CN104797481A - 车辆控制 - Google Patents

Abstract

一种用于车辆的速度控制的方法，其包括以下步骤：借助于传感器确定车辆的周围环境中的参数；基于所确定的参数确定行驶通道；确定在所述行驶通道内的运动轨迹以及根据所述运动轨迹控制所述车辆的加速度。在此，根据回收装置的最大能量转化确定所述运动轨迹。所述运动轨迹可以给定为时间和位置的序列或者位置和速度的序列。

Description

车辆控制

技术领域

本发明涉及一种车辆控制。本发明尤其涉及机动车的速度控制，所述机动车具有回收装置(Rekuperator)。

背景技术

机动车包括回收装置，借助于回收装置可以将机动车的动能转换为电能量。经转化的能量可以用于电能量存储装置的充电，其中，车辆可以借助于驱动发动机驱动，该驱动发动机可以由电能量存储装置运行。通常除了回收装置之外还设有摩擦制动设备，借助于该摩擦制动设备可以将车辆的动能转化为热量。该热量通常散发到周围环境并且对于车辆而言不再可用。

已经提出不同的建议，用以通过有利的方式控制机动车的速度。DE 102010 003 449 A1示出机动车车载的用于回收装置的控制装置和用于控制回收装置的方法。

文献DE 10 2006 017 176 A1涉及一种机动车车载的速度调节装置。

发明内容

本发明所基于的任务在于，提出一种用于车辆速度调节的技术，该技术能够以改善的方式实现车辆的节能运行。本发明借助于具有独立权利要求的特征的方法、计算机程序产品和控制装置解决所述任务。从属权利要求再现优选实施方式。

一种根据本发明的用于车辆的速度控制的方法包括以下步骤：借助于传感器确定车辆的周围环境中的参数；基于所确定的参数确定行驶通道；确定在所述行驶通道内的运动轨迹以及根据所述运动轨迹控制所述车辆的加速度。在此，根据回收装置的最大能量转化确定所述运动轨迹。

回收装置通常包括发电机，该发电机通过其结构型式在最大转矩的传递方面受限。现在可以如此确定运动轨迹，使得回收装置在该转矩以下运行，从而可以省去摩擦制动器的操作。由此可以如此控制车辆速度，使得在车辆中存储的动能的增大的份额通过回收装置得以使用，而不是将能量以热的形式辐射。

优选地，如此确定所述运动轨迹，使得所述车辆的减速在其加速度控制的范围中能够尽可能完全借助于所述回收装置实现。在此尤其可以考虑回收装置的最大减速能力。

附加地，可以关于舒适性标准确定所述运动轨迹，以便避免高的加速度。由此可以不仅高能效地而且舒适地设计车辆的速度控制。这两个调节策略可以部分地重叠或者彼此补充，从而车辆运行可以不仅更舒服而且更经济。

优选地，如此确定所述舒适性标准，使得避免尤其在临近减速过程结束时高的加速度。这可以有助于实施均匀的减速，其可以是不仅更高能效，而且更舒适。

在一个特别优选的实施方式中，在所述舒适性标准与所述回收装置的能量转化之间进行加权。因此可以个体地预给定：在车辆的高能效运行和舒适运行之间存在何种优先级关系。

在一种实施方式中，所述加权取决于所述能量存储装置的充电状态，所述能量存储装置能够通过所述回收装置充电。因此，只要能量存储装置具有高的充填度，就可以舒适地自动运行车辆；如果能量存储装置走向耗尽，则可以高能效地自动运行车辆。

可以分别对于预先确定的间隔、例如时间间隔或长度间隔确定运动轨迹，其中，在每个间隔内多次实现运动轨迹的确定。由此，可以动态地对机动车周围环境中的事件作出反应，所述事件例如可以通过其他交通参与者引起。因此，可以以改善的精度实施位于车辆前方的行驶通道的或者位于车辆前方的运动轨迹的确定。

在一种实施方式中，至少对于直至下一次确定的时间确定加速度变化过程并且将其提供给所述车辆的纵向动态性调节装置。纵向动态性调节装置可以在实施重新的确定之前实现加速度变化过程的开始。由此，车辆的加速度变化过程可以更均匀地构型。

可以基于多个参数借助于组合特性曲线确定运动轨迹的加速度变化过程。关于能效、舒适性或这两个标准的组合的优化可以如此快速地并且以很少运算耗费地以控制变量实现。因此，可以节省用于创建组合特性曲线或在这之前在运行时进行划分的处理耗费。可以节省处理资源和存储资源。

根据本发明的计算机程序产品包括程序代码单元，用于当所述计算机程序产品运行在处理装置上时或者存储在计算机可读的数据载体上时实施所述方法。

根据本发明的、用于车辆的速度控制的控制装置包括：用于确定所述车辆的周围环境中的参数的传感器；用于基于所确定的参数确定行驶通道并且用于确定在所述行驶通道内的运动轨迹的处理装置，其中，根据回收装置的最大能量转化确定所述运动轨迹；用于根据所述运动轨迹控制所述车辆的加速度的纵向动态性调节装置。

所述方法和所述控制装置尤其适用于机动车车载的应用。该机动车可以由电能量存储装置驱动，其中，不仅纯电驱动而且混合驱动是可能的。

附图说明

现在应该参考附图更详细地描述本发明。附图示出：

图1：用于车辆的驱动系统的方框图；

图2：具有图1中的机动车的行驶通道和运动轨迹的图；

图3：在图1的机动车上的转矩曲线和加速度曲线；以及

图4：传递函数σ₁；

图5：参数ρ与图1的能量存储装置的充电状态的匹配；

图6：在示例性操纵期间图1的车辆的位移-时间-图；以及

图7：图6的、通过图1的机动车的示例性操纵的变型。

具体实施方式

图1示出用于车辆105的驱动系统100的方框图。车辆105包括可用作发电机的驱动发动机110、用于与驱动发动机110交换电能量的电能量存储装置115、用于控制电能量存储装置115与驱动发动机110之间的能量流的发动机控制装置120、纵向动态性调节装置125以及处理装置130。在一种实施方式中，纵向动态性调节装置125可以与处理装置130一体地实现。处理装置130还与用于扫描车辆105的环境的传感器135以及可选地用于扫描电能量存储装置115的参数的接口140连接。如果驱动发动机110作为发电机运行，则该驱动发动机称为回收装置145。

对于该情况不重要的是，车辆105由哪个源驱动。在不同的实施方式中可以将驱动发动机110、未示出的内燃发动机或其他装置用于此。

图2示出具有用于图1的车辆105的行驶通道205的图200。车辆105沿预先确定的运动方向在道路210上位于途中。借助于一个或多个传感器135——所述传感器可以包括例如视频摄像机、雷达传感器、激光雷达传感器或其他传感器——确定一个或多个参数，处理装置130基于所述一个或多个参数确定行驶通道205。此外，处理装置130在行驶通道205内确定运动轨迹215。运动轨迹215包括如下信息，该信息使得推断出车辆105应在哪个位置具有哪个速度。为此，可以将运动轨迹215给定为时间和位置的序列或者位置和速度的序列。更优选时间或距离受控地直至预测地平线220地实现运动轨迹215的以及通常还有行驶通道205的确定。运动轨迹215的确定基于另外的参数实现，该另外的参数涉及回收装置145的最大能量转化。在下文中假设车辆110始终沿着运动轨迹215的路径或运动，从而转弯、斜坡或坡度是不重要的。

在下文中从以下出发，即应在运动轨迹215上对车辆105进行制动。对于制动过程应使用回收装置145。通过其结构型式，回收装置145或其发电机110具有其能够传递的最大转矩。该转矩是转数相关的并且通过以下公式1给出：

M_Max，Gen(n)   (公式1)

图3示出图1中的回收装置145的可传递的转矩的示例性变化过程。沿竖直方向记录驱动力矩而沿水平方向记录转数。如果沿水平方向记录车辆105的速度而沿竖直方向记录加速度，则车辆105的通过回收装置145最大可引起的减速度定性地具有相同的曲线。在此，在回收装置145的转矩与车辆105的加速度或速度之间的换算可以如下实施：

$a_R=\frac{i}{{\mathrm{mr}}_R}{M}_{\max .\mathrm{Gen}}$    (公式2)

$v_x=\frac{r_R}{i}\·\frac{2\mathrm{\π}}{60}n$    (公式3)

其中：

a_R     回收减速度，单位m/s²

i     电机-车轮变速比

M_Max,Gen     电机的最大发电机力矩

m     车辆质量，单位kg，可能以用于发动机和车轮的旋转质量当量补充

n     电机的转数，单位1/min

r_R     车轮半径，单位m

v_x     车辆速度，单位m/s

因此，在图3中示出的曲线也示出通过回收装置145车辆105的取决于车辆速度的边界减速度，如公式4示出：

a_R(v_x)   (公式4)

为了确定能效——该能效说明车辆105的动能借助于回收装置145如何高效地转换为电能量，在车辆100的摩擦制动器中转化的能量如下确定：

$W_R=\underset{0}{\overset{t_H}{\∫}}{\mathrm{mv}}_x{\mathrm{\σ}}_1(a_R\left(v_x\right)-a_x)\mathrm{dt}$    (公式5)

其中：

a_x   车辆加速度

σ₁(α)   传递函数

t_H   预测地平线220

传递函数σ₁在此相应于图4中示出的函数。

在归一化之后，也就是除以车辆105的质量之后，得到用于回收的品质的品质标准J_R：

$J_R=\frac{W_R}{m}=\underset{0}{\overset{t_H}{\∫}}{v}_x{\mathrm{\σ}}_1(a_R\left(v_x\right)-a_x)\mathrm{dt}$    (公式6)

在一种实施方式中如此确定运动轨迹215，使得回收品质标准J_R尽可能最小化，以便提高车辆105的减速的能效。

在另一实施方式中，除了回收品质标准J_R之外还确定舒适性品质标准J_C，例如通过以下方式：

$J_C=\underset{0}{\overset{t_H}{\∫}}{a}_x^2{e}^{\mathrm{\αt}}\mathrm{dt}$    (公式7)

通过车辆105达到的加速度值越高，则舒适性品质标准J_C越大。在临近所考虑的操纵结束时的加速度值可以特别大幅地加权。为此，在公式7的实施方式中选择参数α>0。

替代地，也可以将冲击(Ruck)在舒适性品质标准中评估为加速度的时间导数：

$J_C=\underset{0}{\overset{t_H}{\∫}}{\left(\frac{{\mathrm{da}}_x}{\mathrm{dt}}\right)}^2{e}^{\mathrm{\αt}}\mathrm{dt}$    (公式8)

在公式8的实施方式中，优选选择参数α≥0，以便特别大幅地给临近所考虑的操纵结束时的冲击加权。

两个品质标准可以与加权参数ρ组合成总品质标准J，其中，如此确定运动轨迹215，使得总品质标准J尽可能最小化。

J＝ρ·J_R+(1-ρ)J_C   (公式9)

在ρ＝1的情况下仅仅评估回收的品质，而在ρ＝0的情况下仅仅评估舒适性的品质。参数ρ可以固定地预给定或者在预先确定的边界内通过车辆105的驾驶员可影响。在一种实施方式中，在存储在能量存储装置115中的能量E与参数ρ之间存在预给定的关系，其中，在图5中示出示例性的关系。

借助于处理装置130，关于车辆105的纵向动态性确定运动轨迹215，其方式是，确定减速度变化过程a_x(t)。在此使得组合的总标准J尽可能最小化：

$J\→\underset{a_x\left(t\right)}{\mathrm{MIN}}$    (公式10)

减速度变化过程的计算一般可以通过优化计算实现。然而，所述优化计算可以是在数值上非常昂贵的。在一种实施方式中可以在减速度变化过程的确定实现之前已经实施用于多个不同初始值的优化计算。优化计算的结果存储在组合特性曲线中，也就是多维表格中，从而处理装置130可以借助于组合特性曲线快速确定加速度值，该加速度值分配给参数的组合：

a(0)＝f(Δx，Δv，α，ρ，t_H)   (公式11)

为了确保可以足够快速地对发生变化的预给定或参数做出反应，有利的是，经常确定运动轨迹215上的加速度变化过程的确定。尤其有利的是，在驶过直至预测地平线220的路段期间多次确定加速度变化过程。因此提出，借助于传感器135以一周期时间扫描车辆105的周围环境，该周期时间显著小于直至达到预测地平线220所过去的时间。例如可以在该时间中实施十个或更多个周期。在每个周期中根据当前位置与预测地平线220之间的时间来确定最优的减速度变化过程。减速度变化过程的、所确定的初始加速度传送到纵向动态性调节装置。替代地，也可以传送初始变化过程a(t)，该初始变化过程描述在当前位置与在其处存在下一周期确定的位置之间的加速度变化过程。在一次确定之后，等待直至该周期的结束并且随后开始最优的减速度变化过程的重新确定。

图6示出图1中的机动车105的示例性操纵600。沿水平方向示出时间，沿竖直方向示出沿着运动轨迹215的位置。第一变化过程605代表如下车辆的位置曲线，该车辆在车辆105前方行驶。行驶在前方的车辆的速度是恒定的并且至少在开始时小于车辆105的速度。第二变化过程610代表车辆105的位置曲线的一些区段。车辆105应接近行驶在前方的车辆并且以一预先确定的间距615跟随该车辆，对于此能够实现不同的速度变化过程并因此也不同的位置曲线。

图7示出三种不同情形705、710和71，它们可以在所述接近的情况下出现。分别沿水平方向示出时间，沿竖直方向示出沿车辆105的运动方向该车辆的加速度。在第一种情形705中，间距615关于车辆之间的速度差Δv是相对大。车辆105的减速度完全在图3的回收边界内延伸，也就是说车辆105的减速度可以在未使用摩擦制动器的情况下完全借助于回收装置145引起。

在第二情形710中，间距615关于速度差Δv是中等大小。在第一区段720中在图3的回收边界上实现车辆105的减速度，而在第二区段725中在回收边界内同样在未使用摩擦制动器的情况下实现车辆105的减速度。

在第三情形715中，间距615关于速度差Δv是相对小。在第一区段730中实现在图3的回收边界另一边的减速度，其中，激活摩擦制动器。在第二区段735中又在回收边界上实现减速度，而在第四区段740中在回收边界内实现减速度。

根据金融援助协议Nr.285526在欧盟的第七框架计划(RP7/2007-2013)的过程中推动引起本发明的工作。

Claims (11)

1.一种用于车辆(105)的速度控制的方法，其包括以下步骤：

借助于传感器(135)确定车辆(105)的周围环境中的参数；

基于所确定的参数确定行驶通道(205)；

确定在所述行驶通道内的运动轨迹(215)以及

根据所述运动轨迹控制所述车辆(105)的加速度，

其特征在于，

根据回收装置(145)的最大能量转化确定所述运动轨迹(215)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，如此确定所述运动轨迹(215)，使得所述车辆(105)的减速在其加速度控制的范围中能够尽可能完全借助于所述回收装置(145)实现。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，附加地关于舒适性标准(J_c)确定所述运动轨迹(215)，以便避免高的加速度。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，如此确定所述舒适性标准(J_c)，使得避免尤其在临近减速过程结束时高的加速度。

5.根据权利要求3或4中任一项所述的方法，其中，在所述舒适性标准(J_c)与所述回收装置(145)的能量转化之间进行加权。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述加权取决于所述能量存储装置(115)的充电状态，所述能量存储装置能够通过所述回收装置(145)充电。

7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，分别对于预先确定的间隔确定所述运动轨迹(215)并且在每个间隔内多次实现所述运动轨迹(215)的确定。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，对于直至下一次确定的时间确定加速度变化过程并且将其提供给所述车辆(105)的纵向动态性调节装置(125)。

9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其中，基于多个参数借助于组合特性曲线确定加速度变化过程。

10.一种计算机程序产品，其具有程序代码单元，用于当所述计算机程序产品运行在处理装置(130)上时或者存储在计算机可读的数据载体上时实施根据以上权利要求中任一项所述的方法。

11.一种用于车辆(105)的速度控制的控制装置(130)，其包括：

用于确定所述车辆(105)的周围环境中的参数的传感器(135)；

用于基于所确定的参数确定行驶通道(205)并且用于确定在所述行驶通道内的运动轨迹(215)的处理装置(130)，其中，根据回收装置(145)的最大能量转化确定所述运动轨迹(215)；

用于根据所述运动轨迹(215)控制所述车辆(105)的加速度的纵向动态性调节装置(125)。