CN116745181A - 用于在再生期间稳定双轮式或三轮式的车辆的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于在再生期间对双轮式或三轮式的车辆(100)的轮子(104)进行稳定的方法，其中，在使用轮子(104)的再生的驱动马达(106)的转速梯度(116)的情况下从再生特性曲线(120)中读取出用于驱动马达(106)的再生力矩(112)的缩放系数(118)，并且在使用缩放系数(118)的情况下设定再生力矩(112)，以便稳定轮子(104)。

Description

用于在再生期间稳定双轮式或三轮式的车辆的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于在再生期间对双轮式或三轮式的车辆的轮子进行稳定的方法以及一种对应的设备。

背景技术

当车辆的一个或多个轮子失去其路面附着时，该车辆会失去控制。轮子例如可能在制动时锁止并且失去路面附着。而后也可能仅还非常受限地传递侧面导向力。

为了阻止这种情况，车辆能够装备有防抱死系统。防抱死系统通过轮子处的速度传感器来监测轮子的轮速并且例如操控对个性化的轮制动器的脉冲式的松开，以便使开始锁止的轮子重新加速并且获得路面附着。

在电驱动的车辆中尝试在尽可能多的情况下进行电制动，以便回收电能。电制动能够被称为再生。在电制动时，车辆的驱动轮通过驱动马达被制动。即使在再生时也可能锁止被制动的轮子。这尤其适用于双轮式或三轮式的车辆，如例如踏板车(Scooter)、滑板车(Roller)等。

发明内容

在此背景下，利用这里所介绍的方案来介绍按照独立权利要求的一种用于在再生期间对双轮式或三轮式的车辆的轮子进行稳定的方法以及一种对应的设备，并且最后介绍一种对应的计算机程序产品和一种机器可读的存储介质。这里所介绍的方案的有利的改进方案和改善方案从说明书得到并且在从属权利要求中得以描述。

在具有电驱动装置的双轮式或三轮式的车辆中，通常使用与轮子直接耦接的电动马达。通过直接耦接，电动马达的转速直接跟随所耦接的轮子的转速。因为电动马达的用于操控电动马达的控制电子器件监测电动马达的转子的当前位置，所以也已知转子的当前的加速度或者说减速度。

本发明的优点。

本发明的实施方式能够以有利的方式实现的是，在电驱动的双轮式或三轮式的车辆中在没有轮子处的自身的转速传感器的情况下提供防抱死功能。通过省去附加的传感装置能够以低的额外成本实现功能性。

提出了一种用于在再生期间对双轮式或三轮式的车辆的轮子进行稳定的方法，其中，在使用轮子的再生的驱动马达的转速梯度的情况下，从再生特性曲线中读取出用于驱动马达的再生力矩的缩放系数，并且在使用缩放系数的情况下设定再生力矩，以便稳定轮子或者说车辆。

关于本发明的实施方式的构思能够主要视为以下文中所描述的构思和认知为基础。

双轮式或三轮式的车辆能够是电驱动的踏板车。车辆能够在使用简单的组件的情况下进行构造并且能够成本低廉地制造。驱动马达能够是轮毂马达或者是居中地布置在车辆的底盘中的电动马达。驱动马达能够通过固定的传动比与轮子耦接。驱动马达能够对轮子进行驱动和制动，也就是说使轮子加速和减速。在再生期间，轮子通过由驱动马达所施加的再生力矩来减速，并且驱动马达作为发电机来从车辆的动能中产生电流。再生力矩是驱动马达的逆着车辆的运动指向的转矩。通过再生力矩能够设定应该何种程度地制动车辆。

转速梯度能够是针对减速的量度，即轮子在制动时以何种程度减速。当转速梯度突然地增加、即轮子非常快速地减速时，轮子以高的概率开始锁止。为了阻止锁止，能够降低再生力矩。能够在使用缩放系数的情况下降低再生力矩。缩放系数能够与最初所期望的再生力矩相乘。缩放系数能够具有在零与一之间的取值范围。能够周期性地降低再生力矩。例如能够相应地针对30毫秒至50毫秒又或者针对车轮抱死的持续时间降低再生力矩。随后能够重新提高再生力矩并且从头开始此过程。

当车辆的车辆速度大于稳定速度时，因此能够开始使用缩放系数。当车辆速度小于步行速度时，因此能够停止使用缩放系数。稳定速度大于步行速度。通过步行速度和稳定速度能够规定速度迟滞作用(GeschWindigkeitshysterese)。通过速度迟滞作用能够避免在各个激活速度或者说解除激活速度附近的不稳定的状态。步行速度能够例如为4km/h或者更小。稳定速度能够例如为8km/h或者更大。步行速度和稳定速度例如能够与彼此相差至少2km/h、优选至少4km/h。当车辆速度从7km/h增加到8km/h时，因此能够在所提及的示例性的值的情况下开始使用缩放系数，而当车辆速度从5km/h下降到4km/h时，能够停止使用缩放系数。

在使用车辆速度的情况下能够从再生特性曲线族中挑选出再生特性曲线。在使用转速梯度的情况下能够从所挑选的再生特性曲线中读取出缩放系数。再生特性曲线族能够包括针对不同的车辆速度的多个再生特性曲线。根据车辆速度能够使用适配的再生特性曲线。因此能够依赖于速度地优化这里所介绍的方法的响应特性。

能够由车辆的卫星导航系统读入车辆速度。卫星导航系统也能够是与车辆耦接的移动设备的组成部件。特别地，为了结算目的而能够借助于移动设备来激活踏板车。由此能够直接提供速度信号。

替代地，也能够使用车辆的专门的速度传感器，以便提供代表车辆速度的速度信号。

也能够从驱动马达的转速中推导出车辆速度。基于直接驱动装置的固定的传动比而产生转速与车辆速度的耦合。能够由驱动马达的控制电子器件通过接口来提供转速。

能够在使用驱动马达的角度信号的情况下确定转速。驱动马达能够按照标准装备有转子位置传感器。驱动马达的控制电子器件能够以位置调节的方式操控驱动马达的转子。角度信号能够由转子位置传感器来提供并且直接截取。能够对角度信号进行微分，以便获得转速。

能够从转速中推导出转速梯度。能够对转速进行微分，以便获得转速梯度。

再生特性曲线能够在表格中存储为一系列的网格点(Stüützstellen)。为了读取缩放系数能够在网格点之间进行插值。表格能够占用较少的存储空间。通过插值能够以足够高的精确性产生中间值。例如能够在两个网格点之间进行线性插值。

所述方法能够例如以软件或硬件或者以由软件和硬件构成的混合形式例如在控制器中执行。

这里所介绍的方案此外实现一种设备，该设备构造用于，在对应的装置中执行、操控或者说实现这里所介绍的方法的变型方案的步骤。

所述设备能够是电设备，其具有：用于处理信号或数据的至少一个计算单元、用于存储信号或数据的至少一个存储单元、以及用于读入或输出嵌入到通信协议中的数据的至少一个接口和/或通信接口。计算单元能够例如是信号处理器、所谓的系统-ASIC或微控制器，以用于处理传感器信号并且根据传感器信号来输出数据信号。存储单元能够例如是闪存、EPROM或磁性存储单元。接口能够构造为用于从传感器读入传感器信号的传感器接口和/或构造为用于将数据信号和/或控制信号输出到执行器处的执行器接口。通信接口能够构造用于，无线地和/或有线地读入或输出数据。接口也能够是例如在微控制器上存在于其他软件模块附近的软件模块。

一种带有程序代码的计算机程序产品或计算机程序也是有利的，该程序代码能够存储在机器可读的载体或存储介质、如半导体存储器、硬盘储存器或光学存储器上，并且用于尤其当在计算机或设备上实施程序产品或程序时执行、实现和/或操控根据前面所描述的实施方式中的一种实施方式的方法的步骤。

要指出的是，本发明的可行的特征和优点中的一些特征和优点这里参考不同的实施方式加以描述。本领域的技术人员认识到，控制器和方法的特征能够以合适的方式组合、适配或交换，以便实现本发明的另外的实施方式。

附图说明

在下文中参考附图来描述本发明的实施方式，其中，附图和说明都不应被理解为对本发明进行限制。其中：

图1示出了具有按照一种实施例的用于进行稳定的设备的车辆的示图；

图2示出了按照一种实施例的用于进行稳定的方法的另一种实现方式的流程图；

图3示出了按照一种实施例的行驶状况的示图；并且

图4示出了按照一种实施例的行驶状况的详细示图。

附图仅是示意性的并且不是按真实比例的。相同的附图标记在图中表示相同的或作用相同的特征。

具体实施方式

图1示出了具有按照一种实施例的用于进行稳定的设备102的车辆100的示图。设备102构造用于实施这里所介绍的方法。车辆100是具有直接电驱动装置的双轮式的车辆100。车辆100能够例如是踏板车。车辆100也能够是三轮车。在电制动过程、即再生期间，设备102稳定驱动轮104、即在所示出的情况下车辆100的后轮。在再生中，车辆100的动能在使用车辆100的发电机式地运行驱动马达106的情况下转换成电能并且存储在车辆100的能量存储器中。驱动马达106这里是中央马达并且通过固定的传动比与轮子104耦接。替代地，驱动马达106也能够实施为集成到轮子104中的轮边马达。

再生例如通过操纵车辆100的制动杆107来触发，并且尤其将与施加在制动杆107处的力成比例的制动信号108发送到驱动马达106的控制器110处。响应于制动信号，通过控制器110给驱动马达106的转子109预先给定再生力矩112并且将制动力矩114作用在与驱动马达106耦接的轮子104处。车辆100发生减速。

当制动力矩114过大或者说在轮子104下方的地面的摩擦系数过小时，轮子104失去其在地面上的附着力并且开始锁止。当轮子104锁止时，也几乎不再能够将侧面导向力从轮子104传递到地面上。由此使轮子104并且最终使整个车辆100不稳定。

为了克服这种情况，在这里所介绍的方案中，在使用再生的驱动马达106的或者说转子109的转速梯度116的情况下，从再生特性曲线120中读取出用于再生力矩112的缩放系数11g。缩放系数11g输出到控制器110处，以便使轮子104稳定。控制器110根据缩放系数118来降低再生力矩112。

轮子104需要较短的时间以进行稳定。在例如30毫秒至50毫秒之后又或者在车轮抱死的持续时间之后，再次提高再生力矩112并且重新进行所述过程。

在一种实施例中，驱动马达106是异步马达，并且转速梯度116由驱动马达106的转速122推断出来。例如能够通过控制器110的转速信号124来提供转速122。

在一种实施例中，驱动马达106是同步马达，并且转速122由驱动马达106的角度信号126推断出来。通过驱动马达106的转子位置传感器128来产生角度信号126。控制器110使用角度信号126，以便对驱动马达106的绕组进行通电。如果驱动轮或制动盘装备有转速信号传感器，那么则同样能够利用该转速信号传感器，以便求取转速梯度116。

在一种实施例中，在使用车辆100的车辆速度130的情况下从再生特性曲线族132中挑选再生特性曲线120。而后在使用转速梯度116的情况下从所挑选的再生特性曲线120中读取出缩放系数118。

车辆速度130能够例如由车辆100的GPS设备134或转速器136来提供。替代地，因为驱动马达106通过固定的传动比与轮子104耦接，所以能够直接由转速122推导出车辆速度130，。

在一种实施例中，再生特性曲线族132具有多列。在每列中再生特性曲线120存储为一系列的网格点。在此，每个网格点存储在再生特性曲线族132的单元格中。每个单元格通过由车辆速度130和转速梯度116构成的值对来规定。在单元格中存储了网格点的值。就车辆速度130和转速梯度116的中间值而言对在单元格之间的网格点的值进行插值。

图2示出了按照一种实施例的用于进行稳定的方法的另一种实现方式的流程图。例如能够在如图1中的设备102上实施该方法。这里在使用速度迟滞作用200的情况下判断：在使用转速梯度116或者说转子的角加速度的情况下从再生特性曲线120中读取的缩放系数118是否用于限制再生力矩。

通过速度迟滞作用200来评估车辆速度130。在此，当车辆速度130大于速度迟滞作用200的上极限值时，逻辑值202从“否”切换成“是”。上极限值能够被称为稳定速度204。当车辆速度130小于速度迟滞作用200的下极限值时，逻辑值202从“是”切换成“否”。下极限值能够被称为步行速度206。

当逻辑值202为“是”时，使用缩放系数118。当逻辑值202为“否”时，不使用缩放系数118。

所介绍的方法以及用于实现该方法的设备尤其在技术上较为简单地建造的车辆、如踏板车中(其中显著的成本压力通常阻止了使用较贵的ABS-系统)能够实现的是，在再生时执行在很多情况下足够的ABS-功能，而不必为此提供显著的附加的硬件。

换句话说，介绍一种用于双轮式的和三轮式的车辆的电动马达ABS。

在个人机动性的领域中，电动车辆和混合动力车辆变得越来越流行。对于电运行的双轮式的和三轮式的车辆而言，这种情况尤其适用于中国、印度和东盟国家。在欧洲同样出现提供电驱动的双轮车和三轮车的越来越多的创业公司和制造商。所有这些电动车辆指的是，在制动过程期间能够将车辆的动能通过电动马达的合适的操控转换成电能并且能够将其存储在所谓的牵引电池中。这种过程称为再生或再生制动。

在行驶物理学上，再生描述了制动过程。在湿的或光滑的车道上的制动过程中会发生轮子的锁止。轮子的锁止是在行驶动态方面非常关键的效果。出于这个原因，多年来ABS和/或ESP是乘用车领域的法律方面的规定。这些法律方面的规定不适用于许多的双轮式或三轮式的车辆，尤其在欧洲之外通常在法律上没有要求这样的系统。另外，用于这样的安全系统(ABS、ESP)的成本相比于电双轮车的总成本会过于昂贵。因此这里介绍了一种ABS-派生方案，其基于电动马达的转速信号能够实现用于电双轮车或三轮车的“类似于ABS”的功能。

根据双轮车或三轮车的方案，电动驱动马达是所谓的行程马达(＝轮毂马达)，其转速直接与车辆速度成比例。其他的马达设计、所谓的中央马达设计借助于一个或多个皮带或者借助于传动机构来连接电动马达和驱动轮。

对于经典的ABS而言，轮子的转速借助于车轮转速传感器来求取并且用于正确地操纵ABS。为了操控电动马达而需要高精度的角度信号。通过角度信号的数学微分能够计算或求取出电动马达的转速。电动马达的转速能够不仅用于轮毂驱动装置而且也用于具有中央马达的驱动装置，以便在再生期间预测驱动轮的锁止。如果识别到驱动轮的可能的锁止，则能够立即终止再生(即电制动)，以便避免在行驶动态上危险的情况。

首先从转子位置传感器所求取的角度信号中确定电动马达的转速。而后利用相同或类似的算法从电动马达的转速中求取出所谓的转速梯度、即电动马达转速根据时间的变化。特别地，转速的变化、即转速梯度能够用作针对轮子的即将到来的锁止的指标。

由转速和转速梯度构成的组合能够产生矩阵，根据该矩阵能够计算或求取再生的降低。在此，这样的矩阵或者说再生特性曲线族例如能够如图1中所示。

在图1中示出了从角度信号到转速和转速梯度的信号链。作为附加方案，在图中示出3D-再生特性曲线族和对再生力矩的限制。

在此，例如在转速为2000rpm并且转速梯度为-700rpm/s的情况下从特性曲线族中求取出缩放系数为“1”。通过将该系数与再生力矩相乘因此得到“被限制的”再生力矩，该“被限制的”再生力矩在这种情况下与最初的再生力矩相同。

对于转速信号为1000rpm并且转速梯度信号为-1500rpm/s，得到的缩放系数为“0”。在这种情况下“被限制的”再生力矩这里等于0。于是关断再生。

在图2的实施例中，仅在高于能预定义的速度的情况下激活电动马达ABS。例如能够借助于迟滞作用特性曲线来控制这种激活。通过这样的迟滞作用特性曲线能够非常稳健地操控对电动马达ABS的激活和解除激活，并且在没有在激活状态与解除激活状态之间持续地来回跳动的情况下进行操控。

如果车辆速度低于所述迟滞作用的下极限值，那么则在位于所述迟滞作用后面的开关中激活“否”路径，并且将用于再生的缩放系数设为1并且因此解除激活电动马达ABS。反之，如果车辆速度大于所述迟滞作用的上极限值，那么则激活该开关的“是”路径，并且从再生特性曲线中得到再生的缩放系数，其根据电机的转速梯度或角加速度能够在0与1之间取值。

在此，例如在转速梯度为-700rpm/s的情况下从特性曲线族中求取出为“1”的缩放系数。通过将该系数与再生力矩相乘因此得到“被限制的”再生力矩，该“被限制的”再生力矩在这种情况下与最初的再生力矩相同。

对于转速梯度信号为-1500rpm/s的情况，得到为“0”的缩放系数。在这种情况下，“被限制的”再生力矩等于0。于是关断再生。

在图3中示出了针对具有一种带有再生的这样的电ABS的行驶状况的实施例。

图3示出了来自图1的车辆的行驶状况的示图。行驶状况通过六个曲线图来描绘。这些曲线图在其横坐标上已经分别绘制了从零秒至30秒的时间t。第一曲线图已经在其纵坐标上绘制了车辆速度130并且因此描绘了行驶状况的速度变化曲线300。第二曲线图已经在其纵坐标上绘出了驱动马达的转矩302并且因此描绘了行驶状况的转矩变化曲线304。第三曲线图已经在其纵坐标上绘制了轮胎加速度306和车辆加速度308。第三曲线图因此描绘了行驶状况的两个加速变化曲线310。第四曲线图已经在其纵坐标上绘出了轮胎滑动312并且因此描绘了行驶状况的滑动变化曲线314。第五曲线图已经在其纵坐标上绘出了转速122并且因此描绘了驱动马达的转速变化曲线316。第六曲线图已经在其纵坐标上绘出了转速梯度116并且因此描绘了行驶状况的转速梯度变化曲线318。

图4示出了按照一种实施例的行驶状况的详细示图。同样通过六个曲线图来描绘详细示图。曲线图已经在其横坐标上分别绘制了来自图3的从16.6秒至17.6秒的时间t。

车辆加速到35km/h的速度，在17秒开始再生。在图4中的放大示图中能够看出，由于与转速梯度和转速以及已经所描述的缩放系数的相关性而产生了电动马达304的转矩的变化，该变化将轮胎滑动312限制为在-0.015的范围中的值。小于-0.2的滑动系数能够非常快速地引起轮子的锁止。

如果不限制再生力矩112，则会突然出现不稳定的行驶状态。

这类电ABS能够用于所有电驱动的双轮车和三轮车，并且在此能够最大程度地利用再生潜力而且也为电滑板车和人力车带来安全的驾驶乐趣。

最后应该指出，如“具有”、“包括”等术语并不排除其他元件或步骤，并且如“一个”或“一种”的术语并不排除多个。权利要求中的附图标记不应视为限制性的。

Claims (11)

1.用于在再生期间对双轮式或三轮式的车辆(100)的轮子(104)进行稳定的方法，其中，在使用所述轮子(104)的再生的驱动马达(106)的转速梯度(116)的情况下从再生特性曲线(120)中读取出用于所述驱动马达(106)的再生力矩(112)的缩放系数(118)，并且在使用所述缩放系数(118)的情况下设定所述再生力矩(112)，以便稳定所述轮子(104)。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述车辆(100)的车辆速度(130)大于稳定速度(204)时，则开始使用所述缩放系数(118)，其中，当所述车辆速度(130)小于步行速度(206)时，则停止使用所述缩放系数(118)，其中，所述稳定速度(204)大于所述步行速度(206)。

3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在使用所述车辆(100)的车辆速度(130)的情况下从再生特性曲线族(132)中挑选出所述再生特性曲线(120)，并且在使用所述转速梯度(116)的情况下从所挑选的再生特性曲线(120)中读取出所述缩放系数(118)。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其特征在于，由所述车辆(100)的卫星导航系统(134)读入所述车辆速度(130)。

5.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其特征在于，从所述驱动马达(106)的转速(122)中推导出所述车辆速度(130)。

6.按照权利要求5所述的方法，其特征在于，在使用所述驱动马达(106)的角度信号(126)的情况下确定所述转速(122)。

7.根据权利要求5至6中任一项所述的方法，其特征在于，从所述转速(122)中推导出所述转速梯度(116)。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述再生特性曲线(120)在表格中存储为一系列的网格点，其中，为了读取所述缩放系数(118)而在所述网格点之间进行插值。

9.设备(102)，其中，所述设备(102)构造用于，在对应的装置中实施、实现和/或操控根据前述权利要求中任一项所述的方法。

10.计算机程序产品，所述计算机程序产品设定用于，在实施所述计算机程序产品时引导处理器实施、实现和/或操控根据权利要求1至8中任一项所述的方法。

11.机器可读的存储介质，其上存储有按照权利要求10所述的计算机程序产品。