JP2014527392A - 車両の減速構成を制御する方法 - Google Patents

車両の減速構成を制御する方法 Download PDF

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Abstract

本発明は、少なくとも1つの回生ブレーキ装置(12)を備えた車両の減速構成(10)を制御する方法であって、少なくとも1つの回生ブレーキ装置(12)は、可変的な制動トルクによって車両を減速させ、制動トルクに対応する電気エネルギーを生成するよう構成される。車両を駆動するための操作要素(22)、特に加速ペダル(22)の復帰速度が検出される(S2)。復帰速度、及び/又は、復帰速度と相関する値が、所定の閾値を上回り又は下回る限りにおいて、予め定められた制動トルクが、回生ブレーキ装置(12)により加えられる(S5)。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両の減速構成を制御する方法、及び、このような方法を実行するよう構成された制御装置に関する。
ハイブリッド車又は純粋に電気的に駆動される車両の場合、制動過程の間に運動エネルギーが、電動機の回生動作によって取り戻され、バッテリがこのエネルギーによって充電される(回収、Rekuperation)ことが既に知られている。この場合、電動機は、マイナスの駆動トルクを生成し、即ち、電動機は発電機として動作する。電動機が、プラスの加速トルクもマイナスの加速トルクも生成しない場合、車両は前方へと駆動されず、外部の影響(例えば、空気抵抗、回転抵抗、車道の勾配)によってのみ加速され又はブレーキが掛けられる(この現象は、英語文献では「フリーホイーリング(free wheeling)」と称されている)。マイナスの加速トルクの場合には、車両の減速の程度として運転者が認知でき、回収トルクを調節することが可能である。
近代的な車両では、いつ電動機が発電機として駆動されるかについての様々な駆動コンセプトが公知である。従って、例えば、固定的に設定された粗い段階で回収が行われる車両が公知である。加速ペダルが開放される場合に、所定の駆動トルクによって回収が開始される(このことは、例えば走行モードに依存し、この走行モードは例えば、スポーツ的な走行モード、快適な走行モード、又は、エコな走行モードであってもよい)。
さらに、運転者によって、スイッチを用いて手動で回収トルクを設定することが可能な車両が公知である。この回収トルクは、(ブレーキペダルが踏まれていない限り)加速ペダルの開放時に設定される。加速ペダルが完全に開放されて初めて回収が開始される。ブレーキペダルが踏まれている際には、回収トルクは、予め定められた回収トルクに達するまで追加的に高められる。さらに、所定のブレーキペダルストローク以降、制動トルクをさらに(追加的に)高める油圧的ブレーキが作動される。
最後に、加速ペダルが完全に開放される前に既に回収が開始される車両が公知である。このことから、所定のペダル位置で車両が惰性で進み(即ち、電動機は、ポジティブな駆動トルクもネガティブな駆動トルクも生成せず)、運転者が、軽度の加速ペダル位置の設定を介して、回収強度の度合いを調整できることが推測される。その際に、車両が惰性で進む厳密な加速ペダルストロークは、速度に依存しうる。速度がより速い場合には、このポイントは、より高い加速ペダル位置に存在する。その理由は、最大駆動トルク及び最大回収トルクが、回転数及び速度に依存して変化することにある。速度がより速い場合には、電動機内の摩擦損失を益々補正しなければならない。運転者にとっては、速度がより速い場合には、回収の大きさを調整するために、より長い加速ペダルストロークを使用するということになる。
車両の回生制動時及び車両の駆動時には、電動機を介して可能な限り高い効率を実現すべきであるため、電気的・回生ブレーキは、車両の1つ以上の軸と接続されている。このような構成において、可能な限り小さな摩擦と可能な限り高い効率とが達成される。換言すれば、電気的・回生ブレーキは、電動機によっても駆動される軸、例えば前軸上でのみ作用する。制動状況に応じて、個々の軸に対して制動トルクが均等に分散されない、即ち理想的に分散されないことが起こりうる。例えば、制動トルクは、個々の軸への各荷重に比例しない割合で各軸に対して作用する可能性がある。不均等な制動力の分散は、走行ダイナミクス(Fahrdynamik)、又は、車両の制御可能性に対しても不都合な影響を与える可能性がある。回生減速構成を備えた車両では、可能な限り多くの制動エネルギーを取り戻すという要求に起因して、走行安定性に対する特に強い影響が見込まれる。換言すれば、一方では、回生ブレーキによる可能な限り高いエネルギーの回収と、他方では、制動過程の間の高い走行安定性と、の間で、目標間コンフリクトが発生する。
従って、本発明に基づいて、少なくとも1つの回生ブレーキ装置を備えた車両の減速構成を制御する方法が提供される。回生ブレーキ装置は、可変的な制動トルクによって車両を減速させ、制動トルクに応じた電気エネルギーを生成するよう構成される。本発明に係る方法では、車両を駆動するための操作要素、特に加速ペダルの復帰速度(Ruecknahmegeschwindigkeit)が検出される。さらに、本発明に係る方法では、復帰速度、及び/又は、当該復帰速度と相関する値が、所定の閾値を上回り又は下回る限りにおいて、予め定められた制動トルクが、回生ブレーキ装置によって加えられる。
さらに、本発明に基づいて、このような方法を実行する制御装置が提供される。
車両は、特に電気自動車である。「電気自動車」という概念において、本稿での文言では、例えば電気エネルギーを介してのみ駆動される車両、及び、内燃機関又は燃料電池と電動機との組み合わせを有するハイブリッド車と理解されたい。「加速ペダル」という概念は、運転者が踏むことが出来、それにより車両の速度又は加速度を調整することが可能な操作要素として理解されたい。
本発明によって、可能な限り高い効率が実現される。運転者は、加速ペダルの開放によって回生動作を開始し、従って、回生動作を作動させるために追加的な操作要素を操作する必要がない。これにより、追加的な操作要素無しで、改善された操作快適性が提供される。
本発明に係る方法の一構成によれば、上記予め定められる制動トルクは、車両の走行状況に応じて決定される。
これにより、本発明に係る方法を実施する制御装置の開ループ又は閉ループ制御アルゴリズムを、所与の限定条件又は車両の特定の走行状況に対して最適に調整することが可能である。
本発明に係る方法の一実施形態において、車両は電動機によって駆動される。その際に、電動機は、車両にブレーキを掛けるための回生ブレーキ装置の構成要素として、発電機として駆動可能である。
即ち、個々の電動機は、車両を駆動するための駆動ユニットとして、又は、エネルギー回収のための発電機として駆動されうる。この二重の機能により、追加的な装置が必要となることはなく、このようにして設置空間とコストが削減される。
一実施形態において、復帰速度が所定の閾値を上回る限りにおいて、最大制動トルクが、回生ブレーキ装置によって生成される。
これにより、例えば、緊急の状況において、アクセルペダルが非常に速く復帰する場合に、最大制動トルクによって制動過程が迅速に開始され、これにより安全性を向上させることが可能である。
本発明に係る方法の一変形例において、復帰速度が第2の予め定められた閾値を下回る限りにおいて、制動トルクは回生ブレーキ装置によって生成されない。
従って、例えば、車両の惰性運転(Schubbetrieb)中に、即ち、惰力走行(Ausrollen)時に回収トルクを抑制することが可能であり、従って、車両の開放された運動エネルギーを、より長い惰力走行距離を達成するために利用することが可能である。一の機械的エネルギーの形態から他の機械的エネルギーへの変換は、運動エネルギーから電気エネルギーへの変換と比較して特に効率が高い。
本発明に係る方法の一構成において、復帰速度が第2の予め定められた閾値を下回り、車両を減速させるための操作要素、特に、車両にブレーキを掛けるためのブレーキペダルが踏まれる限りにおいて、回生ブレーキ装置によって、電気エネルギーを生成するために、制動トルクが生成される。
従って、ブレーキペダルの操作には、加速ペダル操作に対してより高い優先度が割り当てられるため、いずれの場合せよ、運転者が意図する総制動効果が得られる。
第1の予め定められた閾値は、第2の予め定められた閾値と一致してもよい。しかしながら、本発明に係る方法の一変形例によれば、第2の予め定められた閾値は、第1の予め定められた閾値よりも小さい。
これにより、加速ペダルの復帰速度の範囲が、3つの部分範囲へと分けられる。個別範囲に区切ることによって、様々な制動ストラテジー、例えば、回収に最適化され及び/又は減速に最適化された制動ストラテジーを設定することが可能である。
例えば、復帰速度が、第1の予め定められた閾値と第2の予め定められた閾値との間にある値を有する限りにおいて、制動トルクが、車両を駆動するための操作要素の位置に従って変更される。
これにより、追加的な操作要素無しに、運転者は有利に、自身の要望に応じて車両の回収挙動を制御することが可能である。
さらに、この観点の根底には、通常の走行操作に対して著しく速い加速ペダルの復帰速度を、緊急制動状況が存在する基準として評価出来るという認識がある。このために、本発明に係る方法は、早期に、ブレーキペダルを踏む前に既に、自動的な制動過程を開始することが可能である。従って、危険な状況において制動トルクの形成のために時間が失われないことが保証される。
本発明に係る方法の一変形例において、第1の閾値、及び/又は、第2の閾値は、特に手動で運転者により設定可能である。
例えば、予め定められる制動トルクは、特に手動で運転者により設定可能である。
これにより、運転者は、車両の走行力学的な状態に対して影響を与えることが可能であり、従って、所定の走行挙動、例えばスポーツ的な走行挙動又は快適な走行挙動が生れる。
本発明に係る方法の一構成において、制御装置は、減速構成を、メモリに格納されたユーザ固有のプロファイルに従って制御する。その際、制御装置は、特に自己学習をするよう構成され、ユーザ固有のプロファイルは、運転者の操作入力に基づいて更新される。
従って、運転者固有の制御を最適に形成することが可能な長期のプロファイルを作成することが可能である。
本発明に係る方法の一実施形態に従って、車両の周囲の障害物を検出するための環境検出が実行される。その際に、予め定められる制動トルクは、環境検出の結果を考慮して決定される。
環境検出は、基本的に任意に構成することが可能である。例えば、環境検出装置は、生成された磁場が検出された物体によって変化し当該変化がそれにより測定される磁気センサを有してもよい。さらに、先行技術には、超音波に基づく環境検出装置もある。例えば、環境検出装置によって、物体、例えば他の車両に対する車両の接近が検出され、差し迫った衝突が防止されうる。
本発明に係る方法の特徴、特性、及び利点は、対応して同様に、本発明に従って構成される制御装置にも当てはまる。
本発明に係る方法を実行するための車両の減速構成の概略図を示す。 本発明に係る方法のフローチャートを示す。
図1は、本発明に係る方法を実施するための減速構成10の概略図を示す。減速構成10は、回生ブレーキシステムとして構成され、摩擦ブレーキ装置14の他に、発電機12と、電気エネルギーを生成するための制御ユニット(インバータ装置)と、を有する。発電機12は、例えば、車両を駆動するためのモータとして駆動可能である。
例えば、車両の(図示されない)2つの前輪又は前軸は、発電機12と接続される。その際に、制動過程における車両の減速部全体は、発電機12の減速部と、摩擦ブレーキ装置14と、から構成される。
摩擦ブレーキR1、R2、R3、R4のために必要な制動圧力は、ブレーキペダル20と連結された主ブレーキシリンダ16を介して加えられる。制動圧力を形成するために、主ブレーキシリンダ16によって、制動手段が、個々の摩擦ブレーキR1、R2、R3、R4への対応する油圧線L1、L2、L3、L4を介して押圧される。その際に、摩擦ブレーキR1、R2、R3、R4はそれぞれ、1つの車輪に割り当てられる。ブレーキブースタ18は、ブレーキペダル20と主ブレーキシリンダ16との間に配置され、例えば非人力エネルギー・圧縮空気(Fremdkraft−Druckluft)によって、ブレーキペダル20に対して運転者により加えられるペダル力を高める。
加速ペダル22の位置は、加速ペダルセンサ24によって検出され、評価装置26へと転送される。評価装置26は、加速ペダル22の検出された位置から、加速ペダルの復帰速度を定めるよう構成される。評価装置26は、出力側で、データ線27を介して、自動制動過程を制御するための制御装置28と接続される。制御装置28は、自己学習するよう構成されてもよい。このために、メモリ30は、制御装置28内若しくは制御装置28の外部、又は、一変形例において、車両の外部でも書込み可能に構成され、従って、制御装置28のための制御プログラムを、個別の技術的設備に保管してロードすることが可能である。その際に、プログラムは、自己学習型アルゴリズムを含む。制御装置28は、メモリ30に格納されたユーザ固有のプロファイルに従って、減速装置12、14を制御する。制御装置28は、駆動中に、ユーザ固有のプロファイルを、ユーザの特定の操作入力(例えば、加速ペダル22の開放)の解析に基づいて更新する。従って、制御装置28は、より長い時間に渡って運転者の動作を検出する。
制御装置28には、データ線31を介して、ブレーキペダル20のペダルストロークの信号、又は、相関値が供給される。制御装置28は、制御線33を介して、ブレーキブースタ18の切り替え弁36を制御することが可能であり、従って、ブレーキペダル20の踏込みに依存せずに制動圧力を形成することが可能である。
運転者情報装置38、例えばディスプレイは、設定に関する情報、例えば、回収性能の現在の状態についての手動での設定に関する情報、及び、操作コンセプトについての情報、又は、省エネ走行のための操作コンセプトの利用についての情報を運転者に提供する。当然のことながら、対応する情報を聴覚的に提供することも可能である。
複数のセンサを有するセンサ装置40によって、車両の走行状況を特徴付けるパラメータ、例えば、走行ダイナミクスパラメータが検出される。伝送線42を介して、センサ装置40の出力信号が制御装置28へと伝達される。
環境検出装置44は、伝送線46を介して制御装置28と接続される。環境検出装置44は、例えば、伝送線46を介して制御装置28へと伝達される映像信号を生成するためのカメラ装置を有する。制御装置28では、映像処理ユニットによって、三次元のパターン検出に基づいて、先行車両又は車両の前に存在する車両のような物体が検出される。制御装置28がクリティカルな交通状況、例えば、差し迫った他車との衝突を検出した場合には、走行状況を考慮して自動的に減速装置12、14を制御して車両を減速させる。
走行動作時に、評価装置26は、当該評価装置26により定められた、加速ペダル22の復帰速度Vの値を、データ線27を介して制御装置28へと伝送する。制御装置28内では、この復帰速度Vの値が、上の閾値S及び下の閾値Sと比較される。復帰速度Vの値が上の閾値Sを上回る場合には、制御装置28は、発電機12を駆動して、その際に回生制動を促す。その際に、制御装置28は、予め定められる制動トルクBmaxであってセンサ装置40により検出された各走行状況に応じて定められる上記制動トルクBmaxを設定する。予め定められる制動トルクBmaxは、より高い走行快適性を実現するために、時間とともに増大して推移しうる。回生制動とは、開放される車両の運動エネルギーが、発電機12によって電気エネルギーに変換されることである。形成される制動トルクが大きいほど、回生制動時に形成される電気エネルギーが強くなる。取り戻された電気エネルギーは、走行動作のストラテジーに従って、蓄電池の充電のために又は電気消費機器に電力供給するために利用することが可能である。
復帰速度Vの値が下の閾値Sを下回る場合には、車両にブレーキを掛けるためのブレーキペダル20が踏まれているという前提でのみ、制御装置28によって、回生性能の開始が促される。即ち換言すると、制御装置は、ブレーキペダルの踏込みが無い状態で、車両を惰力走行させるという運転者の要望のための基準として、加速ペダル22のゆっくりとした開放を評価する。
復帰速度Vの値が上の閾値Sを下回ると同時に下の閾値Sを上回る場合には、強い減速への要望も、車両の惰力走行への要望も存在しないと想定することが出来る。従ってこの場合には、運転者が直観的に実感できる回生トルクの制御が、加速ペダル22の踏込みによって実現される。このために、制御装置28は、例えば、固定的に設定されたトルク又は他のストラテジーによる加速ペダル22の位置に従って、回収トルクを変更する。
結果として、本発明に係る方法では、加速ペダル22の復帰速度Vの値の範囲が、異なる操作コンセプトがそれぞれで実現される3つ以上の部分範囲、即ち詳細には、復帰速度が上の閾値Soを上回る(V>S)第1の部分範囲と、復帰速度が上の閾値Soと下の閾値Sとの間に存在する(S<V<S)第2の部分範囲と、復帰速度が下の閾値Sを下回る(V<S)第3の部分範囲と、に分けられる。異なる回収段階が実現される復帰速度の部分範囲を2つ以上定めることも可能であると理解されたい。
電子入力装置32を用いて、ユーザは、例えば、最大回収強度、又は、上の閾値S及び/又は下の閾値Sのための値等のパラメータの調整を手動で行うことが可能である。ユーザによりこのように設定されたパラメータ値は、例えば、運転者情報装置38のディスプレイに表示することが可能である。
図2は、本発明に係る方法の一実施形態のフローチャートを示す。
第1のステップS1において、評価装置26によって加速ペダル復帰速度Vが定められる。ステップS1の後で、本方法はステップS2に進む。ステップS2では、加速ペダル復帰速度Vが、所定の上の閾値Sよりも大きいか、又は、代替的な実施形態に従って、所定の上の閾値Sよりも小さいかどうかが検査される。
決定S2において、本方法は、結果がイエス(positiv)であるかノー(negativ)であるかに従って進む。ステップS2において結果がイエスの場合(即ち、加速ペダル復帰速度が上の閾値Soを上回り又は代替的に下回る場合)、本方法はステップS3に進む。ステップS3において、ブレーキペダル20の踏込みがあるかどうかが検査される。
ステップS3において、ブレーキペダル20の踏込みがないことが確認された場合には、本方法はS4に移り、ブレーキペダル20の踏込みがあることが確認された場合には、本方法は終了ステップS11で終了する。
可能な限り高いエネルギー回収と共に、各走行状況に応じた高い走行安定性を実現するために、ステップS4において、発電機12のための予め定められる制動トルクBmaxが、走行状況に応じて計算される。なぜならば、クリティカルではない走行状況では、クリティカルな走行状況よりも大きな発電機制動トルクを許可又は許容しうるからである。予め定められる制動トルクBmaxの計算は、制御装置28によって行われる。現在の走行状況に基づいて、予め定められる制動トルクBmaxを計算するために、以下のパラメータ、即ち、少しだけ挙げると、車両速度、車両の横加速度、車両のヨーレート、車両の重心の位置、車道の摩擦値、タイヤの摩擦値のうちの1つ以上を利用し、センサ40を用いて検出することが可能である。さらに、予め定められる制動トルクBmaxを決定する際に、シャシーの構成のような車両特性を考慮することが可能である。その際に、予め定められる制動トルクBmaxを計算するために、当業者には公知の、上記のパラメータ間又は影響因子間の演算操作が可能である。代替的に、予め定められる制動トルクBmaxの適切な決定を、メモリ30に格納された特性曲線を用いて行うことも可能である。横滑り防止プログラム(ESP)を有する車両では、既存のESPセンサ装置の信号を、現在の走行状況を又は走行ダイナミクスを評価するために評価することが可能である。
ステップS4の後に、即ち、予め定められる制動トルクBmaxの計算の後に、本方法はステップS5に進む。ステップS5では、制御装置28が、予め定められた制動トルクBmaxを車輪又は車軸に印加するために、対応する制御信号を発電機12へと送信する。換言すれば、制御装置28は、ステップS5で、発電機12に対して、計算された上記予め定められた制動トルクBmaxを設定する。
ステップS5の後で、本方法は終了ステップS11で終了する。
ステップS2での結果がノーの場合には、本方法はステップS6に移る。ステップS6において、復帰速度Vが下の閾値Sよりも小さいかどうかが検査される。
ステップS6での検査結果がノーの場合には、加速ペダル復帰速度Vが、下の閾値Sと上の閾値Sとの間に存在することが推測される。この場合、本方法はステップS7へと進む。
ステップS7では、発電機12の回生性能が、例えば、加速ペダル22の位置に従って変更される。例えば、加速ペダル22の移動範囲(Auslenkbereich)又は変位は、少なくとも2つの範囲、即ち、下の範囲及び上の範囲に分けられる。ハイブリッド車の場合、下の範囲において、スロットルバルブの閉鎖時に、回収的又は回生的にブレーキが掛けられる。その際に、回生制動トルクは、加速ペダルの移動によって制御される。上の範囲では、スロットルバルブは、加速ペダルの移動によって制御される。
ステップS7の後で、本方法は終了ステップS11で終了する。
ステップS6での検査結果がイエスの場合(即ち、加速ペダル復帰速度の現在の値が、下の限界値Sよりも小さい場合)、本方法は、ステップS8に飛ぶ。
ステップS8では、ブレーキペダル20の踏込みがあるかどうかが検査される。ステップS8において、ブレーキペダル20の踏込みがないことが確認された場合には、本方法はステップS9へと移る。ステップS9において、車両の惰力走行が、回収制動トルクが印加されることなく、車両が静止状態に達するまで行われる。
ステップS9の後で、本方法はS11で終了する。
ステップS8で、ブレーキペダルの踏込みがあることが確認された場合には、本方法はステップS10へと移る。ステップS10では、減速装置12、14の駆動が行われ、その際に、減速部全体は、減速装置12、14の減速部で構成され、全体で運転者の制動要望を満たす。
ステップS10の後で、本方法は終了ステップS11で終了する。

Claims (13)

  1. 少なくとも1つの回生ブレーキ装置(12)を備えた車両の減速構成(10)を制御する方法であって、前記少なくとも1つの回生ブレーキ装置(12)は、可変的な制動トルクによって前記車両を減速させ、前記制動トルクに対応する電気エネルギーを生成するよう構成され、前記車両を駆動するための操作要素(22)、特に加速ペダル(22)の復帰速度が検出される(S2)、前記方法において、
    前記復帰速度、及び/又は、前記復帰速度と相関する値が、所定の閾値を上回り又は下回る限りにおいて、予め定められた制動トルクが、前記回生ブレーキ装置(12)によって加えられる(S5)ことを特徴とする、方法。
  2. 前記予め定められる制動トルクは、前記車両の走行状況に応じて決定される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記車両は、電動機(12)によって駆動され、前記電動機(12)は、前記車両にブレーキを掛けるための前記回生ブレーキ装置(12)の構成要素として、発電機(12)として駆動可能である、請求項1又は2に記載の方法。
  4. 前記復帰速度が前記所定の閾値を上回る限りにおいて、最大制動トルクが、前記回生ブレーキ装置(12)によって生成される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。
  5. 前記復帰速度が、第2の予め定められた閾値を下回る限りにおいて、制動トルクは前記回生ブレーキ装置(12)によって生成されない、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
  6. 前記復帰速度が、前記第2の予め定められた閾値を下回り(S6)、前記車両にブレーキを掛けるための操作要素、特にブレーキペダル(20)が踏まれる(S8)限りにおいて、前記回生ブレーキ装置(12)によって、電気エネルギーを生成するために、制動トルクが生成される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。
  7. 前記第2の予め定められた閾値は、前記第1の予め定められた閾値よりも小さい、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。
  8. 前記復帰速度が、前記第1の予め定められた閾値と前記第2の予め定められた閾値との間にある値を有する(S6)限りにおいて、前記制動トルクが、前記車両を駆動するための前記操作要素(22)の位置に従って変更される(S7)、請求項4〜7のいずれか1項に記載の方法。
  9. 前記第1の閾値、及び/又は、前記第2の閾値は、特に手動で運転者により設定可能である、請求項4〜8のいずれか1項に記載の方法。
  10. 前記予め定められる制動トルクは、特に手動で前記運転者により設定可能である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の方法。
  11. 制御装置(28)は、前記減速構成(10)を、メモリ(30)に格納されたユーザ固有のプロファイルに従って制御し、前記制御装置(28)は、特に自己学習するよう構成され、前記ユーザ固有のプロファイルは、前記運転者の操作入力に基づいて更新される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の方法。
  12. 前記車両の周囲の障害物を検出するための環境検出が実行され、前記予め定められる制動トルクが、前記環境検出の結果を考慮して決定される、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。
  13. 請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法を実施するよう構成されて調整された、車両の減速構成(10)のための制御装置。
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