CN103140395B - 机动车辆、机动车辆制动系统及其控制或调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种方法，在该方法中对机动车辆制动系统执行控制或调节，所述机动车辆制动系统包括在至少一个车轴的车轮上的摩擦制动器，其中用于至少一个车轴的车轮的制动压力生成装置与制动踏板直接作用连接，至少一个电机与至少一个车轴作用连接，该至少一个电机能被用于在施加电再生制动力矩的情况下将动能转换为电能，其中，即使在制动踏板位置不变和/或制动踏板力不变的情况下也为了提高再生效率而提高再生减速度；本发明还涉及一种机动车辆制动系统，根据按照本发明的方法来对该机动车辆制动系统进行控制或调节。

Description

机动车辆、机动车辆制动系统及其控制或调节方法

技术领域

本发明涉及机动车辆，更具体而言涉及机动车辆制动系统和对机动车辆制动系统执行控制或调节的方法。

背景技术

机动车辆中的再生制动系统实现了：在制动期间作用的能量的至少一部分可以被储存在车辆中并重新用于驱动车辆。结果，能降低车辆的总能量消耗且因此可以使运行更经济。基于这一目的，带有再生制动系统的机动车辆一般具有不同类型的制动器致动装置。

在本文中，一般使用诸如从常规机动车辆已知的液压摩擦制动器和电再生制动器。与常规摩擦制动器中一样，用于摩擦制动器的制动压力经由制动压力生成装置或经由制动踏板运动来施加。电再生制动器一般实施为以再生模式被致动的电机，经由该电机施加全部制动力的至少一部分。将所获取的电能馈送到诸如车载电池的储存介质中或回送至该储存介质并重新用于驱动机动车辆，其中或者合适地操控电机或者使用一定数量的、至少一个单独的电动机。

仅具有摩擦制动器的常规制动系统使车辆减速的方式是，根据制动踏板的位置，利用或不利用辅助能量来建立制动装置的压力，其被随后向车轮施加相应的制动力矩的摩擦制动器吸纳。因此，踏板位置与机动车辆的制动行为相对应。在通过诸如电子稳定程序(ESP)的电子安全系统进行干预的情况下可能发生例外，所述电子安全系统可以包括用于独立于制动踏板位置地自动建立压力的装置。

在通过发电机施加的拖曳力矩下，如果不采取进一步的措施，则不会提供制动踏板与制动行为之间的这种清楚的关系。WO 2004/101308 A1公开了一种制动系统和一种用于对机动车辆的制动系统进行调节的方法，该制动系统具有电再生制动器——特别是发电机——和由至少一个制动压力生成装置经由制动介质驱动的、一定数量的液压摩擦制动器，该机动车辆的总减速度由摩擦制动器的减速分量和电再生制动器的减速分量组成。为了实现尽可能高的制动舒适度水平和愉悦的制动感受，在使用电再生制动器制动的情况下，制动介质被导出到低压蓄压器中。

此外，在恒定发电机功率下，被发电机吸纳的转矩随着速度升高而显著减小，其中在低于大约15km/h的速度限值的情况下不再可能进行能量回收。DE 10 2004 044 599 A1描述了一种用于对机动车辆制动系统进行调节的方法，该制动系统具有电再生制动器——特别是发电机——和由制动压力生成装置经由制动介质驱动的、一定数量的液压摩擦制动器。在特别是在接近最低速度时发生的电再生制动器的制动力矩减小的情况下，期望的总减速度至少部分地被维持的方式是，用于摩擦制动器的附加制动压力建立利用另一支持辅助力的制动压力生成装置、例如电动液压泵进行。

WO 2006/076999 A1公开了一种用于控制机动车辆制动系统的方法，该制动系统具有发电机和被分配给机动车辆的车轴的、一定数量的摩擦制动器，并且该机动车辆的总减速度由发电机的减速分量和摩擦制动器的减速分量组成。通过控制装置以如下方式来改变一定数量的制动器的理想减速分量彼此间的关系：根据实际减速度与理想减速度的关系确定用于一定数量的制动器的校正值，将该校正值作用于这些制动器的理想减速度。此方法例如补偿了摩擦制动器的老化。

如果在100km/h的车速下开始制动过程，则仅能获得很小的再生制动减速。如果再生制动力矩与由摩擦制动器生成的制动力矩之间的关系在整个制动过程中是恒定的，则这限制了所回收的电能，即能量回收(也称为再生)效率低。在电液再生制动系统的情况下，使制动踏板的致动和压力建立能量分开且因此连续地调节发电机与摩擦制动器之间的制动力分配，其中因此降低了液压建立的摩擦制动力矩。如果使用常规制动系统，则反而不容易在摩擦制动器上实现简单的压力降低。

发明内容

因此，本发明的目的是，提高在使用常规摩擦制动器时的再生效率。再生效率由所回收的电能与在制动过程中转换的总的车辆动能间的比例得出。

通过根据如下所述的本发明方法来实现这一目的。

因此，实现了一种方法，在该方法中对机动车辆制动系统执行控制或调节，所述机动车辆制动系统包括在至少一个车轴的车轮上的摩擦制动器，其中用于至少一个车轴的车轮的制动压力生成装置与制动踏板直接作用连接，至少一个电机与至少一个车轴作用连接，该至少一个电机能被用于在施加电再生制动力矩的情况下将动能转换为电能，其中，即使在制动踏板位置不变和/或制动踏板力不变的情况下也为了提高再生效率而提高再生减速度。术语“制动压力生成装置”应理解为指例如串联主制动缸或单回路主制动缸。术语“作用连接”应理解为指经由其施加所产生的作用所需的全部能量的、直接的机械或液压连接。

本发明所基于的思想是，希望始终施加尽可能大的电再生制动力矩从而以电能形式回收尽可能大部分的动能。如果发电机能提供与制动过程开始时相比提高的再生减速度，则这一提高即使在制动踏板位置或制动踏板力不变的情况下也会发生。因此，提供更多的电能用于后续的加速过程并扩大电驱动的有效距离(续航能力)。

有利的是，随着速度降低而请求更大的再生减速度，同时使通过摩擦制动器建立的减速度相应地降低。具有恒定功率的发电机在中等速度下能提供比在高速下更大的减速度。如果液压制动系统实现了无级的压力降低，则即使在减速度保持不变的情况下也能使再生效率得到优化。

合理地，通过提高再生减速度至少补偿车辆的固有减速度的降低。对降低的车辆固有减速度的补偿并未降低驾驶者的制动舒适性，这是因为当制动踏板位置不变时，减速度也保持恒定。在高速时，固有减速度主要由与速度的二次方成比例增大的风阻决定。因此，如果制动过程在高速下开始，则减速度在制动过程中快速降低，这一点可被用于建立附加电再生减速度。因此，使电驱动的有效距离扩大。

优选地，为了提高再生效率，以超出与制动踏板位置或制动踏板力相应的程度的方式进行再生减速度的提高。如果这一点特别是在摩擦制动器力矩保持不变的情况下实现，则即使在使用常规的液压摩擦制动器的情况下也能使所回收的电能最大化。

特别优选地，根据在制动过程开始时的速度来选择附加请求的减速度。在高速时，具有恒定功率的发电机能施加特别小的电再生减速，因此在制动过程期间的优化实现了显著提升的效率。

特别优选地，在制动过程中持续地或接近持续地对附加请求的减速度进行适配。因此，在整个制动过程期间能以最佳方式利用发电机在相应速度下施加的最大减速度。接近持续地适配在此意味着：以与制动过程的持续时间相比很短的时间步进来改变所请求的减速度。

特别优选地，与从制动过程开始起的速度变化成比例地选择所述附加请求的减速度。因此，与在弱制动操作的情况下相比附加减速度在强制动操作的情况下更快地提高，因此能几乎独立于驾驶者所请求的减速度总体上实现一保持不变的再生效率。

特别地，该比例常数是每100km/h约0.05g至约0.2g。与之相应的附加减速度不会使驾驶者感觉到不适。

特别有利的是，根据在制动过程开始时的减速度来选择附加请求的减速度。由于驾驶者对变化较为敏感，所以在较强的初始减速度下也可以进行较强的提高。

在本发明的另一个特别优选的实施例中，根据制动过程的持续时间来选择附加请求的减速度。

合理的是，特别是通过对车轮转速信息和/或来自加速度传感器和/或横摆率传感器的信息进行分析，对行驶状态的稳定性进行检查，当存在稳定的行驶状态时，以如下方式对在与电机作用连接的车轴上的制动力矩进行控制或调节：使得该制动力矩大于仅利用摩擦制动器制动的车轴上存在的制动力矩，特别是总减速度通过电再生制动力矩来施加。作为稳定行驶状态的标准，特别优选可以检查：后车轴上的打滑是否超过预定的限值。在就行驶稳定性而言不关键的制动操作中，后车轴上的发电机也可以施加总制动减速度，因此可实现特别高的能量回收水平。

特别合理的是，当存在稳定的行驶状态时，将被再生制动的后车轴上的制动力矩设定成比根据理想制动力分配而施加在前车轴上的制动力矩分量高15％。理想制动力分配给出前轮制动力矩与后轮制动力矩的比例，在该比例下最优地利用轮胎与车道之间的附着力。这种限制避免了：发电机对后车轴的过度制动危及行驶稳定性。

本发明还涉及一种机动车辆制动系统，所述机动车辆制动系统包括在至少一个车轴的车轮上的摩擦制动器，其中用于至少一个车轴的车轮的制动压力生成装置与制动踏板直接作用连接，至少一个电机与至少一个车轴作用连接，该至少一个电机能被用于在施加电再生制动力矩的情况下将动能转换为电能，其中，根据上述方法来进行控制或调节。

本发明还涉及根据本发明的制动系统在具有内燃机的机动车辆中的应用。

附图说明

在以下参照附图对示例性实施例的描述中能了解其它优选实施例，在附图中：

图1示出用于实施根据本发明的方法的制动系统，

图2示出典型的发电机特性曲线，以及

图3示出固有减速度和再生减速度与速度的不同关系的图表。

具体实施方式

图1示出适合于实施根据本发明的方法的再生制动系统。由驾驶者致动的制动踏板1直接作用在利用或不利用辅助力操作的串联主缸2上。所述串联主缸2在两个基本等同的制动回路I和II中建立压力，其中这两个制动回路既可以按车轴地分配给车轮也可以对角地分配给车轮。制动流体通过隔离阀3和输入阀6流入向车轮施加摩擦制动力的制动缸8中。如果输出阀7打开，则制动流体能排出到低压蓄压器9中。液压泵5容许独立于驾驶者地建立压力，其中为此使电子切换阀4打开且使隔离阀3关闭。在其中一个车轴上，设有实现电再生制动的发电机10。

通过下述的合适的切换序列实现了：即使在再生制动过程中也使驾驶者感觉愉悦的踏板感受。当制动器被致动时，首先使输出阀7打开，此后由驾驶者移动的体积被低压蓄压器9吸纳。这里，通过发电机提供制动减速度。如果从踏板位置推断出的驾驶者减速希望超过最大可实现的发电机减速度，则关闭输出阀7。然后，由于踏板致动而在制动缸8中建立压力，并使摩擦制动器提供另外的所需的制动力矩。

由于制动踏板与制动缸之间的直接作用连接，所以不能容易地实现制动缸中的压力降低，这是因为制动踏板上始终存在对踏板感觉有相应影响的反作用。此外，通常无法精确地调节输出阀。

原则上，根据本发明的方法即使在具有直接液压操作的制动装置和电子机械式地操作的制动装置的制动系统中也能使用。

在图2中，将发电机的典型特性曲线作为实线21示出，其中假设50kW的基本恒定的发电机功率。具有这种电机的车辆可以仅由该电机驱动；如果还存在内燃机，则在此涉及称之为“全混合动力车辆”。在大约15km/h的速度限值以下，发电机的减速度急剧降低，因此在此速度范围内仅摩擦制动器被操控。在该速度限值以上，发电机最大能施加以下的减速度：

$b_{\mathrm{gen},\max }=\frac{P}{\mathrm{mv}}$

其中P表示发电机功率，m表示车辆质量，v表示车速。

如果驾驶者在100km/h的速度下开始制动过程，则发电机仅能提供很低的再生减速度。在到20km/h的强烈制动中，如果使摩擦制动器与发电机之间的制动减速度比例保持恒定，则所施加的减速度沿着短虚线22。再生效率低于所能实现的水平，因为这样仅使用了在低速下重新得到的发电机减速度的一部分。

因此合理的是，随着速度降低，提高所请求的再生减速度直至达到15km/h的速度限值。特别优选的作法是，根据制动过程的持续时间t来请求以下的附加发电机减速度b_Zusatz：

b_Zusatz＝a·t，

其中a表示适当选择的常数。在(减速到)20km/h的弱的、也就是长距离的制动中获得虚线24。这意味着，以适度的控制或调节成本显著提高了再生效率。如果驾驶者较强烈地制动，由此在相对短的时间内速度减至20km/h，则所施加的减速度顺循点划线23。在较强的制动中，再生效率因此明显降低。

由于驾驶者主要注意到相对的附加减速度，因此特别有利的是：根据从制动过程开始以来的速度变化来选择附加请求的发电机减速度，

b_extra＝a_extra·(v₀-v_aktuell)

其中a_extra表示适当选择的常数，v_o表示在制动过程开始时的车速，v_aktuell表示瞬时车速。因此，独立于制动踏板制动强度地实现了连续的高再生效率。仅在行驶路面存在低摩擦值时出现限制，这是因为诸如ABS或ESP的行驶稳定性控制的干预使发电机被切断。

这里所请求的附加减速度一定不能过于强烈，因为否则会不利地影响驾驶者的踏板感受；在踏板位置保持相同的同时增大的制动力不与从常规制动系统已知的行为相对应。在驾驶试验中表现出，0.05g的减速度(也就是说重力加速度的5％)还不会让驾驶者感到不适。

在未致动制动器的情况下在车辆上作用有一固有减速度

b_drag＝a₂v²+a₁v+a₀

其借助于参数a₂、a₁和a₀描述，且由于风阻、滚动阻力等引起。在高速下由于风阻而使固有减速度显著高于在低速时的减速度，这通过v²这一项来描述。通过提高所请求的发电机减速度，能补偿在制动过程中这种固有减速度的降低。因此，能够在不导致使驾驶者不适的制动感受的情况下提高再生效率。

在弱的制动操作中，发电机原则上能提供全部期望的减速度，结果再生效率常常已经是最佳的。为了实现一种不受踏板致动强度影响的、总减速度与速度的关系，也就是说提供制动系统的一致的/稳定的表现，可以合理地还请求提高的发电机减速度。

在再生制动过程的尽可能简单的调节方面有利的是，为补偿降低的固有减速度和附加请求的再生减速度确定一公式，为了控制或调节所请求的再生减速度而对该公式进行计算。以下详述相应的公式的一个示例。

所请求的再生减速度b_angefordert不能大于随速度降低而提高的发电机减速度：

$-\frac{d{b}_{\mathrm{angefordert}}}{\mathrm{dv}}\≤-\frac{d{b}_{\mathrm{gen},\max }}{\mathrm{dv}}=\frac{P}{{\mathrm{mv}}^2}$

同时，所请求的再生减速度必须至少补偿固有减速度的变化以便提供合理提高的能量回收：

$-\frac{d{b}_{\mathrm{angefordert}}}{\mathrm{dv}}\≥+\frac{d{b}_{\mathrm{drag}}}{\mathrm{dv}}=2a_{2}v+a_1$

有利的是提高附加常数a_extra，这是因为这样能实现再生效率的进一步提高。

图3a)中，发电机减速度相关项根据速度的变化示出为线31，而固有减速度相关项的根据速度的变化示出为线32，其中这里已经包括该附加常数。在速度v_transition下，这两条曲线相交：

$\frac{P}{{{\mathrm{mv}}_{\mathrm{transition}}}^2}=2a_2{v}_{\mathrm{transition}}+a_1+a_{\mathrm{extra}}$

此速度仅取决于由车辆制造商测得或在概念阶段规定的变量，因此，可以在开始规模生产前便使用已知方法计算出v_transition。

如果考虑：图3a)的两条线中较低的线是重要的，则以下公式可以用于确定附加请求的再生减速度：

$b_{\mathrm{angefordert}}={\∫}_{v_0}^v\frac{d{b}_{\mathrm{angefordert}}}{\mathrm{dv}}\mathrm{dv}=f\left(v\right)-f\left(v_0\right)$

其中

$f\left(v\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{P}{\mathrm{mv}}& (v\&GreaterEqual;v_{\mathrm{transition}})\\ \frac{P}{{\mathrm{mv}}_{\mathrm{transition}}}+a_2({v_{\mathrm{transition}}}^2-v^2)+(a_1+a_{\mathrm{extra}})(v_{\mathrm{transition}}-v)& (v<v_{\mathrm{transition}})\end{array}\right.$

在图3b)中，示出由发电机最大施加的减速度33、车辆的固有减速度34和f(v)35的曲线。在高速下最优地利用可用的再生减速度，这一点在低速下可以仅以有限的程度发生而不会以使驾驶者不适的方式不利地影响制动表现。

优选地，用于b_angefordert的公式储存在控制单元中，结果在行驶期间仅需确定在制动开始时的车速v₀和瞬时车速v。合理地，为a_extra限定每100km/h大约0.1g的值。与不具有附加请求的制动相比，显著地提高了再生效率而不会降低驾驶舒适性。

Claims (16)

1.一种对机动车辆制动系统执行控制或调节的方法，所述机动车辆制动系统包括在至少一个车轴的车轮上的摩擦制动器，其中用于至少一个车轴的车轮的制动压力生成装置与制动踏板直接作用连接，至少一个电机与至少一个车轴作用连接，该至少一个电机能被用于在施加电再生制动力矩的情况下将动能转换为电能，其特征在于，即使在制动踏板位置不变和/或制动踏板力不变的情况下也为了提高再生效率而提高再生减速度，其中，为了提高再生效率，以超出与制动踏板位置或制动踏板力相应的程度的方式进行再生减速度的提高。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，随着速度降低而请求更大的再生减速度，同时使通过摩擦制动器建立的减速度相应地降低。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过提高再生减速度至少补偿车辆的固有减速度的降低。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于以使得摩擦制动器的制动力矩保持恒定的方式来进行再生减速度的提高。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据在制动过程开始时的速度来选择附加请求的减速度。

6.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在制动过程中持续地或接近持续地对附加请求的减速度进行适配。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，与从制动过程开始起的速度变化成比例地选择所述附加请求的减速度。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，比例常数为每100km/h0.05g至0.2g。

9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据在制动过程开始时的减速度来选择附加请求的减速度。

10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据制动过程的持续时间来选择附加请求的减速度。

11.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对行驶状态的稳定性进行检查，当存在稳定的行驶状态时，以如下方式对在与电机作用连接的车轴上的制动力矩进行控制或调节：使得该制动力矩大于仅利用摩擦制动器制动的车轴上存在的制动力矩。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过对车轮转速信息和/或来自加速度传感器和/或横摆率传感器的信息进行分析，来对行驶状态的稳定性进行检查。

13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，当存在稳定的行驶状态时，通过电再生制动力矩来施加总减速度。

14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，当存在稳定的行驶状态时，将被再生制动的后车轴上的制动力矩设定成比根据理想制动力分配而施加在前车轴上的制动力矩分量高直至15％。

15.一种机动车辆制动系统，所述机动车辆制动系统包括在至少一个车轴的车轮上的摩擦制动器，其中用于至少一个车轴的车轮的制动压力生成装置与制动踏板直接作用连接，至少一个电机与至少一个车轴作用连接，该至少一个电机能被用于在施加电再生制动力矩的情况下将动能转换为电能，其特征在于，按照权利要求1至14中的任一项所述的方法进行控制或调节。

16.一种机动车辆，该机动车辆具有内燃机和根据权利要求15所述的机动车辆制动系统。