平Qp根據(jù)一種變型，如果接收到指示要求車輛停止的停車信號，則執(zhí)行步驟A。優(yōu)選連續(xù)地完成步驟A的計(jì)算，即，步驟A的計(jì)算不是作為例如按鈕被按下的結(jié)果，并且所使用的h的值是當(dāng)按鈕被按下時，即在時刻h時適用的值。能量儲存器接著在減速階段期間被充 電。優(yōu)選地，在車輛的加速階段期間也控制能量儲存器的排出，使得能量儲存器的內(nèi)部損失最小化。這可以例如通過在加速階段期間控制車輛的能量排出使得發(fā)動機(jī)的排出優(yōu)先于電機(jī)的排出來完成。更具體地，這可以通過控制能量儲存器的排出，使得在加速階段期間幾乎不存在能量儲存器的排出并且加速階段結(jié)束時的充電水平在預(yù)定的高水平Qh之上來完成。下面是尤其參考圖5的本發(fā)明的應(yīng)用的例子。圖5的公共汽車停車地點(diǎn)之一是在位置Pb處。讓我們假設(shè)每次駕駛員制動到停止時他完全同樣地制動，并且對正常減速的最小限制是在A2，即，如果制動將要滿足乘客舒適度需求則車輛必須開始制動的最早位置。在減速階段期間存在最大可允許的減速，最大可允許的減速尤其參考駕駛員和乘客舒適度來確定。它近似為大約2m/s2。利用如上的減速限制，針對在該時間的車速來計(jì)算從制動開始到靜止的最短預(yù)期距離，即，公共汽車在Ic^Pt1之間行進(jìn)了多遠(yuǎn)。于是，得到用于更多能量的容量的可用時間，即h到變成剩下的距離除以在該時間的車速。根據(jù)本發(fā)明的解決方案的優(yōu)點(diǎn)是，在某些行駛情況下，可能通過俘獲從能量儲存器汲取更多能量來節(jié)約更多的燃料。知道直到在停車地點(diǎn)之前的制動開始為止有多少時間意味著更好地知道多少時間可用于得到用于能量的容量。即使停車按鈕未被按下，也優(yōu)選地執(zhí)行計(jì)算，從而能量的排出以如此的方式發(fā)生使得當(dāng)任何減速開始時(例如當(dāng)在停車地點(diǎn)有等待上公共汽車的人時)充電水平處于預(yù)定的低水平處。利用經(jīng)修改的改變的駕駛策略，由此，沒有最大化利用能量儲存器，但替代地發(fā)動機(jī)被允許運(yùn)行，能量儲存器(電容器/電池)中的內(nèi)部功率損失將低于當(dāng)在減速階段期間電機(jī)被最大程度地使用時的情況，得到了更具能量效率的系統(tǒng)。本發(fā)明不限于上面描述的優(yōu)選實(shí)施例?？墒褂酶魇礁鳂拥奶娲桨?、修改和等效形式。因此上面的實(shí)施例不應(yīng)被視為限制由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于混合動力車輛的能量控制系統(tǒng)，所述混合動力車輛具有至少一個電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)以及至少一個可充電能量儲存器，使得所述系統(tǒng)包括控制單元和適于測量所述能量儲存器的充電水平的充電水平儀，并且所述控制單元包括適于在時刻h尤其基于所述車輛的當(dāng)前速度和重量來計(jì)算時刻^的計(jì)算單元，所述時刻^表示減速階段的開始，在所述減速階段期間所述車輛被制動以便停在預(yù)定的位置P處，其特征在于，所述控制單元適于在從h到的時間段期間控制所述能量儲存器的能量排出，使得所述能量儲存器在時刻的充電水平低于預(yù)定的低水平Qp
2.如權(quán)利要求1所述的能量控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元適于接收指示要求所述車輛停止的停車信號，并且在已接收到所述停車信號時，進(jìn)行對時刻h的計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元適于在所述車輛的減速階段期間控制所述能量儲存器的所述能量排出，使得所述能量儲存器的內(nèi)部損失最小化。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項(xiàng)所述的能量控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元適于在所述車輛的減速階段期間控制所述能量排出，使得所述發(fā)動機(jī)的排出優(yōu)先于所述能量儲存器的排出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項(xiàng)所述的能量控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元適于在所述車輛的減速階段期間控制所述能量排出，使得幾乎不存在所述能量儲存器的排出并且在所述減速階段結(jié)束時所述充電水平高于預(yù)定的高水平Qh。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項(xiàng)所述的能量控制系統(tǒng)，其中，所述能量儲存器在所述減速階段期間被充電。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項(xiàng)所述的能量控制系統(tǒng)，其中，所述控制單元包括存儲器單元，在所述存儲器單元中存儲用于停車的預(yù)定位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項(xiàng)所述的能量控制系統(tǒng)，其中，所述能量儲存器包括一個或多個電容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其中，尤其基于所述車輛的速度和重量來計(jì)算所述預(yù)定的低水平Ql和高充電水平Qh。
10.一種在用于混合動力車輛的能量控制系統(tǒng)中的方法，所述混合動力車輛具有電機(jī)、 內(nèi)燃機(jī)和可充電能量儲存器，所述系統(tǒng)包括控制單元和適于測量所述能量儲存器的充電水平的充電水平儀，所述方法包括下列步驟A)在時刻h尤其基于所述車輛的當(dāng)前速度和重量來計(jì)算時刻h，所述時刻h表示減速階段的開始，在所述減速階段期間所述車輛被制動以便停在預(yù)定的位置P處，其特征在于，所述方法包括B)在從h到^的時間段期間控制所述能量儲存器的能量排出，使得所述能量儲存器在時刻h的充電水平低于預(yù)定的低水平Qp
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中，如果接收到指示要求所述車輛停止的停車信號， 則執(zhí)行步驟A。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中，在所述車輛的減速階段期間控制所述能量儲存器的能量排出，使得所述能量儲存器的內(nèi)部損失最小化。
13.根據(jù)權(quán)利要求10-12中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述車輛的減速階段期間控制所述能量排出，使得所述發(fā)動機(jī)的排出優(yōu)先于所述能量儲存器的排出。
14.根據(jù)權(quán)利要求10-13中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述車輛的減速階段期間控制所述能量排出，使得幾乎不存在所述能量儲存器的排出并且在所述減速階段結(jié)束時所述充電水平高于預(yù)定的高水平Qh。
15.根據(jù)權(quán)利要求10-14中的任一項(xiàng)所述的方法，其中，在所述減速階段期間對所述能量儲存器進(jìn)行充電。
全文摘要
本發(fā)明公開了用于混合動力車輛的能量控制系統(tǒng)，該車輛具有至少一個電機(jī)和內(nèi)燃機(jī)以及至少一個可充電能量儲存器，該系統(tǒng)包括控制單元和適于測量能量儲存器的充電水平的充電水平儀?？刂茊卧ㄟm于在時刻t0尤其基于車輛的當(dāng)前速度和重量來計(jì)算表示減速階段的開始的時刻t1的計(jì)算單元，在減速階段期間車輛被制動以便停在預(yù)定的位置P處，并且控制單元適于在從t0到t1的時間段期間控制能量儲存器的能量排出，使得能量儲存器在時刻t1的充電水平低于預(yù)定的低水平QL。
文檔編號B60W10/06GK103003117SQ201180033917
公開日2013年3月27日 申請日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者T·賽林, K·雷德布朗特 申請人:斯堪尼亞商用車有限公司