CN116964420A - 用于检测机动车辆过重状态的方法以及用于管理牵引电池的电量的方法 - Google Patents

用于检测机动车辆过重状态的方法以及用于管理牵引电池的电量的方法 Download PDF

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Abstract

一种用于检测(D1)配备有包括牵引电池的动力单元系的车辆的车辆过重状态的方法，该方法包括选择(18)多个车辆加速度阶段。对于所选择的每个加速度阶段，该方法包括：‑计算差动力的平均值的步骤(E1)，该差动力的平均值等于单元的牵引载荷的值减去加速度合力值和车辆所经受的阻力载荷之和的值，‑基于计算出的差动力的平均值计算统计值的步骤(E2)，以及‑将统计值与车辆过重阈值(SM0)进行比较的步骤(E3)。如果统计值高于阈值，则车辆处于过重状态。

Description

用于检测机动车辆过重状态的方法以及用于管理牵引电池的 电量的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测机动车辆的过重状态的方法。
本发明还涉及一种用于管理这样的车辆所配备的牵引电池的电量的方法。
背景技术
常规地，所谓的混合动力驱动车辆使用由热力发动机产生的热驱动与由至少一个电动马达产生的电驱动的组合，该电动马达至少部分地由所谓的牵引电池供电。
混合动力车辆使用以下三种类型的牵引力：
-电力模式下的牵引力，其中只有电动马达确保车辆的移动，
-混合动力模式下的牵引力，其中热力发动机介入以维持电动马达的运转，
-热力模式下的牵引力，其中只有热力发动机确保车辆的移动。
牵引电池的作用是储存混合动力车辆良好运行所需的能量，并且其再充电类型取决于所使用的混合动力车辆的架构。
主要的混合动力车辆架构如下：
-串行式混合动力：一个或多个电动马达确保车轮的驱动，而尺寸较小的热力发动机专门负责发电，以对牵引电池进行再充电，
-并行式混合动力：目前使用最广泛的架构之一，其运行基于热力发动机和电动马达的并行使用，热力发动机和电动马达都与车辆的变速器相连。当车辆滚动时，通过在车辆减速和制动阶段(通常称为再生制动阶段)期间定期收集能量来执行对牵引电池的再充电；
-串并行式混合动力：该架构基于热力发动机和电动马达的组合，热力发动机和电动马达每个都独立地连接到车辆的变速器，车辆的牵引力是电力牵引力或热力牵引力。
取决于所使用的混合动力车辆的架构，电力牵引力、混合动力牵引力和热力牵引力之间的交替由在车辆中实施的控制单元自动管理，主要是根据驾驶员踩下加速器踏板和牵引电池的电量水平来管理。
用于管理车辆的牵引电池的电量的策略由嵌入在控制单元中的能量管理法则来管理，并且该策略使得可以经由对目标电能水平的计算来命令对牵引电池进行充电或放电，以便保持车辆的驾驶员所感受到的令人满意的驾驶服务，该驾驶服务与不同的参数有关，比如车辆的燃料消耗、电力牵引力模式的续航里程和车辆的标称性能水平。
此外，一些特殊的临时滚动情况需要更大的动力来确保车辆的牵引力，尤其是取决于地形地貌，比如在较陡的上坡(上坡滚动)的情况下或强风条件下。在这些临时滚动情况下，牵引电池的尺寸无法长时间确保车辆的牵引力，因为电池的电量水平比在标称滚动情况下下降得更快。
因此，当牵引电池完全放电时，车辆的牵引力则完全由热力发动机承担，而该热力发动机的尺寸不能确保车辆的全滚动性能水平。因此，车辆驾驶员感受到的驾驶服务受到影响。
为了避免出现车辆的性能水平下降的现象，会定期提高牵引电池中的能量水平，以便建立能量储备来满足临时的车辆滚动情况。保持这种能量储备是可能的，因为车辆的全性能水平只是临时需要的，而且频率很低。事实上，行程在大部分时候通常都是在标称条件下进行的，并且会定期出现制动和减速阶段，从而允许恢复牵引电池中的能量储备。
然而，在车辆处于过重状态的情况下，比如装载额外的重量(乘客、行李等)或牵引额外的滚动重量(拖车、大篷车等)，当车辆遇到特殊的临时滚动情况时，能量储备不足以确保车辆在“过重”状态下的牵引力。
为了在不影响车辆的性能水平的情况下将牵引电池再充电到足够高的能量水平，则有必要在车辆遇到需要更大动力的临时滚动情况之前检测到车辆的过重状态。
用于检测车辆过重的各种方法是已知的。例如，文献FR2822972提出了一种用于根据动力学基本原理基于差动力计算来估计车辆重量的设备。这样的检测设备还考虑了外部参数，比如风对车辆的影响或者甚至地形的坡度。这种类型的检测方法不能精确地检测到车辆是否处于过重状态。
此外，大多数检测方法使用位于例如车辆车轮上的传感器。然而，这种类型的传感器是侵入式的，并且一个传感器的任何故障都可能完全改变对车辆过重状态的检测。
本发明尤其提出要克服上述缺点，并提出一种精确且可靠的方法，用于检测配备有牵引电池的机动车辆的过重状态，以通过管理过重状态下车辆的牵引电池的电量来满足车辆的特殊的临时滚动情况，而不影响车辆驾驶员所感受到的驾驶服务。
发明内容
本发明提出了一种用于检测配备有包括牵引电池的动力传动系的机动车辆的过重状态的方法。该检测方法包括选择车辆的确定数量的纵向加速度阶段，对于每个纵向加速度阶段，该纵向加速度都大于纵向加速度阈值。对于所选择的每个加速度阶段，该检测方法包括：
-计算差动力的平均值的步骤，该差动力的平均值等于动力传动系的牵引力的值减去车辆的纵向加速度合力的值和车辆在滚动时所受到的阻力之和的值，
-根据计算出的差动力的平均值计算统计值的步骤，以及
-将计算出的统计值与车辆的过重阈值进行比较的步骤，
如果统计值大于车辆的过重阈值，则根据检测方法，该车辆被认为处于过重状态。
根据该检测方法的其他特征：
-统计值是所有计算出的差动力的平均值的平均值；
-纵向加速度阈值大于或等于0.5m/s2；
-当车辆速度大于速度阈值时，该纵向加速度阶段的选择被禁用；
-速度阈值大于或等于90km/h；
-所选择的纵向加速度阶段的数量是与机动车辆相关联的值；
-车辆的过重阈值是与机动车辆相关联的恒定值；
-纵向加速度合力由车辆的参考重量的恒定值与车辆的纵向加速度的值的乘积来定义；
-阻力由车辆的气动阻力、车辆的滚动阻力和与地形坡度有关的力之和来定义。
本发明还提出了一种用于管理机动车辆的牵引电池的电量的方法，该方法包括检测该车辆可能的过重状态，以及当检测到过重状态时，将储存在该牵引电池中的能量水平提高到电量阈值，以满足临时车辆滚动情况。
根据该管理方法的另一个特征，通过该检测方法来执行对车辆可能的过重状态的检测。
另外，本发明提出了一种动力传动系，包括与牵引电池相关联的热力发动机和电动马达，该牵引电池的电量通过该管理方法来控制。
附图说明
本发明的其他特征和优点将通过阅读以下具体实施方式变得清楚，为了对其加以理解将参照附图，在附图中：
[图1]-图1是根据本发明的用于管理车辆的牵引电池的电量的方法中涉及的主要元件的相互作用的示意性表示；
[图2]-图2是与根据本发明的与用于管理车辆的牵引电池的电量的方法相关联的检测机动车辆的过重状态的步骤的图；
[图3]-图3是根据本发明的用于检测车辆的过重状态的方法的示意性表示；
[图4A]-图4A是表示车辆速度随时间变化的图，图4A与图4B和图4C的联合展示了根据本发明的用于检测车辆的过重状态的方法的应用示例；
[图4B]-图4B是表示车辆的纵向加速度随时间变化的图；
[图4C]-图4C是表示车辆的差动力的计算值随时间变化的图。
具体实施方式
在以下描述中，相同、相似或类似的元件将用相同的字母数字附图标记来指代。
本发明涉及一种包括配备有牵引电池14的动力传动系的机动车辆。
如图1所示，在车辆中实施的控制单元10或计算机监管电能的电量水平和对牵引电池14的再充电。
加速器踏板12向控制单元10发送关于车辆驾驶员踩下加速器踏板12的数据。牵引电池14向控制单元10发送关于牵引电池14的电量水平的数据。
实施检测方法D1的用于检测车辆的重量状态的设备或电路16向控制单元10发送表示车辆重量的数据，尤其是用于确定车辆是否处于过重M1状态。
用于管理G1车辆的牵引电池14的电量的方法由嵌入在控制单元10中的能量管理法则来管理，并且该方法使得可以经由对目标电能水平的计算来驱动对牵引电池14进行再充电或放电，尤其是根据踩下加速器踏板12、牵引电池14的电量水平和检测设备16可能检测到的过重M1状态来驱动。
用于管理G1牵引电池14的电量的方法包括：检测车辆的过重M1(大约几百公斤)状态，以及当检测到过重M1状态时，将储存在牵引电池14中的能量水平提高(图2的步骤20)到足以满足车辆的特殊的临时滚动条件的电量阈值。
当滚动外形良好时，例如在城市中滚动时，优选地为了不影响车辆的性能水平，由控制单元10驱动牵引电池14的电量管理，以便将牵引电池中的能量水平提高20到足够高的电量水平。本发明的目的是在车辆遇到需要更大动力的临时滚动情况之前建立能量储备，因此车辆可以在必要时利用所形成的能量储备。
图2展示了根据本发明的用于检测D1车辆的过重M1状态的方法，该方法与用于管理G1牵引电池14的电量的方法相关联。
用于检测D1车辆的过重M1状态的方法包括选择18车辆的确定数量n个纵向加速度阶段Pi，对于每个纵向加速度阶段，纵向加速度都大于预定的纵向加速度阈值SA0。
对于所选择的每个纵向加速度阶段Pi，检测方法D1包括以下连续步骤：
-计算差动力F0i的平均值的步骤E1
-根据计算出的差动力的平均值F0i计算统计值X0的步骤E2，以及
-将计算出的统计值X0与车辆的过重阈值SM0进行比较的步骤E3。
在比较步骤E3结束时，如果统计值X0大于过重阈值SM0，则车辆被认为处于过重M1状态。
通过检测方法D1检测到车辆的过重M1状态时，会引起经由用于管理G1牵引电池14的电量的方法提高20储存在牵引电池14中的能量水平。储存在牵引电池14中的能量水平必须达到足以满足车辆的特殊的临时滚动情况的电量阈值，并且在车辆被认为处于过重M1状态的整个滚动期间保持不变。
经由遵循图3中描述的等式的计算算法来计算差动力F0。
选择18车辆的预定数量n个纵向加速度阶段Pi：
A0>SA0→A0i
其中：
-A0：车辆的纵向加速度，单位是m.s-2，
-SA0：纵向加速度阈值，单位是m.s-2，
-A0i：所选择的第i个纵向加速度阶段Pi期间车辆的纵向加速度，单位是m.s-2。
车辆的加速度A0的值必须足够高以获得可用的数据。根据本发明的一个示例性实施例，纵向加速度阈值SA0大于或等于0.5m/s2。纵向加速度阶段Pi在车辆的纵向加速度A0的值大于纵向加速度阈值S0时开始，并且一旦纵向加速度A0的值小于阈值SA0就结束。
计算E1差动力F0i的平均值：
F0i＝F1i-F2i-F3i
其中：
-i：所选择的第i个纵向加速度阶段，
-F0i：差动力，单位是N(牛顿)，
-F1i：动力传动系的牵引力，单位是N，
-F2i：车辆的纵向加速度合力，单位是N，
-F3i：阻力，单位是N。
计算动力传动系的牵引力值F1i：
其中：
-η：传动效率，
-Cm：发动机扭矩，单位是N.m-1，
-ωm：车辆发动机的旋转速度，单位是m.s-1，
-ωr：车辆车轮的旋转速度，单位是m.s-1，
-R：车辆车轮的半径，单位是m。
在混合动力车辆的情况下，发动机包括热力发动机和电动马达。牵引力指的是施加在与地面接触的驱动轮周边以确保车辆移动的力。牵引力的作用是产生车辆的移动和速度。
计算车辆的加速度合力F2i的值：
MO×A0i
其中：
-M0：车辆的参考重量，单位是kg，
-A0i：在所选择的第i个纵向加速度阶段Pi中车辆的纵向加速度，单位是m.s-2。
车辆的参考重量M0被定义为车辆的恒定最小重量，即车辆在运行状态下的重量加上车上两个人的标准重量。车辆在运行状态下的重量是包括以下各项在内的重量：耗材、比如机油和冷却液等功能性流体、备用轮胎和车辆驾驶员的重量。驾驶员和乘客的标准体重均设置为75公斤。为了计算差动力F0i的平均值，车辆的参考重量M0的值是与机动车辆型号相关联的预定义恒定值。
计算阻力F3i的值：
F3i＝F4i+F5i+F6i
其中：
-F4i：气动阻力，单位是N
-F5i：滚动阻力，单位是N
-F6i：与地形坡度有关的力，单位是N；
-计算气动阻力F4i：
其中：
-ρ：空气的密度，单位是kg.m-3，
-S：参考表面积，单位是m2，
-Cx：空气动力系数，
-V0：车辆的速度，单位是m.s-1。
气动阻力F4i指的是与车辆速度相反方向上的空气摩擦力。气动阻力F4i的值直接取决于车辆的空气动力学外形，车辆的空气动力学外形能够例如通过在车辆上安装车顶杆或车顶行李箱、或者甚至通过牵引拖车或大篷车来修改。
-计算滚动阻力F5i：
F5i＝M0×g×CRR
其中：
-M0：车辆的参考重量，单位是kg，
-g：地球引力，
-CRR：滚动阻力系数；
车辆的滚动阻力F5i是主要与车辆滚动时轮胎的变形有关的力。为了计算差动力F0i的平均值，滚动阻力系数CRR的值是与机动车辆型号相关联的预定义恒定值。
-计算与地形坡度有关的力F6i：
F6i＝M0×g×sin(α)
其中：
-M0：车辆的参考重量，单位是kg，
-g：地球引力，
-α：地形坡度，单位是度。
与地形坡度有关的力F6i直接取决于地形地貌，即在上坡或下坡的情况下。为了计算差动力F0i的平均值，地形的坡度α的值恒定为零值。
差动力F0i是根据动力学的基本原理获得的量。
在标称车辆滚动条件下，差动力F0i的真实值为零。
在临时的车辆滚动情况下，即在较陡的上坡、强风或车辆的过重M1状态的情况下，纵向加速度合力F2i的值和/或阻力F3i的值增大。
因此，动力传动系的牵引力F1i的值成比例地增大，以补偿施加在车辆上的阻力F3i，这些阻力与气动阻力F4i、滚动阻力F5i和地形坡度F6i有关，和/或以补偿与车辆重量有关的纵向加速度合力F2i，以将真实差动力F0i的值保持为零。
此外，差动力F0i的计算考虑了用于计算阻力F3i的值和纵向加速度合力F2i的值的预定义量。因此，在临时滚动的情况下，计算出的差动力F0i的平均值变得大于零。
为了检测车辆的过重M1状态，必须基于在纵向加速度阶段Pi期间获取的数据来执行对差动力F0i的计算，因为车辆的参考重量M0的值对计算纵向加速度合力F2i具有很大的影响。
此外，所选择的纵向加速度阶段Pi的数量n是与机动车辆相关联的值。n的值必须足够大以获得大量样本，从而可以排除偶然出现的非标称滚动情况，比如在较陡的上坡或强风的情况下。样本越大，在车辆滚动时补偿和抵消的阻力F3i的值就越大。这可以获得仅与加速度合力有关并因此与车辆重量有关的差动力值。
计算E2总平均值X0：
其中：
-X0：统计值，单位是N，
-F0i：差动力，单位是N，
-i：所选择的第i个纵向加速度阶段Pi，
-n：纵向加速度阶段Pi的总数。
根据本发明的示例性实施例，统计值X0是所有计算出的差动力的平均值F0i的平均值(例如算术平均值)，以过滤差动力的平均值F0i并剔除不具有代表性的值。
将统计值X0与车辆的过重阈值SM0进行比较E3：
X0>SM0
在比较步骤E3结束时，如果统计值X0大于过重阈值SM0，则车辆被检测为处于过重M1状态。
车辆的过重阈值SM0是与机动车辆型号相关联的常数，该值一般通过对每个机动车辆型号执行物理测试来确定。
用于检测D1车辆的过重M1状态的方法在每次机动车辆起动时启动，并且每次车辆滚动时最多执行一次。
当车辆速度V0大于速度阈值SV0时，纵向加速度阶段Pi的选择18被禁用。速度阈值SV0例如对应于快车道(比如高速公路)上的速度。优选地，检测方法D1被配置用于与城市类型的滚动相对应的车辆速度值V0。事实上，当车辆达到高速度值V0时，纵向加速度阶段Pi更少且更低。
根据本发明的示例性实施例，速度阈值SV0大于或等于90km/h，该值直接取决于销售车辆所在的国家的立法。
根据本发明的第一配置模式，在车辆滚动的整个时间段内，当车辆达到大于或等于速度阈值SV0的速度V0时，用于检测D1车辆的过重M1状态的方法被中断。
根据本发明的第二配置模式，当车辆达到大于或等于速度阈值SV0的速度V0时，检测方法D1被中断，直到车辆的速度V0小于速度阈值SV0。
图4A、图4B和图4C的联合展示了使用以下输入数据的用于检测D1车辆的过重M1状态的方法的应用示例：
-车辆的参考重量M0，
-车辆的速度V0随时间的变化：图4A，
-车辆的纵向加速度A0随时间的变化：图4B，
-纵向加速度阈值SA0：0.5m/s2，
-纵向加速度阶段Pi的数量n：3，
-车辆的过重阈值SM0。
车辆的控制单元10接收关于车辆速度V0的信息，并从中推断出车辆的纵向加速度A0，以选择18预定义数量即三个车辆纵向加速度阶段P1、P2和P3，根据这些阶段，纵向加速度A0大于0.5m/s2的纵向加速度阈值SA0。
检测方法D1：
-计算E1每个纵向加速度阶段P1、P2和P3的差动力F0i的平均值：F01、F02和F03；
-计算E2统计值X0(图4C)，该统计值对应于所有计算出的差动力F01至F03的平均值的平均值：
-将统计值X0与车辆的过重M1阈值SM0进行比较E3：
-如果X0>150N，则车辆被认为处于过重M1状态，并且管理方法G1继续将储存在车辆的牵引电池14中的能量水平提高20到足以满足车辆的特殊的临时滚动情况的电量阈值，或者
-如果X0<150N，则车辆被认为不处于过重M1状态，并且管理方法G1不进行干预，因为储存在牵引电池14中的能量水平足以满足车辆的特殊的临时滚动情况，因为车辆的重量并没有过重。
通过根据本发明的检测方法D1，经由基于车辆的参考重量M0的恒定值计算差动力来检测车辆的过重M1状态，使得可以获得关于车辆重量的可靠且准确的信息。
这样的检测方法D1与用于管理G1牵引电池14的电量的方法的联合使得可以在车辆遇到需要更大动力的特殊的临时滚动情况之前对牵引电池14进行再充电。
在车辆处于过重M1状态的情况下，及早建立能量储备使得可以保持车辆驾驶员所感受到的令人满意的驾驶服务。
此外，这样的策略不需要使用任何传感器来建立牵引电池14的电能储备。
符号说明：
10：控制单元
12：加速器踏板
14：牵引电池
16：用于检测车辆的过重状态的设备
18：选择车辆的预定数量的纵向加速度阶段
F0i：差动力
F1i：牵引力
F2i：合力
F3i：阻力
F4i：气动阻力
F5i：滚动阻力
F6i：与地形坡度有关的力
D1：用于检测车辆的过重状态的方法
G1：用于管理车辆的牵引电池的电量的方法
Pi：纵向加速度阶段
n：纵向加速度阶段的数量
X0：统计平均值
M0：车辆的参考重量
SM0：车辆的过重阈值
V0：车辆速度
SV0：速度阈值
A0：车辆的纵向加速度
SA0：纵向加速度阈值
E1：计算差动力的平均值
E2：计算统计值
E3：将统计值与车辆的过重阈值进行比较
20：提高储存在牵引电池中的能量水平

Claims (10)

1.一种用于检测(D1)配备有包括牵引电池(14)的动力传动系的机动车辆的过重(M1)状态的方法，
其特征在于，该检测方法(D1)包括选择(18)该车辆的确定数量(n)的纵向加速度阶段(Pi)，对于每个纵向加速度阶段，
该纵向加速度都大于纵向加速度阈值(SA0)，
并且其特征在于，对于所选择的每个纵向加速度阶段(Pi),该检测方法(D1)包括：
-计算差动力(F0i)的平均值的步骤(E1)，该差动力的平均值等于该动力传动系的牵引力(F1i)的值减去该车辆的纵向加速度合力(F2i)的值和该车辆在滚动时所受到的阻力(F3i)之和的值，
-根据计算出的该差动力的平均值(F0i)计算统计值(X0)的步骤(E2)，以及
-将计算出的统计值(X0)与该车辆的过重阈值(SM0)进行比较的步骤(E3)，
如果该统计值(X0)大于该车辆的过重阈值(SM0)，则根据该检测方法(D1)，该车辆被认为处于过重(M1)状态。
2.如权利要求1所述的检测方法(D1)，其特征在于，该统计值(X0)是所有计算出的差动力的平均值(F0i)的平均值。
3.如前两项权利要求中任一项所述的检测方法(D1)，其特征在于，该纵向加速度阈值(SA0)大于或等于0.5m/s2。
4.如前述权利要求中任一项所述的检测方法(D1)，其特征在于，
当该车辆速度(V0)大于速度阈值(SV0)时，该纵向加速度阶段(Pi)的选择(18)被禁用。
5.如前述权利要求中任一项所述的检测方法(D1)，其特征在于，
所选择的纵向加速度阶段(Pi)的数量(n)是与该机动车辆相关联的值。
6.如前述权利要求中任一项所述的检测方法(D1)，其特征在于，
该纵向加速度合力(F2i)由该车辆的参考重量(M0)的恒定值的值与该车辆的纵向加速度(A0i)的值的乘积来定义。
7.如前述权利要求中任一项所述的检测方法(D1)，其特征在于，
这些阻力(F3i)由该车辆的气动阻力(F4i)、该车辆的滚动阻力(F5i)和与该地形坡度有关的力(F6i)之和来定义。
8.一种用于管理(G1)机动车辆的牵引电池(14)的电量的方法，
其特征在于，该方法包括检测该车辆可能的过重(M1)状态，
以及当检测到过重(M1)状态时，将储存在该牵引电池(14)中的能量水平提高(20)到电量阈值，以响应临时车辆滚动情况。
9.如权利要求8所述的管理方法(G1)，其特征在于，通过如权利要求1至7中任一项所述的检测方法(D1)来执行对该车辆可能的过重(M1)状态的检测。
10.一种动力传动系，包括与牵引电池(14)相关联的热力发动机和电动马达，其特征在于，通过如权利要求8和9中任一项所述的管理方法(G1)来控制该牵引电池(14)的电量。
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