CN113386765A - 用于控制车辆的纵向动力学的方法 - Google Patents

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J·霍夫曼
U·巴赫
M·塞姆施
M·舒利茨
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Continental Teves AG and Co OHG
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Abstract

本发明涉及一种用于控制车辆的纵向动力学的方法，其中，车辆具有带摩擦制动器的制动***和驱动***，所述驱动***具有作用于车辆的至少一个车轮上的电动驱动装置和用于给电动驱动装置供给能量的电池。在此，所述方法具有：确定描述车辆的状态和/或制动***的状态和/或驱动***的状态的状态信息、确定描述车辆的将来的行驶路段的路段走向的路线信息、基于状态信息和路线信息确定用于通过摩擦制动器和/或电动驱动装置实现的将来的制动要求的动作计划，其中，动作计划针对在行驶路段上的将来的时刻和/或区域预先规定，是否应该借助摩擦制动器和/或驱动***实现车辆的制动要求，以及根据动作计划实施在车辆中触发的制动要求。

Description

用于控制车辆的纵向动力学的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制车辆的纵向动力学/纵向动力性能/纵向动力行为的方法。
背景技术
在具有电动驱动的车辆、即电动车辆和混合动力车辆中，出于安全原因有利的是，车辆的摩擦制动器这样设计，使得根据具有或不具有再生/回收的法律规定总是可以实施确定的制动力矩。但对于制动器的尺寸设计，通常热负荷能力是决定性的，显著地影响成本、重量和结构空间。
借助于电动驱动装置的再生制动或反向电流制动在此原则上提供了如下可能性，即，将摩擦制动器尤其在热要求方面尺寸设计得更紧凑。然而，各种场景阻碍了这种发展。因此，例如几乎充满电的车辆不能再生并且长的下坡行驶(例如大钟山下坡行驶)导致摩擦制动器的过载。
除了电池管理之外，电驱动装置的热负荷率也影响了能够回收地或者通过主动供电来制动驱动装置的程度。因此，根据车辆状态对于摩擦制动器产生不同程度的要求，这妨碍紧凑且有针对性的尺寸设计。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种用于控制车辆的纵向动力学的方法，该方法能够实现具有电动驱动装置的车辆的摩擦制动器的更紧凑且有针对性的尺寸设计。
该目的利用根据权利要求1所述的方法实现。有利的设计方案是从属权利要求的主题。
本发明涉及一种用于控制车辆的纵向动力学的方法，其中，车辆具有带摩擦制动器的制动***以及驱动***，所述驱动***具有作用于车辆的至少一个车轮上的电动驱动装置和用于给电动驱动装置供给能量的电池。在此，所述方法具有下述步骤：确定描述车辆状态和/或制动***状态和/或驱动***状态的状态信息；确定描述车辆的将来的行驶路段的路段走向的路线信息；基于状态信息和路线信息确定用于通过摩擦制动器和/或电动驱动装置实施将来的制动要求的动作计划，其中，所述动作计划针对在行驶路段上的将来的时刻和/或区域预先规定，是否应该借助摩擦制动器和/或驱动***来实施车辆的制动要求，以及根据动作计划实施在车辆中触发的制动要求。
车辆的“纵向动力学”或纵向动力学的变化在此可理解为车辆的纵向速度的任何变化，即制动过程和加速过程。
在此，车辆的“状态信息”一般是以某种形式描述车辆状态的信息。在此，例如可以涉及车辆的当前车轮转速、制动过程的持续时间、在此施加的制动压力、制动踏板的踏板行程、车辆重量、车辆倾斜等等。
所述方法在此具有这样的优点，即，基于动作计划可以这样实施输入的制动要求，使得最佳地、即尽可能高效且均匀地利用现有的基础设施、即电动驱动装置、电池和摩擦制动器。因此，例如可以在动作计划中考虑，如何在确定的路段部分上使用或将使用电动驱动装置，以及在车辆随后减速时是否可以通过电动驱动装置产生减速功率，或者是否必须使用摩擦制动器。因此，动作计划说明了对后续制动的数量和类型的预测，并且为将来的制动要求提供以此为依据的优化的制动策略。
在触发制动要求之后，因此首先检查车辆当前处于行驶路段的哪个时刻和/或哪个区域。随后，对于该时刻和/或区域从动作计划中确定，应如何实施制动要求，紧接着相应地实施制动要求。在此，制动要求既可以通过由车辆驾驶员操纵制动踏板来触发，也可以例如通过自动驾驶功能、例如自动驾驶仪来触发。
在此，根据一个实施方式，纳入动作计划的确定中的状态信息包含下列参量中的至少一个：
·电池的荷电状态，
·电池的温度，
·电动驱动装置的温度，
·摩擦制动器的温度。
因此，电池的荷电状态和/或温度说明关于制动要求是否能够通过再生制动来实施的信息。而电动驱动装置的温度给出如下结论，即，是否能够通过对电动驱动装置的主动供电而引起减速。在此，电动驱动装置的温度也可以划分为电机的温度、即电机本身的温度和电力电子装置的温度，这些温度分别单独地被评估。同样，摩擦制动器的温度也说明了，摩擦制动器是否应用于后续的制动动作，或者制动作用由于升高的温度可能过小，或者可能超过临界的、损坏摩擦制动器的温度。
与此相应地，根据另一实施方式提出，动作计划预先规定：在通过驱动***实施制动要求时是应主动给驱动***供电以使车辆减速，还是应通过驱动***将能量回收到电池中。在此，可以如此进行对电动驱动装置的主动供电以使车辆减速，使得电机以负的负载角度主动供电，从而形成与车辆运动相反指向的力矩，该力矩导致车辆制动。
为了在实施制动要求时确保尽可能有效地利用制动***和驱动***，根据另一实施方式规定，动作计划的确定包括：针对将来的路段的限定区域确定由于路段走向而可能需要的制动过程。
为此例如可以使用路段地图，在该路段地图中这样标记确定的区域，使得可以由此推导出，在该确定的区域中是否需要制动过程。
这在另一实施方式中尤其能够通过如下方式得到支持，即，路线信息包括将来的行驶路段的转弯走向和/或将来的行驶路段的高度分布/高度轮廓。因此，例如在特定路段部分中路段走向基本上是直线的和下坡的，其中急剧的转弯紧邻该路段部分，可以从这些信息中推导出，在该位置预计需要制动过程。在此也可以例如从前面的路段部分的坡度、紧接着的转弯半径和车辆的当前速度中估计出：刚好在这个位置上必须多强烈地进行制动。这可以在动作计划的框架内在规划随后的制动过程时被考虑。
根据另一实施方式，还可以通过以下方式支持对在特定路段中将来所需的制动动作的这种估计，即，路线信息包括：在将来的行驶路段上的交通状况。因此，例如可以从在确定的路段区域中存在非常密集的交通的信息中推导出，在进入该路段区域时必须使车辆减速。
为此，根据另一实施方式还提出，路线信息包括：直接或间接地从在所述车辆的将来的行驶路段上的其他车辆处接收的信息。因此可以提出，车辆例如在交通状况或路段走向方面相互间直接交换信息。替代地或附加地，还可设置成，车辆将相应的信息上传到服务器上，车辆在动作计划的确定的范围中访问该服务器并且调用相应的信息。
如前所述，状态信息是描述车辆的状态、制动***的状态和/或驱动***的状态的信息。除了之前已经描述的、可直接测量的状态信息、即电池的温度或荷电状态以及可间接确定的参数、如当前施加的制动力、车辆速度或时间长度之外，也可以使用由这些参数推导出的值作为状态信息。相应地，根据一个实施方式提出，状态信息的确定包括：确定当前通过摩擦制动器实施的制动功率。然后，由这样确定的摩擦制动器当前实施的制动功率可以推导出，在将来的制动动作时摩擦制动器还能被加载的程度。为了确定当前实施的制动功率，在此可以使用温度模型或相应的特性曲线。
为此，根据另一实施方式还可以提出，状态信息的确定包括：评估制动***和/或驱动***在过去的制动过程期间的运行参数。相应地，在摩擦制动器的性能评估中也使用过去的制动过程的历史，这实现了摩擦制动器的剩余性能的准确估计。此外，也可以将这种制动历史用于例如在摩擦制动器的温度方面验证当前测量值的可信性。
根据另一实施方式进一步提出，驱动***具有至少两个电动驱动装置，其中，电动驱动装置分别作用在不同的车轮上。
基于该基础设施，根据另一实施方式提出，动作计划对于将来的行驶路段的特定区域和/或将来的时刻预先规定：电动驱动装置中的第一电动驱动装置应产生驱动力矩，而电动驱动装置中的第二电动驱动装置应将能量回收到电池中。因此，例如在外部温度非常低时，可以实现电动驱动装置的预热，使得电动驱动装置可以始终在最佳的温度范围中工作。在此，优选如此设计驱动力矩和减速力矩之间的平衡，使得有效地不进行车辆的加速或者减速。
此外，根据另一实施方式设置成，动作计划对于将来的行驶路段的特定区域和/或将来的时刻预先规定：电动驱动装置中的第一电动驱动装置应产生驱动力矩，而电动驱动装置中的第二电动驱动装置应被主动地供电以使车辆减速。因此，例如为了准备车辆接下来的减速，可以借助于再生使电池主动放电。在此，优选地也如此设计驱动力矩和减速力矩之间的平衡，使得不进行车辆的加速或减速。
根据另一实施方式，在第三变型方案中提出，动作计划对于将来的行驶路段的特定区域和/或将来的时刻预先规定：电动驱动装置中的第一电动驱动装置应被主动供电以使车辆减速，而电动驱动装置中的第二电动驱动装置应将能量回收到电池中。因此，当电池的荷电状态实际上不允许纯粹再生的制动时，尽管如此仍可以至少部分再生地制动，这是因为电池部分地通过电动驱动装置的主动供电而再次放电。
如前面已经描述的那样，本发明的核心思想在于，借助用于将来的制动动作的动作计划来决定，应该如何实施输入的制动要求。为了获得尽可能精确地预测车辆的将来状况的尽可能精确的动作计划，根据另一实施方式提出，该方法还包括：在考虑动作计划和路线信息的情况下外推状态信息，其中，根据外推的状态信息针对在行驶路段上的将来的时刻和/或区域使动作计划精确化。因此，在该实施方式中，基于当前的动作计划确定车辆的状态信息沿行驶路段在之后的时刻和/或在之后的路段部分上如何改变，反复地/迭代地持续进一步细化动作计划。然后从这些改变的信息出发进一步使动作计划精确化。在此，动作计划的这种精确化优选在行驶期间连续地进行。
先前主要提到，动作计划预先规定：应该如何实施输入的制动要求。然而，根据另一实施方式也提出，动作计划对于在行驶路段上的将来的时刻和/或区域预先规定：是借助于车辆的电动驱动装置、还是借助于燃烧式驱动装置(内燃机)来实施车辆的加速要求，其中，该方法根据动作计划而实施在车辆中触发的加速要求。
以这种方式在动作计划中确定用于车辆的整体减速和加速策略，尤其在自动驾驶功能中可以使用该动作计划。在此，加速过程和减速过程的方式和方法优选地如此彼此协调，使得车辆尽可能节能地并且以尽可能少地使用摩擦制动器的方式行驶设定的行驶路段。为此例如可以提出，在确定的加速过程中纯电地加速，从而对于随后的车辆减速来说电动驱动装置的容量是足够的。在此，尤其可以通过有针对性地借助于电动机驱动装置使车辆加速来使电池处于允许再生制动的状态中。
为了在动作计划的范围中确定加速策略，在此也可以使用来自车辆的其他行驶功能的信息，例如自适应巡航控制***(ACC)的信息。此外，这种ACC***也可以根据动作计划来控制。
为了使电池放电，从而可以实现车辆的再生减速，根据另一实施方式提出，动作计划对于将来的行驶路段的特定区域和/或将来的时刻预先规定：车辆的耗电器/电负载被接通以用于使电池放电。因此，例如附加的设备、如加热元件或空调压缩机可作为符合需求的消耗器被接入。
附图说明
下面借助附图详细说明本发明的优选的实施形式。附图示出：
图1示出了示例性的方法流程的流程图，
图2示出了数据处理的示例性流程的示意图，以及
图3示出了用于实现该方法的示例性***架构。
在下文中，彼此类似或相同的特征将以相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1示出了示例性方法流程的流程图。在此，在第一步骤100中首先确定状态信息，所述状态信息描述了车辆的状态、制动***的状态和/或驱动***的状态。车辆的状态例如可以是车辆的速度、车辆的加速度、车轮转速、车辆相对于水平面的倾斜度或者表征制动***的操纵的其他信息。为此，例如可以考虑踏板行程传感器的输出信号、施加的制动压力或者制动过程的持续时间。
关于制动***的状态在此尤其重要的是能推断出与制动相关的车辆状态的信息。为此，例如可以考虑摩擦制动器的温度，该温度给出关于摩擦制动器被加载的程度以及摩擦制动器还能被加载的程度的信息。摩擦制动器的温度在此例如可以直接通过相应的温度传感器确定，或者可以由温度模型计算出，该温度模型例如使用过去的制动动作并且评估在此施加的制动压力和制动持续时间。驱动***的状态可以通过在电动驱动装置、驱动装置的冷却***或连接在驱动装置上游的逆变器中的温度传感器来确定。此外，在此也可以考虑电池***的传感装置，例如以便确定电动驱动装置的电池的荷电状态。
在第二步骤102中，随后确定描述车辆的将来的行驶路段的路段走向的路线信息。为此，例如可以使用全球定位***(GPS)的信息，由此例如可以确定在将来的行驶路段上存在的转弯走向、或将来的行驶路段的高度分布。在此，还可以通过考虑将来的行驶路段的交通负荷程度来细化关于将来的行驶路段的信息。为此例如可以使用源，如无线电数据***(RDS)、交通信息信道(TMC)、或移动无线电网络(全球移动电信***、GSM)。在此，不仅可以从其他车辆获得相应的信息，而且可以从中央源、例如用于提供交通信息的服务器获得相应的信息。
在确定了状态信息和路线信息之后，接着在步骤104中根据这些数据确定动作计划，该动作计划描述了，针对在行驶路程上的将来的时刻和/或区域如何通过摩擦制动器和/或电动的驱动装置实施将来的制动要求。在此，动作计划的确定也可以作为交互式过程来实现，其中根据所确定的动作计划来外推，车辆沿着行驶路段的状态信息如何改变。然后，基于这些外推的状态信息，可进一步细化动作计划。在此，动作计划的目的是，在随后的制动要求和加速要求中尽可能有效地利用现有的基础设施、即制动***和驱动***。在此要特别注意的是，避免摩擦制动器的过度使用并且同时避免各个部件、即例如电池、电动驱动装置或摩擦制动器的过载。
在此，在下面描述用于确定动作计划的示例性的场景。在此，由状态信息例如确定，电池被充满电，因此不能进行再生，进而不能进行再生制动。此外，电动驱动装置在其温度负荷方面是非临界的并且因此能够全面使用。但摩擦制动器具有升高的温度，但仍可全面用于紧急制动。在此，由路线信息对于限定的路段部分确定，例如由于落差而需要高的制动功率。
在这种情况下，优选地将动作计划设置成，为了实施制动要求，主动地给电动驱动装置供电，从而产生减速力矩。以这种方式，防止摩擦制动器过热并且至少部分地给电池放电。摩擦制动器因此也继续保持可用并且不会过度使用。
如果随后在步骤106中存在加速要求或者制动要求，则首先检查，车辆当前处于动作计划中的哪个点处，即在行驶路段的哪个时刻或区域处。由此出发，然后从动作计划中确定如何实施制动要求或加速要求，紧接着实现相应的要求。
图2示出了在前述方法范围内的数据处理的示例性流程的示意图。
在此，首先作为输入信号确定状态信息和路线信息。在所示的数据处理变型中，这些状态信息和路线信息划分为车辆信息202，该车辆信息本身描述了车辆及其部件，即例如车辆速度和加速度204、车辆的倾斜度206或制动***的当前的操纵参数208。此外，输入信号还包括驱动或制动信息210，其描述驱动***和制动***的状态。对此例如是摩擦制动器的温度信息212、驱动***、即电动驱动装置、逆变器和驱动装置的冷却***的温度信息214以及来自电池***的传感装置的信息216，所述信息例如说明电池的荷电状态或其温度。车辆信息202和驱动或制动信息210在此共同形成车辆的状态信息。
最后，输入信号还包括路线信息218，其例如由来自GPS***的数据220、RDS***或TMC的数据222和来自移动无线电网络(GSM)的信息224组成。在此，为了数据处理，例如由车辆信息202推导出关于摩擦制动器的当前实施的制动功率的信息226以及过去的制动动作的可能的历史记录228。在此，在确定之前的制动操纵的历史228时，尤其也可以使用路线信息218。
从当前的制动功率226和过去的制动动作的历史228的结合中然后产生用于摩擦制动器的温度模型230。用于摩擦制动器的温度模型230然后与驱动或制动信息210一起流入功能块中，在该功能块中由输入信号确定与制动相关的车辆状态232。在此，“与制动相关的车辆状态”应理解为如下信息，该信息给出关于摩擦制动器或驱动***的部件为了实施制动或加速要求可被加载的程度以及将来可被加载的程度的直接结论。为此，尤其是确定摩擦制动器的当前温度234、电动驱动装置的热负荷236以及电池的温度和/或充电能力238。
与制动相关的车辆状态232的确定并行地，还从路线信息218中确定即将来临的行驶路段240。在此，尤其也确定即将来临的行驶路段的高度分布242以及即将来临的行驶路段上的交通状况244。然后，由关于即将来临的行驶路段242的信息建立关于将来可预期的制动动作246的数量和类型的预测。从制动相关的车辆状态232和将来预期的制动动作246的综合中，然后确定动作计划248。在此，动作计划预先规定，如何通过驱动***或制动***实施将来的制动要求或加速要求。
在此，该动作计划248也可以直接影响如ACC***的驾驶功能250，从而在控制该***时也考虑从动作计划248获得的信息。
如果现在触发252制动要求或加速要求，则根据动作计划确定，如何实现该要求。与此相应地，然后应用优化的制动策略或者加速策略254，该制动策略或者加速策略例如预先规定，是否应通过再生制动256、通过操纵258摩擦制动器、通过驱动***的主动供电使车辆减速260、或者通过借助于电动驱动装置的加速262来实现要求。制动策略和加速策略在此尤其是也可以包括：有针对性地接通264耗电器，以便将电池放电到如下程度，使得为车辆的随后借助再生制动的减速提供足够的电池容量。
根据前面描述的数据处理流程，最后在图3中示出了适合于实现该方法的示例性***架构。为了确定上述输入信号，***架构在此具有相应的传感器300。然后，传感器300的输出信号被提供给中央控制单元302，中央控制单元从接收到的信号中推导出动作计划248。此外，中央控制单元302构造用于获得制动或加速要求252。在此，从所述要求根据动作计划248的相应实施出发，控制单元302与摩擦制动器306、电池***308、用于再生减速的电动驱动装置310以及电动驱动装置312的其他控制单元如此连接，使得所述控制单元按照动作计划248控制相应的控制单元。
在此，控制单元302也与自动驾驶功能250通信，从而从动作计划中推导出的信息也被提供给这些驾驶功能。此外，控制单元302也利用通信接口与其他车辆或用于数据提供的中央服务器304通信，从而通过这些接口可以获得其他信息，这些信息又被纳入动作计划的确定中。

Claims (16)

1.一种用于控制车辆的纵向动力学的方法，其中，车辆具有带摩擦制动器的制动***和驱动***，驱动***具有作用于车辆的至少一个车轮上的电动驱动装置和用于给电动驱动装置供给能量的电池，其中，所述方法具有以下步骤：
·确定描述车辆的状态和/或制动***的状态和/或驱动***的状态的状态信息(202、210)，
·确定描述车辆的将来的行驶路段的路段走向的路线信息(218)，
·基于状态信息(202、210)和路线信息(218)，确定用于通过摩擦制动器和/或电动驱动装置实施将来的制动要求(252)的动作计划(248)，其中，动作计划(248)对于在行驶路段上的将来的时刻和/或区域预先规定，是否要借助于摩擦制动器和/或驱动***实施车辆的制动要求，以及
·根据动作计划(248)实施在车辆中触发的制动要求(252)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，状态信息(202、210)包括下列参数中的至少一个：
·电池的荷电状态(238)，
·电池的温度(238)，
·电动驱动装置的温度(214)，
·摩擦制动器的温度(212)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，动作计划(248)预先规定：在通过驱动***实现制动要求(252)时，是应当给驱动***主动供电(260)以使车辆减速，还是应当通过驱动***将能量回收(256)到电池中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，动作计划(248)的确定包括：确定对于将来的行驶路段的限定区域由于路段走向而可能需要的制动过程。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，路线信息(218)包括：将来的行驶路段的转弯走向和/或将来的行驶路段的路段的高度分布(242)。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，路线信息(218)包括：在将来的行驶路段上的交通情况(244)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，路线信息(218)包括：间接或直接从在所述车辆的将来的行驶路段上的其他车辆接收的信息。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，状态信息(202、210)的确定包括：确定当前通过摩擦制动器实施的制动功率(226)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，状态信息(202、210)的确定包括：评估在过去的制动过程(228)期间制动***和/或驱动***的运行参数。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，驱动***具有至少两个电动驱动装置，其中，电动驱动装置分别作用到不同的车轮上。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，动作计划(248)针对将来的行驶路段的特定区域和/或将来的时刻预先规定：电动驱动装置中的第一电动驱动装置应产生(262)驱动力矩，而电动驱动装置中的第二电动驱动装置应将能量回收(256)到电池中。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，动作计划(248)对于将来的行驶路段的特定区域和/或将来的时刻预先规定：电动驱动装置中的第一电动驱动装置应产生(262)驱动力矩，而电动驱动装置中的第二电动驱动装置应被主动供电(260)以使车辆减速。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，其特征在于，动作计划(248)针对将来的行驶路段的特定区域和/或将来的时刻预先规定：电动驱动装置中的第一电动驱动装置应被主动供电以使车辆减速(260)，而电动驱动装置中的第二电动驱动装置应将能量回收(256)到电池中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，该方法还包括：在考虑动作计划(248)和路线信息(218)的情况下外推状态信息(202、210)，其中，根据外推的状态信息针对在行驶路段上的将来的时刻和/或区域使动作计划(248)精确化。
15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，动作计划(248)针对在行驶路段上的将来的时刻和/或区域预先规定：是否应借助于车辆的电动驱动装置或燃烧式驱动装置来实现车辆的加速要求，其中，所述方法根据动作计划实现在车辆中触发的加速要求。
16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，动作计划(248)针对将来的行驶路段的特定区域和/或将来的时刻预先规定：车辆的耗电器被接通(264)以用于使电池放电。
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