專利名稱：能量管理裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量管理技術(shù)，更具體地，本發(fā)明涉及一種管理具有能量供給部和消耗由能量供給部供給的能量的消耗部的機器的能量消耗的能量管理技術(shù)。
背景技術(shù)：
已知在具有用于供給能量的供給部和用于消耗由供給部供給的能量的消耗部的機器中管理能量的技術(shù)。例如特開平8-507671號公報中公開這種技術(shù)。供給部的一個例子是用作電能蓄積部的電池，另外一個例子是用作電能產(chǎn)生部的發(fā)電機。另一方面，消耗部的一個例子是電動機，該電動機被驅(qū)動向機器提供驅(qū)動力。
在做功的機器中，需要消耗能量來做功。用于做功的能量可以從外部供給到機器，或者機器本身具有能量源，以自己供給必要的能量。在任何情況下，由機器消耗的能量是有限的，因此，非常希望在獲得目標運轉(zhuǎn)條件的同時節(jié)省能量。因此，非常希望相同的機器既獲得目標運轉(zhuǎn)條件，又節(jié)省能量。
可能存在這樣一種情況，即上述機器具有多個可同時驅(qū)動的致動器。在這種情況下，不容易既獲得目標運轉(zhuǎn)條件又節(jié)約能量消耗。理論上來說可以事先設定能量源的容量，從而即使所有的致動器同時驅(qū)動，能量源也不會枯竭。但是，從經(jīng)濟學角度或者物理學角度一例如重量、尺寸等等一來加以評判，不能說上述措施是現(xiàn)實的解決方案。
存在一種對設置在汽車中的多個致動器進行綜合管理的技術(shù)，其中汽車作為一種利用燃料作為能量源的機器。對于汽車來說，多個致動器是發(fā)動機、制動裝置、驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)向裝置等等。例如特開平5-85228號公報中公開了這種技術(shù)。
本發(fā)明人已對具有用于供給能量的供給部和用于消耗由供給部供給的能量的消耗部的機器的能量管理技術(shù)進行了調(diào)研，并且獲取了下述知識和信息。
也就是說，由于消耗部被設置在機器中以達成特定目標，并且利用由供給部供給的能量進行驅(qū)動，所以希望利用消耗部達成機器運轉(zhuǎn)和能量節(jié)省的雙重要求。此外，為了判定消耗部是否被驅(qū)動從而真正節(jié)省所消耗的能量，重要的是對消耗部的實際能量效率進行監(jiān)控。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總體目的在于提供一種改進的并且實用的能量管理裝置，其中消除了上述問題。
本發(fā)明更具體目的是提供一種對具有用于供給能量的供給部和用于消耗由供給部供給的能量的消耗部的機器的能量消耗進行管理以確實地節(jié)省消耗部消耗的能量的能量管理裝置。
為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供了如下所述的能量管理裝置和方法。
1)一種管理在具有供給能量的供給部和消耗由所述供給部供給的能量的消耗部的機器中消耗的能量的能量管理裝置，所述能量管理裝置包括通過利用由所述供給部供給的能量使所述消耗部運轉(zhuǎn)(操作，工作，運行)的運轉(zhuǎn)部；獲取作為能量效率的從供給到所述消耗部的輸入能量到從所述消耗部輸出的輸出能量的能量變換特性的獲取部；以及基于所獲取的能量效率改變所述消耗部的運轉(zhuǎn)條件以改善所述能量效率的實際值的改變部。
根據(jù)本發(fā)明，基于消耗部的能量效率改變消耗部的運轉(zhuǎn)條件，從而改善能量效率的實際值。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠優(yōu)化消耗部的運轉(zhuǎn)條件，以節(jié)省消耗部消耗的能量。
優(yōu)選的是，根據(jù)本發(fā)明的改變部在保持消耗部的實際輸出的同時，即在保持對消耗部運轉(zhuǎn)要求的達成度的同時，改變消耗部的運轉(zhuǎn)條件。根據(jù)本發(fā)明的能量效率，例如可以通過用輸出能量除以輸入能量，或者從輸入能量中減去輸出能量來獲得。也就是說，能量效率可以作為輸入能量與輸出能量之間的一種比例關(guān)系或者偏差(差值)關(guān)系來獲取。
根據(jù)本發(fā)明的供給部可包括蓄積能量的蓄積部或者產(chǎn)生能量的產(chǎn)生部中的至少一個。聚能部的一個例子是電池，而產(chǎn)能部的一個例子是發(fā)電機。根據(jù)本發(fā)明的運轉(zhuǎn)條件的一個例子是用于使消耗部運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)模式，另外一個例子是由消耗部消耗的能量的目標值(預期值)。
本發(fā)明中所指的機器可以是能夠自行運動的可運動體(移動體)、驅(qū)動另一對象的驅(qū)動裝置，或者安裝在房間、辦公室、工廠等等中的電氣設備。所述可運動體可以是汽車、摩托車、火車、輪船、飛機、火箭等等。
2)上述能量管理裝置還可包括用于在至少一個條件累積成立時容許所述改變部改變所述運轉(zhuǎn)條件并且用于在所述至少一個條件不成立時禁止改變所述運轉(zhuǎn)條件的第一改變?nèi)菰S/禁止裝置，其中，所述至少一個條件包括對所述消耗部的運轉(zhuǎn)要求與所述消耗部的實際輸出之間的偏差等于或者小于規(guī)定值的條件。
根據(jù)上述發(fā)明，當至少對消耗部的運轉(zhuǎn)要求與該消耗部的實際輸出之間的偏差等于或者小于規(guī)定值的條件成立時，即當對消耗部的運轉(zhuǎn)要求基本達成的條件成立時，消耗部的運轉(zhuǎn)條件發(fā)生改變。因此，根據(jù)上述發(fā)明，相同的消耗部可以容易地達成運轉(zhuǎn)要求和能量消耗節(jié)省兩者。
3)上述能量管理裝置還可包括用于基于所獲取的能量效率容許或禁止所述改變部改變所述運轉(zhuǎn)條件的第二改變?nèi)菰S/禁止裝置。
消耗部的能量效率是這樣一個物理量，即不管消耗部所使用能量的類型是電能、機械能、燃燒能、熱能或者光能，均能利用該物理量判定是否需要改變運轉(zhuǎn)條件。根據(jù)上述認識，在本發(fā)明中，基于消耗部的能量效率容許或者禁止該消耗部的運轉(zhuǎn)條件的改變。
4)上述能量管理裝置還可包括用于在至少一個條件成立時容許所述第二改變?nèi)菰S/禁止裝置改變所述運轉(zhuǎn)條件并且在所述至少一個條件不成立時禁止改變所述運轉(zhuǎn)條件的裝置，其中，所述至少一個條件包括所獲取的能量效率不等于實質(zhì)上沒有改善余地的上限值的條件。
因此，當至少所獲取的能量條件不是沒有改善余地的極限值的條件成立時，即當存在能量效率改善余地時，容許改變運轉(zhuǎn)條件。否則，禁止改變運轉(zhuǎn)條件。因此，根據(jù)本發(fā)明，當沒有改善能量效率的余地時，無需改變運轉(zhuǎn)條件。
5)在根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置中，所述機器可包括由所述消耗部運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)部，所述獲取部包括用于基于所述運轉(zhuǎn)部的運轉(zhuǎn)量來獲取輸出能量的輸出能量獲取裝置，其中，所述能量管理裝置還包括判定設置在所述消耗部與所述運轉(zhuǎn)部之間的能量傳送系統(tǒng)是否異常的判定部。
因此，當在消耗部與運轉(zhuǎn)部之間存在阻止能量傳送的異常性時，可以檢測到這種異常性。
6)在根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置中，所述判定部可包括用于在多個條件時判定所述能量傳送系統(tǒng)異常的裝置，所述多個條件包括其中所述獲取的能量條件為實質(zhì)上沒有改善余地的上限值的條件和其中所獲取的能量效率等于或小于規(guī)定值的條件。
雖然消耗部的能量效率等于上限值(該上限值表示沒有改善余地)，但該能量效率等于或者小于規(guī)定值的原因很可能不在于消耗部本身，而是在于消耗部與運轉(zhuǎn)部之間的能量傳送系統(tǒng)?；谏鲜稣J識，根據(jù)本發(fā)明，當多個條件累積成立時，即消耗部的能量效率等于沒有改善余地的上限值以及所獲取的能量效率等于或者小于規(guī)定值時，判定能量傳送系統(tǒng)發(fā)生異常。因此，根據(jù)本發(fā)明，能夠檢測能量傳送系統(tǒng)中的異常性。
7)在根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置中，所述機器可以是可運動體，所述消耗部包括與所述可運動體的驅(qū)動(推進)相關(guān)聯(lián)的致動器、與所述可運動體的制動相關(guān)聯(lián)的致動器以及與所述可運動體的運動方向的變換相關(guān)聯(lián)的致動器中的至少一個致動器。
所述致動器例如可以是消耗電能的電機(馬達，原動機)或者通過燃燒作為能量的燃料而驅(qū)動的發(fā)動機。電機可以是將電能變換為機械能的致動器。另一方面，發(fā)動機可以是將燃燒能變換為機械能的致動器。與驅(qū)動可運動體相關(guān)聯(lián)的致動器可包括作為產(chǎn)生可運動體的驅(qū)動力的動力源致動器的發(fā)動機或電機，并且還包括用在傳送機構(gòu)中使用的致動器(例如包括用于電傳送的電機或者用于流體傳送的電磁閥)。此外，與可運動體的制動相關(guān)聯(lián)的致動器可例如包括電機和用于液壓控制的電磁閥。與改變可運動體的運動方向相關(guān)聯(lián)的致動器可例如包括用于產(chǎn)生力來改變可運動體的運動方向的電機。
8)在根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置中，所述消耗部可包括多個致動器，從而所述供給部共同給所述多個致動器供給能量，所述運轉(zhuǎn)部包括用于計算各致動器的運轉(zhuǎn)所必需的目標值同時與其它致動器共同采用功率或功為單位的裝置。
在上述裝置中，鑒于多個致動器的功率或做功量，對這些致動器的運轉(zhuǎn)(驅(qū)動)進行綜合控制。另一方面，在功率或做功量與能量消耗之間建立這樣一種關(guān)系，即功率或做功量越小，能量消耗越少。因此，根據(jù)本發(fā)明，當關(guān)注各個致動器的功率或做功量時，鑒于利用多個致動器達成的能量消耗節(jié)省，能夠?qū)@些致動器進行優(yōu)化。
在本發(fā)明中所指的功率是指每單位時間的做功量。當各個致動器將電能變換為機械能時，如果對電功率(致動器的輸入側(cè))關(guān)注，那么“功率”被表示為電功率。另一方面，如果對機械能關(guān)注，那么“功率”被表示為驅(qū)動功率(效率或馬力)。
電功率是電力功率，并且被計算為電壓與電流的乘積。例如，如果上述機器是由致動器驅(qū)動的可運動體，例如汽車，那么功率計算為例如由致動器施加在可運動體上的力與該可運動體的速度的乘積。“做功量”是指功率的時間積分。如果功率是電功率，那么其被表示為電功率(或瓦特)。作為多個致動器，選擇用于驅(qū)動汽車的驅(qū)動裝置用致動器，用于使汽車轉(zhuǎn)向的電動轉(zhuǎn)向裝置用致動器，用于控制汽車的電動制動器用致動器，用于汽車車廂內(nèi)的空氣調(diào)節(jié)用致動器，用于照亮汽車內(nèi)部或外部的燈。
9)根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置還可包括確定對所述消耗部的運轉(zhuǎn)要求的運轉(zhuǎn)要求確定裝置，并且其中，所述運轉(zhuǎn)部包括用于基于由所述運轉(zhuǎn)要求確定裝置確定的運轉(zhuǎn)要求來運轉(zhuǎn)所述消耗部的裝置。
本發(fā)明中所指的運轉(zhuǎn)要求是指沿平行或垂直于可運動部的機器的運動方向的方向施加在該機器或可運動部上的力或加速度的變化量，或者是指機器或可運動部的速度的變化量。
10)在上述能量管理裝置中，所述運轉(zhuǎn)要求確定裝置可包括檢測包括由運轉(zhuǎn)所述消耗部的駕駛員發(fā)出的指令、所述消耗部的運轉(zhuǎn)狀態(tài)以及所述消耗部的運轉(zhuǎn)環(huán)境中的至少一個的運轉(zhuǎn)信息的信息檢測器；和用于基于由所述信息檢測器檢測的所述運轉(zhuǎn)信息來確定所述運轉(zhuǎn)要求的運轉(zhuǎn)要求確定裝置。
11)在根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置中，所述改變部可基于所獲取的能量效率改變所述消耗部的運轉(zhuǎn)條件，以便所述能量效率的實際值成為等于實質(zhì)上沒有改善余地的上限值。
12)在根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置中，所述改變部可基于所獲取的能量效率改變所述消耗部的運轉(zhuǎn)條件，以便所述能量效率的實際值成為等于實質(zhì)上沒有改善余地的上限值并且大于規(guī)定值。
13)一種管理在具有供給能量的供給部和消耗由所述供給部供給的能量的消耗部的機器中消耗的能量的能量管理方法，所述能量管理方法包括通過利用由所述供給部供給的能量來使所述消耗部運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)步驟；獲取作為能量效率的從供給到所述消耗部的輸入能量到從所述消耗部輸出的輸出能量的能量變換特性的獲取步驟；以及基于所獲取的能量效率改變所述消耗部的運轉(zhuǎn)條件以改善所述能量效率的實際值的改變步驟。
當結(jié)合附圖進行閱讀時，通過下面的詳細描述，本發(fā)明的其它目的、特征以及優(yōu)點將變得更為明了。


圖1是用作根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置的驅(qū)動控制系統(tǒng)的框圖；圖2是示出圖1所示發(fā)動機控制單元(ECU)的概念性硬件結(jié)構(gòu)的框圖；圖3是ECU的軟件結(jié)構(gòu)的功能性框圖；圖4是根據(jù)能量管理程序的運轉(zhuǎn)流程圖；圖5是根據(jù)能量效率判定程序的運轉(zhuǎn)流程圖；圖6是圖5所示步驟S39中的處理的流程圖；以及圖7是根據(jù)運轉(zhuǎn)模式改變程序的運轉(zhuǎn)流程圖。
具體實施例方式
參照附圖，下面將對根據(jù)本發(fā)明實施例的能量管理裝置進行描述。
圖1是用作根據(jù)本發(fā)明的能量管理裝置的驅(qū)動控制系統(tǒng)的框圖。圖1中所示的驅(qū)動控制系統(tǒng)安裝在作為可運動體的汽車(在下文中稱作“車輛”)中，所述可運動體是機器的示例。所述汽車裝備有多個致動器10(為了簡化起見在圖1中僅示出一個致動器10)。所述汽車還裝備有向各個致動器10供給能量的能量源14。作為能量源14，可以使用燃料、電池、燃料電池或者發(fā)動機(內(nèi)燃機)。設置在汽車中的多個致動器10可包括下述致動器(1)通過燃燒燃料產(chǎn)生機械能的發(fā)動機。
(2)利用電能控制使車輛各車輪制動的摩擦式制動器的制動致動器。
(3)利用電能控制使車輛轉(zhuǎn)向的電動轉(zhuǎn)向裝置的轉(zhuǎn)向致動器。
(4)利用電能驅(qū)動車輛的車輛電機。
(5)利用電能控制電動CVT裝置的變速比的CVT電機，該電動CVT裝置將車輛電機的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩傳遞至各驅(qū)動輪。
(6)利用電能產(chǎn)生光亮的車燈。
(7)利用電能控制車廂內(nèi)部的溫度和濕度的空調(diào)器致動器。
所述制動致動器包括例如一個用作制動器驅(qū)動源的電機和多個控制從壓力源傳遞至制動器的壓力的電磁閥。當車輛加速時，車輛電機用作車輛的動力源；當車輛減速時，車輛電機用作發(fā)電機(再生電機或者制動電機)。
圖1中所示的汽車裝備有用于再生的再生制動裝置，以回收由車輛電機產(chǎn)生的電能，并且將回收的電能存儲在能量源14中。因此，所述車輛電機不僅用作消耗部，而且也用作臨時能量產(chǎn)生部。
空調(diào)器具有對車廂進行冷卻的冷卻單元，用于該冷卻單元的驅(qū)動單元是空調(diào)器致動器。該空調(diào)器致動器是例如驅(qū)動冷卻單元中的壓縮機的電機。
如圖1所示，這種驅(qū)動控制系統(tǒng)包括對運轉(zhuǎn)信息進行檢測的信息檢測器16。信息檢測器16用于檢測車輛駕駛員的驅(qū)動指令以及車輛的狀態(tài)和狀況。驅(qū)動指令由駕駛員發(fā)出，從而駕駛員可以合適地駕駛車輛?！榜{駛員指令”包括例如針對車輛加速的指令、針對減速或制動的指令、針對轉(zhuǎn)向的指令等等。
具體來說，信息檢測器16包括用于檢測駕駛員指令的駕駛員指令傳感器16a，和用于檢測車輛狀態(tài)的車輛狀態(tài)傳感器16b。
駕駛員指令傳感器16a檢測駕駛員對車輛運轉(zhuǎn)系統(tǒng)—例如轉(zhuǎn)向運轉(zhuǎn)件、制動運轉(zhuǎn)件或加速器運轉(zhuǎn)件—執(zhí)行的運轉(zhuǎn)量，以作為駕駛員指令。車輛狀態(tài)傳感器16b對車輛的各種狀態(tài)或者狀況—例如車速、車輛驅(qū)動力、車身加速度(沿縱向、橫向或垂直方向的加速度，包括減速度)、輪速、車輪減速度、轉(zhuǎn)向角、橫擺率、施加在各車輪上的力或轉(zhuǎn)矩、車輪轉(zhuǎn)向角等等—進行檢測，以作為車輛狀態(tài)。
驅(qū)動控制系統(tǒng)還裝備有電子控制單元18(在下文中被稱作“ECU”)。圖2是示出ECU 18的概念性硬件結(jié)構(gòu)的框圖。
ECU 18主要由計算機20構(gòu)成。眾所周知，計算機20包括彼此通過總線28互連的中央處理單元(CPU)22、只讀存儲器(ROM)24以及隨機存取存儲器(RAM)26。在ROM 24中預先存儲各種程序，例如能量管理程序、能量效率判定程序、運轉(zhuǎn)模式改變程序等等。如圖1中所示，驅(qū)動控制系統(tǒng)包括用于各致動器10的輸入能量傳感器40和42，以及輸出能量傳感器44和46。為各個致動器10設置兩個輸入能量傳感器和兩個輸出能量傳感器的原因在于，各個能量傳感器采用冗余設計。
但是，并非必須地將輸入能量傳感器40和42設計成使得所檢測到的由這些傳感器直接檢測的物理量在其類型上彼此精確匹配。如果各個輸入能量傳感器40和42均正常，那么只要輸入能量傳感器40和42檢測到的值滿足已知關(guān)系，則這些傳感器就能夠單獨地檢測不同類型的物理量。這一點同樣適用于輸出能量傳感器44和46。
各個輸入能量傳感器40和42用于檢測從能量源14輸入至對應致動器10的能量Ein。具體來說，各個輸入能量傳感器40和42在對應的致動器10為消耗電能類型時檢測功率消耗作為輸入能量Ein；或者在對應的致動器10為消耗燃燒能(燃料燃燒)類型時檢測所減少的熱量(卡)或者燃料消耗量(體積或重量)作為輸入能量Ein。
必須指出的是，在本說明書中，術(shù)語“能量”可解釋為狹義的電能(功率)或者廣義的電能，即狹義的電能和狹義的機械能(做功量)。術(shù)語“能量”的解釋取決于包含該術(shù)語的陳述的內(nèi)容。
另一方面，各個輸出能量傳感器44和46用于檢測對應致動器10的輸出能量Eout。具體來說，各個輸出能量傳感器44和46用于檢測通過對應致動器10的運轉(zhuǎn)實際產(chǎn)生的功率。當致動器10為輸出機械能的類型時，將由致動器10施加在對象(車輪或者車身)上的力(或者轉(zhuǎn)矩)與該對象的速度的乘積檢測作為功率。當所述對象是車輛本身時，將施加在車輛上的力或加速度與車速—即車輛的運行速度—的乘積檢測作為功率。
因此，當致動器10為輸出機械能的類型時，各個輸出能量傳感器44和46構(gòu)造成包括下述傳感器中的至少一個力傳感器、加速度傳感器、速度傳感器、位移傳感器等等。另一方面，當致動器10為輸出熱能(加熱或冷卻)的類型時，各個輸出能量傳感器44和46構(gòu)造成包括例如溫度傳感器，以獲取作為輸出能量Eout的熱量(卡)。
盡管設置在車輛中的多個致動器可以用于車輛的各種用途，但是根據(jù)本發(fā)明的致動器10設計成包括一個用于控制車輛的車輪前進力/后退力的致動器(例如發(fā)動機、車輛電機和制動致動器)，和一個用于控制車輪轉(zhuǎn)向角的致動器(例如轉(zhuǎn)向致動器)。當這些致動器被驅(qū)動時，如圖1中所示，在車輪的前進力/后退力和車輪轉(zhuǎn)向角上產(chǎn)生影響，并且由此對車輛的運動(行為或者姿態(tài))進行控制。
圖3是ECU 18的軟件結(jié)構(gòu)的功能性框圖。ECU 18包括能量管理部60、能量效率確定部62以及運轉(zhuǎn)模式改變部64。
能量管理部60包括運轉(zhuǎn)要求確定裝置70、能量管理裝置72以及驅(qū)動控制裝置74。運轉(zhuǎn)要求確定裝置70是用于確定對車輛的運轉(zhuǎn)要求以滿足上述駕駛員指令和車輛狀態(tài)的部分。運轉(zhuǎn)要求包含加速度的量、減速度的量、車輛轉(zhuǎn)向的量等等。
能量管理裝置72計算滿足上述對致動器10的運轉(zhuǎn)要求的期望(目標)機械功率DMP，并確定作為獲得所計算出的期望機械功率DMP所必需的所需電功率REP的電功率。驅(qū)動控制裝置74驅(qū)動致動器10，以獲得最終由能量管理裝置72確定的期望機械功率DMP。
另一方面，如圖3中所示，能量效率確定部62包括輸入能量檢測裝置80、輸出能量檢測裝置82、能量效率計算裝置84、目標狀態(tài)判定裝置86以及異常判定裝置88。
輸入能量檢測裝置80通過利用輸入能量傳感器40和42對從能量源14供給到致動器10的輸入能量Ein進行檢測。輸出能量檢測裝置82通過利用輸出能量傳感器44和46對從致動器10輸出的輸出能量Eout—即由致動器10消耗的能量—進行檢測。能量效率計算裝置84通過將輸出能量Eout的檢測值除以輸入能量Ein的檢測值計算出能量效率γ。
當運轉(zhuǎn)要求的達成度等于或者大于規(guī)定值時，目標狀態(tài)判定裝置86判定能量效率γ的計算值(實際值)是否處于目標狀態(tài)(期望狀態(tài))。具體來說，當運轉(zhuǎn)要求的達成度等于或者大于所述規(guī)定值，并且能量效率γ的計算值基本等于一上限值并且等于或者大于一規(guī)定值時，目標狀態(tài)判定裝置86判定能量效率γ的計算值處于目標狀態(tài)。此外，當運轉(zhuǎn)要求的達成度等于或者大于所述規(guī)定值但是能量效率γ的計算值并非基本等于所述上限值時，目標狀態(tài)判定裝置86判定是否存在任何來自于其它性能的對改善所要求的能量效率γ的限制。如果不存在限制，那么目標狀態(tài)判定裝置86判定必須改變致動器10的運轉(zhuǎn)模式。
在運轉(zhuǎn)要求的達成度等于或者大于所述規(guī)定值并且能量效率γ的計算值基本等于所述上限值且小于所述規(guī)定值時，異常判定裝置88判定車輛的能量傳送系統(tǒng)出現(xiàn)異常。如果致動器10是發(fā)動機并且輸出能量傳感器44和46檢測的對象是車輪，那么能量傳送系統(tǒng)對應于機械地連接發(fā)動機與車輪的驅(qū)動系統(tǒng)。
當運轉(zhuǎn)要求的達成度等于或者大于所述規(guī)定值但是能量效率γ的計算值并非基本等于所述上限值時，除非不存在來自其它性能的限制，否則運轉(zhuǎn)模式改變部64將致動器10的運轉(zhuǎn)模式改變成能量效率γ的實際值接近目標值的情況。
圖4是根據(jù)存儲在ROM 24中的能量管理程序的運轉(zhuǎn)流程圖。在計算機20運行期間，所述能量管理程序被反復執(zhí)行。
每次執(zhí)行能量管理程序時，首先在步驟S1中，駕駛員指令傳感器16a檢測駕駛員指令。接著，在步驟S2中，車輛狀態(tài)傳感器16b檢測車輛的狀態(tài)。
此后，在步驟S3中，基于檢測到的駕駛員指令和檢測到的車輛狀態(tài)，確定出對車輛的運轉(zhuǎn)要求。這種運轉(zhuǎn)要求包括基于駕駛員指令驅(qū)動車輛的要求和自動驅(qū)動車輛以改善車輛安全性的要求。后一要求的例子是自動制動，以在本車輛與該車輛前方的車輛之間的距離與本車輛當前的速度的關(guān)系不合適時自動地執(zhí)行制動運轉(zhuǎn)。
接著，在步驟S4中，計算用于達成針對致動器10確定的運轉(zhuǎn)要求所必需的機械功率MP，以作為期望機械功率DMP。例如，如果確定出的運轉(zhuǎn)要求是通過以0.2G的加速度使重量為1噸的車輛加速，在0.25分鐘內(nèi)將車速從0km/h改善至100km/h，則將驅(qū)動力F(車輛的重量與加速度的乘積)與車速V的乘積計算作為該車輛的車輛電機的期望機械功率DMPmtr，該功率約為54kW。此外，如果確定出的運轉(zhuǎn)要求是使重量為1噸的車輛抵抗大約0.5G的慣性(滑行)減速度以100km/h的車速運行，則所計算出的期望機械功率DMPmtr為14kW。
需要指出的是，電機的機械功率MP通常計算成轉(zhuǎn)矩T與轉(zhuǎn)速N的乘積，而電功率EP計算成施加在電機上的電壓E與流過電機的電流I的乘積。如果不考慮電機中的能量損失，那么機械功率MP和電功率EP彼此相等。
然后，在步驟S5中，將用于達成所計算出的期望機械功率DMP所必需的電功率EP計算作為針對致動器10的所需電功率REP。接著，在步驟S6中，基于確定出的所需電功率確定要施加給致動器10施加的電壓和要供給到致動器10的電流。也就是說，確定給致動器10的輸出。
此后，在步驟S7中，基于確定出的電壓和電流對致動器10進行驅(qū)動。由此，完成能量管理程序的一次執(zhí)行。
如上所述，計算機20中執(zhí)行能量管理程序的部分構(gòu)成能量管理部60，計算機20中執(zhí)行步驟S1至S3中的處理的部分構(gòu)成運轉(zhuǎn)要求確定裝置70，計算機20中執(zhí)行步驟S4至S6中的處理的部分構(gòu)成能量管理裝置72，并且計算機20中執(zhí)行步驟S7中的處理的部分構(gòu)成運轉(zhuǎn)要求確定裝置70。
圖5是按照能量效率判定程序的運轉(zhuǎn)流程圖。
當執(zhí)行所述能量效率判定程序時，首先在步驟S31中，各個輸入能量傳感器40和42檢測輸入能量Ein，并由此獲取兩個能量檢測值。接著，在步驟S32中，各個輸出能量傳感器44和46檢測輸出能量Eout，并由此獲取兩個能量檢測值。
接著，在步驟S33中，判定所獲取的兩個能量檢測值之間的偏差是否等于或者小于分別與輸入能量Ein和輸出能量Eout相關(guān)的規(guī)定值。此時，如果所述偏差大于與輸入能量Ein或輸出能量Eout相關(guān)的規(guī)定值，那么對步驟S33的判定為否(NO)，并在步驟S34中判定出現(xiàn)傳感器異常，此時結(jié)束能量效率判定程序的執(zhí)行。
另一方面，如果上述偏差等于或小于與輸入能量Ein和輸出能量Eout相關(guān)的規(guī)定值，那么步驟S33的判定為是(YES)，并且相對于輸入能量Ein和輸出能量Eout對所獲取的能量值進行校正(修正)。可根據(jù)各種方法對能量檢測值進行校正。
例如，如果在兩個能量傳感器40與42之間的檢測精確度上存在固有差異，那么基于具有較高精確度的傳感器40和42中之一的檢測值對具有較低精確度的傳感器40和42中另外一個的檢測值進行校正。另一方面，如果在兩個輸入能量傳感器40與42之間的檢測精確度存在微小差異，并且如果兩個傳感器對相同類型的物理量進行檢測，那么兩個傳感器40和42的檢測值的平均值被假定為輸入能量傳感器40和42的共同的真實檢測值。
在步驟S35中，同樣針對兩個輸出能量傳感器44和46的檢測值執(zhí)行與上述校正類似的校正。
此后，在步驟S36中，通過將輸出能量Eout經(jīng)校正的檢測值除以輸入能量Ein經(jīng)校正的檢測值，計算出致動器10的能量效率γ。能量效率γ的一個例子是功率比，它是通過將致動器10的功率除以輸入該致動器10的電功率而獲取的。
隨后，在步驟S37中，判定運轉(zhuǎn)要求的達成度是否等于或者大于規(guī)定值。具體來說，判定已通過執(zhí)行能量管理程序而確定的運轉(zhuǎn)要求(例如力、位置、速度或者加速度)與由車輛狀態(tài)傳感器16b檢測到的車輛狀態(tài)之間的偏差是否等于或者小于設定值。在這里，運轉(zhuǎn)要求對應于致動器10的目標輸出。另一方面，車輛狀態(tài)的檢測值是致動器10的實際輸出。
假設運轉(zhuǎn)要求的達成度并不等于或者大于所述規(guī)定值，那么步驟S37的判定為否(NO)，并且立即結(jié)束此次能量效率判定程序的執(zhí)行。也就是說，如果所述運轉(zhuǎn)要求的達成度不等于或者大于所述規(guī)定值，那么省去用于改善能量效率γ的過程，這就使運轉(zhuǎn)要求的達成優(yōu)先于能量效率γ的改善。
另一方面，如果假設所述運轉(zhuǎn)要求的達成度等于或者大于所述規(guī)定值，那么步驟S37的判定為是(YES)，程序前進至步驟S38。在步驟S38中，判定能量效率γ的計算值是否基本為上限值。例如，判定是否在理論上能夠?qū)⒛芰啃师酶纳浦链笥谟嬎阒档闹?。此時，如果假設能量效率γ的運轉(zhuǎn)值并非所述上限值，那么步驟S37的判定為否(NO)，并且程序前進至步驟S39。
在步驟S39中，判定是否由于對其它性能的要求而存在對改善能量效率γ的限制。例如，如果致動器10的運轉(zhuǎn)模式在車輛運行不穩(wěn)定的狀態(tài)下發(fā)生改變，那么致動器10的實際輸出與運轉(zhuǎn)要求之間的偏差可能會增大。因此，當車輛的穩(wěn)定性足夠高時，運轉(zhuǎn)模式應發(fā)生改變。因此，即使在理論上能夠改善能量效率γ，但事實上仍存在某種不合適的情況。必須指出的是，可通過判定與車輛轉(zhuǎn)向、制動以及控制相關(guān)的條件是否累積成立來判定車輛的穩(wěn)定性是否足夠高。
與車輛轉(zhuǎn)向相關(guān)的條件的示例可以是當車輛的側(cè)向加速度等于或者小于規(guī)定值或者駕駛員對轉(zhuǎn)向盤的運轉(zhuǎn)速度等于或者小于規(guī)定值時成立的條件。
與車輛制動相關(guān)的條件的示例可以是當車輛在制動運轉(zhuǎn)期間的減速度等于或者小于規(guī)定值或駕駛員對制動運轉(zhuǎn)件的運轉(zhuǎn)速度等于或小于規(guī)定值時成立的條件。
與車輛控制相關(guān)的條件的示例可以是當設置在車輛上作為車輛控制裝置的防抱死控制裝置、車輛穩(wěn)定性控制裝置、牽引力控制裝置以及制動器輔助控制裝置沒有不處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)時成立的條件。作為來自于其它性能的要求，由于當致動器10是通過燃燒燃料獲取機械能的發(fā)動機，并且如果存在控制參數(shù)例如燃料噴射量、進氣量、氣門升程量、氣門提升正時、以及點火正時，排放物的成分可能因為這些參數(shù)的值而改變，因此存在對排放控制標準的要求。
因此，即使在理論上能夠改善能量效率γ，但仍存在事實上不能達成這種改善的情況。步驟S39中的處理即用于解決這種問題。圖6是步驟S39的處理的流程圖。
首先，在步驟S51中，判定與轉(zhuǎn)向有關(guān)的條件是否成立。如果該條件成立，那么程序前進至步驟S52，在步驟S52判定與制動相關(guān)的條件是否成立。如果與制動相關(guān)的條件成立，那么程序前進至步驟S53，在步驟S53判定與車輛控制相關(guān)的條件是否成立。如果與車輛控制相關(guān)的條件成立，那么程序前進至步驟S54，在步驟S54判定能量效率γ的改善是否與其它性能發(fā)生干涉(抵觸)。如果能量效率γ的改善不會與其它性能發(fā)生干涉，那么步驟S39的判定為是(YES)，并且程序前進至步驟S40。
另一方面，如果四個條件中的任意一個不成立，那么步驟S39的判定為否(NO)，并且程序前進至步驟S41。假設在理論上和事實上均能夠達成能量效率γ的改善，那么步驟S39的判定為是(YES)，并且程序前進至步驟S40，在步驟S40判定必須改變致動器10的運轉(zhuǎn)模式，以改善能量效率γ。在這種情況下，接著，利用計算機20執(zhí)行運轉(zhuǎn)模式改變程序。這種運轉(zhuǎn)模式改變程序的內(nèi)容將在下文進行描述。
如上所述，對能量效率判定程序的執(zhí)行結(jié)束。
在上述情況下，能量效率γ的計算值不等于上限值，即，在理論上能夠改善能量效率γ。另一方面，如果能量效率γ的計算值基本等于上限值，即如果在理論上能夠改善能量效率γ，那么步驟S38的判定為是(YES)，并且程序前進至步驟S41。在步驟S41中，判定能量效率γ的計算值是否等于或者小于規(guī)定值。
此時，假設計算值等于或小于規(guī)定值，那么步驟S41的判定為是(YES)，并且程序前進至步驟S42，在步驟S42判定能量傳送系統(tǒng)出現(xiàn)異常。
另一方面，如果假設能量效率γ的計算值大于規(guī)定值，那么步驟S41的判定為否(NO)，并且程序前進至步驟S43，在步驟S43判定能量效率γ的計算值處于目標狀態(tài)(理想狀態(tài))。此后，在步驟S44中，判定從運轉(zhuǎn)要求的達成和能量效率γ的最大化角度來看當前的運轉(zhuǎn)模式對致動器10是合適的，并且因此至少下一次的運轉(zhuǎn)模式保持為當前運轉(zhuǎn)模式。
在任何情況下，此次對能量效率判定程序的執(zhí)行結(jié)束。
如上所述，計算機20中執(zhí)行能量效率判定程序的部分構(gòu)成能量效率判定部62；計算機20中執(zhí)行圖5所示步驟S31和S33至S35的處理的部分構(gòu)成輸入能量檢測裝置80；計算機20中執(zhí)行步驟S32至S35的處理的部分構(gòu)成輸出能量檢測裝置82；計算機20中執(zhí)行步驟S36的處理的部分構(gòu)成能量效率計算裝置84；計算機20中執(zhí)行步驟S37至S39、S43以及S44的處理的部分構(gòu)成目標狀態(tài)判定裝置86；并且計算機20中執(zhí)行步驟S37至S39、S41以及S42的處理的部分構(gòu)成異常判定裝置88。
需要指出的是，考慮到在本實施例中致動器10與車輛運動相關(guān)，盡管在假定運轉(zhuǎn)要求充分達成的情況下可以嘗試改變致動器10的運轉(zhuǎn)模式以理想地增加能量效率γ，但是如果例如致動器10是與車輛內(nèi)乘客的舒適相關(guān)的致動器，例如空調(diào)器的致動器，那么在假定已理想地增加的能量效率γ的情況下通過改變致動器10的運轉(zhuǎn)模式，可充分滿足乘客對舒適的需求，從而也能實現(xiàn)本發(fā)明。
圖7是根據(jù)運轉(zhuǎn)模式改變程序的運轉(zhuǎn)流程圖。
在運轉(zhuǎn)模式改變程序中，首先在步驟S71中，從多個可以影響致動器10的能量效率γ的控制參數(shù)中選擇可改善能量效率γ但基本不改變致動器10的實際輸出的控制參數(shù)作為注目(針對性)控制參數(shù)X。例如，如果致動器10涉及發(fā)動機的輸出，那么指示發(fā)動機運轉(zhuǎn)狀態(tài)的參數(shù)—例如燃料噴射量、進氣量、氣門升程量、氣門提升正時以及點火正時—被選擇為注目控制參數(shù)的候選者。其中，在滿足對發(fā)動機的要求的同時可以改善致動器10的能量效率γ的控制參數(shù)被選作注目控制參數(shù)X。
接著，在步驟S72中，通過給所選的注目控制參數(shù)X的當前值增加校正值ΔX而對所選的注目控制參數(shù)X進行校正。
接著，在步驟S73中，預測當采用校正后的注目控制參數(shù)X時的能量效率γ。
此后，在步驟S74中，判定預測值是否大于能量效率γ的當前值，即是否能夠存在改善能量效率γ的可能性。假設不存在改善的可能性，那么步驟S74的判定為否(NO)，并且程序前進至步驟S75，在步驟S75中通過從注目控制參數(shù)X的當前值中減去校正值ΔX而對該注目控制參數(shù)X進行校正。接著，程序前進至步驟S73。
在步驟S73中，以與上述相同的方式預測當采用校正后的注目控制參數(shù)X時的能量效率γ。此后，在步驟S74中，判定是否可以通過采用校正改善能量效率γ。此次，假設存在改善的可能性，則步驟S74的判定為是(YES)，并且程序前進至步驟S76。
如上所述，通過執(zhí)行步驟S72至S75中的處理，確定出對注目控制參數(shù)X進行校正以改善能量效率γ的方向(增加或減小)。
此后，在步驟S76中，根據(jù)確定出的校正方向，預測將能量效率γ改善為上限值(最大值)的校正量，并由此最終確定出注目控制參數(shù)的值。
這樣，此次運轉(zhuǎn)模式改變程序的執(zhí)行結(jié)束。
如上所述，計算機20中執(zhí)行運轉(zhuǎn)模式改變程序的部分構(gòu)成運轉(zhuǎn)模式改變部64。此外，在本實施例中，能量管理部60構(gòu)成運轉(zhuǎn)部，能量效率判定部62構(gòu)成了獲取部，并且運轉(zhuǎn)模式改變部64構(gòu)成改變部。
此外，在本實施例中，汽車或車輛對應于機器，能量源14對應于供給能量的供給部，而致動器10對應于消耗由供給部所供給的能量的消耗部。
此外，在本實施例中，計算機20中執(zhí)行圖5所示步驟S37和S40的處理的部分構(gòu)成第一改變?nèi)菰S/禁止裝置，并且計算機20中執(zhí)行步驟S38和S40的處理的部分構(gòu)成第二改變?nèi)菰S/禁止裝置。
此外，在本實施例中，圖4中的能量管理程序構(gòu)成了運轉(zhuǎn)步驟，圖5中的能量效率判定程序構(gòu)成獲取步驟，圖7中的運轉(zhuǎn)模式改變程序構(gòu)成改變步驟。
本發(fā)明并不局限于具體公開的實施例，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下，可以進行多種變型和修改。
權(quán)利要求
1.一種管理在具有供給能量的供給部和消耗由所述供給部供給的能量的消耗部的機器中消耗的能量的能量管理裝置，所述能量管理裝置包括通過利用由所述供給部供給的能量使所述消耗部運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)部；獲取作為能量效率的從供給到所述消耗部的輸入能量到從所述消耗部輸出的輸出能量的能量變換特性的獲取部；以及基于所獲取的能量效率改變所述消耗部的運轉(zhuǎn)條件以改善所述能量效率的實際值的改變部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量管理裝置，其特征在于，它還包括用于在至少一個條件累積成立時容許所述改變部改變所述運轉(zhuǎn)條件并且用于在所述至少一個條件不成立時禁止改變所述運轉(zhuǎn)條件的第一改變?nèi)菰S/禁止裝置，其中，所述至少一個條件包括對所述消耗部的運轉(zhuǎn)要求與所述消耗部的實際輸出之間的偏差等于或者小于規(guī)定值的條件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量管理裝置，其特征在于，它還包括用于基于所獲取的能量效率容許或禁止所述改變部改變所述運轉(zhuǎn)條件的第二改變?nèi)菰S/禁止裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能量管理裝置，其特征在于，它還包括用于在至少一個條件成立時容許所述第二改變?nèi)菰S/禁止裝置改變所述運轉(zhuǎn)條件并且在所述至少一個條件不成立時禁止改變所述運轉(zhuǎn)條件的裝置，其中，所述至少一個條件包括所獲取的能量效率不等于實質(zhì)上沒有改善余地的上限值的條件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量管理裝置，其特征在于，所述機器包括由所述消耗部運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)部，所述獲取部包括用于基于所述運轉(zhuǎn)部的運轉(zhuǎn)量來獲取輸出能量的輸出能量獲取裝置，其中，所述能量管理裝置還包括判定設置在所述消耗部與所述運轉(zhuǎn)部之間的能量傳送系統(tǒng)是否異常的判定部。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的能量管理裝置，其特征在于，所述判定部包括用于在多個條件時判定所述能量傳送系統(tǒng)異常的裝置，所述多個條件包括其中所述獲取的能量條件為實質(zhì)上沒有改善余地的上限值的條件和其中所獲取的能量效率等于或小于規(guī)定值的條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量管理裝置，其特征在于，所述機器是可運動體，所述消耗部包括與所述可運動體的驅(qū)動相關(guān)聯(lián)的致動器、與所述可運動體的制動相關(guān)聯(lián)的致動器以及與所述可運動體的運動方向的變換相關(guān)聯(lián)的致動器中的至少一個致動器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量管理裝置，其特征在于，所述消耗部包括多個致動器，從而所述供給部共同給所述多個致動器供給能量，所述運轉(zhuǎn)部包括用于計算各致動器的運轉(zhuǎn)所必需的目標值同時與其它致動器共同采用功率或功為單位的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量管理裝置，其特征在于，它還包括確定對所述消耗部的運轉(zhuǎn)要求的運轉(zhuǎn)要求確定裝置，并且其中，所述運轉(zhuǎn)部包括用于基于由所述運轉(zhuǎn)要求確定裝置確定的運轉(zhuǎn)要求來運轉(zhuǎn)所述消耗部的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的能量管理裝置，其特征在于，所述運轉(zhuǎn)要求確定裝置包括檢測包括由運轉(zhuǎn)所述消耗部的駕駛員發(fā)出的指令、所述消耗部的運轉(zhuǎn)狀態(tài)以及所述消耗部的運轉(zhuǎn)環(huán)境中的至少一個的運轉(zhuǎn)信息的信息檢測器；和用于基于由所述信息檢測器檢測的所述運轉(zhuǎn)信息來確定所述運轉(zhuǎn)要求的運轉(zhuǎn)要求確定裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量管理裝置，其特征在于，所述改變部基于所獲取的能量效率改變所述消耗部的運轉(zhuǎn)條件，以便所述能量效率的實際值成為等于實質(zhì)上沒有改善余地的上限值。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的能量管理裝置，其特征在于，所述改變部基于所獲取的能量效率改變所述消耗部的運轉(zhuǎn)條件，以便所述能量效率的實際值成為等于實質(zhì)上沒有改善余地的上限值并且大于規(guī)定值。
13.一種管理在具有供給能量的供給部和消耗由所述供給部供給的能量的消耗部的機器中消耗的能量的能量管理方法，所述能量管理方法包括通過利用由所述供給部供給的能量來使所述消耗部運轉(zhuǎn)的運轉(zhuǎn)步驟；獲取作為能量效率的從供給到所述消耗部的輸入能量到從所述消耗部輸出的輸出能量的能量變換特性的獲取步驟；以及基于所獲取的能量效率改變所述消耗部的運轉(zhuǎn)條件以改善所述能量效率的實際值的改變步驟。
全文摘要
本發(fā)明涉及能量管理裝置和方法。該能量管理裝置對具有用于供給能量的供給部(14)和用于消耗由供給部供給的能量的消耗部(10)的機器的能量消耗進行管理，從而有效地節(jié)省所述消耗部消耗的能量。運轉(zhuǎn)部通過利用由供給部供給的能量使消耗部運轉(zhuǎn)。獲取部獲取作為能量效率的從供給到消耗部的輸入能量(40)、(42)至消耗部輸出的輸出能量(44)、(46)的能量變換特性。改變部基于所獲取的能量效率改變消耗部的運轉(zhuǎn)條件，以改善能量效率的實際值。
文檔編號B62D15/02GK1809487SQ20048001727
公開日2006年7月26日 申請日期2004年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月20日
發(fā)明者磯野宏 申請人:豐田自動車株式會社