CN117580744A - 用于指示可提供坡道保持特征的剩余时间的车辆控制单元和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于指示可以提供电动车的坡道保持特征的剩余时间的车辆控制单元(vehicle control unit，VCU)。借助车辆的电驱动器，坡道保持特征能够使车辆的位置在斜坡上保持静止状态。VCU用于接收用于确定将车辆在斜坡上保持静止的电驱动器的保持转矩的信息、电驱动器的冷却的信息以及当启用坡道保持特征时电驱动器的初始温度的信息。VCU用于基于预定义的降额模型和上述信息确定电驱动器开始降额前的时间。VCU用于确定时间指示器，时间指示器基于电驱动器开始降额前的时间，指示可以提供坡道保持特征的剩余时间。

Description

用于指示可提供坡道保持特征的剩余时间的车辆控制单元和 方法
技术领域
本发明涉及一种用于指示可以提供电动车的坡道保持特征的剩余时间的车辆控制单元(vehicle control unit，VCU)、包括这种VCU的车辆控制系统以及相应的方法。具体地，本发明涉及电动车领域。具体来说，本发明涉及使用电动马达的坡道保持应用的预警概念。
背景技术
坡道保持是一种功能，可通过施加足够的制动力来补偿重力效应，从而使汽车在斜坡(上坡或下坡)上保持其位置。对于电动车，将车辆保持在斜坡上的另一种方法是使用电动马达。推进系统，即电机、变速箱和电力电子器件系统，需要提供适量的转矩以保持车辆静止，这称为保持转矩或失速转矩。保持转矩可以有不同的值，并且可以施加于驱动或反向方向。如果汽车面向上坡，则在驱动方向上施加正保持转矩；如果汽车面向下坡，则在反向上施加负保持转矩。
在零速下施加恒定转矩会导致电机和电力电子器件过热，因为提供给推进系统的所有功率都会转化为热量，在这种情况下，电气到机械的效率为零。如果过热继续，部件会进入降额状态，此时输出转矩会显着减少。在坡道保持情况下，转矩减少意味着车辆会违背驾驶员的意图开始滚动。
发明内容
本发明提供了一种高效且成本效益高的方案，用于在电动车中安全地实现坡道保持特征。
上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中是显而易见的。
该方案基于在坡道保持情况下将车辆的电气、机械和热特性耦合的想法。通过计算所需的保持转矩，估计实现保持转矩的等效功率损耗、产生的热量和电驱动单元的温升，并在事先了解温度的情况下，驱动单元开始降额行为，可以确定不能再提供当前保持转矩的温度和相应时间。热降额反映在驱动单元最大输出转矩的减少上。
该方案可以在车辆控制单元(vehicle control unit，VCU)中实现，该单元作为上域控制器协调动力总成特征。这个想法是在VCU中实现具有不同输入参数的降额模型。VCU在坡道保持情况下管理电驱动器的转矩，并从车辆的其它控制器接收信息。
为了详细描述本发明，使用以下术语、缩略语和符号：
EV 电动车
VCU 车辆控制单元
DC 直流电
AC 交流电
在本发明中，描述了电动车、车辆控制单元和坡道保持特征。电动车(electricvehicle，EV)是使用一个或多个电动马达进行推进的车辆。其可由电池自主供电。电动车包括但不限于公路和铁路车辆、水面和水下船只、电动飞机和电动航天器。
车辆控制单元(vehicle control unit，VCU)是电动或混合动力车辆的监控控制器。车辆控制单元充当电动或混合动力车辆的域控制器。VCU读取传感器信号，例如制动器、高压互锁回路(high-voltage interlock loop，HVIL)或充电器连接。然后，VCU会平衡系统能量、优化转矩、控制电机、HV电池组和车载充电系统，直至充电器锁定。
非电动车的坡道保持特征可通过施加足够的制动力来补偿重力效应，从而使汽车在斜坡(可以是上坡或下坡)上保持其位置。
非电驱动器的坡道保持主要通过机械制动系统接收来自域控制器的命令来实现，以保持制动压力X时间，以允许用户启动加速踏板开始爬坡或下坡。通常，可以根据进入条件和退出条件将坡道保持功能分类为i)上坡辅助(Hill-Start-Assist)和ii)自动驻车(Automatic-Vehicle-Hold，AVH)。上坡辅助通常用于相对较高的斜坡，在这种情况下，汽车会使用机械制动器在同一位置保持3秒。3秒后，机械制动器松开，用户应踩下加速踏板使汽车上坡。自动驻车是一个特征，用于使汽车长时间保持。自动驻车和爬行是两个相反的特征。当AVH激活时，爬行禁用，反之亦然。其目的是在每次运动停止后将汽车保持在同一位置(通常在踩下制动踏板并将车辆速度降至零后触发)。例如，当松开制动踏板时，车辆会接合机械制动器，并等待用户采取行动长达10分钟。10分钟后，如果用户没有采取任何行动，车辆会自动接合驻车制动器。
本发明中描述的坡道保持特征是电动车的特征，其可以由车辆控制单元实现。借助车辆的电驱动器，这种坡道保持特征能够使车辆的位置在斜坡上保持静止状态。随着电驱动技术的发展，坡道保持特征更普遍地集成到动力总成功能中，并通过转矩控制和坡度估计来实现。
第一方面，本发明涉及一种车辆控制单元，用于指示可以提供电动车的坡道保持特征的剩余时间，其中，所述坡道保持特征能够借助所述车辆的电驱动器将所述车辆的位置在斜坡上保持静止，其中，所述车辆控制单元用于：其中，所述车辆控制单元用于：接收用于确定将所述车辆在所述斜坡上保持静止的所述电驱动器的保持转矩的信息、所述电驱动器的冷却的信息以及当启用所述坡道保持特征时所述电驱动器的初始温度的信息；基于所述电驱动器的预定义降额模型、所述用于确定所述保持转矩的信息、所述冷却的信息和所述初始温度的信息，确定所述电驱动器开始降额前的时间；其中，所述降额模型描述了当所述电驱动器在静止状态下提供所述保持转矩时，所述电驱动器中的散热和所述电驱动器的相关降额，所述散热取决于所述保持转矩、所述冷却和所述电驱动器的初始温度；确定时间指示器，所述时间指示器基于所述电驱动器开始降额前的时间，指示可以提供所述坡道保持特征的剩余时间。
这样的车辆控制单元提供了一种高效且成本效益高的方案，用于在电动车中安全地实现坡道保持特征。该方案基于在坡道保持情况下将车辆的电气、机械和热特性耦合的想法。通过计算所需的保持转矩，估计实现保持转矩的等效功率损耗、产生的热量和电驱动器的温升，并在事先了解初始温度的情况下，电驱动器开始降额行为，VCU可以有利地确定不能再提供当前保持转矩的温度和相应时间。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述车辆控制单元用于：接收所述电驱动器的转子角位置的信息；进一步基于所述电驱动器的所述角位置，确定所述电驱动器开始降额前的时间。
接收转子角位置以用于电驱动器的具体实现，即，用于由永磁体系统实现的电驱动器。
这提供了这样的优点，即通过另外考虑转子角位置的信息，可以更精确地确定电驱动器开始降额前的时间。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述降额模型包括存储所述电驱动器的一组预定义保持转矩值、一组预定义冷却参数值、一组预定义初始温度和/或一组转子角位置的存储器；其中，所述存储器还包括对于所述电驱动器的所述保持转矩值、所述冷却参数值、所述初始温度和/或所述转子角位置的组合，所述电驱动器开始降额前的时间。
这提供了这样的优点，即可以由存储一组已知参数和相应的降额时间的存储器高效地提供降额模型。这样的存储器可以基于先前的测量来预先确定。通过使用这样的存储器，不需要复杂的计算。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述降额模型包括查找表、神经网络或基于多项式函数的函数拟合中的一个或多个。
这提供了这样的优点，即查找表可以容易地处理，神经网络可以高效和精确地存储大型信息数据库，并且可以很容易地处理基于多项式函数的函数拟合。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述车辆控制单元用于：接收包括用于确定道路坡度的信息的传感器数据；基于所述传感器数据确定所述保持转矩。
这提供了可以灵活地确定道路坡度的优点。尤其是，不需要显式坡度传感器，也可以使用提供传感器数据的任何其它传感器，通过这些数据可以确定坡度。
可以从坡度传感器或加速度传感器或能够提供用于确定道路坡度的信息的任何其它类型的传感器接收用于确定道路坡度的信息。道路坡度可以直接根据坡度传感器数据或间接地根据加速度或其它传感器数据来确定。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述车辆控制单元用于：基于所述车辆的质量、所述车辆的滚动阻力和所述道路坡度确定所述保持转矩；或者基于所述车辆的总阻力和所述车辆的车轮半径确定所述保持转矩。
这提供了可以使用已知车辆模型来准确地确定保持转矩的优点。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述车辆控制单元用于：将所述时间指示器作为视觉信号输出到所述车辆的显示器或仪表板，或作为声学信号或触觉信号输出。
这提供了这样的优点，即可以根据用户的具体要求或需求，采用多种不同的输出机制，灵活地输出时间指示符。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述车辆控制单元用于根据所述时间指示器初始化预警倒计时。
这提供了这样的优点，即可以敦促用户特别注意这个坡道保持特征和相应的时间指示器。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述时间指示器根据考虑到用户反应延迟的安全系数偏移。
这提供了这样的优点，即在使用该安全系数偏移时考虑了用户的反应延迟。在用户做出反应之前，车辆不能从坡道滚下来。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述车辆控制单元用于：当所述预警倒计时结束时，禁用所述坡道保持特征。
这提供了这样的优点，即通过禁用坡道保持特征，可以防止电驱动器过热。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述车辆控制单元用于：当所述时间指示符小于或等于零时，向用户输出所述坡道保持特征去激活的指示。
这提供了这样的优点，即用户知道何时不能再提供坡道保持特征。因此，用户知道何时采取必要的步骤来固定车辆，防止其从坡道上滚下来。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述车辆控制单元用于：如果接收到指示加速踏板致动的信息或驻车制动器激活的信息，则向用户输出所述坡道保持特征去激活的指示。
这提供了这样的优点，即可以告知用户坡道保持特征已经去激活。因此，用户可以在不受坡道保持功能影响的情况下加速或停车。
在车辆控制单元的示例性实现方式中，所述冷却的信息包括以下各项中的至少一项：车辆冷却系统的冷却剂的流速；所述车辆冷却系统中填充的冷却剂量；冷却剂的粘度；冷却剂的类型；冷却剂的温度。
冷却系统可以是风冷或液冷，例如风扇或散热器等。
这提供了这样的优点，即可以应用多种冷却系统来冷却电驱动器。根据具体的冷却情况，时间指示器可能会有所不同。
第二方面，本发明涉及一种车辆控制系统，用于指示可以提供电动车的坡道保持特征的剩余时间，其中，所述坡道保持特征能够借助所述车辆的电驱动器将所述车辆的位置在斜坡上保持静止，其中，所述车辆控制系统包括：根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元；传感器，用于提供传感器数据，所述传感器数据包括用于确定所述车辆的道路坡度的信息，其中，所述车辆控制单元用于基于所述传感器数据确定保持转矩。
这样的车辆控制系统提供了一种高效且成本效益高的方案，用于在电动车中安全地实现坡道保持特征。车辆控制系统基于在坡道保持情况下将车辆的电气、机械和热特性耦合的想法。通过计算所需的保持转矩，估计实现保持转矩的等效功率损耗、产生的热量和电驱动器的温升，并在事先了解初始温度的情况下，电驱动器开始降额行为，车辆控制系统可以有利地确定不能再提供当前保持转矩的温度和相应时间。
传感器可以是坡度传感器或加速度传感器或能够提供包括用于确定道路坡度的信息的传感器数据的任何其它类型的传感器。VCU可以直接根据坡度传感器的传感器数据或间接根据加速度或其它传感器的传感器数据确定道路坡度。
第三方面，本发明涉及一种方法，用于指示可以提供电动车的坡道保持特征的剩余时间，其中，所述坡道保持特征能够借助所述车辆的电驱动器将所述车辆的位置在斜坡上保持静止，其中，所述方法包括：接收用于确定将所述车辆在所述斜坡上保持静止的所述电驱动器的保持转矩的信息、所述电驱动器的冷却的信息以及当启用所述坡道保持特征时所述电驱动器的初始温度的信息；基于所述电驱动器的预定义降额模型、所述保持转矩的信息、所述冷却的信息和所述初始温度的信息，确定所述电驱动器开始降额前的时间；其中，所述降额模型描述了当所述电驱动器在静止状态下提供所述保持转矩时，所述电驱动器中的散热和所述电驱动器的相关降额，所述散热取决于所述保持转矩、所述冷却和所述电驱动器的初始温度；确定时间指示器，所述时间指示器基于所述电驱动器开始降额前的时间，指示可以提供所述坡道保持特征的剩余时间。
这种方法提供了与上述VCU相同的优点，即，提供了一种高效且成本效益高的方案，用于在电动车中安全地实现坡道保持特征。该方法基于如上文针对VCU或车辆控制系统所述的在坡道保持情况下将车辆的电气、机械和热特性耦合的想法。
第四方面，本发明涉及一种计算机程序产品，包括计算机可执行代码或计算机可执行指令，当执行时，使得至少一台计算机执行根据上述第三方面所述的方法。
计算机程序产品可以在如上所述第一方面的车辆控制单元上运行，或者在执行车辆控制的任何控制器或处理器上运行。
第五方面，本发明涉及一种计算机可读介质，用于存储指令，当所述指令由计算机执行时，使得计算机执行根据上述第三方面所述的方法。这样的计算机可读介质可以是非瞬态可读存储介质。存储在计算机可读介质上的指令可以由控制器或处理器执行，例如由根据第一方面的车辆控制单元执行。
附图说明
本发明的其它实施例将结合以下附图进行描述，在附图中，
图1示出了车辆100驶上斜坡的示意图；
图2示出了用于确定电动车驱动单元中的热损耗和温升的实验设置200的方框图；
图3示出了根据本发明的示例性降额模型300的示意图；
图4示出了根据本发明的用于在电动车中实现坡道保持特征的示例性流程图400的示意图；
图5示出了根据本发明的用于实现坡道保持特征的示例性车辆控制系统500的示意图；
图6示出了根据本发明的坡道保持预警功能620的示例性实现方式的示意图600；
图7示出了根据本发明的坡道保持特征的示例性实现方式的状态图700；
图8示出了根据本发明的坡道保持倒计时800的示意图；
图9示出了根据本发明的用于实现坡道保持特征的方法900的示意图。
具体实施方式
在以下详细描述中，参考构成本说明书一部分的附图，其中通过图示示出可以实践的本发明的具体方面。应当理解，可以利用其它方面，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下作出结构或逻辑的改变。因此，以下具体实施方式不应以限制性的意义来理解，并且本发明的范围由所附权利要求书限定。
应理解，与所描述的方法有关的注释对于与用于执行方法对应的设备或系统也同样适用，反之亦然。例如，如果描述了一个具体的方法步骤，则对应的设备可以包括用于执行所描述的方法步骤的单元，即使此类单元未在图中详细阐述或说明。此外，应当理解的是，除非另外明确说明，否则本文中描述的各种示例性方面的特征可以相互组合。
图1示出了车辆100驶上斜坡101的示意图。车辆100由电驱动器120驱动，并由车辆控制单元110控制，如下所述。
车辆控制单元110用于指示可以提供电动车辆100的坡道保持特征的剩余时间。借助车辆100的电驱动器120，坡道保持特征能够使车辆100的位置在斜坡101上保持静止状态。
车辆控制单元110用于：接收用于确定将车辆100在斜坡101上保持静止的电驱动器120的保持转矩121的信息、电驱动器120通过冷却系统130进行的冷却131的信息以及当启用坡道保持特征时电驱动器120的初始温度的信息。
车辆控制单元110用于：基于电驱动器120的预定义降额模型、用于确定保持转矩121的信息、冷却131的信息和初始温度的信息，确定电驱动器120开始降额前的时间；
降额模型描述了当电驱动器120在静止状态下提供保持转矩时，电驱动器120中的散热和电驱动器120的相关降额。散热取决于保持转矩121、冷却131和电驱动器120的初始温度。
车辆控制单元110用于确定时间指示器，时间指示器基于电驱动器120开始降额前的时间，指示可以提供坡道保持特征的剩余时间。
车辆控制单元110还可以用于：接收电驱动器的转子角位置的信息；进一步基于电驱动器的角位置，确定电驱动器开始降额前的时间。
请注意，可以接收转子角位置以用于电驱动器的具体实现，即，用于由永磁体系统实现的电驱动器。
降额模型可以包括或可以基于存储电驱动器的一组预定义保持转矩值、一组预定义冷却参数值、一组预定义初始温度和/或一组转子角位置的存储器。存储器还可以包括对于电驱动器的保持转矩值、冷却参数值、初始温度和/或转子角位置的组合，电驱动器开始降额前的时间，例如，如图3或图6所示。
降额模型可以包括查找表、神经网络或基于多项式函数的函数拟合或其组合中的一个或多个。
车辆控制单元110可用于：接收包括用于确定道路坡度的信息的传感器数据；基于传感器数据确定保持转矩。
可以从坡度传感器或加速度传感器或能够提供用于确定道路坡度的信息的任何其它类型的传感器接收用于确定道路坡度的信息。道路坡度可以直接根据坡度传感器数据或间接地根据加速度或其它传感器数据来确定。
车辆控制单元110可以用于基于车辆的质量、车辆的滚动阻力和道路坡度确定保持转矩。或者或另外，车辆控制单元110可以用于：基于车辆的总阻力和车辆100的车轮半径确定保持转矩，例如，基于如下所述的关系，确定保持转矩。
车辆控制单元110可以用于：将时间指示器作为视觉信号输出到车辆的显示器或仪表板，或作为声学信号或触觉信号输出。
车辆控制单元110可以用于根据时间指示器初始化预警倒计时，例如，如图8所示和描述的。
时间指示器可以根据考虑到用户反应延迟的安全系数偏移，例如，如下面详细描述的。
车辆控制单元110可以用于：当预警倒计时结束时，禁用坡道保持特征。
车辆控制单元110可以用于：当时间指示符小于或等于零时，向用户输出坡道保持特征去激活的指示，例如，如下面针对图7所描述的。
车辆控制单元110可以用于：如果接收到指示加速踏板致动的信息或驻车制动器激活的信息，则向用户输出坡道保持特征去激活的指示，例如，如下面图5或图7所示和针对其所描述的。
冷却131的信息可以包括以下各项中的至少一项：车辆冷却系统130的冷却剂的流速；车辆冷却系统130中填充的冷却剂量；冷却剂的粘度；冷却剂的类型；冷却剂的温度。
冷却系统可以是风冷或液冷，例如风扇或散热器等。任何类型的冷却都可以用于冷却电驱动器120。
车辆100也可以由车辆控制系统控制。这样的车辆控制系统能够用于指示可以提供电动车辆100的坡道保持特征的剩余时间。如上所述，借助车辆100的电驱动器120，坡道保持特征能够使车辆100的位置在斜坡101上保持静止状态。
这样的车辆控制系统包括：如上所述的车辆控制单元110；传感器，用于提供传感器数据，所述传感器数据包括用于确定车辆100的道路坡度101的信息。车辆控制单元110可以用于基于传感器数据确定保持转矩。
如上所述，传感器可以是坡度传感器或加速度传感器或能够提供包括用于确定道路坡度的信息的传感器数据的任何其它类型的传感器。VCU可以直接根据坡度传感器的传感器数据或间接根据加速度或其它传感器的传感器数据确定道路坡度。
本发明中描述的方案基于在坡道保持情况下将车辆100的电气、机械和热特性耦合的想法。通过计算所需的保持转矩121，估计实现保持转矩121的等效功率损耗、产生的热量和电驱动单元120的温升，并在事先了解温度的情况下，驱动单元120开始降额行为(热降额反映在驱动单元120最大输出转矩的减少上)，可以确定不能再提供当前保持转矩121的温度。
考虑到纵向车辆模型(不包括转向动力学)，车辆100受以下约束：
(1)重力Mgsin(θ)
(2)滚动阻力μMgcos(θ)
(3)空气阻力CdρAv2
其中，ρ表示空气密度；A表示车辆迎风面积；v表示车辆速度；θ表示边帮角。
将汽车保持在坡道上所需的力是：
R＝Mgsin(θ)+μMgcos(θ)
空气阻力可以忽略，因为通常保持是在相对较低的速度下完成的。
下表1描述了车辆模型中使用的各种参数。
表1：车辆模型中使用的参数
符号
M 车辆质量
θ 道路坡度
R 总阻力
rd 车轮半径
v 车速
T 电动机转矩
Cd 阻力系数
ρ 空气密度
A 迎风面积
所需保持转矩通常是基于传感器数据的估计算法确定的结果。估计包括质量、边帮角、滚动阻力。或者，如果目标车轮速度设置为零，则可以通过对车轮速度的控制回路来确定保持转矩。保持转矩应等于汽车在零速时的总阻力(Thold＝R×rd→转矩＝力×半径)。
根据动力总成架构，动力总成控制单元可能具有转矩分布逻辑，将转矩需求分配给不同的驱动单元。不同动力总成架构的示例包括：
(i)后轮驱动(一个驱动单元用于两个车轮或两个驱动单元，每个用于一个车轮)；
(ii)前轮驱动(一个驱动单元用于两个车轮或两个驱动单元，每个用于一个车轮)；
(iii)四轮驱动(两个驱动单元：一个在前，一个在后；或三个驱动单元：两个在后，一个在前；或四个驱动单元：每个用于一个车轮)。
一旦车辆100在斜坡101上保持零速，就可以量化驱动单元120产生的热量(功率损耗)。可以基于以下的数学模型进行计算：
-转子角位置
-保持转矩Thold
可以通过考虑热系统(或分别为冷却系统130)的冷却参数131来获得对驱动单元120的温升曲线的估计。
在这种情况下，驱动单元120指的是电力电子器件，如图2所示，即逆变器124：将电池DC电流241转换为电机122的AC电流，变速箱123将速度降低到输出轴，电机122基于逆变器124馈送至其的AC电提供机械动力(转矩121和速度)。
驱动单元120的温升曲线可以估计为：
其中，Pcool是指传递到驱动单元120的最终冷却功率。
图2示出了用于确定电动车驱动单元中的热损耗和温升的实验设置200的方框图。
在经验设置200中，如图1所示的车辆100安装在底板或框架260上，并且车辆在该底板260上行驶。车辆包括具有一个或多个电动马达122的驱动单元120、控制单元125、逆变器124和变速箱123。DC源240向逆变器124提供DC功率241。驱动单元120由冷却系统130冷却，冷却系统130提供冷却驱动单元120的冷却剂流131。自动化软件230通过测功机转换器250、冷却系统130和驱动单元120控制测功机210、220。状态报告270提供温度、降额等结果。
经验方法是确定驱动单元120中的热损耗和温升的替代方案。该系统可以放置在反映真实驾驶情况的实验设置200中。
驱动单元120连接到：
-测功机210、220，为测试的驱动单元120提供负载设定点；
-测功机转换器250，包括变频器，为测功机提供达到设定工作点所需的AC电；
-自动化系统230，提供负载设定点、驱动单元转矩命令、冷却系统操作模式；
-冷却系统130，向驱动单元120提供冷却，并可以改变冷却参数131，例如温度、流速等。
通过改变保持转矩设定点、冷却参数和转子角位置，可以测量温升和达到降额所需的时间。可能的结果可能是：
-无降额：冷却功率足够高，足以克服保持期间产生的热量。在这种情况下，降额前的时间是无穷大；
-降额发生在Δtderating之后：冷却功率减缓了产生的热量，但无法克服。温度继续上升，降额发生在Δt之后。
不同操作条件下的降额结果可以存储在查找表中，例如，如表2所示，或转换为数据驱动的模型，如图3所示。
表2：不同操作条件下降额结果查找表
图3示出了根据本发明的示例性降额模型300的示意图。
降额模型300基于某些输入参数，例如保持转矩121、一个或多个冷却参数131、转子位置301和/或初始温度302，确定降额前的时间303。
降额模型300描述了当电驱动器120在静止状态下提供保持转矩时，电驱动器120中的散热和电驱动器120的相关降额。散热取决于保持转矩121、冷却131和电驱动器120的初始温度。
降额模型300可以包括存储电驱动器120的一组预定义保持转矩值、一组预定义冷却参数值、一组预定义初始温度和/或一组转子角位置的存储器，例如，如上表2所示。存储器还可以包括对于电驱动器的保持转矩值、冷却参数值、初始温度和/或转子角位置的组合，电驱动器开始降额前的时间。
降额模型300可以包括查找表，例如，如上面表2所示，神经网络或基于多项式函数的函数拟合。
整个过程可以在图5所示的流程图500中可视化。所公开的坡道保持特征的目的是预警驾驶员降额开始之前和减少将汽车保持在坡道上所需的转矩之前的时间量。
图4示出了根据本发明的用于在电动车中实现坡道保持特征的示例性流程图400的示意图。
在该流程图400中，考虑道路条件401以确定坡度101。车辆动力学402和坡度101确定所需的保持转矩411，该保持转矩411可用于确定转矩分布412。可以通过考虑电动马达和/或其经验数据403、取决于车辆热系统407的最大冷却功率406和转矩分布412来确定功率损耗413。
可以通过考虑初始电机温度408、电机热特性和/或其经验数据404以及功率损耗413来确定温升414。可以通过考虑基于温度的降额和/或其经验数据405和温升414来确定降额前的时间303。基于降额前的时间303，可以提供释放保持转矩的预警409，例如，通过倒计时。
考虑到用户反应延迟，释放保持转矩的预警409倒计时可以根据安全系数偏移。偏移量可以根据应用案例校准。
Δtwarning＝Δtderating-Δtoffset
当在坡道上行驶时，当计算Δtwarning≤0时，可以向用户指示电驱动器的坡道保持特征已去激活。这可能是由于坡度过高、驱动单元温度过高等原因造成的。
图5示出了根据本发明的用于实现坡道保持特征的示例性车辆控制系统500的示意图。
本发明中描述的方案可以在如图5所示的车辆控制单元(vehicle control unit，VCU)110中实现，该单元作为上域控制器协调动力总成特征。该概念是在VCU 110中使用不同的输入参数实现降额模型，例如图3中所示的降额模型300。
VCU 110在坡道保持情况下管理电驱动器120的转矩121，并从图5中所示的其它控制器接收信息。
图5所示的系统架构可以包括：
-坡道保持开关570，用于启用和禁用571坡道保持特征；
-档位选择器520，用于在驻车、行驶、倒车或空档之间选择，作为所选档位521；
-坡度传感器530或其它估计器，用于估计道路坡度101；
-加速踏板560和制动踏板550，由驾驶员致动，以获取这些踏板的信息561、551；
-仪表板510，用于接收不同组件和特征状态的信息511；
-VCU 110作为坡道保持特征的协调器和针对降额情况的嵌入式预警概念；
-一个或多个驱动单元120，向VCU提供实际转矩降额状态信息542，并从VCU 110接收转矩请求信息541。
图5中所示的车辆控制系统500可用于指示可以提供电动车辆的坡道保持特征的剩余时间。如上文关于图1所述，借助车辆100的电驱动器120，坡道保持特征能够使车辆100的位置在斜坡上保持静止状态。车辆控制系统500包括如上文关于图1和图2所描述的车辆控制单元110。车辆控制系统500还可以包括传感器，用于提供传感器数据，所述传感器数据包括用于确定车辆100的道路坡度101的信息。传感器可以是如图5所示的坡度传感器530或能够提供用于确定车辆100的道路坡度101的信息的任何其它传感器，例如加速度传感器、陀螺仪传感器等。
车辆控制单元110用于基于传感器数据确定保持转矩。
图6示出了根据本发明的坡道保持预警功能620的示例性实现方式的示意图600。
坡道保持预警功能620提供向用户显示的坡道保持倒计时623。
坡道保持预警功能620可以具有以下输入：
-坡道/保持进入和退出条件622，可在车辆级别定义；
-坡道保持模型610，例如，降额前的时间的经验或数学或数据驱动模型，例如，如上文关于图3所述或上文表2所示。
输出是向用户指示的坡道保持倒计时623。
图7示出了根据本发明的坡道保持特征的示例性实现方式的状态图700。
坡道保持特征可以表示为如图7所示的状态图700。然而，坡道保持特征也可以表示为表的形式，例如查找表，或表示为某些条件性请求或其它方式。
在作为状态图或状态机700的示例性表示中，状态机700可以包括示例性数量的三个状态：第一状态710对应于坡道保持关闭；第二状态720对应于坡道保持待命；第三状态730对应于坡道保持活动。也可以实现更多状态。
坡道保持功能的状态机700的三种状态可以示例性地描述如下：
-坡道保持关闭，710：坡道保持特征已去激活
-坡道保持待命，720：坡道保持特征已启用
-坡道保持活动，730：坡道保持已应用，即电机的转矩输出以保持在坡道上的零速。
以下示例性迁移可用于描述状态机700：
-如果启用711坡道保持功能，则可以执行从关闭状态710到待命状态720的迁移。
-如果可以估计坡度并且车辆速度大约为零，即运动停止722，则可以执行从待命状态720到活动状态730的迁移。
-如果用户致动加速踏板以请求大于保持转矩的转矩或应用驻车制动器或坡道保持倒计时达到零732，则可以执行从活动状态730到待命状态720的迁移。
-如果发生坡道保持故障或用户731禁用坡道保持特征，则可以执行从活动状态730到关闭状态710的迁移。
-如果用户禁用721了坡道保持，则可以执行从待命状态720到关闭状态710的迁移。
在坡道保持活动状态730期间，倒计时可以从当前坡度的计算预警时间开始，并可以开始递减直到达到零。
图8示出了根据本发明的坡道保持倒计时800的示意图。
倒计时800可以可视化地显示给用户。这里显示了一个示例，其中初始预警倒计时为60秒。当倒计时达到5秒时，该特征指示驾驶员准备坡道起步。当倒计时达到0s时，将释放坡道保持，并相应地通知驾驶员。
图9示出了根据本发明的用于实现坡道保持特征的方法900的示意图。
这样的方法900能够用于指示可以提供电动车辆100的坡度保持特征的剩余时间，例如，如图1所示。如上所述，借助车辆100的电驱动器120，这种坡道保持特征能够使车辆100的位置在斜坡上保持静止状态。
方法900包括：接收901用于确定将车辆100在斜坡101上保持静止的电驱动器120的保持转矩的信息、电驱动器120的冷却的信息以及当启用坡道保持特征时电驱动器的初始温度的信息。
方法900包括：基于电驱动器的预定义降额模型、保持转矩的信息、冷却的信息和初始温度的信息，确定902电驱动器120开始降额前的时间；其中，降额模型描述了当电驱动器在静止状态下提供保持转矩时，电驱动器中的散热和电驱动器的相关降额，散热取决于保持转矩、冷却和电驱动器的初始温度，例如，如上文关于图1至图8所述。
方法900包括：确定903时间指示器，时间指示器基于电驱动器开始降额前的时间，指示可以提供坡道保持特征的剩余时间，例如，如上文关于图1至图8所述。
尽管本发明的特定特征或方面可能已经仅结合几种实现方式中的一种进行公开，但此类特征或方面可以和其它实现方式中的一个或多个特征或方面相结合，只要对于任何给定或特定的应用是有需要或有利。此外，在一定程度上，术语“包括”、“有”、“具有”或这些词的其它变形在详细说明或权利要求书中使用，这类术语和术语“包括”是类似的，都是表示包括的含义。同样，术语“示例性的”、“例如”仅表示为示例，而不是最好或最优的。可以使用术语“耦合”和“连接”以及衍生词。应当理解的是，这些术语可以用于指示两个元件彼此协作或交互，而不管它们是直接物理接触还是电接触，或者它们彼此不直接接触。
虽然本文已说明和描述了特定方面，但本领域普通技术人员应了解，多种替代和/或等效实现方式可以在不脱离本发明范围的情况下替代所示和描述的特定方面。本申请旨在覆盖本文论述的特定方面的任何修改或变更。
虽然以上权利要求书中的元件是利用对应的标签按照特定顺序列举的，除非对权利要求书的阐述另有暗示用于实现部分或所有这些元件的特定顺序，否则这些元件不必限于以该特定顺序来实现。
根据以上指导，许多替代、修改和变化对于本领域技术人员是显而易见的。当然，本领域技术人员容易认识到，除本文中所述的应用之外，还存在本发明的众多其它应用。虽然已参考一个或多个特定实施例描述了本发明，但本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种更改。因此，应当理解，只要是在所附权利要求书及其等效物的范围内，可以用不同于本文具体描述的方式来实践本发明。

Claims (15)

1.一种车辆控制单元(110)，用于指示可以提供电动车(100)的坡道保持特征的剩余时间，其中，所述坡道保持特征能够借助所述车辆(100)的电驱动器(120)将所述车辆(100)的位置在斜坡(101)上保持静止，其中，所述车辆控制单元(110)用于：
接收用于确定将所述车辆(100)在所述斜坡(101)上保持静止的所述电驱动器(120)的保持转矩(121)的信息、所述电驱动器(120)的冷却(131)的信息以及当启用所述坡道保持特征时所述电驱动器(120)的初始温度的信息；
基于所述电驱动器(120)的预定义降额模型、所述用于确定所述保持转矩(121)的信息、所述冷却(131)的信息和所述初始温度的信息，确定所述电驱动器(120)开始降额前的时间；
其中，所述降额模型描述了当所述电驱动器(120)在静止状态下提供所述保持转矩时，所述电驱动器(120)中的散热和所述电驱动器(120)的相关降额，所述散热取决于所述保持转矩(121)、所述冷却(131)和所述电驱动器(120)的初始温度；
确定时间指示器，所述时间指示器基于所述电驱动器(120)开始降额前的时间，指示可以提供所述坡道保持特征的剩余时间。
2.根据权利要求1所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述车辆控制单元用于：
接收所述电驱动器的转子角位置的信息；
进一步基于所述电驱动器的所述角位置，确定所述电驱动器开始降额前的时间。
3.根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)，其特征在于：
其中，所述降额模型包括存储所述电驱动器的一组预定义保持转矩值、一组预定义冷却参数值、一组预定义初始温度和/或一组转子角位置的存储器；
其中，所述存储器还包括对于所述电驱动器的所述保持转矩值、所述冷却参数值、所述初始温度和/或所述转子角位置的组合，所述电驱动器开始降额前的时间。
4.根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)，其特征在于：
其中，所述降额模型包括查找表、神经网络或基于多项式函数的函数拟合中的一个或多个。
5.根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述车辆控制单元(110)用于：
接收包括用于确定道路坡度的信息的传感器数据；
基于所述传感器数据确定所述保持转矩。
6.根据权利要求5所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述车辆控制单元用于：
基于所述车辆的质量、所述车辆的滚动阻力和所述道路坡度确定所述保持转矩；或者
基于所述车辆的总阻力和所述车辆的车轮半径确定所述保持转矩。
7.根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述车辆控制单元(110)用于：
将所述时间指示器作为视觉信号输出到所述车辆的显示器或仪表板，或作为声学信号或触觉信号输出。
8.根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述车辆控制单元(110)用于：
根据所述时间指示器初始化预警倒计时。
9.根据权利要求8所述的车辆控制单元(110)，其特征在于：
其中，所述时间指示器根据考虑到用户反应延迟的安全系数偏移。
10.根据权利要求8或9所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述车辆控制单元(110)用于：
当所述预警倒计时结束时，禁用所述坡道保持特征。
11.根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述车辆控制单元(110)用于：
当所述时间指示符小于或等于零时，向用户输出所述坡道保持特征去激活的指示。
12.根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述车辆控制单元(110)用于：
如果接收到指示加速踏板致动的信息或驻车制动器激活的信息，则向用户输出所述坡道保持特征去激活的指示。
13.根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)，其特征在于，所述冷却(131)的信息包括以下各项中的至少一项：
车辆冷却系统(130)的冷却剂的流速；
所述车辆冷却系统(130)中填充的冷却剂量；
冷却剂的粘度；
冷却剂的类型；
冷却剂的温度。
14.一种车辆控制系统(500)，用于指示可以提供电动车(100)的坡道保持特征的剩余时间，其中，所述坡道保持特征能够借助所述车辆的电驱动器将所述车辆的位置在斜坡上保持静止，其中，所述车辆控制系统包括：
根据上述权利要求中任一项所述的车辆控制单元(110)；
传感器，用于提供传感器数据，所述传感器数据包括用于确定所述车辆的道路坡度(101)的信息；
其中，所述车辆控制单元(110)用于基于所述传感器数据确定保持转矩。
15.一种方法(900)，用于指示可以提供电动车的坡道保持特征的剩余时间，其中，所述坡道保持特征能够借助所述车辆的电驱动器将所述车辆的位置在斜坡上保持静止，其中，所述方法包括：
接收(901)用于确定将所述车辆在所述斜坡上保持静止的所述电驱动器的保持转矩的信息、所述电驱动器的冷却的信息以及当启用所述坡道保持特征时所述电驱动器的初始温度的信息；
基于(902)所述电驱动器的预定义降额模型、所述保持转矩的信息、所述冷却的信息和所述初始温度的信息，确定所述电驱动器开始降额前的时间；
其中，所述降额模型描述了当所述电驱动器在静止状态下提供所述保持转矩时，所述电驱动器中的散热和所述电驱动器的相关降额，所述散热取决于所述保持转矩、所述冷却和所述电驱动器的初始温度；
确定(903)时间指示器，所述时间指示器基于所述电驱动器开始降额前的时间，指示可以提供所述坡道保持特征的剩余时间。
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