扭矩或功率监控器的制作方法

本发明涉及管理能量存储和回收系统(esrs)的方法，所述能量存储和回收系统为例如在车辆上车载使用的、能够向能量源/汇供给扭矩的那些(例如，飞轮系统)。本发明的实施例涉及通过监控在能量源(例如飞轮)和能量源/汇(例如车辆传动系统，或属于车辆的其它系统)之间传递的扭矩(直接或间接地，即经由代表其的一个或多个变量)来管理车辆的esrs的方法。本发明还涉及用于执行所述方法的控制器涉及包括所述控制器的设备；以及，涉及用于实现这些方法的计算机程序。本发明还涉及可以使用所述方法的车辆。

背景技术：

能量存储和回收系统(esrs)允许存储机器中的剩余能量，并且随后将其用于驱动或帮助驱动机器。这改善了机器的整体效率。示例是：当车辆需要减速时，将能量存储，否则该能量将由于制动而消散；以及当需要降低诸如液压臂的重型部件时，返回到驱动机构的能量的存储。原则上，esrs可以使用如下的任何形式的能量存储装置：其能够接收运动形式(通常以旋转形式)的能量并存储能量并且随后能够再以运动形式(通常以旋转形式)将一些存储的能量返回。包括飞轮作为能量存储装置的各种系统用作能量存储和回收系统。

在基于车辆的能量存储和回收系统的情况下，通常通过将扭矩赋予给形成传动装置的各种旋转元件来传递能量，其中，所述传动装置将例如在一侧的飞轮可操作地连接至在另一侧(车辆侧)的车辆车轮。当能量从esrs传输到能量源/汇时，可以认为能量以正号传输。飞轮可以作为车辆的原动机(即作为能量源)操作。当飞轮逐渐减速时，其通过传动装置将能量传输给作为能量汇的车辆传动系统。在这种操作模式中，正扭矩通过传动装置传递。相反，飞轮可以作为能量存储装置操作。当飞轮逐渐加速存储能量时，能量经由传动装置从车辆传动系统或其它能量源传输到飞轮。在这种操作模式中，负扭矩通过传动装置传递，即扭矩从车辆传动系统传递到飞轮。

为了能够有效地使用能量存储和回收系统，在传动装置中，优选地在能量存储装置和能量源/汇(一种机构，从该机构接收能量和将能量传递到该机构)之间包括一些改变传动比的装置，从而使得整个系统可以适应能量存储装置和能量源/汇之间的大范围的速度差。另外，通常希望能量存储装置和能量源/汇的相对移动速度基本上连续地改变。因为，如上所述，能量传输通常意味着飞轮的旋转速度随着车辆传动装置的旋转速度减小(制动能量的存储)而增加，反之亦然(车辆的加速，使用存储的能量)，能量存储装置和能量源/汇之间的传动比必须连续变化，以便允许能量以期望方式传递。共同未决的专利申请gb1504232.8公开了一种用于能量存储装置的传动装置，该申请的内容通过引用结合于此。

已知提供具有例如带传动的无级变速器的能量存储和回收系统，其中，所述带传动具有改变带的带轮的传动半径的装置，或者可选地，提供了具有例如wo2009/030948中所述的环形无级变速器的能量存储和回收系统。

us2011/0071000a1提出了一种系统，在该系统中，飞轮通过离合器将正扭矩(传递能量)或负扭矩(存储能量)传递到车辆的车轮，并且无级变速器位于离合器和车轮之间的驱动路径中。系统确定由飞轮施加的扭矩量(扭矩需求)，并且其用于计算由离合器传递的扭矩。其随而用于计算将施加到离合器的压力。

各种其它传动装置布置可以联接到esrs的能量存储装置。一些传动装置包括可以手动、半自动或自动选择的多个扭矩传输路径。例如带传动、环形变速器和/或离合器的许多传动装置部件由一个或多个致动器操作。这些致动器，特别是与其相关联的任何机械或液压部件，例如阀、活塞、泵和密封件，可以像任何其它液压部件或，更一般地，机械部件一样老化和/或失效。这可能导致通过传动装置传输不准确和/或导致不期望的扭矩。

gb2517523a公开了一种飞轮控制方案。飞轮组件可以存储的动能受到飞轮组件的机械强度的限制。因此，重要的是，例如在破损的情况下，飞轮组件安全防止灾难性故障。如果测量飞轮旋转的多个传感器中的任何一个检测到异常，则控制飞轮以防止飞轮加速。

技术实现要素：

本发明的方案和可选特征在下文和所附权利要求中阐述：

根据本公开的一个方面，提供了一种用于管理能够与能量源/汇交换扭矩的能量存储和回收系统的控制器。控制器布置成执行扭矩监控功能。控制器可以布置成接收代表能量存储和回收系统需求的扭矩的第一输入。控制器可以布置成接收代表由能量存储和回收系统供给的扭矩的第二输入。或者，第二输入可以使得代表供给的扭矩的信号可以由控制器本身从第二输入导出。响应于需求扭矩和供给扭矩之间的差异，控制器可以控制或管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩。在这样做时，控制器可以布置或编程为减少或消除需求的扭矩和供给的扭矩之间的差异。控制器可以布置或编程为输出用于管理所述供给的扭矩的至少一个信号。

因此，本发明的实施例可以有助于保持能量存储和回收系统需求的扭矩与由其传递的实际扭矩(即供给的扭矩)之间的一致。本发明的这些或其它实施例可以使esrs响应于所述差异而进入安全状态。在检测到系统的不期望响应的情况下，这可能是优选的动作，其中，上述系统的不期望响应被认为构成误差的不可回收条件，例如esrs的部件或其传动装置遭受终端故障的情况。

此外，本发明的至少优选实施例可以实现容错、主动安全机制。能量存储和回收系统需求的扭矩可以是零并且车辆可以停止。如果出于任何原因(包括任何能够传递扭矩的机械或电子部件的可能故障或失灵，例如板磨损或控制阀劣化或卡住)，由能量存储和回收系统传递的相应扭矩不等于零，则这种不想要的扭矩可能会到达车轮，控制器可以采取一种或多种补救措施来防止这种情况发生。当检测到这种不需要的扭矩时，能量存储和回收系统需求的扭矩可能不为零(即，其可以是正值或负值)，并且控制器引起esrs进入安全状态。

控制器可以编程为估计扭矩需求和扭矩供给之间的差异。

esrs可包括飞轮和与飞轮相关联的传动装置。

第一输入可以代表指向飞轮的需求扭矩。将需求扭矩指向飞轮可以包括通过考虑一个或多个扭矩传动比、传动装置中的任何损耗和/或飞轮中的任何滑降损耗来调节需求的扭矩。

通过知道飞轮转动惯量(该信息可以例如存储在与控制器相关联的存储器中，例如控制器的内部存储器)和指向飞轮的需求扭矩，控制器可以计算需求的飞轮旋转参数(例如飞轮速度，飞轮速度或飞轮加速度的变化率)。

代表对应的、测量的飞轮旋转参数的信号可以由控制器接收作为第二输入。控制器可以被编程为将需求的飞轮旋转参数与测量的飞轮旋转参数进行比较，从而估计差异。

在优选实施例中，控制器编程为计算与所述差异相关联的误差参数。这是为了使控制器能够详细说明用于管理供给的扭矩的逻辑或算法。由控制器在检测到差异之后采取行动可能并不总是合适的。优选地，如果满足与所述误差参数相关联的误差条件，则控制器管理由esrs供给的扭矩。该误差条件可以是，例如，已经克服了某个阈值，或者所述阈值不仅已克服，而且已经克服了持续的时间段。控制器可以编程为重置误差参数，或者使得误差参数在预定时间段之后衰减到零或其它预定值，如在特定实施方式中认为适当的那样。

从运算的角度来看，可能存在许多计算误差参数的合适方式。例如，误差参数的计算可以是或者可以至少包括计算需求的扭矩和供给的扭矩之差，或者需求的和测量的飞轮旋转参数之差，和/或需求的扭矩和供给的扭矩之间的比率，或需求的和测量的飞轮旋转参数之间的比率--这些函数中的任何一个或两个通常适合于适当量化需求侧和供给侧的扭矩之间的差异。在这些或其它实施例中，误差参数可以包括由控制器检测到的瞬时差异的累积。还可以根据扭矩需求和供给之间的两个或更多个差异来确定误差参数。例如，其可以是需求的扭矩和供给的扭矩之间的两个或更多个瞬时差异的总和。在优选实施例中，根据“漏桶”逻辑计算误差参数，在“漏桶”逻辑中，允许误差参数随时间衰减，使得误差参数用作相对于误差参数的衰减率的差异累积率的度量。该方法可以帮助避免对控制器干预(即，管理供给的扭矩)的错误要求，因为该方法可以滤除瞬变差异。因此，该方法可以强制控制器需要一致和/或持续和/或足够大的差异来进行干预。

如果误差参数满足误差条件，则控制器可以管理能量存储和回收系统，然后可以对控制器进行编程以重置误差参数。如果尚未满足误差条件，则仍然可以对控制器进行编程以重置误差参数，可选地，如果满足一个或多个其它误差标准，从而仅有扭矩需求和扭矩供给之间的持续差异可以触发控制器的任何动作。

可以随时间逐渐地执行误差参数的重置或衰减。例如，控制器可以编程为按照时间函数衰减误差参数。在每个预定时间段之后，所述衰减可以是固定的或可变的量。预定时间段可以可选地是恒定的，或者是依赖于时间的。误差参数可以以一阶衰减函数衰减。可选地，误差参数可以衰减，使得在称为“半衰期”的预定时间段之后减半。这些方法中的任何一种都可以帮助避免“错误调用”，即当控制器不必要地干预时的情况。

类似地，控制器可以编程为如果满足与第一输入有关的一组第一条件中的一个或多个和/或与第二输入(或者来自控制器可以导出第二输入的信号)有关的一组第二条件中的一个或多个则进行响应。例如，在优选实施例中，如果第一输入(即，代表需求的扭矩的一个)低于某个阈值，则可以防止控制器响应。如果不保证动作，则可以将控制器编程为重置或引起衰减误差参数。控制器可以编程为然后进入或重新进入初始模式。在初始模式下，控制器可以启动或重新启动以接收输入，以便可以估计或重新估计需求的扭矩和供给扭矩之间的任何差异，并且，如果需要，通过管理esrs供给的扭矩来响应。

在一些实施例中，控制器可以采用反馈控制策略。这样，控制器可以布置成接收直接代表受控变量的一个或多个其它反馈输入，所述受控变量即需求的扭矩和供给的扭矩之间的差异。

在替代实施例中，控制器可以编程为将由能量存储和回收系统供给的扭矩校准到一系列扭矩需求中的需求扭矩。在这些实施例中，控制器编程为针对需求的扭矩实施对供给扭矩的开环或前馈校准。

例如在车辆中，响应于在能量存储和回收系统与能量源/汇之间传递或协作传递扭矩的部件(例如离合器、阀、活塞、轴、机械接头、变速器等)的老化，开环或前馈扭矩校准可以是有用的，其中，上述部件可响应于作用在其上的力而与最初预测不同地及时进行响应，或者可由于意外的制造公差而可能与预测不同地进行响应。

在优选实施例中，扭矩需求和扭矩供给针对例如在飞轮处或在传动装置的车辆侧的相同的位置或部件。然而，传动装置可以用于将扭矩传递到车辆的车轮，或者传递到诸如挖掘机动臂的车辆附件。

可以考虑在扭矩测量点和能量回收和存储系统之间，或在扭矩测量点和传动装置的车辆侧之间消散的能量或功率(这将取决于扭矩供给和需求可以指向的位置)。因此，控制器可以适于接收代表扭矩传递能量效率系数的数据，其中，该扭矩传递能量效率系数将在所述扭矩测量位置处传递的能量、功率或扭矩与在能量存储装置处或在传动装置的车辆侧供给的能量、功率或扭矩相关联。控制器可以布置为响应于所述数据。

根据本发明的另一个方面，提供如本文所述的控制器与用于感测能量存储和回收系统中的能级的传感器组合，其中传感器布置成向控制器发送代表所述能级的信号，并且控制器编程为根据所述信号计算第二输入。

在优选实施例中，能量存储和回收系统包括飞轮，并且传感器用于感测飞轮旋转。控制器可以编程为根据感测的飞轮旋转计算第二输入。

在替代实施例中，控制器可以计算需求的飞轮旋转速度或需求的飞轮能级，并且可以将所感测的飞轮旋转速度或与其相关联的能级与需求的飞轮旋转速度或能级进行比较。

控制器可以布置成接收代表将扭矩需求与需求的飞轮旋转速度或能级相关联的传输函数的数据，并且控制器可以布置为响应所述传输函数。

飞轮旋转传感器可以是例如编码器的速度传感器，或例如加速度计的加速度传感器。根据需要，各种信号调节附件可以与传感器(例如滤波器、门、放大器)联接。此外，传感器可以根据不同的采样率对速度进行采样。本发明的实施例每1毫秒对飞轮速度进行采样。但是，根据应用，可以有不同的采样率。

在将需求的扭矩转换成需求的飞轮旋转速度或能量或飞轮加速度时，考虑飞轮传动装置中的能量消散可以是有利的。当需求的扭矩针对传动装置的车辆侧而需求的飞轮旋转速度或能量或飞轮加速度(根据定义)指向飞轮时，可以是这种情况，反之亦然。可以引入传输函数来执行此操作。传输函数可以存储在与控制器相关联的存储器中。传输函数可以包指向对飞轮的需求扭矩除以飞轮转动惯量的比率。由此可以确定需求的飞轮加速度，或者可以确定需求的飞轮的旋转速度或能量(例如通过对需求的飞轮加速度进行积分)。当需求的扭矩指向飞轮时，传输函数可以取决于传动装置的相关比率，和/或可以在传输函数中考虑传动装置中的功率损耗。此外，可以增加或减小指向飞轮的需求扭矩的传动装置的中间元件的加速度也可能影响传输函数。例如，在两个离合器串联起作用且二者间具有中间惯性的离合飞轮传动装置的情况下，在确定需求的飞轮旋转速度或能量、或需求的飞轮加速度时，在传输函数中可以例如通过从指向飞轮的需求扭矩中减去飞轮滑降扭矩来考虑飞轮旋转损耗。

当控制器根据需求的扭矩信号估计需求的飞轮速度时，可以校正在可能比控制器评估差异的时间段长的中等到长的时间段内的估计的飞轮速度，使得其在该较长的时间范围内与测量的飞轮速度相符。这可能导致瞬变差异引起控制器的干预，但可以确保控制器中的估计飞轮速度信号不允许长时间漂移。这可以通过以下方式实现：(i)使测量的飞轮速度或旋转信号通过低通滤波器以产生第一信号，(ii)使估计的飞轮速度或旋转信号通过高通滤波器以产生第二信号，然后根据前两个信号的和或差产生第三信号。第三信号可以用于计算在这种情况下指示能量差异的误差参数，这表明已经发生了需求的和传递的扭矩之间的可操作差异。低通滤波器的截止频率可以是0.05到0.5hz，而高通滤波器的截止频率可以是1到10hz。

根据本公开的另一个方面，提供了一种用于管理能量存储和回收系统的设备，其中，所述管理能量存储和回收系统包括如本文所述的控制器和/或与如本文所述的传感器组合的控制器。

所述设备可以包括能量存储和回收系统，其可以可选地包括一个或多个飞轮。所述设备还可包括在飞轮或其它能量存储装置与车辆或其它附件(即能量源/汇)之间传递扭矩的传动装置。

传动装置可包括无级变速器部件。无级变速器部件可以可选地是变速器。所述变速器可以可选地是环形变速器。可选地，可以使传动装置离合，例如离合飞轮传动装置。

所述设备还可包括能量源/汇，其中能量源/汇可选地包括车辆传动系统、一个或多个车轮、和/或一个或多个扭矩可操作的车辆附件，例如挖掘机动臂。

所述设备可包括布置成形成控制器的一个或多个车辆电子控制单元。车辆控制单元可以是可编程的，并且可以布置成通过网络通信，例如本领域中已知的。

在优选实施例中，控制器实现安全控制策略，因此所述设备可以包括用于禁用从能量存储和回收系统向能量源/汇的扭矩传递的安全系统。控制器可以布置成输出用于激活所述安全系统的至少一个信号。所述安全系统可包括用于连接或断开扭矩路径的至少一个离合器，和/或安全制动器。该离合器可以是传动装置的离合器、或专用离合器。

根据本公开的另一个方面，提供了一种车辆，其包括如本文所述的控制器，或者包括如本文所述的设备。

根据本公开的另一个方面，提供了一种管理能量存储和回收系统的方法，其中该能量存储和回收系统能够与能量源/汇交换扭矩，该方法包括接收代表能量存储和回收系统需求的扭矩的第一输入。该方法可以进一步包括接收代表由能量存储和回收系统供给的扭矩的第二输入(或者接收可以导出所述第二输入的信号)。该方法可以进一步包括响应于需求的扭矩和供给扭矩之间的差异来管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩。在优选实施例中，可以由控制器管理供给的扭矩，以减少或消除需求的扭矩和供给的扭矩之间的差异。控制器可以布置为或编程为输出用于管理供给的扭矩的至少一个信号。在这些或其它实施例中，由控制器产生的输出信号可以例如通过断开离合器使esrs进入如本文所述的安全状态。

管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩可以包括将由能量存储和回收系统供给的扭矩校准到在一系列扭矩需求中的需求扭矩。所述方法还可以包括更新校准软件；和/或编译或更新校准表，例如查找表。校准表可包括一个或多个校准系数和/或校准函数，因此，所述方法可能需要计算和/或更新一个或多个校准系数和/或函数。校准软件和/或校准表相对于控制器可以在内部或外部。然而，优选地，校准软件和/或校准表位于控制器中的存储器中。校准软件和/或校准表可以将需求的扭矩与控制离合器致动压力的压力控制阀上的电流请求、电压请求或脉冲宽度调制(pwm)请求相关联。然而，本领域技术人员将理解，这种关系可以通过上述或不同的校准系数或函数扩展到扭矩需求和其它校准参数。当检测到差异时，在实施例中，控制器可以确定校准系数或函数的调整(或更新)是否合适。例如，控制器可能要求在调整(或更新)任何校准系数或函数之前在接近或处于稳态车辆速度或车辆输出扭矩条件下检测差异。控制器可以编程为确定上述(或其它)车辆操作条件是否适合于执行所述校准。如果车辆操作条件是合适的，则可以对控制器进行编程，使得差异可以使合适的校准系数递增或递减。例如，如果供给的扭矩低于需求的扭矩，则控制阀电流和控制器软件中的需求扭矩之间的关系可以永久改变，这样，给定的扭矩需求为控制器阀提供了增加的电流，这随而为相关的扭矩产生装置(例如离合器)提供了增加的压力，从而减少或消除了涉及扭矩产生装置的所有未来事件中需求的扭矩和传递的扭矩之间的差异。

在优选实施例中，所述方法还可包括接收代表扭矩差异的反馈输入

管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩可以包括激活用于禁用从能量存储和回收系统到能量源/汇的扭矩传递的安全系统。激活用于禁用从能量源/汇传递扭矩的安全系统可以进一步包括激活用于中断一个或多个扭矩传递路径的一个或多个致动器，其中中断一个或多个扭矩传递路径可以可选地包括断开一个或多个离合器，或者激活制动器。所述一个或多个离合器可以是离合飞轮传动装置的一个或多个离合器。优选地，在离合飞轮传动装置的情况下，可以存在至少两个串联的接合构件，使得即使在另一个发生故障的情况下也可以断开一个接合构件以断开传动，从而使得其锁定在接合状态。

根据本公开的另一个方案，提供了一种计算机程序，其包括用于执行的代码，由此在计算机上执行所述代码使得实现如本文所述的方法。本发明的另一个方面是一种包括所述代码的计算机程序产品。

在本发明中，监控扭矩传递。传递的功率同样可以监控。这可以在esrs处或附近完成。这至少在本发明的安全相关实施例中，并且当能量存储和回收系统处于能量源模式时(即，esrs配置用于向能量源/汇传递能量或功率)是有利的。

在至少一些优选实施例中，在尽可能上游，即在源处监控扭矩，并且这提供用于介入的最大化时间段，例如在任何不想要的扭矩可达到例如车轮的扭矩利用点之前。

在esrs以能量汇模式作用的情况下(即esrs配置为从能量源/汇传输能量或功率)，类似的扭矩监控策略可用于esrs的安全性，以防止过量扭矩传输给esrs。例如，这可以防止车辆的意外突然减速。

本发明不限于监控通过传动装置在两个可能方向中的一个方向上传递的扭矩。相反，如将理解的，本发明涵盖可以在任一方向上监控扭矩(或功率)流动的实施例。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施例的车辆；

图2示意性地示出了根据本发明另一个实施例的车辆；

图3示意性地示出了根据本发明又一个实施例的车辆；

图4a示意性地示出了将飞轮联接到图1至图3中所示的车辆之一的传动系统联轴器的传动装置；

图4b示意性地示出了替代的传动装置布置；

图5示意性地示出了图4b的传动装置的附加细节；

图6示出了包括根据本发明实施例的控制器的控制布置；

图7a至7d示出了由根据本发明实施例的控制器实现的安全监控系统算法；

图8示意性地示出了包括用于将输入发送到根据本发明实施例的控制器的速度传感器的设备。

具体实施方式

参考附图，图1、2和3示意性地示出了车辆57上车载的能量存储和回收系统(esrs)69的不同布置。在每种情况下，esrs69由包括根据本发明的实施例的控制器100的控制布置管理。控制器管理由esrs69传递到车辆57的车轮65、71的扭矩(如果是正的)或由esrs69从车辆的车轮接收扭矩(如果是负的)，使得传递或接收的扭矩保持与相应的扭矩请求(也分别为正或负)一致，或者，如果供给的扭矩不能与需求的扭矩重新一致(例如，在传递的扭矩的控制中涉及的机械部件故障的情况下)，扭矩控制器可以禁用esrs，使得其不再能够向传动装置施加扭矩。

在本文所述的实施例中，ersr具有飞轮1，用于以动能的形式存储能量。然而，本发明同样适用于具有不同能量存储装置的esrs。

控制器100通过分别接收第一和第二输入来监控扭矩需求和供给。第一输入直接代表扭矩需求，例如以发送到控制器的电压的形式。第二输入可以直接代表扭矩供给，例如仍以电压的形式，或者可以是使得可以从其导出的代表扭矩供给的信号。例如，第二输入可以是测量的飞轮速度，因为如果不同时刻的飞轮旋转速度已知，则可以从中导出代表由飞轮从其提供的扭矩的信号，如将在下文结合图7a-d更详细地描述的。

如果扭矩需求和供给之间的差异证明干预是合理的，则控制器100可以采取动作，例如输出一个或多个适当的信号，所述信号可以使扭矩供给与扭矩需求一致或使esrs进入安全状态，由此esrs不再对能量源/汇施加扭矩。然而，替代动作也是可以的，这将在下文变得明显。

在这些描述的实施例中，控制器输出一个或多个信号并将其发送到改变主动扭矩路径中的一个或多个离合器的操作压力的一个或多个致动器。这确定了esrs69与车辆57之间交换的能量的变化(或者，在替代实施例中，该交换可以在esrs69与诸如提升臂的车辆附件之间)这倾向于平衡或消除扭矩需求和供给之间的差异。这里将进一步描述离合传动装置的示例。

在图1和2中，飞轮1连接到用于驱动车辆的车轮65的系统；在图3中，飞轮1连接到不是由车辆57的主动力系统驱动的车轮71。如上所述，替代方案可以是飞轮1连接到诸如挖掘臂的车辆附件。在任何配置中，一般来说，esrs69最终连接到能量源/汇7，并且在本文所述的实施例中，该连接经由离合飞轮传动装置。然而，如本领域技术人员将理解的，本发明不限于离合飞轮传动装置。相反，本发明可应用于能够在esrs69和在此描述为能量源/汇7的扭矩利用点之间传递扭矩的所有传动装置。

在图1中，车辆57由例如内燃机的发动机59提供动力，发动机59将驱动力通过离合器61传递到齿轮箱63。齿轮箱通过差动联轴器67将驱动力赋予从动轮65。在该实施例中，用于esrs69的传动系统联轴器7连接在齿轮箱63和差动联轴器67之间。传动系统联轴器7代表连接到飞轮1的能量源/汇。通过该布置，esrs可以将制动扭矩施加到从动轮65以使车辆57减速，其中车辆的动能通过差动联轴器67和传动系统联轴器7从从动轮65传递回esrs69，从而允许其作为旋转存储在飞轮1中。

图2示出了替代布置，其中传动系统联轴器7连接在车辆的发动机59和离合器61和齿轮箱63之间。该布置允许在从动轮65和能量存储和回收系统69之间进行相同的能量和扭矩传输，但是在这些操作期间发动机59也将接合。然而，除了离合飞轮传动装置之外，车轮65和esrs69之间的驱动还通过齿轮箱63，增加了车轮65和飞轮1之间的传动比的总数。另外，图2的布置允许在离合器61脱离接合时发动机59和esrs69之间的能量传输，从而不会传递到车轮65。这允许进一步的操作，例如使用飞轮1来启动发动机59，以及如果需要，在车辆57静止且处于空档时，使用发动机59将能量存储到飞轮1中。

在图3的布置中，esrs69连接到车辆57的未被驱动的车轮71，并且传动系统联轴器7集成到用于未被驱动的车轮71的差速联轴器73中。类似地，在替代实施例中，esrs69可专用于另一个车辆工具，例如提升臂或挖掘机吊杆等。

图4a示意性地示出了可用于将在这些实施例中包括飞轮1的能量存储和回收系统69联接到在这些实施例中代表能量源/汇的传动系统联轴器7的离合飞轮传动装置。传动装置包括变速滑动传动装置(vst)9和离合器5形式的传动比调节器。变速滑动传动装置9可以如例如wo2011/080512中所述的。

控制离合器5以便在图4a的传动装置的操作期间滑动。施加到离合器5的夹紧力根据希望施加到传动系统联轴器7的扭矩来控制，以便从车轮65、71提取能量或将能量传递到车轮65、71。如果所需的扭矩水平是恒定的，则施加到离合器5的夹紧力将是恒定的。如果所需的扭矩水平改变，则施加到离合器5的夹紧力将相应地改变。通过滑动离合器5传递的扭矩由离合器的夹紧力和摩擦特性确定，并且与离合器的滑动速度无关。离合器5以受控滑动操作，例如，滑动速度基本保持恒定或保持在预设范围内，并且，飞轮1和传动系统联轴器7之间的传动比通过变速滑动传动装置9的传动比的变化而变化。监控离合器5的滑动速度，并且调节vst9中的主动离合器的离合力(即，离合器用于传递扭矩)以将离合器5的滑动速度保持在期望值或期望范围。

由于变速滑动传动装置9包括滑动离合器，因此可以控制离合力(施加在离合器的板之间的夹紧力)，以便通过当前正在使用的离合器保持恒定的扭矩。然而，优选的是包括如图1所示的离合器5，以便使传动系统联轴器7与当vst9将驱动力从一个离合器移交到另一个离合器时可能出现的扭矩波动隔离。

控制器100响应由离合器5传递的扭矩，并且特别地，其响应使得即使在涉及控制向能量源/汇的扭矩的传递中机械部件的老化或故障的情况下也能使由离合器5传递的扭矩(即，供给的扭矩)与对应的向飞轮1请求的扭矩(扭矩需求)一致。

图4b示出了另一种传动装置配置，其包括图4a的vst和传动系统联轴器7之间的增程器11。尽管变速滑动传动装置因为其允许传动比基本连续变化而无突然的比率变化而变得有利，但是其通常具有从最高传动比到最低传动比的总比率范围且该总比率范围比平常所需的更窄。通过提供与vst9串联的第二比率调节器(即，可以改变传动比的第二机构或装置)，可以增加传动装置整体中可用的传动比的总范围，并且其称为增程器11。在一些情况下，增程器11可以是简单的变速箱，但是在本实施例中，具有不同传动比的齿轮路径与选择离合器相结合的布置，其中所述选择离合器可以具有与wo2011/080512的变速滑动传动装置相同的机械结构。然而，由于vst9提供了传动比的基本连续变化，因此不需要以可变的离合器滑动速度操作增程器11。相反，增程器11可以以恒定的比率操作，而vst9在总传动比范围内操作。然后，增程器11的传动比转变。

因为图4b中使用的增程器11具有选择离合器以实现其传动比的变化，因此可以使增程器11中的离合器以使用中的比率滑动，并且这在vst9和传动系统联轴器7之间提供滑动离合器，以将传动系统联轴器7与飞轮1处的扭矩波动隔离，与图4a的离合器5类似。然而，随着增程器11改变比率，施加到传动系统联轴器7的扭矩可能有波动。

这里描述的控制器100设计成响应于可能由例如与扭矩路径相互作用的一个或多个机械部件的故障引起的或由未知原因引起的扭矩需求和供给之间的持续的而非波动的不一致。

图5示出了具有飞轮传动装置的“3×3”布置，所述飞轮传动装置具有：具有三个平行的驱动比路径(比率1；比率2；和比率3)的变速滑动传动装置9和也具有三个平行驱动比路径(比率a；比率b；和比率c)的增程器11。图8示出了与图5相同的布置。变速滑动传动装置9和增程器11不必具有相同数量的驱动比路径，而是例如可以是“3×2”或“2×3”布置。此外，可能有多于一个的增程器。例如，可能有两个串联连接的增程器。

图6示意性地示出了用于控制能量存储和回收系统69的总体控制系统布置内的控制器100。可以理解，这种布置可以用软件、硬件或其结合来实现，并且可以作为单个装置中的软件实现，例如单个可编程车辆电子控制单元(ecu)，或者跨多个联网ecu实现。

控制系统接收指示整个系统需求的总扭矩的输入。控制系统还接收关于扭矩需求的符号的信息。在该示例中，整个系统是车辆动力系统，并且总扭矩需求可以是来自加速器踏板、制动器踏板或例如自动巡航系统的车辆扭矩需求。或者，整个系统可以是用于升高或降低诸如挖掘机吊杆或提升臂的部件的驱动系统，或者其可以是用于旋转驾驶室的驱动系统。总需求扭矩可以是驱动扭矩(正)或制动扭矩(负)。视情况而定，总扭矩需求可以由例如图1的内燃机的原动机和/或esrs69满足。

总扭矩需求被提供给扭矩计算单元53，扭矩计算单元53还基于能量存储装置(在所述实施例中的飞轮1)的当前状态接收来自esrs69的输入。这指示esrs69可用的扭矩量(存储模式)和/或可由esrs69接收的扭矩量(回收模式)。通过向esrs69供给能量或从esrs69汲取能量，扭矩计算单元53确定可以满足多少总扭矩需求。其余的将由原动机与或不与诸如车辆制动器的替代系统的合作来满足。作为该计算的结果，扭矩计算单元53生成代表esrs的扭矩需求和符号的信号，并将其发送到esrs传动装置控制模块55，在该架构中，esrs传动装置控制模块55包括控制器100的功能，如图6所示。由控制器100接收的该输入在图6的中心处以粗线示出。

esrs传动装置控制模块55还接收来自离合飞轮传动装置中的每个离合器的指示离合器的滑动方向和滑动量的信号，并且能够向每个离合器的致动器发送指示所需的离合压力或离合力(取决于致动器所需的信号类型)的信号。另外，通过反馈控制，其可以可选地接收指示测量的离合压力或力的信号。下面将关于自适应控制模式描述与控制器100有关的反馈控制策略。

esrs传动装置控制模块55还接收从测量代表飞轮旋转位置或运动的信号的一个或多个传感器推断的信号。通常，该信号将脉冲信号的形式，并且在一段时间内的这些脉冲由控制器相加，以便确定飞轮的实际速度。由此，可以计算飞轮速度的变化率，这使得能够由控制器确定供给的扭矩。该另一个输入也由控制器100接收，并且也显示在图6的左下角。

另外，在该实施例中，esrs传动装置控制系统55和控制器100接收指示图1至图3的传动系统联轴器7的速度的一个输入和指示飞轮速度的一个输入(经由测量代表飞轮旋转位置或运动、通常由测量的脉冲序列导出的信号的传感器)。这些输入允许esrs传动装置控制系统55和控制器100总是通过与esrs69相关联的离合飞轮传动装置而被告知总传输比。飞轮速度可以在数值上区分，由此产生的飞轮速度的变化率使得能够确定供给的扭矩。

响应于图6中以粗线显示的输入(即，在该实施例中指示esrs的扭矩需求的第一输入(中右)以及在该实施例中指示由飞轮1供给的扭矩的第二输入)，如果供给的扭矩和需求的扭矩之间存在持续的差异，则在该实施例中控制器100输出一个或多个信号(在图6的右下也以粗体代表)。仅在满足某些条件时才输出这些控制信号。这些输出信号的作用是根据需要改变或调节由esrs69供给的扭矩(或功率)量，以使该扭矩与需求一致。这确保即使在例如在控制由esrs供给的扭矩时涉及的一个或多个机械部件损坏、故障或瞬时失灵的不可预见的情况下，由飞轮1供给的扭矩(或功率)也始终或者始终保持与如扭矩计算器53所计算的其需求的扭矩(或功率)相等(即，等于或至少在接近的边界内)。

如技术人员将理解的，扭矩需求和供给输入不必直接代表潜在的扭矩。替代实施例可以使用不直接指示扭矩需求和供给的相关参数。例如，可以将扭矩需求转换成等效的飞轮速度需求，并且可以在任何时刻将该等效飞轮速度需求与测量的或实际的飞轮速度进行比较。在其它实施例中，测量的或实际的飞轮速度信号可以转换成由飞轮1供给的扭矩。类似地，这里描述的方法和算法可以采用指示能量和/或功率而不是扭矩的量。例如，可以考虑向能量源/汇或从能量源/汇的功率传输(而不是扭矩施加)的影响。例如，如果有向能量源/汇或从能量源/汇的需求功率传输，则可以将该功率除以能量源/汇的速度，从而确定估计的需求的扭矩值。如前所述，能量源/汇的该扭矩需求可以指向飞轮，并且如果根据需要，指向估计的飞轮加速度和/或速度。或者，源/汇需求的功率可以通过减去传动装置中和飞轮组件本身中的功率损耗(例如由于惯性滑行效应)而指向飞轮，以推断估计的飞轮能量变化，这可以根据指向飞轮的功率需求的数值积分来计算。如果为了与感测的飞轮速度进行比较而需要估计的飞轮速度，则这可以通过旋转动能方程计算，其中：

飞轮能量＝0.5*旋转惯量*(旋转速度^2)；因此

飞轮速度＝sqrt(2*飞轮能量/旋转惯量)。

参考图7a-d描述使用感测的飞轮运动来检测车辆的不期望的扭矩传递作为“安全监控系统”的一部分的示例。在该示例中假设为离合飞轮传动装置。

如果来自扭矩计算器53的扭矩需求为零，并且零也是车辆速度(即车辆停止)，则esrs传动装置控制模块55确保esrs69的传动装置中至少一级的所有离合器完全脱离接合，从而使得能量存储装置(即本实施例中的飞轮1)既不接收也不传递能量(这称为“安全状态”)。下文的“安全监控系统”部分中将进一步介绍该场景。控制器100可以编程为使得：当扭矩需求等于零时并且即使扭矩需求不等于零时(如果适合这样做)使esrs进入安全状态。

如果接收到非零扭矩需求信号，则esrs传动装置控制模块55确定通过esrs69的传动装置的哪条路径提供具有正确滑动方向的最低总离合器滑动，并计算相关离合器所需的正确的离合压力或力信号以传递所需的扭矩水平。这些信号传递到用于适当的离合器的离合器致动器，以开始在能量存储装置(在所述实施例中的飞轮1)和传动系统联轴器7之间传输能量，以便施加所需的扭矩。控制器100使用直接指示由飞轮供给的扭矩的输入，或者可以导出该信息的输入，并且如果在供给的扭矩和需要校正的扭矩需求之间检测到持续的差异，则由控制器采取适当的动作以管理esrs并因此纠正差异，或者如果车辆状况认为是不可接受的，则采取替代动作。

一旦离合器致动器接合相关的离合器，并且扭矩开始从飞轮1传递，则将从传动装置中的离合器接收离合器滑动信号。

控制器100采用的用于纠正供给的扭矩和需求的扭矩之间的任何差异的控制策略可以是比例、比例积分或比例积分微分。

当扭矩需求为零，车辆停止，出现控制器100的扭矩监控策略的应用，并且控制器检测通过esrs69施加的不期望扭矩。这可能导致车辆57在其应该保持停止的时刻移动。控制器采用如本文结合图7a至7d所述的安全监控系统算法。

安全模式

在本文所述的安全模式中，来自飞轮1的扭矩需求为零或低于预定的低阈值，并且车辆仍然是例如在交叉点处并且处于空档。在该情况下由控制器100实施的安全模式可以认为是容忍损伤的安全程序，由此如果检测到由传动装置的未知损坏或失灵(或相关控制)引起的意外扭矩流，则激活防止或最小化到达车轮的任何不期望的扭矩的程序。在这些情况下车辆的移动可能对车辆的乘客或附近的人员具有潜在危险。

在所描述的实施例中，控制器100实现为可编程电子控制单元(ecu)。可编程ecu具有相关联的处理器和存储器。在存储器中，提供具有足够大小能量_样本的当前数据缓冲区以保存由飞轮速度传感器400测量的飞轮相关速度的样本(这在图8中示出)。

在该实施例中，由测量的飞轮速度导出由飞轮1与传动装置9、5交换的扭矩。

在该实施例中，当前数据缓冲区是ecu的存储器的持久数据结构的一部分。持久数据结构始终保存具有先前测量的飞轮速度样本的先前数据缓冲区的副本。持久数据结构经历由可编程ecu执行的循环冗余校验110，以确认其没有破坏，因此其准备好或适合使用。

如图7a所示，最新的飞轮速度样本加载120到当前数据缓冲器中。应该理解的是，这些速度信号实际上可以是脉冲信号或脉冲序列，其在控制器内或控制器外部转换，以提供代表飞轮速度的信号。可编程ecu被编程为基于存储在当前和先前数据缓冲区中的飞轮速度样本来计算130当前和先前的飞轮动能。在该实施例中，相应的飞轮动能(即，用于先前和当前数据缓冲区的)由可用飞轮速度样本上的平均飞轮速度代表。优选地，可以为每个飞轮速度样本计算动能。然后，可编程ecu计算140与飞轮相关的当前和过去能量之间的差。通过将能量差除以当前和先前数据缓冲区之间的相关时间差，可编程ecu然后计算150与飞轮相关联的当前功率。

此时，在该实施例中，可编程ecu可选地调节160与飞轮相关联的当前功率，以考虑“旋转减慢”(或“滑降”)功率损耗。旋转减慢功率损耗代表由于固有损耗(例如风阻、轴承损耗、任何服务泵吸收的功率消耗)以及可选的即使在传动装置中所有离合器脱离接合时也会出现的与来自相邻传动元件的阻力相关的任何损耗导致的飞轮的瞬时功率损耗。在安全模式中，与代表旋转减慢功率损耗的一个或多个适当系数有关的信息另外通过一个或多个附加输入提供给可编程ecu和/或优选地存储在ecu的存储器(可选地永久地)或代码内。旋转减慢功率损耗可以是恒定系数，或者其值可以取决于用于在飞轮1和车轮65、71之间传递扭矩的传动装置的类型。这些一个或多个附加输入可以来自与可编程ecu相关联的查找表。查找表可以存储在可编程ecu的存储器中，或者可以存储在例如属于可以例如经由车辆网络与实现本控制器100的可编程ecu通信的另一个可编程ecu的单独的存储器中。

注意，简而言之，旋转减慢功率损耗可能与相应的“旋转加快”功率损耗不同。这是因为能量释放模式中的能量损耗可能与能量回收模式中的能量损耗不同。因此可以对控制器进行编程以将其考虑在内。

最后(如图7a所示)通过将当前飞轮功率除以当前飞轮速度，可编程ecu计算170在飞轮处传递的净扭矩(幅度和符号)。

如上面关于图7a所述，在该实施例中，控制器100编程为从测量的飞轮旋转位置或速度导出代表由飞轮1供给的扭矩的输入。本领域技术人员将理解，例如如果测量(或导出)飞轮加速度而不是飞轮速度，则可采用类似的程序。通过知道或测量飞轮速度随时间的变化率，并且知道飞轮转子的惯性力矩，可以导出任何时间飞轮1与传动装置交换的功率量，并且因此导出供给的扭矩。

图7a显示了飞轮速度数据向飞轮扭矩的转换。安全模式算法的连续步骤在图7b中示出，而图7b示出了如何可以将在飞轮处测量的扭矩转换成在车辆侧，即传动装置的车辆端上传递的扭矩。在所描述的实施例中，这是在车辆传动系统联轴器7处交换的扭矩。

在该实施例中，为在车辆侧的扭矩，其由控制器100要求以使控制器能够将该值与对应的扭矩需求进行比较，以便估计可能的差异并应用任何所需的校正。注意，尽管在该实施例中，车辆侧的扭矩认为是在传动系统联轴器7处供给的扭矩，但是在替代实施例中，可以使用传动系统联轴器7的上游或下游的其它参考位置，这对于技术人员来说是显而易见的。

如上面结合图6所述，控制器100可以接收与飞轮1和传动系统联轴器7有关的速度输入。在图7b中，控制器100可以可选地将车辆速度饱和到预定的最小值190，然后计算200传输比作为飞轮1的速度与车辆速度(或传动系统联轴器7)之间的比率。

将车辆速度饱和到最小值可防止当测量的车辆速度为零时将传输比计算为无穷大。这很重要，因为在与静止车辆结合使用时安全模式特别有用。

然后，控制器100还可选地对计算的传输比施加210限制。这考虑了实际限制，例如可以允许esrs或esrs能够传递功率的传动比的限制范围。

然后，控制器100计算230在车辆侧供给的扭矩。这是计算指向飞轮的乘以传输比的净扭矩。现在，飞轮处的扭矩已转换为在传动装置的车辆侧交换的扭矩。可选地，可以调整车辆侧扭矩以考虑与传动装置相关的能量耗散系数。这样做的过程类似于上面结合旋转减慢功率损耗所描述的过程，除了任何固有的传递损耗。注意，对于能量存储或回收的情况，即当扭矩分别为正或负时，任何传递损耗也可以是不对称的。

图7c示出了一组条件，在干预之前控制器100需要满足该组条件以使扭矩供给与扭矩需求一致，或者根据需要禁用扭矩传输。这些条件确保在安全模式下控制器100的响应是足够的。控制器100的不同操作模式可能需要不同的条件。

如图7c所示，控制器将在传动系统联轴器处供给的扭矩(即传动装置的车辆侧的扭矩)与预定值monitor_threshold_nm进行比较250。如在当前描述的实施例中那样，该预定值可以是恒定的，或者可以取决于一个或多个参数。如果供给的车辆侧扭矩大于monitor_threshold_nm，则控制器继续进行代表扭矩供给和扭矩需求之间的差的扭矩误差的计算260。如果车辆侧扭矩低于monitor_threshold_nm，则不计算当前迭代的误差，并且代表累积扭矩误差总和的变量减小270预定量。在该实施例中，该量是图7c中累积误差decay_accum_error的固定百分比。

如果除了上述条件250之外，车辆侧扭矩供给和对应的扭矩请求之间的差也大于图7c中标记为monitor_threshold_nm2的第二预定阈值280，则控制器确定误差可能由需求和供给之间的持续扭矩不一致导致(即，而不是由诸如换档或信号噪声之类的伪波动导致)，并且因此添加290到累积的扭矩误差总和。

如果累积的扭矩误差总和大于300第三监控阈值(图7c中的monitor_trip_threshold_nm)，则控制器100检测扭矩需求和扭矩供给之间的持续不一致。这证明控制器100介入，并且控制器100因此调用ecu以进入使esrs进入安全状态的车辆安全状态功能310。

如上所述，安全模式可视为减轻故障的程序。因此，是：将安全模式算法检测问题所需的时间与问题的严重性相关联是合适的--严重的问题需要比较小实体问题更快检测并采取动作，并且在能够从控制器100触发动作之前，需要较小的实体问题比严重的问题持续更长的时间。在车辆静止的情况下，可以在发生任何明显的车辆移动之前调整与累积的扭矩误差总和和/或monitor_trip_threshold_nm相关联的参数以检测故障。有确保这种情况的理想的最大控制器响应时间。可以设定monitor_trip_threshold_nm，使得控制器100在恰好比在更快累积误差的严重故障的情况下减轻故障的期望时间低的时间段之后检测故障。然而，使用相同的简单误差累积策略，在较慢的误差累积率下，控制器100可以在期望时间的一半量级的时间段内进行干预。可以在累积之前(即，在图7c中的阶段280之后)修改扭矩误差值，以使控制器100能够在更接近于较低严重性事件期望的时间之后响应。为此，需要将monitor_threshold_nm2值表示为误差的函数，以便将较少的权重给予较小幅度的误差。这可以另外最小化控制器100执行误差调用的任何风险。

车辆安全状态功能310可以引起致动器施加紧急制动，或者打开在一个或多个可能的扭矩传输路径中的一个或多个离合器。这可能引起esrs进入安全状态。图8示意性地示出了用于实现安全状态功能310的装置410。然而，其它安全结果也可考虑用于安全模式或控制器100的其它可能的操作模式。最后，安全模式算法结束320，并在适当的时候等待重新初始化。注意，该例程的替代输出可以附加地或替代地包括激活自适应算法，该自适应算法更新控制器校准参数，这些参数影响所请求的和供给的扭矩之间的开环关系。在本公开中描述了这些方面。

如果不满足第二阈值，则累积的扭矩误差如上所述地衰减270(即，如果不满足第一阈值标准)。如果不满足第三阈值，即与累积的扭矩误差总和相关的阈值，则控制器询问330是否应该将累积的扭矩误差总和重置340为可以为零的原始值。

用于重置累积扭矩误差总和的标准包括低飞轮速度或能量、一个或多个致动器处没有液压或esrs处于安全状态的指示。该阶段如图7d所示。无论累积的扭矩误差总和是否重置，即使没有调用安全状态函数310，安全模式算法的当前迭代现在接近其结束350。控制器现在也准备好使用获取的飞轮速度样本的新缓冲来更新其存储器中的持久数据结构，并运行新的循环冗余校验。通常可以以连续和常规时间步长重复该算法。

自适应控制模式

在确定扭矩误差时，自适应控制模式基本上与安全模式相同。然而，在自适应控制模式中，控制器100编程为采取响应于扭矩需求和供给之间的不一致的不同组的测量。

在自适应控制模式的前馈实现中，控制器100可以编程为建立并且在必要时及时建立、或例如通过更新将扭矩需求与实际扭矩供给相链接的校准曲线进行修改。如上所述，实际扭矩供给可取决于诸如车辆老化等因素。因此，控制器100可以编程为通过施加额外的或负的扭矩来响应扭矩需求，以使实际扭矩供给与扭矩请求一致。

在自适应控制模式的反馈(其中控制器的输出参数中的一个或多个、与其相关的任何其它参数、或来自esrs的感测的参数作为输入被反馈到控制器100)实现中，控制器100可以编程为“实时”响应扭矩需求和实际扭矩供给之间的系统的或形式上的不匹配。这可能是由于例如一个或多个离合器致动器或与其连接的液压或气动系统的暂时失灵。或者，这可以是改善系统的扭矩响应时间的手段。因此，控制器100同样可以编程为通过施加额外的或负的扭矩来响应扭矩需求(并且在这些实施例中，响应于反馈输入)以使实际扭矩供给与扭矩请求一致。优选地，反馈信号基于所感测的飞轮运动，而指向飞轮的扭矩并且因此指向能量源/汇的扭矩可以从该飞轮运动导出。与需求的扭矩的比较可产生扭矩误差，控制器可作用于所述扭矩误差。该误差可以通过比例(p)、积分(i)、微分(d)或这些的任何组合(例如pi或pid算法)传递。

图8示意性地示出了包括如本文所述的控制器100的设备。控制器从一个或多个传感器400接收一个或多个输入。例如在位置、脉冲、速度或加速度传感器的情况下，这些传感器可以感测飞轮旋转。替代地，传感器(例如扭矩计)可以直接感测在飞轮1处或在飞轮传动装置9、11上的另一个位置处交换的扭矩。根据这些信号，控制器100导出飞轮扭矩，可以根据需要将该扭矩指向传动系统联轴器7、车轮65或系统中的其它位置。在该实施例中，控制器向装置410输出一个或多个信号，装置410用于响应于扭矩需求和供给输入来管理由esrs69经由传动系统联轴器7供给至车辆的车轮65、71的扭矩。因此，控制器100确保无论由飞轮1交换的扭矩是正的还是负的，该扭矩都与处理至esrs69的任何扭矩需求一致。用于管理供给的扭矩的装置410可以是与体现本文所述的传动装置控制器55或控制器100的车辆ecu不同的车辆ecu。

这里已经结合上面标题为安全模式和自适应控制模式的部分描述了控制器100的优选实施例。然而，上述实施例是通过非限制性示例给出的，并且其它替代方案对于本领域技术人员而言是显而易见的。

下面描述本发明的进一步的实施例：

瞬时能量方法

可以将存储在能量存储装置中的测量能量与估计的存储装置能量进行比较以便检测差异，该差异可以指示向能量源/汇或从能量源/汇的扭矩或功率传递的故障或不准确。向能量源/汇或从能量源/汇的扭矩或功率传递可以引起能量存储装置能量或充电状态变化。可以根据esrs需求的扭矩或功率来预测该变化，例如，根据诸如指向能量源/汇处的esrs的需求扭矩或功率来预测该变化。

在以下描述中，参考基于飞轮的能量存储装置。然而，应该理解，控制器和与其相关的方法同样适用于其它能量存储装置，例如液压蓄能器和电容器。术语能级、充电状态理解为包括相似类型的数量。

在能量源/汇需求的扭矩(或功率)通常会产生能量存储装置的预期能量变化率。在能量存储装置是飞轮的情况下，(i)直接指示充电状态或(ii)可以推断出充电状态的测量信号可以包括飞轮旋转位置，或者更优选地，速度。这可以通过测量来自飞轮上的齿、反射条的脉冲序列，或旋转位置的类似指示标志来进行感测。

当将需求的扭矩与充电状态(在该情况下由飞轮速度指示)进行比较时，针对飞轮的需求的扭矩或与需求的扭矩密切相关的信号(例如，指向传动比和传动效率特性校正的需求的扭矩)可以除以飞轮惯量，以得到估计的飞轮加速度。

测量的能量存储装置充电状态(在飞轮的情况下由速度指示)可以被区分并且可选地经滤波(例如使用低通滤波器)以便产生充电状态的变化率的估计(例如，由飞轮的加速度指示)。

可以将测量的充电状态的变化率与从需求的扭矩推断的预期的充电状态变化率进行比较，以达到控制器可以进行动作的差异。

或者，需求的扭矩(或功率)的获知将引起能量存储装置的能量变化。在能量存储装置是飞轮的情况下，(i)直接指示充电状态或(ii)可以推断出充电状态的测量信号可以包括飞轮旋转位置，或者更优选地，速度。

当将需求的扭矩与充电状态(例如，由飞轮速度指示)进行比较时，可以由控制器内的内部模型(例如存储在控制器的存储器中的一系列系数或参数)使用需求的扭矩或与需求的扭矩密切相关的信号(例如，指向传动比和传动效率特性校正的需求的扭矩)来预测估计的瞬时飞轮速度。这个估计可以通过将所述需求的扭矩(指向飞轮)除以飞轮惯量来产生，以得到估计的飞轮加速度，并在控制器内部模型内将其积分以得到估计的瞬时飞轮速度。然后，不需要区分测量的能量存储装置充电状态(在飞轮的情况下由感测的速度指示)，因为使用该方法可能不需要测量加速度；然而，可选地，可以例如使用低通滤波器对测量的速度进行滤波。

可以将测量的充电状态与在控制器内部模型中估计的预期充电状态进行比较，以得出控制器可以进行动作的差异。

存在进一步的挑战，是因为，由于诸如致动器滞后和响应延迟之类的现实环境影响，需求的扭矩可能与实际中实现的略微不同，从而使得随着时间推移，即使在没有任何系统故障或劣化的情况下，通过考虑控制器内部模型估计的估计飞轮速度信号也可能与测量的飞轮速度信号不同。这可以通过使用测量的飞轮速度信号连续校正内部控制器模型中的估计飞轮速度信号来解决，如下文所述。

在esrs的内部控制器模型中，测量的飞轮速度可以通过低通滤波器，使得在低变化率或低频率下，该信号基本上不变地、可选地具有单位增益地通过滤波器。然而，在相对高的频率下，测量的飞轮速度信号衰减，使得离开低通滤波器的信号显著减小或可忽略不计。如前所述从需求的扭矩推断的估计飞轮速度信号可以通过高通滤波器馈送，从而使得在高变化率或高频率下，该信号基本上不变地、可选地具有单位增益地通过滤波器。然而，在相对低的频率下，信号的衰减使得离开高通滤波器的信号显著减小或可忽略不计。将这两个滤波后的信号相加在一起提供了改进的估计飞轮速度信号，该信号可以在较长的时间段内跟踪实际或测量的飞轮速度，但是在较短的时间范围内反映需求的扭矩。可以将该改进的估计飞轮速度信号与测量的飞轮速度信号进行比较，并且控制器可以对两者之间的任何差异进行动作。该方法的优势在于减少或消除了对直接数值微分的要求，从而可以避免(信号中的)噪声以及因其导致的对滤波的额外要求(其导致控制器响应的延迟)的问题。

反馈(闭环)控制

例如由飞轮的速度指示的能量存储装置的充电状态可以用作反馈信号，控制器可以根据该反馈信号执行对传输到能量源/汇或从能量源/汇传输的功率(或施加的扭矩)的闭环控制。更具体地，能量存储装置的充电状态的变化率可以用作实际传递的功率或扭矩的量度。如果能量存储装置的测量的充电状态信号的变化率与估计的充电状态信号变化率(根据能量源/汇需求的功率或扭矩推断)之间存在差异，则控制器可以将这种差异解释为传递的扭矩或功率的误差。该误差可以通过控制器馈送以产生信号，可以从该信号导出要施加于能量存储和回收系统中的扭矩传输装置的致动器的作用力的命令，其中，所述控制器例如为比例(“p”)、积分(“i”)、差分(“d”)或这些传输函数的组合，例如“p+i”或“pid”控制器。同样地，能量存储装置的充电状态或能级(而不是充电状态或能量的变化率)可以用作控制度量，且这些能级使用前述方法确定。因此，然后，如前所述，测量的/感测的和估计的能量之间的误差将通过闭环控制算法馈送。

这种闭环(反馈)控制算法可以单独使用，或者更优选地与前馈控制算法结合使用，其中，在所述前馈控制算法中，控制器输出直接或间接控制扭矩传输装置的一个或多个致动器的信号。这种信号可能与通过校准传输的标称预期扭矩或功率有关。这种校准可以包括查找表、映射或系数或乘数，其中所述查找表、映射或系数或乘数中的每个都可以包括一个或多个校准参数。将前述反馈算法与该前馈算法结合可以例如通过改善车辆的驾驶性能来增强系统的准确性。该系统还可以更容忍生产部件中的变化性，以及能量存储和回收系统中的部件的使用中的劣化。

说明飞轮损耗/传动比/能量存储装置释放(滑降)

在本文所述的所有控制器算法和方法中，需求的扭矩或功率可优选地指向能量存储装置，然后可以估计充电状态(或充电状态速率)。以下描述提供了如何在经由机械传动装置联接到能量源/汇的飞轮能量存储装置的背景下实现这一点的示例，但是这些方法和控制算法也可以应用于其它能量存储和回收系统。

机械传动装置可包括适于滑动以在能量存储装置和能量源/汇之间传输功率(或扭矩)的一组离合器。每个离合器可以具有与其相连联的齿轮比，该齿轮比不同于与该组的每个其它离合器相关联的另一个齿轮比。离合器可以彼此平行，从而使得顺序地滑动每个离合器并且将扭矩传输从一个离合器平滑地交付给下一个离合器可以模拟cvt的功能。这种传动装置可称为“离合飞轮传动装置”。

让我们考虑一个滑动的、分别对飞轮和能量源/汇施加相等且相反扭矩的离合器。如果能量源/汇基本上表现为惯性(例如车辆惯性)，则其可以通过加速来响应，而飞轮在其将能量让给能量源/汇时可以减速。然而，减小的速度(充电状态)导致的飞轮中的能量减少率并非全部到达能量源/汇，这是因为一些能量由于离合器的滑动而损耗，作为热能消散。可以估计施加到能量源汇的扭矩--在这种情况下，其可以与向离合器施加法向力的致动器作用力(在这种情况下可以是由液压活塞施加的力)成比例。在该示例中，致动器活塞中的压力可以由压力控制阀控制，其中，压力控制阀本身由电流、脉冲宽度调制(pwm)信号和/或由电压控制。

在估计离合器扭矩之后，控制器可以假设相同扭矩施加到能量源/汇和飞轮，尽管每个扭矩将与另一个具有相反的意义。当飞轮速度和/或车辆速度改变时，离合器上的滑动通常会减小，并且离合器中的功率损耗也将改变。因此，使用代表离合器扭矩的变量作为控制器内的控制变量的这种方法考虑了当能量源/汇需求的功率或扭矩指的是预期从飞轮传输的功率或扭矩时离合器中的能量损耗。这意味着，如果假设传输到能量源/汇或从能量源/汇传输的所有能量也在飞轮处传输，则可以对预期的飞轮速度或速度变化率进行更准确的估计。

可替代地或另外地，将传动装置中的损耗描述为扭矩或速度的函数的映射、和/或通过裕度(margin)或因子来减小传输的扭矩的效率系数(特别是在包括显示扭矩而不是速度、功率损耗的齿轮的系统中)可以结合到控制器中。

此外，如本领域中已知的，还可以通过考虑机械优势或能量源/汇和飞轮之间的齿轮装置来估计指向飞轮的扭矩。

此外，指向飞轮的扭矩可以因为飞轮组件本身中的扭矩(或功率)损耗而减小，其中，该损耗由于飞轮和轴承摩擦、风阻、其它旋转损耗和/或工作泵功率消耗中的一个或多个而产生。这种损耗可以是飞轮速度的函数，并且可以简单地从指向飞轮的扭矩中减去以获得净扭矩，该净扭矩使飞轮速度(充电状态)改变。因此，相比于不考虑传动装置中的齿轮装置和/或系统中的损耗，可以更精确地估计预期的飞轮速度或加速度。

自适应(校准/前馈)控制

控制器可以输出直接或间接控制传动装置中的扭矩传输装置的一个或多个致动器的信号。这个信号可能与通过校准传输的标称预期扭矩或功率有关。这种校准可以包括查找表、映射或系数或乘数，其中所述查找表、映射或系数或乘数中的每个都可以包括一个或多个校准参数。这种校准可以将扭矩需求与致动器命令相关联。致动器可包括阀，在这种情况下，校准可包括需求扭矩和(i)控制阀电流，(ii)阀pwm或(iii)阀电压或(iv)阀压力之间的关系。致动器可以将正常负载施加到离合器，并且可以包括活塞。致动器可以控制由诸如滑动离合器或cvt的扭矩传输装置传输的扭矩或功率。

使用任何上述方法感测传递的扭矩或功率(或需求的和实际的或测量的/感测的扭矩或功率之间的差异的存在)还可以允许在影响的参数中进行中期或长期调整，其中，上述参数影响需求的扭矩和配发给致动器的命令或信号之间的校准，上述致动器用于控制、施加或产生施加的扭矩或向能量源/汇传输的功率或从能量源/汇传输的功率。

例如，如果推断出扭矩的差异使得传递的扭矩低于预期的扭矩，则可以调整校准，使得针对给定的扭矩或者功率需求，配发至扭矩传输装置的致动器的前馈信号增加。因此，对扭矩或功率配发未来类似的需求将产生应该更接近预期和要求的更大的传递扭矩或功率。

有利地，减少或消除了更复杂的闭环算法的必要性。此外，由于劣化(例如，离合器磨损或磨损的控制阀)导致的扭矩传输装置的性能变化自动适应，而无需手动重新校准。

这种类型的自适应控制算法可以优选选择性地确定控制器响应哪些事件，以及哪些事件导致控制器发起对影响传动装置的校准的参数的改变。例如，当扭矩或功率需求的幅度高于阈值时，可以优选仅增加一个或多个校准参数。

可替代地或另外地，当扭矩或功率需求的变化率低于阈值时，或者当需要准稳态扭矩时，可能优选仅增加一个或多个校准参数。

可替代地或另外地，当需求的扭矩或功率的持续时间超过阈值时，可以优选仅增加一个或多个校准参数。

可以根据这三个和其它标准，可选地，通过根据标准满足程度应用的加权因子来确定对一个或多个校准参数的增加幅度。

以下编号的段落也构成本公开的一部分：

1.一种用于管理能量存储和回收系统的控制器，所述能量存储和回收系统能够与能量源/汇交换扭矩，其中控制器布置成：

接收代表能量存储和回收系统需求的扭矩的第一输入；和

接收代表能量存储和回收系统供给的扭矩的第二输入，或者从该输入可以导出代表所述供给的扭矩的信号；

其中，响应于需求的扭矩和供给扭矩之间的差异，控制器管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩。

2.根据段落1所述的控制器，其中控制器布置为实现前馈控制策略以减少或消除所述差异。

3.根据段落1或2所述的控制器，其中控制器布置为实施反馈控制策略以减少或消除所述差异。

4.根据段落3的所述控制器，其中控制器布置成接收代表所述差异的第三输入，并且响应于所述第三输入，控制器管理供给的扭矩，或者控制器是可编程的并且编程为计算所述差异。

5.根据段落3或4所述的控制器，其中反馈控制策略是比例、比例积分或比例积分微分。

6.根据前述段落中任一段所述的控制器，其中控制器是可编程的并且编程为计算与所述差异相关联的误差参数，并且其中响应于所述误差参数，控制器管理供给的扭矩。

7.根据段落6所述的控制器，其中如果满足与所述误差参数相关联的一个或多个误差条件，则响应于所述误差参数，控制器管理供给的扭矩；其中所述一个或多个误差条件优选地包括超过阈值的误差参数；其中所述阈值优选为固定阈值，或者其优选地取决于一个或多个其它参数；其中控制器优选地布置成接收代表所述一个或多个其它参数的一个或多个其它输入；和/或其中控制器是可编程的，并且优选地编程为计算或存储所述一个或多个其它参数。

8.根据前述段落中任一段所述的控制器，其中，如果满足与第一输入相关联的一个或多个第一条件，则控制器管理供给的扭矩；其中所述一个或多个第一条件可选地包括超过阈值的第一输入；其中所述阈值优选为固定阈值，或者其优选地取决于一个或多个其它参数；其中控制器优选地布置成接收代表所述一个或多个其它参数的一个或多个其它输入；和/或其中控制器是可编程的，并且优选地编程为计算或存储所述一个或多个其它参数。

9.根据前述段落中任一段所述的控制器，其中如果满足与所述第二输入或从其导出的信号相关联的一个或多个第二条件，则控制器管理供给的扭矩；其中所述一个或多个第二条件可选地包括超过阈值的第二输入或由其导出的信号；其中所述阈值优选为固定阈值，或者其优选取决于一个或多个其它参数；其中控制器优选地布置成接收代表所述一个或多个其它参数的一个或多个其它输入；和/或其中控制器是可编程的并且优选地编程为计算或存储所述一个或多个其它参数。

10.根据前述段落中任一段所述的控制器，其中控制器布置成输出用于管理由esrs供给的扭矩的至少一个信号。

11.根据前述段落中任一段所述的控制器，其中控制器是可编程的并且编程为改变一个或多个编程变量和/或编程指令用于管理由esrs供给的扭矩。

12.一种包括根据前述段落中任一段所述的控制器的设备。

13.根据段落12所述的设备，还包括可操作地联接到控制器的一个或多个传感器，用于将所述第二输入提供给控制器。

14.根据段落13所述的设备，其中所述一个或多个传感器包括扭矩计。

15.根据段落14所述的设备，其中所述设备还包括能量存储和回收系统，其中能量存储和回收系统包括能量存储装置，并且扭矩计布置成测量在能量存储装置处供给的扭矩。

16.根据段落15所述的设备，其中所述设备还包括用于在能量存储和回收系统与能量源/汇之间传递扭矩的传动装置，其中扭矩计布置成测量在所述传动装置上的位置处供给的扭矩。

17.根据段落16所述的设备，其中控制器布置成接收或存储直接或间接代表将由扭矩计测量的扭矩与在传动装置的车辆侧或在传动装置的esrs侧供给的扭矩相关联的传动比的一个或多个其它输入，并且控制器编程为计算指向传动装置的车辆侧或传动装置的esrs侧的测量的扭矩。

18.根据段落16或17所述的设备，其中控制器布置成接收或存储代表将在所述扭矩测量位置处由传动装置传递的扭矩与由能量存储和回收系统供给的净扭矩相关联的扭矩传递能量效率系数的一个或多个其它输入，并且控制器编程为计算供给的扭矩，同时考虑esrs和扭矩测量位置之间传递时的能量损耗。

19.根据段落13至18中任一段所述的设备，其中所述一个或多个传感器包括至少一个旋转传感器，其中，所述至少一个旋转传感器可选地包括旋转速度传感器和/或旋转加速度传感器。

20.根据段落18所述的设备，其中所述装置还包括能量存储和回收系统，其中能量存储和回收系统包括飞轮，其中所述至少一个旋转传感器布置成测量飞轮旋转，优选地以测量飞轮旋转速度的形式，并且其中第二输入是代表由所述至少一个旋转传感器输出的测量的飞轮旋转的信号，并且优选地是代表飞轮旋转速度的信号。

21.根据段落20所述的设备，其中控制器是可编程的并且编程为将第一输入转换成代表需求的飞轮旋转、并且优选地代表需求的飞轮旋转速度的信号，并且编程为将代表需求的飞轮旋转的所述信号与代表测量的飞轮旋转、并且优选地代表测量的飞轮旋转速度的所述信号进行比较；其中控制器优选地编程为使用低通滤波器对代表测量的飞轮旋转的信号进行滤波；其中控制器优选地编程为使用高通滤波器对代表需求的飞轮旋转的信号进行滤波；其中控制器优选地编程为计算所述信号的总和和/或差，作为与所述差异相关的误差参数。

22.根据段落21所述的设备，其中所述设备还包括用于在能量存储和回收系统与能量源/汇之间传递扭矩的传动装置，其中需求的扭矩针对传动装置的能量源/汇侧，并且控制器布置成接收或存储代表传输函数的一个或多个其它输入且该传输函数将指向传动装置的能量源/汇侧的需求的扭矩转换为代表需求的飞轮旋转的信号，并且其中控制器编程为计算代表需求的飞轮旋转的所述信号。

23.根据段落22所述的设备，其中控制器布置成接收或存储代表一个或多个扭矩传递能量效率系数的一个或多个其它输入，并且控制器编程为根据一个或多个系数来计算需求的飞轮旋转。

24.根据段落12至23中任一段所述的设备，还包括无级变速器部件；其中无级变速器部件可选地是变速器；其中所述变速器可选地是环形变速器。

25.根据段落12至24中任一段所述的设备，还包括能量源/汇，其中能量源/汇可选地包括：车辆传动系统；一个或多个车轮；和/或一个或多个可扭矩操作的车辆附件。

26.根据段落12至25中任一段所述的设备，其中所述设备包括布置成实施所述控制器的一个或多个车辆电子控制单元。

27.根据段落12至26中任一段所述的设备，还包括安全系统，所述安全系统用于禁用从能量存储和回收系统向能量源/汇的扭矩传递，其中控制器布置为输出用于激活所述安全系统的至少一个信号。

28.根据段落27的所述装置，其中所述安全系统包括至少一个扭矩路径断开离合器和/或安全制动器。

29.一种车辆，包括根据段落1至11中任一段所述的控制器；和/或根据段落12至28中任一段所述的设备。

30.一种管理能量存储和回收系统的方法，所述能量存储和回收系统能够与能量源/汇接器交换扭矩，所述方法包括：

接收代表能量存储和回收系统需求的扭矩的第一输入，

接收代表由能量存储和回收系统供给的扭矩的第二输入，或者从该输入可以导出代表所述供给扭矩的信号，并且

响应于需求的扭矩和供给的扭矩之间的差异，管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩。

31.根据段落30所述的方法，其中管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩包括将由esrs供给的扭矩校准到需求的扭矩以减小或消除所述差异；其中，将由esrs供给的扭矩校准到需求的扭矩优选地包括更新将离散或连续范围的扭矩供给与相应的扭矩需求相关联的校准表和/或校准软件；其中所述校准表和/或软件优选地包括一个或多个校准系数和/或校准函数。

32.根据段落30所述的方法，其中所述方法还包括接收代表所述差异的第三输入，其中管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩响应于所述第三输入，或根据所述第一和第二输入计算所述差异。

33.根据段落30所述的方法，其中管理由能量存储和回收系统供给至能量源/汇的扭矩包括输出用于激活安全系统的至少一个信号，其中所述安全系统用于减少或禁用从能量存储和回收系统向能量源/汇的扭矩传递。

34.根据段落33所述的方法，其中激活用于减少或禁用从能量源/汇的扭矩传递的安全系统包括中断一个或多个扭矩传递路径，其中中断一个或多个扭矩传递路径可选地包括断开一个或多个离合器，或者激活制动器。

35.一种用于在计算机上执行的计算机程序，其中在计算机上执行所述代码引起计算机实施根据段落30至34中任一段所述的方法。

本公开旨在涵盖模拟控制器和诸如可编程控制器的数字控制器。

在本公开中，控制器“适于”的意思是：视情况而定，控制器可以以任何方式布置、配置或编程以执行指定的功能。

控制器可以由单个物理上可区分的控制器或诸如网络控制器的可单独识别的控制器的集群提供。然而，控制器也可以作为分布式网络提供，并且分布式网络可以是动态可重新配置的。

此外，这里描述的控制器也可以由单个控制器的一个或多个子部件(硬件或软件)实施。