CN108367688B - 操控用于驱动机动车的电机的方法和机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种操控用于驱动机动车(1)的电机(2)的方法，在存在预告驾驶员的将来的加速愿望的预告信号时，提高在电机(2)中产生的至少一个磁场的磁通密度，随后在存在对预告的加速愿望作出确认的确认信号时操控电机(2)以提高其转速和/或其转矩。

Description

操控用于驱动机动车的电机的方法和机动车
技术领域
本发明涉及一种操控用于驱动机动车的电机的方法。
背景技术
在已知的混合动车车辆或纯电动车辆中，一般以如下方式使用驾驶员的加速愿望：通过配置给电机的控制装置来分析处理描述对机动车的加速踏板的操作的信号。这时，便根据该信号来操控电机以产生确定的转速或确定的转矩。为了改善电机的能耗另外已知的是，在机动车停驻的情况下或者在机动车的非主动驱动的滑行运行中取消电机中的磁场，并且仅在重新出现加速愿望的情况下再次建立该磁场。在具有鼠笼式转子的异步电机中，例如在停驻状态或在滑行运行中降低或完全关断通过电机的定子绕组产生的旋转场。在期望机动车加速的情况下重新建立旋转场要求确定的延迟时间，在该延迟时间期间还不能实现转速提高。这降低了机动车的有效加速能力并且例如延长了由0公里/小时加速到100公里/小时所需的时间。
为了改善电动的机动车的加速能力，由文献US 2010/0 116 575 A1已知的是，设有升压转换器，该升压转换器为对定子绕组馈电的变流器提供提高的电压。还设有控制装置，如果检测到被馈电的电机的阻断状态并且加速踏板和制动踏板都没有被操作，那么该控制装置限制提高的电压。然而这也不能实现前述延迟时间的降低。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题是：提出一种改善加速性能或者说改善电机驱动的机动车对驾驶员加速愿望的反应时间的可能方案。
为了解决该技术问题，按照本发明提供一种操控用于驱动机动车的电机的方法，在存在预告驾驶员的将来的加速愿望的预告信号时，提高在电机中产生的至少一个磁场的磁通密度/磁感应强度，随后在存在对预告的加速愿望作出确认的确认信号时操控电机以提高其转速和/或其转矩。
本发明基于如下考虑，即对即将来临的加速愿望进行预测，并且响应于确认信号及时地在电机中建立磁场。因此实施电机的预磁化，这也可以被视为预控制。电机为此优选配置有控制装置，特别是发动机控制装置，其对至少一个输入信号进行分析处理并且在存在被定义为预告信号的输入信号时操控电机以提高在其中产生的至少一个磁场。磁场的提高或建立可以根据电机的类型直接在定子中实现或通过感应效应在转子中实现；也可以直接在转子中实现或通过感应效应在定子中实现。
如果接下来检测到至少一个另外的输入信号，其被定义为确认信号，那么操控电机以提高其转速和/或其转矩，至少一个磁场已经部分地或完全地建立并且如此转速和/或转矩的提高可以通过电机更顺畅地实现。有利地，确认信号描述驾驶员的主动操作输入，其表明(驾驶员希望)机动车立刻加速。换言之，电机由第一运行状态——其中至少一个磁场是解除的或者仅仅以降低的磁通密度产生——在存在预告信号时转变为第二运行状态，在第二运行状态下电机可直接被操控以提高其转速和/或其转矩。特别是，特别是当机动车处于停驻状态时或在滑行运行时，存在电机的第一运行状态。在按照本发明的方法的范围中，原则上可以使用所有类型的电机，特别是异步电机、永磁同步电机或他励同步电机。
通过按照本发明地操控电机，可以缩短或避免提高至少一个磁场的磁通密度所需要的延迟时间，该延迟时间由此产生，即在存在驾驶员加速愿望时首先必须另外建立至少一个磁场，才能在接下来操控电机以提高其转速和/或其转矩。相比于传统方法——这些传统方法临时地提高产生至少一个磁场的电流和/或电压，可以实现改善的加速性能而无需设置附加的功率电子装置，或者在使用升压转换器形式的功率电子装置的同时实现更快地提供由其产生的功率。再者，由于预测而使驾驶员的加速愿望被更快速地转换为真实的转速提高和/或转矩提高，从而能实现机动车的更轻快和偏运动型的行驶性能。
在按照本发明的方法中特别优选的是，电机具有定子，所述定子包括多个用于产生作为所述磁场的定子场的定子绕组，为了提高定子场的磁通密度给定子绕组通电。在此，电机特别优选地构成为异步电机，因为在该情况下总是必须通过定子的旋转场才能产生转子磁场，由此在传统的方法中产生特别高的延迟时间。通过按照本发明的操控可以避免或至少降低在100毫秒数量级的这样的延迟时间。但是，电机也可以特别是具有永久励磁场的同步电机，因为在此情况下也产生用于形成定子场的延迟时间并且(利用本发明方法)可以相应地减小该延迟时间。
在按照本发明的方法中同样可能的是，电机具有转子，所述转子包括用于产生作为所述磁场的励磁场的至少一个励磁绕组，为了提高励磁场的磁通密度给至少一个励磁绕组通电。电机在该情况下一般是他激同步电机，在此情况下特别优选附加地如上所述地给其定子绕组通电以提高定子场的磁通密度。
在按照本发明的方法的实施中有利地使用在机动车的行驶操作装置被操作时产生的确认信号。典型地行驶操作装置是机动车的加速踏板，其中根据机动车的构成自然也可以使用旋转手柄或其他手动操作装置形式的行驶操作装置。驾驶员以传统方式激活机动车的加速，其中由于预先建立了至少一个磁场而使加速愿望被顺畅地实现。
关于适合的预告信号的选择也可以考虑多种可能。在按照本发明的方法中例如优选的是，使用如下的预告信号：该预告信号在制动操作装置被松脱时产生。制动操作装置在此优选地作用于行车制动设备并且可以构成为制动踏板或制动手柄。同样，预告信号可以在机动车的驻车制动器被松脱时产生。在此重要的是，由制动操作装置被松脱可以假设：驾驶员想要在接近的将来加速机动车，并且为这样的将来的加速愿望作准备应当提高磁场。
替代或附加于此也可以规定，使用如下的预告信号：该预告信号在不与行驶操作装置相对应的操作元件被操作时产生。在此可以例如涉及机动车的人机界面的按键元件或可能的调节装置，由此驾驶员可以预告机动车的顺畅加速。一般地，驾驶员借助于这样的操作元件将机动车切换到运动型模式或诸如此类，其除了作为预告信号的作用之外也可以预定用于偏运动型的行驶运行的底盘设定或诸如此类。如果驾驶员操作这样的操作元件，那么据此可以假设，驾驶员在接近的将来具有加速愿望。
同样在按照本发明的方法中可以规定，使用如下的预告信号：通过对接近传感器的传感器数据的分析处理产生，所述接近传感器检测驾驶员对行驶操作装置的接近。为此行驶操作装置亦即特别是加速踏板具有接近传感器，其检测驾驶员的运动特别是其脚向行驶操作装置的运动并且将其分析处理为驾驶员的即将来临的加速愿望。如此产生的预告信号的特别的优点在于，驾驶员可以非故意地利用其通常的用于加速机动车的运动来激活预告信号，从而根据对接近传感器的传感器数据的分析处理能短时间地通过对行驶操作装置的接触产生确认信号。
在具有内燃机和自动变速器的经典机动车中再者已知的是“弹射起动(launchcontrol)”功能，其中通过同时操作制动踏板和加速踏板在驻车中使内燃机处于提高的转速并且接着通过起动离合器最大加速。在电动的机动车中然而经常不设有能实现这一起动过程的起动离合器。然而为了给通过电机驱动的机动车的驾驶员提供类似功能，可以在按照本发明的方法的范围中在机动车的停驻状态下使用如下的预告信号：该预告信号在行驶操作装置连同制动操作装置一起被操作时产生，在存在该预告信号时使用在制动操作装置被松脱时产生的确认信号。这样，驾驶员便可以在该状态下以已知的方式通过同时操作制动踏板和加速踏板来产生预告信号，并且要求提高至少一个磁场的磁通密度。如果驾驶员随后松脱了制动操作装置，那么可以立即操控电机以提高转速和/或转矩并且提供其转矩，而不必由于需要首先建立至少一个磁场而使该加速过程延迟一延迟时间。
此外可以在按照本发明的方法中有利地规定，使用如下的预告信号：该预告信号通过对描述机动车沿行驶方向的环境的环境信息进行的分析处理产生。这样的环境信息可以例如通过机动车的导航装置提供，其输出信号作为电机的控制装置的输入信号是可分析处理的。类似地，环境信息但是也可以通过机动车的传感器如图形传感器、超声波传感器、雷达传感器或激光传感器或检测机动车的行驶状态的传感器例如机动车的行驶动力学控制设备产生。有利地，控制装置通过连接到机动车的总线系统获得这些环境信息，控制装置获得其数据信号以获取被定义为预告信号的数据信号。
如此例如可以规定，环境信息描述速度限制的取消或提高。这样的环境信息例如可以由导航装置或借助于检测机动车环境的摄像机获得。将这样的环境信息理解为预告信号是特别适宜的，因为由此可以得出：驾驶员在得知最高允许速度被取消或提高的情况下将立即加速车辆。
替代地或附加地，但是也可以使用描述所要行驶的弯道的弯道顶点的通过性的环境信息。这样的环境信息可以通过导航装置的拓扑地图信息或者通过分析处理机动车的横摆角速度或转向角获得，为此特别是分析处理行驶动力学控制设备的传感器数据。如果驾驶员在驶入弯道时例如已经结束了对行驶操作装置的操作，从而以合适的速度驶过弯道，那么随着通过了弯道顶点由此可以考虑的是，该驾驶员又将使机动车加速，从而如此选择的预告信号能实现加速愿望的特别接近现实的预测。
最后特别优选的是，环境信息描述信号灯设备的灯信号，该灯信号给予通行许可或预告通行许可的给予或结束。在实践中，如果信号灯设备预告或给予通行许可，特别是通过红灯的解除、通过由红灯过渡到黄灯、由红灯过渡到红灯和黄灯或者由黄灯和/或红灯过渡到绿灯，那么驾驶员一般会加速其机动车。但是同样可以考虑的是，所接近的信号灯设备例如通过黄灯来预告通行许可不久将会结束，驾驶员也会使其车辆再次加速以便更快速地通过信号灯设备。通过分析处理机动车摄像机的图像数据可能产生这样的环境信息，该环境信息同样被分析处理为预测将来的加速。但是也可以考虑的是，这样的环境信息通过机动车与基础设施通信来提供。
在按照本发明的方法中有利地也可以规定，如果存在预告信号之后又经过了预定的时间段并且没有出现确认信号，则减小磁通密度。如果在提高至少一个磁场的磁通密度之后表明：驾驶员没有输入加速愿望，那么在经过预定的例如1秒至10秒的时间段之后取消所准备的磁通密度提高，以便降低电能需求。
此外本发明涉及一种机动车，其包括用于驱动机动车的电机和控制装置，控制装置能根据按照本发明的方法来操控该电机。按照本发明的全部实施方案可以类似地转用于按照本发明的机动车，从而通过这些实施方案也可以实现前述优点。
附图说明
本发明另外的细节和优点由在下文中描述的实施例以及根据附图产生。其中：
图1示出按照本发明的机动车的原理图。
图2示出按照本发明的操控用于驱动图1所示的机动车的电机的方法流程图。
具体实施方式
图1示出机动车1的原理图，其包括用于驱动机动车1的电机2、多个车轮3、操控电机2的控制装置4以及数据总线5，控制装置4访问该数据总线，电机2的转矩被传递给车轮。
机动车1此外具有行驶操作装置6，其形式为具有接近传感器7的加速踏板，接近传感器7检测驾驶员的脚对行驶操作装置6的接近并且产生描述该接近的传感器数据。再者设有制动踏板形式的作用于机动车1的行车制动设备的第一制动操作装置8以及以手柄形式的作用于机动车1的驻车制动器的第二制动操作装置9。通过操作元件10——其构成为人机界面上的按键元件或输入手段，驾驶员可以激活机动车1的运动型模式，在该运动型模式下至少是还设定更硬的底盘设定。此外，机动车1具有行驶动力学控制设备11，其实现电子稳定程序(ESP)的功能并且包括用于确定行驶参数的多个传感器，行驶参数例如是横摆角速度或转向角。此外设有导航装置12，其提供机动车1周围的拓扑地图信息。在机动车中在前侧还设有摄像机13和另外的环境传感器14，其形式例如是雷达传感器、超声波传感器或激光传感器，它们检测机动车沿行驶方向的环境。示例性地示出了交通标志15以及信号灯设备16，它们可以处于机动车1的环境中。再者，机动车1通过机动车的通信装置17经由机动车与基础设施通信获得关于信号灯设备16的运行状态的信息。上述各装置分别与数据总线5通信连接并且据此提供用于控制装置4的数据信号。
电机2构成为异步电机并且包括带有多个定子绕组19的定子18以及鼠笼式转子形式的转子20。定子绕组20产生定子场形式的磁场，该磁场的磁通密度能根据控制装置4进行的操控而被改变。控制装置4此外具有存储单元21和计时器22并且以如下所述的方式操控电机2：
图2示出了操控用于驱动机动车1的电机2的方法的流程图。
在步骤S1中，电机2处于第一运行状态，其中定子绕组19仅仅以非常小的功率被通电，这是因为机动车1处于停驻状态或者以滑行方式行驶。该方法现在的目标在于，在驾驶员的加速愿望下尽可能快地导入加速过程，亦即不存在由定子绕组19产生定子场所必须的延迟时间或仅具有很小的延迟时间。
为此在步骤S2中持续检查：是否存在预告驾驶员的加速愿望的预告信号。为此获取并分析处理在数据总线5上的数据信号，在存储单元21中保存确定的作为预告信号要分析处理的数据信号。使用的预告信号在此被定义为：在存在该预告信号的情况下能推断出驾驶员即将到来的加速愿望。
首先，如果驾驶员松脱了制动操作装置8、9、对操作元件10进行操纵以切换到运动型模式、或者接近传感器7产生的传感器数据表明驾驶员的脚接近了行驶操作装置6，则假设驾驶员将加速。此外，控制装置4也分析处理确定的、通过行驶动力学控制设备11、摄像机13、另外的环境传感器14或通信装置17产生的环境信息作为控制信号。
这样，获取来自交通标志15的速度限制的取消或提高并将其分析处理作为预告信号，因为由此可以推断出：驾驶员将要加速机动车1。与之类似地，在获取到通行许可被给予或预告通行许可将被给予或结束的信号灯设备16的交通标志时也假定存在这样的尽快的加速愿望。这种情况例如在如下情况下存在：如果交通标志(根据通过符合道路交通法律的规定预定的灯光序列)由红到绿、由红到黄、由红到红黄、由黄到绿或由红黄到绿的变换。同样规定，在获取到通行许可的结束时、亦即在由绿到黄或者由绿到绿黄变换时分析处理得出预告信号，因为驾驶员在该情况下可能想要短期加速，以便还在通行许可取消之前合法地通过信号灯设备16。在相应配备信号灯设备16的情况下，相应的信号状态也可以通过通信装置17通过车辆与基础设施通信传送并且被相应地被分析处理。
此外还规定，如果存在的环境信息描述机动车1通过了所行驶的弯道的弯道顶点，则产生预告信号。为此，分析处理机动车1的转向角和横摆角速度以及来自导航装置17的关于弯道走向的拓扑地图信息，转向角和横摆角速度通过行驶动力学控制设备11获取。
再者，如果机动车处于停驻状态并且行驶操作装置7和第一制动操作装置8同时被操作，那么产生另一预告信号。加速踏板和制动踏板的这样的操作相应于具有内燃机的经典机动车的弹射起动功能，其中为了产生尽可能高的起动加速度使得内燃机在起动离合器分离的情况下处于高转速。
如果没有上述预告信号存在，那么周期性地重复步骤S2。而如果存在预告信号，那么方法在步骤S3中继续并且将电机2转变到第二运行状态。在此操控电机2以提高定子18的定子场的磁通密度，其中以较高功率给定子绕组19通电。那么通过预磁化在定子18内形成有力的旋转场，以便能在驾驶员将来的加速愿望下实现机动车1的顺畅加速。这也可以视为电机2的预控制。在此如此选择旋转场的频率，使得旋转场与转子20的转速同步地运行，亦即不会通过电机2产生转矩。此外在步骤S3中触发计时器22。
该计时器在步骤S4中检查：是否经过了预定的、在存储单元21中保存的时间段。如果不是这样，方法以接下来的步骤S5继续，其中检查确认预告加速愿望的确认信号是否存在。作为确认信号在存储单元21中保存行驶操作装置7的操作。然而如下情况例外：即预告信号是同时操作行驶操作装置6和第一制动操作装置8。在该情况下，作为确认信号检测第一制动操作装置8的松脱，这对应于在利用经典内燃机的弹射起动下的加速的起动。如果不存在确认信号，那么对于方法的进一步的实施跳转回到步骤S4。
否则，在存在确认愿望的情况下执行步骤S6，其方法是操控电机2以提高其速和转矩。亦即，现在如此给定子绕组19通电，使得关于转子20的转动频率产生转移并且如此将转矩以提高的转速引导给车轮3。因此，在检测到驾驶员的加速愿望时或者通过操作行驶操作装置6或者通松脱第一制动操作装置8直接实现加速。在常规电机的操控中——该电机仅仅利用对加速踏板的操作来操控——在这一时刻必须首先建立磁场，然后才能实现转速或转矩的提高以及由此带来的加速。通过该方法避免了为此需要的延迟时间并且能实现加速的更快速的开始。
如果在步骤S4中计时器达到预定时间段，而在该时间段内没有出现确认信号，则方法在步骤S7中继续。在该步骤中降低定子场的磁通密度，其方法是操控电机2以减小定子绕组19的通电。在所预测的加速愿望后并没有出现驾驶员的实际的相应动作，从而为了避免进一步的用于备用地维持定子场的能量消耗而使定子场又返回到第一运行状态。该方法随后在步骤S2中以检查新的预告信号的存在继续。
然而上述方法不限于异步电机，原则上可以使用任意类型的电机。磁场的提高或建立例如可以直接在转子20中实现，也可以通过定子18中的感应效应实现。在机动车1的另一实施例中，电机2是永磁同步电机，其中也在此在步骤S3中提高定子场的磁通密度，从而对于这样的电机2实现一定程度的延迟时间降低。
在机动车1的另一实施例中，电机2构成为他激同步电机，转子20具有用于产生励磁场的励磁绕组。在操控该电机2时，在步骤S3中附加地也通过给转子20的励磁绕组通电来提高励磁场的磁通密度。这样也能实现在机动车1的加速中的延迟时间的显著降低。

Claims (6)

1.一种操控用于驱动机动车(1)的电机(2)的方法，在存在预告驾驶员的将来的加速愿望的预告信号时，提高在电机(2)中产生的至少一个磁场的磁通密度，随后在存在对预告的加速愿望作出确认的确认信号时操控电机(2)以提高其转速和/或其转矩，
使用如下的预告信号：该预告信号通过对描述机动车(1)沿行驶方向的环境的环境信息进行的分析处理产生，环境信息描述的是：速度限制的取消或提高、和/或机动车(1)所行驶的弯道的弯道顶点被通过、和/或信号灯设备(16)的灯信号，该灯信号给予通行许可或预告通行许可的给予或结束，电机(2)具有定子(18)，所述定子包括多个用于产生作为所述磁场的定子场的定子绕组(19)，为了提高定子场的磁通密度给定子绕组(19)通电；和/或电机(2)具有转子(20)，所述转子包括用于产生作为所述磁场的励磁场的至少一个励磁绕组，为了提高励磁场的磁通密度给至少一个励磁绕组通电。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用在机动车(1)的行驶操作装置(6)被操作时产生的确认信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，使用如下的预告信号：该预告信号在制动操作装置(8、9)被松脱时产生和/或通过对接近传感器(7)的传感器数据的分析处理产生，所述接近传感器检测驾驶员对行驶操作装置(6)的接近。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在机动车(1)停驻的情况下使用如下的预告信号：该预告信号在行驶操作装置(6)连同制动操作装置(8)一起被操作时产生，在存在该预告信号时使用在制动操作装置(8)被松脱时产生的确认信号。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，如果存在预告信号之后又经过了预定的时间段并且没有出现确认信号，则减小磁通密度。
6.一种机动车，包括用于驱动机动车(1)的电机(2)和控制装置(4)，其特征在于，控制装置(4)能根据上述权利要求之一所述的方法来 操控该电机(2)。
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