CN104691553B - 用于监控车辆的驱动装置的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于监控车辆的驱动装置的方法，其中比较车辆的内部能量的变化与车辆的期望功率。

Description

用于监控车辆的驱动装置的方法

技术领域

本发明涉及一种用于监控车辆驱动装置的方法。

背景技术

已知在不期望的加速度上监控车辆，方法是实施连续的力矩监控。在此处理通过加速踏板位置确定的驾驶员期望力矩。与驾驶员意愿和也许存在的通过驾驶员辅助***和/或辅助装置的附加力矩要求有关地计算额定驱动力矩。保障功能模拟计算额定驱动力矩并且比较模拟的结果与额定驱动力矩。如果该比较得出在可允许的范围之外的偏差，则推断出在车辆的驱动***中的故障并且启用相应的措施。例如能够在一定的转速阈值之上阻止燃油喷射。

另一种可能性提供车辆的加速监控。加速监控能够以由车轮转速确定的车辆速度和车辆加速度或者替代地以加速传感器的信号为基础。

由文献DE 10 2011 075 609 A1已知使用惯性传感器作为纵向加速传感器，所述传感器根据在导体中的电容效应测量加速度，所述导体在加速时由于其惯性而弯曲。因为重力同样地作用到惯性质量、易弯曲的导体和导体的固定点上，本质上以该测量原理不测量重力加速度。

比较允许的加速度与测量的实际加速度的不利之处在于必须将所有力或者说力矩转换到比较层面上。因此，例如将具有变速器速比和轴传动比并且具有车轮直径的内燃机的发动机力矩换算成在车辆上在纵向上作用的力并且以该力和车辆质量计算得出车辆加速度。然而，实际的变速器速比例如在CVT变速器的情况下带有公差。在具有手动换挡的车辆的滑动离合器中或者在自动变速器的转换器操作中，所述实际的速比也是可变的并且未精确已知。此外，车轮直径带有静态和动态公差。因此，在发动机参考***的力矩转换到在车辆参考***中的力时，所述力的公差和进而由此计算出的加速度的公差也增高。因此如果必须扩大监控范围，则所述监控继续是稳固的。替代地能够引起通过实际速比的昂贵的计算将公差扩大保持得较小。

发明内容

与此相对地，按照本发明的、具有独立权利要求所述特征的方法具有以下优点，即监控车辆的驱动装置，方法是比较车辆的内部能量的变化与车辆的期望功率。

按照本发明可以看出，车辆的总能量通过能量输入和能量输出改变并且因此实现在不期望的加速度上通过能量平衡或者说功率平衡监控所述车辆。

所谓的驱动装置以下理解为由一个或者多个马达连同所属的控制装置组成的驱动***。所谓的有待监控的驱动装置有利地是机动车的驱动装置。术语功率在本发明的范围中理解为每单位时间做的功或者每单位时间能量的变化、尤其是能量的时间导数。所谓的内部能量以下理解为在移动的车辆中存储的能量。在此，所述内部能量尤其包括经典力学的能量形式、即势能、转动能量、动能、张紧的弹簧的能量等等。在本发明的意义上，存储在蓄电池中的化学能或者电能不算作车辆的内部能量。

有利地，车辆的期望功率由预计的驱动功率和预计的损耗功率形成。因此对所述情形能够考虑到，在驱动装置中转换的全部功率未表现在车辆的牵引中。

有利地，在形成车辆的期望功率时考虑偏置。因此能够提高按照本发明的方法的稳定性。在本发明的一种有利的设计方案中，在加速情况下使用的偏置能够不同于在减速情况下的偏置，以便实现无故障运转的***的不同的公差。此外在本发明的一种特别有利的设计方案中能够通过偏置的变化考虑在车辆运行中的特殊情况。于是例如当牵引车辆时，例如通过偏置的相应调整的值也能够在起动情况或者牵引情况下应用按照本发明的方法。

有利地，预计的损耗功率由预计的制动功率、预计的空气摩擦功率和预计的滚动摩擦功率形成。能够因此提高按照本发明的方法的精确性。在此所述制动功率的概念表示为通过制动操作引起的车辆能量的变化。空气摩擦功率的概念表示为通过空气摩擦引起的车辆能量的变化并且滚动摩擦功率的概念表示为通过例如轮胎的滚动摩擦或者也通过在刹止的车轮中的滑动摩擦引起的车辆能量的变化。在本发明的一种有利的设计方案中，估计或者说根据车辆专门的特性参数确定所述制动功率、空气摩擦功率和滚动摩擦功率。为此在本发明的一种特别有利的设计方案中使用在车辆的控制单元中存储的函数和/或特性曲线和/或参考表格（Nachschlagetabellen）。在本发明的另一种有利的设计方案中，损耗功率由预计的制动功率、预计的空气摩擦功率、预计的滚动摩擦功率和预计的传动链损耗功率形成。在传动链损耗功率中综合在车辆传动链中出现的损耗功率、例如在变速器中的功率损失或者在液力耦合器中的功率损失。

有利地，车辆内部能量的变化由车辆的动能变化、势能变化和转动能量变化形成。在本发明的一种有利的设计方案中借助陀螺仪和/或压力传感器和/或三维卫星导航确定车辆的势能变化。有利地综合车辆的所有转动部件的转动能量。有利地借助测量的车轮转速确定车辆的动能。

有利地通过取决于车辆的加速度的参量代替动能和势能变化的总和，其中由传感器获取车辆的加速度。在使用一种合适的、熟知的加速度传感器时不获取车辆的重力加速度。对于动能和势能的总和的表达式于是简化成由车辆质量、车辆速度和以加速度传感器测量的车辆加速度的乘积。在本发明的一种特别有利的设计方案中对于所述传感器涉及惯性传感器。

当车辆的内部能量的变化与车辆的期望功率的区别大于一个可预先给定的值时，则有利地识别出故障。能够采取应急措施作为对识别的故障的反应。例如能够在可预先给定的转速阈值之上时中断燃油喷射到内燃机中。在电动机的情况下同样能够采取限制电动机的转速和转矩的合适的措施。能够通报车辆的驾驶员和/或车间。

用于监控车辆的驱动装置的设备同样是有利的，所述设备包括用于获取内部能量变化的机构、用于获取车辆的期望功率的机构和用于比较车辆的内部能量的变化与车辆的期望功率的机构。

一种计算机程序以及一种电子存储介质同样是有利的，所述计算机程序为此构造或者通过编译为此构造，即实施按照本发明的方法的每个步骤，所述计算机程序存储在电子存储介质上。

一种电子控制单元同样是有利的，所述电子控制单元包括电子存储介质。有利地使用总归存在的发动机控制或者经常存有的车辆控制。

附图说明

以下根据附图详细阐述本发明的实施例。在此示出：

图1是具有用于实施按照本发明的方法的装置的车辆的示意图；

图2是按照本发明的方法的流程的示意图。

具体实施方式

在图1中示出了具有用于实施按照本发明的方法的装置的车辆10的示意图。车辆10在此具有至少一个发动机20、30，例如内燃机20和/或电动机30。所述至少一个发动机20、30由发动机控制设备40控制。发动机控制设备40包括电子存储介质45。在本发明有利的设计方案中，所述至少一个发动机20、30包括用于获得至少一个发动机20、30的转速的装置。

所述车辆此外具有用于提供车辆势能变化50的单元。用于提供势能变化50的单元在此能够包括传感器、尤其是陀螺仪，所述传感器获得车辆10的倾角。替代地，用于提供势能变化50的单元也能够包括压力传感器并且进而根据气压高度式提供车辆的势能变化。替代地，用于提供势能变化50的单元也能够包括卫星导航单元并且进而从三维导航数据出发提供势能的变化。

加速传感器60获得车辆10的加速度并且将代表加速度的信号传递给发动机控制设备。在本发明的一种特别有利的设计方案中对于加速传感器60涉及具有抗震试验质量的加速传感器，所述加速传感器本质上不获取作用到车辆10上的重力加速度。如果对于加速传感器60涉及具有抗震试验质量的加速传感器，则能够省去用于提供势能50变化的单元。同时存有至少一个车轮转速传感器70，所述车轮转速传感器测量车辆10的车轮的转速并且将相应的车轮转速信号传送到发动机控制设备40处，在那里能够由车轮转速信号例如确定车辆的速度。在本发明的一种特别有利的设计方案中所述传感器60是惯性传感器。

车辆10此外能够包括一个或者多个驾驶员辅助***80、例如主动间距调节，所述主动间距调节影响车辆的纵向运动。驾驶员辅助***80的存在对于实施按照本发明的方法当然不是必须的。

车辆10此外包括用于调节驾驶员期望的力矩的操作元件90以及传感器95，所述传感器读出操作元件90的位置并且给出表示操作元件90的位置的信号到发动机控制设备40上。有利地对于操作元件90涉及加速踏板。然而替代地也能够涉及速度控制器的操作元件。

图2示出了按照本发明的方法的流程示意图。按照本发明的方法在步骤100中开始。从步骤100出发，在由步骤110、120、130和140组成的第一分支中确定车辆期望的功率，而在由步骤210、220、230和240组成的第二分支中确定车辆的内部能量的变化。然而替代地也能够仅使用一个分支实施按照本发明的方法，方法是例如首先实施第一分支的步骤，并且接着实施第二分支的步骤。同样能够交替地实施第一分支的各个步骤和第二分支的各个步骤。

在步骤110中读出由传感器95提供的信号并且因此确定车辆期望的驱动功率。有利地在步骤110中也能够考虑影响车辆纵向运动的驾驶员辅助***80的信号。能够通过先前额定力矩的确定实现期望的功率的确定，所述额定力矩随后换算成期望的功率。

在步骤120中形成预计的损耗功率。在本发明有利的设计方案中，预计的损耗功率在此由预计的制动功率、预计的空气摩擦功率和预计的滚动摩擦功率形成。在本发明的特别有利的设计方案中，所述损耗功率由预计的制动功率、预计的空气摩擦功率、预计的滚动摩擦功率和预计的传动链损耗功率形成。在传动链损耗功率中综合在车辆传动链中出现的损耗功率、例如在变速器中的功率损失或者在液力耦合器中的功率损失。因为未精确已知车辆质量、相对空气速度和表示滚动摩擦的摩擦系数，则估计所述预计的空气摩擦功率、预计的制动功率和预计的滚动摩擦功率和必要时预计的传动链损耗功率。为此在发动机控制设备40的电子存储介质45中能够存储合适的估计函数和/或特性曲线。

在步骤130中确定车辆的期望功率的偏置。所述偏置是相对于车辆期望功率的相加的量值，所述量值能够具有正的或者负的符号。使用所述偏置用于尽管存在容许误差和不精确性仍然确保监控的稳定性。为此所述偏置本身能够与车辆的运行状态有关。如果在不允许的加速上进行车辆的监控，所述偏置能够采用不同于当在不允许的车辆减速上进行监控时的偏置的值。为了处理特殊情况、像例如车辆的牵引，能够设置另一个偏置值。如果所述偏置值在这种情况下选取得足够大，于是当存在例如由外部牵引车提供的用于功率平衡的量值时，也能够使用按照本发明的方法。有利地在应用所述方法的范围中确定所述对于偏置待使用的值并且存储在发动机控制设备40的电子存储介质45中。

在步骤140中由之前确定的量值计算车辆期望的功率。有利地计算车辆的期望功率，方法是从预计的驱动功率减去预计的制动功率、预计的空气阻力功率和预计的滚动阻力功率并且加上由步骤130得到的偏置。因为由步骤130得到的偏置也能够有负的符号，车辆的期望功率也能够通过加入偏置而减小。于是例如当不能够提供需要的传感器数据和/或估计值时，贡献于车辆的期望功率的各个项也能够由零值代替。

在步骤210中估计车辆的质量。能够例如使用车辆的空载质量或者允许的总重量作为用于估计的起始点，有利地对所述空载质量或者说总重量补充例如能够由车辆的行驶动力学估计的校正质量。同样如果在车辆中存在相应设置的传感器，能够测量车辆的质量。与监控的种类或者行驶状态有关地能够在步骤210中采用对于车辆的不同的质量。如果未知实际的车辆质量并且不存在合适的估计值，则当在不允许的加速上监控时能够使用最小车辆质量，因为在较高车辆质量时内部能量的变化大于在较低车辆质量时的变化。如果对于最小质量计算的车辆内部能量的变化大于车辆期望的功率，则这也适用于可能大于最小质量的实际质量。相应地当在不允许的减速上监控时能够使用最大车辆质量。

在步骤220中由传感器70读出在车辆的至少一个车轮上的车轮转速。替代地能够由另一个控制器提供所述车轮转速。如果在车辆中存在加速传感器60，则该加速传感器同样被读出。

在步骤230中计算车辆的势能的变化、动能的变化和转动能量的变化。在此计算车辆的转动能量的变化作为车辆的不同的转动组件的转动能量的变化的总和，其中对于每个组件确定由转动惯量、角速度和角速度的梯度的乘积。能够由经过测量的参量、例如由测量的发动机转速计算角速度和角速度的梯度。如果对于车辆的确定的转动部件不能够直接使用测量参量，则取用在车辆中的所有转动部件以通常已知的传动比转动。例如能够由曲轴的角速度计算例如凸轮轴的角速度。然而有利地从尽可能多的转动部件概括出用于车辆的转动能量的变化的量值，其中使用以合适的方式由各个转动的部件的转动惯量组成的有效的转动惯量。在步骤230中尤其是考虑车辆的车轮的量值和所有发动机20、30的量值。

确定动能的变化的方法是计算合适的车辆质量、车辆的速度和车辆的加速度的乘积。如果在车辆中没有加速传感器60，则由在步骤220中确定的车轮转速计算车辆的速度和车辆的加速度。

由用于提供车辆50的势能变化的单元提供车辆的势能变化。在此能够使用位置传感器确定车辆的势能变化。替代地，用于提供车辆50的势能变化的单元能够包括压力传感器并且借助气压高度式确定车辆的势能变化。替代地，用于提供车辆50的势能变化的单元也能够包括GPS模块并且借助三维卫星导航计算车辆的势能变化。

如果存有具有抗震试验质量的加速传感器60，则重力作用到传感器的试验质量上也同样作用到试验质量的悬挂上。这种传感器本质上仅获取消除重力影响的车辆加速度。通过对车辆质量、车辆速度和通过传感器测量的加速度的乘积使用具有抗震试验质量的加速传感器简化了车辆的动能的变化和势能的变化的总和。因此单独计算势能变化不再是必需的。

在步骤240中计算车辆内部能量的变化，方法是计算车辆的动能变化、势能变化和转动能量变化的总和。如果使用具有抗震试验质量的加速传感器60，则将车辆质量、车辆速度和由加速传感器测量的车辆加速度的乘积加到车辆的转动能量的变化上去用于计算车辆的内部能量的变化。

在步骤150中比较车辆的内部能量的变化与车辆的期望功率。如果所述比较得出车辆的内部能量的变化在可预先确定的范围内部与车辆的期望功率相一致，则在步骤100中重新开始按照本发明的方法。如果所述比较得出车辆的内部能量的变化在可预先确定的范围内部与车辆的期望功率不一致，则在步骤160中识别出故障并且采取合适的措施。合适的措施能够包括限制车辆的至少一个发动机的转速以及通报驾驶员或者说车间。

Claims (10)

1.用于监控车辆（10）的驱动装置的方法，其特征在于，比较车辆（10）的内部能量的变化与所述车辆（10）的期望功率，由预计的驱动功率和预计的损耗功率形成所述车辆的期望功率，由所述车辆（10）的动能变化、势能变化和转动能量的变化形成所述车辆（10）的内部能量的变化。

2.按权利要求1所述的方法，其特征在于，为了形成所述车辆的期望功率而考虑偏置。

3.按权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，由代表驾驶员意愿的信号和/或影响所述车辆（10）的纵向运动的驾驶员辅助***（80）的信号形成预计的驱动功率。

4.按权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，由预计的制动功率、预计的空气摩擦功率和预计的滚动摩擦功率形成预计的损耗功率。

5.按权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，由取决于车辆加速度的参量代替动能变化和势能变化的总和，其中由传感器（60）获取所述车辆的加速度。

6.按权利要求1或者2所述的方法，其特征在于，当所述车辆（10）的内部能量的变化与所述车辆（10）的期望功率的差别大于一个预先给定的值时，则识别出故障。

7.用于监控车辆（10）的驱动装置的设备，其特征在于所述设备包括用于获取所述车辆（10）的内部能量变化的机构、用于获取所述车辆（10）的期望功率的机构和用于比较所述车辆的内部能量与所述车辆（10）的期望功率的机构，由预计的驱动功率和预计的损耗功率形成所述车辆的期望功率，由所述车辆（10）的动能变化、势能变化和转动能量的变化形成所述车辆（10）的内部能量的变化。

8.电子存储介质（45），计算机程序存储在所述存储介质上，构造所述计算机程序，以便实施按照权利要求1到6任一项所述的方法的每个步骤。

9.按权利要求8所述的电子存储介质（45），编译所述计算机程序，以便实施按照权利要求1到6任一项所述的方法的每个步骤。

10.包括按照权利要求8或9所述的电子存储介质（45）的电子控制单元（40）。

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