CN110065396B - 用于运行机动车的方法以及机动车 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于运行机动车(2)的方法，该机动车具有用于使机动车(2)正加速或负加速的电机(12)和用于使机动车(2)的速度降低的机械式制动设备(16)。在特定的制动运行模式中获取减速要求(V)，根据减速要求(V)确定电机(12)的理论转速曲线(nsoll)。将电机(12)的实际转速(nist)匹配到所确定的理论转速曲线(nsoll)以使机动车(2)的速度降低。

Description

用于运行机动车的方法以及机动车
技术领域
本发明涉及一种具有权利要求1前序部分所述特征的、用于运行机动车的方法。本发明还涉及一种具有权利要求9前序部分所述特征的机动车。
背景技术
当前，在车辆领域的电气化范围中已知混合动力和/或纯电动的机动车。这类机动车要么仅具有电机、要么同时具有内燃机和电机。电机在此一方面用于驱动机动车、即作为电动机起作用。电机另一方面还作为用于(回)馈电能的发电机起作用，该电能例如用于使电机运行和/或用于使机动车的电部件运行。在此，根据发电机原理，运行中的机动车的动能被用于使电机以发电机方式运行、因此将动能转化为电能且然后例如存储在机动车中的电池中。
能量的这种(回)馈也被称作再生。文献DE 102013215670A1说明了一种用于在机动车中再生电能的方法，其中在电机以发电机方式运行时出现的机械阻力被额外用于使机动车制动，尤其是用于防抱死制动(ABS制动)。
这类方法也被称作再生制动。
文献DE 10 2014 218 681 A1说明了一种通过利用电机的再生制动来对双轮车、尤其是自行车进行制动的方法。
另一个重要的方面是实现冗余性，即例如在机动车的与安全相关的部件故障时确保存在替代/补偿方案。
因此，例如由文献DE 10 2008 003 379 A1已知了一种用于机动车、尤其是用于商用车的冗余制动系统，其中使用驻车制动系统作为在行车制动系统故障时的替代制动系统。
尤其是在除电气化以外还非常重要的自主驾驶、即自动驾驶的机动车研发领域中，在与安全相关的部件方面的这种冗余性是有利的、经常是必要的。
发明内容
在此基础上，本发明基于的任务是，给出一种用于运行机动车的方法，利用该方法能够可靠地制动机动车。本发明还基于的任务是，给出一种机动车。
所述以方法为目的的任务的根据本发明的解决方案是具有权利要求1所述特征的用于运行机动车的方法。所述以机动车为目的的任务的根据本发明的解决方案是具有权利要求9所述特征的机动车。
有利的实施方案、改进方案和变型方案是从属权利要求的主题。在方法方面所述的优点和优选实施方案同理适用于机动车，反之亦然。
所述方法用于运行机动车、尤其是降低机动车的速度。机动车被实施为电机驱动的机动车。电机驱动的机动车在此应理解为如下的乘用车：其或者具有混合动力设备(电机和内燃机)，所谓的插电式混合动力车(PHEV)，或者具有纯电动动力设备(电动机)，也称作纯电动车(BEV)。
机动车在此具有用于使机动车正加速或负加速的电机。正加速在此是指驱动机动车。电机在此作为电动机运行。负加速在此尤其是指通过电机使机动车制动。电机在此例如被实施为同步电机。
此外，机动车还具有用于降低机动车速度的机械式制动设备。机械式制动设备在此例如是指以施加摩擦力的方式使机动车制动的盘式制动设备或鼓式制动设备。
为了实施所述方法，在特定的制动运行模式中获取减速要求。特定的制动运行模式在此是指在机动车的行驶运行中用于使机动车制动的规定的方式和方法。
减速要求在此具体是指与制动相关的全部参数。这类参数例如是在制动前的机动车速度、在制动后所要求的机动车速度以及机动车应在制动后降至该速度的时间。减速要求因而例如是如下的要求：使机动车在10秒内从30km/h的速度制动至10km/h的速度。
根据减速要求确定电机的理论转速曲线。对上述的减速要求的确定以及获取例如借助于布置在机动车内的控制单元进行。
理论转速曲线具有与减速要求相关的、随时间递减或下降的曲线。也就是说：减速要求和与减速要求相关的理论转速曲线规定了所要进行的制动的强度。
然后为了满足减速要求，将电机的实际转速匹配到所确定的理论转速曲线以使机动车的速度降低。由于电机轴与机动车车轮机械联接，所以该实际转速在此与机动车的车轮转速且进而与机动车的速度相关联。
因此，为使机动车降速，使电机的实际转速降低至减速要求所规定的转速。该降速例如通过激活控制单元对电机的操控来进行。替代地，如果为了充分满足减速要求，基于开头就再生制动所述的、以发电机方式运行中的电机的机械阻力，而通过减小实际转速来实现降速。激活对电机的操控在此具体是指由控制单元以匹配于减速要求的、受控的方式为电机供电，以降低实际转速。
由此实现了相对于机械式制动设备的冗余制动方法或附加的制动方法，以满足减速要求。尤其是在此采用机动车的现有零部件，例如电机，从而可以不必以额外的、部分高成本的方式设置额外的、冗余的制动部件。
根据一种优选实施方案，为理论转速曲线指定用于调节实际转速的转速带。由此能够允许实际转速在不实质偏离理论转速曲线的情况下与理论转速曲线具有的可能的偏差。这使得能够考虑到例如意外出现的实际转速波动，而不会负面影响根据理论转速曲线进行的适配和机动车的减速。
转速带在此一般是指一限定的区间：该区间由与理论转速曲线的各与时间相关的理论转速相比较高和较低的转速限定。例如，转速带限定+/-500转每分钟(U/min)的区别于理论转速曲线的区间。也就是说，实际转速在不实质偏离理论转速曲线的情况下可以与理论转速曲线有+500U/min或–500U/min的偏差。
转速带及由其规定的区间例如在控制单元的配置中、例如在机动车制造时已经被规定。
合适的是，在实际转速接近转速带的区间时，与实际转速的曲线反向地适配理论转速曲线。为便于理解，根据下述示例详述该适配方案：
例如根据之前所述示例，转速带被限定至与理论转速曲线相差+/-500U/min的区间。如果理论转速曲线在一限定的时刻具有例如1500U/min的数值，那么在减速要求的范围内对于调节和对于机动车制动而言所允许的实际转速与该数值的偏差为+/-500U/min。而如果实际转速例如(就1500U/min而言从“下”方)接近2000U/min的最大许可转速或者甚至超出该转速，那么将理论转速曲线向着更小的转速、例如1200U/min的方向调节、尤其是适配，从而实际转速重新遵循理论转速曲线且因此重新位于转速带内。
类似地进行在接近最小的许可转速、在此示例中的1000U/min时的适配。
接近或超出在此具体(就接近而言)是指近似达到或(就超出而言)是指在数值上具有更高转速数值。
也就是说：在向“上”接近或超出转速带(即超过2000U/min)时，减速要求不足以使机动车制动，电机的实际转速不能够以足够的幅度减小。因此要适配理论转速曲线并因而适配减速要求，使得理论转速曲线具有更小转速并因此使机动车更强地制动。
相反，在向“下”接近或超出的转速带时，即实际转速降至1000U/min以下时，升高理论转速曲线。在制动力方面，向“下”超出转速带是指实际转速下降幅度过大，即过强制动。理论转速曲线的升高造成机动车更小地减速且由此造成根据“新”的理论转速曲线来匹配实际转速。
该实施方案的优点体现在车轮打滑控制中。通过适配理论转速曲线，实现了如下车轮打滑控制：基于控制产生的车轮打滑与为满足减速要求所需的一样多。但是避免了出现过多的车轮打滑并由此尤其使车轮在过强制动时抱死以及由此使机动车制动过程不稳定。车轮打滑在此具体是指彼此摩擦接触的行车道与轮胎作用面之间的相对运动。
在一种优选改进方案中，利用已经说明的方法在机械式制动设备故障时通过电机使机动车制动至静止状态。机械式制动设备的故障在此具体是指机械式制动设备的至少一个明显的功能不足/功能损坏以及尤其是功能的完全失效。
由此实现了冗余、尤其是实现了一种替代方案，以使机动车在机械式制动设备故障时仍能可靠制动。
根据一种合适的实施方案，在数据库中、例如在机动车中存储例如作为特征曲线的多个理论转速曲线。在此基于减速要求与速度相关地选择和规定所需的理论转速曲线。例如，所存储的理论转速曲线具有不同的曲线，根据这些曲线能够使机动车从不同速度制动至优选静止状态。在特定的制动模式中，控制单元采用所存储的理论转速曲线，选择起始速度与机动车的当前速度至少近似一致的那个理论转速曲线且以该理论转速曲线作为实际转速匹配的基础。
合适的是，设置用于自主控制机动车驾驶任务的自主的行驶运行。该驾驶任务在此具体是指例如由于堵车或在停车楼内利用堵车辅助功能或自动泊车功能以较小速度自主行驶。尤其是，参照当前机动车自主行驶的相关标准，该自主行驶运行属于4级以上的自主行驶。这类标准例如是当前的SAE J3016。4级在此是指全自动的行驶。机动车的行驶因而完全被系统接管，驾驶员仅在有需要时受系统要求而控制机动车。
尤其是在自主的行驶运行中，通过所述方法能够在机械式制动设备故障时实现——在车轮打滑控制方面——可靠的、而且冗余的机动车制动。机动车的控制在此例如通过已经提到的控制单元进行，该控制单元也在机动车的机械式制动设备故障时利用电机使机动车制动至例如静止状态。原则上利用分开的控制线路控制机械式制动设备和作为“冗余制动设备”的电机。
根据一种优选改进方案，所述特定的制动运行模式仅用于使机动车的速度降低一位于10km/h至30km/h范围内的值，尤其是降至达到直至20km/h的速度。优选地，仅在最大至30km/h或最大至20km/h的低速度时使用所述特定的制动运行模式，尤其是在全自主行驶运行时，如堵车辅助功能或自动泊车功能。
在此所述理念并不局限于低速，而是也可以用于从例如直至100km/h或130km/h的高速进行制动。可能的速度范围在此一般与制动功率以及电机数目(一个或多个)相关。优选设有多个电机，这些电机被布置用于减低这种较高的速度。特别是将所述多个电机实施为轮毂电机。
优选地，针对每个电机规定理论转速曲线。可以为不同的电机单独地规定理论转速曲线，也可以为所有电机规定一个共同的理论转速曲线。实际转速与额定转速的比较尤其是单独地针对每个电机进行，且被单独适配于理论转速曲线。
该改进方案的优点体现在两个方面。一方面，该特定的制动运行模式所基于的方法在所述速度范围内被证实适合用于使机动车安全且可靠制动、尤其是制动至静止状态。另一方面，对于在该速度范围内出现的驾驶任务、例如堵车辅助功能和/或自动泊车功能而言，不需要额外的且昂贵的冗余的(机械式)备用制动系统。因此优选不设置这种备用制动系统。利用所述方法可以——如所述那样——采用现有的零部件。在此所述方法因此特别适于在机动车(全)自主行驶运行时专门针对低速来实施，而无需冗余的机械备用制动系统的额外成本。
优选地，所述特定的制动运行模式仅在机械式制动设备故障时才激活。由此一方面提供了所述的冗余，另一方面仅在紧急情况下才干预电机的常规运行模式(加速和/或回收电能)。
附图说明
下面根据附图详述本发明实施例。附图以部分简化的图示出：
图1示出机动车的示意性的局部略图，
图2示出转速时间曲线的略图。
具体实施方式
附图中功能相同的部件具有相同的附图标记。
图1中示出机动车2的部件、尤其是机动车2的车桥4的概略的局部图。车桥4例如是机动车2的后桥或前桥。下面所述实施例和特征可应用于后桥和/或前桥。
车桥4在端侧各具有一车轮6。此外车桥4具有差速器8，该差速器通过传动轴10与车轮6连接。差速器8实现了驱动所需的扭矩分配，以及例如在机动车2的弯道行驶中实现了车轮6的不同转速。
机动车2在该实施例中具有用于驱动机动车2的电机12。机动车在此实施例中是纯电动的机动车2。替代地，机动车2也可以不仅具有内燃机还具有驱动电机，即以混合动力车辆的方式设计。电机12通过输出轴14与差速器连接。
为了降低速度，机动车2具有机械式制动设备16。机械式制动设备16在该实施例中被实施为传统的盘式制动器。因此机动车2在该实施例中具有两个机械式制动设备16，即每个车轮6具有一个机械式制动设备。
机动车2在该实施例中被设计用于自主驾驶。也就是说，机动车具有控制单元18，利用该控制单元代替驾驶员来控制机动车2。也就是说：原本的驾驶员更多地是变为机动车2的乘客。加速、制动以及转向都由控制单元18接管。例如，由控制单元18获取减速要求V，即在确定时间降低速度的需求且基于该减速要求V产生制动信号B。该制动信号B然后被传输给机械式制动设备16，该机械式制动设备基于该制动信号B向车轮6施加制动力矩。
在机械式制动设备16故障情况下，即例如至少一个明显的功能不足时，机动车2且尤其是控制单元18用于，根据所获取的减速要求V确定电机12的理论转速曲线nsoll，并由电机12产生所需的制动力矩。也就是说：电机12因而用作机械式制动设备16的冗余设备，以使机动车2制动。
图2中更详细地针对方法示出绘图，以便更准确进行阐述。图2中以略图形式示出电机12转速n随时间t的变化。
如上所述，控制单元18根据减速要求V确定理论转速曲线nsoll。由于理论转速曲线nsoll用于使机动车制动、尤其是制动至静止状态，所以它具有下降的曲线。也就是说，理论转速的值随着时间t的推进而下降。理论转速曲线nsoll被指定了转速带20。该转速带20具有相对于理论转速曲线nsoll的规定的区间Δn。也就是说：转速带20由最大转速nmax和最小转速nmin限定。
为了使机动车2的速度降低，将电机12的实际转速nist匹配到所确定的理论转速曲线nsoll。该匹配例如主动地、以产生制动力矩的方式为电机12供电来实施。
为了避免在利用电机12制动期间在车轮6上出现过多的车轮打滑并由此使制动过程不稳定和不可控，与车轮打滑相关地对理论转速曲线nsoll进行适配。
如果实际转速例如低于转速带20且因此低于最小转速nmin(参见I)，那么电机12产生的制动力矩过强且面临车轮6抱死的风险。控制单元18在此情况下这样对理论转速曲线nsoll进行适配，使其向着更高转速方向“移动”且因此由电机12产生更小制动力矩。因而间接地这样调整与制动力矩关联的车轮打滑，使得在制动过程中产生足够的车轮打滑来制动机动车2，但并不产生过多的车轮打滑而导致车轮6抱死而由此使制动过程不可控。
反之类似地，在超出转速带20且因此超出最大转速nmax时(参见II)进行上述匹配。
上述的方法尤其是被设计用于使机动车2从10km/h至30km/h的速度值起制动，例如在自动泊车功能运行中，这时控制单元18自主控制机动车以使之通过停车楼。
多个独立的理论转速曲线nsoll例如存储在数据库22中，例如由控制单元18基于减速要求V根据速度选择并规定一理论转速曲线nsoll。
本发明并不局限于上述实施例。而是可以在不脱离本发明主题的前提下由本领域技术人员得出其他变型方案。尤其是还可以在不脱离本发明主题的前提下将所有针对实施例所述的各单个特征以其他方式相互结合。

Claims (10)

1.一种用于运行机动车(2)的方法，该机动车具有：
-用于使机动车(2)正加速或负加速的电机(12)，
-用于使机动车(2)的速度降低的机械式制动设备(16)，
-在特定的制动运行模式中获取减速要求(V)，
-根据减速要求(V)确定电机(12)的理论转速曲线(nsoll)，
-将电机(12)的实际转速(nist)匹配到所确定的理论转速曲线(nsoll)以使机动车(2)的速度降低，
其特征在于，
为理论转速曲线(nsoll)指定转速带(20)，所述转速带限定理论转速曲线(nsoll)的规定的区间(Δn)，在实际转速(nist)接近转速带(20)的区间(Δn)时，与实际转速(nist)的曲线反向地适配理论转速曲线(nsoll)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将实际转速(nist)调节在该转速带(20)内。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在机械式制动设备(16)故障时借助电机(12)使机动车(2)制动至静止状态。
4.根据上述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，在数据库(22)中存储有多个理论转速曲线(nsoll)，基于减速要求(V)与速度相关地选择和规定理论转速曲线(nsoll)。
5.根据上述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，设置用于自主控制机动车(2)的驾驶任务的自主行驶运行，所述特定的制动运行模式只在该自主行驶运行期间进行。
6.根据上述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述特定的制动运行模式仅用于使机动车(2)的速度降低位于10km/h至30km/h范围内的值。
7.根据上述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，使用多个电机来进行正加速和负加速。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，使用多个轮毂电机来进行正加速和负加速。
9.根据上述权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述特定的制动运行模式仅在机械式制动设备(16)故障时被激活。
10.一种机动车(2)，该机动车具有:
-用于使机动车(2)正加速或负加速的电机(12)，
-用于使机动车(2)的速度降低的机械式制动设备(16)，
其特征在于，
-为了控制制动运行模式而设有控制单元(18)，
-所述控制单元(18)构造为，在以特定的制动运行模式运行时获取减速要求(V)，
-根据减速要求(V)确定电机(12)的理论转速曲线(nsoll)，
-将电机(12)的实际转速(nist)匹配到所确定的理论转速曲线(nsoll)以使机动车(2)的速度降低，
为理论转速曲线(nsoll)指定转速带(20)，所述转速带限定理论转速曲线(nsoll)的规定的区间(Δn)，在实际转速(nist)接近转速带(20)的区间(Δn)时，与实际转速(nist)的曲线反向地适配理论转速曲线(nsoll)。
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