对至少一个回收机动车辆制动时产生的能量的装置进行控制的方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于控制车辆（1）的方法，该车辆配备有一个用于回收制动时产生的能量的装置（10），该方法包括以下步骤：获取一个制动指令；使用一个预防性滤波器来计算一个第一中间设定点，该预防性滤波器以该车辆（1）的动力传动系（20）的谐振频率来对所述制动指令进行过滤；计算一个第二中间设定点，该第二中间设定点被公式化成使用一个修复性滤波器来对在该动力传动系（20）上的振荡加以阻尼；基于所述的第一和第二中间设定点来对所述再生装置（10）进行控制，并且对多个制动器（60，70）进行控制。根据本发明，该第二中间设定点是根据该回收装置的一个动态特性的预测值来计算的，而该预测值是用一个数学预测模型来估算的。
【专利说明】对至少一个回收机动车辆制动时产生的能量的装置进行控制的方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明总体上涉及一种机动车辆的制动。
[0002]本发明应用于机动车辆，该机动车辆包括一种回收制动时产生的能量的装置，以及一条从多个车轮到该回收装置的力矩传输链。
[0003]更具体的说，本发明涉及的是一种用于控制这样一种机动车辆的方法，该方法包括以下步骤:
[0004]a)获取一个制动指令，
[0005]b)对该回收装置的一个动态特性的一个测定值进行测量，
[0006]c)借助一个能过滤所述制动指令的预防性滤波器(filtre Iadite)对一个第一中间设定点进行计算，以减少其在该力矩传输链的谐振频率周围的幅值，
[0007]d)计算一个第二中间设定点，该第二中间设定点是借助一个修复性滤波器(filtre curative)而产生来对该力矩传输链的振荡进行阻尼的，该修复性滤波器对所述动态特性的测定值进行过滤，
[0008]e)根据一个控制设定点来对所述回收装置进行控制，该控制设定点是根据所述第一和第二中间设定点来计算的，并且
[0009]f)根据在步骤a)中获得的该制动指令的函数计算得出的一个制动设定点来控制多个制动器。
[0010]本发明尤其有利于应用在带有电推进或混合动力推进的机动车辆上，其中所述回收装置由该电推进发动机自身构成。
【背景技术】
[0011]在上述类型的机动车辆中，提供了该回收装置来对这些制动器加以补充。该回收装置因此不仅使降低车辆速度的成为可能，而且也可以存储部分由该车辆制动产生的能量，以便随后能再利用。
[0012]这个回收装置因此使得降低该车辆的能量消耗和减少这些制动衬块的磨损成为可能。
[0013]在对这种类型的车辆进行制动时，通常会观察到转矩振荡现象，这种转矩振荡被传输到这些车轮上；这种转矩振荡产生了影响该车辆内乘客舒适度的冲击，以及影响涉及车辆牵引和制动的多个元件的磨损的冲击。
[0014]这些振荡源于该力矩传输链由于其构件每个都具有非零刚度和阻尼而以一个随该传输力矩以及这些不同部件的老化程度而变化的幅值和频率来发生变形(通过扭转、弯曲、拉伸、压缩)。
[0015]然后由提交日期还未公开的文件FR1100216得知了一种上述类型的控制方法，该控制方法使得有可能以如下方式来控制该回收装置，即，使得该力矩传输链的振荡被正确地阻尼且每个制动操作的能量量值是显著的。[0016]而这种解决方案结果只是让人部分满意的，在每个制动操作开始的时候但在一个短时间段内会观察到该力矩传输链起初的振荡，而该振荡对该车辆内乘客的舒适度却产生了持续影响。
【发明内容】
[0017]为了优化该车辆内乘客的舒适度，本发明提出一种针对避免该传输链的起初的振荡优化的控制方法。
[0018]更具体的说，根据本发明提出了一种如前言中限定的控制方法，其中，在步骤d)中，使用一个数学预测模型来对所述动态特性的一个预测值进行估算，并且该第二中间设定点也是根据这个预测值来计算的。
[0019]本 申请人:观察到由于在这些振荡产生时该控制单元低的反应速度，因此该传输链的起初振荡衰减不好。
[0020]实际上三种类型的延迟是显著的一测量，计算和控制一这些延迟使其不可能以足够的反应能力来控制该能量回收装置。
[0021]测量延迟对应于在出现该振荡的时刻与该振荡被该控制单元确实检测到的时刻之间的一段流逝的时间。
[0022]计算延迟对应于在该振荡被该控制单元检测到的那一刻与该控制单元对该能量回收装置发送一个考虑到已发生的振荡的控制信号的时刻之间的时间流逝。
[0023]控制延迟对应于在该控制单元对该能量回收装置发送一个已经考虑到这种已发生的振荡的控制信号的时刻与该信号由该能量回收装置确实实施的时刻之间的时间流逝。
[0024]这三种延迟生成一个约100毫秒的总体延迟，这对于该力矩传输链(约7Hz)的振荡频率而言是显著的。
[0025]借助本发明，不仅根据该能量回收装置的动态特性的这种测定值(含延迟)，也根据这个动态特性的预测值(事先确定的)来对该能量回收装置进行控制。
[0026]因此，甚至在这些振荡被控制单元检测到之前，该动态特性的预测值就使之有可能避免所有起初的振荡，以这样的方式该控制单元可以瞬间抑制那些振荡。
[0027]对于其部分而言，该动态特性的测量值使得限制预测误差成为可能。
[0028]根据本发明的控制方法的其他有利的和非限制性的特征如下:
[0029]-所述控制设定点、所述第一中间设定点和所述第二中间设定点都是力矩设定
占.[0030]-该回收装置包括一个电动机,所述动态特性由该电动机的速度构成；
[0031]-在步骤d)中，该第二中间设定点是根据所述动态特性的该测定值和该预测值之间的差值进行计算的；
[0032]-在由该修复性滤波器过滤之前，所述差值被过滤以降低其高频噪音；
[0033]-在步骤c)中，该第二中间设定点被计算成是等于，一方面是所述过滤差值，与另一方面是该动态特性的一个期望值之间的总和；
[0034]-该动态特性的期望值是根据该控制设定点和该制动设定点进行计算的；
[0035]-所述预测值是根据该动态特性的所述期望值、将步骤b)中进行的测量和步骤e)中对所述回收装置进行的控制之间的延迟考虑在内地进行计算的；[0036]-在步骤e)中，该控制设定点是根据该第一中间设定点的饱和值进行计算的；以及
[0037]-在步骤e)中，该控制设定点被计算成等于，一方面是该第二中间设定点，与另一方面是该第一中间设定点的饱和值之间总和的饱和值。
[0038]本发明中也提出一种如在前言中限定的机动车辆，该机动车辆配备有一个控制单元，该控制单元被安排成用于对该上述控制方法的实施进行控制。
【专利附图】
【附图说明】
[0039]以下通过作为非限制性的实例给出的这些附图的说明将良好地理解本发明以及本发明是如何生产的。
[0040]在这些附图中:
[0041]-图1是根据本发明的一个机动车辆的一个非常简化的视图，值得注意地示出了该机动车辆的制动器及其能量回收装置；
[0042]-图2是展示了图1机动车辆的制动控制系统和能量回收装置的一个绘图；
[0043]-图3是展示了图2的控制系统的预防性滤波器的一个绘图；
[0044]-图4是展示了图2的控制系统的修复性滤波器的一个绘图；
[0045]-图5是一个绘图，以由实线表示的第一曲线展示了在驾驶员对车辆发出制动命令之后，图1中机动车辆的加速度随时间的变化；并且，以由虚线表示的第二曲线展示了其控制系统不包括任何数学预测模型的机动车辆的加速度的变化；
[0046]-图6是一个绘图，以由实线表示的第一曲线展示了在驾驶员对车辆发出制动命令之后，图1中机动车辆的这种针对制动器的控制设定点的变化；并且，以由虚线表示的第二曲线展示了其控制系统不包括任何数学预测模型的机动车辆的这种针对制动器的控制设定点的变化。
【具体实施方式】
[0047]在图1中，非常示意性地展示了一个机动车辆I。
[0048]这种机动车辆通常包括两个驱动轮40 (在图1中以单一圆圈表示)和两个非驱动轮50 (在图1中以另一个圆圈表示)。
[0049]此处，这个机动车辆I是一个电动车辆。因此该机动车辆包括一个蓄电池(未示出)、一个由蓄电池供电的电动机10、以及一条从该发动机10到多个驱动轮40的力矩传输链20,该力矩传输链具体包括一个齿轮传动机构。
[0050]如图1中示意性地示出的，这个传输链20具有非零弹性，这可以通过一个具有表示为K的刚度的弹簧30以及一个表示为β的阻尼活塞35来建模。
[0051 ] 这个传输链20因此可能变形(通过扭曲、弯曲、拉伸、压缩)并且可能以一个频率和幅值来振荡，该频率和幅值随着从电动机10传递到这些驱动轮40的力矩的变化或者随着从这些驱动轮40传递到该电动机10的力矩的变化而变化。在研究这个传输链之后，观察到该传输链展现出一种固有模式，在该模式下可能会以一种频率强烈振荡，该频率称作主谐振频率。
[0052]该机动车辆10还包括两类制动装置:耗散性制动装置和一种回收性制动装置(也被称作“能量回收装置”)。
[0053]该耗散性制动装置在此处是盘式制动器60、70，在该驱动轮40和非驱动轮50系上都配备有这种盘式制动器。作为一个变体，这些制动器也可能是鼓式制动器。
[0054]该回收制动装置在此是由该电动机10自身构成的，于是该电动机有一种交流发电机的功能，这是因为该装置被设计成当该车辆正在前进时对该驱动轮40进行制动并且将该车辆的动能转化为一种为蓄电池供电的电能。
[0055]为了控制其多个不同的构件，该机动车辆I具有一个计算机，该计算机包括一个处理器(CPU)、一个随机存取存储器(RAM)、一个只读存储器(ROM)以及多个不同的输入和
输出接口。
[0056]该计算机被设计成借助其多个输入接口来接收源自不同传感器11、81的输入信号。该计算机具体被设计成借助一个速度传感器11来获取该电动机10的转速Ωπ，并且获取制动踏板80的位置，和/或借助一个传感器81来获取施加在该制动踏板80 (图2)上的压力。
[0057]该计算机被设计成借助安装在其只读存储器中的并且在图2中简化说明的软件2而在该机动车辆I的各个运行状态下对用于该电动机10和这些制动器60、70的多个控制设定点进行计算。
[0058]该计算机被设计成最后借助其多个输出接口来将这些控制设定点传输给该电动机10和这些制动器60、70。
[0059]该计算机被设计成，当驾驶员踩压制动踏板80时，对该电动机10和这些制动器60,70实施一个控制方法，该方法在图2中被分解为11个主要操作。
[0060]第一操作是一个数据获取操作。
[0061]在此操作过程中，该计算机通过其输入接口获取该制动踏板80的瞬时位置和/或由驾驶员施加在该制动踏板上的瞬时压力，以及该电动机10的速度的测定值Ωπ。
[0062]第二操作是用于确定驾驶员想要制动该机动车辆I的强度的一个操作。
[0063]在此操作中，该计算机根据该制动踏板80的位置和/或根据施加在该制动踏板上的压力来推断出驾驶员所希望的制动力矩Cs值。
[0064]这个所希望的制动力矩Cs因此对应于该电动机10应用的制动力矩与该机动车辆I上的多个驱动轮40和非驱动轮50上的这些制动器60、70应用的制动力矩的总和。
[0065]第三操作是对这个所希望的制动力矩Cs进行的一个预防性过滤操作。
[0066]在此操作中，该计算机使用一个预防性滤波器100来计算第一中间力矩Cp的值，该预防性滤波器对这个所希望的制动力矩Cs进行过滤以便衰减其在力矩传输链20的谐振频率附近的幅值。
[0067]这个预防性滤波器100因此有可能对该电动机10上的该控制设定点进行过滤以防止后者对该力矩传输链20的固有模式产生过多的激励，而这种过多激励会产生影响该车辆内乘客舒适度的冲击。
[0068]因此，这个预防性滤波器100的好处在于减少这样的振荡的出现。
[0069]如图3所示，这个预防性滤波器100是针对根据该力矩传输链20的主要谐振频率选定的截止脉冲(等于I/ τ )的一个低通滤波器。
[0070]第四操作是该第一中间力矩Cp的一个饱和操作。[0071]在此操作过程中，该计算机计算一个饱和的第一中间力矩Cps的值，不同于该第一中间力矩Cp，该饱和的第一中间力矩总是保持低于该电动机10可以独自承担的制动力矩最大值Cmax。
[0072]对该计算机来说，这个操作在于通过执行以下计算来对该第一中间力矩Cp的值加以限制:
[0073]Cps=min (Cp, Cmax).
[0074]第五操作是产生一个用于电动机10的控制设定点Cm的一个操作。
[0075]这个操作在于，通过一个减法器120，对该饱和的第一中间力矩Cps和一个第二中间力矩Ce (详细的计算将在以下的本说明书中进行描述)之间的一个力矩差值AC进行计算，然后使这个力矩差值AC达到饱和。
[0076]换言之，对于该计算机而言，这个操作在于执行以下计算:
[0077]Cm=min (Cps-Cc, Cmax).[0078]以此方式得出的该控制设定点Cm随后被传输给电动机10。
[0079]第二步的使该力矩差值AC达到饱和的操作，因此使得有可能根据该电动机可以支持的一个控制设定点Cm来对该电动机10进行控制。
[0080]第一步的使该第一中间力矩Cp达到饱和的操作和这第二步的饱和操作并不多余，因为这使得该第二中间力矩Ce的值总是对该控制设定点Cm的值有影响，具体是当该第一中间力矩Cp比该最大力矩Cmax和该第二中间力矩值Ce要大出很多时。
[0081]第六操作是产生一个用于多个制动器60、70的控制设定点Cf的一个操作。
[0082]这个操作使用一个减法器130来执行，该减法器对所希望的制动力矩Cs和该电动机10的控制设定点Cm之间的差值进行计算。
[0083]该控制设定点Cf的计算因而有可能用如下的方式来控制这些制动器60、70，即，使得它们在所希望的制动力矩Cs的该电动机10不能承担的那个部分上起作用。
[0084]然后在这两个驱动轮40和非驱动轮50系的这些制动器60、70之间根据一种预定的份额来分配该控制设定点Cf:
[0085]Cf=a.Cf I + (1-a).Cf2，其中
[0086]a:预定的常数，
[0087]Cfl:传递给这些驱动轮40的制动器60的那部分控制设定点Cf，并且
[0088]Cf2:传递给这些非驱动轮50的制动器70的那部分控制设定点Cf。
[0089]执行以下操作以计算上述第二中间力矩Ce的值。
[0090]这个第二中间力矩Ce，使其有可能根据该电动机10的速度来“实时地”将这个电动机10的表现考虑在内，以便通过对抗这些表现来最佳地对该力矩传输链20的振荡加以阻尼。
[0091]根据本发明的一个特别有利的特征，不仅是根据该发动机速度的测定值Ωπ，而且也根据先前使用一个数学预测模型而预先确定的该发动机速度的一个预测值Ωρ来对这个第二中间力矩Ce进行计算的。
[0092]在效果上，在测量该发动机速度的时刻与根据这个测量值来对该发动机进行控制的时刻之间有一个滞后时间。结果是，由于这些测量和控制延迟，仅仅是该测定值
不会独自地使之有可能在该力矩传输链20的第一波振荡出现时以反抗这些振荡的方式来对该电动机进行控制。
[0093]该预测值Ω p因此使之可能避免任何起初的振荡，甚至在这些振荡在被该计算机检测到之前也是如此，这样使得计算机可以即时地对抗这些起初的振荡。
[0094]更确切地说，该第二中间力矩Ce的计算是如下执行的。
[0095]第七操作是一个计算该发动机速度的期望值Ω e的操作。
[0096]这个期望值Ω e对应于在给定的该机动车辆的减速度下该发动机速度应该正常地展现的那个值。
[0097]在此操作过程中，该计算机是根据这些制动器60、70和该电动机10的这些控制设定点Cm，Cf，并根据该机动车辆的惯性来确定该发动机速度的期望值Ω#
[0098]观察到的是，然而这种计算并不会将该控制和测量延迟考虑在内，因此该期望值Qe会相对于发动机速度实际值有些微延迟地变化。
[0099]第八操作是一个计算发动机速度的所述预测值Qp的操作。
[0100]在此操作过程中，该计算机根据该控制和测量延迟(此外该控制和测量延迟是进一步已知的，且取决于该电动机的结构)，借助一个数学预测模型，来对该发动机速度的期望值Qe进行修正。
[0101]在第九操作过程中，该计算机，借助一个减法器140，对该发动机速度的测定值Ωπ和预测值Ω ρ之间 的速度差值Λ Ω进行计算，然后借助一个高频滤波器150来对这个速度差值Δ Ω进行过滤。
[0102]此处，这个高频滤波器150是一个二阶低通滤波器，该滤波器使之有可能减少尤其是由该发动机速度的测定值Ωπ的测量不准确性造成的噪音，以避免这种噪音随后被放大并且实质上影响对该电动机10的控制。
[0103]在第十操作过程中，该计算机，借助一个求和器160来对，一方面是所述过滤器差值Λ Ω，和，另一方面是该发动机速度的期望值，之间的总和Σ Ω进行计算。
[0104]第十一即最后一个操作是一个对这个总和Σ Ω进行修复性过滤的操作。
[0105]在此操作中，该计算机借助一个修复性滤波器110来确定该第二中间力矩Ce的值，该修复性滤波器对这个总和Σ Ω的变化进行过滤，其方式为使得该电动机10的控制设定点Cm使之有可能对该力矩传输链20的这些振荡进行最佳阻尼。
[0106]这个修复性滤波器110包括一个二阶求导。如图4所示，这个修复性滤波器110
Afc-Π 4- T κ\
在此采用的形式为^V::.............!..............J.....................^.(I + r?s) (I + r,s)
[0107]以此方式，当维持了在制动踏板80上的压力时，由这些制动器60、70初始确保的制动被快速地切换到电动机10，然后由该电动机独自来确保这种对机动车辆I的制动。因此有可能回收最大量的电能，明显地这是服从于电动机10制动该车辆的能力的。
[0108]图5和图6展示了当驾驶员突然踩下制动踏板并将其保持在压下状态时获得的结果。所获得的结果在本发明中从头到尾都用实线表示。不使用数学预测模型便不能获得的那些结果(也就是说通过该修复性滤波器对该测定值Ωπ进行直接过滤来得出第二中间力矩Ce)都是用虚线表不的。
[0109]图5示出了该机动车辆的纵向加速度的变化。
[0110]在这个图中可以观察到，该车辆的纵向加速度的震荡不仅展示了一种减弱的幅值，而且这些震荡也更迅速地被阻尼掉。
[0111]图6示出了这些制动器60、70的控制设定点力矩Cf的变化。
[0112]观察到的是，借助这种所使用的方法，该设定点力矩被非常迅速地减小并在约250毫秒内被消除，因此该电动机10就十分迅速地独自承担了该机动车辆的制动。因此回收的电能的量被最大化。
[0113]本发明不以任何方式来限制所描述和示出的这些实施例，而本领域的技术人员将能够应用任何符合本发明精神的变体。
[0114]尤其有可能提供的是使得该电动机是通过速度而不是通过力矩来控制的。
[0115]也有可能提供的是对该发动机速度的预测值进行不同地计算，而不再是从该制动器和该电动机的控制设定点进行计算，而是，例如，通过在预先确定的数据库中搜寻这个值。
[0116]作为一个变体，有可能提供的是用一个所谓的信号导数限制滤波器来代替该预防性低通滤波器。
[0117]这样一个滤波器(未出示)使之有可能在这个频率超过一个预先确定的最大阈值和/或下降而低于一个预先确定的最小阈值时，对该制动指令Cs的频率的变化值加以限制。
[0118]还可能提供的是将本发明实施在混合动力车辆中，在此情况下本发明的操作将保持不变。
[0119]还可能提供的是将本发明实施在常规的仅由内燃发动机驱动的车辆中。在此变体中，回收由制动该车辆产生的能量的装置将由一个单独构件组成，举例像，一个交流发电机，一个气动的、机械的或液压的装置。
【权利要求】
1.一种用于控制机动车辆(I)的方法，该机动车辆配备有多个车轮(40)、多个制动器(60，70)、一个用于回收制动时产生的能量的装置(10)、以及一条从这些车轮(40)到该回收装置(10)的力矩传输链(20)，该方法包括以下步骤: a)获取一个制动指令(Cs)， b)测量该回收装置(10)的一个动态特性的一个测定值(Ωπι)， c)借助一个预防性滤波器(100)来计算一个第一中间设定点(Cp)，该预防性滤波器能过滤所述制动指令(Cs)以减少其在该力矩传输链(20)的谐振频率周围的幅值， d)计算一个第二中间设定点(Ce)，该第二中间设定点是借助一个修复性滤波器(110)而产生来对该力矩传输链(20)的振动进行阻尼的，该修复性滤波器对所述动态特性的测定值(Ωηι)进行过滤， e)根据一个控制设定点(Cm)来对所述回收装置(10)进行控制，该控制设定点是根据所述第一和第二中间设定点(Cp，Ce )来计算的，并且 f)根据一个制动设定点(Cf)来对这些制动器(60，70)进行控制，该制动设定点是根据在步骤a)中获得的该制动指令(Cs)计算的， 其特征在于，在步骤d)中使用一个数学预测模型了估算所述动态特性的一个预测值(Ω P )，并且该第二中间设定点(Ce)也是根据这个预测值(Ω P )来计算的。
2.如前一权利要求中所述的控制方法，其中所述控制设定点(Cm)、所述第一中间设定点(Cp)和所述第二中间设定点(Ce)都是力矩设定点。
3.如以上权利要求之一所述的控制方法，其中该回收装置包括一个电动机(10)，所述动态特性由该电动机(10)的速 度构成。
4.如以上权利要求之一所述的控制方法，其中在步骤d)中，该第二中间设定点(Ce)是根据所述动态特性的预测值(Ω p )和测定值(Ωπ)之间的差值(Λ Ω )来计算的。
5.如前一权利要求所述的控制方法，其中在由该修复性滤波器(110)过滤前，所述的差值(Λ Ω)被过滤以降低其高频噪音。
6.如前一权利要求所述的控制方法，其中在步骤c)中，该第二中间设定点(Ce)被计算成是等于，一方面是所述过滤差值(Λ Ω )，与，另一方面是该动态特性的一个期望值(Ω e)之间的总和。
7.如前一权利要求所述的控制方法，其中该动态特性的期望值(Ωε)是根据该控制设定点(Cm)和该制动设定点(Cf)来计算的。
8.如前一权利要求所述的控制方法，其中所述预测值(Ωρ)是根据该动态特性的所述期望值(Ωε)、将步骤b)中进行的测量和步骤e)中对所述回收装置(10)进行的控制之间的延迟考虑在内而计算的。
9.如以上权利要求之一所述的控制方法，其中在步骤e)中，该控制设定点(Cm)是根据该第一中间设定点(Cp)的饱和值来计算的。
10.如前一权利要求所述的控制方法，其中在步骤e)中，该控制设定点(Cm)被计算成是等于，一方面是该第二中间设定点(Ce)，与另一方面是该第一中间设定点(Cp)的饱和值之间总和的饱和值。
11.一种机动车辆(I)，包括: -多个车轮(40)，-多个制动器(60，70)， -一个用于回收机动车辆(I)制动时产生的能量的装置(10),以及 -一条从这些车轮(40)到该回收装置(10)的力矩传输链(20)， 其特征在于，该机动车辆包括一个用于该回收装置(10 )和这些制动器(60，70 )的控制单元，该 控制单元被编程以实施如以上权利要求之一所述的一种控制方法。
【文档编号】B60L7/18GK103813930SQ201280044969
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2011年7月25日
【发明者】G·皮塔-吉尔 申请人:雷诺股份公司