CN113165654A

CN113165654A - 用于控制机动车辆动力系的方法

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Publication number: CN113165654A
Application number: CN201980073514.0A
Authority: CN
Inventors: M·桑斯
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2018-11-08
Filing date: 2019-11-08
Publication date: 2021-07-23
Anticipated expiration: 2039-11-08
Also published as: FR3088281A1; FR3088281B1; US11491982B2; CN113165654B; US20210387626A1; WO2020094860A1

Abstract

本发明涉及一种用于在机动车辆的当前位置和到达点之间控制所述车辆的动力系的方法，包括计算（E2）理论最佳牵引力，确定（E3）施加到车辆的摩擦力，计算（E4）施加到车轮直到到达点的实际最佳力，以及当计算的实际最佳力严格大于预定阈值时，向车辆的车轮施加（E5A）牵引力，或者当计算的实际最佳力大于或等于零且小于或等于预定阈值时，不施加（E5B）力到车辆的车轮，或者当计算的实际最佳力严格小于零时，向车辆的车轮施加（E5C）制动力。

Description

用于控制机动车辆动力系的方法

技术领域

本发明涉及优化机动车辆的能量消耗，并且更具体地涉及一种用于控制机动车辆的动力系的方法，以便优化使所述车辆移位所需的能量消耗。

背景技术

在机动车辆中，优化动力系的能量消耗是已知的实践。这种优化可以相对于燃料、相对于电能或者同时相对于两者来执行。

以已知的方式，可以使用以庞特里亚金最大值原理（PMP）为名的已知原理来执行优化。该方法包括使车辆参数（例如其速度或行驶时间）的哈密顿函数（或哈密顿量）最小化。

然而，当将该原理应用于施加到车辆车轮的力时，同时考虑到现实的物理模型，特别是包括阻碍前进的所有效应（例如空气摩擦，其取决于速度和速度的平方），这种方程的解没有直接的解析解，从而不可能基于施加到车轮的力获得车辆最佳消耗的直接方程，这构成了主要缺点。因此，需要一种有效的解决方案，使得可以至少部分克服这一缺点。

发明内容

为此，本发明首先涉及一种用于在机动车辆的当前位置和到达点之间控制所述车辆的动力系的方法，所述方法包括以下步骤：

·计算在没有摩擦的情况下用于允许车辆在允许引导车辆从其当前点直至到达点的预定路径上行驶而待施加到车辆车轮的理论最佳牵引力，所述理论最佳牵引力优化与车辆位移有关的至少一个参数，

·根据车辆在车辆的当前位置的速度来确定施加到车辆的摩擦力，

·根据计算的理论最佳牵引力和确定的摩擦力来计算用于允许车辆在预定路径上行驶而待施加到车轮的实际最佳力，

·当计算的实际最佳力严格大于预定阈值时，向车辆的车轮施加牵引力，或者当计算的实际最佳力大于或等于零且小于或等于预定阈值时，不向车辆的车轮施加力，或者当计算的实际最佳力严格小于零时，向车辆的车轮施加制动力。

根据本发明的方法允许快速且有效地优化车辆的能量消耗。该方法特别允许使用直接求解来计算实际最佳力，该直接求解采用理论最佳牵引力和摩擦力的简单计算，然后根据该实际最佳力是否大于预定阈值以及它是正的还是负的来做出行动。因此，车辆能量消耗的优化简单且可靠，使车辆更有效率。当计算的实际最佳力大于或等于零且小于或等于预定阈值时不向车辆的车轮施加力的情况基本上涉及内燃发动机牵引，因为内燃发动机不能产生小于内摩擦扭矩的“有用”扭矩，否则发动机可能失速。

优选地，在命令动力系之前，预定阈值根据车辆动力系的运行状态来计算，例如实时地进行计算。该阈值也可以在工厂预先确定，并记录在实现根据本发明的方法的计算机的存储区中。

根据本发明的一个方面，该方法包括确定允许车辆从其当前点行进至到达点的路径的预备步骤。该路径可以在车辆尚未开始行驶之前确定，例如当通过在车载显示器上输入目的地来确定到达点时，或者在车辆的当前点（即车辆所处的地点）和由预测导航系统预测的到达点之间的任何时刻实时确定。

有利地，待优化的与车辆位移有关的至少一个参数是车辆速度和/或行驶时间。

本发明还涉及一种用于在机动车辆的当前位置和到达点之间控制所述车辆的动力系的计算机，所述计算机被配置成：

·根据车辆在车辆的当前位置的速度确定施加到车辆的摩擦力，

·当计算的实际最佳力严格大于预定阈值时，命令动力系以便向车辆的车轮施加牵引力，或者当计算的实际最佳力大于或等于零且小于或等于预定阈值时，命令动力系以便不向车辆的车轮施加任何力，并且当计算的实际最佳力严格小于零时，命令动力系以便向车辆的车轮施加制动力。

有利地，计算机被配置成根据车辆动力系的运行状态实时确定预定阈值或在工厂预先确定预定阈值。

根据本发明的一个方面，计算机被配置成确定允许车辆从其当前点行进至到达点的路径。计算机可以被配置成在车辆尚未开始行驶之前确定路径，例如当通过在车载显示器上输入目的地来确定到达点时，或者在车辆的当前点（即车辆所处的地点）和由预测导航系统预测的到达点之间的任何时刻实时确定路径。

本发明还涉及一种车辆，特别是机动车辆，其包括车轮、用于所述多个车轮的动力系和如上所述的用于控制所述动力系的计算机。

附图说明

本发明的其他特征和优点将从以下参考附图给出的描述中变得显而易见，这些附图是以非限制性示例的方式给出的，其中相同的附图标记表示相似的对象。

- 图1示意性示出了根据本发明的车辆的实施例。

- 图2示出了根据本发明的方法的实施例。

具体实施方式

图1描绘了根据本发明的车辆1的实施例。在该示例中，车辆1是混合动力机动车辆，但这不以任何方式限制本发明的范围。实际上，本发明针对任何类型的机动车辆和任何类型的马达/发动机，特别是具有内燃发动机的车辆，或者具有电动马达或混合动力的车辆。

车辆1包括车轮10、用于驱动所述车轮10的动力系20和计算机30，计算机30尤其允许在表示车辆1的当前位置的出发点和到达点之间控制所述动力系20。动力系20可以是内燃发动机、电动或混合动力类型，并且包括至少一个用于驱动车辆1的车轮10的马达/发动机（未示出）。

计算机30被配置成确定车辆1的到达点，其界定了从其当前位置（即从所述车辆1所处的地点）开始的路径。例如，到达点可以由车辆1的驾驶员提供，并且路径可以经由或通过车辆1上车载的定位模块（例如GPS类型）来选择。

计算机30被配置成计算所谓的“理论最佳”牵引力Fw，该牵引力Fw在没有摩擦的情况下被施加到车轮10，从而允许车辆1行驶到到达点，所述理论最佳牵引力Fw优化车辆1的至少一个参数，例如，为了抵达到达点而采用的最佳速度v，或者为了到达所确定的到达点所需的最佳时间。在本申请中，“最佳”是针对用于将车辆1引导至到达点的能量消耗（特别是燃料和/或电能）而言的。

计算机30被配置成根据车辆1在车辆1的当前位置的速度v来确定施加到车辆1的摩擦力Fr。

计算机30被配置成根据计算的理论最佳牵引力Fw和确定的摩擦力Fr来计算待施加到车轮10的实际最佳力DF，以便允许车辆1行驶到到达点。

计算机30被配置成当计算的实际最佳力DF严格大于预定阈值Fpo时命令将牵引力Fu施加到车辆1的车轮10，当计算的实际最佳力DF大于或等于零且小于或等于预定阈值Fpo时不向车辆1的车轮10施加牵引力Fu，并且当计算的实际最佳力DF严格小于零时向车辆1的车轮10施加制动力Fb。

预定阈值Fpo优选地根据车辆1的动力系20的运行状态来计算，例如实时地进行计算。该阈值Fpo也可以在工厂预先确定，并记录在实现根据本发明的方法的计算机30的存储区中。

现在将描述根据本发明的方法及其实施的示例。

在预备步骤E0中，计算机30实时确定阈值Fpo，或者当已在工厂确定了阈值Fpo时，在存储区中使该阈值Fpo对其可用。

在步骤E1中，计算机30确定在当前点（即车辆1所处的位置）和预定到达点之间要遵循的路径，预定到达点例如由驾驶员预先提供或由车辆1检测到的到达点。

然后，在步骤E2中，计算机30计算在没有摩擦的情况下待施加到车轮10的所谓“理论最佳”牵引力Fw，以便允许车辆1完成所确定的路径。该理论最佳牵引力Fw例如优化了车辆1在路径中直至到达点要遵循的速度v，或者直至到达点的行驶时间。优选地，计算机30使用本领域技术人员已知的、且例如基于本身已知的庞特里亚金最大值原理（PMP）通过假设系统没有摩擦而可以解决的方法来计算使车辆从其当前点（或当前位置）移动到预定到达点所需的最小能量。这使得可以根据预定路径获得在没有摩擦的情况下待施加到车轮10的理论最佳扭矩（或力）Fw的曲线。特别地，如果希望最小化车轮10的力的平方之和，通常获得的是

类型的最佳函数，其是时间t的线性函数，并且对于取决于时间t的速度分布来说是2阶多项式。

在步骤E3中，计算机30根据车辆1在车辆1的当前位置的速度v确定当前施加到车辆1的摩擦力Fr。优选地，计算机30考虑车轮10由于各种摩擦原因（滚动摩擦、粘性摩擦、空气动力摩擦）以及由取决于当前位置的道路坡度而经受的抵抗扭矩（或抵抗力），其是通过减速（或“滑行”）方程已知的，该方程呈取决于速度的二阶多项式形式。因此，这些摩擦力写成：

，其中α是车辆1所在地点的道路坡度，且v是车辆1的速度。

然后，在步骤E4中，计算机30根据在步骤E2中计算的理论最佳牵引力Fw和在步骤E3中确定的摩擦力Fr，计算待施加到车轮10的实际最佳力DF，以便允许车辆1行驶直至到达点。优选地，计算机30在每个时刻计算在对应于理论最佳牵引力Fw的待施加到车轮10的总扭矩（或力）和作为车辆1的实际速度v的函数的总抵抗扭矩Fr之间的差值或“补偿值”（正值或负值），根据的是以下公式：DF = Fw–Fr。

该实际最佳力DF的值对应于由通过变速器的车载力补偿的待施加到车轮10的理论最佳牵引力Fw，而无论车辆1所使用的牵引类型是内燃发动机、电动机还是混合动力。

在步骤E5A中，计算机30命令车辆1的动力系20，以便当计算的实际最佳力DF严格大于预定阈值Fpo时，所述动力系20向车轮10施加牵引力Fu，或者当计算的实际最佳力DF大于或等于零且小于或等于预定阈值Fpo时，不命令动力系20，使得没有任何力施加到车辆1的车轮10上（步骤E5B），或者当计算的实际最佳力DF严格小于零时，命令车辆1的动力系20，使得所述动力系20将抵抗力Fr施加到车辆1的车轮10上（步骤E5C）。

更具体地，如果待施加到车轮10的实际最佳力DF是正的（驱动阶段）并且大于对应于马达/发动机损耗的某个阈值Fpo，则它对应于车辆1的动力系20的马达/发动机需要提供的扭矩（或力），并且在这种情况下待施加的原动力Fu等于实际最佳力DF（即，将计算的实际最佳力DF施加到车轮10）：

（原动力）

（正值）

在这种情况下，计算机30不命令车轮10制动，也就是说施加到车轮10的制动力Fb为零。

如果待施加到车轮10的实际最佳力DF为零或正的，但小于由阈值Fpo限定的马达/发动机损耗，则计算机30命令本领域技术人员所知的“滑行”阶段，对于该阶段，原动力和制动力为零：

然后，计算机30向驾驶员发送信号，以向其建议松开加速器，以便开始减速。

应当注意，当计算的实际最佳力DF大于或等于零且小于或等于预定阈值Fpo时没有力施加到车辆1的车轮10的情况基本上涉及内燃发动机牵引，因为内燃发动机不能产生小于内部摩擦扭矩的“有用”扭矩，否则发动机可能失速。

如果待施加到车轮10的实际最佳力DF是负的（制动阶段），则它对应于制动系统需要施加的力：

（制动）

（负值）

或者，作为绝对值：Fb（制动）=–(Fw – Fr)。

如果车辆10不设有可控制动系统，则向驾驶员发送信号，通知他需要使用手动制动来施加减速。

如果车辆10设有具有多级“减速器（retardateur）”类型的多级别n的可控电制动系统，那么考虑用于每个制动级别的呈速度的二阶多项式的形式的减速方程，并且将所要求的制动力Fb与取决于速度v计算的并由多级电系统使得可用的各种制动力Fret(n)进行比较，并且激活级别n，其中该级别n给出最接近的值，即激活的Fret(n)，对于其来说，级别n被选择为使得Fret(n)尽可能接近Fb。

用于每个制动级别的呈速度的二阶多项式的形式的减速方程的参数可以来源于特定的减速或“滑行”测试，这些测试是通过应用减速器的每个制动值在平坦且直的轨道上进行的，这不同于标准的“滑行”测试，标准的“滑行”测试是在没有施加任何力（无论是动力还是制动）、仅仅在车轮自由（roue libre）的情况下进行的。

应当注意，优选地，每次修改行程时，可以对于预测的（或预期的）行程只执行一次“理论计算”步骤E1和E2，但是步骤E3、E4和E5需要在每个时刻（实时）执行，以便调整到由实际速度引起的真实摩擦。

还将注意到，上文描述的方法可以被改进以考虑车辆1实时行驶的道路的坡度。道路坡度α的实时估计可以如下进行。

在减速阶段（以速度的二阶多项式的形式已知），即滑行阶段或电制动被激活的阶段（在每种情况下

），计算机30根据车辆1的行进（即取决于其位置x）计算最佳理论速度v _opti (x)。

速度v _opti由以下动态方程计算得出：

然后将其与实际速度v进行比较，并由此推导出偏差，该偏差用于通过使用自适应增益系数K _p（出于稳定性原因，该系数为正）在递归估计方程中更新道路坡度：

（其中Kp > 0）

如果α> 0，则道路坡度为上坡，如果α为0的数量级，则道路基本平坦，如果α< 0，则道路坡度为下坡。

因此，使用该自适应方程，如果观察到的速度v _n小于（或相应的大于）预期速度v _opti，这表明真实坡度α比先前估计的值更大（或相应地更小），使得该值α朝着更高（或相应地更低）的值被校正。如果速度的偏差为零，则估计的坡度将不会被修改。

此外，被称为“经济驾驶”（提供给驾驶员的信息）的驾驶可以如下实现。在待施加到车轮10的力为正：Fu > 0的驱动阶段期间，计算机30如前所述根据车辆1的行进（即取决于其位置）计算最佳理论速度v _opti (x)，将其与车辆1的实际速度v进行比较，并由此推导出用于通知驾驶员的偏差：

·如果该偏差为负（

），则不采取任何行动，

·如果该偏差为正（

），则计算机30命令发射信号，该信号可以采用各种可能的形式：车辆1的仪表板上的视觉信号（象形图、书面消息等），声音信号（嘟嘟声、语音消息等），或者触觉踏板上的信号（振动或更强的回复力等），使用根据偏差的大小、偏差的持续时间、偏差的累积数量等来计量这些消息的策略。

在本发明的一个特定实施例中，最佳速度v _opti (x)的计算可以在半手动或自动控制下作为设定值直接应用于特别是在自动驾驶车辆1中的任何车载速度调节系统。

因此，本发明使得能够以简单、可靠和有效的方式优化车辆1的能量消耗。本发明显著地使得可以解决车辆1在路径上的速度分布的优化，同时考虑到阻碍前进的所有非线性效应（这些非线性效应使得不可能找到用于能量优化的直接解决方案），这是通过假设系统没有摩擦的线性整体最优解的计算，然后通过由它们的速度多项式系数表示的抵抗力来对其进行补偿。

Claims

1.一种用于在机动车辆（1）的当前位置和到达点之间控制所述车辆（1）的动力系（20）的方法，所述方法的特征在于，其包括以下步骤：

·计算（E2）在没有摩擦的情况下用于允许车辆（1）在允许引导车辆（1）从其当前点直至到达点的预定路径上行驶而待施加到车辆（1）的车轮（10）的理论最佳牵引力（Fw），所述理论最佳牵引力（Fw）优化与车辆（1）的位移有关的至少一个参数，

·根据车辆（1）在车辆（1）的当前位置的速度（v）来确定（E3）施加到车辆（1）的摩擦力（Fr），

·根据计算的理论最佳牵引力（Fw）和确定的摩擦力（Fr）来计算（E4）用于允许车辆（1）在预定路径上行驶而待施加到车轮（10）的实际最佳力（DF），

·当计算的实际最佳力（DF）严格大于预定阈值（Fpo）时，向车辆（1）的车轮（10）施加（E5A）牵引力（Fu），或者当计算的实际最佳力（DF）大于或等于零且小于或等于预定阈值（Fpo）时，不施加（E5B）力到车辆（1）的车轮（10），或者当计算的实际最佳力（DF）严格小于零时，向车辆（1）的车轮（10）施加制动力（Fb）。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括根据车辆（1）的动力系（20）的运行状态实时确定预定阈值（Fpo）或者在工厂预先确定预定阈值（Fpo）的预备步骤。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括确定（E1）允许车辆（1）从其当前点行进至到达点的路径的预备步骤。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，待优化的与车辆（1）的位移有关的至少一个参数是车辆（1）的速度（v）。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，待优化的与车辆（1）的位移有关的至少一个参数是行驶时间。

6.一种用于在机动车辆（1）的当前位置和到达点之间控制所述车辆（1）的动力系（20）的计算机（30），所述计算机（30）的特征在于，其被配置成：

·计算在没有摩擦的情况下用于允许车辆（1）在允许引导车辆（1）从其当前点直至到达点的预定路径上行驶而待施加到车辆（1）的车轮（10）的理论最佳牵引力（Fw），所述理论最佳牵引力（Fw）优化与车辆（1）的位移有关的至少一个参数，

·根据车辆（1）在车辆（1）的当前位置的速度（v）来确定施加到车辆（1）的摩擦力（Fr），

·根据计算的理论最佳牵引力（Fw）和确定的摩擦力（Fr）来计算用于允许车辆（1）在预定路径上行驶而待施加到车轮（10）的实际最佳力（DF），

·当计算的实际最佳力（DF）严格大于预定阈值（Fpo）时，命令动力系（20）以便向车辆（1）的车轮（10）施加牵引力（Fu），或者当计算的实际最佳力（DF）大于或等于零且小于或等于预定阈值（Fpo）时，命令动力系（20）以便不向车辆（1）的车轮（10）施加力，并且当计算的实际最佳力（DF）严格小于零时，命令动力系（20）以便向车辆（1）的车轮（10）施加制动力。

7.根据前一项权利要求所述的计算机（30），所述计算机（30）被配置成根据车辆（1）的动力系（20）的运行状态实时确定预定阈值（Fpo）或者在工厂预先确定预定阈值（Fpo）。

8.根据权利要求6和7中任一项所述的计算机（30），所述计算机（30）被配置成确定允许车辆（1）从其当前点行进至到达点的路径。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的计算机（30），其中，待优化的与车辆（1）的位移有关的至少一个参数是车辆（1）的速度（v）和/或行驶时间。

10.一种车辆（1），包括车轮（10）、用于多个车轮（10）的动力系（20）和用于控制所述动力系（20）的根据权利要求6至9中任一项所述的计算机（30）。