功能状态自适应电力管理的制作方法

1.本公开涉及车辆主动底盘系统，并且更具体地涉及用于车辆主动底盘系统的功能状态(state of function)自适应电力管理。


背景技术：

2.在车辆电力系统中，识别主动底盘电力系统的性能度量并调整可识别和减轻车辆操作期间的主动电力供应中断或异常的操作设置是有利的。使用常规电力管理方法(诸如监测电力系统荷电状态)，并结合交流发电机或其他能量产生系统和电池的电压/电流测量，可能无法提供足够的信息来准确地确定电源是否可汲取一定量的电流，并且仍保持高于基线阈值电压/电流。鉴于电源(例如，交流发电机)的能量输出来确定荷电状态，结合起来可能无法确定主动底盘电力系统(active chassis power system)的未来功能。
3.其他常规策略可使用低压电池的荷电状态(soc)来做出控制决策。这种方法也不能指示主动底盘电力系统的功能，因为已知soc在理想情况下的准确度为5％至10％。因此，单靠soc并不能准确地反映随时间推移提供给定电力量的能力，因为随着低压电池的老化，这种不准确度会增加。
4.关于这些和其他考虑因素，提出了本文的公开内容。


技术实现要素：

5.本文公开的系统和方法被配置和/或编程为使用功能状态信号来控制车辆主动底盘电力系统。所述功能状态(sof)信号描述了可从能量存储装置、主电源(如交流发电机)或这些装置的组合中汲取的最大电流，使得在参考点测量的配电系统的最小电压大于保证电气部件正常操作的阈值。本公开定义了车辆中的主低压(12v)电源和能量存储装置的功能状态度量。本公开还定义了描述主电源与能量存储装置相结合的电力输送能力的聚合功能状态。最后，本公开描述了使用这些度量来避免电力供应装置饱和并使饱和对电气功能的影响最小化的控制策略。以下部分组织如下。
6.根据一个或多个实施例，用于能量存储装置的两种类型的sof度量可首先包括可由能量存储装置供应的最大电流和对应的持续时间，并且第二类型的sof度量可描述对在考虑到未来瞬态负载发生之前给定预定义放电历史的情况下所述未来瞬态负载的电压响应。
7.在其他方面，描述了根据sof限制高功率瞬态负载的控制策略。在其他方面，所述系统可停用任何负载，以便有利于高功率负载的功能，特别是在底盘控制致动的示例中。
8.本公开的实施例描述了对使用低压电池的荷电状态(soc)做出控制决策的常规策略的改进，因为常规soc方法在历史上的准确度在5％至10％内，这可能不足以指示随时间推移供应给定电力量的能力，并且随着车辆电池的老化，可能会变得越来越不准确。
附图说明
9.参考附图阐述具体实施方式。使用相同的附图标记可指示类似或相同的项。各种实施例可利用除了附图中示出的那些之外的元件和/或部件，并且一些元件和/或部件可能不存在于各种实施例中。附图中的元件和/或部件不一定按比例绘制。贯穿本公开，取决于背景，可能可互换地使用单数和复数术语。
10.图1描绘了其中可实施用于提供本文所公开的系统和方法的技术和结构的示例性计算环境。
11.图2描绘了根据本公开的包括sof自适应电力管理控制器的sof自适应电力管理系统。
12.图3描绘了根据本公开的进一步包括域控制器的系统。
13.图4示出了根据本公开的另一示例性sof自适应电力管理系统。
14.图5描绘了根据本公开的配置用于基于一定时间范围内的道路路径预测进行域控制的sof自适应电力管理系统。
15.图6描绘了根据本公开的用于控制车辆主动底盘电力系统的示例性方法的流程图。
具体实施方式
16.下文将参考附图更全面地描述本公开，附图中示出了本公开的示例性实施例，并且示例性实施例不旨为限制性的。
17.图1描绘了可包括车辆105的示例性计算环境100。车辆105可包括汽车计算机145和车辆控制单元(vcu)165，所述车辆控制单元可包括被设置成与汽车计算机145进行通信的多个电子控制单元(ecu)117。移动装置120(其可与用户140和车辆105相关联)可使用有线和/或无线通信协议和收发器来与汽车计算机145连接。移动装置120可经由一个或多个网络125来与车辆105通信地耦合，所述一个或多个网络可经由一个或多个无线连接130进行通信，和/或所述移动装置可使用近场通信(nfc)协议、协议、wi-fi、超宽带(uwb)以及其他可能的数据连接和共享技术来与车辆105直接地连接。
18.车辆105还可接收全球定位系统(gps)175和/或与其进行通信。gps 175可以是卫星系统(如图1所描绘)，诸如全球导航卫星系统(glnss)、伽利略系统、或导航或其他类似系统。在其他方面，gps 175可以是基于地球的导航网络。在一些实施例中，车辆105可响应于确定未辨识出阈值数量的卫星而利用gps和航迹推算的组合。根据一些实施例，gps 175可生成一个或多个信号，所述一个或多个信号可用于生成和/或包括具有用于车辆导航的理想路径的x、y和z坐标的电子地平线(electronic horizon)。
19.汽车计算机145可为或可包括具有一个或多个处理器150和存储器155的电子车辆控制器。在一些示例性实施例中，汽车计算机145可设置成与移动装置120和一个或多个服务器170进行通信。一个或多个服务器170可为基于云的计算基础设施的一部分，并且可与远程信息处理服务递送网络(sdn)相关联和/或包括所述sdn，所述sdn向车辆105和可能是车队的一部分的其他车辆(图1中未示出)提供数字数据服务。
20.尽管被示出为运动型多用途车，但车辆105可采取另一种乘用或商用汽车的形式，例如诸如汽车、卡车、跨界车辆、厢式货车、小型货车、出租车、公交车等，并且可被配置和/
或编程为包括各种类型的汽车驱动系统。示例性驱动系统可包括具有汽油、柴油或天然气动力燃烧发动机的各种类型的内燃发动机(ice)动力传动系统，所述动力传动系统具有常规的驱动部件，诸如变速器、驱动轴、差速器等。在另一种配置中，车辆105可被配置为电动车辆(ev)。更具体地，车辆105可包括电池ev(bev)驱动系统，或者被配置为具有独立车载动力装置的混合动力ev(hev)、包括可连接到外部电源的hev动力传动系统的插电式hev(phev)和/或包括具有燃烧发动机动力装置和一个或多个ev驱动系统的并联或串联混合动力传动系统。hev还可包括用于蓄电的电池和/或超级电容器组、飞轮蓄电系统或其他发电和蓄电基础设施。车辆105还可以被配置为使用燃料电池(例如，氢燃料电池车辆(hfcv)动力传动系统等)和/或这些驱动系统和部件的任何组合将液体或固体燃料转换为可用动力的燃料电池车辆(fcv)。
21.此外，车辆105可为手动驾驶的车辆，和/或可被配置和/或编程为在完全自主(例如，无人驾驶)模式(例如，5级自主)下或在可包括驾驶员辅助技术的一种或多种部分自主模式下操作。部分自主(或驾驶员辅助)模式的示例在本领域中被广泛理解为自主级别1到5。
22.移动装置120可包括用于存储与应用程序135相关联的程序指令的存储器123，所述程序指令在被移动装置处理器121执行时执行所公开的实施例的各方面。应用程序(或“app”)135可以是sof自适应电力管理系统107的一部分，或者可向sof自适应电力管理系统107提供信息和/或从sof自适应电力管理系统107接收信息。例如，app135可用于更新自适应电力管理系统107，和/或向或从用户140传达信息，所述信息可为系统107提供设置、控制和/或自动更新权限。
23.在一些方面中，移动装置120可通过一个或多个无线连接130与车辆105进行通信，所述一个或多个无线连接可在移动装置120与远程信息处理控制单元(tcu)160之间加密并建立。移动装置120可使用与车辆105上的tcu 160相关联的无线发射器(图1中未示出)与tcu 160进行通信。发射器可使用诸如例如一个或多个网络125的无线通信网络来与移动装置120进行通信。图1中将一个或多个无线连接130描绘为经由一种或多种网络125和经由一个或多个无线连接133(其可以是车辆105与移动装置120之间的直接连接)进行通信。无线连接133可包括各种低功耗协议，包括例如连接133可包括各种低功耗协议，包括例如低功耗uwb、近场通信(nfc)或其他协议。
24.网络125示出了本公开的各种实施例中讨论的已连接装置可在其中进行通信的示例性通信基础设施。网络125可为和/或可包括互联网、专用网络、公共网络或使用任一种或多种已知的通信协议操作的其他配置，所述已知的通信协议是例如诸如传输控制协议/互联网协议(tcp/ip)、基于电气和电子工程师协会(ieee)标准802.11的wi-fi、uwb，以及蜂窝技术，诸如时分多址(tdma)、码分多址(cdma)、高速分组接入(hspda)、长期演进(lte)、全球移动通信系统(gsm)和第五代(5g)，仅举几个示例。
25.根据本公开，汽车计算机145可安装在车辆105的发动机舱中(或车辆105中的其他地方)并且可作为sof自适应电力管理系统107的功能部分操作。汽车计算机145可包括一个或多个处理器150以及计算机可读存储器155。
26.一个或多个处理器150可被设置成与被设置成与相应的计算系统进行通信的一个或多个存储器装置(例如，存储器155和/或图1中未示出的一个或多个外部数据库)进行通
信。处理器150可利用存储器155来以代码存储程序和/或存储数据以执行根据本公开的各方面。存储器155可以是存储sof自适应电力管理系统程序代码的非暂时性计算机可读存储器。存储器155可包括易失性存储器元件(例如，动态随机存取存储器(dram)、同步动态随机存取存储器(sdram)等)中的任何一个或组合，并且可包括任何一个或多个非易失性存储器元件(例如，可擦除可编程只读存储器(eprom)、快闪存储器、电子可擦除可编程只读存储器(eeprom)、可编程只读存储器(prom)等)。
27.vcu 165可与汽车计算机145共享电力总线178，并且可被配置和/或编程为协调车辆105系统、连接的服务器(例如，服务器170)和作为车队的一部分操作的其他车辆(图1中未示出)之间的数据。vcu165可包括ecu 117的任何组合或与其通信，所述ecu是例如诸如车身控制模块(bcm)193、发动机控制模块(ecm)185、变速器控制模块(tcm)190、tcu 160、sof自适应电力管理系统187等。vcu 165还可包括车辆感知系统(vps)181和/或与其通信，所述车辆感知系统与一个或多个车辆传感系统182连接和/或控制所述一个或多个车辆传感系统。在一些方面，vcu 165可控制车辆105的操作方面，并且实施从在移动装置120上操作的应用程序135接收的一个或多个指令集，实施存储在汽车计算机145的计算机存储器155中的一个或多个指令集(包括作为sof自适应电力管理系统系统107一部分操作的指令)。
28.tcu 160可被配置和/或编程为向车辆105上和外的无线计算系统提供车辆连接性，并且可包括用于接收和处理来自gps 175的gps信号的导航(nav)接收器188、模块(blem)195、wi-fi收发器、uwb收发器和/或可配置用于车辆105与其他系统、计算机和模块之间的无线通信的其他无线收发器(图1中未示出)。tcu 160可被设置为通过总线180与ecu 117进行通信。在一些方面，tcu 160可检索数据并作为can总线中的节点发送数据。
29.blem 195可通过广播和/或收听小广告包的广播并且与根据本文所描述的实施例配置的响应装置建立连接来使用和通信协议建立无线通信。例如，blem 195可以包括响应或发起通用属性配置文件(gatt)命令和请求的客户端装置的gatt装置连接性，并且与移动装置120直接地连接。
30.总线180可以被配置为以多主控串行总线标准组织的控制器局域网(can)总线，以用于使用基于消息的协议连接作为节点的ecu117中的两个或更多个，所述基于消息的协议可以被配置和/或编程为允许ecu 117彼此通信。总线180可为或可包括高速can(其可在can上具有高达1mb/s的位速度、在can灵活数据速率(can fd)上具有高达5mb/s的位速度)，并且可包括低速或容错can(高达125kbps)，在一些配置中，其可使用线性总线配置。在一些方面，ecu 117可与主机计算机(例如，汽车计算机145、sof自适应电力管理系统107和/或服务器170等)通信，并且还可彼此通信而不必需要主机计算机。总线180可将ecu 117与汽车计算机145连接，使得汽车计算机145可从ecu 117检索信息、向所述ecu发送信息以及以其他方式与所述ecu交互，以执行根据本公开的实施例所述的步骤。总线180可通过两线式总线将can总线节点(例如，ecu 117)彼此连接，所述两线式总线可以是具有标称特性阻抗的双绞线。总线180也可使用其他通信协议解决方案(诸如面向媒体的系统传输(most)或以太网)来实现。在其他方面中，总线180可为无线车内总线。
31.vcu 165可经由总线180通信来直接控制各种负载或者可以结合bcm 193实施这种控制。关于vcu 165所述的ecu 117仅出于示例性目的而提供，并且不意图是限制性的或排他性的。用图1中未示出的其他控制模块进行的控制和/或通信是可能的，并且设想了这种
控制。
32.在示例性实施例中，ecu 117可使用来自人类驾驶员的输入、来自自主车辆控制器的输入、sof自适应电力管理系统107和/或经由通过无线连接133从其他连接的装置(诸如移动装置120等)所接收的无线信号输入来控制车辆操作和通信的各方面。当被配置为总线180中的节点时，ecu 117可各自包括中央处理单元(cpu)、can控制器和/或收发器(图1中未示出)。例如，尽管图1中将移动装置120描绘为经由blem 195连接到车辆105，但是也可能和设想，也可或替代地经由与模块相关联的相应的收发器在移动装置120与ecu 117中的一个或多个之间建立无线连接133。
33.bcm 193通常包括传感器、车辆性能指示器和与车辆系统相关联的可变电抗器的集成，并且可以包括基于处理器的配电电路，所述基于处理器的配电电路可以控制与车身相关联的功能，诸如灯、窗户、安全、门锁和进入控件以及各种舒适控件。bcm 193还可作为总线和网络接口的网关操作，以与远程ecu(图1中未示出)进行交互。
34.bcm 193可以协调各种车辆功能性中的任一种或多种功能，包括能量管理系统、警报、车辆防盗器、驾驶员和乘坐者进入授权系统、电话即钥匙(paak)系统、驾驶员辅助系统、av控制系统、电动窗、门、致动器以及其他功能性等。bcm 193可以被配置为用于车辆能量管理、外部照明控制、刮水器功能性、电动窗和门功能性、暖通空调系统以及驾驶员集成系统。在其他方面，bcm 193可控制辅助设备功能性，和/或负责集成此类功能性。
35.汽车计算机145、vcu 165和/或sof自适应电力管理系统107的计算系统架构可省略某些计算模块。应容易理解，图1中描绘的计算环境是根据本公开的可能的实施方式的示例，并且因此不应被视为限制性的或排他性的。
36.本公开的实施例描述了功能状态(sof)信号，所述sof信号描述了可从能量存储装置(例如，电力存储装置215)、主电源(其可包括例如交流发电机)或这些装置的组合中汲取的最大电流，使得在参考点测量的配电系统的最小电压大于保证电气部件正常操作的阈值。本文描述的sof信号可包括可全部或部分地聚合以表征车辆底盘控制电力系统功能的信息，并且可进一步用于通知底盘电力控制系统，以基于可能降低车辆105的驾驶愉悦感和操作可靠性的当前操作事件来减轻和/或完全避免底盘控制的任何中断。
37.实施例还可描述第二类型的sof信号，所述第二类型的sof信号描述了在考虑到预测范围内的定义的平均放电速率、随后是高瞬态负载的情况下电池的预测的未来电力输送能力。该第二种类型的sof信号可用于基于未来的操作事件来预测底盘控制的未来中断。
38.一些实施例可包括使用这些sof信号的负载管理、电力供应和动力传动系统控制策略。负载管理策略可激活、停用、启用、禁用和设置与致动器(诸如车辆105的转向、制动、悬架和其他致动元件)相关联的电动车辆负载的致动界限。用于驱动操作模式的策略可使电力供应装置217向具有高瞬态负载特性的底盘控制系统提供电力的能力最大化。电力供应控制策略使得能够将电力从混合动力车辆或电动车辆中的推进电池传输到低压配电系统，并且使得能够对插电式车辆(phev或bev)中的低压电池充电。动力传动系统控制策略还可使用低压电池的功能状态作为指示符来启用停止-起动功能，以确定电力存储装置(诸如车辆电池)是否可以支持车辆重新起动。
39.所述控制策略是对使用低压电池的荷电状态(soc)做出控制决策的类似策略的改进，因为在最佳情况下，soc的准确度仅在5％至10％之间，并且不能准确地反映随时间推移
提供给定电力量的能力。随着电池老化，固有的不准确性变得更加明显。
40.车辆低压电力供应装置通常包括主电源和一个或多个能量存储装置。在常规车辆中，主低压(lv)电源是交流发电机，并且能量存储装置是电池。虽然在lv电力供应系统中实施的大多数电池是铅酸电池，但也可使用锂离子和其他类型的电池或超级电容器阵列。
41.低压电力供应装置实现负载的电气功能的能力取决于主电源和能量存储系统两者的能力。在常规车辆中，电力供应装置的大小使得电池供应大部分高瞬态负载，如从电动助力转向和其他底盘控制致动器汲取的负载，因为交流发电机具有有限的响应时间，并且只能在高转速下产生高电流。随着电池老化，它提供瞬态负载的能力会因为较高的内阻、较低的充电接受度和减弱的容量而降低。较高的内阻直接影响提供高电流的能力，而较低的充电接受度和较小的容量相结合会通过降低电池通常存储的电荷量来间接地影响瞬态响应。
42.当电池老化时，将从交流发电机汲取更多的瞬态负载，直到超过其能力。此时，配电网络和负载上的电压可能会下降到次优水平。如果瞬态负载被电动助力转向(epas)汲取，则辅助可能会减弱或完全消失，或者在线控转向系统(sbw)的情况下，可能无法完成转弯。由于epas和sbw执行控制功能，因此电力供应装置和其他负载以及epas和sbw本身的致动应以保持最低水平的致动和功能的方式进行控制，以实现操作目标。当电池支持通过配电网络供电的其他负载的能力减弱时，瞬态负载也可能会中断这些负载的功能。相关联的短期低压事件可能会停用电子控制单元并致使其重置，这也可能是相关的。
43.为了减轻这些问题，可向高功率瞬态负载连续地广播电力供应装置的一种形式的功能状态。功能状态可传达高功率负载可以汲取的最大电流，而不会使电力供应装置饱和并迫使配电网络上的电压达到次优水平。
44.取决于瞬态负载的性质和配电系统的架构，sof可同时考虑主电力存储装置(例如，电池、超级电容器等)和主发电机(例如，交流发电机、hev或bev中的dc/dc转换器等)两者的能力。电力存储装置和主发电机被统称为电力供应装置，其中这两种类型的元件的能力被统称为聚合的电力供应装置。这里的一个重要细节是，聚合的电力供应装置的能力是连续广播或发布的，并且在瞬态负载被激活时不被请求，因为通信系统的延迟可能会延迟信息的接收，以至于如果在瞬态发生时广播信息，则无法对其采取行动。因此，sof自适应电力管理系统107可在接收到与瞬态负载的激活相关联的请求之前以连续的方式发布聚合sof。
45.如果高功率瞬态负载接收到电力供应装置的能力足够低的信息，以至于最坏情况下的致动可能导致其饱和，则它可能会限制可能的致动，使得功能降额但充分满足。有限的致动还可避免低压事件并允许其他系统正常操作。此类事件的示例可包括将电力转移到制动系统的快速制动事件，转向致动可能部分地需要电力，反之亦然。
46.在一个或多个实施例中，sof自适应电力管理系统107可将电力单独地分配给属于功能组或域的瞬态负载和常规负载。这个概念预见到域控制器，其以聚合的sof的形式从电力供应装置获得电力或电流预算。sof自适应电力管理系统107可动态地为其域中的每个致动器或子系统设置电流极限，以保证最低水平的电气功能。例如，它可在低速下为电动增压制动系统(ebb)分配低电流极限并且为epas分配高电流极限，因为在低速下，需要低制动增压水平，但转向系统的负载和所需的辅助力是最高的。
47.上述解决方案通过受控降额来限制瞬态负载的电力消耗。然而，由于此类负载通常属于底盘控制系统，因此开发了一种附加的解决方案架构，所述架构使得能够停用其他非关键负载，以便为具有较高相对重要性和相关性的负载保留电力供应能力。所开发的解决方案使用的控制策略使用对电力供应能力和负载的短期和长期预测。长期预测是使用来自远程信息处理系统的数据创建的。sof自适应电力管理系统107可利用sof度量来计算电力供应能力的预测。因此，sof自适应电力管理系统107可包括被配置为停用按相对重要性排名的最小数量的负载以实现电力供应能力与需求之间的平衡的控制策略。常规负载管理策略可使利用主发电机(例如，交流发电机)的占空比和电力存储装置(例如，电池)端子电压的较大组的负载停用作为停用标准。根据一个或多个实施例，sof自适应电力管理系统107可仅停用可能的最小组的负载，这可通过最小化对转向和制动功能的不足或不太理想的电力供应来增加积极的驾驶员体验。
48.当车辆发动机使用常规12v起动机马达处于接通状态时，通常相对于低压起动机电池的soc启用或禁用混合动力车辆中的停止-起动功能。然而，由于soc测量的准确性有限，并且固有地无法使用soc作为判断电力输送能力的度量，因此必须保守地校准使用荷电状态来实现停止-起动功能的阈值，以避免车辆因起动机电池耗尽而滞留。这意味着选择了高阈值。然而，荷电状态低于阈值的电池通常仍能够起动车辆。如果停止-起动特征经常被禁用，则这会导致客户不满，并且它限制了该特征被设计来提供的燃料消耗益处。
49.为了减轻这个问题，需要更好的度量来预测电池重新起动车辆的能力。与常规系统相比，本公开中描述的用于未来放电事件的新的sof度量可提供增加的准确性。sof度量可实现增加的准确性，因为sof自适应电力管理系统107包括在线运行并随着电池老化而调适其参数的自适应电池模型。sof自适应电力管理系统107还具有直接估计在未来起动期间的电池电压，而不是依赖于相对于荷电状态定义起动能力的传递函数的优点。
50.当车辆105停放并关断时，电池通过电子控制单元缓慢放电，所述电子控制单元监测车辆状态并执行空中下载更新。在停放之后，车辆105必须始终能够再次起动，这意味着电池的能力必须足以在车辆放电之后转动起动车辆。对应于与未来发动机转动起动相关联的最小电压的电池的预测的功能状态可用于保证起动车辆的能力。在启用停止-起动特征的情况下，功能状态度量比荷电状态更适合判断电池支持未来起动的能力。
51.如果预测的功能状态指示电池可能不具有起动车辆的能力，则负载控制器可停用电子控制单元，并且在关断阶段期间不允许空中下载更新。在具有高压推进电池的混合动力车辆的情况下，可对低压电池进行再充电，并且可由高压电池通过dc/dc转换器为低压负载供电。如果车辆105是电动车辆(bev)或插电式混合动力车辆(phev)，则可对低压电池进行再充电，并且可在通过整流器-转换器单元插入车辆时向低压负载供电。
52.图2描绘了根据本公开的实施例的包括sof自适应电力管理控制器187的sof自适应电力管理系统107。如上所述，确定车辆底盘控制致动器在电力供应和分配方面是否起运转正常可能是有利的。sof自适应电力管理系统107可确定与车辆中的主动底盘操作相关联的聚合的电力供应装置的最大输出电压/电流阈值，并且基于主电源电压/电流输出和电力存储装置电压/电流输出生成指示车辆主动底盘电力系统的输出的最大电压/电流预算的聚合sof。所述预算可以各种方式用于电池和电力供应sof监测，以进行缓解控制。更具体地，sof自适应电力管理系统107可基于与聚合sof相关联的电压/电流预算来控制车辆中的
主动底盘电源系统致动器，使得基于当前和预测的低电流事件来规划和执行正常功能。
53.根据本公开的实施例，图2描绘了包括负载控制器205、主电源210和电力存储装置215的sof自适应电力管理系统107。负载控制器205被设置成与动力传动系统控制装置245、一个或多个主动底盘电力系统致动器220以及一个或多个致动器(诸如例如一个或多个关断负载235)通信。
54.传统上，一些车辆中的耗电装置被设计成以约12v的供应电压操作。这些负载可被称为低压(lv)负载，而不是被设计成在48v电平或超过100v电平下操作并由作为混合推进系统的一部分的牵引电池供电的负载。
55.lv负载可分为三类：常规接通负载225、高功率接通负载230和关断负载235。常规接通负载225和高功率接通负载230在本文统称为主动底盘电力系统致动器220。图2描绘了包括主电源210和电力存储装置215的示例性电力供应装置217。连接到电力供应装置217的每个电压源和每个负载通常具有相同的电压。高功率负载(例如，与高功率接通负载230相关联的致动器)和关断负载(例如，致动器225)两者使电力供应装置217的电力输送能力紧张，所述电力供应装置可包括主电源210和电力存储装置215。
56.高功率接通负载230可包括起动机马达、底盘控制致动器，诸如例如电动助力转向(epas)、线控转向系统(sbw)和电动增压制动器(ebb)以及其他可能的系统。
57.常规车辆中的电力供应装置通常可包括主电源和电力存储装置。在一些实施例中，主电源210可包括交流发电机，并且电力存储装置215可包括一个或多个电池，所述一个或多个电池可组合地被设计成主要通过电力存储装置215供应这些负载所需的高功率。
58.关断负载235可包括一个或多个电子控制模块(ecm)，所述一个或多个ecm监测can流量和传感器输入(例如，与vcu 165(如图1所示)相关联的传感器)，并且还可包括一个或多个控制模块，所述一个或多个控制模块的软件经由移动装置120或经由wifi接口进行更新(例如，在车辆105停放处于关断状态时使用网络125进行更新)。由于当车辆105关断时主电源210不能发电，因此这些负载也必须由电池或其他电力存储装置215供电。
59.电力供应装置217可包括电池监测传感器(bms)250，所述电池监测传感器测量并传达流入或流出电力存储装置215的电池端子电压和电流，所述电力存储装置可以是电池、具有超级电容器的子网或其他电力存储装置，所述电池端子电压和电流可在负载控制器205处作为电力存储装置能力(sof)信号255被接收。通常，bms递送与转动起动车辆的能力相关的简单功能状态，所述状态表示转动起动事件期间的最小电压。bms 250可以是现有技术电池监测传感器，其利用电池端子电压和电流测量值来估计电池操作特性，诸如电池或者其他电力存储装置的荷电状态(soc)和功能状态(sof)。这些度量被示出为电力存储装置能力(sof)信号255。例如，电池的sof描述了电池在其端子电压高于或等于表示最小可接受电压的阈值时向负载递送限定量的电力或电流的能力。
60.sof自适应电力管理系统107也可计算主电源210的另一种类型的sof信号。尽管在一些实施例中被描述为交流发电机，但主电源210还可包括其他发电装置，诸如交流发电机、dc/dc转换器和/或燃料电池以及其他可能的装置。主电源能力(sof)信号265可限定交流发电机或其他主电源210在给定其环境温度和旋转速度的情况下可以产生的电力或电流量(例如，当主电源210是交流发电机时)。
61.可由主电源210提供的最大电力或电流量是某个或某些内部状态的函数。在电机
或交流发电机的情况下，最大输出是其旋转速度和环境温度的函数。在dc/dc转换器的情况下，最大输出是其环境温度和其开关晶体管温度的函数。
62.现在考虑环境温度和最大电流的函数关系，主电源(sof
pps)
在任何时间点t的功能状态(sof)在表达式中描述了该时间点的最大输出电流，
63.sof
pps
(t)＝i
max
(x(t))，
64.其中max(x(t))描述了给定主电源210的一相关状态x(t)下的最大输出电流。当主电源210如此配置时，那些相关状态可表示诸如交流发电机的环境温度和旋转速度的信息。如果可预测一定时间范围上的状态轨迹，则也可预测所述时间范围内的主电力供应装置的功能状态例如，如果在一定时间范围内预测车辆105速度，则也可计算在所述时间范围内的发动机(图2中未示出的发动机)和主电源210(例如，交流发电机)的旋转速度。使用对交流发电机速度的预测，也可在所述时间范围内预测交流发电机的表示其最大电流输出的sof(在图2中描绘为主电源能力(sof)信号265)。所述时间范围可为例如1秒、3秒、5秒等。
65.可为图2所示的车辆电池定义类似的sof信号，作为电力存储装置能力(sof)信号255。sof自适应电力管理系统107可为能量存储装置制定两个通用sof功能度量：
66.1.在给定时间段t内可从电力存储装置215汲取使得电力存储装置215的输出端子处的电压大于或等于最小电压阈值u
min
的最大负载电流i
负载
，例如
67.和
68.2.当负载电流i
负载
被汲取持续时间段t时将在电力存储装置215的输出端子处测量的最小电压u
min
，例如
[0069][0070]
与针对主电源定义的度量一样，sof_maxi(u
min
，t)表示由最大电流值定义的能量存储装置的能力。然而，与sof
pps
(t)不同，它是针对指定持续时间和最小电压定义的。最大电流值可与sof
pps
(t)组合以计算整个电力供应装置217的聚合的sof。例如，sof自适应电力管理系统107可针对主电源210(例如，交流发电机)和电力存储装置215(例如，电池)两者计算整个电力供应装置217的聚合功能状态(聚合sof)信号。与对应于上述转动起动事件的功能状态相反，这些新的功能状态信号可包括可限定最大输出电流的主电源设定点信号260。负载控制器205可接收sof信号255和265，并基于那些信号输入来控制负载激活以防止电力供应装置217饱和，并最大化车辆105中的电气功能，重点是在图2中描绘为主动底盘电力系统致动器220系统和负载(例如，转向、制动等)的电气功能。因此，负载控制器205可将聚合sof发布为控制高功率接通负载230和/或激活或停用的常规接通负载225的电流限制或激活界限信号。
[0071]
sof度量sof_minu定义了当施加给定负载电流时将在电池的输出端子处测量的最小电压，这可以是即时放电(无延迟地发生)的即时响应度量。例如，sof自适应电力管理系统107可在预定时间间隔(例如，每1秒、每3秒、每5秒、每7秒、每10秒等)内确定聚合的电力供应装置217的最大输出电流阈值。
[0072]
在放电无延迟发生的假设下，给定负载电流i
负载
(持续时间为t)的功能状态度量sof_minu(i
负载
，t)可估计在给定所定义的恒定负载电流和持续时间的情况下在电池端子处测量的最小电压。sof自适应电力管理系统107可使用等效电路模型直接计算该度量并且直接在bms250中实施。
[0073]
该度量已在一些常规车辆bms装置中实施以估计转动起动电压。根据一些实施例，负载控制器205可基于bms输出(例如，电力存储装置能力(sof)信号255)计算在给定放电发生之前的所定义放电历史的情况下对未来瞬态的电压响应，所述电压响应可用于估计电力存储装置215在给定时间量内可提供使得电压保持高于定义的阈值的最大电流。以这种方式计算这些新的功能状态度量是有利的，因为常规bms(诸如bms 250)不必经历新的开发来递送本文所述的sof度量(例如，电力存储装置能力(sof)信号255)。
[0074]
用于定义的电池电流轨迹的度量sof_minu表示如果定义的电流轨迹在端子处流动，则将在电池的端子处测量的最小电压。与以上功能状态度量相反，该度量sof_minu(i
负载
，t)处理轨迹，其中前一度量处理脉冲。电流轨迹的符号可以是正的、负的或两者，对应于放电和充电，或者两者都随时间发生。
[0075]
该度量的计算可使用等效电路模型来计算，所述等效电路模型可直接在电池监测传感器中或在单独计算单元中的其他地方执行。在一个方面，sof_minu度量可以是在bms 250中直接执行的其中也计算电池的状态，如荷电状态和内部温度。假设当向底盘控制致动器发布新的功能状态值时，该值可对应于发布时间点的电池/电力存储装置215的状态。换句话说，它通常是描述当前荷电状态的瞬时读数。
[0076]
负载控制器205可周期性地计算该度量，并将整个车辆105的聚合sof直接发布到bcm 193和/或特定致动器(例如，225、230等)。例如，负载控制器205可在预定时间段(诸如1秒、2秒、5秒等)向转向致动器、制动致动器或转向致动器和制动致动器两者发布信息。根据另一实施例，负载控制器205可执行由到传感器的can或lin消息(例如，激活请求270)触发的聚合sof计算。
[0077]
在另一方面，负载控制器可基于对未来瞬态放电的电池电压响应来执行聚合sof计算。负载控制器205可利用未来放电事件的电压响应来基于最小电压阈值启用或禁用可能在未来时间范围内发生的负载。例如，负载控制器205可基于一个或多个当前车辆状态240向制动致动器和转向致动器发布聚合的电力供应能力sof。
[0078]
在从能量存储装置移除电荷q
等待
的等待时段t
等待
之后，当在定义的环境温度temp
dis
下汲取负载电流i
负载
持续时间段t时，在能量存储装置的输出端处测量的最小电压u
min
由以下表达式表示：
[0079][0080]
未来放电事件的电压响应sof_minu(i
负载
，t，temp
dis
，q
等待
，t
等待
)包括参数q
等待
，所述参数描述了瞬态负载由i
负载
和脉冲长度t参数化之前的等待时段期间的充电或放电历史，其输出值以安培秒为单位。该度量是对在相对较长的时间范围内出现的最低电压的预测。相比之下，即时放电事件的电压响应对应于假设在计算sof的时间点开始的放电。
[0081]
即时的和未来预测的负载响应之间的另一个区别是，放电发生时的预测环境温度
也用于计算未来的电压响应。这是为了允许在未来出现负载时预测低温，以对最坏情况的操作场景进行建模和缓解，相比之下，即时放电事件的电压响应假设当前温度在放电期间有效。
[0082]
图2描述了经由负载控制器205向一个或多个致动器发布聚合的sof信号的实施例。图3描绘了根据本公开的sof自适应电力管理系统300，其可与系统107基本上类似或相同，但还包括域控制器305。根据一个实施例，如图3所示，向负责将整个电流预算发布到由域控制器305管理的一个或多个致动器的域控制器305提供电流预算可能是有利的。例如，致动器可包括常规接通负载315和/或高功率接通负载320，这些负载可接收具有由域控件305管理的有界电压响应的最大电池放电电流。
[0083]
功能状态度量sof_maxi(i
min
，t)描述了可在由定义的时段内施加使得电池端子处的电压保持高于由参数u
min
定义的电压电平的最大即时放电电流。sof_u
min
以伏特为单位定义，而sof_maxi以安培为单位定义。此时，没有商用电池监测传感器提供对应于sof_maxi(u
min
,t)的输出信号。
[0084]
如果电容元件c
z1
、c
z2
、
……czn
的状态持续更新，使得状态和电压u
oc
的总和等于在任何时间点(如果没有电流流动)在任何时间点处的能量存储装置325的端子处测量的电压，则可使用等效电路模型迭代地计算电池的sof_maxi(u
min
，t)等效电路模型的输出是负载下能量存储装置325端子上的电压。
[0085]
在本实施例中，可以假设，bms 340可计算即时发生的瞬态电流的电压响应，这是常规bms中可用的功能。电池能力(sof)计算元件350可顺序地向bms发送一个或多个峰值电流估计值(例如，电池能力(sof)信号355)。每次发送新的峰值电流值时，所述值都可能增加，直到电压响应估计值(bms的输出)减小到低于期望阈值。
[0086]
例如，假设电池能力(sof)计算器元件350以电容元件的状态作为初始条件并且以持续时间为t的恒定电流i作为输入的模型来运行模拟，则表示端子上的电压输出可被指定为u(i,t)，并且在时段t内的输出的最小值可被指定为min(u(i,t))。这在图3中描绘为电池能力(sof)信号355。在一个方面，可使用聚合的电力供应能力(sof)计算元件310通过执行模拟以在电流递增的情况下计算端子电压直到端子电压下降到低于阈值最小值来估计功能状态度量sof_maxi(u
min
,t)。
[0087]
当发生这种情况时，可通过在最后两个电流值之间进行线性插值来确定最大电流值。例如，聚合的电力供应能力(sof)计算元件310可确定随时间推移的对电流的第一电力存储装置电压响应，并且确定第一电力存储装置电压响应是否小于阈值电压。聚合的电力供应能力(sof)计算元件310可将电力存储装置输出的最大电流阈值减小到小于阈值，并且如果确定对较低电流的下一个电压响应等于或大于阈值电流，则基于最小电压阈值重新计算聚合的电力供应装置在未来时间范围内的最大电流预算。域控件305可基于一个或多个当前车辆状态335将聚合的电力供应能力sof 330分配给制动致动器和转向致动器(例如，高功率接通负载320)。
[0088]
如上所述，可在给定时间段t内从电力存储装置215汲取使得电力存储装置215的输出端子处的电压大于或等于最小电压阈值u
min
的最大负载电流i
负载
使得
[0089]
[0090]
聚合的电力供应能力(sof)计算器可将电池能力(sof)信号355与交流发电机能力(sof)信号345聚合，并将聚合的电力供应能力(sof)信号360输出到域控件305。因此，域控件305使用当前车辆状态335(如速度、挡位和离合器激活)以智能方式在作为高功率接通负载320的一部分的epas(转向)致动器与ebb(制动)致动器之间分配预算(例如，聚合的电力供应能力(sof)信号360)。
[0091]
根据另一实施例，图4描绘了类似于sof自适应电力管理系统107的实施例，其中sof自适应电力管理系统400直接经由bms 340执行电池监测，使得sof_maxi被定义为在给定时间段t内能量存储装置325的输出端子处的电压使得能量存储装置的输出端子处的电压大于或等于最小电压阈值u
min
的最大负载电流i
负载
，其中，
[0092][0093]
因此，u
min
由bms 340计算，并且电池能力((sof)信号355)被发送到聚合的电力供应能力(sof)计算元件310。聚合的电力供应能力(sof)计算元件310可将交流发电机能力(sof)信号345与电力供应能力(sof)信号355聚合。然后，在域控件305处接收聚合的电力供应能力(sof)信号360，以控制高功率接通负载320。具体地，域控件305可为与高功率接通负载320相关联的致动器设置电流极限和激活界限。
[0094]
图5描绘了根据本公开的被配置用于基于一定时间范围内的道路路径的预测进行域控制的sof自适应电力管理系统500。在一些方面，预测预定时间范围内的未来状况可能是有利的，其中由于车辆路径上的障碍物或未来操作条件，聚合的电力供应能力将需要缓解措施。因此，sof自适应电力管理系统500可接收对未来时间范围内的道路特性的预测。道路特性可能是危险或造成电力需求的其他可预测原因。
[0095]
所述预测可包括电子地平线505，所述电子地平线指示经由tcu160对未来一定时间范围内的道路的预测。例如，电子地平线可包括基于gps的服务(电子地平线)。vps 181(如图1所示)可提供相机和/或激光雷达系统数据510，所述数据包括与一个或多个危险相关联的距离(例如，距离(x1、x2、
……
xn)以及与所接收的每个相应距离相关联的一个或多个危险的分类。危险可以是路况、要导航绕过的对象等。许多当前车辆导航和感测系统可包括激光雷达、雷达、视觉系统以及被配置为识别和表征车辆前方的道路危险(包括在未来时刻(例如，一定时间范围)可能遇到的任何危险)的其他感测装置。因此，域控件305可预测一定时间范围内的转弯操作和制动操作。使用该信息，域控件305可以以保持跟踪最佳路线的车辆稳定性的方式在epas(转向)与ebb(制动)致动器(例如，高功率接通负载320)之间发布预算或聚合的电力供应能力(sof)信号360。所述发布可包括基于未来时间范围计算从车辆沿着预测路径到危险的距离，并致使通过基于聚合sof，基于从车辆105到危险(未示出)的距离，控制制动致动器、转向致动器或其他致动器来控制主动底盘电力系统致动器，使得致动器汲取的最大电流小于聚合的电力供应能力sof信号360。
[0096]
例如，域控件305可接收当前车辆状态335，诸如速度、挡位状态等。所述域控件还可限制其他底盘致动器，包括后轮转向和电致动侧倾控制(earc)，以使用电动马达致动器(图5中未示出)调整防滚杆上的扭矩。更具体地，域控件305可向bcm 193、tcm 190、ecm 185和/或vcu 165的其他元件发送信号，以向与那些相应vcu元件相关联的一个或多个底盘致动器(图5中未示出)提供电力和控制极限。控制制动致动器和转向致动器可包括例如在所
述时间范围期间设定输出处的主电源电流输出，使得能量存储装置的输出端子处的电压可等于或大于最小阈值电压，以及在所述时间范围期间设置电力存储装置电流输出，使得装置的输出端子处的电压等于或大于最小阈值电压。
[0097]
图6是根据本公开的用于控制车辆主动底盘电力系统的示例性方法600的流程图。可继续参考包括图1至图5的先前附图来描述图6。以下过程是示例性的，并且不限于下文描述的步骤。此外，替代实施例可包括比本文示出或描述的更多或更少的步骤，并且可以与以下示例性实施例中描述的顺序不同的顺序包括这些步骤。
[0098]
现在参考图6，在步骤605处，方法600可经由处理器确定与主动底盘操作相关联的聚合的电力供应装置的最大输出电压/电流阈值。在一些方面，所述主动底盘操作可包括制动操作和转向操作中的一者或多者。该步骤可包括在预定时间间隔内确定聚合的电力供应装置的最大输出电流阈值。
[0099]
在步骤610处，方法600还可包括经由处理器生成指示车辆主动底盘电力系统的输出的最大电压/电流预算的聚合功能状态(sof)。所述聚合sof基于主电源电压/电流输出和电力存储装置电压/电流输出。
[0100]
在步骤615处，方法600还可包括致使基于与聚合sof相关联的最大电压/电流值来控制主动底盘电力系统致动器。该步骤可包括将聚合sof发布到转向致动器。在其他方面，所述步骤可包括将聚合sof发布到制动致动器。
[0101]
根据其他实施例，该步骤可包括将聚合sof发布到域控制器。生成指示聚合的电力供应装置的输出的最大电流预算的聚合sof可包括确定包括电池输出电压/电流的当前电池状态。更详细地，该步骤可包括：确定随时间推移的对电流的第一电力存储装置电压响应；确定第一电力存储装置电压响应小于阈值电压；将电力存储装置输出的最大电流阈值减小到小于阈值；确定对较低电流的第二电压响应等于或大于阈值电压；以及基于最小电压阈值来重新计算聚合的电力供应装置在未来时间范围内的最大电流预算。
[0102]
在其他方面，该步骤还可包括基于一个或多个当前车辆状态将聚合的电力供应能力sof分配给制动致动器和转向致动器。当前车辆状态可包括与车辆相关联的速度、挡位状态和离合器致动中的一者或多者。
[0103]
致使控制主动底盘电力系统致动器还可包括：经由电池监测传感器确定电池能力；使用可在给定时间段t内从能量存储装置汲取使得所述能量存储装置的输出端子处的所述电压/电流大于或等于最小阈值电压/电流的最大负载电压/电流来更新所述聚合sof；以及致使基于所述给定时间段t内的所述最大负载电压/电流来控制所述主动底盘电力系统致动器。
[0104]
当考虑未来时间范围时，致使控制主动底盘电力系统致动器还可包括：接收对未来时间范围内道路特性的预测；基于对所述道路特性的所述预测来预测转弯操作或制动操作；将包括聚合的电力供应能力的所述聚合sof发布到包括制动致动器和转向致动器的域控件；基于所述未来时间范围计算从所述车辆沿着预测路径到危险的距离；以及通过经由所述域控制器基于所述聚合sof，基于从所述车辆到所述危险的所述距离，控制所述制动致动器和所述转向致动器，使得由所述转向致动器和所述制动致动器汲取的所述最大电流小于所述聚合sof来控制主动底盘电力系统。
[0105]
在一些方面，控制制动致动器和转向致动器可包括：在所述时间范围期间设置所
述主电源电流输出，使得能量存储装置的输出端子处的电压等于或大于最小阈值电压；以及在所述时间范围期间设置所述电力存储装置电流输出，使得所述装置的所述输出端子处的所述电压等于或大于最小阈值电压。
[0106]
在以上公开中，已参考了形成以上公开的一部分的附图，附图示出了其中可实践本公开的具体实施方式。应理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可利用其他实施方式，并且可进行结构改变。本说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例性实施例”等的引用指示所描述的实施例可包括特定特征、结构或特性，但每个实施例可能不一定包括所述特定特征、结构或特性。此外，此类短语不一定是指同一实施例。此外，当结合实施例描述特征、结构或特性时，无论是否明确描述，本领域的技术人员都将认识到结合其他实施例的此类特征、结构或特性。
[0107]
此外，在适当的情况下，本文所描述的功能可在以下中的一个或多个中执行：硬件、软件、固件、数字部件或模拟部件。例如，一个或多个专用集成电路(asic)可被编程为实施本文中描述的系统和程序中的一个或多个。贯穿说明书以及权利要求使用某些术语指代特定系统部件。如本领域的技术人员将了解，部件可以用不同的名称指代。本文件不旨在区分名称不同但功能相同的部件。
[0108]
还应当理解，如本文所使用的词语“示例”意图在本质上是非排他性的和非限制性的。更具体地，本文使用的词语“示例”指示若干示例中的一者，并且应理解，没有对所描述的特定示例进行不适当的强调或偏好。
[0109]
计算机可读介质(也称为处理器可读介质)包括参与提供可由计算机(例如，由计算机的处理器)读取的数据(例如，指令)的任何非暂时性(例如，有形)介质。此类介质可采取许多形式，包括但不限于非易失性介质和易失性介质。计算装置可包括计算机可执行指令，其中所述指令可由一个或多个计算装置(诸如以上列出的那些)执行并且存储在计算机可读介质上。
[0110]
关于本文所描述的过程、系统、方法、启发法等，应理解，尽管已经将此类过程等的步骤描述为按照某个有序顺序发生，但是此类过程可以与本文所描述的次序不同的次序执行所描述的步骤来实践。还应理解，可同时执行某些步骤，可添加其他步骤，或者可省略本文描述的某些步骤。换句话说，本文中对过程的描述是出于说明各种实施例的目的而提供的，并且绝不应被解释为限制权利要求。
[0111]
因此，应当理解，以上描述意图是说明性的而非限制性的。在阅读以上描述时，除所提供的示例之外的许多实施例和应用将为明显的。所述范围不应参考以上描述来确定，而是应参考所附权利要求以及享有此类权利要求的权利的等效物的整个范围来确定。预计并且意图在于本文所讨论的技术未来将有所发展，并且所公开的系统和方法将并入此类未来实施例中。总而言之，应当理解，本技术能够进行修改和改变。
[0112]
除非在本文中做出明确的相反指示，否则权利要求中使用的所有术语意图被赋予其如本文中描述的技术人员所理解的普通含义。具体地，除非权利要求叙述相反的明确限制，否则使用诸如“一个”、“该”、“所述”等单数冠词应被解读为叙述所指示的元件中的一者或多者。除非另有特别说明或在使用时在上下文内以其他方式理解，否则诸如尤其是“能够”、“可能”、“可以”或“可”的条件语言通常意图表达某些实施例可以包括某些特征、元件和/或步骤，而其他实施例可以不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，此类条件语言一般
并不意图暗示一个或多个实施例无论如何都需要各特征、元件和/或步骤。
[0113]
在本发明的一个方面，所述主电源包括燃料电池。
[0114]
在本发明的一个方面，所述电力存储装置包括铅酸电池和超级电容器中的一者或多者。
[0115]
在本发明的一个方面，生成指示所述车辆主动底盘电力系统的所述输出的所述最大电压/电流预算的所述聚合sof还包括：在接收到与瞬态负载的激活相关联的请求之前，经由所述处理器以连续方式发布所述聚合sof。
[0116]
根据本发明，提供了一种功能状态(sof)自适应电力管理系统，所述sof自适应电力管理系统具有：处理器；以及存储器，所述存储器用于存储可执行指令，所述处理器被编程为执行所述指令以：确定与主动底盘操作相关联的聚合的电力供应装置的最大输出电压/电流阈值；生成指示车辆主动底盘电力系统的输出的最大电压/电流预算的聚合sof，其中所述聚合sof基于主电源电流输出和电力存储装置电流输出；以及致使基于与所述聚合sof相关联的最大电压/电流值来控制主动底盘电力系统致动器。
[0117]
根据本发明，提供了一种在车辆功能状态(sof)自适应电力管理系统中的非暂时性计算机可读存储介质，所述非暂时性计算机可读存储介质具有存储在其上的指令，所述指令在由处理器执行时致使所述处理器：确定与主动底盘操作相关联的聚合的电力供应装置的最大输出电流阈值；生成指示车辆主动底盘电力系统的输出的最大电流预算的聚合sof，其中所述聚合sof基于主电源电流输出和电力存储装置电流输出；以及致使基于与所述聚合sof相关联的最大电流值来控制主动底盘电力系统致动器。