CN106029431B - 用于电的驱动系统的驱动滑动率调节的控制设备以及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电运行的车辆的供给n相电机的变压器的控制设备，n＞1，该控制设备具有观察单元、计算单元以及滑动率调节单元，构造所述观察单元用于求得电机的当前的转速以及变压器的当前的输出电流，所述计算单元与观察单元耦合并且构造用于根据所求得的当前的转速计算车辆车轮的瞬时的车轮速度，所述滑动率调节单元与计算单元耦合并且构造用于当车轮的车轮速度的瞬时的变化超过预先确定的第一阈值时至少暂时地以电流修正值加载变压器的输出电流。

Description

用于电的驱动系统的驱动滑动率调节的控制设备以及方法

技术领域

本发明涉及一种用于在电的驱动系统中、尤其在带有电动马达的电运行的车辆中进行驱动滑动率调节的控制设备和方法。

背景技术

经常将额外的自动的以及半自动的电子系统集成在目前的车辆中，该系统改善了车辆的行驶稳定性，例如防抱死系统（ABS）、电子稳定程序（ESP）或者牵引控制系统（TCS）。在牵引控制系统中需要大量的传感器，其测量值可以直接或间接地推断出地面与车轮之间的滑动率。常见的传感器是转向角度传感器、转动率传感器、加速度传感器以及车轮速度传感器。

然而需要用于在电的驱动系统中进行驱动滑动率调节的解决方案，其中调节的执行花费尽可能小。尤其存在对驱动滑动率调节部的需求，其不包括车轮转速传感器或者说车轮速度传感器。

发明内容

因此，本发明根据一个方面实现了用于电运行的车辆的供给n相电机的变压器的控制设备，n≥1，其具有观察单元、计算单元以及滑动率调节单元，构造所述观察单元用于求得电机的当前转速以及变压器的当前的输出电流，所述计算单元与观察单元耦合并且构造用于根据当前求得的转速计算车辆车轮的瞬时的车轮速度，

所述滑动率调节单元与计算单元耦合并且构造用于在车轮的车轮速度的瞬时的变化超过预先确定的第一阈值时至少暂时地以电流修正值加载变压器的输出电流。

本发明根据另一方面实现了一种用于电运行的车辆的电的驱动系统，其具有n相电机（n≥1）、变压器以及按本发明的控制设备，所述变压器与n相电机耦合并且构造用于为电机提供n相供电电压，所述按本发明的控制设备与电机和变压器耦合并且设计用于为变压器提供输出电流调节信号从而进行驱动滑动率调节。

本发明根据另一方面实现一种带有按本发明的电的驱动系统的电运行的车辆。

本发明根据另一方面实现了用于在电运行的车辆的电的驱动系统中进行驱动滑动率调节的方法，该系统具有电运行的车辆的供给n相电机的变压器，n≥1。所述方法包括以下步骤，即求得电机当前转速以及变压器当前输出电流，根据所求得的当前转速计算车辆车轮的瞬时的车轮速度以及当车轮的车轮速度的瞬时的变化超过预先确定的第一阈值时以电流修正值至少暂时地加载变压器的输出电流。

发明优势

本发明的构思是，在电运行的车辆例如电动车辆或混合动力车辆中实现驱动滑动率调节系统，其在电的驱动系统中使用已经存在的信号接收器或者说系统的已知的电参数，从而能够决定是否应该并且应该在何种程度上通过电的驱动系统的变压器的输出电流的匹配来降低额定力矩。在按本发明的做法中的优点是，总是能够如此程度地匹配额定力矩，从而能够将驱动装置的尽可能多的力矩传递到车道上并且避免车轮的滑转。

所述方法的显著优点在于，不必在电的驱动系统或者说车辆中实施额外的传感器，例如转向角度传感器、转动率传感器、加速度传感器以及车轮速度传感器，从而能够将驱动滑动率调节部的实施成本保持得很低。

本发明能够用在带有电驱动装置例如前驱、后驱或全轮驱动的车辆中。本发明意义上的电运行的车辆可以是带有一个或多个电动马达的车辆，该车辆必要时还能够额外地拥有内燃机。

根据控制设备的实施方式，可以设计计算单元用于从当前求得的输出电流中计算车辆的当前车辆速度并且将车辆的所计算的当前车辆速度与车辆车轮的取决于所求得的当前转速的车轮速度进行比较，并且在车轮的车轮速度与车辆的所计算的当前的车辆速度的偏差大于预先确定的第二阈值时至少暂时地以电流修正值加载变压器的输出电流。

根据所述控制设备的另一实施方式，还可以设计所述计算单元用于从所求得的当前的输出电流中计算当前的驱动力矩，将所计算的当前的驱动力矩排除当前的行驶阻力从而计算被施加在车轮上的驱动力矩并且考虑经排除的车轮上的驱动力矩用于计算车辆的当前的车辆速度。

根据所述控制设备的另一实施方式还可以设计所述滑动率调节单元用于在车轮的车轮速度的瞬时的变化与车辆的所计算的当前车辆速度的变化之间的偏差超过预先确定的第三阈值时至少暂时地以电流修正值加载所述变压器的输出电流。

根据所述方法的实施方式，该方法还可以包括以下步骤，即从所求得的当前的输出电流中计算车辆当前的车辆速度，将车辆的所计算的当前的车辆速度与车辆车轮的取决于所求得的当前转速的车轮速度进行比较，并且在车轮的车轮速度与车辆的所计算的当前的车辆速度的偏差大于预先确定的第二阈值时用电流修正值至少暂时地加载变压器的输出电流。

根据所述方法的另一实施方式，车辆当前的车辆速度的计算可以包括从所求得的当前的输出电流中计算当前的驱动力矩、所计算的当前的驱动力矩排除当前的行驶阻力从而计算车轮上的驱动力矩以及通过经排除的车轮上的驱动力矩来计算车辆当前的车辆速度。

根据所述方法的另一实施方式，该方法还可以包括以下步骤，即当车轮的车轮速度的瞬时的变化与车辆的所计算的当前的车辆速度的变化的偏差大于预先确定的第三阈值时以电流修正值至少暂时地加载变压器的输出电流。

本发明的实施形式的其它的特征和优势由接下来参考附图的说明书得出。

附图说明

图示：

图1是按本发明实施方式用于电运行的车辆的电的驱动系统的示意图；

图2是根据本发明的另一实施方式用于驱动滑动率调节的控制设备的示意图；以及

图3是按本发明另一实施方式在电的驱动系统中进行驱动滑动率调节的方法的示意图。

具体实施方式

图1示出了电的驱动系统1，其具有驾驶员期望接收器9、车辆控制单元2、变压器3以及电机4。通过例如脉冲逆变器形式的变压器3将多相电流馈入电机4中。为此，由（没有示出的）直流电压中间回路提供的直流电压变换成n相的交流电压，例如三相的交流电压。所述变压器3用于将通过车辆的一个或多个（没有示出的）蓄能设备提供的直流电压或交流电压进行电压转换成为n相的交流电压。也可以将车辆的蓄能设备集成到变压器3中，例如电池直接转换器（BDI）中。为此，所述变压器3可以具有蓄能单池模块，该蓄能单池模块带有串联的电池5a到5n，例如锂离子电池，其通过连接线路与配属的耦合装置的输入接头进行连接。在此能够如此触发所述耦合装置的耦合元件，例如借助于控制设备10触发，从而考虑使单个的蓄能单池模块选择性地为电机4提供电压。因此，通过合适地触发耦合装置能够使用单个的蓄能单池模块有针对性地提供变压器3的暂时的输出电压。

示例性地在图1中示出了三个相位线路，其适合于输出三相的交流电压，例如用于三相的多相电机4。然而清楚的是，同样可以为其它机器类型使用每个其它数量n的相，n≥1。在此，电机4例如可以包括异步电机、同步电机、经连接的磁阻电机或横流机（Transversalflussmaschine）。

此外，所述电的驱动系统1包括控制设备10，该控制设备与变压器3连接并且能够借助于该控制设备来控制变压器3，从而在电机4的相应的相接头上提供所期望的输出电压。

在其中施行所述电的驱动系统1的车辆的驾驶员通过驾驶员期望接收器9例如油门踏板或其它输入设备向系统传递其驾驶员期望F。该驾驶员期望F例如加速、制动或保持速度由车辆控制单元2转换成相应要求的力矩Ms，用该力矩例如通过CAN总线作为额定信号触发所述变压器3。该变压器3本身或者说配属的控制设备10如此设定在转换器输出端上的、也就是n相线路上的输出电压或者说输出电流I，使得电机4能够发出所期望的额定扭矩。

在此，电机4使经连接的马达轴以转速n1运动，该转速必要时可以通过传动机构5相应于传动比变成第二转速n2。经连接的差速器6然后将力矩通过轮轴8分配到一个或多个车轮7a、7b上。

除了通常控制变压器3的正常运行之外，所述控制设备10还可以执行电的驱动系统1的驱动滑动率调节，如下面结合图2所解释的那样。图2示出了控制设备10的示意图，该控制设备例如可以用在图1的电的驱动系统1中。

所述控制设备10包括观察单元11，设计该观察单元用于求得电机4的当前的转速nm以及变压器3的当前的输出电流Im。当前的转速nm例如可以直接在电机4上或者马达轴上截取。变压器3的当前的输出电流Im例如可以通过电流传感器3a在电机4的相线路上截取。所述观察单元11与计算单元12耦合并且将求得的参数nm和Im传递到计算单元12上。这些又可以设计用于从所求得的当前的输出电流Im中计算车辆的当前的车辆速度。

此外，所述计算单元12例如可以从输出电流Im中计算当前的驱动力矩。当前的驱动力矩在此与求得的输出电流Im成正比。通过从当前的驱动力矩中减去取决于速度的行驶阻力，所述计算单元12计算经清理的实际地作用到车轮7a、7b上的驱动力矩。通过被估算的或者已知的车辆重量可以从经清理的驱动力矩中推断出车辆的加速度。经过车辆当前的加速度关于测量时间段的积分实现了车辆速度的确定。

为了使通过计算单元12求得车辆速度可信或者说提高其精度，所述观察单元11还可以求得一个或多个输入参量vm以用于改善估算的车辆速度。输入参量vm例如可以是车辆GPS系统方面已知的车辆速度或者类似的外部参数。所述计算单元12可以在计算车辆的车辆速度时相应地考虑所述输入参量vm。

此外能够在已知的行驶情况中在边缘条件的范围内修正车辆速度。例如可以在特定时间段内存在的较小的行驶力矩中推断出车轮速度相当于车辆速度。也可以在正的驱动力矩中推断出，车辆速度不可以低于车轮速度。

所述计算单元12最后能够将车辆的经计算的当前车辆速度与车辆车轮的取决于求得的当前转速nm的车轮速度进行比较。所述计算单元12尤其能够通过车辆速度与车轮速度的比较求得车轮7a、7b的滑动率关于时间的曲线。该滑动率的曲线可以传递到与计算单元12耦合的滑动率调节单元13上。

设计所述滑动率调节单元13用于在车轮的车轮速度与车辆的经计算的当前车辆速度偏差大于预先确定的阈值时、也就是在车轮滑动率超过预先确定的阈值时，至少暂时地以电流修正值加载变压器3的输出电流I（以及由此额定力矩）。

因为这种类型的驱动滑动率调节强烈地取决于车辆速度计算或者说车辆速度求得的品质，所以可以有利地动用调节机制，其不强制地指示车辆速度计算。此外，可以设计所述滑动率调节单元13用于在车轮的车轮速度的瞬时的变化超过其它预先确定的阈值时、也就是存在太快的滑动率变化时，至少暂时地以电流修正值加载变压器3的输出电流I。

最后，也可以替代或者补充地在车轮的车轮速度的瞬时的变化与车辆的经计算的当前车辆速度的变化偏差大于预先确定的第三阈值时、也就是存在太高的车轮加速度时，通过滑动率调节单元13至少暂时地以电流修正值加载变压器3的输出电流I。在后者情况下，不动用所计算的当前的车辆速度的绝对值，而是仅仅动用绝对值的相对变化。由此，在所计算的当前的车辆速度的绝对值中，可能的偏差不会占很大比重。

此外，所述滑动率调节单元13发出用于变压器3的输出电流调节信号Mc以用于进行驱动滑动率调节，根据该输出电流调节信号如此调节对变压器3的触发，使得变压器3的输出电流I改变或者说减少电流修正值并且由此相应地改变或者说降低输出力矩。在此，减少的程度可以根据所计算的滑动率或者说滑动率的变化以及从中求得的摩擦系数进行调节。

（与零不同的）电流修正值可以在所有调节情况中分别优选地从变压器3的输出电流I中得出，从而将变压器3的输出电流I减少所述电流修正值。在此，电流修正值可以假定为原则上任意大小，其中电流修正值的大小可以取决于驱动滑动率调节的所期望的调节效果的预先确定的大小。

为了稳定，可以完全或者部分地在预先确定的时间段上维持：变压器3的输出电流I以电流修正值进行调整，从而能够在该稳定时间段观察马达转速。如果驱动滑动率在该稳定时间段之后还要处于不允许范围内，那么通过输出电流调节信号Mc可以进行在很大程度上的调节干预。如果车轮7a、7b在调节干预之后还继续稳定，那么在稳定时间段之后再次撤除输出电流I的减少。

也可以设定暂时持久的滑动率调节运行，其中变压器3的输出电流I持久地或者长时间地以电流修正值进行调整。当存在特殊的行驶情况例如在积雪的或冰封的车道上进行上坡行驶时，这尤其是很有意义的。因此，通常可以在几秒范围内的较短的时间段到几分钟或者甚至几小时的原则上不受限制的较长的时间段中激活通过控制设备10执行的驱动滑动率调节。

图3示出了用于在电运行的车辆的电的驱动系统中进行驱动滑动率调节的方法20的示意性图解。该方法20尤其可以在按图1和2的带有控制设备10的电的驱动系统1中执行。

在第一步骤21中实现电机4的当前转速nm的求得以及变压器3的当前的输出电流Im的求得。

在第二步骤22中根据求得的当前转速nm计算车辆车轮的瞬时的车轮速度。最后，在第三步骤24中可以在车轮的车轮速度的瞬时的变化超过预先确定的第一阈值时，至少暂时地以电流修正值加载变压器3的输出电流I。

与步骤22并行地也可以在步骤23a和23b中分别从求得的当前的输出电流Im中计算车辆的当前的车辆速度，并且将车辆的所计算的当前车辆速度与车辆车轮的取决于所求得的当前转速nm的车轮速度进行比较，从而在可选的步骤24a中当车轮的车轮速度与车辆的所计算的当前车辆速度偏差大于预先确定的第二阈值时，至少暂时地以电流修正值加载变压器3的输出电流I。在此，车辆的当前车辆速度在步骤23a中的计算例如可以包括从所求得的当前输出电流Im中计算当前的驱动力矩、所计算的当前的驱动力矩排除当前的行驶阻力从而计算车轮上的驱动力矩以及通过经排除的在车轮上的驱动力矩计算车辆的当前车辆速度。

此外，能够可选地在步骤24b中当车轮的车轮速度的瞬时的变化超过预先确定的第二阈值时并且/或者当车轮的车轮速度的瞬时的变化与车辆的所计算的当前车辆速度的变化偏差大于预先确定的第三阈值时，同样至少暂时地以电流修正值加载变压器3的输出电流I。

Claims (10)

1.用于电运行的车辆的供给n相电机（4）的变压器（3）的控制设备（10），n≥1，该控制设备具有：

观察单元（11），将该观察单元构造用于求得电机（4）的当前的转速（nm）以及变压器（3）的当前的输出电流（Im）；

计算单元（12），该计算单元与观察单元（11）耦合并且构造用于根据所求得的当前的转速（nm）计算车辆车轮的瞬时的车轮速度；以及

滑动率调节单元（13），该滑动率调节单元与计算单元（12）耦合并且该滑动率调节单元构造用于：当车轮的车轮速度的瞬时的变化超过预先确定的第一阈值时至少暂时地以电流修正值加载变压器（3）的输出电流（I）。

2.按权利要求1所述的控制设备（10），其中还构造所述滑动率调节单元（13）用于从所求得的当前的输出电流（Im）中计算车辆当前的车辆速度并且将车辆的所计算的当前的车辆速度与车辆车轮的取决于所求得的当前转速（nm）的车轮速度进行比较，并且当车轮的车轮速度与车辆的所计算的当前的车辆速度的偏差大于预先确定的第二阈值时至少暂时地以电流修正值加载变压器（3）的输出电流（I）。

3.按权利要求2所述的控制设备（10），其中还构造所述计算单元（12）用于从求得的当前的输出电流（Im）中计算当前的驱动力矩，将所计算的当前的驱动力矩排除当前的行驶阻力以用于计算在车轮上的驱动力矩，并且把经过排除的在车轮上的驱动力矩考虑用来计算车辆的当前的车辆速度。

4.按权利要求2和3中任一项所述的控制设备（10），其中还构造所述滑动率调节单元（13）用于在车轮的车轮速度的瞬时的变化与车辆的所计算的当前的车辆速度的变化的偏差大于预先确定的第三阈值时至少暂时地以电流修正值加载变压器（3）的输出电流（I）。

5.用于电运行的车辆的电的驱动系统（1），具有：

n相的电机（4），其中n≥1；

变压器（3），该变压器与n相电机（4）耦合并且构造用于为电机（4）提供n相的供电电压；以及

按权利要求1到4中任一项所述的控制设备（10），该控制设备与电机（4）以及变压器（3）耦合并且构造用于为变压器（3）提供输出电流调节信号（Mc）以用于进行驱动滑动率调节。

6.具有按权利要求5所述的电的驱动系统的电运行的车辆。

7.用于在电运行的车辆的电的驱动系统（1）中进行驱动滑动率调节的方法（20），该电的驱动系统具有电运行的车辆的供给n相的电机（4）的变压器（3），n≥1，其中，该方法具有以下步骤：

求得（21）电机（4）的当前的转速（nm）以及变压器（3）的当前的输出电流（Im）；

根据所求得的当前的转速（nm）计算（22）车辆车轮的瞬时的车轮速度；以及

当车轮的车轮速度的瞬时的变化超过预先确定的第一阈值时至少暂时地以电流修正值加载（24）变压器（3）的输出电流（I）。

8.按权利要求7所述的方法（20），还具有以下步骤：

从所求得的当前的输出电流（Im）中计算（23a）车辆的当前的车辆速度；

比较（23b）车辆的所计算的当前的车辆速度与车辆车轮的取决于所求得的当前的转速（nm）的车轮速度；并且

在车轮的车轮速度与车辆的所计算的当前的车辆速度的偏差大于预先确定的第二阈值时至少暂时地以电流修正值加载（24a）变压器（3）的输出电流（I）。

9.按权利要求8所述的方法（20），其中车辆的当前的车辆速度的计算（23a）包括：

从所求得的当前的输出电流（Im）中计算当前的驱动力矩；

将所计算的当前的驱动力矩排除当前的行驶阻力从而计算车轮上的驱动力矩；并且

通过经排除的在车轮上的驱动力矩计算车辆的当前的车辆速度。

10.按权利要求8和9中任一项所述的方法（20），还具有以下步骤：当车轮的车轮速度的瞬时的变化与车辆的所计算的当前的车辆速度的变化的偏差大于预先确定的第三阈值时至少暂时地以电流修正值加载（24b）变压器（3）的输出电流（I）。