用于控制混合电动车辆的运行条件以优化车辆运行特性的方法、装置、媒质和信号

具体实施例

参照图1，用于控制混合电动车辆8的运行条件以优化车辆的运行特性的装置通常以标记10示出。所述装置包括用于在多个与所需发电机功率值p相关联的车辆运行条件组14中定位优化车辆8的运行的运行条件优化组16的电源请求处理器12。所述装置10进一步包括可用于产生信号的控制信号发生器18，所述信号用于控制车辆的原动机9和由原动机驱动的发电机7，以便按照运行条件优化组16运行所述车辆8，进而以所需发电机功率值p供给电能。由发电机7产生的电能可被输送到电源总线(未示出)，所述电源总线用于为混合电动车辆的各种电器部件，如蓄电池和电气附件供能。

所述原动机9可以是内燃机，例如象汽油或柴油发动机。应当理解，在混合电动车辆领域中，这样的原动机9具有可接收指示所需发动机轴转速的速度控制信号的控制器20。原动机9的轴22，例如通过象轴或变速箱24的直接驱动，与发电机7的轴26机械连通，以便允许原动机为发电机传送机械能。所述发电机7用于接收表示将被施加在所述发电机上的扭矩负载或负荷的信号，以便以按照发电机轴26速度和扭矩负载的函数所确定的速率为能量总线传递能量。典型地，通过改变提供给发电机7一磁场(未示出)的电流值而改变所述扭矩负载。所述发电机7具有发电机接口28，其控制场强以便根据从控制装置接收的扭矩信号，调节发电机上的扭矩负载。如在本实施例中所示出的，所述控制装置是装置10。所述装置10产生由原动机9的控制器20所使用的速度控制信号，其用于控制原动机9的轴22的速度，并因此作为通过轴或变速箱24进行的机械能传递的结果，控制发电机7的轴26的速度。所述装置10也产生由发电机接口28接收的扭矩控制信号，其用于控制发电机7上的扭矩负载，以便以优化车辆运行特性的速率为车辆8的电源总线提供功率。原动机9的轴22的速度和发电机7上的扭矩负荷，表示运行车辆的一组运行条件。

在此所述的该实施例中，当设置运行条件被设定，使得提供车辆运行特性，如燃料消耗、污染排放、电池寿命、发电机效率和驾驶性能(如由于发电机负荷产生的最小噪音和粗糙度)之间的权衡测量的价值函数最小化时，发生混合电动车辆8的运行特性优化。换句话说，由装置10建立一个运行条件的优化组，以便提供车辆8的最佳运行特性，进而优化车辆的操作。

为了使用所述装置10，所述装置必须包括或可以使用多个车辆运行条件组14以及与对应各种可能的所需功率值的相关联的运行特性的测量。这些运行条件、运行特性和所需功率值可通过，例如在典型的车辆上进行的经验衡量而予以预先设立。

参照图2，在本实施例中，多个车辆运行条件组14被存储在车辆性能录制中，如图2中以30示出的其中一个记录。每个车辆性能记录30具有功率记录区32，包括扭矩记录区34和角速度记录区(ω)36的运行条件记录区，以及多个运行特性记录区，其在本实施例中包括燃料消耗记录区38、碳氢化合物排放记录区40、氧化氮排放记录区42、一氧化碳排放记录区44、颗粒物质排放记录区46和驾驶性能记录区48。车辆性能记录30限定了数据库结构并用于使每个指示的记录区相互关联。功率记录区32用于存储表示可能的所需功率值，例如象10千瓦的值。所述扭矩记录区34用于存储表示发电机7上的特定扭矩负荷，诸如象100Nm的数值，其通过由发电机产生的电流予以产生以符合所需功率要求。所述角速度记录区36用于存储表示，例如原动机9的轴22的角速度ω的数值，其单位为弧度每秒。所述扭矩和角速度记录区34和36保持表示车辆8的运行条件组的值，该组运行条件是包括表示分别存储在扭矩和角速度记录区34和36的扭矩负荷和角速度值的数对。

当发电机7和原动机9以扭矩记录区34和角速度记录区36所指定的运行条件操作时，所述燃料消耗记录区38用于保存例如，以每小时升为单位表示的原动机9的燃料消耗值。所述碳氢化合物排放记录区40、氧化氮排放记录区42、一氧化碳排放记录区44和颗粒物质排放记录区46用于分别保存，例如以百万分之几的方式表示在原动机9以相关联的运行条件操作时所排放出的碳氢化合物氧化氮、一氧化碳和颗粒物质量的数量。所述驾驶性能记录区48用于保存表示处于相关运行条件的车辆8的驾驶者所感受到的舒适度的测量值。

为了产生图2中所示类型的记录，可在以不同组运行条件运行车辆8的时候，进行运行特性值的经验衡量。例如，混合电动车辆8中的原动机9可以是大众汽车的天然气驱动机，并且所述发电机可以是由美国科罗拉多州Golden Unique Mobility公司制造的锶-218发电机。原动机轴22的角速度组的设定范围可以从大约150弧度每秒至500弧度每秒，而对于每个角速度的设定，所述扭矩负荷的范围可从大约13Nm到150Nm，其中在所述角速度的设定范围中测量运行特性值。运行条件值的分辩率优选地保持为尽可能的精确，例如，其或许可以是十分之一弧度每秒和十分之一Nm。

除了测量某些气体和颗粒物质的排放标准外，可通过例如测试操作者所提供的主观判断确定驾驶性能值，并且该数值可被存储在驾驶性能记录区48中。例如，在进行这种主观判断时考虑噪声测量，或者例如，噪声测量值可作为所述车辆的另一运行特性。

应当理解，一般而言，包括，或者不是，在此所描述的运行特性的广泛种类的运行特性，可以包含在车辆运行特性组中。一般而言，任何可以计量的运行特性均可被包含在与给定运行条件组相关联的运行特性组中。

一般而言，所述运行条件数对和以此运行条件数对测量的各组运行特性值可最初地存储在原始数据记录中，所述记录具有类似图2中所示的表格结构，但例如，没有功率记录区32。为了使功率记录区32和运行条件数对及其相关联的运行特性组相关联，必须建立发电机扭矩负荷、发电机轴速和实际发电机功率输出之间的关系。这考虑了所述发电机中的任何损耗。这可通过发电机的制造商予以提供，或者可由经验衡量所确定。事实上，产生或获得或使得可使用多个三元组，其中每个三元组包括发电机输出功率值、发电机扭矩值和发电机轴转速(P，T，ω_G)。因此，使用轴或变速箱24的传动比，优选地将所述发电机的轴转速值转变成原动机的轴转速值，并且在三元组(P，T，ω_G)中原动机的轴转速值被发电机的轴转速值所替代。这些三元组随后在此称作发电机三元组。

应当理解，测量运行特性的所述运行条件值可能不是提供发电机输出功率值的运行条件值。

因此，如果对运行特征的测量是在与提供发电机输出功率值的运行条件相同的运行条件下进行，则必须调整测量的运行特性值以便反映所期望的更适当的数值。

给定上述类型的原始数据记录和多个三元组，可通过将在以某些运行条件操作所述车辆时已知出现的车辆原始运行特性组与近似等于发电机在近似等于所述某些运行条件的运行条件组运行时产生的所述实际功率的各个功率值相关联，产生具有类似图2中所示格式的记录。

参照图3，这种关联可通过计算机，如个人计算机50予以实现，所述个人计算机50包括使用代码适当被编程的处理器电路52，所述代码表示指导处理器电路52执行在此所述任务的指令。计算机50可装载在车辆8上或远离所述车辆。可通过计算机可读媒质，诸如例如RD-ROM54提供所述代码，或以来自信号源如外部信号源的计算机数据信号56的形式提供所述代码，其中外部信号源56诸如通过因特网可访问的服务器。计算机数据信号56可以包括具有例如表示代码的调制的代码段58。

在本实施例中，所述代码指导处理器电路52将在以某些运行条件运行所述车辆时已知出现的车辆运行特性组，与近似等于发电机在以近似等于所述某些运行条件的运行条件运行时所产生的实际功率的各个功率值相关联。

参照图4，在本实施例中，图3的处理器电路52通过执行标记60示出的车辆性能记录生产程序来执行关联函数。应当认为，处理器电路52配有或可以访问表示发电机输出功率、发电机轴扭矩和原动机轴转速的多个发电机三元组(P，T，ω_p)，并能访问具有类似图2中所示格式而没有功率记录区32的原始数据记录。

为了实现车辆性能记录生产程序60，指导处理器电路52执行关联函数的代码包括第一程序块62，其根据预先限定的分辨率指导处理器电路52量化每个发电机三元组的实际发电机输出功率值。例如，所述发电机输出功率值可被量化成1kW的增量。进而，例如，以具有10.4kW的发电机输出功率原始值的任何发电机三元组形式，可将发电机输出功率值调节至10kW的量化值。类似地，具有10.5kW的发电机输出原始数值的任何发电机三元组，将其发电机输出功率值调节至11kW的量化值。三元组的剩余值，即每个三元组的扭矩和角速度值能保持不变，并可通过插入法予以调整为已经产生相应的量化功率值的数值。因此，更改所述发电机三元组，其中至少其发电机输出功率值被量化。具有量化发电机输出功率值的三元组在下文称作量化的三元组(P_Q，T，ω_p)。

接下来，程序块64指导处理器电路52根据其量化的发电机输出功率值(P_Q)将量化的三元组进行分组。进而，具有例如10kW的发电机输出值的全部量化的三元组，被组合在一起。这可通过用量化的发电机输出功率值对三元组进行分类予以实现。

进而，程序块66指导所述处理器电路52访问每组中的每个量化的三元组，且对于每个量化的三元组搜索原始数据记录以便找出与运行条件组相关联的运行特性组，所述运行条件最接近在量化的三元组中指定的运行条件组。

程序块68指导处理器电路52确定最接近原始数据记录的运行条件中的每个数值，是否处于由量化的三元组所指定的运行条件的预定偏差范围内，并且如果这样，使得程序块70促使处理器电路52产生具有图2中所示记录30中示出的相同记录区的导出原始数据记录，其中量化的三元组(P_Q，T，ω_p)的元素分别被保存在功率、扭矩和角速度记录区32、34和36中，并且来自已经存储的导出原始数据记录的原始数值分别位于相应的运行特性记录区38、40、42、44、46和48中。

如果在程序块68处，最近原始数据记录中的运行条件没有在由量化三元组所指定的运行条件的预定容许偏差范围内，则程序块72指导处理器电路52插入原始的运行特性数据，以便建立对应由量化三元组(P_Q，T，ω_p)的T和ω_p成分指定的实际运行条件的内插运行特性组。实际上，这是一种二维的线性内插法，其在两个另外的以相对接近运行条件测量的运行特性值之间，获得最可能的运行特性值组。通过将其存储在具有图2中所示车辆性能记录30里示出的相同记录区的导出原始数据记录中，可使该插入的运行特性值组和三元组的运行条件彼此相关联，其中考虑中的量化三元组的元素分别被存储在功率、扭矩和角速度记录区32、34和36中，并且插入的原始运行特性值分别被存储在相应的运行特性记录区38、40、42、44、46和48中。

实际上，程序块66、68、70和72促使处理器电路找出最接近于与量化的发电机输出功率值相关联的一组运行条件的一组运行特性值。

在程序块70或程序块72处产生一导出原始数据记录后，程序块74指导处理器电路52标准化彼此在所述记录中的所述运行特性，其中所述运行特性。这可根据以下关系式予以实现：

$>>N>=>>>G>->G>min>>>G>max>->G>min>\; >$>

其中

N为替换原始数值G的标准值；

G为将被标准化的原始数值；

Gmin为运行特性组中最小的原始数值；以及

Gmax为运行特性组中最大的原始数值。

进而，程序块76指导处理器电路52通过使用相应的标准值替换每个导出原始数据记录中的每个运行特性值创建车辆性能记录，使得记录中的所有标准值的总数为一。因此，所述标准化数值表示用于一给定功率值的对运行特性组的相应分配，并且标准化的运行特性值组与运行条件相关联，所述运行条件与量化的发电机输出功率值相关联。

对于每个量化的三元组重复程序块66-76以产生图2中30所示类型的多个车辆性能记录。每个车辆性能记录表示与一可能所需的发电机功率值以及运行特性组相关联的车辆运行条件组。该多个车辆性能记录可通过例如通信媒体或计算机可读媒质的媒质，由图1所示的功率请求处理器12使用。所述通信媒体可以包括可通过因特网连接由功率请求处理器12访问的服务器，并且所述连接可由陆上通讯线或无线电通讯线路予以提供。不必连续对多个车辆性能记录提供远程访问。足可以将多个车辆性能记录30简单地下载到车辆8中，所述记录可在车辆里获得并可用于其中的功率请求处理器。应当理解，多个车辆性能记录可被制造商或服务供应商连续地更新，并且可根据不同车辆配置，例如象配有或未配有空调，获得多个不同的车辆性能记录。

另外，原始数据可由位于所述车辆8中的数据采集系统(未示出)连续地获得，并且所述数据采集系统可具有或可访问对要求用来执行图4中所示车辆性能记录生产程序的计算资源以便产生多个车辆性能记录，所述车辆性能记录可由附图1中所示的功率请求处理器12所使用。例如，所述数据采集系统可以连续地获得原始排放数据，并只要所述车辆上的计算机处于与所述服务器通信的情况，其可将该数据传送到通过因特网可以访问的服务器。所述服务器可自动地接收获得的数据并自动地对其进行操作以产生新的多个车辆性能记录。该新的多个车辆性能记录随后能在相同的通信对话期间或之后的通信对话期间被自动地传送到车辆8上的计算机。对所获得的数据的这种使用，可允许混合车辆制造商改进对设计新车辆和设计对现有车辆的改进有用的数据，由此所述改进可反映为对多个车辆性能记录的改变。例如，也允许车辆制造商根据车辆寿命调整现有车辆的运行条件，以便延长车辆的寿命。

请返回参考图1，应当理解，将所述装置设计用于混合电动车辆8中，所述混合电动车辆8具有控制所述车辆中功率的供给、使用和存储的能量管理控制器100。能量管理控制器的用途通常是众所周知的，并且在此描述的装置10可与任意类型的能量管理控制器共用，所述控制器产生表示来自发电机7的所需功率输出的信号。实际上，所述装置10使用该信号产生运行条件的优化组，在本实施例中，运行条件组包括表示原动机9的轴转速的信号以及表示发电机7上扭矩负载的信号，其优化车辆8的某些运行特性，在本实施例中，运行特性包括燃料消耗、碳氢化合物排放、氧化氮排放、一氧化碳排放、颗粒物质排放和驾驶性能。

参照图5，所述装置10实际上执行两种主要操作。在第一个操作102中，所述装置10在多个与所需发电机功率值相关联的车辆运行条件组中定位优化车辆的某些运行特性的运行条件优化组。在第二操作104中，所述装置10产生信号，所述信号用于控制原动机9和发电机7从按照运行条件优化组操作所述车辆而同时使得发电机以所需功率值提供能量。

参照图6，为了实现上述两个主要操作，装置10包括处理器电路120，其包括微处理器122、程序存储器124、车辆记录数据库接口126、输入端口128、输出端口130、通信接口132和媒质接口134。所述车辆记录数据库接口126促进微处理器122访问包含多个图2中所述类型的车辆记录的车辆记录数据库136。所述车辆记录数据库可由微处理器122本身保存，在这样情况下，所述记录可简单地存储在构成处理器电路120一部分的非易失性存储器(未示出)中。或者，所述车辆记录数据库可被存储在单独的存储器(未示出)中，其可用作另一个处理器电路(未示出)的一部分，并可通过车辆记录数据库接口126访问所述处理器电路120。然而，期望处理器电路120是车辆8的主要处理器电路，并且存储在程序存储器124中的程序将执行用于指导处理器电路120实行在此所述功能的程序。特别地，所述程序存储器124装有主程序，其有效地使得处理器电路120起到附图1所示功率请求处理器12的作用，并且程序存储器进一步装有控制信号发生器程序，其使得处理器电路120起到附图1所示的控制信号发生器18的作用。

存储在程序存储器124中的程序可来源于多个信号源。例如，所述程序可被编程到形成部分程序存储器124的电可编程序只读存储器(EPROM)中。可选地，所述程序存储器124可以包括使用来自通信接口132和/或媒质接口134的代码进行编程的闪速存储器。表示用于指导处理器电路实行在此描述的功能性的指令的代码，也可被设置在通信接口132处接收的数据信号138中，所述数据包括包含相应代码的代码段，或者所述代码可被设置在由媒质接口134可读取的计算机可读媒质140上。

参照图7，表示执行主程序的代码的程序块通常以150示出。第一个程序块152指导处理器电路120寻址所述车辆记录数据库136以便定位图2中所示类型的全部的车辆性能记录，其中功率记录区32的内容等于由功率请求信号P所指示的所需能量，所述功率请求信号P来自车辆8的能量管理控制器100并在图6中所示的处理器电路120的输入端口128处被接收。定位所述记录可以包括将符合上述标准的记录复制到暂时存储区，或简单地确定数据库中的地址或指针，这里，可找到并读取定位记录的内容。

随后，程序块154指导处理器电路120为每个定位的记录计算优化索引，并使优化索引和相应的记录相关联。参照图8，图7的程序块154可由程序块156构成，其指导处理器电路120按照运行特性记录区38-48的内容的加权和计算优化索引。在本实施例中，根据以下关系式，优化索引的计算可以包括作为标准化运行特性值的加权和函数的成本值的计算：

I＝w_fcFC+w_hcHC+w_noxNOX+w_coCO+w_pmPM+w_dvDV

该成本函数有效地提供了对于给定运行条件组以所需级产生功率的“成本”计量。在一个实施例中，可固定加权W_fc、W_hc、W_nox、W_co、W_pm、W_dv。在另一个实施例中，例如，可由车辆8的运行模式选择加权(weights)。在这样一个实施例中，除图8的程序块156外并在其之前，图7的程序块154可进一步包括图9中所示的程序块158，其根据从指示车辆运行模式的能量管理控制器100接收的信号，为程序块156提供一组加权。单独的加权组可被保存在存储器中，并可由处理器电路120访问以便基于车辆运行模式，如冷起动、热起动等进行选择。因此，用于计算加权和的加权可以实时的方式予以改变，或基于车辆8的运行模式被选择。

返回参考图7，在计算并将优化索引与每个定位的车辆性能记录相关联之后，程序块160指导处理器电路120找出或确定最佳优化索引。上述成本函数用于计算优化给定值的情况中，期望找出产生所需功率的最低成本。这可通过以递增顺序为程序块156产生的优化索引排序予以实现，使得最小优化索引值位于列表的顶部。在本实施例中，最小优化索引值是最好的一个数值。

程序块162随后指导处理器电路120定位与所述最小优化索引值的车辆性能记录，并从该性能记录中分别从扭矩和角速度记录区34和36的内容选取与其相关联的运行条件，以分别获得分别表示运行条件优化组的扭矩和速度值，发电机7和原动机9在此优化组下其应当被操作以使所述发电机产生所需功率同时优化车辆的运行特性。将这些扭矩和速度值提供给控制信号发生器程序，所述程序指导处理器电路120使输出端口产生可由原动机20和发电机接口28理解的命令文件、字、字节或者比特形式的信号，并指导发电机接口使其以运行条件优化组运行。

当在该运行条件优化组运行原动机9和发电机7时，期望与该运行条件组相关联的运行特性的实际值与原始数值相匹配，所述原始数值在车辆性能记录的产生过程中被测量，并因此优化了车辆的运行特性。

随意地，可提供附加的程序以确定一系列的运行条件，用于相应的一系列的可能的功率请求，以便最小化提供连续可能的功率请求的成本。

虽然已经描述和说明了本发明的特殊实施例，上述实施例应当理解为仅仅是为了说明本发明而不应理解为同所附权利要求一样限制本发明。