CN115996857A - 用于控制混合动力车辆中的动力总成的方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了在具有电动机和发动机的车辆中进行动力总成功率管理的方法和系统。该方法和系统涉及在操作上联接至发动机和电动机的动力总成，以及在操作上联接至动力总成的优化器模块。该优化器从远程管理模块接收行进一路线的操作者信息，响应于该操作者信息从地图绘制应用接收该路线的当前路线信息，测量混合动力车辆的当前车辆状态信息，以及基于当前路线信息以及当前车辆状态信息来决定车辆的功率管理策略。

Description

用于控制混合动力车辆中的动力总成的方法和系统

技术领域

本公开总体上涉及混合动力车辆(hybrid vehicle)，尤其涉及控制混合动力车辆的动力总成(powertrain)。

背景技术

近来，对具有混合动力总成的车辆(即，具有多种形式的原动力的混合动力车辆)的需求不断增加，以满足诸如提高燃料经济性和减少排放的标准，始终为用户维持最优性能。这种配备有带电池和增程器(range extender)的电动动力总成的混合动力车辆通常包括用于确定从可用车载动力源中的哪一个车载动力源向电动动力总成供应动力的控件(controls)。例如，该控件可以在电池与增程器之间选择作为动力总成的动力源，并且该控件可以选择要从各个能量源提供的能量的量。这些控件可以包括目标荷电状态分布曲线(profile)，以管理该功率分配(包括开始和结束荷电状态、以及轨迹)以及关于如何和何时运行增程器的目标或决定。被用于动力总成的参考可以对诸如燃料经济性、性能、排放、以及组件寿命的因素具有显著影响。然而，本领域中目前已知的控件对于给定车辆的许多或所有用例来说，使用的是全局性地选择的单个校准或参考集。也就是说，该控件预设有预定规则集，该规则集被用于该控件确定将所述动力源中的哪个动力源用于获得能量、以及要从各个动力源获得多少能量。因为存在影响车辆的前述因素的许多不同要素，所以该控件难以作出关于以下项中的所有项都是最佳的决定：燃料经济性、性能、排放、以及组件寿命。

鉴于上述示例，需要这样的一种控制系统，即，其能够更灵活且动态地控制混合动力车辆中的混合动力总成，使得电动机和发动机的运行是以优化该混合动力车辆的燃料经济性、性能、排放、以及组件寿命的方式来运行的。

政府支持条款

本发明是受政府支持的在由能源部授予的授予号DE-EE0007514下进行的。政府在本发明中具有特定权利。

发明内容

本公开的各种实施方式涉及对包括发动机和电动机的混合动力车辆的动力总成进行控制的系统。在一个实施方式中，提供了一种混合动力车辆的驱动系统，该驱动系统包括：发动机、与储能装置电联接的电动机、在操作上联接至发动机和电动机的动力总成、在操作上联接至动力总成的优化器模块。该优化器模块被配置成从远程管理模块接收行进一路线的操作者信息，响应于该操作者信息从地图绘制应用接收该路线的当前路线信息，测量混合动力车辆的当前车辆状态信息，以及基于当前路线信息以及当前车辆状态信息来决定车辆的功率管理策略。

在一个实施方式中，动力总成被配置成基于功率管理策略来控制车辆的发动机、电动机、或者储能装置中的至少一者。在一个实施方式中，当前车辆状态信息包括以下项中的至少一者：车辆类型和架构、车辆可用性、车辆质量、车辆英里数(mileage)、储能装置的荷电状态(SOC)和将储能装置再充满电的时间量、储能装置的健康状态(SOH)、被流体地联接至发动机的燃料箱中的燃料量和将燃料箱再加满燃料的时间量、或者车辆基于SOC或燃料量的全里程。

在一个实施方式中，优化器模块还被配置成在车辆完成行进路线之后，向远程管理模块提供该车辆的动力总成专有信息。在一个实施方式中，动力总成专有信息包括以下项中的至少一者：燃料和能量效率信息、组件寿命信息、故障状况、或者车辆的降额可能性。在一个实施方式中，当前路线信息包括以下项中的至少一者：速度限制信息、道路坡度信息、加油站位置信息、充电站位置信息、交通信息、天气信息、地形信息、以及区划信息。在一个实施方式中，优化器模块通过使用根据历史和预测数据的在线学习来决定功率管理策略。在一个实施方式中，该驱动系统还包括多个传感器，所述多个传感器可操作成测量当前车辆状态信息，其中，功率管理策略是进一步使用监测所述多个传感器的数字孪生(digital twin)来决定的。

在一个实施方式中，提供了一种操作混合动力车辆的方法。该混合动力车辆具有发动机、电动机、在操作上联接至发动机和电动机的动力总成、以及在操作上联接至动力总成的优化器模块。所述方法包括以下步骤：由优化器模块从远程管理模块接收行进一路线的操作者信息，由优化器模块从地图绘制应用接收该路线的当前路线信息，测量混合动力车辆的当前车辆状态信息，以及由优化器模块基于当前路线信息以及当前车辆状态信息来决定车辆的功率管理策略。

在一个实施方式中，所述方法还包括以下步骤：由动力总成基于功率管理策略，来控制车辆的发动机、电动机、或者联接至电动机的储能装置中的至少一者。在一个实施方式中，当前车辆状态信息包括以下项中的至少一者：车辆类型和架构、车辆可用性、车辆质量、车辆英里数、联接至电动机的储能装置的荷电状态(SOC)和将储能装置再充满电的时间量、储能装置的健康状态(SOH)、联接至发动机的燃料箱中的燃料量和将燃料箱再加满燃料的时间量、或者车辆基于SOC或燃料量的全里程。

在一个实施方式中，所述方法还包括以下步骤：由优化器模块在车辆完成行进该路线之后，向远程管理模块提供该车辆的动力总成专有信息。在一个实施方式中，动力总成专有信息包括以下项中的至少一者：燃料和能量效率信息、组件寿命信息、故障状况、或者车辆的降额可能性。在一个实施方式中，当前路线信息包括以下项中的至少一者：速度限制信息、道路坡度信息、加油站位置信息、充电站位置信息、交通信息、天气信息、地形信息、或区划信息。

在一个实施方式中，提供了一种车队管理系统。该管理系统包括：多个混合动力车辆，各个混合动力车辆皆包括与燃料箱流体地联接的发动机、与储能装置电联接的电动机、在操作上联接至发动机和电动机的动力总成、以及在操作上联接至动力总成的优化器模块。该管理系统还包括远程管理模块，该远程管理模块可操作成从优化器模块接收所述多个混合动力车辆中的各个混合动力车辆的动力总成专有信息，基于动力总成专有信息来确定所述多个混合动力车辆中的哪个混合动力车辆被指示行进一路线，以及向所确定的混合动力车辆发送行进该路线的操作者信息。所确定的车辆的优化器模块被配置成响应于该操作者信息从地图绘制应用接收该路线的当前路线信息，测量混合动力车辆的当前车辆状态信息，以及基于当前路线信息以及当前车辆状态信息来决定车辆的功率管理策略。所确定的车辆的动力总成还被配置成基于功率管理策略来控制该车辆的发动机或电动机中的至少一者。

在一个实施方式中，该功率管理策略是由优化器模块使用根据历史和预测数据的在线学习来决定的。在一个实施方式中，该功率管理策略是进一步使用监测多个传感器的数字孪生来决定的，所述多个传感器可操作成监测当前车辆状态信息。在一个实施方式中，该优化器模块是位于混合动力车辆中的车载优化器模块。在一个实施方式中，将车载优化器模块电联接至动力总成内的处理单元。在一个实施方式中，该优化器模块是可经由无线通信访问的车外(off-board)优化器模块。在一个实施方式中，该车外优化器模块可经由云网络来访问。在一个实施方式中，当前路线信息被包括作为操作者信息的部分。在一个实施方式中，操作者信息还包括操作者请求信息。

虽然公开了多个实施方式，但是根据下面示出并描述本公开的例示性实施方式的详细描述，本公开的其它实施方式对于本领域技术人员将变得显而易见。因此，附图和详细的描述本质上要被视为例示性的而非限制性的。

附图说明

考虑到伴随以下附图的下列描述，将更容易理解实施方式，并且其中，相同标号表示相同要素。这些描绘的实施方式要被理解为对本公开的例示，而非以任何方式加以限制。

图1是根据一个实施方式的采用特定布局的全混合动力电动车辆(FHEV)架构中的驱动系统的示例的框图；

图2是根据一个实施方式的具有车队管理模块以及地图绘制应用的混合动力总成系统的示例的框图；

图3是根据一个实施方式的具有控制混合动力总成车队的车队管理模块的混合动力总成车队管理系统的示例的框图；

图4是例示根据一个实施方式的控制混合动力总成的方法的流程图；

图5是根据一个实施方式的如图1所示的动力总成控制模块的示例的框图；

图6是根据一个实施方式的具有车队管理模块以及地图绘制应用的混合动力总成系统的示例的框图。

虽然本公开容许各种修改和另选形式，但具体实施方式已经在附图中通过示例进行了示出，并且下面进行详细描述。然而，目的不是将本公开限制于所述特定实施方式。与此相反，本公开旨在覆盖落入如所附权利要求所限定的本公开的范围内的所有修改例、等同物以及另选例。

具体实施方式

在下面的详细描述中，参照附图进行说明，附图形成了该详细描述的一部分并且其中通过例示的方式示出了具体实践本公开的具体实施方式。对这些实施方式进行足够详细的描述，以使本领域技术人员能够实践本发明，并且要理解的是，在不脱离本公开的范围的情况下，可以利用其它实施方式，并且可以进行结构性改变。因此，下面的详细描述不是按限制性意义来看待的，并且本公开的范围仅通过所附权利要求及其等同物来限定。

贯穿本说明书对“一个实施方式”、“实施方式”或类似语言的引用意指在本公开的至少一个实施方式中包括结合该实施方式描述的特定特征、结构或特性。贯穿本说明书出现的短语“在一个实施方式中”、“在实施方式中”以及类似语言可以但不必都是指同一实施方式。类似地，术语“实现”的使用意指具有结合本公开的一个或更多个实施方式描述的特定特征、结构或特性的实现，然而，在缺乏明确的相关性来另外加以指示的情况下，可以将实现与一个或更多个实施方式相关联。而且，可以在一个或更多个实施方式中以任何合适的方式组合本文所描述的主题的所述特征、结构或特性。

如图1所示，具有并联混合架构的混合动力总成100通常具有由燃料提供动力的发动机102(诸如汽油机或柴油机)、以及由电力电子(PE)模块106控制并由电池108供电的电动机104。动力总成控制模块(PCM)110控制发动机102、PE模块206、电池108、以及手自一体变速器(automated manual transmission，AMT)116的操作。离合器112位于发动机102与电动机104之间，另一离合器114位于电动机104与AMT 116之间，该AMT 116也是由PCM 110来控制的。并联混合架构的其它配置也是可应用的。发动机102可以是任何合适的燃料动力发动机，诸如内燃机(ICE)，而发动机的类型包括汽油机、柴油机、燃气轮机等。电动机104可以是能够在电能与机械能之间转换的任何合适的电动式电动机-发电机，包括AC无刷电动机、DC电刷电动机、DC无刷电动机、直接驱动式旋转电动机、线性电动机等。而且，发动机104可以是辅助动力单元，诸如当电池耗尽时对电池108进行充电的增程器。增程器可以是以下项中的任一者或更多者：柴油发电机组、汽油发电机组、天然气发电机组、燃料电池等。

混合动力总成100的布局是全混合动力车辆(FHEV)架构的布局，其使得能够以不同的混合模式来驱动车辆。例如，在纯电模式下，离合器112处于打开位置，使得发动机102不提供动力，而改为电池108提供能量来向电动机104供电。因此，电能从电池108流向电动机104，并且机械能从电动机104流向驱动轴118。在混合/电辅助模式下，离合器112处于闭合位置，使得发动机102和电动机104都向AMT 116提供动力。因此，机械能从发动机102流向电动机104，然后流向驱动轴，并且电能从电池108流向电动机104，此后该电能被转换成机械能，然后流向驱动轴118。在电池充电模式下，离合器112处于闭合位置，并且发动机102向AMT 116提供所有动力，同时还向电动机104提供机械能，以使得电动机104能够将该机械能转换成电能，然后将该电能储存在电池108中。因此，机械能从发动机102流向电动机104，此后该机械能被引导至驱动轴118并且电能被引导至电池108。最后，在再生制动模式下，离合器112处于打开位置并且没有动力从发动机102和电动机104中的任一者提供给AMT 116，因而车辆将最终停止。当车辆处于运动中时，来自驱动轴118的机械能被电动机104转换成电能，此后该电能被储存在电池108中。因此，机械能从驱动轴118流向电动机104，并且电能从电动机104流向电池108。

在一些实施方式中，混合动力总成100可以具有与图1所示不同的布局。例如，混合动力总成可以具有并联、串联、以及混合串联/并联设计，所有这些设计被统称为“功率分配架构”。在并联设计以及混合串联/并联设计中，内燃机对电池进行充电，并且还被机械地连接至车辆的车轮以提供牵引动力。在串联设计中，内燃机仅被用于通过驱动发电机进行发电来为电池或电驱动电动机供电的目的。在另一示例中，四模式混合动力车辆(HEV)包括内燃机和两个电动机以提供四种运行模式：(1)电动车辆(EV)模式、(2)增程(RE)模式、(3)混合动力模式、以及(4)发动机模式。不同的模式具有不同的特性，并且四模式HEV具有调整这些模式以适应不同情形的优点。在一些实施方式中，该动力总成属于仅具有一个或多个电动机而没有发动机的电池电动车辆(BEV)，并因此用于全电动车辆。在一些实施方式中，与动力总成相关联的发电机组是使用柴油、汽油、丙烷、天然气、或太阳能来提供动力的。在一些实施方式中，动力总成100使用燃料电池，该燃料电池通过氧化还原反应将燃料和氧化剂的化学能转换成电，其中，燃料通常是氢，并且氧化剂通常是氧。

图2示出了混合动力总成控制系统200，其包括动力总成100(更具体地，动力总成100的PCM 110)以及地图绘制应用202、车队管理模块204、以及车载优化器模块206。地图绘制应用202和车队管理模块204中的每一者皆远离动力总成100定位，并且经由任何合适的数字通信手段(诸如经由互联网、局域网(LAN)、控制器区域网(CAN)总线、云网络等)无线地或有线地进行访问。车载优化器模块206位于PCM 110中，例如被联接至PCM 110的处理单元500，如图5所示。地图绘制应用202是使得用户能够获得关于要行进的路线的信息的任何软件应用。在一个示例中，地图绘制应用202收集关于以下项中的任一个或更多个的信息：交通、天气预报、路况、地形条件、零排放地区、收费公路位置、地理围栏(geofenced)区域等。车队管理模块204是能够管理关于混合动力车队中的各个车辆的专有信息的数据并存储关于车队中的各个车辆的最新信息的任何计算装置或计算装置的系统。例如，可以将模块204实现为命令中心，该命令中心具有向车队中的各个车辆发出指令的权力，其中，各个车辆皆包含类似于图1所示的动力总成100的混合动力总成。被存储在车队管理模块204中的信息包括但不限于动力总成能力，诸如可能的行进里程、满足行进任务而不降额的能力、满足零排放要求的能力等。而且，在一些示例中，该信息包括车辆的当前电池和/或燃料状态以及不同的系统健康状态，诸如电池劣化、故障状况等。

在一个示例中，车队管理模块204例如从用户接收车队中的可用混合动力车辆中的任一混合动力车辆需要进行一行程的指令。响应于该指令，模块204经由如上提及的有线或无线数字通信，从车载优化器模块206接收当前动力总成专有信息208。在这种情况下，专有信息包括以下项中的至少一者：电池的当前荷电状态(SOC)、电动车辆的全里程估计、充满电和再加满燃料的时间、组件系统健康/劣化状态、动力总成类型/架构(例如，电池电动车辆(BEV)、增程式电动车辆(REEV)、增程式电池电动车辆(BEVx)等)、英里数、车辆类别、自主性水平和状态、车辆对于任务的可用性、以及车辆停放的物理位置。

在接收到车队中的车辆的专有信息208之后，车队管理模块204决定所述车辆中的哪个车辆最适合于该任务。例如，该决定可以取决于以下因素中的一个或更多个因素：性能、效率、排放要求、组件寿命优化、以及这些因素之间的平衡。性能因素可以包括车辆是否能够平稳地行进该路线并且对于用户具有最佳驾驶体验。这通过具有更高的马力或更大的发动机尺寸以获得更快的响应来实现。效率因素可以包括：能量效率、燃料经济性(例如，每加仑英里测量)、重量比效率等。这样的因素对进行该行程的成本(例如燃料成本和特定行程的雇用驾驶员成本)造成了更大的负担。排放要求因素包括：车辆的后处理系统的效率、可以从电动机而不是发动机提供多少功率等。排放要求在一些地区可能起重要作用，这是因为这样的地区具有比其它地区更严格的排放要求，或者在一些情况下要求车辆无排放(例如，零排放地区)。组件寿命优化因素包括车辆的电池、发动机、电动机、以及变速器的健康状态(SOH)。尤其重要的是电池的SOH，这是由于在长期使用之后可以被储存在电池中的能量的量减少的缘故。

当车队管理模块204作出关于车队中的哪个车辆最适于该任务的决定时，将操作者信息210发送至该车辆，或者更具体地发送至车辆的PCM 110。然后，PCM 110向地图绘制应用202发送路线信息请求212，该地图绘制应用通过向PCM 110发送当前路线信息214来作出响应。在一个示例中，代替PCM 110请求路线信息，车队管理模块204可以在将操作者信息210发送至PCM 110的同时，将请求212发送至地图绘制应用202，此后，该地图绘制应用202将所得到的路线信息214转发至PCM 110。在一些示例中，操作者信息210不仅包括行程的路线信息，而且包括操作者请求，该操作者请求是车队管理模块204对于各个车辆的动力总成100具有的特定请求。例如，如果在下一行程之前没有足够的时间将电池108充满电，则车队管理模块204可以发送指示在一天结束时电池108必须处于特定电量水平的请求，因而仍有足够的电力供动力总成100在第二天运行。在另一示例中，动力总成100具有该动力总成100能够运行的一组不同预设模式，其中各个预设模式实现与另一预设模式不同的结果。例如，在一种预设模式下，更强调优化燃料经济性，而在另一种预设模式下，可以强调动力总成100的总体性能、排放水平、和/或组件寿命。这样，如果车队管理模块204打算更加强调燃料经济性、性能、排放、以及组件寿命之一，则车队管理模块204可以发送包括该优选预设模式的操作者信息210。

在一些示例中，操作者请求包括车队性能偏好，该车队性能偏好基于操作者是否想要调整动力总成系统运行，以优化车辆性能、效率、排放减少、组件寿命、或这些因素中的任何因素之间的平衡性能。在一些示例中，操作者请求使得一个或更多个增程器能够将车辆的电池充电至指定荷电状态，或者使动力总成在任务结束时以指定荷电状态为目标。

PCM 110使用信息214来确定功率管理策略，并且根据该功率管理策略来控制发动机102和电动机104以及动力总成100中的其它组件。本文进一步讨论用于这样做的手段。在任务完成之后，PCM 110执行测量并且基于在任务或行程结束时的测量结果来计算经更新的动力总成专有信息208。然后，PCM 110的车载优化器模块206将经更新的动力总成专有信息208发送至车队管理模块204，以重写被存储在该车队管理模块中的旧动力总成专有信息，使得当车队管理模块204在将来作出决定时，能够将经更新的动力总成专有信息208用于车辆，以代替不再相关的旧的和过期的动力总成专有信息208。这样，车队管理模块204总是访问最新的专有信息以帮助其做出关于哪个车辆被指示行进的决定。

图3示出了混合动力总成车队管理系统300，其利用图2的混合动力总成控制系统200，但是被应用于车队302，其中各个车辆皆用从(1)到(N)的数字进行标记。各个车辆皆具有混合动力总成以及因此独立于其它PCM的PCM，并且各个PCM皆可以从车队管理模块204接收操作者信息210，从地图绘制应用202接收当前路线信息214，以及在每次行程之后将经更新的动力总成专有信息208发送至车队管理模块204。在系统300中，车队管理模块204不是只有一个而是多个任务或行程要完成，因此需要决定所述车辆中的哪些车辆被指示用于这些行程。在一个示例中，从车队302中选择一组车辆，使得该组中的各个车辆皆接收一组操作者信息210。在另一示例中，所述车辆中的一个或更多个车辆可以接收两组或更多组操作者信息210，这是因为这样做与向不同车辆发送指令相比是最佳的。例如，当所述车辆中的除一个车辆之外的其它所有车辆在它们的电池中具有低SOC，而该一个车辆在其电池中具有足够高的SOC，使得在所述其它车辆的电池被充电之前所述车辆单独可以完成所有任务时，车队管理模块204可以指示具有高SOC的该单个车辆进行所有行程。应注意，这种操作者信息210将由车队管理模块204使用多个因素而不仅仅是车辆的电池的SOC来加以确定。还应注意，当车队管理模块204作出该决定时，车辆可能停车也可能行进在不同的位置。这样，还要考虑车辆的可用性，诸如它们是否已经在运行某一差事或者未处于距进行该行程的目的地的合理距离内。

在图3所示的示例中，车队管理模块204基于动力总成专有信息208，将操作者信息210A发送至第一PCM 110，将操作者信息210B发送至第二PCM304，以及将操作者信息210C发送至第N个PCM 306。在一些示例中，车队302包括多种类型的车辆，使得一车辆的规格与另一车辆不同。例如，与车队302中的另一车辆相比，一个车辆可以具有更大的发动机、更好的燃料经济性、具有更好SOH的电池并因此可以承载更多的能量、更适合于恶劣的地形或更严酷的天气状况的轮胎、和/或容纳更多乘客的更大容量等。例如，车辆可以采用不同的动力总成架构或者使用不同类型的燃料(汽油、柴油、乙醇、生物柴油、天然气等)。这些规范也被包括在专有信息208中，以在作出决定时由管理模块204使用。在PCM 110、PCM 304、以及PCM306中的各个PCM皆完成所指派的行程之后，它们各自分别向车队管理模块204发送经更新的动力总成专有信息208A、208B、以及208C，以使车队管理模块204中的数据保持最新。

在一个示例中，管理模块204对车队302中的各个车辆执行预测以检测任何组件劣化，然后如果检测到这种劣化，则确定并安排关于这些车辆的保养。管理模块204还可以触发对如图1所示的动力总成系统100的组件的主动诊断测试。然后，管理模块204基于从分析动力总成专有信息208而检测出的动力总成系统状态，推荐用于不同任务和路线的恰当车辆。

图4示出了根据实施方式的如本文所公开的管理混合动力总成的方法400。在第一框402中，优化器模块(例如，优化器模块206)接收行进一路线的指令(例如，操作者信息210)。然后，在第二框404中，优化器模块的优化器模块接收当前路线信息(例如，当前路线信息214)。在一个示例中，当前路线信息包括以下项中的至少一者：交通信息、天气信息、地形信息、以及区划信息。在第三框406中，优化器模块测量混合动力车辆的当前车辆状态信息。在一个示例中，当前车辆状态信息包括：储能装置的荷电状态(SOC)、储能装置的健康状态(SOH)、以及燃料箱中的燃料量。在第四框408中，优化器模块例如通过使用根据历史和预测数据的在线学习，基于当前路线信息和当前车辆状态信息，来决定车辆的功率管理策略。在一些示例中，动力总成在从优化器模块接收到功率管理策略之后，基于该功率管理策略来控制发动机和/或电动机(例如，发动机102和电动机104)。在一个示例中，在车辆完成行进该路线之后，优化器模块将动力总成专有信息(例如，经更新的动力总成专有信息208)提供给远程定位的车队管理模块(例如，车队管理模块204)。在该示例的一个方面，动力总成专有信息包括车辆的燃料和能量效率信息。

图5示出了根据一个实施方式的PCM 110的组件。所示的PCM 110包括：处理单元500、存储器单元502、以及无线接收器504。处理单元500可以是任何合适的处理器，诸如芯片上系统、中央处理单元(CPU)等。存储器单元502可以是任何合适的存储器，诸如静态或动态随机存取存储器(SRAM或DRAM)、闪速存储器等。无线接收器504可以是使得能够访问互联网和/或内联网等的任何合适的数字无线通信模块。如先前说明的，在无线接收器504接收到来自管理模块204的操作者信息210以及来自地图绘制应用202的当前路线信息214之后，接收器504将所接收到的数据发送至处理单元500。处理单元500还访问存储器502，以获得最近被发送至车队管理模块204的车辆的经更新的动力总成专有信息208。在一个示例中，处理单元500中的车载优化器模块206基于当前路线信息214和动力总成专有信息208，来决定功率管理策略。在另一示例中，车队管理模块204从联接至动力总成100内的不同组件的多个传感器接收关于当前车辆状态的测量数据。例如，联接至电池108的传感器可以测量电池的当前SOC，并且联接至发动机102的传感器可以测量发动机102以及被附接至该发动机的后处理系统(未示出)的当前温度。这些测量数据被称为车辆组件信息506并且由优化器模块206来收集，以决定功率管理策略。

功率管理策略包括目标SOC分布曲线的控制信息，并且如果需要发动机102与电动机104之间的功率分配，则包括开始/结束SOC水平以及到达目标SOC的轨迹。而且，可以将发动机102替换成增程器(诸如微型燃气轮机或燃料电池)，控制信息还包括增程器应该如何和何时运行。在另一示例中，动力总成管理策略包括以下项中的至少一者：电池SOC目标分布曲线、增程器运行(扭矩/速度操作、开/关目标分布曲线等)、目标结束SOC、以及电池的目标再充电量(考虑到开始荷电状态)。然后，PCM 110的处理单元500通过联接至处理单元500的控制器508，根据动力总成管理策略，来控制车辆的发动机102、PE 106、电池108、以及AMT116中的一个或更多个。

功率管理策略是由处理单元500使用诸如在线学习的方法来决定的，该在线学习考虑附件负载、驾驶员的驾驶风格、预报的交通、以及环境状况的历史和预测数据。可以将历史数据存储在存储器单元502中，并且可以根据当前路线信息214导出预测数据。例如，可以利用地形和天气状况信息来确定要施加至车辆的潜在负载的预测信息，如果电池SOC低，则可以利用交通信息来确定是否有可能性使用发动机为电池供电，并且可以利用这些信息的组合，来预报在电池用完能量并因此需要经由充电站或增程器进行充电之前所行进的大致时间或距离。在一个示例中，处理单元500使用数字孪生来形成动力总成的物理组件的数字表示，并且计算可以使用电动车辆组件行进的全里程、以及燃料经济性和对车辆进行充电或再加燃料的预报时间。而且，可以将由传感器提供的测量数据用于实时地更新车辆的数字双副本。功率管理策略还决定何时在不同模式或设定之间进行切换。在一个示例中，功率管理策略决定何时将如上说明的纯电模式、混合/电辅助模式、电池充电模式、以及再生制动模式应用于动力总成系统100，以实现希望的运行特性。功率管理策略可以决定何时请求增程器将电池108充电至指定SOC，以及何时请求动力总成100在任务结束时以电池108的指定SOC为目标。

而且，可以调整功率管理策略以实现适合某些要求的不同结果。例如，可以调整功率管理策略以优化性能方面，使得发动机102和电动机104以优化车辆驾驶员的驾驶体验的方式来运行。该策略可以涉及定位加油站和充电站的位置，使得驾驶员总是能够利用足够的燃料或SOC持续驾驶，直到在途中的下一加油站或充电站。另选地，可以调整功率管理策略，以优化效率并最小化完成任务或作业的成本，尤其是对于燃料效率在保持低成本方面起主要作用的长途行程。在另一示例中，可以将功率管理策略调整为超环保(ultra-green)，使得来自发动机102的排放尽可能地减少，如果在一些使用中没有被完全消除的话，那么这在车辆行进至零排放地区时会成为重要的因素。另外，功率管理策略可以专注于优化车辆的组件寿命，例如，电池108。在电池的情况下，延长的使用降低了电池的最大容量，使得即使将电池充满电，电池所提供的能量也比在该电池新安装时的能量少。然而，诸如在低温下运行的附加因素进一步降低了电池的最大容量，这被称为降额。同样地，在这种情况下，可以调整功率管理策略，使得电池的总吞吐量最小化，并且将电池保持在相对暖的温度以避免这种降额。最后，可以调整功率管理策略，以实现关于前述优化的更平衡的结果。

下面列出PCM 110的处理单元500如何优化功率管理策略的示例中的一些示例。在一个示例中，处理单元500使用天气信息来调整电池的目标SOC，以考虑天气对电池能力和附件负载的影响。在一个示例中，处理单元500使用天气信息来调整增程器运行，诸如在天气寒冷时通过使增程器运行更长时段来保持车辆的后处理系统暖和，以便减少排放。在一个示例中，处理单元500基于燃料能量与来自电网的电能之间的成本来优化成本效率，因而，处理单元500决定在开始任务之前电池需要被充电至的SOC水平。在一个示例中，处理单元500考虑到沿着车辆要行进的路线的加油站或充电站的数量和位置来优化行进路线。在一个示例中，处理单元500通过应用基于实时交通和车队偏好的车辆速率管理来优化成本效率，尤其是在路线上存在繁忙交通的情况下，以提高车辆的安全性和燃料经济性。在一个示例中，当前路线信息214包括快速充电站在路线上的位置，包括：充电持续时间、C速率、以及充电站的类型。在一个示例中，处理单元500基于在途中做出的每一站的负载递送量来调整功率管理策略，以便提高能量估计的准确度，并由此优化动力总成的能量管理。在一个示例中，处理单元500基于天气和环境状况来调整基本再生制动和制动器混合水平，以实现期望的制动性能，例如，当环境温度高时减少再生制动。在一个示例中，调整在任务开始时确定的电池的目标SOC，以允许用于再生制动的空间。在一个示例中，将再生制动的量调整为电动车辆的新驾驶员的训练模式。在一个示例中，如果所使用的增程器是柴油增程器，则处理单元500利用车辆的停止持续时间和位置，来确定是否以及何时需要执行柴油颗粒过滤器(DPF)再生以对DPF执行“去烟灰(de-soot)”。在一个示例中，处理单元500基于路线信息214中所包括的地理围栏或位置信息，来确定何时自动地切换成混合动力总成的纯电模式。在一个示例中，处理单元500通过分析天气和电池信息来并入“智能充电”。例如，在寒冷天气下调整充电功率，以在任务开始时保持电池温暖，并且基于电池温度调整充电功率，以使电池温度保持在可接受的范围内。

在完成行程或任务时，如先前提及的，PCM 110将经更新的动力总成专有信息208提供给车队管理模块204，以帮助车队管理模块204在将来作出智能车队物流决定。动力总成专有信息可以包括：完成的任务或行程、满足行程要求的充电时间和再加燃料成本、行程期间的燃料经济性、行程时间、行程期间满足零排放地区的能力、行程期间降额的可能性、以及行程结束时的预期SOC。行程信息还可以包括发动机停止和起动定时以及行程的持续时间。

图6示出了根据实施方式的混合动力总成控制系统600，其包括：PCM 604、以及地图绘制应用202、车队管理模块204、和车外优化器模块602。地图绘制应用202、车队管理模块204、以及车外优化器模块602中的每一个皆是远离动力总成604定位的，并且经由任何合适的数字通信手段(诸如经由互联网、局域网(LAN)、控制器区域网(CAN)总线、云网络等)无线地或有线地进行访问。在一些示例中，车外优化器模块602是云计算源，诸如经由云网络可访问的远程服务器或计算装置，使得PCM 604不需要依赖于其车载处理单元的处理能力来执行为了确定动力总成管理策略所必需的计算和/或模拟。代替地，车外优化器模块602可以是基于由车队管理模块204、PCM 604、以及地图绘制应用202提供的数据来充当计算资源的云服务的提供者。

因此，在该实施方式中，管理模块204、PCM 604、以及地图绘制应用202中的每一者皆与车外优化器模块602进行通信，以提供和接收不同类型的数据。例如，车队管理模块204将操作者信息210发送至优化器模块602，并且接收作为回报的动力总成专有信息208。地图绘制应用202从优化器模块602接收路线信息请求212，并且发送作为回报的当前路线信息214。PCM 604使用与车辆中的各个组件相关联的传感器来收集车辆组件信息506并将其发送至优化器模块602，并且接收作为回报的功率管理策略606。

在实现前述优化方法和系统方面有许多优点。在一个示例中，优化可基于不同因素来定制，以适应用户的不同需要，诸如性能、效率、环境影响、组件寿命、以及这些因素之间的总体平衡。此外，管理模块或控制中心访问最新信息的能力允许控制中心作出关于哪些车辆最适合于某些作业和任务的智能决定，从而提供原本会被独立运行和管理的车队的更可靠且高效的网络。在不同组或实体之间(例如，在控制中心、数据库、以及动力总成控制模块之间)的数据共享确保了由控制中心执行的关于单独车辆的预测性能的分析与这种车辆的实际最终所得性能之间的一致性。

下面描述了如何使用功率管理策略606来影响PCM 110或604的一些示例。在一个示例中，优化器模块(其可以是车载优化器模块206或非车载优化器模块602)使用混合动力总成100的数字孪生，来使用历史数据和/或预测数据执行混合动力总成100的每英里能量需求、总能量需求、和/或功率轨迹需求的准确估计。历史或预测数据包括诸如附件负载、车辆操作者/用户的驾驶风格、预报的交通、天气状况、车辆组件效率、负载递送量、以及车辆进行再生制动的可能性的因素。另外，还可以估计关键性能度量，诸如燃料消耗、各个任务对车辆组件寿命的影响、路线时间、对车辆完全再充电和再加燃料的时间、和/或由车辆单独使用电力驱动的距离里程(又称纯电里程)等因素。由优化器模块206或602估计的这种数据作为功率管理策略606的部分被输入到PCM 110或604中。在一些示例中，还可以将该数据并入被输入到车队管理模块204中的动力总成专有信息208中。在一些示例中，当为车辆提供即时电力的关键程度超过维持电池108的组件寿命的需要时，PCM 110或604可以使用该数据，以允许紧急电池使用(即，以制造商所阐述的最小SOC限制或低于该最小SOC限制来使用电池108)。

在一些示例中，将前述估计结果与操作者信息210进行组合，该操作者信息210可以包括如先前说明的车队性能偏好数据中的任一个或更多个，以便使优化器模块206或602优化增程器(例如，发动机或增程器102)以及任何电气附件(例如，被用于操纵车辆的牵引电动机)的运行。在一个示例中，在寒冷天气期间调整增程器102的运行，使运行更长时间，以便保持与增程器102联接的后处理系统足够温暖，从而减少冷启动排放。在另一示例中，基于加油站或充电站在途中位于何处的信息，来优化增程器102与电池108之间的功率分配策略。这种信息还可以包括燃料或电池在完全耗尽之前可以持续的持续时间或者可以持续多久以及电池的C速率。在另一示例中，将前述估计结果与这样的操作者输入(操作者在任务结束时更喜欢具有的电池108的希望目标SOC)进行组合，以便调整增程器102要运行到什么程度以实现这样的SOC。例如，如果操作者在排放结束时更喜欢较高的SOC，则可以更频繁地使用增程器102，以使不仅驱动车辆而且在该过程中对电池108进行充电。

调整电池108的最终目标SOC允许有更多的空间以在具有路线的坡度信息、或者路线中的车辆将上坡或下坡的地方的情况下实现再生制动。如果已知车辆将在下一任务开始时下坡(或者在开始任务后相对较早地下坡)，则优化器模块206或602可以在任务开始期间利用再生制动对电池108进行充电，而不存在使电池108耗尽至低于可运行SOC的风险。因此，这允许SOC在当前任务结束时保持相对低，并且仍使得电池108能够在下一任务期间提供电力。而且，如果确定下一任务需要小于电池108的满电量，则可以相应地降低当前任务的最终目标SOC，以援助电池寿命。

如前所述，向电池108提供的能量也可以来自电网，但是依赖于电网来提供所需的所有能量可能是昂贵的，这取决于电价(例如，每千瓦时电的成本)和燃料价格(例如，每加仑燃料的成本)。因此，为了降低成本，可以利用增程器102以减少由电网提供的能量的量。例如，在任务开始之前，优化器模块206或602可以决定仅直到电池108的SOC达到预定值才使用电网对电池108进行充电，此后在任务期间可以使用增程器102来提供能量。在一些示例中，可以基于操作者的请求将电池108充电至特定SOC水平。

在一些示例中，车辆加速率管理可以基于由地图绘制应用202提供的实时交通信息以及由车队管理模块204提供的车队偏好信息。管理车辆加速率可以提高车辆的安全性和燃料经济性，诸如通过限制在中度到繁忙交通状况期间允许的加速率的量，在此期间，优化器模块206或602决定不需要车辆加速超过某一限制。此外，可以调整基本再生制动和制动器混合水平，以实现由优化器模块206或602确定的希望制动性能。具体地，在一个示例中，可以基于天气、环境或道路状况来调整再生制动。在另一示例中，可以调整再生制动以训练对于电动车辆是新手的驾驶员，这是因为具有再生制动系统的一些电动车辆使用单个踏板来加速和停止车辆。

在一些示例中，优化器模块206或602可以使用车辆的停止持续时间和位置，来确定执行柴油燃料增程器102的柴油颗粒过滤器再生(DPF再生)的定时。当将柴油增程器102内捕获的颗粒加热到足以燃烧并转变成灰烬时，发生DPF再生，然后经由被动再生(烟灰燃烧得与产生烟灰一样快)、主动再生(烟灰在怠速或者在繁忙交通期间缓慢移动时累积)、或强制再生(当烟灰水平上升至必须强制排出系统的某一点时)将最终积累的烟灰作为气态二氧化碳除去。理解车辆的停止持续时间和位置允许优化器模块206或602确定何时可以发生DFP再生，以及执行被动再生或主动再生中的哪一种。而且，可以由优化器模块206或602使用地理围栏或位置信息，来确定何时在混合模式与纯电动模式之间进行切换，以使车辆满足由当地管辖区域设定的排放要求。

在一些示例中，可以将关于天气和电池SOC的信息用于高效地对电池108进行充电。例如，在寒冷天气期间，可以调整车辆的充电功率，使得电池108仍保持充电直到任务开始，以便使电池108保持在某个温度或高于某个温度。而且，可以基于电池温度来调整充电功率，使得电池温度被保持在可接受的温度范围内。

本主题可以在不脱离本公开的范围的情况下以其它特定形式来具体实施。所述实施方式仅如所示并且不受限地在全部方面来考虑。本领域技术人员应认识到，与所公开的实施方式一致的其它实现是可以的。已经呈现了本文所描述的上述详细描述和示例，仅仅是出于例示和描述的目的而并非出于限制。例如，所描述的操作可以以任何合适的方式来进行。这些方法可以以任何合适的顺序来执行，同时仍然提供所描述的操作和结果。因此，设想本实施方式覆盖落入上面公开的和本文所要求保护的基本原理的范围内的任何和所有修改例、变型或等同物。而且，虽然上面的描述描述了采用处理器执行代码的形式的硬件、采用状态机的形式的硬件或者能够产生相同效果的专用逻辑，但是也可以考虑其它结构。

Claims (15)

1.一种混合动力车辆的驱动系统，所述驱动系统包括：

发动机；

电动机，所述电动机电联接有储能装置；

动力总成，所述动力总成在操作上联接至所述发动机和所述电动机；以及

优化器模块，所述优化器模块在操作上联接至所述动力总成，所述优化器模块被配置成：

从远程管理模块接收行进一路线的操作者信息；

响应于所述操作者信息从地图绘制应用接收所述路线的当前路线信息；

测量所述混合动力车辆的当前车辆状态信息；以及

基于所述当前路线信息和所述当前车辆状态信息来决定所述车辆的功率管理策略。

2.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述动力总成被配置成基于所述功率管理策略来控制所述车辆的所述发动机、所述电动机、或者所述储能装置中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述当前车辆状态信息包括以下项中的至少一者：车辆类型和架构、车辆可用性、车辆质量、车辆英里数、所述储能装置的荷电状态(SOC)和将所述储能装置再充满电的时间量、所述储能装置的健康状态(SOH)、流体地联接至所述发动机的燃料箱中的燃料量和将所述燃料箱再加满燃料的时间量、或者所述车辆基于所述SOC或所述燃料量的全里程。

4.根据权利要求1所述的驱动系统，所述优化器模块还被配置成在所述车辆完成行进所述路线之后，向所述远程管理模块提供所述车辆的动力总成专有信息。

5.根据权利要求4所述的驱动系统，其中，所述动力总成专有信息包括以下项中的至少一者：燃料和能量效率信息、组件寿命信息、故障状况、或者所述车辆的降额可能性。

6.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述当前路线信息包括以下项中的至少一者：速度限制信息、道路坡度信息、加油站位置信息、充电站位置信息、交通信息、天气信息、地形信息、以及区划信息。

7.根据权利要求1所述的驱动系统，其中，所述优化器模块通过使用根据历史和预测数据的在线学习来决定所述功率管理策略。

8.根据权利要求1所述的驱动系统，所述车辆还包括多个传感器，所述多个传感器能够操作为测量所述当前车辆状态信息，其中，所述功率管理策略是进一步使用监测所述多个传感器的数字孪生来决定的。

9.一种操作混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆具有发动机、电动机、在操作上联接至所述发动机和所述电动机的动力总成、以及在操作上联接至所述动力总成的优化器模块，所述方法包括以下步骤：

由所述优化器模块从远程管理模块接收行进一路线的操作者信息；

由所述优化器模块从地图绘制应用接收所述路线的当前路线信息；

测量所述混合动力车辆的当前车辆状态信息；以及

由所述优化器模块基于所述当前路线信息和所述当前车辆状态信息来决定所述车辆的功率管理策略。

10.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括以下步骤：由所述动力总成基于所述功率管理策略，来控制所述车辆的所述发动机、所述电动机、或者联接至所述电动机的储能装置中的至少一者。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述当前车辆状态信息包括以下项中的至少一者：车辆类型和架构、车辆可用性、车辆质量、车辆英里数、联接至所述电动机的储能装置的荷电状态(SOC)和将所述储能装置再充满电的时间量、所述储能装置的健康状态(SOH)、联接至所述发动机的燃料箱中的燃料量和将所述燃料箱再加满燃料的时间量、或者所述车辆基于所述SOC或所述燃料量的全里程。

12.根据权利要求9所述的方法，所述方法还包括以下步骤：

由所述优化器模块在所述车辆完成行进所述路线之后，向所述远程管理模块提供所述车辆的动力总成专有信息。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述动力总成专有信息包括以下项中的至少一者：燃料和能量效率信息、组件寿命信息、故障状况、或者所述车辆的降额可能性。

14.根据权利要求9所述的方法，其中，所述当前路线信息包括以下项中的至少一者：速度限制信息、道路坡度信息、加油站位置信息、充电站位置信息、交通信息、天气信息、地形信息、或区划信息。

15.一种车队管理系统，所述车队管理系统包括：

多个混合动力车辆，各个混合动力车辆皆包括与燃料箱流体地联接的发动机、与储能装置电联接的电动机、在操作上联接至所述发动机和所述电动机的动力总成、以及在操作上联接至所述动力总成的优化器模块；

远程管理模块，所述远程管理模块能够操作为：

从所述优化器模块接收所述多个混合动力车辆中的各个混合动力车辆的动力总成专有信息，

基于所述动力总成专有信息来确定指示所述多个混合动力车辆中的哪个混合动力车辆行进一路线，以及

向所确定的混合动力车辆发送行进所述路线的操作者信息；

所确定的车辆的所述优化器模块被配置成：

响应于所述操作者信息从地图绘制应用接收所述路线的当前路线信息，

测量所述混合动力车辆的当前车辆状态信息，

基于所述当前路线信息和所述当前车辆状态信息来决定所述车辆的功率管理策略；并且

所确定的车辆的所述动力总成被配置成：

基于所述功率管理策略来控制所述车辆的所述发动机或所述电动机中的至少一者。

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