电动化车辆的冰雪警告和清除

技术领域

本发明总体上涉及电动化车辆诸如电池驱动的电动车辆和混合动力车辆，并且更具体地涉及监测电动化车辆的积聚的冰雪以及当冰雪的增加重量使车辆的行驶续航里程受损时发起清除冰雪的动作。

背景技术

在有降水的寒冷条件下行驶时，冰和/或雪形式的冰冻水可能会积聚在车辆的许多部位(例如，在行驶期间直接掉落在车辆的上表面或粘在车轮或车身底部)。车辆携带的冰/雪的增加重量导致续航里程和性能下降。对于乘用车或皮卡车，增加重量可能很容易达到850磅，这可能导致续航里程减少约10％至15％。由于在寒冷条件下的电动化车辆可能已经受到可用电池能量减少的影响(例如，因为特定归一化放电速率的电池容量在较低温度下可能会下降)，并且由于用于使内部乘客舱升温的较高HVAC载荷可能会增加电池消耗，因此由于冰/雪的附加重量而导致的续航里程的任何附加减小都可能是特别不期望的(尤其是因为车辆驾驶员可能没有意识到增加重量的存在或影响)。

发明内容

本发明提供了一种车辆冰雪积聚确定和清除系统。采用基于车辆传感器和用户输入的重量/载荷估计方法来确定车辆是否积聚了大量雪/冰，这些雪/冰可能会对车辆的性能和续航里程产生负面影响。可提供用户辅助以自动地或手动地清除雪/冰。

本发明的特征可基于天气状况自动启用。例如，每当车辆的环境温度传感器测量到指示可能有降雪或者道路上或车辆上可能存在雪/冰的温度时，则可发起监测以检测来自冰雪的增加重量的实际存在。在一些实施例中，可利用发生雪/冰积聚的一段时间内环境温度的滚动平均值来预测雪/冰是否由于环境温度仍足够接近冰点而无法融化。可基于车辆在整个滚动平均值窗口中的GPS位置来跟踪历史日志。还可使用车辆外部相机来确定雪/冰的存在。根据天气预报得出的预期降雪量也可用于更可靠地跟踪雪积聚事件的发生。

为了检测冰/雪积聚造成的增量重量，本发明可在可能出现冰/雪积聚之前的时间期间执行对车辆重量的一般监测(例如，当已知不会出现雪或冰时，可定期对车辆重量进行采样)。重量估计方法可优选地表征车辆的质量、车辆的货物内容物以及由车辆(例如，挂车)推进的任何附加质量。可在每个钥匙(点火)循环上估计总重量，并在车辆行驶时不断细化(即，捕获车辆重量以及车内的装备和乘员)。可使用移动平均值类型的测量来比较每个行驶事件之前和之后的车辆重量。离散的重量变化可归因于货物和/或乘员进入或离开车辆。车辆重量可使用车载称或行驶高度传感器来测量，或者可使用基于测量的车辆加速度、命令的车轮扭矩或车辆俯仰(IMU)的已知方法来估计。可参考已知的工厂车辆重量以及安装在车辆上的任何附加设备来进行重量确定。可通过车载称或用户输入来估计附加设备重量(例如，扫雪机或卡车货厢工具箱)。附加设备重量可能是离散事件(例如，200磅的突然变化)，并且很容易与基于积聚的事件分开。

可在乘员在车辆中时和/或在乘员离开车辆时(例如，如由内部相机或基于钥匙关断的计时器确定)估计车辆重量。优选地，无论车辆是否正在行驶，在雪/冰积聚事件期间都会继续进行重量估计。车辆可能因冰/雪积聚而获得重量的两种主要情况是：(1)车辆正在行驶，并且车辆下方竖起冰冻或接近冰冻的水；以及(2)在降水事件期间，移动或停放的车辆被雪覆盖。除上述方法外，还可能由于以下原因检测到雪/冰积聚事件：(1)在低环境温度下的正常行驶期间过度或连续的牵引控制激活，(2)使用来自天气通信系统的数据获得的指示，所述指示可能意味着车辆处于最近发生或当前正在发生大雪事件的位置，(3)使用人工智能和/或机器学习(AI/ML)处理来自车辆外部相机的数据，以识别在行驶时车辆前方的雪，(4)来自相机(例如，位于中置高位刹车灯模块中)的图像，所述相机检测卡车货厢内是否存在雪/冰，或(5)关于车辆在雪中行驶或被设置为指示存在雪/冰的行驶模式的用户输入。

取决于所采用的重量估计技术，车辆可使用内部/外部相机基于传感器测量和进入车辆的顺序来识别或估计车辆中存在的乘员和货物对象重量(例如，重量变化将是离散的并且容易识别)。用户输入可提供关于对象或人的重量的附加信息，或者可使用载荷测量装置。在一些情况下，新落下的雪的重量可能在车辆的顶帽表面(例如，发动机罩、车顶、行李箱盖)上而不是在底盘上最大。在此类情况下，用户可在起动车辆之后或通过让车辆运行一段时间(例如，使用远程起动)来清理顶帽表面。因此，重量估计可推迟一个或两个钥匙循环，或者可被设置为在已行驶预定英里数之后发生，以允许用户清理顶帽积雪和/或通过道路移动或风清除积雪。

随着时间的推移，将新的重量估计值与先前的估计值进行比较。如果新的重量高于仅车辆及其驾驶员的正常基线重量的预定阈值(例如，300磅)，则可提示用户提供关于车辆所运载的物品以及是否连接了挂车的输入。内部相机、雷达占用传感器、座椅重量传感器、座椅锁扣状态传感器或直接用户输入可用于确定车辆中的乘员数量和乘员体重。如果车辆环境温度传感器指示其最近长时间处于加热气候(例如，车库)中，则本发明将停用，因为雪/冰可能不会导致质量的任何显著增加。

在适当时，本发明建议用户/驾驶员可能需要采取行动来补救因冰雪的重量而导致的不必要的行驶续航里程损失。例如，当存在高于预定阈值的重量变化(可被认为仅是由于冰雪造成的)，则本发明可(1)警告驾驶员续航里程减少及其原因，(2)执行可能有助于融化冰雪的动力传动系统和/或车厢加热(例如，自动调整动力传动系统性能以生成增加的热量，诸如以更高的RPM运行)，和/或(3)指示驾驶员前往可使车辆升温的环境，直至冰雪融化。所述指令可包括识别附近可提供升温环境的可用设施(例如，车库或洗车场或具有热水喷洒器或辐射加热器以直接向积聚的冰雪施加热量的其他设施)。基于环境温度条件和估计的雪/冰积聚质量，可在指令中包括建议加热持续时间。如果是积聚在到达目的地之前不久发生的短途行程或长途行程，则给用户的指令可建议将车辆存放在车库内，直到车辆增加重量估计值已恢复到可接受的水平。在一些实施例中，可请求用户提供雪/冰已积聚在车辆上的视觉确认作为验证。

在一些实施例中，车辆可包括被配置为供应用于融化冰雪的能量的热源和/或可调整普通动力传动系统部件的操作以生成过量热能。补充加热装置可包括PTC加热器或热泵。在修改的操作的示例中，可将驱动电流作为直轴电流注入到电动化车辆的牵引马达中，以加热马达而不生成输出扭矩(这可融化马达本身和附近结构上积聚的冰雪)。

在当前和短期未来环境条件下的预期车辆使用的操作条件可用于确定携带冰和/或雪的车辆部件是否将达到将使冰冻水融化的温度，而无需任何其他机制来加热车辆。例如，如果电动卡车在陡坡上以最大负载拖曳，则其高压电池组可能达到40℃，而其马达驱动单元可能达到80℃以上(这可能会迅速融化大部分雪或冰)。在做出该确定时要考虑的度量包括(a)各种部件可保持在融化温度下的估计时间，(b)车辆及其有效载荷的组合重量，(c)受影响车辆部件的热质量，(d)车辆上的雪/冰的估计，(e)周围环境条件，以及(f)车辆速度。例如，可从车外天气预报获得环境状况。展望未来一天或几天可确定积聚在车辆上的雪或冰是否会自然融化，或者是否需要其他类型的加热。基于冰雪的估计重量，以及该额外重量如何影响车辆续航里程(例如，归一化为预期续航里程的百分比)，本发明可向用户提供使车辆进行补充加热的附加推荐。对于约2％至5％的行驶续航里程损失(即，对应于冰或雪的轻微积聚的受损区)，可使用“请将车辆存放在室内X分钟或在方便的时候尽早用热水清洗汽车底盘”的警告信息。对于约10％至15％的行驶续航里程损失(即，对应于大量冰积聚的受损区)，可使用“将车辆置于加热环境或经销商处以防止续航里程显著缩短和/或车辆损坏”的警告消息。

在一些实施例中，可采取自动动作。当电动化车辆是完全自主的时，即使长时间使用，车辆也可自行行驶到加热环境(例如，车库)，以更好地为车辆的行驶做好准备。当车辆在其电池组充电期间静止并且车辆中没有乘员时，可应用来自充电器的可用电流以在电动牵引马达、电池组或其他车辆部件中生成热量。当电动化车辆具有混合动力传动系统时，内燃发动机可使用上拉/下拉逻辑来保持发动机大部分时间运行以促进热量生成。还可指示电动化车辆自动执行高水平的摩擦制动，以帮助融化制动器的制动盘和制动钳周围的雪/冰。

车辆的完全自主或自驾驶模式或操作(例如，自主自动停车/代客服务和/或远程停车特征)也可使用数据来(1)确定天气/温度条件(例如，晴朗的天空或0℃以上)是否有助于清除积聚重量，或(2)确定进一步积聚的前景，并相应地自动停放或重新停放车辆。例如，可在阳光充足或温暖的区域选择停车点，而不是在保持较低温度更长时间的停车场较低层选择停车点。在一些实施例中，停车场或其他停车设施车辆中的自定义区域可被配置为促进车辆上积聚冰雪的融化，并且自主车辆可被编程为寻找这些指定位置。

在充电期间，还可激活车辆的车厢气候控制以帮助融化冰雪，从而在不降低电池组的荷电状态的情况下恢复最佳行驶续航里程。在加热时以及在后续车辆使用中，可估计车辆质量以确定是否应使用额外加热以及应使用多少额外加热，并确定所选择的加热方法是否有效。

在优选实施例中，用于警告用户的指令可包括关于如何采取行动的具体建议。例如，车辆对基础设施(V2I)或其他无线通信可用于确定附近设施(诸如洗车场、充电站或经销店)的位置，这些设施被配置为通过直接喷洒能够融化冰雪的热水来清洗车辆底部。例如，可在洗车场处设立特定站，专用于对附着有冰雪的车辆进行喷洒。数据库可为清洗服务地点提供专门针对特定车辆型号(例如，电池电动车辆或其他)的一组优选的(例如，经过认证的)加热能力。车辆制造商或其他机构可向满足特定要求的设施授予认证。

喷洒底盘的时间长度、喷嘴喷洒模式、喷洒的重点位置以及所施加的水的温度可各自受到控制，以确保冰雪被完全清除。在各个车辆型号的开发期间，可将雪或冰可能倾向于积聚的位置的标识存储在云端和/或车辆电子控制器中，使得可使用所述信息来帮助集中热水喷洒。在车辆开发期间，根据环境温度和喷水温度，还可根据经验推导出从特定车辆型号融化雪/冰的典型时间长度，然后将其存储，以供在清除车辆中的冰冻水时调用。另外，使用行驶高度传感器、重量传感器或其他载荷估计对重量分布的评估可用于确定冰雪可能位于的位置，以便引导热水喷洒或其他补救措施。可使用进一步的监测来验证融化(即，车辆已恢复到正常的行驶高度或重量)。

本发明还可包括对清除雪和/或冰的最具成本效益的手段(例如，对电池电力下的最大行驶距离影响最小的手段)的分析。潜在的选择包括在雪/冰积聚的情况下继续行驶、使用车辆电池电源激活底盘加热器，或者停止电动化车辆(EV)系统并重新充电，同时使用车外电源(例如，120V/240V插电式再充电源或无线电力系统)为车辆底盘加热器供电。

即使当采用可能降低冰雪积聚在车辆上的能力的各种系统或材料时，本发明也可能是有用的。例如，可在覆盖车辆底盘的暴露区域的柔性表面下方部署可移动表面、囊状容器、辊或其他受控物品，以清除附着的冰雪。在一些系统中，可在暴露的车辆部件上使用某些类型的材料，以防止积聚或在积聚变得太大而难以融化之前将其分解。

在本发明的一个方面，一种操作电动化车辆的方法包括监测所述电动化车辆以确定由所述电动化车辆推进的基线重量。确定所述电动化车辆所暴露的环境温度。如果所述环境温度小于预定温度阈值，则执行环境评估以确定所述电动化车辆是否遭受冰冻水的积聚。如果电动化车辆遭受冰冻水的积聚，则：(A)估计由所述电动化车辆承载的超过所述基线重量的冰冻水重量；(B)根据所述估计的冰冻水重量估计续航里程受损；(C)如果所述估计的续航里程受损处于第一受损区，则向所述电动化车辆的用户提供轻度警告，所述轻度警告指示由于所述冰冻水重量而导致的第一行驶续航里程损失；以及(D)如果所述估计的续航里程受损处于大于所述第一受损区的第二受损区，则(i)识别被配置为供应使所述冰冻水融化的能量的设施，以及(ii)向所述用户提供紧急警告，所述紧急警告指示由于所述冰冻水重量而导致的第二行驶续航里程损失并建议所述电动化车辆访问所述识别的设施。

附图说明

图1是示出用于冰雪监测和清除系统的车辆和车外资源的示意图。

图2是在冰雪积聚事件之前和期间车辆总重量的时间曲线图。

图3是示出具有用于融化冰雪以及用于对电动化车辆再充电的装置的设施诸如车库或洗车场的示意图。

图4是示出本发明的方法的一个实施例的流程图。

图5是示出随着积聚的冰雪融化续航里程受损减小的曲线图。

图6是比较通往目的地的计划路线和绕行路线的路线图，所述绕行路线包括访问能够融化冰雪以减少续航里程受损的设施。

图7是示出本发明的方法的另一实施例的流程图。

具体实施方式

参考图1，电动化车辆10被示出为在其底盘上积聚冰/雪11并且在顶帽表面(例如，发动机舱罩)上积聚冰/雪12。车辆10由具有有限容量的蓄电池组13供电，所述有限容量确定在需要再充电之前(或者在混合动力车辆的情况下需要操作内燃发动机时)的可用行驶续航里程。控制器15被配置为监测积聚的冰冻水的重量，并在重量变得过大时提供建议的动作或执行自动缓解。

控制器15使用一套传感器以及车载和车外数据源来监测各种状况。一套传感器可包括环境温度传感器16、行驶高度传感器17以及与相应车轮悬架相关联的载荷传感器18和19。提供了诸如触摸屏显示面板或语音识别系统的人机界面(HMI)20以用于获得用户输入(例如，从驾驶员获得是否存在冰雪堆积的确认、关于货物载荷或挂车存在的细节和/或当前驾驶循环的目的地或路线)和/或用户命令或偏好。控制器15可包含电子存储器，所述电子存储器用于存储支持数据，诸如识别用于清除积聚的冰雪的设施的位置和能力的设施数据库的全部或一部分。车外资源可包括位于服务器上的设施数据库21(作为车载存储器的替代或扩展)，所述服务器连接到可通过无线服务23(诸如蜂窝数据连接)到达的云网络22。另一车外服务器24可包括天气预报信息，所述天气预报信息可用于识别或预测冰冻状况，如下所述。

电动化车辆10可包括车载加热器25，所述车载加热器被配置为加热车辆10中可能附着有冰雪的区域。可激活加热器25以清除与冰雪相关联的重量，特别是在加热器25消耗的能量小于通过推进冰雪的重量而损失的能量的情况下。车辆10还可具有使用其他车辆系统来生成多余热量以融化冰雪的能力，诸如以增加其电气部件的操作温度的模式操作功率转换器、逆变器或电动马达/发电机。

图2示出了随着电动车辆在多个驾驶循环内驾驶而变化的车辆重量的曲线图30。出于检测积聚在车辆上的冰冻水的重量的目的，跟踪车辆满载的基线重量，所述基线重量仅不包括这种冰冻水重量。基线重量包括有意推进的所有质量(即，运输质量)，包括车辆本身的重量、车辆乘员的重量、货物有效载荷的重量以及任何拖挂(即，拖曳)车辆的重量。为了区分预期载荷与雪或冰的积聚，区分特性是预期载荷通常随着重量的突然变化而发生，例如，人员进入或离开车辆、正在装载或卸载一件货物，或者拖车接合到车辆或从车辆移走。相比之下，雪或冰的积聚往往随时间而逐渐发生(例如，随着落雪堆积在车辆表面上或随着冰雪在行驶期间突出到车辆底盘上)。在曲线图30中，重量的突然增加31和32对应于有效载荷的装载，然后是乘员的装载。在驾驶循环结束时，当货物和乘员被移走时，重量在33处下降。在下一个驾驶循环中，在某次突然的重量增加之后，维持基线重量34。随后，雪/冰积聚事件开始并且总重量在35处开始爬升。当逐渐增加的重量上升到大于阈值36的总重量差时，则可确定积聚的冰雪可能导致行驶续航里程受损，所述受损严重到值得采取纠正措施。

通过收集传感器数据诸如来自行驶高度传感器和/或载荷传感器的测量值，本发明监测电动化车辆以确定由电动化车辆推进的基线重量。所收集的数据包括在暴露于其中冰冻水可能积聚的状况之前的时间。作为下一个步骤，本发明确定电动车辆所暴露的环境温度，并且如果环境温度低于预定温度阈值，则本发明执行环境评估以确定电动化车辆是否遭受冰冻水的积聚。这种环境评估可包括参数诸如外部环境温度、车辆的位置(例如，在车库外或在车库中)以及通过车外天气预报或车载传感器诸如相机获得的当前或潜在的未来降水量(例如，雪、雨夹雪、冻雨)等。

如果电动化车辆遭受冰冻水的积聚，则本发明估计电动化车辆所承载的冰冻水重量超过基线重量。根据估计的冰冻水重量估计续航里程受损。如果估计的续航里程受损处于第一受损区，则向电动化车辆的用户提供轻度警告，所述轻度警告指示由于冰冻水重量而导致的第一行驶续航里程损失。如果估计的续航里程受损处于大于第一受损区的第二受损区，则识别被配置为供应使冰冻水融化的能量的设施，以及向用户提供紧急警告，所述紧急警告指示由于冰冻水重量而导致的第二行驶续航里程损失并推荐电动化车辆访问识别的设施。

图3示出了位于设施40处的车辆10，在所述设施处可清除积聚的冰雪。设施40可以仅仅是加热车库，车辆10可在这里放置足够的时间来执行融化。为了加速融化，设施40可包括热水喷洒器41和/或辐射加热器42。在一些实施例中，设施40还可包括用于与车辆10联接的电池充电器43。来自充电器43的电力可用于直接地或通过车辆10的电气系统为热水喷洒器41和/或辐射加热器42供电。由于来自充电器43(或设施40内的任何其他来源)的能量用于获得融化，因此在再充电期间可延长车辆10的行驶续航里程，而不会减少存储在车辆10中的能量。

图4示出了可在每个新的驾驶循环期间执行的一种优选方法，并且即使在车辆停放在室外时也可连续地执行所述方法的部分。在步骤50中，获得外部环境温度并将其与低温阈值T

在步骤55中，将冰冻水重量与警告阈值进行比较，所述警告阈值表示施加严重到需要采取纠正措施的续航里程损失的重量。如果尚未达到阈值，则所述方法返回到步骤50或任选地返回到步骤52。如果超过阈值，则在步骤56中向驾驶员提供警告和任何建议的动作。

在一些实施例中，可根据由积聚的冰冻水重量引起的续航里程受损来确定警告阈值。此外，所述方法可考虑到在驾驶循环开始时积聚的雪或冰自发离开车辆(经由融化或被风吹走或振动)的可能性，使得当额外重量预期可自行解决时不会生成警告。更具体地，估计续航里程受损可包括对冰冻水的自发损失的预测，如图6所示，其中曲线图60示出了随着车辆开始行驶并且在行驶过程中积聚的冰雪减少而减小的续航里程受损。可响应于天气预报来确定对自发损失的预测，所述天气预报包括时间相关环境温度因子(例如，在白天预测的温度上升)。最终，所绘制的受损60下降到阈值61的值，所述阈值表示不需要任何纠正动作的受损水平。如果经过的时间62足够短，则对实际可行驶续航里程的总体影响可能很小。因此，如果曲线图60在经过的时间62上的积分足够小，则可省略警告或纠正动作。

步骤56中的推荐动作可包括建议停放在车库中、刷掉顶帽表面上的雪，或者前往具有被配置为融化或以其他方式清除积聚的冰冻水的设备的设施。车辆可查阅设施数据库(存储在车上和/或车外)，以找到要前往的最近或更方便的设施。可从车辆导航系统(例如，基于GPS的系统)获得当前位置和/或通往目的地的计划路线。如图6所示，车辆具有在当前位置66和目的地67之间的计划路线65。设施数据库中列出了能够融化来自车辆的冰雪的设施70。在推荐绕行到设施70之前，可将由绕行段68和71表示的增量总行驶距离与考虑到前往目的地的行程67通过清除冰冻水的重量而获得的续航里程延长进行比较。例如，选择设施进行推荐的步骤可包括将根据融化冰冻水获得的增加的距离续航里程与通过绕行到所述设施而添加到电动化车辆的当前行驶的绕行距离进行比较。

图7示出了本发明的方法的另一实施例，其中在步骤80处发现积聚的冰冻水重量超过阈值。在步骤81中，执行检查以确定环境温度预报或者其他环境或行驶条件是否可能导致冰冻水重量的估计的自发损失，这足以消除对警告或自动或推荐纠正措施的需要。如果自发损失足够，则不采取任何动作，并且所述方法在步骤82处结束。否则，在步骤83中估计续航里程受损。在步骤84中执行检查以确定估计的续航里程受损是否在第一受损区(区1)中，所述第一受损区处于第一(较低)阈值与第二(较高)阈值之间的范围内。如果是，则在步骤85中向电动化车辆的用户提供轻度警告，然后所述方法返回到过程的开始(例如，返回到图4中的步骤50)。轻度警告指示由于冰冻水重量而导致的第一行驶续航里程损失，从而允许用户/驾驶员决定是否需要对他们的行驶计划进行任何改变。

如果不在第一区中，则在步骤86中执行检查以确定估计的续航里程受损是否在大于第一受损区的第二受损区(区2)中(例如，高于第二阈值的任何区)。在一些实施例中，可采用多于两个受损区，在这种情况下，第二区处于第二阈值与第三(较高)阈值之间的范围内。如果在第二区中存在受损，则在步骤87中向用户提供紧急警告，所述紧急警告指示由于冰冻水重量而导致的第二行驶续航里程损失。另外，识别被配置为供应使冰冻水融化的能量的设施，并在步骤88中向驾驶员提供推荐(例如，通过HMI生成的消息)，所述推荐具有使电动化车辆访问所识别的设施的指令。

在设施处融化冰冻水所花费的时间期间，可在步骤89中连续地监测冰冻水的剩余重量(例如，使用车载传感器，诸如行驶高度传感器或载荷传感器)。对融化的监测包括重新估计冰冻水重量。监测可在步骤89中继续，直到剩余重量下降到预定阈值以下。一旦充分清除，就可终止被供应用于融化冰雪的能量，并通知驾驶员过程已完成。

前述描述涉及主要应用于道路使用的电动车辆的实施例，但本发明同样适用于电动推车、无人机器人车辆(例如，食品递送机器人)、机场停机坪支持车辆、消防车或其他在寒冷条件下使用的专用电动化车辆。附加实施例可将本发明应用于内燃发动机(ICE)车辆，其中冰冻水可积聚在可能不能自发地接收来自ICE发动机或排气系统的充分加热的区域中。对于大型ICE车辆(诸如商用货车、公共汽车或豪华轿车)来说尤其如此。

除了冰冻水(冰雪)之外，其他类型的道路碎屑也可能附着并积聚在车辆下方。例如，泥土和污垢同样可能积聚在车辆(包括电动化车辆和混合动力车辆)上，特别是对于频繁使用未铺设道路的驾驶员而言。本发明还可用于检测、跟踪、警告和清除泥土和污垢的积聚。

在本发明的一个方面，所述方法包括以下步骤：在所述电动化车辆暴露于所供应的能量时，对所述电动化车辆的电池再充电。

在本发明的一个方面，所述基线重量包括装载在所述电动化车辆上的货物和由所述电动化车辆拖挂的挂车的重量。

在本发明的一个方面，所述环境评估包括访问天气预报。

在本发明的一个方面，对自发损失的预测是对包括时间相关环境温度因子的天气预报的响应。

在本发明的一个方面，所述载荷监测装置包括行驶高度传感器。