CN105764765A - 用于控制电动车辆或混合动力机动车辆的再生制动的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制配备有电动动力传动系或混合动力传动系的机动车辆的再生制动的系统，该系统包括：用于确定修正系数的一个装置(5)，该装置在其输入端处被连接至用于估算驾驶条件和车辆的特征的一组(6)传感器和/或装置；以及用于确定制动设定的一个装置(7)，该装置在其输入端处被连接至用于确定该修正系数的该装置(5)、并且被连接至多个存储器(8)，这些存储器包括再生制动设定的根据该动力传动系的转速的、对应于基本上为零的倾斜和基本上等于该车辆的基准重量的车辆重量的两个图谱。

Description

用于控制电动车辆或混合动力机动车辆的再生制动的方法和系统

技术领域

本发明的技术领域是对电动车辆或混合动力车辆的电动动力传动系的控制。

背景技术

电机控制是用其所有的传感器、和控制软件以及电子器件来管理电动机的技术。在被称为ECU(电子控制单元)的计算机中包含了所有的命令和控制规则(软件策略)以及将电机特征化的多个参数(标定)。

在电动车辆或混合动力车辆中，电动机控制可以将驾驶者的期望(加速器踏板和制动踏板)解释为正的转矩设定点或负的转矩设定点。然后将用于由电机供应的转矩的这种(正或负)设定点传递给功率电子器件(反相器、斩波器等)，这些功率电子器件用公式表达出对应于电设定点(电压和电流)的对应幅值。电动机将电功率转变为机械功率，有可能经由减速变速箱将机械功率以转矩的形式传递给车轮。

机电部件的这种集合将驾驶者的设定点转矩传递给车轮并且被称为传动系。

在机动车辆中存在电动机器意味着其运行的可逆性质可以得到良好的利用。在制动阶段过程中，可以将机械功率转变为可以存储在电池中的电功率。这种制动(被称为再生制动)可以增加车辆的自主性并且在混合动力车辆的情况下可以减少燃料的消耗。

在现有技术中，电动车辆的电动机器的工作区是由两条曲线界定的，在电机模式下的最大转矩的一条曲线以及在发电机模式下的最小转矩的一条曲线。

在电机模式下的最大转矩的曲线是由传动系的最大性能以一个恒定转矩区(低速区)和一个恒定功率区(高速区)限定的。

在发电机模式下的最小转矩的曲线同样部分地由传动系的性能限定，但是也根据制动踏板的位置来调整。确切地，当制动踏板上没有施加压力时，最小转矩设定点可以模拟发动机制动。当给制动踏板施加压力时，转矩设定点被内插替换在离脚转矩设定点与发电机模式下的最小转矩的曲线之间。施加给制动踏板的压力越大，转矩设定点就越趋向于发电机模式下的最小转矩。

在制动器上没有压力时的最小转矩的曲线被设计成符合当车辆具有接近基准质量的质量、经受基本上为零的坡度以及基准摩擦力时的减速水平。作为结果，在下坡中，当驾驶者既没有给加速器施加压力也没有给制动器施加压力时，再生制动是由在制动器上没有压力时的最小转矩的曲线来限制的，并且这样的影响是：

-以过量的车辆加速限制车辆的自主性，

-或者在制动踏板上的动作方面给驾驶者布置要求。

因此，在上坡中，当驾驶者既没有给加速器施加压力也没有给制动器施加压力时，存在的风险是再生制动可能过量，并且这样的影响是：

-产生过量的减速，

-或者在加速器踏板上的动作方面给驾驶者布置要求。

通过类推，可以将车辆质量的增加或摩擦力的减小类比为下坡。相反，可以将车辆质量的减小或摩擦力的增加类比为上坡。

文件JP3441552披露了一种基于对速度的控制来控制电动车辆的再生制动的方法，从而限制下坡中对机械制动的使用并且由此限制其磨损。然而，该文件仅将坡度纳入考虑。

因此，在现有技术的文件中，可以看出的是，再生制动水平被限定成仅当坡度基本上为零时符合于减速水平，并且这种符合度在以下情况中缺失：

-在上坡和下坡中，

-一旦车辆的质量(例如，乘客的数量、拖车等)方面发生变化，

-施加给车辆的摩擦力(例如，轮胎磨损、道路表面的条件等)方面发生变化时。

从某些文件中，看来再生制动水平是经由计算环路来修正的，该计算环路根据加速水平来添加或去除转矩增量。这种修正是缓慢的，因为需要观察在加速方面的差异，以便使得计算环路能够朝着用于再生制动的修正值收敛。

作为结果，如果增量过高则存在这种修正可能导致转矩波动的风险，并且如果在不均匀坡度上增量过于缓慢则存在在加速中产生变量的风险。

因此需要一种控制方法和系统，在制动踏板上没有压力时确定对于制动的设定点时，能够将坡度、车辆的质量、和施加在车辆上的任何摩擦力考虑在内。

发明内容

本发明的一个主题是一种用于控制配备有电动动力传动系或混合动力传动系的机动车辆的再生制动的方法。该方法包括以下步骤：

确定驾驶者既没有压踏加速器踏板也没有压踏制动踏板，

根据由电机供应的转矩、车辆的速度和车轮处的角速度、坡度、车辆的质量以及摩擦力来确定一个修正系数，并且

接下来，根据该修正系数以及转矩的根据该动力传动系的转速的、对应于基本上为零的坡度和基本上等于该车辆的基准质量的车辆质量的两个图谱来确定在该制动踏板上没有压力时对于再生制动的设定点。

方法可以包括在确定该修正系数的步骤与确定该制动设定点的步骤之间的一个调整步骤，在该调整步骤过程中，根据从运行条件以及该车辆的特性、尤其是坡度、该车辆的质量、或施加给该车辆的摩擦力推导出的至少一个值来调整该修正系数。

该方法可以包括对该相关系数进行滤波的一个步骤。

本发明的另一个主题是一种用于控制装备有电动动力传动系或混合动力传动系的机动车辆的再生制动的系统。该系统包括：确定该修正系数的一个确定装置，该确定装置在输入端处被连接至估算这些运行条件和该车辆的特性的一组传感器和/或装置、并且被连接至能够确定没有压下该加速器踏板和该制动踏板的一个确定装置；以及用于确定该制动设定点的一个确定装置，该确定装置在输入端处被连接至确定该修正系数的该确定装置、并且被连接至多个存储器，这些存储器包含多个再生制动点的根据该动力传动系的转速的、对应于基本上为零的坡度和基本上等于该车辆的基准质量的车辆质量的两个图谱。

该系统可以包括一个调整装置，该调整装置被连接在确定该修正系数的该确定装置与确定该制动设定点的该确定装置之间，从而根据这些运行条件以及该车辆的特性、尤其是坡度、该车辆的质量、或施加给该车辆的摩擦力推导出的至少一个值来调整该修正系数。

该系统可以包括一个滤波装置，该滤波装置被定位在确定该修正系数的该确定装置的输出端处，从而限制该修正系数中的变化的幅度。

因此本发明提出了一种用于在制动踏板上没有压力时确定再生制动的新颖的原理，该原理将车辆自身所在的(上坡或下坡)坡度考虑在内。

因此，本发明提供了不再具有响应时间的优点，因为设定点修正仅取决于在坡度、质量和摩擦力方面的变化。

此外，本发明还提供了既不在转矩中产生波动也不在加速度中产生变化的优点。

其还具有的优点是即使车辆在减速的情况下也能够适配于在质量、坡度和摩擦力(风等)方面的变化。

附图说明

通过阅读以下仅仅通过非限制性实例给出的并且参照附图作出的说明，本发明的进一步的目的、特征和优点将会变得清楚，在附图中：

-图1展示了用于控制电动车辆或混合动力机动车辆的再生制动的方法，并且

-图2展示了用于控制电动车辆或混合动力车辆的再生制动的系统。

具体实施方式

该控制方法总体上包括一个步骤，在该步骤过程中，依次确定在坡度、质量或摩擦力方面的变化关于在基本上平坦地面上运行的车辆的影响。接下来，确定反映由车辆经历的变化的修正因子。该方法然后包括第二步骤，在该第二步骤过程中，根据修正因子来确定再生制动设定点。

为了确定在坡度、质量或摩擦力方面的变化的影响，通过应用基础动力学原理来计算作用在车辆上的力的平衡。于是这给出了以下方程：

∑F＝M·γ(Eq.1)

其中

∑F：是施加给车辆的力的和，

M：是车辆的质量，并且

γ：是车辆的加速度。

对于在基本上平坦地面(这意味着地面没有坡度)上运行的车辆，可以相应地重写方程Eq.1。

∑F＝F_摩擦力+F_驱动力＝M·γ(Eq.2)

其中

F_摩擦：是摩擦力

F_驱动：是由车辆产生的驱动力

在坡度、质量或摩擦力方面变化的情况中，引入了与力一致的修正项F_Cor。然后方程Eq.2重写为以下形式：

∑F＝F_Cor+F_摩擦力+F_驱动力＝M·γ(Eq.3)

因此可以从方程Eq.3中提取用于修正项F_Cor的以下表达式如以下形式：

F_Cor＝M·γ-F_摩擦力-F_驱动力(Eq.4)

在车轮与地面的接触点处表达和演变方程Eq.4获得以下方程：

F_cor＝F_车轮-F_摩擦-F_惯量(Eq.5)

其中：

F_cor＝根据在坡度的角度grad、质量和车辆的摩擦力方面的变化而施加给车轮的修正力，

F_车轮＝在车轮处的驱动力，并且

F_摩擦＝由阻力摩擦负载、尤其是气动负载和轮胎摩擦造成的参考力。

F_惯量＝由于车辆的运动部分(尤其是动力传动系、减速变速箱和车轮)的惯量引起的力。

项F_cor可以表达为以下形式：

F_Cor＝M_vh·g·sin(α_grad)(Eq.6)

其中

M_vh＝车辆的基准质量，

g＝由于重力引起的加速度，

α_grad＝坡度的角度，

项F_车轮可以表达为以下形式：

其中

C_pplant＝由电机提供的转矩，

r_减速＝在动力传动系与车轮之间的减速比，

R_车轮＝车轮的半径，

项F_摩擦可以表达为以下形式：

其中

ρ_空气(P,T)＝根据压力和温度的空气的密度，

SC_x＝车辆的正面面积与阻力的参考系数相乘的积，

V_vh＝车辆速度，

K＝摩擦的参考轮胎系数，

项F_惯量可以表达为以下形式：

其中

J_pplant＝动力传动系的惯量，

J_车轮＝车轮的惯量，

J_减速＝在动力传动系与车轮之间的减速系统(＝减速齿轮或变速箱)的惯量，

因此可以看出的是，在考虑正弦函数的一阶发展时，项F_cor与呈百分比表示的道路的坡度、质量和摩擦力成比例地变化。

已知由动力传动系提供的力F_pplant和车轮的转速ω_车轮，两项足以限定修正力F_cor。这些项是摩擦力F_摩擦和惯量力F_惯量。

使用方程5至方程9，于是可以通过将项F_cor归一化使得其在-1与+1之间变化来限定修正系数Coeff_cor。于是将修正系数Coeff_cor表达为以下形式：

其中：

A：仅取决于齿轮箱比和车轮的直径的系数，

B和C是在校准表中分组在一起的系数，

Coeff_cor：以％为单位的估算修正系数，从对应于下坡、车辆质量增加或摩擦力减小的-100％变化至对应于上坡、车辆质量减小或摩擦力增加的+100％。

图1展示了用于控制电动车辆或混合动力机动车辆的再生制动的方法。在控制方法的第一步骤1的过程中，确定修正系数。还确定驾驶者没有压下制动踏板和加速度踏板。

在第二步骤2的过程中，然后根据修正系数通过对再生制动的两条设定点曲线的线性内插来计算在制动踏板上没有压力时对于再生制动的设定点。这些设定点曲线根据动力传动系的对应于基本上为零的坡度和基本上等于基准质量的车辆质量的转速来提供对应于制动转矩的值。

第一曲线限定了对于在制动踏板上没有压力时的再生制动在修正系数Coeff_cor增加后的最大值。

第二曲线限定了对于在制动踏板上没有压力时的再生制动在修正系数减少后的最大值。

这两条曲线被限定作为根据电机制动的希望感觉的校准。

因此，根据由应用方程Eq.10确定的修正系数Coeff_cor如以下形式来计算再生制动设定点C_{br_sp}：

$C_{br\_sp}=\frac{\[C_{br\_a\_sp}\·(\frac{{\mathrm{Coeff}}_{cor}}{100}+1)+C_{br\_d\_sp}\·(1-\frac{{\mathrm{Coeff}}_{cor}}{100})\]}{2}---\left(Eq.11\right)$

其中：

C_{br_a_sp}＝在上坡中在制动踏板上没有压力时对于再生制动的设定点

C_{br_d_sp}＝在下坡中在制动踏板上没有压力时对于再生制动的设定点

这种计算可以根据在坡度、质量和摩擦力方面的变化来获得再生制动中的变化。

必须注意的是，可以通过考虑对应于对修正系数Coeff_cor进行加权的加权因子来确定修正因数的重建值，该加权因子非线性地取决于车辆所经历的坡度。

然后，相关系数的重建值替代方程11中的修正系数Coeff_cor的值。于是可以在控制方法的步骤1与步骤2之间插入步骤3。

此外，还可以对修正系数进行滤波，以便限制在发动机制动中与在坡度、质量和摩擦力方面过强的变化相关联的过于突然的变化。因此，可以在控制方法的步骤1与步骤2之间插入步骤4(可以与步骤3结合)。

图2展示了用于控制电动车辆或混合动力车辆的再生制动的系统。该系统包括确定修正系数的装置5，该装置被连接至用于估算运行条件和车辆的特性(例如质量)的一组6传感器或装置。该确定装置5还在输入端处被连接至一个能够确定加速器踏板和制动踏板尚未被压下的确定装置6a。

用于确定修正系数的确定装置5应用方程Eq.10，从而确定修正系数。

该系统还包括用于确定制动设定点的确定装置7，该确定装置在输入端处被连接至确定装置5(该确定装置确定修正系数)并且被连接至多个存储器8，这些存储器包含再生制动设定点根据动力传动系的转速的两个图谱。

该确定装置7通过应用方程Eq.11根据修正系数和图谱来确定再生制动设定点。

调整装置9可以被连接在确定修正系数的确定装置5与确定制动设定点的确定装置7之间，从而根据从这些运行条件和从该车辆的特性推导出的至少一个值来调整修正系数。

滤波装置10也可以被定位在确定修正系数的确定装置5的输出端处，从而限制修正系数变化的幅度。滤波装置10可以与调整装置9相关联或者排他地使用。

Claims (6)

1.一种用于控制配备有电动动力传动系或混合动力传动系的机动车辆的再生制动的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

确定驾驶者既没有压踏加速器踏板也没有压踏制动踏板，

根据由电机供应的转矩、车辆的速度和车轮处的角速度、坡度、车辆的质量以及摩擦力来确定一个修正系数，并且

接下来，根据该修正系数以及转矩的根据该动力传动系的转速的、对应于基本上为零的坡度和基本上等于该车辆的基准质量的车辆质量的两个图谱来确定在该制动踏板上没有压力时对于再生制动的设定点。

2.如权利要求1所述的方法，该方法包括在确定该修正系数的步骤与确定该制动设定点的步骤之间的一个调整步骤，在该调整步骤过程中，根据从运行条件和从该车辆的特性、尤其是坡度、该车辆的质量、或施加给该车辆的摩擦力推导出的至少一个值来调整该修正系数。

3.如以上权利要求中任一项所述的方法，包括对该相关系数进行滤波的一个步骤。

4.一种用于控制装备有电动动力传动系或混合动力传动系的机动车辆的再生制动的系统，其特征在于，该系统包括：确定该修正系数的一个确定装置(5)，该确定装置在输入端处被连接至估算这些运行条件和该车辆的特性的一组(6)传感器和/或装置、并且被连接至能够确定没有压下该加速器踏板和该制动踏板的一个确定装置(6a)；以及用于确定该制动设定点的一个确定装置(7)，该确定装置在输入端处被连接至确定该修正系数的该确定装置(5)、并且被连接至多个存储器(8)，这些存储器包含多个再生制动点的根据该动力传动系的转速的、对应于基本上为零的坡度和基本上等于该车辆的基准质量的车辆质量的两个图谱。

5.如权利要求4所述的系统，该系统包括一个调整装置(9)，该调整装置被连接在确定该修正系数的该确定装置(5)与确定该制动设定点的该确定装置(7)之间，从而根据从这些运行条件和从该车辆的特性、尤其是坡度、该车辆的质量、或施加给该车辆的摩擦力推导出的至少一个值来调整该修正系数。

6.如权利要求4和5中任一项所述的系统，该系统包括一个滤波装置(10)，该滤波装置被定位在确定该修正系数的该确定装置(5)的输出端处，从而限制该修正系数变化的幅度。