CN105984402A - 用于车辆的储能建议控制器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种储能建议控制器协助车辆的运行，该车辆包括利用发动机废气发电的涡轮、用于存储电能的存储设备、以及用于给发动机涡轮增压的由存储设备驱动的压缩机。该ESA控制器包括配置成存储程序指令的存储器和配置成执行程序指令的处理器。该程序指令在被执行时被配置成：接收与车辆行驶的路线相关的第一数据和与车辆动力学相关的第二数据；基于第一数据和第二数据计算第一控制信号和第二控制信号，其中第一控制信号用于改变涡轮的运行，第二控制信号用于改变压缩机的运行；以及提供控制信号给动力分配模块，用于控制涡轮和压缩机使得发动机有效运行。

Description

用于车辆的储能建议控制器
技术领域
本发明涉及一种有效运行车辆的***和方法，更具体地涉及一种基于视野(horizon)信息调整运行的储能建议(ESA：energy storageadvisement)控制器。典型的车辆包括利用发动机废气来发电的涡轮、用于存储电能的存储设备、以及用于给发动机涡轮增压(turbo charging)的由存储设备驱动的压缩机。
背景技术
在改善车辆运行效率方面，已经进行了各种成功的尝试。例如，U.S.PG Pub.No.2012/0221234(‘234公报)公开了一种管理燃料量来增加效率并且保持驾驶性能的方法。该‘234公报评估上述信息，以提供推荐的加油站位置以及推荐的要加入燃料量。其他的尝试包括的美国专利第8371121号、第7210296号和第6735515号。
发明内容
现有技术并没有预见到检查地面数据和发动机参数来改变(modify)发动机运行以提高效率。提高效率能够产生各种效益例如减小发动机本身的尺寸、减少排放以及使性能更加平稳。
本发明的目的并不限于上述的目的，通过下面的说明可以理解本发明的其他未提及的目的和优点，并通过本发明示例性实施例这些本发明的其他未提及的目的和优点将会是显而易见的。此外，可以看出，通过本文中说明的技术、权利要求以及其组合，能够实现本发明的目的和优点。
根据本发明，提供一种用于协助车辆的运行的储能建议(ESA)控制器，上述车辆包括发动机、利用发动机废气来发电的涡轮、用于存储电能的存储设备以及由上述存储设备驱动的用于给上述发动机涡轮增压的压缩机。上述ESA控制器包括：被配置成存储程序指令的存储器；以及被配置成执行程序指令的处理器，上述程序指令在被执行时被配置成：接收与上述车辆行驶的路线相关的第一数据和与车辆动力学相关的第二数据；基于上述第一数据和上述第二数据计算第一控制信号和第二控制信号，其中上述第一控制信号用于改变上述涡轮的运行，上述第二控制信号用于改变上述压缩机的运行；以及提供控制信号给动力分配模块，用于控制上述涡轮和上述压缩机使得上述发动机有效运行。
优选地，上述第一数据包括道路地图数据、海拔数据、限速数据、交通信号数据或其组合，上述第二数据包括上述存储设备的荷电状态、车速数据或者其组合。上述程序指令还可以确定上述存储设备的荷电状态；以及应用至少一个阈值来确定上述存储设备的充电能量和放电能量中的至少一者是否适当。再者，上述程序指令可以从远处发送上述控制信号到上述车辆。
而且，上述储能建议控制器可以计算到速度变化事件的时间，以实时改变运行。上述储能建议控制器还可以保持燃料数据；基于上述燃料数据确定剩余行驶距离；根据地图数据，确定到最近加油机会的加油距离；以及基于比较上述剩余行驶距离和上述加油距离，改变发动机的运行以达到最大燃料效率。另外，上述储能建议控制器可以保持燃料数据；基于上述燃料数据确定剩余行驶距离；以及如果上述剩余行驶距离低于限值，执行切换使得发动机在最大燃料效率模式下运行。
本主题技术还旨在提到一种包含由储能建议控制器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，来完成本文中说明的任一项或所有的计算和操作。
附图说明
根据以下结合附图进行的具体实施方式，本发明的上述及其他目的、特征和优点将更加显而易见。
图1是根据本发明的示例性实施例的具有储能建议(ESA)控制器的用于车辆的***的示意图。
图2是根据本发明的示例性实施例的用于展示图1的***中各要素之间更详细的数据流的示意图。
图3是根据本发明的示例性实施例的具有(ESA)控制器的沿道路行驶的车辆的局部示意图。
图4是根据本发明的示例性实施例的用于展示图1的***中***逻辑关系的另一示意图。
具体实施方式
应理解，本文使用的术语“车辆”(vehicle)或“车辆的”(vehicular)或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)在内的乘用车、公交车、卡车、各种商务车、包括各种船只和船舶的水运工具、飞行器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、***式混合电动车辆、氢动力车辆、燃料电池车辆和其它代用燃料车辆(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。
虽然示例性实施例被说明为使用多个单元执行示例性进程，但是应该理解示例性进程也可以由一个或多个模块执行。此外，应该理解术语“控制器/控制单元”是指包括存储器和处理器的硬件装置。该存储器配置为存储上述模块，而处理器具体配置为执行上述模块，以便执行下面进一步说明的一个或多个处理。
此外，本发明的控制逻辑也可具体化为计算机可读介质上的非瞬时性计算机可读介质，该计算机可读介质包含由处理器、控制器/控制单元等执行的可执行程序指令。计算机可读介质的例子包括但不限于ROM、RAM、CD-ROM(只读光盘)，磁带、软盘、闪盘(flash drive)、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在连接网络(network coupled)的计算机***中，以便例如通过远程服务器(telematics server)或控制器局域网(CAN：Controller Area Network)以分布形式存储和执行计算机可读介质。
本文使用的术语仅仅是为了说明示例性实施方式的目的而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种(a、an和the)”也意在包括复数形式，除非上下文中清楚指明。还可以理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数(Integer，整体)、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项目的任何和所有组合。
如本文所使用的，除非特别声明或从上下文中明显看出，术语“约(about)”应理解为处于本领域的正常公差范围内，例如在平均值的2个标准差内。“大约”可理解为在标注值(stated value)的10％，9％，8％，7％，6％，5％，4％，3％，2％，1％，0.5％，0.1％，0.05％，或0.01％内。除非从上下文中另外明确地看出，否则本文所提供的所有数值被术语“大约”修饰(限制)。
通过以下结合附图的具体实施方式，上述目的、特征和优点更加显而易见，使得本领域技术人员能够容易的领会本发明的技术精神。另外，在以下对本发明的说明中，如果确定与本发明相关的已知现有技术的详细说明不必要地造成本发明主旨难以理解，则略去该详细说明。在下文中，参考附图，详细说明本发明的优选的实施例，其中相同附图标记指代相同要素。
图1是根据本发明示例性实施例的具有储能建议(ESA)控制器102的用于车辆10(图3所示)的***100示意图。如图1所示，***100包括与ESA控制器102进行通信的动力传动系(powertrain)控制器104。动力传动系控制器104基于从ESA控制器102接收的控制信号，改变电涡轮(electric turbine)106和压缩机108的运行。
动力传动系控制器104还与诸如电池之类的电能存储设备110进行通信。动力传动系控制器104还包括动力分配模块116，用于协调电涡轮106和电压缩机108的运行。在取决于控制信号的不同的时段，电涡轮106被用来利用发动机112的废气发电，产生的电能存储在电能存储设备110中。类似的，在取决于控制信号的不同的时段，电能存储设备110运转电压缩机108，以给发动机112进行涡轮增压。
***100还包括与ESA控制器102进行通信的先进驾驶员辅助***接口规格(ADASIS：advanced driver assistance system interfacespecification)模块114。ADASIS模块114是欧洲在2002年创建的工业平台，便于给驾驶员提供视野信息(horizon information)。视野信息包括诸如数字地图、利用全球定位***获取的位置数据之类的数据，使得扩展视野(extended horizon)可以利用。虽然示出了ADASIS模块114，但其他各种已知的以及后来研究的类似技术可以同样有效地利用在该主题技术中。另外，文中对ADASIS模块114、动力传动系控制器104和ESA控制器102示出为不同部件，但可以基于优选的硬件和软件配置将它们部分地组合或整体地组合在一起应用。如图1所示，ESA控制器102和动力传动系控制器104，每个都有与关联的存储器122、124进行通信的各自的处理器118、120。
现参照图2，示出图1的***100中的***信息流的示意图200。***100优选地利用CAN总线在各要素之间传输数据。还可以理解，该通信可以是不同的有线和/或无线的。ESA控制器102接收来自动力传动系控制器104和ADASIS模块114的输入数据202。动力传动系控制器104提供车辆动力学(vehicle dynamics)信息，比如存储设备的荷电状态(SOC：state of charge)、燃料量、电涡轮和电压缩机的状态等等。ADASIS模块114提供诸如当前海拔(高度)、沿标绘的路线和/或可能的(适合的)路线接下来的海拔等电子视野数据(eHorizon data)。
ESA控制器102处理输入数据102，以产生作为充电建议数据208传送到电涡轮106和电压缩机108的控制信号。例如，如情境框(circumstance box)204所示，如果没有特有特征即将出现，并且车辆动力学处于稳态，则ESA控制器102产生稳态控制信号206。然而，如情境框210所示，当车辆10接近使发动机工作负载减少的变速区(change)(例如，标明的限速减少(posted speed limit reduction)、路线弯道、路线的上坡、停车标志、交通信号灯等)时，ESA控制器102将产生电池充电增益有效控制信号(battery charge gain available controlsignal)212。换句话说，ESA控制器102识别并预测机会，以利用发动机废气运转电涡轮106并发电，给存储设备110充电。
如情境框214所示，当车辆10接近使发动机负载增加(标明的限速增加、笔直的或变直的路线，路线的下坡等)的变速区时，ESA控制器102产生电池用量可接受控制信号(battery use acceptable controlsignal)216。换句话说，ESA控制器102识别并预测使用存储设备110驱动电压缩机108以对发动机112进行涡轮增压的需求。控制信号206、212、216作为充电建议数据208沿CAN总线传输，以便由动力传动系控制器104接收。反过来，动力传动系控制器104按照控制信号206、212、216的指示执行期望的运行的改变。
为了通过一个具体实例来进一步示出该主题技术，可参考图3和图4。图3是沿路线12行驶并伴随上坡14形式的临近事件(upcomingevent)的车辆10的局部示意图。图4是根据本发明的示例性实施例的用于展示图1的***中详细***逻辑的另一示意图400。车辆10可以在发动机舱、行李箱或其他位置具有ESA控制器102，以便能够接收来自ADASIS模块114的输入数据。
在步骤402，输入数据包括电子视野数据和车辆动力学数据，其使ESA控制器102如步骤404所示，计算路线特性标识(path characteristicidentification)。路线或道路12可以是减速路线或增速路线。如图3所示，减速路线是临近的斜坡14。然而，并非所有的事件都能引起运行的改变，因为该事件只是需要很小的调整或变化太多以致需要不同的相互矛盾和无效率的调整。例如，为了使改变(modification)发生，在运行改变中需要预定阈值。如步骤404所示，该阈值表示为标校值百分比。如果用于临近事件的发动机负载减少量不大于校准阈值时，就不会发生运行的改变(modification of operation)。同样的，如果用于临近事件的发动机负载增加量小于校准阈值，则ESA控制器102不会实施运行的改变。
在步骤406，ESA控制器102执行电子视野事件计算。利用来自ADASIS模块114的输入数据402，计算到斜坡14的距离作为车辆偏移(vehicle offset)(例如，相对于斜坡14的车辆位置)与事件偏移(eventoffset)(例如斜坡14的起始点)之差。车辆动力学数据包括车速，使得一旦到斜坡的距离已知，ESA控制器102就可以计算到减速事件的时间。可以理解这些计算可以实时更新，使得当发生小的速度变化时，更新上述计算以实现最佳精度。
在步骤408，ESA控制器102利用来自动力传动系控制器1-4的附加信息，诸如存储设备110的荷电状态。对于减速事件，ESA控制器102评估荷电状态。如果荷电状态是低的(例如低于校准阈值)，逻辑流400便转向步骤410。在步骤410，由于在存储设备110中没有足够的电力，电压缩机108的运行被阻止。但是，如果荷电状态是高的，逻辑流400便转向步骤412，以接合电压缩机108。在步骤412，电压缩机108驱动(run off)存储设备110，反过来，当车辆10上斜坡14时，给发动机112提供额外的动力。
再一次参考步骤408，对于增速事件，ESA控制器102也评估荷电状态。如果荷电状态是高的(例如高于校准阈值)，逻辑流400转向步骤414，其中由于存储设备110大致充满了电，涡轮106的运行被阻止。这样，发动机112可以有效运转。然而，如果荷电状态是低的，逻辑流400转向步骤416，接合电涡轮106，反过来，当车辆10下坡时，涡轮为存储设备110提供存储用电能。
另外，ESA控制器102和/或动力传动系控制器104能执行发动机调谐(engine tuning)。例如，在下坡滑行期间，燃料被切断，或者在制动期间，再生设备(regenerative device)能够用以给存储设备110充电。ESA控制器102可以收集来自ADASIS模块114或其他源(source)的数据，来进一步标识临近事件。例如，ESA控制器102可以评估交通数据，例如，将产生一个事件的临近拥堵(oncomingcongestion)、交通信号、在同一个路段上的可能以慢速行驶或频繁停止的车辆，例如校车等。虽然ESA控制器102被描述为与车辆10关联，但是ESA控制器102可以远程地定位并通过诸如蜂窝网络等其他手段与车辆10进行通信。这种情况下，单个ESA控制器102可以跟踪(track)和改变一个车队的车辆的运行。而且，ESA控制器102可以保持燃料数据。当各种加油的机会变得明显或者剩余行驶距离低于阈值时，ESA控制器102可以执行切换使发动机在最大燃料效率模式下运行，有助于防止燃料耗干。
可以看出，***100使得发电(例如电涡轮106)和通过电压缩机108进行的涡轮增压独立开来。同样的，***100为将来的发动机负载和充电机会做好准备，以便使发动机112的运行更有效和平稳。增加的燃料经济性和灵活管理峰值负载情况的性能，使得发动机的尺寸相比于稳态加载期望(setady state loading expectation)来说得以优化。因此，能够使用更小巧、更便宜的燃料发动机，并且具有低排放的绿色环保效应。
参考文献援引
所有专利、公开的专利申请以及本文公开的其他参考文献都以整体引用的方式明确援引于此。
如上所述，本发明并不限于前述的示例性实施例和附图，因为本领域技术人员可以在不偏离本发明的技术精神的范围内做出替代、各种变形和变化形式。

Claims (16)

1.一种用于车辆的储能建议控制器，所述车辆包括发动机、利用所述发动机废气来发电的涡轮、用于存储电能的存储设备以及由所述存储设备驱动的用于给所述发动机涡轮增压的压缩机，所述储能建议控制器包括：
被配置成存储程序指令的存储器；以及
被配置成执行程序指令的处理器，所述程序指令在被执行时被配置成：
接收与所述车辆行驶的路线相关的第一数据和与车辆动力学相关的第二数据；
基于所述第一数据和所述第二数据计算第一控制信号和第二控制信号，其中所述第一控制信号用于改变所述涡轮的运行，所述第二控制信号用于改变所述压缩机的运行；以及
提供所述控制信号给动力分配模块，用于控制所述涡轮和所述压缩机使得所述发动机有效运行。
2.根据权利要求1所述的储能建议控制器，其中所述第一数据包括道路地图数据、海拔数据、限速数据、交通信号数据或其组合。
3.根据权利要求1所述的储能建议控制器，其中所述第二数据包括所述存储设备的荷电状态、车速数据或者其组合。
4.根据权利要求1所述的储能建议控制器，其中所述程序指令在被执行时被进一步配置成：
确定所述存储设备的荷电状态；以及
应用至少一个阈值来确定所述存储设备的充电能量和放电能量中的至少一者是否适当。
5.根据权利要求1所述的储能建议控制器，其中所述程序指令在被执行时被进一步配置成远程地改变一个车队的车辆的运行。
6.根据权利要求1所述的储能建议控制器，其中所述程序指令在被执行时被进一步配置成计算到速度变化事件的时间，以实时改变运行。
7.根据权利要求1所述的储能建议控制器，其中所述程序指令在被执行时被进一步配置成：
保持燃料数据；
基于所述燃料数据确定剩余行驶距离；
根据地图数据，确定到最近加油机会的加油距离；以及
基于比较所述剩余行驶距离和所述加油距离，改变发动机的运行以达到最大燃料效率。
8.根据权利要求1所述的储能建议控制器，其中所述程序指令在被执行时被进一步配置成：
保持燃料数据；
基于所述燃料数据确定剩余行驶距离；以及
如果所述剩余行驶距离低于限值，执行切换使得发动机在最大燃料效率模式下运行。
9.一种非暂时性计算机可读介质，包括由储能建议控制器执行的程序指令，所述计算机可读介质包括：
用于接收与车辆正在行驶的路线相关的第一数据和与所述车辆的动力学相关的第二数据的程序指令；
基于所述第一数据和所述第二数据计算第一控制信号和第二控制信号的程序指令，其中所述第一控制信号用于改变所述车辆的涡轮的运行；并且所述第二控制信号用于改变所述车辆的压缩机的运行；以及
用于提供所述第一控制信号和所述第二控制信号给所述车辆的动力分配模块，用于控制所述涡轮和所述压缩机使得所述车辆的发动机有效运行的程序指令，其中所述涡轮利用发动机废气为存储设备发电，并且所述压缩机由所述存储设备驱动，用于给所述发动机涡轮增压。
10.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：
所述第一数据包括道路地图数据、海拔数据、限速数据、交通信号数据或其组合的程序指令。
11.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：
所述第二数据包括所述存储设备的荷电状态、车速数据或其组合的程序指令。
12.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：
确定所述存储设备的荷电状态并应用至少一个阈值来确定所述存储设备的充电能量和放电能量中的至少一者是否适当的程序指令。
13.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：
远程地改变一个车队的车辆的运行的程序指令。
14.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：
计算到速度变化事件的时间以实时改变运行的程序指令。
15.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：
保持燃料数据，基于所述燃料数据确定剩余行驶距离，根据地图数据确定到最近加油机会的加油距离，并基于比较所述剩余行驶距离和所述加油距离，改变发动机的运行以达到最大燃料效率的程序指令。
16.根据权利要求9所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：
保持燃料数据，基于所述燃料数据确定剩余行驶距离，如果所述剩余行驶距离低于限值，执行切换使所述发动机在最大燃料效率模式下运行的程序指令。
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