用于具有高混合度的混合動力車輛的設計系統和方法
【技術領域】
[0001] 本申請涉及混合動力車輛和混合動力車輛設計系統和方法。
【背景技術】
【發明內容】
[0002] -些實施例涉及用于設計混合動力車輛的系統。所述系統包括輸入電路，所述 輸入電路被配置成接收一個或多個混合動力車輛設計變量的輸入值。混合動力車輛設計 電路基于所述輸入值通過評估在駕駛周期和路線中的至少一個（駕駛周期/路線）的 集合上的混合動力車輛模型量化混合動力車輛設計的一個或多個有用/無用（utility/ disutility)變量的一個或多個值。有用/無用值可以包括以下中的至少一個：總時間或 超出混合動力車輛設計完成駕駛周期/路線所需的參考時間的附加時間；混合動力車輛設 計未能到達目標速度的一小部分（fraction)或許多個駕駛周期/路線；以及混合動力車輛 設計在駕駛周期/路線上未能達到目標加速度或目標速度的時間或距離量。混合動力車輛 設計電路基于有用/無用值計算混合動力車輛設計的一個或多個規格。
[0003] 一些實施例涉及用于設計對于特定的地理區域的混合動力車輛的系統。所述系統 包括輸入電路，所述輸入電路被配置成接收一個或多個混合動力車輛設計變量的輸入值。 混合動力車輛設計電路基于所述輸入值通過評估在駕駛周期和路線中的至少一個（駕駛 周期/路線）的集合上的混合動力車輛模型量化混合動力車輛設計的有用/無用變量的 值。有用/無用值可以包括以下中的至少一個：總時間或超出混合動力車輛設計完成駕駛 周期/路線所需的參考時間的附加時間；混合動力車輛設計未能到達目標速度的一小部分 或許多個駕駛周期/路線；以及混合動力車輛設計在駕駛周期/路線上未能達到目標加速 度或目標速度的時間或距離量。混合動力車輛設計電路基于有用/無用值計算混合動力車 輛設計的規格。所述規格提供在用于特定地理區域的特定范圍內的性能。
[0004] 在一些實施例中，設計混合動力車輛的方法涉及接收一個或多個混合動力車輛設 計變量的輸入值。混合動力車輛設計的一個或多個有用/無用變量的一個或多個值基于所 述輸入值被量化。量化有用/無用變量包括評估在駕駛周期和路線中的至少一個（駕駛周 期/路線）的集合上的混合動力車輛模型。有用/無用值包括以下中的至少一個：總時間 或超出混合動力車輛設計完成駕駛周期/路線所需的參考時間的附加時間；混合動力車輛 設計未能到達目標速度的一小部分或許多個駕駛周期/路線；以及混合動力車輛設計在駕 駛周期/路線上未能達到目標加速度或目標速度的時間或距離量。混合動力車輛設計的一 個或多個規格是基于有用/無用值計算的。
[0005] 根據一些實施例，一種方法包括接收一個或多個混合動力車輛設計變量的輸入 值。第一輸入值包括駕駛員特定的性能優選的第一集合。可重新配置的混合動力車輛設計 的第一規格是通過處理器基于駕駛員性能優選的第一集合計算的。混合動力車輛基于第一 規格配置。在接收包括駕駛員特定的性能優選的第二集合的輸入值的第二集合之后，處理 器用來基于駕駛員性能優選的第二集合計算可重新配置的混合動力車輛設計的第二規格。 混合動力車輛是基于第二規格被重新配置的。
[0006] 一些實施例涉及包括至少一個可重新配置組件的混合動力車輛。混合動力車輛包 括設置于混合動力車輛內的燃料消耗發動機和能量儲存裝置。燃料消耗發動機和能量儲存 裝置供應驅動混合動力車輛的動力。控制器自動地控制來自發動機和來自能量儲存裝置的 動力流，以便提供驅動混合動力車輛的動力。通信電路接收包括混合動力車輛的重新配置 命令和重新配置值的信號。重新配置控制器響應于所述信號重新配置所述可重新配置組 件。
[0007] 一些實施例涉及具有可重新配置組件（例如可重新配置飛輪）的混合動力車輛。 混合動力車輛包括燃料消耗發動機，燃料消耗發動機供應驅動混合動力車輛的動力。飛輪 設置于混合動力車輛內，并儲存用來供應驅動混合動力車輛的動力的動能。飛輪包括在位 置可調的方位的一個或多個質量。混合動力車輛包括控制器，控制器自動地控制來自發動 機和來自飛輪的動力流，以便提供驅動混合動力車輛的動力。
【附圖說明】
[0008] 圖1圖解說明混合動力車輛的設計規格，規格中的一個或多個可以使用本文中描 述的方法確定；
[0009] 圖2是根據一些實施例混合動力車輛設計系統的框圖表示；
[0010] 圖3是根據一些實施例用于計算車輛規格的過程的流程圖；
[0011] 圖4是使用包括有用/無用值的組合的評估度量計算車輛規格的過程的流程圖；
[0012] 圖5是使用成本函數計算車輛規格的過程的流程圖；
[0013] 圖6是計算車輛規格的多循環迭代過程的流程圖；
[0014] 圖7是圖解說明用于確定復合度量的過程的流程圖；
[0015] 圖8是圖解說明使用速度相對距離曲線以駕駛周期評估車輛模塊的過程的流程 圖；
[0016] 圖9是顯示基于由模型指示的實際速度計算有用/無用值的過程的流程圖；
[0017] 圖10是圖解說明混合動力車輛設計優化過程的流程圖；
[0018] 圖11描繪用于重新配置混合動力車輛的過程；
[0019] 圖12是可重新配置的混合動力車輛的框圖；以及
[0020] 圖13圖解說明混合動力車輛的可重新配置的組件。
【具體實施方式】
[0021] 在以下描述中，參照形成說明書的一部分的附圖，圖中圖示幾個實施例。要理解， 其它實施例也被考慮，并且可以在不偏離本申請的范圍下做出。因此，以下詳細描述不是在 限制性意義上進行的。
[0022] 本申請涉及混合動力車輛，并且更具體地涉及具有"高混合度"的混合動力車輛 (后面稱作"高DoH車輛"）。高DoH車輛包括燃料消耗發動機和給與能量儲存裝置連接的 車輛提供動力的至少一個其它裝置，使得發動機通過其自身不能夠在通常使用下傳送車輛 所需的最大動力，其中，通常使用是車輛預期或設計成被使用的路線資料和駕駛員行為的 集合。通過限制燃料消耗發動機的動力輸出，發動機可以被操作以更好地提供諸如燃料消 耗和排放的一個或多個駕駛員期望的（例如用戶指定的）變量。
[0023] 在一些實施例中，燃料消耗發動機可以提供比平均動力大一些但不一定是操作車 輛所需的最大動力的動力。在某些實施例中，燃料消耗發動機可能不能提供車輛的峰值動 力需求。在一些實施例中，燃料消耗發動機可以提供操作車輛所需的小于峰值動力的至少 平均動力。在某些實施例中，燃料消耗發動機能夠提供充足的動力以維持在相對平坦的道 路上的合理的速度，以低速爬山，以相對緩慢的速率加速。
[0024] 因為高DoH車輛中的燃料消耗發動機相對于車輛的操作要求可能是動力不足的， 本文中公開的高DoH車輛的實施例包括一個或多個能量儲存元件。在某些實施例中，一個 或多個能量儲存元件可以包括被配置成提供能夠更快速加速并且以較高速度爬山所需的 動力的相對高動力的電或機械組件，例如聯接到電池的電動機和/或聯接到飛輪的齒輪和 離合器。操作電動機所需的動力可以由一個或多個能量儲存元件，諸如機械儲存元件（例 如飛輪）或電能量儲存元件（例如（若干）超級電容器）提供。在一些實施例中，（若干） 電化學電池組可以代替飛輪或超級電容器使用。
[0025] 飛輪和超級電容器具有比電池相對更高的動力密度，使得相同量的動力可以用比 電池組更小和/或費用不太高的能量儲存元件獲得。例如，為了達到與飛輪相同的動力，電 池組可能需要相對更大、更重和成本更高。然而，盡管飛輪和超級電容器具有更高的動力密 度，但他們與例如電池相比具有更低的能量密度。這意味著他們可以提供足夠大的動力，用 于實現只在相比由例如電池提供的持續時間更有限的持續時間中的車輛更高效地加速、提 高速度、爬山，以維持高的速度等。例如，在全動力下，超級電容器通常在幾秒內放電，飛輪 通常在幾十秒或幾十分鐘內放電。如果駕駛員想要在能量儲存元件耗盡時加速，則可用動 力會局限于燃料消耗發動機的動力，這可能是不夠的，原因是如其它地方描述的是動力不 足的。通常，更小的燃料消耗發動機和能量儲存元件可能導致以降低的動力可用性為代價 更輕、較不昂貴的車輛。
[0026] 通常，本申請關于包括設計工具的系統的實施例，所述設計工具具有用于調查燃 料消耗發動機和能量儲存元件、車輛性能和可駕駛性以及包括燃料消耗和/或排放的車輛 操作之間的折衷的優化例程。如圖1中所示，車輛設計的輸出是車輛規格，車輛規格是車輛 規格變量的值的集合。例如，規格可以包括以下一個或多個的性質：燃料消耗發動機、能量 儲存裝置、飛輪、電池、超級電容器、變速器（諸如變速器類型）和動力系，例如串聯或并聯 配置。
[0027] 在圖1中，為了方便，車輛規格變量被分成性能變量和機械/電變量。性能變量可 以包括但不限于諸如加速度、燃料消耗、排放和最大可達到速度、駕駛員體驗等的變量。機 械/電變量可以包括但不局限于諸如發動機尺寸、機械/電/機電能量儲存容量、牽引、質 量、滾動阻力、動力系配置等的變量。車輛設計可以從一個或多個輸入性能變量和/或一個 或多個輸入機械/電變量的規定值開始，計算剩下的車輛規格變量的值。在一些實施例中， 除其它性能變量之外，或與其它性能變量結合，設計可以被配置成提供特定量的駕駛員體 驗的一致性。例如，駕駛員可能期望車輛每次在加速器踏板在相似的駕駛情況下被按下時 以相同的方式動作。使用歷史數據或約束的集合，車輛設計可以考慮駕駛員體驗，這可以涉 及不傳送全部的可用動力，有利于傳送可預測的牽引動力給車輛。當車輛設計包括如美國 專利申請號14/255,091中公開的先進的控制系統時，用于特定水平的駕駛員體驗的設計 是特別有用的。
[0028] 圖2根據一些實施例圖解說明混合動力車輛設計系統200。圖3是使用系統200 設計混合動力車輛的方法的流程圖。混合動力車輛設計電路210可以被配置成接收310 - 個或多個混合動力車輛設計變量的輸入值。例如，設計電路可以接收性能輸入值220和機 械/電輸入值230。設計電路210評估320包括輸入值的模型，其中，模型250在包括一個 或多個駕駛周期的集合240(例如，代表車輛的速度相對時間的數據點的集合，和/或可以 包括駕駛員可能或者在過去已經采用的實際路線的一個或多個路線）的測試場景下操作。 路線可以包括例如地形和/或交通信息。在駕駛周期/路線上評估模型250量化330 -個 或多個有用和無用變量。設計電路210包括設計處理器260,設計處理器260被配置成至少 部分基于有用/無用值計算340車輛規格270。
[0029] 有用和無用變量包括以下中的至少一個：
[0030] 總時