CN102574511B - 用于具有电驱动器的车辆的控制车轮制动打滑的方法和车轮制动打滑控制系统 - Google Patents

用于具有电驱动器的车辆的控制车轮制动打滑的方法和车轮制动打滑控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于在具有电驱动器(2)的车辆中控制车轮制动打滑的方法，包括以下步骤：借助打滑控制装置(9)检测制动信号(14)，其中打滑控制装置(9)产生电驱动信号(15)和摩擦制动信号(16)以用于控制车辆的车轮(1)的预定的打滑值；将电驱动信号(15)传送至电驱动器控制装置(6)并将摩擦制动信号(16)传送至摩擦制动器控制装置(12)，其中，摩擦制动器控制装置(12)根据摩擦制动信号(16)致动车轮(1)的摩擦制动器(10)以产生摩擦制动转矩，且电驱动器控制装置(6)根据电驱动信号(15)致动电驱动器(2)以产生电驱动转矩。本发明还涉及用于具有电驱动器的车辆的车轮制动打滑控制系统以及计算机程序。

Description

用于具有电驱动器的车辆的控制车轮制动打滑的方法和车轮制动打滑控制系统
技术领域
本发明涉及一种用于控制车轮制动打滑的方法并且涉及一种用于具有电驱动器的车辆的车轮制动打滑控制系统以及一种计算机程序。
背景技术
已知具有电驱动装置——该电驱动装置具有电动马达——的车辆可在发电机模式下进行制动。在发电机式制动期间，通过使电动马达作为发电机来运行而使得该电动马达被作为制动器运行。
还已知的是，一旦车辆行驶动态控制系统被激活/起作用，发电机式制动就被切断。该车辆行驶动态控制系统例如可以是防抱死制动系统(ABS)、电子稳定程序(ESP)、ESC(电子稳定控制)或驱动装置打滑控制系统(牵引控制系统，TCS)。于是，车辆行驶动态控制仅通过一个摩擦制动器来产生。尽管摩擦制动器可以产生高的摩擦制动转矩，但是摩擦制动器不具有足够的动态性来适应快速或突然变化的道路摩擦系数。这意味着车辆行驶动态控制系统不再能将车轮打滑保持在一稳定的范围内。这在行驶行为方面对于车辆的稳定性产生不利的影响。也就是说，车辆在一定情况下可能滑离车道，这增大了事故的危险性。
另一缺点在于，摩擦制动器的致动导致磨损增大，这使得危害健康的微尘的量增多。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于具有电驱动器的车辆的用于控制车轮制动打滑的方法和一种车轮制动打滑控制系统以及一种计算机程序，它们克服了上述缺点。
所述目的借助根据独立权利要求1所述的用于控制车轮制动打滑的方法、借助根据独立权利要求7所述的车轮制动打滑控制系统以及借助根据独立权利要求10所述的计算机程序来实现。
本发明的优选的实施形式是各从属权利要求的主体。
根据本发明的用于控制车轮制动打滑的方法包含的思想在于：当车辆行驶动态控制被激活时，该行驶动态控制不仅借助摩擦制动器而且也借助电驱动器来实现。在此，借助打滑控制装置产生的电驱动信号和摩擦制动信号尤其对应于预定值或目标值。电驱动器产生可以为正或负的电驱动转矩，其中该电驱动器具有电动马达。正的电驱动转矩使车轮旋转。负的电驱动转矩使车轮制动。在这种情况下，电动马达作为发电机来运行。以下，负的电驱动转矩也被称为发电机式制动转矩。因此，对于打滑控制所需的总制动转矩就被表示为电驱动转矩与摩擦制动转矩的总和，其中由电驱动器产生快速的但幅度较小的转矩变化，而其余的摩擦转矩由摩擦制动器产生。尤其是，摩擦制动器产生一基本摩擦转矩，电驱动转矩被调制至该基本摩擦转矩。在根据本发明的制动方法中，借助摩擦制动器和电驱动器来实现打滑控制，因此打滑控制也可被称为协作的打滑控制。
这种协作的打滑控制的优点尤其在于，电驱动器可以快速地改变自身产生的电驱动转矩，并且能被快速控制但大小受限制的该转矩理想地补偿了摩擦制动器的能被较慢控制但绝对值较大的制动转矩。因此，可以在车辆状况快速变化的情况下、尤其在道路摩擦系数改变时有利地对车辆行驶动态控制进行调整。
如果下面提及具有电驱动器的车辆，则也包括具有多于一个电动马达的电驱动器。尤其是，车辆的每一个车轮可设置有一个电动马达。也就是说，每个车轮可单独地借助一电动马达来被驱动或制动。但是也可设计成，车辆的每个车桥仅具有一个电动马达，其中，车轮的驱动或制动在此尤其借助差动传动装置来进行。尤其是在后者的情况下，实现车桥的两个车轮的打滑控制所需的转矩被分成借助电动马达来产生的共同的高动态部分以及两个另外的借助车轮各自的摩擦制动器产生的车轮部分。车辆的车桥例如也可以具有双车轮。另外，车辆不仅可以包括电驱动器，而且可以例如附加地包括汽油发动机或柴油发动机。这种车辆通常也被称为混合动力车辆。
根据本发明的一有利的构造方案，可以借助与打滑控制装置相连接的分析处理装置来测量和分析处理电驱动器转速信号。分析处理装置例如也可集成到打滑控制装置中。电驱动器转速信号可尤其借助电动马达角度传感器、例如电动马达位置传感器来产生，该传感器例如布置在电动马达中用于对内部磁场进行控制。因此，与传统的打滑控制系统相比较，能够有利地更快速和更精确地测量与连接到电动马达的车轮的车轮转速相对应的电动马达转速。
可优选地设计成，电驱动转矩的高动态控制处理至少部分地在电驱动器控制装置中进行。电驱动器控制装置检测并且尤其是分析处理电驱动器转速。电驱动器控制装置尤其包括用于电动马达的磁场控制装置。因此，能够以有利的方式完全或部分地在与用于电动马达的磁场控制的马达转速分析处理相同的电子控制装置中进行电动马达的制动作用的高动态控制。
在本发明的另一优选实施形式中，如果能借助电驱动转矩产生的发电机式制动转矩大于可施加在道路上的制动转矩，则将摩擦制动转矩设定为比电驱动转矩小的值。在这种行驶状况下，仅发电机式制动作用便足以对车轮进行优化的制动打滑控制。尤其是，在此也许可以在一定情况下甚至放弃激活摩擦制动器、亦即摩擦制动转矩等于零。因此，不必致动或激活摩擦制动器。由此，有利地显著降低了制动衬片磨损。因此，也明显降低了微尘排放和CO2排放。优选地，摩擦制动器的制动钳与制动盘之间的间距或空气间隙被设定为零。也就是说，制动钳恰好在制动盘上打滑至使得没有达到摩擦制动作用的程度。就这点而言，摩擦制动器没有位于其休止位置中。这具有的优点尤其在于，例如当道路的摩擦系数改变时，可以直接地亦即无延迟地激活摩擦制动器。
另外，根据本发明，当电驱动转矩形成为发电机式制动转矩时，可以将借助电驱动器形成的电能至少部分地转化成热能。在此，尤其是在制动期间产生的动能至少部分地被作为电能供给至一电阻、尤其是制动电阻——例如被控制的制动电阻，该电阻随后将电能以热的形式转化成热能。该热能可以例如通过冷却被引导出或被作为有效热来用于另外的功能、例如加热乘员室。在制动期间产生的电能的没有被转化成热能的那部分被尤其回送到电能储存器内，从而该电能可在随后的时间由电气耗用件使用。但是也可设计成，将该部分的至少一部分直接供给至一个或多个电气耗用件。优选地，也可借助电驱动器的超尺寸的控制件来在电动马达中产生一无效功率而不改变电驱动转矩本身。由此产生的另外的电损耗功率通过马达冷却而被排出，从而在电动马达中线圈/绕组被用作集成的制动电阻。
根据本发明的计算机程序可例如存储在固件中，其中该固件尤其可以集成在打滑控制装置中。优选的是，该固件部分地构成在打滑控制装置中并且部分地构成在电驱动器控制装置中。
附图说明
下面基于优选实施例并且参照附图更详细地阐明本发明。附图中：
图1示出具有多个车辆部件的根据本发明的车轮制动打滑控制系统的示意性布置；以及
图2示出两个曲线图，这些曲线图示出了根据本发明的方法在道路摩擦系数变化的行驶状况下的行为。
具体实施方式
根据图1，车辆(未示出)的车轮1借助机械连接件3与电驱动器2相连接。车辆例如可以是乘用车、货运车或摩托车。电驱动器2包括电动马达(未示出)。在本发明的未示出的另一示例性实施形式中，电驱动器2也可包括多个电动马达，从而可以借助电驱动器单独地驱动或制动车辆的各个车轮。在本发明的又一未示出的实施形式中，电动马达2经由差动传动装置来驱动车辆的车桥/车轴。尤其是，车桥可以包括双轮。
电驱动器2既可以驱动车轮1，又可以在电动马达作为发电机运行时产生发电机式制动转矩从而对车轮进行制动。电驱动器2还包括产生电动马达驱动信号5的电动马达角度传感器4，其中该电动马达驱动信号5对应于电动马达位置信号或电动马达转速信号。电动马达驱动信号5或电动马达位置信号被传送至电驱动器控制装置6。在电驱动器控制装置6中集成有对电动马达驱动信号5进行测量和分析处理的分析处理装置7。被分析处理的电动马达驱动信号5对应于被传送至打滑控制装置9的电动马达转速信号8。因此，电动马达转速可被测量。
此外，车轮1可借助摩擦制动器10而被制动，该摩擦制动器包括摩擦制动器致动器11。摩擦制动器10借助摩擦制动器控制装置12而被控制或调节。摩擦制动器控制装置12也被构造成将摩擦制动器状态信号13传送至打滑控制装置9。摩擦制动器状态信号13例如可以对应于制动压力、制动器压紧力、制动转矩或制动器温度。在图1所示的实施例中，摩擦制动器10构造为液压式摩擦制动器。在本发明的一未示出的实施形式中，摩擦制动器10尤其可构造为机电式摩擦制动器。
下面更详细地描述根据本发明的用于控制车轮制动打滑的方法的示例性实施形式。
打滑控制装置9检测制动信号14。制动信号14可尤其从对应于制动踏板致动、车辆速度、转向角、横摆角速度和/或横向加速度的信号计算出。打滑控制装置9与所检测的制动信号14相关地产生电驱动信号15和摩擦制动信号16。电驱动信号15被传送至电驱动器控制装置6。摩擦制动信号16被传送至摩擦制动器控制装置12。
摩擦制动器控制装置12与摩擦制动信号16相关地产生摩擦制动器致动信号17，并且将该摩擦制动器致动信号传送至摩擦制动器10。摩擦制动器10与摩擦制动器致动信号17相关地致动摩擦制动器致动器11。摩擦制动器致动器11产生制动车轮1的摩擦制动转矩。
另外，电驱动器控制装置6与被传送的电驱动信号15相关地产生电驱动器控制信号18，并且将该电驱动器控制信号18传送至电驱动器2以用于控制电驱动器2。电驱动器2根据电驱动器控制信号18产生电驱动转矩。取决于电驱动转矩具有正符号还是具有负符号，车轮被驱动或被制动。如果车轮被制动，则所产生的电驱动转矩也被称为发电机式制动转矩。
打滑控制装置9产生电驱动信号15和摩擦制动信号16，使得可以设定车轮1的预定的打滑值。也就是说，从由摩擦制动器10产生的摩擦制动转矩部分和由电驱动器2产生的电驱动转矩部分得出的总制动转矩与对于打滑控制装置9已知的预定的打滑值相比较没有使车轮1更慢地旋转，其中该打滑值尤其被选择成使得车辆稳定性和制动效果被优化。为了进行打滑控制，打滑控制装置9尤其对由分析处理装置7传送的电动马达转速信号8进行分析处理。
另外，电驱动器控制装置6与电阻19相连接，该电阻与用于储存热能的储存装置20相连接。电阻19例如可以是制动电阻，尤其是被控制的制动电阻。在一未示出的示例性的实施形式中，电阻19和/或储存装置20可以集成在电驱动器控制装置6中。在另一未示出的优选实施形式中，电驱动器2可以包括电阻19。由此，有利的是，借助电驱动器2产生的电能可以转化成热能。储存装置20能够储存借助电阻19转化的热能以便随后利用该热能，例如用于在随后的时间加热乘员室。
图2示出两个曲线图，这些曲线图更详细地阐明了根据本发明的车轮制动打滑控制系统或根据本发明方法的示例性实施形式在道路摩擦系数变化的行驶状况下的行为。在上方的曲线图中与时间有关地绘制了速度，在此对于轴线选择了任意的单位。在此描绘了车辆速度Vv、车轮目标速度Vt和车轮速度Vw。
在图2的下方的曲线图中与时间t有关地绘制了各个转矩T，在此也选择任意的单位。驾驶员制动期望转矩Td被标注出。该转矩Td是驾驶员根据其对制动踏板的致动而给定的总制动转矩，然而在一定情况下、尤其当道路潮湿或结冰时，该转矩不能完全被由于制动作用而传递到道路上。但是，在制动信号14的计算中包括了该驾驶员制动期望转矩Td。另外，示出了电驱动转矩Tg、摩擦制动转矩Tf以及从电驱动转矩Tg和摩擦制动转矩Tf得出的总制动转矩Tt。
在时间t1，驾驶员致动制动踏板。如从下方的曲线图看到的，信号Td快速上升至不能完全被由于制动作用而传送到的道路上的值。因此，打滑控制装置9产生电驱动信号15，使得电驱动器控制装置6借助相应的电驱动器控制信号18对电驱动器进行控制以使得电驱动器2的电动马达作为发电机来运行，从而产生发电机式制动转矩Tg。在此，电驱动信号15与一预定值相对应。电驱动器2本身的控制借助电驱动器控制装置6来实现。这尤其具有的优点在于，由此能够高动态地控制电驱动器2，因为在电驱动器控制装置6与电驱动器2之间的通讯连接、尤其是总线连接比在打滑控制装置9与电驱动器控制装置6之间的通讯连接——该通讯连接通常在大于10ms的范围内——快得多。如从下方的曲线图看到的，该发电机式制动转矩Tg非常快速地上升至其最大值，以尽可能快速地产生制动作用。
另外，打滑控制装置9产生摩擦制动信号16，从而摩擦制动器控制装置12产生相应的摩擦制动器致动信号17并且将该摩擦制动器致动信号传送至摩擦制动器10以便致动摩擦制动器致动器11。摩擦制动转矩Tf相比于发电机式制动转矩Tg上升地较慢，但是随后承担总制动转矩Tt的较大一部分。相似地，摩擦制动信号16对应于一预定值。借助摩擦制动器控制装置12实现摩擦制动器10的实际控制。
一直到时间t2都存在道路摩擦系数，该道路摩擦系数允许传递比较高的、但没有完全达到驾驶员期望的制动力。也就是说，在打滑控制运行模式、例如ABS控制中，车轮在转动。为了对于相应的道路摩擦系数传递最大可能的制动力，车辆速度Vv与车轮速度Vw之间必须存在有特征差异、亦即车轮必须被调节至给定的车轮目标速度Vt。
在时间点t2，道路摩擦系数突然下降至仅允许传递显著小于驾驶员制动期望转矩Td的制动力的值。电驱动器2的电驱动转矩Td现在非常快速地降低并且电动马达2甚至作为驱动器来起作用，以用于对抗较慢下降的并且对于该道路摩擦系数而言过大的摩擦制动转矩Tf，并因此降低了车轮1的锁止倾向，和/或以用于使车轮加速以快速达到对于优化的总制动转矩Tt和对于车辆稳定性所需要的车轮目标速度Vt。
从时间点t3开始，摩擦制动转矩Tf又稍微进一步下降至在任何情况下基于当前的道路摩擦系数消除了车轮1的锁止的值。为了维持最大能传递的制动力矩，与摩擦制动转矩Tf的下降相对地，电动马达的电驱动转矩Tg随后又升高。因此，摩擦制动转矩Tf构成基本制动转矩，电驱动转矩Tg被调制至该基本制动转矩，该电驱动转矩非常快速地与车轮1的打滑行为相适配并且以有利的方式允许对总制动转矩Tt进行高动态地精细校正。借助根据本发明的制动方法，具有对于车辆的稳定性以及制动距离的长度而言优化的打滑值的车轮也转动。尤其在摩擦系数低的情况下，与道路摩擦系数相关地，优化的制动打滑仅需要非常受限制的总制动转矩Tt，该总制动转矩甚至几乎可以仅借助电驱动转矩Tg来产生，从而可产生可忽略的摩擦制动转矩Tf。因此，在图2的这些曲线图中从时间点t3开始示出这一状况。
在本发明的一特别有利的、在此未示出的实施形式中，电动马达驱动控制装置6在逆变器(未示出)中实施集成的电动马达转速控制过程，该电动马达转速控制过程获得其由制动控制装置/行驶动态控制装置给定的目标转速，并且在需要进行打滑控制的情况下自身实现高动态转矩控制。
尤其在电驱动器2为了进行内部磁场控制而具有至少一个马达位置传感器时，由于与传统的打滑控制系统相比较，马达转速以及因此车轮转速能更快速和更精确地被测量，电驱动器2可以非常快速地改变由该电驱动器产生的与驱动有关的或与发电机有关的制动转矩——因此当对车轮打滑的设置有利时甚至可以驱动的方式作用到被制动的车轮上——并且能快速被控制但数值受限制的该转矩被调制至能较慢被控制但绝对值较大的制动转矩上，这提供了以下优点：
-行驶动态控制功能(ABS、ESC、TCS)可以实现非常准确的打滑控制，由此不但提高了对摩擦系数和制动距离的充分利用而且提高了行驶舒适性和底盘的动态承载性。
-摩擦制动器可被设计成用于较低的动态需求并因此以更成本低廉的方式来被制造。
-如果摩擦制动器被构造为液压式摩擦制动器，则为了制动压力控制可降低该液压摩擦制动器的调制频率，这对踏板反作用和噪声的形成产生正面影响。
-如果摩擦制动器被构造为机电式制动器，则其设计更多地关注于降低制造成本和优化功率损耗，而较少地关注于否则苛刻的动态要求。因此机电式制动器也可构造为具有12伏工作电压的机电式车轮制动器、尤其是前轮制动器。
-在打滑控制过程中，改善了行驶动态性，例如缩短了制动距离、减小了踏板的振动以及减少了噪声的产生。
-在ABS制动期间、尤其是在液压式摩擦制动器的情况下，通过减小踏板的振动提高了舒适性。
-在ABS和ESC控制期间，降低了底盘的动态负载。
-尤其在机电式摩擦制动器中，成本更低廉地设计了制动器致动器。
根据本发明，计算机程序可尤其在行驶动态调整装置内、尤其是在ABS/VSC(“Vehicle Stability Control”，车辆稳定性控制)控制装置内被存储和执行。
总之，本发明提供了一种用于控制车轮制动打滑的方法以及车轮制动打滑控制系统，其将摩擦致动器与电驱动器各自的优点相互结合，从而能够补偿或以协同作用的方式消除它们各自可能存在的缺点。
附图标记列表
1 车轮
2 电驱动器
3 机械连接件
4 电动马达角度传感器
5 电动马达驱动信号
6 电驱动器控制装置
7 分析处理装置
8 电动马达转速信号
9 打滑控制装置
10 摩擦制动器
11 摩擦制动器致动器
12 摩擦制动器控制装置
13 摩擦制动器状态信号
14 制动信号
15 电驱动信号
16 摩擦制动信号
17 摩擦制动器致动信号
18 电驱动器控制信号
19 电阻
20 用于储存热能的储存装置

Claims (7)

1.一种用于具有电驱动器(2)的车辆的用于控制车轮制动打滑的方法，该方法包括以下步骤：
-借助打滑控制装置(9)检测制动信号(14)，其中所述打滑控制装置(9)产生电驱动信号(15)和摩擦制动信号(16)以用于控制车辆的车轮(1)的预定的打滑值，
-将所述电驱动信号(15)传送至电驱动器控制装置(6)，且将所述摩擦制动信号(16)传送至摩擦制动器控制装置(12)，其中
-所述摩擦制动器控制装置(12)根据所述摩擦制动信号(16)来致动车轮(1)的摩擦制动器(10)以产生摩擦制动转矩，且所述电驱动器控制装置(6)根据所述电驱动信号(15)来致动所述电驱动器(2)以产生电驱动转矩，
其特征在于，电驱动转矩的控制至少部分地在所述电驱动器控制装置(6)中进行，其中，所述电驱动器控制装置(6)还检测和分析处理所述电驱动器(2)的马达转速。
2.根据权利要求1所述的用于控制车轮制动打滑的方法，其中，借助所述摩擦制动器(10)和所述电驱动器(2)来单独地制动车轮。
3.根据权利要求1所述的用于控制车轮制动打滑的方法，其中，借助所述摩擦制动器(10)和所述电驱动器(2)来制动至少一个车桥。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的用于控制车轮制动打滑的方法，其中，当能借助所述电驱动转矩产生的发电机式制动转矩大于能施加到道路上的制动转矩时，将所述摩擦制动转矩设定成小于所述电驱动转矩。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的用于控制车轮制动打滑的方法，其中，当所述电驱动转矩形成为发电机式制动转矩时，借助所述电驱动器(2)形成的电能至少部分地被借助电阻(19)转化成热能。
6.一种用于具有电驱动器(2)的车辆的车轮制动打滑控制系统，该车轮制动打滑控制系统具有：
-摩擦制动器控制装置(12)，所述摩擦制动器控制装置构造成致动车辆的车轮(1)的摩擦制动器(10)；
-电驱动器控制装置(6)，所述电驱动器控制装置用于控制所述电驱动器(2)；
-打滑控制装置(9)，所述打滑控制装置构造成检测制动信号(14)并且根据所检测的制动信号(14)产生摩擦制动信号(16)和电驱动信号(15)以用于设定所述车轮的预定的打滑值，其中，所述打滑控制装置(9)与所述摩擦制动器控制装置(12)相连接以便传送所述摩擦制动信号(16)并且与所述电驱动器控制装置(6)相连接以便传送所述电驱动信号(15)，
其特征在于，至少部分地在所述电驱动器控制装置(6)中进行电驱动转矩的控制，其中，设置有与所述打滑控制装置(9)相连接的分析处理装置(7)，所述分析处理装置构造成测量和分析处理电驱动器转速信号(18)。
7.根据权利要求6所述的车轮制动打滑控制系统，其中，用于储存热能的储存装置(20)与所述电驱动器(2)热连接。
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