СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЭНЕРГИЕЙ ДЛЯ АВТОМОБИЛЯ
VEHICLE ENERGY MANAGEMENT SYSTEM

Изобретение относится к системе управления энергией для автомобиля, предпочтительно к системе управления энергией, включающей в себя энергетические подсистемы, со смешанной формой из централизованного управления энергией и децентрализованных средств управления энергией.
Автомобили должны выполнять все более высокие требования по эффективности, в частности, по отношению к минимальному расходу топлива и минимальным выбросам, но при этом обеспечивать высокую комфортабельность езды. Автомобили обычно содержат по меньшей мере один главный приводной блок и кроме того множество энергетических подсистем (например, систем вспомогательных агрегатов), как, например, пневматическую систему, электрическую бортовую сеть и т.д. Энергетические подсистемы обычно имеют, соответственно, собственную подсистему управления энергией. Отдельные энергетические подсистемы приводятся в действие независимо друг от друга.
Возможные имеющиеся энергетические потенциалы отдельных энергетических подсистем не принимаются во внимание и, следовательно, не используются полностью. Недостаток этого состоит в том, что энергетические подсистемы, при рассмотрении подсистем в целом, не всегда эксплуатируются оптимальным образом, что, в частности, сопровождается повышенным общим потреблением энергии автомобиля.
Задачей изобретения является создать улучшенную и/или альтернативную систему управления энергией для автомобиля, предпочтительно для автомобиля промышленного назначения.
Эта задача решается признаками независимых пунктов формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления изобретения следуют из зависимых пунктов формулы и последующего описания.
В соответствии с изобретением создана система управления энергией для автомобиля, в частности, система управления энергией, охватывающая энергетические подсистемы и предпочтительно главный приводной блок, со смешанной формой из централизованного управления энергией и отдельных децентрализованных управлений энергией. Система управления энергией включает в себя первую целесообразным образом автономную энергетическую подсистему, которая для выполнения своей функции нуждается в энергии и предпочтительно имеет собственную подсистему управления энергией (например, блок регулирования и/или управления). Система управления энергией включает в себя по меньшей мере одну вторую целесообразным образом автономную энергетическую подсистему, которая для выполнения своей функции нуждается в энергии и предпочтительно имеет собственную подсистему управления энергией (например, блок регулирования и/или управления). Система управления энергией включает в себя, кроме того, вышестоящее управление энергией (например, блок регулирования и/или управления), которое служит для вышестоящего управления энергией первой энергетической подсистемы и второй энергетической подсистемы.
Первая энергетическая подсистема выполнена таким образом, что она передает к управлению энергией по меньшей мере одну релевантную для управления информацию, в то время как вторая энергетическая подсистема также выполнена таким образом, что она передает к управлению энергией по меньшей мере одну релевантную для управления информацию.
Управление энергией выполнено таким образом, что оно, в зависимости от переданных релевантных для управления информаций, определяет рабочее задание для первой энергетической подсистемы и передает на первую энергетическую подсистему и определяет рабочее задание для второй энергетической подсистемы и передает на вторую энергетическую подсистему.
Управление энергией определяет свои рабочие задания предпочтительно с учетом предопределенных критериев оптимизации (например, энергетической эффективности, минимизации выбросов и/или комфортабельности езды) и/или на основе приоритетов таким образом, что в отношении компонентов автомобиля, управляемых посредством управления энергией, устанавливается общая оптимизация. Компоненты автомобиля, управляемые посредством управления энергией, включают в себя, в частности, энергетические подсистемы и предпочтительно по меньшей мере главный приводной блок автомобиля.
За счет того что управление энергией с учетом нескольких энергетических подсистем и предпочтительно предопределенных критериев оптимизации (например, энергетической эффективности, минимизации выбросов и/или комфортабельности езды) определяет свои рабочие задания, может достигаться общая оптимизация энергии/управления по всем компонентам автомобиля, управляемым посредством системы управления энергией. Так может, например, снижаться общее потребление энергии автомобиля, повышаться общая энергетическая эффективность автомобиля, снижаться общие выбросы автомобиля и/или повышаться комфортабельность езды автомобиля.
Достижимая оптимизация осуществляется, с одной стороны, децентрализовано посредством отдельных подсистем управления энергией и, с другой стороны, централизовано посредством вышестоящего управления энергией. Тем самым система управления энергией разделяет свои задачи оптимизации целесообразно на два уровня. На первом уровне находится вышестоящее управление энергией, в то время как на втором уровне находятся отдельные подсистемы управления энергией подчиненных (нижестоящих) энергетических подсистем.
Является возможным, что релевантная для управления информация первой энергетической подсистемы определяет диапазон энергии, в пределах которого первая энергетическая подсистема может эксплуатироваться в соответствии с ее функцией, и релевантная для управления информация второй энергетической подсистемы определяет диапазон энергии, в пределах которого вторая энергетическая подсистема может эксплуатироваться в соответствии с ее функцией. Рабочее задание для первой энергетической подсистемы включает в себя задание мощности, находящееся (побуждаемое) в переданном диапазоне энергии для первой энергетической подсистемы. Рабочее задание для второй энергетической подсистемы включает в себя задание мощности, находящееся в переданном диапазоне энергии для второй энергетической подсистемы. Релевантные для управления информации могут, таким образом, описывать энергетические ресурсы и энергетические потребности отдельных энергетических подсистем. Тем самым управление энергией может, охватывая подсистемы, распознавать диапазоны/степени свободы распределения энергии и/или энергетические ресурсы, которые включаются в определение рабочих заданий, предпочтительно с учетом уже упомянутых выше критериев оптимизации. Тем самым управление энергией может целесообразным образом распределять энергетические ресурсы, в зависимости от потребностей, между энергетическими подсистемами.
Так, например, возможно, что одна энергетическая подсистема в текущий момент менее релевантна, так что она в отношении ее диапазона энергии может обеспечиваться минимальной энергией, и ей соответственно может предоставляться в распоряжение энергетический ресурс, в то время как в текущий момент сильно требуемая энергетическая подсистема в отношении ее диапазона энергии может обеспечиваться максимальной энергией и может затрачивать энергетический ресурс в соответствии с потребностью.
Релевантная для управления информация первой энергетической подсистемы включает в себя целесообразным образом максимально допустимое в текущий момент потребление мощности первой энергетической подсистемы, целесообразно до верхнего ограничения соответствующего диапазона энергии. Потребление мощности предпочтительно описывает усредненную максимальную мощность для предопределенного временного интервала. Релевантная для управления информация второй энергетической подсистемы предпочтительно включает в себя максимально допустимое в текущий момент потребление мощности второй энергетической подсистемы, целесообразно до верхнего ограничения соответствующего диапазона энергии. Потребление мощности предпочтительно описывает усредненную максимальную мощность для предопределенного временного интервала.
Релевантная для управления информация первой энергетической подсистемы включает в себя, кроме того, в частности, минимально допустимое в текущий момент потребление мощности первой энергетической подсистемы, целесообразно до нижнего ограничения соответствующего диапазона энергии. Потребление мощности предпочтительно описывает усредненную минимальную мощность для предопределенного временного интервала. Релевантная для управления информация второй энергетической подсистемы включает в себя, в частности, минимально допустимое в текущий момент потребление мощности второй энергетической подсистемы, целесообразно до нижнего ограничения соответствующего диапазона энергии. Потребление мощности предпочтительно описывает усредненную минимальную мощность для предопределенного временного интервала.
Вышеназванные предопределенные временные интервалы справедливы, например, для следующих 20, 25, 30 или 35 секунд.
Кроме того, релевантная для управления информация первой энергетической подсистемы может включать в себя текущую потребность в мощности первой энергетической подсистемы, в то время как релевантная для управления информация второй энергетической подсистемы может включать в себя текущую потребность в мощности второй энергетической подсистемы.
Первая подсистема управления энергией может иметь собственный накопитель энергии, и вторая подсистема управления энергией может иметь собственный накопитель энергии.
Релевантная для управления информация первой энергетической подсистемы включает в себя предпочтительно текущее общее количество энергии между минимально допустимым и максимально допустимым состоянием энергии накопителя энергии первой энергетической подсистемы. Релевантная для управления информация второй энергетической подсистемы включает в себя целесообразно текущее общее количество энергии между минимально допустимым и максимально допустимым состоянием энергии накопителя энергии второй энергетической подсистемы.
Релевантная для управления информация первой энергетической подсистемы может, кроме того, включать в себя текущее состояние энергии накопителя энергии первой энергетической подсистемы, в то время как релевантная для управления информация второй энергетической подсистемы может включать в себя текущее состояние энергии накопителя энергии второй энергетической подсистемы.
Первая энергетическая подсистема имеет определенную характеристику коэффициента полезного действия или определенный коэффициент полезного действия. Также вторая энергетическая подсистема имеет определенную характеристику коэффициента полезного действия или определенный коэффициент полезного действия.
Управление энергией предпочтительно выполнено таким образом, что оно знает характеристики коэффициентов полезного действия или коэффициенты полезного действия и определяет свои рабочие задания в зависимости от характеристики коэффициента полезного действия или коэффициента полезного действия первой энергетической подсистемы и второй энергетической подсистемы и предпочтительно по меньшей мере одного главного приводного блока автомобиля.
Возможно, что управление энергией свои рабочие задания определяет в зависимости от текущих рабочих данных автомобиля. Альтернативно или дополнительно, возможно, что управление энергией свои рабочие задания определяет в зависимости от прогнозируемых, ожидаемых в будущем рабочих данных автомобиля. Управление энергией может определять свои рабочие задания, кроме того, в зависимости от рабочих данных по меньшей мере одного главного приводного блока автомобиля.
Рабочие данные автомобиля включают в себя, в частности, ситуацию движения автомобиля, например, внешнюю температуру, профиль высоты участка дорожного полотна (например, езда на участке уклона, езда на участке подъема или езда на плоском участке), скорость движения автомобиля, ситуацию пробки в дорожном движении, движение по магистрали или автобану, езду в населенных пунктах или в городе и т.д.
Рабочие данные главного приводного блока автомобиля включают в себя, например, крутящий момент главного приводного блока, расход топлива главного приводного блока и т.д.
Прогнозируемые рабочие данные предпочтительно исходят из планирования маршрута навигационного прибора автомобиля.
Управление энергией, как уже изложено выше, предпочтительно выполнено таким образом, что оно свои рабочие задания определяет целесообразно с учетом предопределенных критериев оптимизации таким образом, что для компонентов автомобиля, управляемых посредством управления энергией, в частности, энергетических подсистем и опционально главного приводного блока автомобиля может достигаться охватывающая подсистемы и/или целостная целевая оптимизация (например, в отношении минимизированного общего потребления энергии, минимизированных общих выбросов и/или повышенной общей комфортабельности езды).
Автомобиль может, например, содержать по меньшей мере один главный приводной блок, в частности, двигатель внутреннего сгорания и/или электродвигатель для привода автомобиля, рабочие данные которых также могут включаться в определение рабочих заданий для энергетических подсистем. Система управления энергией пригодна, таким образом, в частности, для гибридных автомобилей, предпочтительно с двигателем внутреннего сгорания и целесообразно с электродвигателем для привода автомобиля.
Энергетические подсистемы предпочтительно выполнены таким образом, что они первично выполняют свои функции адекватным образом, даже если они не получают никаких рабочих заданий или получают рабочие задания, которые противоречат адекватному функционированию.
Следует отметить, что изобретение не ограничено двумя энергетическими подсистемами, а может включать в себя также больше двух, три, четыре или даже более шести энергетических подсистем.
Изобретение не ограничивается системой управления энергией, а также включает в себя дополнительно автомобиль, предпочтительно автомобиль промышленного назначения, такой как грузовой автомобиль или автобус, с системой управления энергией, как описано здесь.
Изобретение также включает в себя способ функционирования для системы управления энергией, предпочтительно, как описано здесь. Способ функционирования включает в себя целесообразным образом следующие этапы: первая энергетическая подсистема передает к управлению энергией по меньшей мере одну релевантную для управления информацию, вторая энергетическая подсистема передает к управлению энергией по меньшей мере одну релевантную для управления информацию, управление энергией определяет, в зависимости от релевантных для управления информаций, рабочее задание для первой энергетической подсистемы и передает его на первую энергетическую подсистему и определяет рабочее задание для второй энергетической подсистемы и передает его на вторую энергетическую подсистему. Другие соответствующие изобретению этапы способа функционирования следуют из описания соответствующей системы управления энергией, как описано здесь.
Описанные выше варианты выполнения изобретения могут комбинироваться между собой любым образом. Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения или следуют из приведенного далее описания предпочтительных форм выполнения изобретения со ссылками на приложенные чертежи.
Фиг. 1 показывает схематичное представление системы управления энергией для автомобиля согласно форме выполнения изобретения и
Фиг. 2 показывает детальное схематичное представление системы управления энергией для автомобиля согласно форме выполнения изобретения.
Фиг. 1 показывает схематичное представление системы 1 управления энергией для автомобиля, предпочтительно автомобиля промышленного назначения. Система 1 управления энергией содержит вышестоящее управление М энергией (например, блок управления и/или регулирования) и множество энергетических подсистем (например, вспомогательных агрегатов автомобиля, в частности, компрессорную систему, электрическую бортовую сеть, систему кондиционирования воздуха, рулевое управление с усилителем привода и т.д.) с отдельными подчиненными (нижестоящими) управлению М энергией подсистемами управления энергией (например, блоками управления и/или регулирования). Энергетические подсистемы содержат, кроме того, собственные устройства накопления энергии. Далее система 1 управления энергией будет описана со ссылкой на первую энергетическую подсистему Е1 с собственной подсистемой управления SМ1 энергией и вторую энергетическую подсистему Е2 с собственной подсистемой управления SМ2 энергией. Как следует из фиг. 1, изобретение в общем случае включает в себя также формы выполнения с более чем двумя энергетическими подсистемами.
Первая энергетическая подсистема Е1 целесообразным образом представляет независимую энергетическую подсистему, которая для выполнения своей функции нуждается в энергии и содержит собственную подсистему управления SМ1 энергией и собственный накопитель энергии. Вторая энергетическая подсистема Е2 также представляет независимую энергетическую подсистему, которая для выполнения своей функции нуждается в энергии и также содержит собственную подсистему управления SМ2 энергией и собственный накопитель энергии.
Управление М энергией, с одной стороны, и энергетические подсистемы Е1 и Е2, с другой стороны, находятся друг с другом в действующем соединении. Первая энергетическая подсистема Е1 выполнена таким образом, что она передает к управлению М энергией релевантные для управления информации I1, а вторая энергетическая подсистема Е2 выполнена таким образом, что она передает к управлению М энергией релевантные для управления информации I2.
Управление М энергией выполнено таким образом, что оно в зависимости от переданных релевантных для управления информаций I1 и I2 и, например, предопределенных критериев оптимизации или на основе приоритета определяет рабочее задание (номинальное задание) L1 для первой энергетической подсистемы Е1 и передает его на первую энергетическую подсистему Е1 и определяет рабочее задание (номинальное задание) L2 для второй энергетической подсистемы Е2 и передает его на вторую энергетическую подсистему Е2.
Система 1 управления энергией содержит, таким образом, вышестоящий уровень, который представлен управлением М энергией и представляет централизованное управление энергией, и подчиненный (нижестоящий) уровень, который представлен энергетическими подсистемами Е1, Е2, в частности, их подсистемами SM1 и SM2 управления энергией и представляет децентрализованное управление энергией. Таким образом, обеспечиваемая системой 1 управления энергией оптимизация функционирования автомобиля осуществляется ни лишь децентрализованно посредством отдельных энергетических подсистем Е1 и Е2, ни исключительно централизованно посредством управления М энергией.
Управление М энергией обеспечивает возможность, с учетом отдельных энергетических подсистем Е1 и Е2, охватывающей подсистемы, целостной оптимизации управления энергией, например, снижения общего потребления энергии, повышения общего энергетического коэффициента, минимизации общих выбросов и/или повышения общей комфортабельности езды.
Так, например, является возможным, что хотя энергетическая подсистема Е1 и энергетическая подсистема Е2, при рассмотрении в отдельности и, таким образом, квазилокально, эксплуатируются не оптимально, может достигаться охватывающая подсистема и, тем самым, квазиглобальная, оптимизированная в зависимости от предопределенных критериев оптимизации эксплуатация в целом. Вследствие этого, например, возможны констелляции, при которых отдельные энергетические подсистемы, при рассмотрении в отдельности, эксплуатируются не оптимально, но автомобиль, при рассмотрении в целом, базируясь на предопределенных критериях оптимизации, эксплуатируется оптимальным образом.
Одна только децентрализованная оптимизация отдельных энергетических подсистем Е1 и Е2 приводит к тому, что отдельные энергетические подсистемы Е1 и Е2, при рассмотрении в отдельности, могут эксплуатироваться оптимизированным образом. Потенциально возможные энергетические потенциалы энергетических подсистем Е1 и Е2 в общем случае не используются. Одна только централизованная оптимизация, из-за сложности учета различных влияний в режиме работы энергетических подсистем, самых разных степеней развития и конфигурирования, едва ли может целесообразно или вообще быть представлена. Система 1 управления энергией представляет компромисс между централизованной оптимизацией и децентрализованными оптимизациями, которые, за счет разделения задач вышестоящего управления М энергией и нижестоящих подсистем SM1 и SM2 управления энергией, могут быть просто реализованы. Несмотря на компромисс, возможно почти полное использование энергетического потенциала энергетических подсистем Е1, Е2 и, тем самым, почти полная оптимизация по всем компонентам автомобиля, управляемым посредством управления М энергией.
Энергетические подсистемы Е1 и Е2 работают, как правило, на основе рабочих заданий L1 и L2, по возможности с минимизированным потреблением энергии, минимизированными выбросами и/или максимизированной комфортабельностью езды. Они выполнены в принципе так, что они в первую очередь должны выполнять свои функции адекватным образом. Отсюда следует, что даже если энергетические подсистемы Е1 и Е2, например, временно не получают рабочих заданий L1 и L2 или же получают рабочие задания L1 и L2, которые противоречат их корректному режиму работы, то они несмотря на это выполняют свои функции надлежащим образом.
Особенностью системы 1 управления энергией является то, что релевантные для управления информации I1 первой энергетической подсистемы Е1 определяют диапазон энергии, посредством которого первая энергетическая подсистема Е1 может эксплуатироваться в соответствии с ее функцией, и релевантные для управления информации I2 второй энергетической подсистемы Е2 определяют диапазон энергии, посредством которого вторая энергетическая подсистема Е2 может эксплуатироваться в соответствии с ее функцией.
Рабочее задание L1 включает в себя находящуюся в переданном диапазоне энергии для первой энергетической подсистемы Е1 отдачу мощности, в то время как рабочее задание L2 включает в себя находящуюся в переданном диапазоне энергии для второй энергетической подсистемы Е2 заданную величину мощности.
За счет того, что управлению М энергией передаются пределы энергии, внутри которых энергетические подсистемы Е1 и Е2 могут эксплуатироваться в соответствии с их функцией, для управления М энергией возникают диапазоны распределения мощности, которые, в зависимости от предопределенных критериев оптимизации, входят в определение рабочих заданий L1 и L2. Таким образом, управление М энергией может распознавать возможно имеющиеся энергетические ресурсы энергетических подсистем Е1 и Е2 и их посредством рабочих заданий L1 и L2 распределять или перемещать в зависимости от потребностей между энергетическими подсистемами Е1 или Е2.
Управление М энергией может, при относительно простых функциональных взаимосвязях, в зависимости от переданных пределов энергии, которые, тем самым представляют как бы степени свободы для управления М энергией, реализовывать целостную энергетическую оптимизацию с привлечением всех компонентов автомобиля, управляемых посредством управления М энергией (например, энергетических подсистем Е1 и Е2 и по меньшей мере одного главного приводного блока автомобиля). Тем самым можно, в отношении автомобиля, в целом достичь оптимизации, хотя отдельные энергетические подсистемы эксплуатируются, возможно, не оптимально, но в соответствии с их функциями.
Критериями оптимизации являются, например, энергетическая эффективность, минимизация выбросов и/или комфортабельность езды, а также, в частности, комбинация из вышеназванных критериев оптимизации, например, приоритетная энергетическая эффективность 70%, приоритетная минимизация выбросов 10%, приоритетная комфортабельность езды 20%.
Интерфейс между управлением М энергией, с одной стороны, и энергетическими подсистемами Е1 и Е2, с другой стороны, включает в себя сигналы для коммуникации между управлением М энергией и энергетическими подсистемами Е1 и Е2. Интерфейс между энергетическими подсистемами Е1 и Е2, с одной стороны, и управлением М энергией, с другой стороны, является целесообразно типовым, так что он может применяться единообразно для различных энергетических подсистем Е1 и Е2.
Фиг. 2 показывает детализированное схематичное представление системы 1 управления энергией.
Фиг. 2 показывает, что релевантные для управления информации I1 первой энергетической подсистемы Е1 и релевантные для управления информации I2 второй энергетической подсистемы Е2, в частности, могут описывать следующее:
- текущее максимально допустимое потребление мощности для ограничения соответствующего диапазона энергии,
- текущее минимально допустимое потребление мощности для ограничения соответствующего диапазона энергии,
- текущие потребности в мощности энергетических подсистем,
- текущие общие количества энергии между максимально допустимым и минимально допустимым состояниями энергии накопителей энергии,
- текущие состояния энергии накопителей энергии.
Управление М энергией работает почти (квази) в реальном времени и постоянно располагает текущими рабочими данными энергетических подсистем Е1 и Е2, которые входят в определение рабочих заданий L1 и L2. Управление М энергией учитывает в принципе не только рабочие задания энергетических подсистем Е1 и Е2, но и помимо этого рабочие данные автомобиля, например, текущую ситуацию движения автомобиля, например, внешнюю температуру, скорость езды, езду по магистрали или автобану, езду в населенном пункте или в городе (режим остановки и продолжения движения), профиль высоты участков пути и т.д., которые также входят в определение рабочих заданий L1 и L2. Управление М энергией может к тому же учитывать рабочие данные главного приводного блока автомобиля, например, его текущий крутящий момент.
Однако управление М энергией может учитывать не только текущие рабочие данные, но и также прогнозированные, ожидаемые рабочие данные. Прогнозированные рабочие данные следуют из планирования маршрута навигационного прибора автомобиля и могут также входить в определение рабочих заданий L1 и L2.
Еще одной особенностью системы 1 управления энергией является то, что она знает коэффициенты полезного действия или характеристики коэффициентов полезного действия энергетических подсистем Е1 и Е2 и определяет свои рабочие задания L1 и L2 также в зависимости от них.
Изобретение не ограничивается описанными выше предпочтительными вариантами выполнения. Напротив, возможно множество вариантов и модификаций, которые также используют идеи изобретения и поэтому входят в объем защиты. Кроме того, изобретение также претендует на защиту предмета и признаков зависимых пунктов, независимо от ссылок на признаки и пункты формулы изобретения.