一种估算机动车辆对预定行驶路线的电能需求的方法与流程

1.本发明涉及一种用于确定机动车辆的驱动阻力与速度v
veh
之间的函数关系的方法，该机动车辆包括作为驱动器的扭矩源的电机和用于电能的存储装置。


背景技术：

2.人们一直致力于开发车辆驱动器，以最大限度地减少燃料消耗。此外，人们也正在设法减少污染物的排放，以便能够符合将来污染物排放的限值。
3.因此，根据现有技术，电驱动越来越频繁地用于汽车，经常与内燃机结合作为混合动力驱动。
4.在城市交通中，作为无排放驱动的电力驱动无疑有其合理性或优势。此外，还有很多其它相关原因，例如，使用电力驱动可以降低车辆的驱动噪音。
5.此外，在电力驱动的使用过程中，对于精确预测即将来到的旅程对电能的需求或消耗还是有一定困难的。然而，这是规划行程的重要或不可缺少的条件，以确保存储装置中可用的电能足以满足需要。然而，还需要精确预测能量需求以便于比较不同的行驶路线(旅行路线)，并在再次填充存储装置之前有效地或尽可能多地利用存储装置中可用的能量.
6.现有技术中使用不同的构思来预测对电能的需求，车队耗电量、特定驾驶周期内的平均耗电量或相应车辆过往耗电量，均可作为估算即将到来的旅程的能量需求的依据。
7.对于即将到来的旅程的能量需求也可以通过计算机模拟模型估测，在这种情况下，车辆特定的数据，例如质量m
veh
、滚动阻力系数f
roll
、空气阻力系数cw和/或机动车辆的面积a是预先给定的。
8.根据现有技术，所谓的滑行实验也被考虑在内，其中车辆在水平面(即，不倾斜的测试轨道)上从预定速度开始滑行并且动力传动系统中断，其中以计量方式检测减速。
9.根据现有技术的方法具有以下缺点，实际上，车辆特定的数据不是常量，而是会或多或少的变化，现有技术中没有考虑到这一点。
10.特别是机动车辆的质量m
veh
变化较大，这一点对车辆的能量消耗有显著影响。与空气阻力相关的机动车辆的面积a也可以变化，其具体取决于是否使用车顶行李架。
11.在本发明的上下文中，机动车辆的质量m
veh
是总质量，其包括车辆空载质量、货物质量和乘员质量。
12.滚动阻力系数f
roll
随轮胎压力而变化，但也随道路状况而变化，其中干燥和潮湿的路面会导致明显不同的滚动阻力系数。


技术实现要素：

13.基于以上背景陈述，本发明的目的是公开一种用于确定机动车辆的驱动阻力和速度v
veh
之间的函数关系的方法，该机动车辆包括用作驱动的扭矩源的电机和用于电能的存储装置，以便于相比现有技术更加精确地估算对预定行驶路线的电能需求。
14.该目的通过一种用于确定机动车辆的驱动阻力和速度v
veh
之间的函数关系的方法
来实现，该机动车辆包括作为用于机动车辆的驱动的扭矩源的电机和用于电能的存储装置，其中：
15.驱动阻力通过具有n个未知量和m个可用已知量的方程来表示，
16.在机动车辆的运行过程中，在不同时间t建立了i(i≥n)个方程，并给出了m个可用已知量，从而得到了有i个方程的不欠定方程组，以及
17.通过方程组确定机动车辆的驱动阻力和速度v
veh
之间的函数关系。
18.根据本发明的方法，驱动阻力用具有n个未知量和m个可用已知量的方程表示。为了得到具有i个方程的恰定方程组或超定方程组，在机动车辆的运行或行驶过程中，在不同的时间ti处建立i(i≥n)个方程。在每个时间ti处，为i个方程提供m个可用已知量。
19.通过该方程组，可以确定机动车辆的驱动阻力和速度v
veh
之间的函数关系。
20.机动车辆的驱动阻力和速度v
veh
之间的函数关系被用作估算预定行驶路线的电能需求。电能需求可以与存储装置中可用的电能进行比较。
21.方法变体是有优势的，其中i显著大于n，即i》》n。虽然该方程可以具有，例如，n≈3-8个未知量，但i的值优选地在i≈1000-4000之间。i越大，对能量需求的预测就越准确。
22.因此，根据本发明的方法，考虑能量需求可能随着不同边界条件而剧烈变化的情况。
23.因此，在下雨的情况下，滚动阻力系数f
roll
会以相关的方式显著变化。根据本发明，可以将滚动阻力系数f
roll
作为n个未知量之一，并因此作为变量来考虑。机动车辆的质量m
veh
对车辆的能量消耗具有显着影响，根据本发明的方法可以将其作为n个未知量之一，并因此作为所使用方程中的一个变量考虑。
24.原则上，可以考虑将多个变量作为未知量，从而在本发明的方法范围内作为方程中的变量，下文还提及了其它例子。
25.可以提供信息单元来管理m个可用已知量。数据的类型和来源可能大不相同，例如可以与车辆、动力传动系统、防抱死制动系统、速度传感器、加速度传感器、倾角传感器、电能存储装置、环境条件、驾驶员自身或其它系统的数据(例如导航系统的数据)有关。
26.本发明的目的是根据本发明的方法实现的，即公开一种用于确定机动车辆的驱动阻力和速度v
veh
之间的函数关系的方法，该机动车辆包括作为驱动扭矩源的电机和用于电能的存储装置，以便能够比现有技术更准确地估算用于预定行驶路线的电能需求。
27.根据从属权利要求的其他有利的方法变体在下文中解释。
28.本方法的实施例是有益的，其可以确定驱动阻力功率p
ro-load
和机动车辆的速度v
veh
之间的函数关系。在当前情况下，驱动阻力功率p
road-load
用作驱动阻力。
29.在这种情况下，方法变体是有益的，使用方程p
e-motor
＝p
road-load
m
veh
*a
veh
*v
veh
，其中：
[0030]-p
e-motor
表示电机的驱动功率，
[0031]-m
veh
表示机动车辆的质量，以及
[0032]-a
veh
表示机动车辆的加速度。
[0033]
忽略动力传动系统中的损耗，机动车辆车轮上的驱动功率可以等同于电机的输出功率。然而，也可以通过动力传动系统的效率η或功率损耗p
loss
来考虑机动车辆的动力传动系统中的损耗。
[0034]
本方法的实施例是有益的，其中公式p
road-load
＝f
road-load
*v
veh
用于驱动阻力功率p
road-load
，其中
[0035]-f
road-load
表示驱动阻力。
[0036]
本方法的实施例是有益的，其中方程f
road-load
＝f
roll
f
air
f
climb
用于驱动阻力f
road-load
，其中
[0037]-f
roll
表示滚动阻力，
[0038]-f
air
表示空气阻力，以及
[0039]-f
climb
表示由于上坡或下坡而作用于机动车辆减速或加速的力。
[0040]
本方法的实施例是有益的，其中滚动阻力f
roll
取决于滚动阻力系数f
roll
。
[0041]
本方法的实施例在这种情况下也是有益的，其中空气阻力f
air
取决于空气阻力系数cw和垂直于机动车辆的速度v
veh
的机动车辆的面积a。
[0042]
本方法的实施例在这种情况下也是有益的，力f
climb
取决于道路倾斜度α
road
。
[0043]
然而，为了确定驱动阻力，该方法的实施例也可以是有益的，在于方程f
road-load
＝f0 f1*v
veh
f2*v
veh2
用于驱动阻力f
road-load
，其中f0，f1和f2表示车辆特定系数。
[0044]
本方法的实施例是有益的，其中以下变量中的一个或多个用作方程中的未知量：
[0045]-机动车辆的质量m
veh
，
[0046]-滚动阻力f
roll
，
[0047]-滚动阻力系数f
roll
，
[0048]-空气阻力f
air
，
[0049]-空气阻力系数cw，
[0050]-机动车辆的面积a，
[0051]-力f
climb
，
[0052]-道路倾斜度α
road
，
[0053]-车辆特定系数f0，
[0054]-车辆特定系数f1，和/或
[0055]-车辆特定系数f2。
[0056]
作为未知量的使用考虑了每一个变量是可变的，即可以改变的情况。
[0057]
然而，上述的每一个变量也可以被预定义为一个常量，对于所有i个方程都适用。
[0058]
本方法的实施例是有益的，其中以下一个或多个变量作为方程中的可用已知量使用：
[0059]-电机的驱动功率p
e-motor
，
[0060]-机动车辆速度v
veh
，和/或
[0061]-机动车辆加速度a
veh
。
[0062]
电机的瞬时驱动功率p
e-motor
通常是已知的，可在信息单元或中央数据线路中获取。
[0063]
本方法的实施例在以下情况下是有益的，其中机动车辆的速度v
veh
通过传感器计量检测。
[0064]
该方法的实施例在以下情况下是有益的，其中机动车辆的加速度a
veh
通过传感器计量地检测。
[0065]
然而，该方法的实施例在以下情况下是有益的，其中机动车辆的加速度a
veh
由计算机根据机动车辆的速度v
veh
的变化来确定。
[0066]
本方法的实施例是有益的，其中为以下一个或多个变量预定数值：
[0067]-机动车辆的质量m
veh
，
[0068]-滚动阻力f
roll
，
[0069]-滚动阻力系数f
roll
，
[0070]-空气阻力f
air
，
[0071]-空气阻力系数cw，
[0072]-机动车辆的面积a，
[0073]-力f
climb
，
[0074]-道路倾斜度α
road
，
[0075]-车辆特定系数f0，
[0076]-车辆特定系数f1，和/或
[0077]-车辆特定系数f2。
[0078]
本方法的实施例在以下情况下是有益的，其中使用传感器或地理数据
[0079]
来确定以下参数：
[0080]-力f
climb
，和/或
[0081]-道路倾斜度α
road
。
[0082]
地理数据可以是导航系统的数据。
[0083]
当前行驶道路的上坡或下坡，是源自驾驶员信息系统或导航系统的数据，这些数据还详细提供了是否正在驶过或将要驶过高山、山丘或谷底的信息。其中“将要驶过”是在所提及的预定行驶范围内考虑的数据。
[0084]
对于未知的道路倾斜度α
road
，在个别情况下，即在道路倾斜度α
road
不断变化的情况下，可以为每个测量点产生新的附加未知量，从而方程的数量i始终保持小于未知量的数量，即，建立的方程组将始终保持为欠定方程组。
[0085]
假设道路倾斜度α
road
仅缓慢变化，根据一种方法变体，可以假设至少两个连续测量点的倾斜度恒定，其结果是未知量的数量减少到足以使方程组再次可解。使用这种简化的假设导致倾斜罕见的快速变化的不准确性或偏差，可以使用所谓的非线性回归方法，通过降低道路倾斜度α
road
的离群值的权重来抵消或衰减。
[0086]
本方法的实施例在以下情况下是有益的，其中通过使用气象数据来确定以下一个或多个变量：
[0087]-滚动阻力f
roll
，
[0088]-滚动阻力系数f
roll
，
[0089]-空气阻力f
air
，和/或
[0090]-空气阻力系数cw。
[0091]
气象数据可以是来自国家气象局的数据。
[0092]
本方法的实施例是有益的，其中所确定的机动车辆的驱动阻力和速度v
veh
之间函数关系被用于估算对于预定行驶路线的电能需求。
[0093]
本方法的实施例在以下情况下是有益的，其中电能需求与存储装置中可用的电能
进行比较。
[0094]
关于电能存储装置中的荷电状态的数据可以在信息单元中管理并在需要时提供。
[0095]
例如，蓄电池或电容器可以用作能量存储装置，它们也可以吸收和存储由内燃机提供的过量的能量，如果电机不用作驱动器，而是用作发电机，则无需存储。以这样的方式，也可以在车辆滑行时进行能量的回收和储存。
[0096]
一般而言，电能的存储装置也可以是与燃料电池结合的氢罐。如果需要，这种组合也可以为电机提供电能，并以可用氢的形式存储电能。
[0097]
根据本发明的方法也可以实现以等效的方式应用于或转移到传统的驱动器。即，例如，可用于以内燃机作为唯一或附加扭矩源、以燃料箱作为化石能源载体的燃料储存装置的机动车辆。
附图说明
[0098]
下文基于图1和图2更详细地描述了本发明。图中：
[0099]
图1示意性地示出了行驶过程中作用在机动车辆上的力以及在该方法范围内使用的方程，以及
[0100]
图2示出了驱动阻力功率p
road-load
与机动车辆速度v
veh
之间的函数关系图表。
具体实施方式
[0101]
图1示意性地示出了行驶过程中作用在机动车辆上的力以及在该方法范围内使用的方程。
[0102]
在行驶期间，作用在机动车辆上的有电机的驱动力f
e-motor
以及与此反向的驱动阻力f
road-load
和加速力f
acc
。
[0103]
驱动阻力f
road-load
包含滚动阻力f
roll
、空气阻力f
air
和由于上坡或下坡而使机动车辆减速或加速的力f
climb
。
[0104]
对于加速力f
acc
，应用如下：f
acc
＝m
veh
*a
veh
。
[0105]
如果要考虑旋转加速度，则应用如下：f
acc
＝(ei*m
veh,leer
m
add
)*a
veh
，其中ei是一个因子，m
veh,leer
表示车辆空载质量，m
add
表示货物质量(包括乘员)。
[0106]
在本实施例中，使用方程p
e-motor
＝p
road-load
m
veh
*a
veh
*v
veh
，其中
[0107]-p
e-motor
表示电机的驱动功率，
[0108]-m
veh
表示机动车辆的质量，以及
[0109]-a
veh
表示机动车辆的加速度。
[0110]
电机p
e-motor
的驱动功率、机动车辆的速度v
veh
和机动车辆的加速度a
veh
在当前情况下是已知的，即可用已知量。
[0111]
机动车辆的质量m
veh
以及驱动阻力f
road-load
固有的系数和变量可以作为方程中的未知量输入并作为变量考虑。
[0112]
利用方程组，确定机动车辆的驱动阻力功率p
road-load
与速度v
veh
之间的函数关系。
[0113]
图2以图表形式显示了驱动阻力功率p
road-load
与机动车辆速度v
veh
之间的函数关系，其中横坐标为机动车辆的速度v
veh
，纵坐标为驱动阻力功率p
road-load
。
[0114]
圆圈表示驱动功率p
e-motor
，叉号表示驱动阻力功率p
road-load
。实线是通过回归分析
确定的函数p
road-load
＝f(v
veh
)。
[0115]
该函数关系被用于估算预定行驶路线的电能需求，其中，再次考虑了机动车辆的质量m
veh
。
[0116]
附图标记表
[0117]aveh 机动车辆加速度
[0118]
a 垂直于机动车辆的速度v
veh
的机动车辆的面积
[0119]
α
road 道路倾斜度
[0120]cw 空气阻力系数
[0121]f0 车辆特定系数
[0122]f1 车辆特定系数
[0123]f2 车辆特定系数
[0124]facc 加速力
[0125]fair 空气阻力
[0126]fclimb 由于上坡或下坡而作用于机动车辆减速或加速的力
[0127]fe-motor 电机驱动力
[0128]froad-load 驱动阻力
[0129]froll 滚动阻力系数
[0130]froll 滚动阻力
[0131]
i 方程的数量
[0132]
n 方程中未知量个数
[0133]
m 方程中可用已知量个数
[0134]mveh 机动车辆的质量
[0135]
p
acc 加速度功率
[0136]
p
e-motor 电机的驱动功率
[0137]
p
road-load 驱动阻力功率
[0138]
t 时间
[0139]vveh 机动车辆的速度