BRPI0819318B1

BRPI0819318B1 - Método para controlar a frenagem regenerativa de um veículo incluindo um motorde combustão e/ou pelo menos um motor elétrico

Info

Publication number: BRPI0819318B1
Application number: BRPI0819318-5A
Authority: BR
Inventors: Jean-Marie Vespasien
Original assignee: Renault S.A.S.
Priority date: 2007-11-14
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2019-03-26
Also published as: JP5721792B2; US20100299036A1; EP2209664B1; CN101909921B; RU2493028C2; KR20100094993A; JP2011504432A; RU2010123889A; EP2209664A1; JP2013258905A; BRPI0819318A2; US8255106B2; WO2009062976A1; FR2923422B1; FR2923422A1; CN101909921A

Abstract

método para controlar a frenagem regenerativa de um veículo equipado com um motor de combustão e/ou com pelo menos um motor elétrico a invenção refere-se a um método para controlar a frenagem regenerativa de um veículo incluindo pelo menos um motor térmico e/ou pelo menos um motor elétrico, caracterizado em que ele compreende calcular um valor de referência de força de frenagem do gmp na roda, incluindo uma força de frenagem regenerativa, que é independente da relação entre o pisar do pedal do freio e a força de frenagem aplicada às rodas pelos freios principais do veículo.

Description

“MÉTODO PARA CONTROLAR A FRENAGEM REGENERATIVA DE

UM VEÍCULO INCLUINDO UM MOTOR DE COMBUSTÃO E/OU PELO

MENOS UM MOTOR ELÉTRICO”

A presente invenção refere-se ao controle da frenagem regenerativa em um veículo automotivo.

Mais especificamente, o assunto da invenção é um método para controlar a frenagem regenerativa de um veículo equipado com um motor de combustão e/ou com pelo menos um motor elétrico.

Esta invenção encontra aplicações em qualquer veículo automotivo equipado com pelo menos um motor elétrico e com meios de armazenamento associados, notadamente baterias, seja este estritamente um veículo elétrico, ou um veículo híbrido que compreende um motor de combustão associado com pelo menos uma máquina elétrica.

A função de frenagem regenerativa é geralmente desconectada do pedal de freio do veículo. Em tais casos, o sistema de controle do grupo motopropulsor (GMP) controla o esforço de frenagem aplicado às rodas pelas pastilhas de freio para otimizar a recuperação de energia. Assim, quando o motorista pressiona o pedal do freio, a unidade de controle de GMP pode se movimentar até cancelar o esforço a ser aplicado via as pastilhas (sem dissipação de energia cinética) de modo a maximizar a recuperação de energia pelo(s) motor(es) elétrico(s).

A publicação FR 2 230 515 descreve este sistema, em que o nível de frenagem regenerativa é conectado na extensão em que o pedal de freio é pisado. Mais especificamente, é a potência da corrente que provê a frenagem regenerativa que é diretamente dependente da posição do pedal do freio, sem levar em consideração a condição do veículo (velocidade, nível de carga da batería, etc). Agora, pode ser desejável alterar a corrente de recarga sob algumas circunstâncias, particularmente quando a batería já está em um nível

Petição 870180134829, de 26/09/2018, pág. 12/34 elevado de carga, para evitar a sua danifícação.

A publicação US20020030408 descreve outro método de controle da frenagem regenerativa de um veículo, que é modulada de acordo com a demanda de frenagem a partir do motorista, e de uma relação de balanço entre os conjuntos de eixo frontal e traseiro. O sistema de frenagem convencional é, no entanto, desconectado deste controle, assim aumentando o custo do sistema. Assim, o modo em que é calculado o valor de referência da frenagem regenerativa não leva em conta qualquer freio de motor que leva o veículo a desacelerar com o pé fora do pedal, podendo levar a faltas de continuidade na desaceleração quando comutando de uma fase de frenagem para uma fase de pé retirado. A dirigibilidade pode sofrer sob tais condições.

Para resumir, os métodos conhecidos são incapazes de otimizar o controle da energia elétrica no veículo e, assim, minimizar o consumo de combustível, no caso de um veículo híbrido, ou maximizar a faixa no caso de veículos elétricos.

E um objeto de a presente invenção levar em consideração a frenagem regenerativa quando calculando de ponta a ponta os pontos de operação do grupo motopropulsor, de modo a minimizar as perdas de energia associadas com a frenagem.

Para esta finalidade, a invenção propõe calcular um valor de referência para a força de frenagem aplicada pelo GMP às rodas, incluindo o esforço de frenagem regenerativa, cujo valor de referência é independente da relação que existe entre o grau em que o pedal do freio é pisado e o esforço de frenagem aplicado às rodas pelos freios principais do veículo.

De acordo com a invenção, o esforço de frenagem adicional proporcionado pelos motores elétricos por meio da frenagem regenerativa é simplesmente adicionado ao esforço de frenagem aplicado pelos freios principais do veículo.

De acordo com uma forma de realização particular da invenção, o valor de referência de frenagem das rodas do GMP (Fr_cons_brake) é definido por uma relação de modo que:

Fr cons brake = FrminO + p(brake_pdl)*(Fr_min_l - Fr_min_0), onde:

- β é uma função da posição do pedal do freio, definida, por exemplo, da faixa [0; 100] para a faixa [0; 1],

- Fr min O é o esforço mínimo que pode ser requerido do GMP, e - Fr_min_l é o nível máximo, em termos de valor absoluto, da frenagem regenerativa.

Graças a estas etapas, o esforço de frenagem regenerativa pelas máquinas elétricas é adicionado ao esforço de frenagem dissipativa: se o veículo desacelera muito, o motorista diminui sua entrada sobre o pedal de freio, e coloca uma menor demanda sobre o sistema de frenagem dissipativa.

Outros aspectos e vantagens da presente invenção se tomarão evidentes a parir da leitura da seguinte descrição de uma forma de realização não limitativa da mesma, com referência aos desenhos anexos, em que:

- figura 1 mostra, a título de exemplo, uma arquitetura de controle para um veículo híbrido compreendendo um motor de combustão e pelo menos um motor elétrico;

- figura 2 mostra os envelopes mínimo e máximo para o esforço,

- figura 3 ilustra a o peso da frenagem regenerativa,

- figura 4 suplementa esta ilustração,

- figura 5 mostra como os esforços da frenagem dissipativa e da frenagem regenerativa são superpostos um ao outro, e

- figura 6 ilustra uma forma alternativa da invenção.

Em todas as figuras, foi escolhido de modo arbitrário descrever uma arquitetura de controle que é definida em uma força no quadro de referência de velocidade das rodas/ veículo. Esta representação é visada para enfatizar todas as contribuições de motivos nas rodas do veículo. A idéia de força nas rodas é equivalente à de torque nas rodas. A figura 1 mostra:

- uma unidade de controle de grupo motopropulsor (CGMP), cuja finalidade principal é formular valores de referência para os acionadores: o motor de combustão (Mth), a caixa de cambio (BV), o chassi, etc.,

- uma unidade de controle eletrotécnica (CE), cuja tarefa consiste em operar todo o sistema eletrotécnico (bateria (BAT), inversores, motor(es) elétrico(s) (ME1 a MEN)) de modo a alcançar os valores de referência a partir do CGMP,

- uma unidade de controle de motor de combustão (CMth) cuja tarefa consiste em operar, sobre o motor (Mth), todos os elementos necessários a fim de obter o valor de referência expedido pelo CGMP,

- uma unidade de controle de caixa de cambio (CBV), cuja tarefa consiste em operar os acionadores da caixa de cambio (BV) de modo a obter os valores de referência a partir do CGMP, e

- uma unidade de controle do chassi (CCH) cuja tarefa consiste em obter os valores de referência expedidos pelo CGMP.

A unidade de controle de GMP assume a tarefa de interpretar as ações do motorista nos valores de referência que os acionadores podem compreender. Em geral, a posição do pedal do acelerador é convertida em um valor de referência do esforço do motor de GMP Fr cons, usando a relação:

Fr_cons - FrminO + a(accel_pdl)*(Fr_max - Fr_min_0), em que:

- Fr min O: corresponde ao envelope dos esforços mínimos que podem ser requeridos do GMP,

- Fr_max: corresponde ao envelope dos esforços máximos que podem ser requeridos do GMP e

- α é uma função do pedal do acelerador, definido no intervalo [0; 100] para o intervalo [0; 1] e tomando possível, por exemplo, construir uma natureza progressiva no modo em que a posição do pedal do acelerador é interpretada.

Para um veículo elétrico (sem motor de combustão), o envelope FrminO, que caracteriza o perfil de desaceleração natural (isto é, o perfil de retirada do pé) do veículo pode ser designado para levar em conta as considerações com relação ao sistema eletrotécnico (limites sobre a energia da bateria, torque mínimo que o motor elétrico pode prover e outros).

Com um veículo híbrido (com um motor de combustão), a situação é diferente, dado que desaceleração natural pode ocorrer com o motor de combustão funcionando (por exemplo, quando a bateria está completamente carregada) ou não funcionando (e então é o motor elétrico que fornece a frenagem do motor). Para garantir que o motorista irá experimentar desaceleração que é idêntica esteja o motor de combustão funcionando ou desligado, é possível escolher definir que o envelope Fr_min_0 esteja tão próximo como possível da frenagem do motor de combustão. Durante a desaceleração com o motor de combustão desligado, será então o motor elétrico que tem a tarefa de reproduzir o nível de frenagem do motor produzido pelo motor de combustão.

Figura 2 mostra em um quadro de referência da velocidade do veículo (Vveh)/força nas rodas (F), uma curva Frmax (o envelope máximo do esforço requerido do GMP), e uma curva Fr_min_0 (o envelope mínimo com o pé retirado). Estas duas curvas delimitam, neste quadro de referência, uma zona em que o valor de referência do GMP varia pisando o pedal do acelerador, Z(accel_pdl). A curva representando resistência ao trajeto para frente (C) do veículo sob condições nominais (piso plano, sem vento, etc) irá intersecionar o envelope máximo Fr max no final da zona de variação do valor de referência.

A invenção planeja introduzir um cálculo do valor de referência de GMP sob frenagem (Fr_cons_brake) calculado, do mesmo modo que o valor de referência de GMP para tração (Fr_cons), usando a relação:

Fr_cons_brake = Fr min O + P(brake_pdl)*(Fr_min_l - Fr_min_0), onde:

- β é uma função da posição do pedal do freio, definido, por exemplo, da faixa [0; 100] para a faixa [0; 1]; esta função toma possível taxar o nível de frenagem regenerativa desejado, para uma dada posição do pedal de freio, e

- Fr min l corresponde ao nível máximo (em termos de valor absoluto) da frenagem regenerativa que é desejável conferir ao veículo.

Figura 3 ilustra outro aspecto da invenção que se refere à taxa do nível máximo da frenagem regenerativa (Fr_min_l). Superposto sobre a mesma curva como na figura 2, agora também se nota o envelope máximo para frenagem regenerativa (Fr_min_l) que, com a curva do envelope mínimo com o pé retirado (Fr_min_0) define uma zona em que o valor de referência de GMP varia pisando o pedal de freio (brakejpdl). Dado que a frenagem regenerativa pode ocorrer somente se o estado do sistema eletrotécnico do veículo assim permitir (particularmente, se não existem falhas, e se a carga da bateria não está saturada), o nível da frenagem regenerativa é limitada a um nível de modo que a sua eliminação provaria ser aceitável ao motorista. Este artifício significa que o motorista não alcança a impressão de ter freios defeituosos quando não ocorre frenagem regenerativa.

A figura 4 ilustra um exemplo do peso da função da posição do pedal do freio β = f(brake_pdl). Este peso satura a função β no nível 1, partindo de uma posição de pedal de freio intermediária. Ele permite que toda a frenagem regenerativa autorizada se tome disponível uma vez que o pedal de freio foi pisado além de certo ponto.

No caso geral, isto é, levando em conta as demandas de aceleração ou de frenagem sobre os pedais correspondentes (accel_pdl, brake_pdl), é assim possível então calcular o valor de referência da força da roda de GMP Fr_cons como uma função da posição do pedal do acelerador e do freio, como a seguir:

Fr_cons (accel_pdl, brake_pdl) = FrminO + a(accel_pdl)*(Fr_max - FrminO) + P(brake_pdI)*(Fr_min_l - FrminO)

Uma vez calculado, este valor de referência é, no entanto, processado, antes de ser aplicado, em um segundo módulo que (como requerido) satura o mesmo levando em conta as considerações eletrotécnicas (nível de carga da bateria, etc) e as considerações do chassi, o fim de todos estes aspectos sendo garantir que o veículo permanece estável sob todas as circunstâncias.

O valor de referência da força da roda assim calculado inclui o esforço de frenagem regenerativa, mas não modifica a relação entre a extensão em que o pedal de freio é pisado e o esforço de frenagem aplicado às rodas pelo sistema de frenagem principal. Por exemplo, no caso de um sistema de frenagem hidráulico, esta estratégia toma possível manter uma relação fixa entre a posição do pedal de freio e a pressão aplicada pelo cilindro mestre.

Como mostrado na figura 5, que especifica a relação entre a força de frenagem F e a posição do pedal de freio (Brake_pdl), o esforço de frenagem regenerativa (Er) é simplesmente adicionado ao esforço de frenagem convencional (Ec) aplicado pelos freios principais do veículo. Esta figura supõe uma relação refinada em uma dada velocidade do veículo, entre a posição do pedal do freio brake_pdl e o esforço de frenagem aplicado pelos freios. Assim, desde que a frenagem regenerativa possa ser obtida, uma menor demanda é colocada sobre os freios. Especificamente, se, em qualquer dado momento, o motorista desejar ter uma frenagem de amplitude Fr_0 (ver fig. 5), que irá corresponder a pisar o pedal do freio para baixo até a posição bl (com frenagem regenerativa), enquanto ele precisará pisar o mesmo pedal até a posição b2>bl sem a frenagem regenerativa. Assim, é o motorista que regula o esforço de frenagem para o nível desejado.

A invenção tem muitas vantagens. Em particular:

- ela permite uma melhor recuperação da energia sob frenagem, para um GMP híbrido não equipado com um sistema de frenagem desconectado,

- ela permite controle da frenagem regenerativa que é praticamente transparente para o motorista que, assim, tem disponível um nível de frenagem que permanece substancialmente constante sem considerar o modo de operação adotado (motor de combustão, híbrido, ou elétrico),

- ela coloca menor demanda sobre o sistema de frenagem convencional para a mesma demanda para desaceleração, tomando este sistema mais durável,

- ela permite uma função de frenagem regenerativa a ser instalada sem a necessidade de sustentar o custo seguinte de um sistema de frenagem desconectado,

- ela permite uma melhor recarga das baterias sob desaceleração (para um sistema que não tem um sistema de frenagem desconectado), enquanto ao mesmo tempo reduzindo o uso dos freios.

Além destas vantagens principais, a invenção toma possível introduzir facilmente uma função de frenagem pré-colisão que consiste em detectar uma situação de frenagem de emergência de modo a permitir uma frenagem imediata, mesmo antes do pedal de freio ser pisado. Para isto, é apenas requerido que o parâmetro β[= f(brake_pdl)] seja construído como uma função de um indicador de frenagem de emergência δ estando entre 0 (sem urgência) e 1 (frenagem de emergência iminente), como visto figura 6.

O parâmetro β pode ser uma função tanto da posição do pedal do freio como do indicador de frenagem de emergência, de modo a assegurar continuidade na frenagem regenerativa. Esta antecipação toma possível reduzir a distância de parada do veículo enquanto, ao mesmo tempo, armazenando energia.

Para resumir, deve ser enfatizado que os sistemas de frenagem regenerativa desconectados conhecidos da técnica anterior são, em todos os casos, mais caros do que a solução proposta pela invenção. A última é usada sem modificar a lei que conecta a posição do pedal do freio ao esforço de frenagem provido nelas pastilhas de freio e, isto, sozinho, atende à exigência de segurança.

Devido à invenção, é possível aplicar o maior nível possível de frenagem regenerativa, dentro dos limites do que o motorista pode tolerar em qualquer dado tempo. Além disso, não se tem mais a necessidade de modificar o valor de referência de freio convencional associado com cada posição do pedal do freio. A presente invenção pode assim ser aplicada a um veículo que, além disso, é equipado com qualquer tipo de frenagem.

A invenção permite que alguma energia cinética dissipada na fase de frenagem seja recuperada, sem qualquer custo adicional associado com a introdução de um sistema de frenagem desacoplado.

Finalmente, e como indicado acima, a frenagem regenerativa é agora completamente transparente para o motorista porque o valor de referência da frenagem regenerativa leva em consideração somente a dirigibilidade, com continuidade perfeita da frenagem entre todas as situações de direção encontradas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Método para controlar a frenagem regenerativa de um veículo incluindo um motor de combustão e/ou pelo menos um motor elétrico, caracterizado por compreender calcular um valor de referência para a força de frenagem aplicada por um grupo motopropulsor às rodas do veículo, incluindo o esforço de frenagem regenerativa, o valor de referência calculado da frenagem da roda do grupo motopropulsor sendo independente de uma relação entre um grau em que o pedal de freio do veículo é pisado e o esforço de frenagem aplicado às rodas pelos freios principais do veículo, e aplicar a força de frenagem a partir do grupo motopropulsor às rodas do veículo de acordo com o valor de referência calculado de frenagem da roda do grupo motopropulsor, em que o valor de referência de frenagem da roda do grupo motopropulsor (Fr cons brake) é definido pela relação:

Fr_cons_brake = FrminO + P(brake_pdl)*(Fr_min_l - Fr_min_0), em que:

β é o peso da frenagem regenerativa como uma função de uma posição do pedal do freio, definido da faixa [0; 100] para a faixa [0; 1],

Fr min O é o esforço mínimo que pode ser requerido do grupo motopropulsor (quando um pedal de freio não está sendo pisado),

Fr min l é o nível máximo, em termos de valor absoluto, da frenagem regenerativa, e em que o peso (β) da frenagem regenerativa é ajustado de modo que toda a frenagem regenerativa autorizada se toma disponível uma vez que o pedal de freio foi pisado até uma posição intermediária do pedal de freio.
2. Método de controlar a frenagem regenerativa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o esforço de frenagem

Petição 870180134829, de 26/09/2018, pág. 13/34 adicional suprido pelos motores elétricos por meio de frenagem regenerativa é adicionado ao esforço de frenagem aplicado pelos freios principais do veículo.
3. Método de controlar a frenagem regenerativa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o esforço mínimo (FrminO) é definido tão próximo como possível da frenagem do motor de combustão.
4. Método de controlar a frenagem regenerativa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o nível máximo de frenagem regenerativa (Fr min l) é limitado a um nível predeterminado.
5. Método de controlar a frenagem regenerativa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de ainda compreender calcular um valor de referência da força de roda do grupo motopropulsor Fr cons (accel_pdl, brake_pdl) como uma função de uma posição do pedal do acelerador e do freio ou da posição do pedal do freio, usando uma relação do tipo:

Fr_cons (accel_pdl, brake_pdl) = Fr min O + a(accel_pdl)*(Fr_max - Fr min O) + β(1)Γ81<6_ρά1)*(ΡΓ_ιηϊη_1 - Fr min O) em que α é o peso de uma aceleração como uma função da posição do pedal do acelerador, definido da faixa [0; 100] para a faixa [0; 1],

Frmax é o esforço máximo que pode ser requerido do grupo motopropulsor.
6. Método de controlar a frenagem regenerativa de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o peso (β = f(brake_pdl)) da frenagem regenerativa é também uma função de um indicador de freio de emergência estando entre 0 e 1.