CN108137037A - 控制装置、传动系和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于具有至少两个驱动单元的车辆的控制装置（1），所述控制装置具有第一接口（3），所述第一接口被构造用于接收额定转矩（4），并且具有计算装置（5），所述计算装置被构造用于周期性地最小化用于所述至少两个驱动单元的运行的评估函数（6），从而确定所述至少两个驱动单元之间的转矩分配（11），其中所述评估函数（6）的边界条件（7）是所述额定转矩（4）的产生，其中所述评估函数（6）具有惩罚项（8），所述惩罚项利用评估惩罚证实所述至少两个驱动单元的转矩的变化。此外，本发明公开了相应的传动系和相应的方法。

Description

控制装置、传动系和方法
本发明涉及一种用于具有至少两个驱动单元的车辆的控制装置。此外，本发明涉及相应的传动系和相应的方法。
背景技术
在现代车辆中，使用不同的技术来减少燃料消耗。例如，试图降低车辆的重量来减少其消耗。除了这种减轻重量外，在现代车辆中也使用了两台驱动马达，所述驱动马达应相互补充。例如，能够非常有效地使用电动机，以便将车辆从静止状态开始加速，因为所述电动机从转速为零起就已经能够发挥其最大的转矩。与之相反，由于汽油或柴油的能量密度非常高，内燃机能够用于很长的路程。
具有内燃机和电动机的车辆也被称为混合动力车辆。这种车辆的重要的组件是控制器，该控制器控制电动机和内燃机之间的转矩分配。这样能够控制哪个马达向车辆的车轮输出多少转矩。
DE 10 2012 214 252 A1公开了一种相应的车辆和一种用于控制混合动力车辆的方法。
发明内容
本发明公开了具有权利要求1的特征的控制装置、具有权利要求7的特征的传动系以及具有权利要求8的特征的方法。
相应地规定：
一种用于车辆的控制装置，该车辆具有至少两个驱动单元，该控制装置具有第一接口，该第一接口被构造用于接收额定转矩，并且所述控制装置具有计算装置，该计算装置被构造用于周期性地最小化用于运行所述至少两个驱动单元的评估函数，以便确定在所述至少两个驱动单元之间的载荷分配、接下来也被称为转矩分配，其中评估函数的边界条件是额定转矩的产生，其中评估函数具有惩罚项，该惩罚项利用评估惩罚证实所述至少两个驱动单元中的一个的转矩的变化。
此外规定：
一种用于车辆的传动系，该传动系具有至少两个驱动单元并且具有根据本发明的控制装置，所述控制装置与所述至少两个驱动单元耦联并且被构造用于操纵所述驱动单元。
最后规定：
一种用于控制具有至少两个驱动单元的车辆的方法，该方法包括以下步骤：
接收额定转矩，并且周期性地最小化用于所述至少两个驱动单元的运行的评估函数，用于确定所述至少两个驱动单元之间的载荷分配，其中所述评估函数的边界条件是额定转矩的产生，其中所述评估函数具有惩罚项，所述惩罚项利用评估惩罚证实所述至少两个驱动单元中的一个的转矩的变化。
本发明的优点
控制装置使用最小化策略。在此，评估函数可以是这样的函数，其例如针对驱动装置的给定的速度和给定的转矩，将相应的驱动装置的功耗表现到应该被最小化的评估值上。由所述驱动单元中的每一个所施加的转矩的比例和该比例的变化也能够被称为驱动***的运行策略。
例如能够规定利用电动机执行从静止开始的乘用车的加速的运行策略，该电动机在低的转速时也具有高的转矩。从一定的速度开始，例如能够接通内燃机，该内燃机在恒定的速度时辅助滑行。在选择运行策略时的其他考虑因素可以是例如电动机的电池的充电状态、马达的温度和类似因素。在此，运行策略的目标始终是：为驾驶员所期望的转矩在驱动单元之间找到最有效的转矩分配。即实现了最低的燃料或能量消耗的分配。
具有根据本发明的传动系的车辆能够例如为具有传统内燃机和电动机的混合动力车辆。其通常能够以可控制的转矩比例来共同地驱动车辆。
如果控制装置确定了驱动单元之间的转矩分配，则该控制装置当然能够相应地对所述驱动单元进行操纵。在此，控制装置因此本身能够直接操纵所述驱动单元。替代性地，控制装置也能够将关于在驱动单元之间的转矩分配的信息向其他控制单元、例如专用发动机控制设备传输。
评估函数的一个可能的、示例性公式如下：
附加条件能够被表述为：
在此，TICE表示内燃机的转矩，TEM表示电动机的转矩，并且Tdrv，des表示由驾驶员预先给定的额定转矩。内燃机的转矩和电动机的转矩的总和因此必须相当于驾驶员所期望的转矩。 H（n）表示评估函数的结果，该结果需要被最小化。 PBatt（n）表示由电动机在预先给定的转速n时从电池所获取的功率。该功率乘以等效系数s，该等效系数将电功率等同于相应的内燃机的燃料消耗。 Fuel，ICE（n）项表示在预先给定的转速时的燃料的燃料流或质量流，Hu表示燃料的能量含量。在最小化H（n）时，转速由驾驶员预先给定，并且尤其能够依赖于转矩提供PBatt（n）和 Fuel，ICE（n）项。
尤其在电动机与内燃机、例如柴油机的组合中，在乘用车中这种在宽的转速范围或转矩范围内的评估函数或输出曲线能够非常平坦地延伸并且对于不同的转矩具有多个紧靠彼此的局部最小值。这可能导致两个或多个紧靠彼此的最小值之间的振荡。为了产生同一个输出转矩，电动机和柴油机之间的转矩分配因此持续地在两个或更多在结果上等效的分配之间进行切换。所述切换可能在乘用车中然而例如导致可感知的振动。
为了避免这种情况，引入了惩罚项，该惩罚项将评估函数扩展了一个项，所述项利用评估惩罚证实所述至少两个驱动单元中的一个的额定转矩或额定载荷的变化。这意味着，驱动单元中的一个的额定转矩的变化以负的即增加的方式反映在评估函数的结果中。
带有惩罚项的评估函数能够表示为：
其中TM（T）表示依赖于驱动装置中的一个的转矩的惩罚项。
由于目标在于最小化所述评估函数，因此仅当得出超过评估惩罚的节省时，才在驱动装置之间的转矩分配的变化的情况下找到新的最小值。如前面已经解释的那样，跳跃发生在两个紧靠彼此的局部最小值之间，因为评估函数的曲线非常平坦地延伸。然而这也意味着，在例如在其中两个局部最小值之间的分配的小的变化的情况下，几乎没有得到节省并且所述惩罚项防止了振荡的切换。
由从属权利要求以及参考附图的描述得出有利的实施方式和扩展方案。
在一种实施方式中，所述惩罚项可以具有在当前的计算周期中为所述驱动单元中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元计算出的转矩之间的差值的绝对值。替代性地，所述惩罚项可以具有在当前的计算周期中为所述驱动单元中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元计算出的转矩之间的差值的平方。在已经提到的两个等效转矩分配之间的切换的情况下，评估函数的结果有可能仅在非常小的范围内变化。然而，驱动单元的转矩显著地变化。因此，基于转矩变化的惩罚项能够有效地防止这种切换。
惩罚项TM能够例如被构造为以下公式：
或者为：
其中Tk表示在当前计算周期中计算出的转矩，并且Tk-1表示在先前的计算周期中计算出的转矩。系数w可以是加权系数，利用该加权系数能够调整所述惩罚项的影响。
在一种实施方式中，惩罚项可以具有限制所述评估惩罚的预先给定的最大值。这实现了对阈值的确定，从该阈值开始执行了驱动单元的两个转矩分配之间的变换。能够例如为驱动单元的每个组合计算或以实验的方式确定自身的最大值。一方面，这种阈值必须确保其不会在例如乘用车的传动系中引起振荡。另一方面，必须将所述阈值选定得如此低使得传动系的效率不会被不利地影响，例如因为持久地防止了两个转矩分配之间的切换。
这种惩罚项能够被构造为：
或者为：
因此，如果惩罚超过最大值Tlim，则惩罚项的值不会进一步增加。
在一种实施方式中，计算装置能够被构造用于监控驱动单元的运行参量并且仅在运行参量中的至少一个变化了预先给定的阈值时才实施新的计算周期。例如，计算装置可以具有存储器并且在每个计算周期中存储运行参量的当前值。在计算周期之后，计算装置于是仅监控运行参量的变化。只有当运行参量的变化高于一定的阈值时才启动新的计算周期。因此，能够避免频繁地重新计算运行策略，并且能够避免或减少转矩分配之间的高频周期性的或振荡的跳跃。
在一种实施方式中，计算装置能够被构造用于检测所期望的转矩和/或由驱动单元所最大和/或最小能够施加的转矩和/或驱动单元的转速作为运行参量。这实现了对驱动单元和传动系非常详细地进行监控并检测不断变化的条件，所述传动单元在所述传动系中被使用。
只要是有意义的，能够随意地相互组合上述设计方案和扩展方案。本发明的其他可能的设计方案、扩展方案和实施方式还包括未明确提及的或接下来关于实施例描述的本发明的特征的组合。在此，本领域技术人员尤其也将添加各个方面作为对本发明的相应基本形式的改进方案或补充方案。
附图说明
接下来借助于在附图的示意性附图中给出的实施例来更详细地解释本发明。在此其中：
图1示出了根据本发明的控制装置的实施方式的框图，
图2示出了根据本发明的传动系的一种实施方式的框图，
图3示出了根据本发明的方法的一种实施方式的流程图，
图4示出了根据本发明的方法的另一种实施方式的流程图，
图5示出了示例性评估函数的实施方式的曲线图，并且
图6示出了示例性惩罚项的实施方式的曲线图。
在所有附图中，除非另有说明，相同或功能相同的元件和装置都带有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的具有接口3的控制装置1的实施方式的框图，控制装置1通过所述接口接收额定转矩4。例如能够由驾驶踏板位置推导出所述额定转矩4，车辆中的驾驶员通过其脚来调整所述驾驶踏板位置。然而，额定转矩4能够例如也由其他车辆***、例如定速巡航控制器（Tempomaten）或类似装置来提供。在此，接口3可以是允许将额定转矩作为模拟或数字值传输的任意类型的接口。接口3尤其能够被构造为总线接口3、例如CAN接口或FlexRay接口或类似接口。
在控制装置1中，通过将所述额定转矩4作为利用惩罚项8来最小化MIN所述评估函数6的边界条件使用，计算装置5处理该额定转矩4。如前面已经提到的那样，评估函数6将驱动单元之间的具体的功率分配表现到一个值上，该值允许关于相应的功率分配的效率的说明并且能够例如如下构造：
其中项表示惩罚项8。Tlim表示惩罚项的最大值9。因此，惩罚项不能超过所述最大值。
前面示出的公式给出了作为H（n）的值，该值表征电动机和内燃机之间的功率分配或载荷分配的效率。如果该值为最小，则电动机和内燃机最佳地针对相应的载荷情况以组合的方式进行工作，即最有效地工作。
计算装置5能够将计算出的载荷或转矩分配11直接输出到相应的驱动单元上、即例如电动机和内燃机，从而对其进行操纵。替代性地，计算装置5能够将该信息例如也传递到上级的驱动控制设备上，该驱动控制设备接管驱动单元的实际操纵。载荷分配11的输出当然也能够通过接口3进行。
图2示出了根据本发明的传动系12的实施方式的框图。
传动系12具有电动机2-1和内燃机2-2，两者都与驱动轴13并且此外与传动系12的车轮14-1至14-4耦联。由于电动机2-1和内燃机2-2与驱动轴13并联耦联，这是所谓的“并联混合动力”。替代性地，电动机2-1和内燃机2-2也能够被机械地串联布置。
除了额定转矩之外，控制装置1还在图2中接收传动系12的其他运行参量10。所述运行参量10可以是例如期望的转矩、由电动机2-1和内燃机2-2最大或最小能够施加的转矩，或者电动机2-1和内燃机2-2的转速。
与图1相比，控制装置1具有扩展的功能。如果控制装置1已经计算出载荷分配11，则该控制装置不会立即计算新的载荷分配11。更确切地说，控制装置1观察运行参量10并且仅当运行参量变化了一定的阈值时才计算用于电动机2-1和内燃机2-2的新的载荷分配11。该阈值能够根据运行参量被作为绝对值或百分比值给出。例如，在一种实施方式中，当额定转矩已经变化了超过1％、5％、10％或者其他值之间的值时，控制装置1能够为电动机2-1和发动机2-2计算新的载荷分配11。
在最小化评估函数6时，图2中的计算装置1还被构造用于将惩罚项限制到最大值9上。因此，在任何情况下，惩罚项都不会超过最大值9。将结合图6更详细地解释该限制的效果。
图3示出了根据本发明的用于控制具有至少两个驱动单元2-1,2-2的车辆的方法的实施方式的流程图。
该方法开始于接收S1额定转矩4。为了确定转矩分配11，用于至少两个驱动单元2-1,2-2的运行的评估函数6被周期性地最小化。在此，评估函数6的边界条件7是额定转矩4的产生。如前面已经提到的那样，评估函数6具有惩罚项8，该惩罚项利用评估惩罚证实所述至少两个驱动单元2-1,2-2中的一个的转矩的变化。
在该方法中能够使用惩罚项8的不同实施方式。例如，惩罚项8可以具有在当前计算周期中为驱动单元2-1,2-2中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元2-1,2-的计算出的转矩之间的差值的绝对值。替代性地，惩罚项8可以具有在当前计算周期中为驱动单元2-1,2-2中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元2-1,2-2计算出的转矩之间的差值的平方。最后，惩罚项8可以具有预先给定的最大值9，该最大值限制所述评估惩罚。
图4示出了根据本发明的方法的另一种实施方式的流程图，其补充或扩展了图3的方法。
在最小化评估函数6和与载荷分配11此相关联的计算之后，图3的方法规定：监控S3驱动单元2-1,2-2的运行参量10，并且仅当运行参量10中的至少一个变化了预先给定的阈值时才实施新的计算周期。这在图3中通过判断框E1示出，如果运行参量10没有已经至少变化了预先给定的阈值，则返回到步骤S3。如果存在其大小高于预先给定的阈值的变化，则该方法在步骤S1再次开始。
在此，例如所期望的转矩和/或由驱动单元2-1,2-2最大和/或最小能够施加的转矩和/或驱动单元2-1,2-2的转速能够被作为运行参量10检测。
图5示出了示例性评估函数的一种实施方式的曲线图。该曲线图中的纵坐标轴显示评估函数的值，即H（n），而横坐标轴显示驱动单元中的一个的转矩。量度（Maßzahlen）的图示已经被省略，因为其与理解本发明的原理无关并且对于不同的驱动单元会有所不同。
该曲线图显示了不同要求的转速的两条曲线。曲线图中的曲线大致呈槽形延伸并且具有宽的中央区域，在中央区域中所述曲线近似水平地延伸。曲线在此不是完全水平地延伸，而是相应地具有局部最小值16和17。能够清楚地看到，最小值16和17导致评估函数的结果近似相同。相应的载荷分配11因此具有相同的效率。两个最小值相对于横坐标轴的距离如此小，使得当例如车辆的驾驶员保持油门踏板近似不变并且非常容易变化时在两个最小值16和17之间的切换可能已经出现。
借助于本发明，实现了避免最小值16和17之间的振荡。由此能够避免对于车辆的驾驶员而言可感知的振荡。
图6示出了示例性惩罚项8的实施方式的曲线图。 图6的纵坐标轴表征惩罚项8的绝对值并且横坐标轴表示在当前计算周期中为驱动单元21，2-2中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元2-1，2-2计算出的转矩之间的差值的平方。在图6中还能够看出，惩罚项8具有为0.5的最大值9。惩罚项限因此被限制到最大值9上并且不能取得更大的值。
通过指定最大值9，能够预先给定惩罚项8在其中有效的区间。对于处于该区间之外的差值，在此为大约+/- 0.75，惩罚项总是有相同的大小。因此，所述惩罚项作用到所述区间之外的所有差值上。在与先前的计算周期的转矩差值为-1和-2时，如果计算装置5因此发现例如评估函数6的两个最小值，则该评估函数的值不取决于惩罚项彼此可比较，因为该惩罚项以完全相同的大小引入两个值中。
尽管前面借助于优选的实施例描述了本发明，但是本发明不限于此，而是能够以各种方式和方法进行修改。本发明尤其能够以许多方式进行变化或修改而不偏离本发明的要旨。

Claims (13)

1. 一种用于具有至少两个驱动单元（2-1,2-2）的车辆的控制装置（1），所述控制装置具有：
接口（3），所述接口被构造用于接收额定转矩（4），以及
计算装置（5），所述计算装置被构造用于周期性地最小化用于所述至少两个驱动单元（2-1,2-2）的运行的评估函数（6），以确定所述至少两个驱动单元（2-1,2-2）之间的转矩分配（11），其中所述评估函数（6）的边界条件（7）是所述额定转矩（4）的产生，
其中所述评估函数（6）具有惩罚项（8），所述惩罚项利用评估惩罚证实所述至少两个驱动单元（2-1,2-2）中的一个的转矩的变化。
2.根据权利要求1所述的控制装置（1），其中所述惩罚项（8）具有在当前的计算周期中为所述驱动单元（2-1,2-2）中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元（2-1,2-2）计算出的转矩之间的差值的绝对值。
3.根据权利要求1所述的控制装置（1），其中所述惩罚项（8）具有在当前的计算周期中为所述驱动单元（2-1,2-2）中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元（2-1,2-2）计算出的转矩之间的差值的平方。
4.根据前述权利要求之一所述的控制装置（1），其中所述惩罚项（8）具有限制所述评估惩罚的预先给定的最大值（9）。
5.根据前述权利要求之一所述的控制装置（1），其中所述计算装置（5）被构造用于监控所述驱动单元（2-1,2-2）的运行参量（10）并仅当所述运行参量（10）中的至少一个变化了预先给定的阈值时才实施新的计算周期。
6.根据权利要求5所述的控制装置（1），其中所述计算装置（5）被构造用于将期望的转矩和/或由所述驱动单元（2-1,2-2）能够最大和/或最小施加的转矩和/或所述驱动单元（2-1,2-2）的转速来作为运行参量（10）进行检测。
7. 一种用于车辆的传动系（12），
具有至少两个驱动单元（2-1,2-2）和
根据前述权利要求之一所述的控制装置（1），所述控制装置与所述至少两个驱动单元（2-1,2-2）耦联并且被构造用于控制所述驱动单元。
8.一种用于控制具有至少两个驱动单元（2-1,2-2）的车辆的方法，所述方法包括以下步骤：
接收（S1）额定转矩（4），
周期性地最小化（S2）用于所述至少两个驱动单元（2-1,2-2）的运行的评估函数（6），以确定所述至少两个驱动单元（2-1）之间的转矩分配（11），其中所述评估函数（6）的边界条件（7）是所述额定转矩（4）的产生，
其中所述评估函数（6）具有惩罚项（8），所述惩罚项利用评估惩罚证实所述至少两个驱动单元（2-1,2-2）中的一个的转矩的变化。
9.如权利要求8所述的方法，其中所述惩罚项（8）具有在当前的计算周期中为所述驱动单元（2-1,2-2）中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元（2-1,2-2）计算出的转矩之间的差值的绝对值。
10.根据权利要求8所述的方法，其中所述惩罚项（8）具有在当前的计算周期中为所述驱动单元（2-1,2-2）中的一个计算出的转矩与在先前的计算周期中为相应的驱动单元（2-1,2-2）计算出的转矩之间的差值的平方。
11.根据前述权利要求8至10中任一项所述的方法，其中所述惩罚项（8）具有限制所述评估惩罚的预先给定的最大值（9）。
12.根据前述权利要求8至11中任一项所述的方法，其中监控（S3）所述驱动单元（2-1,2-2）的运行参量（10）并仅当所述运行参量（10）中的至少一个变化了预先给定的阈值时才实施新的计算周期。
13.根据权利要求12所述的方法，其中将期望的转矩和/或由所述驱动单元（2-1,2-2）能够最大和/或最小施加的转矩和/或所述驱动单元（2-1,2-2）的转速来作为运行参量（10）进行检测。
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