CN107303819B - 车辆的再生制动 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于再生方式制动车辆的方法，其中，借助于第一电机将在制动过程期间产生的电能通过车辆的至少一个第二电机在零转差率模式中的运行被耗散，以便防止车辆的驱动电池的过量充电。

Description

车辆的再生制动
技术领域
本发明涉及一种用于基于再生方式制动车辆的方法以及一种用于执行该方法的车辆。
背景技术
这种在制动车辆时产生的能量可以借助于以再生模式工作的电机转化为电能，从而一方面提供可以在后来的时刻重新用于驱动机动车的电能，另一方面产生负的转矩，借助于该负的转矩可以使车辆减速并可以相应减轻摩擦制动器的负担。
如果可靠地并且恒定地提供对应电机的再生功率，则车辆的摩擦制动装置相对于传统的没有再生辅助装置的车辆结构可以设计得更小并进而更轻，以至于相应的车辆可以构造得更轻并——由此决定——更具有动力或更有效率。
因为车辆供电电池或驱动电池完全充电时再生制动不再供使用，所以需要寻找方案来保证持续可用地运行再生辅助的制动器。
在德国的文献DE 10 2005 051433 A1中描述一种用于依赖于速度使电容器放电的方法，该电容器用于接纳通过再生过程产生的电能。
在德国文献DE 2009 019 527 A1中描述了一种用于管理车辆蓄电池的充电状态的方法。
德国的文献DE 10 2014 116703 A1中公开了一种用于控制车辆的再生式制动过程的方法，其中根据路径信息确定路线的适于给蓄电池充电或放电的分段。
发明内容
在这个背景下提出一种用于基于再生方式制动车辆的方法，其中借助于第一电机在制动过程中产生的电能通过车辆的至少一个第二电机在零转差率模式(Nullschlupfmodus)中的运行被耗散/降低，以便防止车辆的驱动电池的过量充电/过量荷电/过量负荷。
从说明书和从属权利要求中得出设计方案。
所提出的方法尤其用于实现车辆制动器的恒定地基于再生方式的运行。为此根据本发明提出，在车辆制动器的基于再生方式的运行期间、即制动时利用电机产生的能量一直被馈入到相应车辆的驱动电池或蓄能器中，直到使驱动电池充电至预定的阈值为止。对于驱动电池已充电至预定的阈值的情况，根据本发明提出，产生的电能借助于至少一个第二电机在零转差率模式中的运行而被耗散。通过至少一个第二电机在零转差率模式中的运行使电能耗散，可以在持续再生的过程中防止驱动电池的过量充电，和/或可以提供中间蓄能器用于容纳通过未来的再生过程要产生的电能。在使用提出的方法的情况下相应实现了连续的、再生式辅助的制动运行。
借助于根据本发明的方法实现了，可以恒定地、可靠地和重复地提供通过再生运行产生的负转矩、就是说由于再生方式产生的减速度值，从而车辆制动装置可以设计为与由于恒定可用的、再生方式产生的负转矩而相对于传统的技术规格变化的相应技术规格相适配，就是说，尤其通过使用与没有基于再生的制动辅助的传统车辆相比更小和更轻的摩擦制动器。
在本发明的内容中，零转差率模式可以理解为电机的运行模式，在该模式中使用电机来消耗电能，而该电机不驱动相应车辆，就是说电机不产生正转矩并输出到车轮上。例如可以如此实现零转差率模式，即相应的电机的定子的旋转磁场同步地跟随转子转速、亦即电机的转子的运动，从而利用电机的空转损失来耗散电能并由此有针对性地使蓄电池放电，同时没有转矩输出到车轮上。
可以设想的是，根据本发明设置的第一电机和根据本发明设置的至少一个第二电机是相同的，或选择不同的电机作为第一电机和至少一个第二电机。
尤其提出，在再生辅助的制动中，借助于切换至再生模式中的电机辅助于摩擦制动器，从而该电机通过使在制动过程期间产生的机械能转换为电能的方式提供至少一部分由使用者要求的制动力。
在本方法的一可能的设计方案中规定，在制动过程期间产生的电能依赖于车辆的驱动电池的当前的充电状态借助于至少一个第二电机在零转差率模式中的运行而被耗散或传输到车辆的驱动电池上并储存在那里。
为了不是没有必要地通过持续的零转差率运行、亦即相应的电机在零转差率模式中的运行浪费相应量的在制动过程期间产生的电能，在设计方案中提出，该电能的量仅在如下情况下才借助于切换至零转差率模式中的电机被耗散：即驱动电池以高于事先提供的阈值、例如充电98％并且进一步充电会损坏电池，由此可能会造成电机的运行至少受限或制动能力完全失效。相应地规定，持续地监控驱动电池或相应的蓄能器的充电状态，并将该充电状态用作控制单元的输入参量，该控制单元调节借助于要切换至零转差率模式中的电机对能量的耗散。
在本方法的另一可能的设计方案中提出，在制动过程期间产生的电能首先传输到缓冲蓄能器中，随后通过车辆的至少一个第二电机在零转差率模式中的运行被耗散。
通过使用缓冲蓄能器实现了，在控制电池放电时插入时间上的环节。这意味着，借助于缓冲蓄能器可以从驱动电池中获取大量电能或由用于再生过程的电机吸收，并可以在后来的时刻或在比制动过程更长的时间段上借助于切换至零转差率模式中的电机被耗散。
在本方法的另一可能的设计方案中提出，该缓冲蓄能器设置为车辆的驱动电池的部分，其中该缓冲蓄能器设置为车辆的驱动电池的部分，其中当不要求车轮转矩(正的或负的)或在摩擦制动器无再生制动辅助地运行时，通过车辆的至少一个第二电机在零转差率模式中运行而动态地使该缓冲蓄能器放电。由此缓冲蓄能器总是可以维持用于再生制动。这尤其在较长的下坡行驶中具有重要意义。
对于尤其通过再生过程提供大量电能的情况，如在下坡行驶中，为了使车辆对此有准备，可以动态地根据确定的行驶情况，例如在车辆以激活的摩擦制动的方式和/或不要求驱动转矩的运行情况下，通过切换至零转差率模式中的电机实现来自驱动电池的电能的耗散或来自驱动电池的电能向缓冲蓄能器中的分配以用于耗散。
可以设想的是，通过适配用于激活根据本发明的方法的驱动电池的充电状态的阈值，例如依赖于相应的制动系统的数量和强度，运行预防性的放电管理，其中在不通过再生过程提供能量的时间中耗散电能，以便为后来的用于容纳电能的要求提供缓冲。
在本方法的另一可能的设计方案中提出，为耗散电能而切换至零转差率模式中的所述至少一个第二电机相当于用于在制动过程期间产生电能的第一电机。
尤其在单轴驱动的车辆中，通常提供仅一个电机供使用，从而这个电机必须既用于通过再生过程产生电能，又用于耗散由再生过程产生的电能。对此规定，借助于在零转差率模式中的电机一直使相应车辆的驱动电池放电直至低于预定的阈值，从而提供能够用于容纳在后来的再生过程中产生的能量的缓冲蓄能器。缓冲蓄能器当然也可以设置在驱动电池的外部，例如以电容器的形式。在本方法的另一可能的设计方案中提出，对于车辆包括至少两个电驱动的轴的情况，在制动过程期间，借助于为第一轴配置的电机在再生运行期间产生的电能通过相应为第二轴配置的电机在零转差率模式中的运行被耗散。
一旦提供多个电机供使用，如通常在多轴驱动的车辆中是这样的情况，则相应的电机可以以交替运行的方式运行，其中第一电机以再生运行方式产生电能，另一电机在不驱动车辆的情况下耗散由第一电机产生的电能，由此造成，能够间接地通过第一电机的再生运行产生用于使车辆减速的制动能量。
还可以设想，在使用多个电机的情况下实施本方法时，所有的电机可以短暂地切换至再生运行，用于实现尤其高的减速功率，例如在紧急制动的情况下所需要的那样。为此例如可以规定踏板位置的阈值，在超过该阈值的情况下实施紧急制动控制，并且所有电机切换至再生运行。
在本方法的另一可能的设计方案中提出，借助于为第一轴配置的电机产生的电能直接被为第二轴配置的电机耗散。
可以设想，第一电机和至少一个第二电机在功率输出和功率需求方面彼此准确地相互协调，从而可以完全省去缓冲蓄能器，并且通过在再生模式中运行的第一电机产生的电能的相应量直接地、亦即没有中间蓄能器的情况下由至少一个第二电机在零转差率模式中的运行被耗散。
在本方法的另一可能的设计方案中提出，借助于为第一轴配置的电机准确地产生与随后可以被为第二轴配置的电机锁耗散的量一样多的电能。
通过将再生功率适配于由于零转差率模式造成的电能的耗散功率，可以实现持续的“电中性”运行，在该运行中不积累电能。
根据本方法的示例性实施形式提出，在荷满电的车辆中，该车辆在下坡行驶中应借助于车辆的电机的再生运行方式被减速，首先检验，在车辆的驾驶员方面是否存在通过电机产生转矩或输出功率的期望。如果驾驶员要例如借助于摩擦制动器制动或要在“滑行运行”中或在自由模式中(Freimodus)、即在不产生转矩的情况下运行车辆，则电机可以切换至零转差率模式并使车辆的电池由此放电，从而通过再生运行方式产的电能可以重新输送给电池。
此外本发明还涉及一种具有控制器和至少一个电机的车辆，其中该控制器为此设计为，借助于在再生辅助的制动过程中由第一电机产生的电能使车辆的至少一个第二电机在零转差率模式中运行，并由此耗散该电能。
本方法尤其用于运行所提出的车辆。
在所提出的车辆的另一可能的设计方案中提出，该控制器还设计为，根据车辆的驱动电池的充电状态通过切换至少一个第二电机至零转差率模式中来耗散电能。
从说明书和附图中得出本发明的其它优点和设计方案。
不言而喻的是，上述的和下面还有描述的特征不仅以说明的组合方式、还可以以其它组合方式或单独地使用，而没有离开本发明的范围。
附图说明
根据在附图中示意性示出的实施形式并参照附图适应性以及详细描述本发明。
图1示出本方法的一可能的设计方案的示意图。
图2示出具有控制器的车辆的示意图，该控制器设计用于实施本方法的一可能的设计方案。
具体实施方式
在图1中示出用于控制车辆的电机的再生运行的流程图。
对于基于再生方式的制动过程，就是说，在该制动过程中电机在再生运行方式中运行、亦即在该运行中通过制动过程产生的机械能被转化为电能，首先在步骤1中检验，是否可以开始再生式运行方式用于基于再生方式的制动过程，以及是否需要零转差率运行方式，就是说电机在零转差率模式中运行，在该模式中不通过电机产生驱动力矩，然而耗散电能。为此在步骤3中检验，电池、例如车辆的驱动电池的充电状态是否位于例如98％的阈值之下，从而通过再生运行方式产生的电能可以被传输给驱动电池。如果驱动电池的充电状态位于98％的阈值之下，则在不以零转差率模式运行电机的情况下开始再生运行方式，如通过箭头5所示，并将相应产生的电能传输给驱动电池。
如果驱动电池的充电状态位于98％的阈值之上，如箭头7所示，则根据规则9禁止再生运行。然而为了开始再生运行，首先在步骤11中判断，在相应的驾驶员方面是否要求零转矩，就是说“滑行运行”。
如果该驾驶员已经要求零转矩，如箭头15所示，并且电机相应供零转差率运行方式使用，则该电机在步骤13中切换至零转差率运行方式中，以便可以耗散驱动电池中的电能并为通过再生运行方式产生的电能提供缓冲蓄能器。如果驾驶员不要求零转矩或要求由电机提供驱动能，如通过箭头7所示，在步骤3中要重新检查驱动电池的充电状态是否位于98％的阈值之上。如果驱动电池的充电状态掉落到98％以下，则在没有电机的零转差率运行方式的情况下开始再生运行方式，如箭头5所示。如果驱动电池的充电状态一直在98％以上，则或者切换至零转差率模式中、或者响应于驾驶员的要求将电机用于产生转矩，由此同样使驱动电池部分放电。
该零转差率运行方式可以在预定的时间段内实施或一直实施至驱动电池的充电状态的预定阈值为止。无论如何当驾驶员要求电机的转矩时，零转差率运行方式终止，紧接着以根据步骤3检验驱动电池的充电状态重新开始流程，如箭头19所示。为了在驱动电池的充电状态位于98％以上时可靠地执行制动过程并阻止驱动电池通过再生运行方式过量充电，可以设置，仅使用摩擦制动器进行制动过程。然而也可以根据相应由使用者要求的制动力的强度激活紧急运行方式，在紧急运行方式中与驱动电池的充电状态无关地实施基于再生方式的制动过程。
图2示出具有第一电机21和驱动电池23的车辆20。为了持续地以基于再生方式的制动过程使车辆20减速，要求驱动电池以不超过98％的充电状态的方式充电。
在例如下坡行驶中，由于大量制动操作连续向驱动电池23输送电能，为了使驱动电池23以不超过98％的充电状态的方式充电，本发明提出，总是当电机21不用于产生驱动力矩或用于再生运行时，并且例如不具有再生制动辅助的摩擦制动器激活的情况下，切换电机至零转差率模式，在零转差率模式中电机21消耗电能，但是并不产生转矩，从而从驱动电池23中获取电能，并在由驱动电池23提供的缓冲蓄能器中存在容量用于容纳在将来的制动操作中待产生的电能。

Claims (9)

1.一种基于再生方式制动车辆的方法，其中，借助于第一电机在制动过程期间产生的电能通过车辆的至少一个第二电机在零转差率模式中的运行被耗散，在该零转差率模式中第二电机的定子的旋转场同步跟随该第二电机的转子的运动，从而利用该第二电机的空转损失来耗散电能，并由此防止车辆的驱动电池的过量充电，其中，当驾驶员要求所述第一电机或第二电机的转矩时，所述第二电机在零转差率模式中的运行终止。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在制动过程期间产生的电能根据车辆的驱动电池的当前充电状态借助于至少一个第二电机在零转差率模式中运行而被耗散，或被传输给车辆的驱动电池。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在制动过程期间产生的电能首先被传输到缓冲蓄能器中，随后通过车辆的至少一个第二电机在零转差率模式中的运行而被耗散。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，缓冲蓄能器被设计为车辆的驱动电池的部分，其中当车辆在自由模式中运行时，该缓冲蓄能器动态地通过车辆的至少一个第二电机在零转差率模式中运行被放电。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，为耗散电能切换至零转差率模式中的所述至少一个第二电机相当于曾用于在制动过程期间产生电能的第一电机。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于车辆包括至少两个电驱动的轴的情况，在制动过程期间借助于为第一轴配置的第一电机产生的电能通过至少一个为第二轴配置的第二电机在零转差率模式中的运行而被耗散。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助于为第一轴配置的第一电机产生的电能直接被至少一个为第二轴配置的第二电机耗散。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，借助于为第一轴配置的第一电机准确地产生与随后能够被至少一个为第二轴配置的第二电机耗散的量一样多的电能。
9.一种具有控制器和至少一个电机(21)的车辆，其中控制器设计为，根据车辆(20)的驱动电池(23)的充电状态借助于在再生方式辅助的制动过程中由第一电机(21)产生的电能使车辆(20)的至少一个第二电机(21)在零转差率模式中运行，在该零转差率模式中该至少一个第二电机的定子的旋转场同步地跟随该至少一个第二电机的转子的运动，从而利用该至少一个第二电机的空转损失来耗散电能，并由此防止车辆的驱动电池的过量充电，其中，当驾驶员要求所述第一电机或第二电机的转矩时，所述第二电机在零转差率模式中的运行终止。
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