本发明专利技术涉及用于基于模型预测性控制动力总成(7)的驱动机(8)以及至少一个影响机动车(1)的能效的车辆部件的处理器单元(3)，其中，处理器单元(3)被设立成用于，执行用于基于模型预测性控制驱动机(8)以及至少一个影响机动车的能效的车辆部件的MPC算法(13)，其中，MPC算法(13)包含动力总成(7)的和影响机动车(1)的能效的车辆部件的纵向动态模型(14)以及有待最小化的成本函数(15)，其中，成本函数(15)具有至少一个第一项，第一项包含了用相应的加权因子加权的并且根据纵向动态模型(14)预测的机动车(1)在驶过预测范围内预测的路程时所受到的相应的损失功率，并且其中，处理器单元(3)被设立成用于，通过依赖于相应的项执行MPC算法(13)来获知针对驱动机(8)以及针对至少一个影响机动车的能效的车辆部件的相应的输入参量，从而使成本函数(15)最小化。从而使成本函数(15)最小化。从而使成本函数(15)最小化。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对机动车的动力总成的驱动机以及至少一个影响机动车的能效的车辆部件进行的基于模型的预测性控制
[0001]本专利技术涉及对机动车的动力总成的驱动机以及至少一个影响机动车的能效的车辆部件进行的基于模型的预测性控制。在这方面，尤其要求保护一种处理器单元、一种机动车、一种方法以及一种计算机程序产品。
技术介绍
[0002]基于模型的预测性控制方法(英文为：Model Predictive Control或简称MPC)用于轨迹控制领域、特别是机动车中发动机控制领域。由EP 2 610 836 A1已知基于前瞻范围和其他环境信息通过最小化成本函数来优化能量管理策略。在此，创建了用于使用在车辆中的神经网络并对驾驶员进行建模以及预告驾驶员可能选择的速度变化曲线。此外，EP 1 256 476 B1还公开了一种用于降低行驶时的能量需求和提高工作范围的策略。在此使用导航设备的信息，即当前的车辆定位、道路模式、带有日期和时间的地理位置、高度变化、速度限制、十字路口密度、交通监控和驾驶员的驾驶模式。
[0003]驾驶员及其驾驶风格对机动车运行时的能耗有巨大影响。然而已知的巡航控制没有考虑到能耗。此外，预期的行驶策略典型地是基于控制的并且由此并不在每种状况下都提供最佳结果。此外，基于优化的策略的计算量非常大并且到目前为止仅作为离线求解已知或者用动态程序求解。
技术实现思路
[0004]本专利技术的任务在于，提供对机动车的动力总成的驱动机以及至少一个影响机动车的能效的车辆部件的更好的MPC控制。该任务通过独立权利要求的主题解决。有利的实施方式是从属权利要求、接下来的说明书以及附图的主题。
[0005]本专利技术通过了解动力总成的和影响机动车能效的相应车辆部件的损失能够实现对在行驶期间的机动车的能耗进行优化。为此，(如将在下文中更为详细地解释的那样)特别关注对行驶阻力的优化。在此可以完全省去参考速度的使用。
[0006]为了在每种状况下在给定的边界条件和限制下找到应当提供有效的行驶方式的所谓的“行驶效率(Driving Efficiency)”行驶函数的最优的解决方案，选择了基于模型的预测性控制(MPC)方法。MPC方法以描述系统行为的系统模型为基础。此外，MPC方法还以目标函数或成本函数为基础，其描述了优化问题并且确定应当最小化哪个状态参量。用于驱动效率的行驶函数的状态参量尤其可以是机动车的车速、电池中的剩余能量、行驶时间、机动车的空气阻力和在诸如机动车的制动设备的盘式制动器之类的一个或多个制动单元中的剩余摩擦力矩。能耗和行驶时间的优化尤其基于前方的路线的坡度和对速度和驱动力的限制、基于当前的系统状态、基于车道上方的车辆水平和/或基于机动车的盘式制动器内出现的由于剩余摩擦力矩造成的摩擦损失。
[0007]根据本专利技术的第一个方面，提供了用于基于模型预测性控制机动车的动力总成的
驱动机以及至少一个影响机动车的能效的车辆部件的处理器单元。该处理器单元被设立成用于，执行用于基于模型预测性控制驱动机以及至少一个影响机动车的能效的车辆部件的MPC算法。MPC算法包含动力总成和影响机动车的能效的车辆部件的纵向动态模型以及有待最小化的成本函数。成本函数具有至少一个第一项，第一项包含了用相应的加权因子加权的并且根据纵向动态模型预测的机动车在驶过预测范围内预测的路程时所受到的相应的损失功率。处理器单元被设立成用于，通过依赖于相应的项执行MPC算法获知针对驱动机以及针对至少一个影响机动车的能效的车辆部件的相应的输入参量，从而最小化成本函数。至少一个影响机动车能效的车辆部件被设置成用于影响和/或至少暂时防止在机动车驱动期间或运行期间所出现的损失，并且由此尤其是降低了机动车的能耗。
[0008]优选地，成本函数包含用第一加权因子加权的并且根据纵向动态模型预测的机动车在驶过在预测范围内预测的路程时所受到的空气阻力作为第一项。处理器单元被设立成用于，通过依赖于第一项执行MPC算法获知针对驱动机以及针对至少一个影响机动车的能效的车辆部件的相应的输入参量，从而最小化成本函数。空气阻力是机动车的总行驶阻力的组成部分，并且因此是车辆为了以恒定的或加快的速度在水平的或倾斜的路段上行驶而必须借助驱动力克服的所有阻力的总和的一部分。空气阻力随行驶速度成平方上升并且与车辆的空气动力学的形态(空气阻力系数)和空气密度相关。用于描述空气阻力的其他因素还有流阻系数(cw值)以及机动车的投影正面面积。正面面积以及流阻系数能经由影响机动车的能效的车辆部件加以影响或改变。
[0009]在这个意义中，影响机动车的能效的车辆部件根据第一实施例是机动车的高度可调的底盘，其中，处理器单元被设立成用于，校准车辆水平。换句话说，由处理器单元所规划的行驶策略给予了附加的自由度，更确切地说，利用高度可调的底盘来在能量最优方面规划了机动车在前方的路段上的速度轨迹。尤其地，例如能液压地操纵的高度可调的底盘包括用于无级地校准车辆水平的多个执行器。优选地，机动车的每个弹簧支柱与这种执行器作用连接，其中，相应的执行器例如调整机动车的弹簧挡板。在多个执行器的协同作用下无级地校准乘用车辆车身的高度，其中，由此扩大或缩小机动车的正面面积以及流阻系数。底盘的下降促使机动车的正面面积以及流阻系数减少并且最终促使空气阻力减少。这视行驶状况而定有利地导致了空气动力学的改进并且因此节省了能量。视驱动机的驱动方式而定，这意味着CO2排放或电能的减少。因此机动车通过车辆水平的下降而更为能量有效地运行。与此相对，车辆水平的提升则促成了行驶舒适度的提高。换句话说，借助处理器单元在考虑到前方的路段的情况下选出合适的策略来下降或提升车辆水平，该策略既考虑到了能效也考虑到了行驶舒适度。
[0010]通过依赖于第一项执行MPC算法获知了针对驱动机以及针对高度可调的底盘的输入参量，从而最小化成本函数。换句话说，基于路线拓扑、交通以及机动车的其他的状态参量或涉及到路线的信息来为前方的路段或预测范围规划机动车的最优的速度轨迹，其中，通过恰当地调整车辆水平附加地改进了轨迹。尤其借助处理器单元沿着预测范围来规划底盘高度。此外还通过对机动车的轨迹的MPC优化来避免一方面由于无意间激活底盘的升或降系统而消耗不必要的能量或者避免尽管路线拓扑、交通或机动车的其他的状态参量能够实现特定的更高的行驶舒适度，但底盘仍不期望地下降情况。
[0011]根据另一种实施方式，成本函数包含用第二加权因子加权的并且根据纵向动态模
型预测的在影响机动车的能效的车辆部件处在预测范围内预测的路程中导致了损失的剩余摩擦力矩作为第二项，其中，影响机动车能效的车辆部件包括至少一个具有制动盘和制动蹄的盘式制动器。
[0012]优选地，处理器单元被设立成用于，通过依赖于第一项和依赖于第二项执行MPC算法来获知针对驱动机以及针对相应的盘式制动器的相应的输入参量，从而最小化成本函数。
[0013]本专利技术设置的是，在考虑到纵向动态模型的情况下暂时调整剩余摩擦力矩，纵向动态模型被设立成用于提供机动车的例如源自车辆传感装置或车辆模型的当前的损失功率。在本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于基于模型预测性地控制机动车(1)的动力总成(7)的驱动机(8)以及至少一个影响所述机动车(1)的能效的车辆部件的处理器单元(3)，其中
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所述处理器单元(3)被设立成用于，执行用于基于模型预测性地控制所述驱动机(8)以及至少一个影响所述机动车的能效的车辆部件的MPC算法(13)
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所述MPC算法(13)包含所述动力总成(7)的和影响所述机动车(1)的能效的车辆部件的纵向动态模型(14)，
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所述MPC算法(13)包含有待最小化的成本函数(15)，
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所述成本函数(15)具有至少一个第一项，所述第一项包含了用相应的加权因子加权的并且根据所述纵向动态模型(14)预测的所述机动车(1)在驶过预测范围内预测的路程时所经受的相应的损失功率，并且
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所述处理器单元(3)被设立成用于，通过依赖于相应的项执行所述MPC算法(13)来获知针对所述驱动机(8)以及针对至少一个影响所述机动车的能效的车辆部件的相应的输入参量，从而使所述成本函数(15)最小化。2.根据权利要求1所述的处理器单元(3)，其中，
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所述成本函数(15)包含用第一加权因子加权的并且根据所述纵向动态模型(14)预测的所述机动车(1)在驶过预测范围内预测的路程时所受到的空气阻力作为第一项，并且
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所述处理器单元(3)被设立成用于，通过依赖于所述第一项执行所述MPC算法(13)来获知针对所述驱动机(8)以及针对至少一个影响所述机动车(1)的能效的车辆部件的相应的输入参量，从而使所述成本函数(15)最小化。3.根据权利要求2所述的处理器单元(3)，其特征在于，影响所述机动车(1)的能效的车辆部件是所述机动车(1)的高度可调的底盘(18)，其中，所述处理器单元(3)被设立成用于校准车辆水平。4.根据权利要求3所述的处理器单元(3)，其特征在于，所述高度可调的底盘(18)包括用于无级地校准车辆水平的多个执行器(19)。5.根据前述权利要求中任一项所述的处理器单元(3)，其中，所述成本函数包含用第二加权因子加权的并且根据所述纵向动态模型(14)预测的在影响所述机动车(1)的能效的车辆部件处在预测范围内预测的路程中造成损失的剩余摩擦力矩作为第二项，其中，影响所述机动车(1)的能效的车辆部件包括至少一个具有制动盘(20)和制动蹄(21)的盘式制动器(17)。6.根据权利要求5所述的处理器单元(3)，其中，所述处理器单元(3)被设立成用于，通过依赖于所述第一项和依赖于所述第二项执行所述MPC算法(13)来获知针对所述驱动机(8)以及针对相应的盘式制动器(17)的相应的输入参量，从而使所述成本函数(15)最小化。7.根据权利要求6所述的处理器单元(3)，其中，所述处理器单元(3)被设立成用于，调整在相应的盘式制动器(17)的制动盘(20)与制动蹄(21)之间的间距。8.根据前述权利要求中任一项所述的处理器单元(3)，其中，
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所述成本函数(15)包含用第三加权因子加权的并且根据所述纵向动态模型(14)预测的在预测范围内由所述动力总成(7)的电池(9)提供的用以对所述驱动机(8)进行驱动的电能作为第三项，其中，所述成本函数(15)包含用第三加权因子加权的、被在预测范围结束时预测的电能取值的能耗终值，
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所述成本函数(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：凯，
申请(专利权)人：ZF腓德烈斯哈芬股份公司，
类型：发明
国别省市：
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