CN101101238A - 混合的道路坡度确定系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调节行驶在具有一坡度的地面上的混合动力车辆操作的方法包括确定混合动力车辆的驱动力，计算制动压力值和基于制动压力值确定是否存在一坡度冻结情况。所述方法进一步地包括当所述冻结情况不存在时基于驱动力计算所述地面的坡度值并基于所述坡度值调节混合动力车辆的操作。

Description

混合的道路坡度确定系统

交叉引用的有关申请

本申请要求美国临时的申请No.60/815,151，申请日为2006年6月20日的文献的优先权。上述申请的公开内容一并引用于此作为参考。

技术领域

本发明涉及混合动力车辆，更具体地涉及一用于确定混合动力车辆行驶的道路的坡度角的系统。

背景技术

混合动力车辆是由多种动力装置驱动，这些动力装置包括，但不限于一内燃机和一电机。所述电机起到电机/发电机的作用。在发电机模式，所述电机是由所述发动机驱动进而产生用来给电负载供电或给电池充电的电能。在电机模式，所述电机补充所述发动机，提供驱动力矩用以驱动车辆动力传递系统。

在混合动力车辆操作期间，混合动力车辆行驶在各种道路坡度坡度的路面上，道路坡度是相对于水平面的道路角。所述道路坡度的坡度经常影响操纵性能和车辆工作参数。此外，能基于所述道路坡度调节某些车辆工作条件是人们所期望的。

发明内容

相应地，本发明提供一种调节行驶在具有坡度的路面上的混合动力车辆操作的方法。所述方法包括确定混合动力车辆的驱动力，计算制动压力值以及基于制动压力值确定是否存在一坡度冻结情况。所述方法进一步地包括当所述冻结情况不存在时基于驱动力计算所述地面的坡度值并基于所述坡度值调节混合动力车辆的操作。

其他特征是，所述方法进一步地包括当存在所述冻结情况时保持所述坡度值等于一先前的坡度值。在冻结情况从存在到不存在过渡后经过一预定时间时所述混合动力车辆的操作基于所述坡度值被调节。

另一特征是，所述方法进一步地包括当制动压力值超过一阈值时表明一制动开启状态。当所述制动开启状态被表明时，存在所述坡度冻结情况。

另一特征是，所述方法进一步地包括基于所述制动压力值和车速计算底盘制动力。所述坡度值进一步地基于所述底盘制动力确定。

另一特征是，所述方法进一步地包括以坡度力与混合动力车辆质量和重力加速度常数乘积的商的余弦的正切来计算所述坡度值。

另一个特征是，所述方法进一步地包括过滤所述坡度值。

其他特征是，所述方法进一步地包括监测多个坡度冻结情况且当所述多个冻结情况种的一个都不真实时表明所述冻结情况不存在。所述多个冻结情况包括下列中的至少一个：制动启动情况，变速进行情况，从变速开始的时间小于其阈值时间的情况，从范围变速开始的时间小于其阈值时间的情况，降低车辆速度情况，从车轮滑动被发现时的时间小于其阈值时间的情况，节气门改变率情况，从节气门改变开始的时间小于其阈值时间的情况，制动改变率情况，从制动变化开始的时间小于其阈值时间的状况，以及从燃料切断开始计时时间小于各自阈值时间的状况。

本发明应用的进一步的方面从下述详细说明中将变得明显。应当理解，本发明的所述说明和具体实施例，以及优选实施例，只是为了说明的目的，决不是为了限制该发明。

附图说明

从下述详细的说明和附图中本发明将变得完全明白，其中：

图1是一示例性混合动力车辆的功能方框图，该混合动力车基于本发明的道路坡度确定控制而操作；

图2是一示例性混合动力车辆的示意图，包括了作用在其上面的力；

图3是一流程图，该流程图说明了本发明的道路坡度确定控制所执行的示意性步骤；以及

图4是一示例性模块功能方框图，该示意性模块执行本发明的道路坡度确定控制。

具体实施方式

下面具体实施例的说明实际上只是示意性，决不是对本发明及其应用或运用的限制。为清楚起见，在附图中同样的附图标记表示类似的元件。这里用到的，术语模块指的是专用集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共用，专用，或集群)以及执行一个或多个软件或固定软件的存贮器，组合逻辑电路，或其他合适的提供上述功能的元件。

现在参见图1，示意性混合动力车辆10包括一发动机12和一电机14，其驱动变速器16。空气通过节气门13吸进发动机12，节气门13的位置由节气门致动器15调节。所述空气与燃料混合，所述空气/燃料混合物在汽缸(未显示)内燃烧以产生驱动力矩。电机14补充所述发动机12以产生驱动变速器16的驱动力矩。如此，燃油效率增加而排放减少。发动机12和电机14是通过一带式发电-起动机(BAS)系统18连接。更准确地说，所述电机14操作为一起动机(也就是，电机)和一交流发电机(也就是发电机)并通过一带和轮系统与发动机12连接。发动机12和电机14包括各自的皮带轮20，22，皮带轮20，22通过带24连接一起转动。皮带轮20与发动机12的曲轴26连接并一起转动。

在一个模式中，发动机12驱动电机14进而产生能量用来给储能装置(ESD)28充电。在另一个模式中，电机14利用来自所述ESD28的能量驱动发动机12。所述ESD28可以包括，但不限于，一电池或一超级电容器。可选择地，所述BAS系统18可以替换为一飞轮-发电机-起动机(FAS)系统(未显示)，该系统包括一可操作地位于发动机与所述变速器或一链或齿轮传动装置之间的电机，所述齿轮传动装置位于电机14和曲轴26之间。

所述变速器16可以包括，但是不限于，一手动变速器，一自动变速器，一连续变速传动(CVT)以及一自动手动变速器(AMT)。驱动力矩通过连接装置30从发动机曲轴26传递26变速器16。所述连接装置30可以包括，但不局限于，取决于使用的变速器的种类的一摩擦离合器或一变矩器。所述变速器16通过多个传动比中的一个放大用于驱动传动轴32的驱动力矩。

一控制模块34调节车辆10的操作。所述控制模块34控制燃料喷射和点火进而选择性地起动和停用发动机12的汽缸。更准确地说，当车辆处于静止时，发动机12的汽缸没有一个被点火(也就是停用)并且发动机12停止。在车辆起动时(也就是从静止加速)，电机14驱动所述曲轴进而加快转动发动机12至一怠速进而开始车辆加速。在车辆需要低的驱动力矩期间，所述发动机气缸不点火且所述阀被停用。驱动力矩通过电机14提供。当停用时，至发动机12汽缸的燃料和点火被切断。进一步地，进气及排气阀的打开和闭合循环可以被禁止进而抑制汽缸内的气流。

提供一加速踏板36。一踏板位置传感器38响应于所述加速踏板36的位置并基于此产生一踏板位置信号。提供一制动踏板40，并且一制动踏板位置传感器42响应于所述制动踏板40的位置并基于其产生一踏板位置信号。所述控制模块34基于所述制动踏板位置信号操作制动系统43进而调整制动系统内的压力，制动系统依次调节制动装置(未显示)的制动力。在制动系统43内提供一制动位置传感器45并响应于主缸下游的制动液压力产生一制动压力信号(BPS)。

本发明的道路坡度确定控制确定行驶中的道路的坡度角(θ)。所述坡度角可以表示为一带符号的坡度百分数坡度或θ角的正切值，其中100％坡度等于45°的坡度角(也就是100％·tan(45°)＝100％)。例如：，一4°坡度角等于一6,99％坡度(也就是，tan(4°)＝0.0699；0.0699·100％＝6.99％坡度)。进一步说，正坡度相当于一上坡的坡度而负坡度相当于一下坡坡度。

参见图2，示意地说明了作用于车辆的示例性的力。相应地，总的牵引力等式为：

∑F＝ma＝F_DRIVE-F_GRADE-F_AERO-F_ROLL-F_BRAKE

F_DRIVE是驱动力且根据下列关系确定：

$F_{\mathrm{DRIVE}}=\frac{T_d}{r_{\mathrm{TIRE}}}$

其中：T_d＝轴扭矩；以及

r_TIRE＝轮胎滚动半径。

F_GRADE是坡度力且根据下列关系确定：

F_GRADE＝mgsin(θ)

其中：m＝车辆质量(例如，标定质量}；和

g＝重力加速度(也就是，9.81m/s²}。

F_AERO是空气阻力且根据下列关系确定：

$F_{\mathrm{AERO}}=\frac{c_d{A}_{\mathrm{\ρ}}{V}_{\mathrm{VEH}}^2}{2}$

其中：c_d＝车辆飘浮系数；

A＝车辆正面面积；

ρ＝空气密度(例如，为气压和气温的函数)；以及

V_VEH＝车辆速度(KPH)。

F_ROLL是轮胎的滚动阻力且根据下列关系确定：

F_ROLL＝c_rmgcos(θ)

其中：c_r＝所述车辆滚动阻力系数；和

cos(θ)＝1用于可驱动的道路坡度角。

F_BRAKE是所述底盘制动系统力且确定为所述BPS的涵数。更准确地说，F_BRAKE基于下列关系确定：

$F_{\mathrm{BRAKE}}=\frac{T_{\mathrm{BRAKE}}}{r_{\mathrm{TIRE}}}$

T_BRAKE是一制动转矩校准值，其根据基于车速和BPS的对照表确定。

上述-关系中，sin(θ)唯一未知的。相应地，一道路坡度的实时预测可以基于下列关系执行：

θ＝tan(sin^-1X)

其中：X＝F_GRADE/(m*g)

F_GRADE基于下列关系最初确定：

F_GRADE＝F_DRIVE-F_ROLL-F_AERO-F_BRAKE-ma

其中：a是车辆加速度；

θ然后根据下列关系确定：

$\mathrm{\θ}=\tan \left({\sin }^{-1}\left(\frac{F_{\mathrm{GRADE}}}{m\·g}\right)\right)$

θ可以被过滤以提供一过滤的θ(θ_FILT)。θ_FILT可以基于下列关系作为θ的分组平均值确定：

${\mathrm{\θ}}_{\mathrm{FILT}}=\frac{{\mathrm{\θ}}_1+{\mathrm{\θ}}_2+{\mathrm{\θ}}_3+......+\mathrm{\θn}}{n}$

其中：n是计算环的平均数。

本发明的道路坡度确定控制监测在下面将详细描述的多种情况，且选择性地基于其设定坡度力冻结标志(FLAG_FRZ)。所述多个情况响应于导致车辆工作参数突然的改变的那些情况，车辆工作参数将较大地影响道路坡度的确定。如果所述情况的一个是真实的，θ固定在上次确定值上。一旦FLAG_FRZ被设定(例如，等于1表明θ应当冻结)，一解冻定时器(t_UNFRZ)被启动。在t_UNFRZ达到一阈值时间(t_THR)后FLAG_FRZ被解除设定(例如，设定等于0)。如此，θ只在t_THR(阈值时间)内保持冻结。

所述多个情况包括，但是不局限于，制动是否启动，是否处于变速过程，从变速开始的时间，从范围变速开始的时间，车速，从车轮滑动被发现的时间，节气门变化的正/负比，从所述节气门变化的正/负比开始的时间，制动变化的正/负比，从所述制动变化的正/负比开始的时间，以及从燃料被切断的时间。如果制动压力大于一阈值制动压力，如果变速正在进行，如果从上次变速的时间小于一阈值时间，如果从范围变化的时间(例如在停车(P)，空档(N)，倒退(R)和驱动(D)之间的改变)，如果车速小于一阈值车速(V_VEH(V_THR))或如果从车轮滑动(该滑动可以利用传统的ABS传感器检测)的时间小于其阈值时间，FLAG_FRZ被设定。所述节气门位置还被监测且如果所述节气门位置的正或负变化率大于其阈值FLAG_FRZ被设定。如果从变化的正或负变化率超过各自的阈值开始的时间超过其阈值时间FLAG_FRZ也被设定。最后，从燃料关闭(例如传递至混合动力引擎关闭(HEOFF模式))计时的时间小于其阈值时间FLAG_FRZ也被设定。

控制模块34基于道路坡度调节车辆的操作。例如，如果所述道路坡度超过一极限道路坡度，所述控制模块34不会关掉所述发动机12和进入所述HEOff模式，即便其他的车辆工作参数表明所述HEOff模式是合适的。如此，所述发动机12在陡峭的道路坡度上保持主动。换句话说，所述控制模块34可以基于道路坡度值选择性地起动山地-保持装置(例如，所述制动装置，冗余传输离合器和/或一停车棘爪)。此外，所述控制模块34可以基于所述道路坡度值调节变速器16的传动比。例如，对于陡峭的下坡道路坡度，选择一低档传动比，特别是如果车辆正处于一巡航操纵模式。此外，发动机12的怠速速度可以基于道路坡度调节进而抑制车辆后翻。例如，所述发动机怠速速度可以与道路坡度成比例。

参见图3，由道路坡度确定控制执行的示例性步骤将被详细描述。在步骤300，控制确定所述力(例如，F_DRIVE，F_ROLL，F_GRADE，F_AERO和F_BRAKE)如上所述。在步骤304，控制基于所述力计算θ。在步骤306控制过滤器θ并在步骤308确定所述道路坡度。

在步骤310，控制确定是否任何所述冻结情况是真实的。如果所述冻结情况没有一个是真实的，控制在步骤312设定FLAG_FRZ等于0，控制结束。如果所述冻结情况中有一个或多个是真实的，控制在步骤314设定FLAG_FRZ等于1。在步骤316，控制起动t_UNFRZ。在步骤318控制确定是否t_UNFRZ等于t_THR。如果t_UNFRZ不等于t_THR，控制在步骤320增加t_UNFRZ且返回步骤318。如果t_UNFRZ等于t_THR，控制在步骤322恢复道路坡度确定且控制结束。

参见图4，由所述道路坡度确定控制执行的示例性模块将被详细描述。所述示例性模块包括一T_d确定模块400，一F_DRIVE确定模块402，一F_GRADE确定模块404，F_AERO确定模块406，一F_ROLL确定模块408，一F_BRAKE确定模块410，一道路坡度确定模块412和一车辆控制模块414。

所述基于发动机工作参数确定T_d的T_d确定模块400包括，但不限于每分钟转数，地图和TPS。所述F_DRIVE确定模块402基于Td及其他车辆参数(例如r_TIRE)确定F_DRIVE。这样的车辆参数可以保存在存贮器中，或可以被确定。就r_TIRE来说，例如，r_TIRE可以利用轮胎气压检测程序确定。所述F_GRADE和F_ROLL确定模块404，408各自地确定F_GRADE和F_ROLL，如上所述。

所述F_AERO确定模块406基于车辆工作参数和环境参数确定F_AERO，车辆工作参数和环境参数包括，但不限于车速，大气压(P_BARO)和气温(T_AIR)。所述F_BRAKE确定模块410基于BSP和车速确定F_BRAKE。所述道路坡度确定模块412基于如上所述的各种力确定道路坡度。所述道路坡度确定模块412还监测响应于道路坡度冻结情况的各种输入(例如，BPS，TPS，车速，换档状态，燃料中断等)。所述车辆控制模块414基于所述道路坡度调节车辆的操作。

本领域技术人员从上述说明可以理解，本发明充分的教导可以以各种形式执行。所以，尽管发明已经结合特别的例子进行了描述，本发明的真正的范围将不会被因此限制。因为在研究所述附图，所述说明书及其后的权利要求的基础上其他的改进对本领域技术人员来说将变得明显。

Claims (25)

1.一种用于行驶在地面上的混合电动车辆的坡度确定系统，包括：

确定混合动力车辆驱动力的第一模块；

基于制动压力值确定是否存在坡度冻结情况且当不存在所述冻结情况时基于所述驱动力计算所述地面坡度值的第二模块；和

基于所述坡度值调节所述混合动力车辆操作的第三模块。

2.如权利要求1所述的坡度确定系统，其中当所述冻结情况存在时，第二模块保持所述坡度价值等于一在前的坡度值。

3.如权利要求2所述的坡度确定系统，

其特征在于，在冻结情况从存在到不存在过渡后一预定时间结束时所述混合动力车辆的操作基于所述坡度值被调节。

4.如权利要求1所述的坡度确定系统，

其中当所述制动压力值超过一阈值时一制动开启状态被表明，当制动开启状态被表明时，存在所述坡度冻结情况。

5.如权利要求1所述的坡度确定系统，

进一步地包括基于所述制动压力值和车辆速度计算底盘制动力的第四模块，其中所述坡度值进一步地基于所述底盘制动力确定。

6.如权利要求1所述的坡度确定系统，其中所述坡度价值被计算为坡度力与混合动力车辆质量和重力加速度乘积的商的余弦的正切值。

7.如权利要求1所述的坡度确定系统，进一步地包括过滤所述坡度值。

8.如权利要求1所述的坡度确定系统，其中所述第二模块监测多个坡度冻结情况且当所述多个冻结情况种的一个不真实时表明所述冻结情况不存在。

9.如权利要求8所述的坡度确定系统，其中所述多个冻结情况包括下列中的至少一个：制动启动情况，变速进行情况，从变速开始计时时间小于其阈值时间的情况，从范围变速开始计时时间小于其阈值时间的情况，降低车辆速度情况，一从车轮滑动被发现时计时时间小于其阈值时间的情况，节气门改变率情况，从节气门变化起计时时间小于其阈值时间的状况，制动改变率情况，从制动变化起计时时间小于其阈值时间的状况，以及从燃料切断开始计时时间小于其阈值时间的状况。

10.一种调节行驶在具有一坡度的地面上的混合动力车辆操作的方法，包括：

确定述混合动力车辆驱动力；

计算制动压力值；

基于所述制动压力值确定是否存在坡度冻结情况；

当所述冻结情况不存在时基于所述驱动力计算所述地面的坡度值；和

基于所述坡度值调节所述混合动力车辆的操作。

11.如权利要求10所述的方法，

进一步地包括当所述冻情况存在时，保持所述坡度价值等于一在前的坡度值。

12.如权利要求11所述的方法，

进一步地包括，在冻结情况从存在到不存在过渡后一预定时间结束时基于所述坡度值调节所述混合动力车辆的操作。

13.如权利要求10所述的方法，

进一步地包括当所述制动压力值超过一阈值时一制动开启状态被表明，当制动开启状态被表明时，存在所述坡度冻结情况。

14.如权利要求10所述的方法，

进一步地包括基于所述制动压力值和车辆速度计算底盘制动力，其中所述坡度值进一步地基于所述底盘制动力确定。

15.如权利要求10所述的方法，

进一步地包括所述坡度值被计算为坡度力与混合动力车辆质量和重力加速度乘积的商的余弦的正切值。

16.如权利要求10所述的方法，进一步地包括过滤所述坡度值。

17.如权利要求10所述的方法，进一步地包括：

监测多个坡度冻结情况；且当所述多个冻结情况中的一个不真实时表明所述冻结情况不存在。

18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个冻结情况包括下列中的至少一个：制动启动情况，变速进行情况，从变速开始计时时间小于其阈值时间的情况，从范围变速开始计时时间小于其阈值时间的情况，降低车辆速度情况，从车轮滑动被发现时计时时间其阈值时间的情况，节气门改变率情况，从节气门变化起计时时间小于其阈值时间的状况，制动改变率情况，从制动变化起计时时间小于其阈值时间的状况，以及从燃料切断开始计时时间小于阈值时间的状况。

19.一种基于地面坡度调节混合动力车辆操作的方法，车辆行驶在所述地面上，包括：

确定混合动力车辆的驱动力；

计算制动压力值；

基于所述制动压力值确定是否存在坡度冻结情况；

当所述冻结情况不存在时基于所述驱动力计算所述地面的坡度值；

当所述制动压力值超过一阈值时一制动开启状态被表明，当制动开启状态被表明时，存在所述坡度冻结情况。

当所述冻结情况存在时，保持所述坡度价值等于一在前的坡度值；和

基于所述坡度值抑制所述混合动力车辆至发动机停车模式的转变。

20.如权利要求19所述的方法，进一步地包括，在冻结情况从存在到不存在过渡后一预定时间结束时基于所述坡度值调节所述混合动力车辆的操作。

21.如权利要求19所述的方法，

进一步地包括基于所述制动压力值和车辆速度计算底盘制动力，其中所述坡度值进一步地基于所述底盘制动力确定。

22.如权利要求19所述的方法，

进一步地包括所述坡度值被计算为坡度力与混合动力车辆质量和重力加速度乘积的商的余弦的正切值。

23.如权利要求19所述的方法，进一步地包括过滤所述坡度值。

24.如权利要求19所述的方法，进一步地包括：

监测多个坡度冻结情况；且当所述多个冻结情况中的一个不真实时表明所述冻结情况不存在。

25.如权利要求24所述的方法，

其中所述多个冻结情况包括下列中的至少一个：变速进行情况，从变速开始计时时间小于其阈值时间的情况，从范围变速开始计时时间小于其阈值时间的情况，降低车辆速度情况，从车轮滑动被发现时计时时间其阈值时间的情况，节气门改变率情况，从节气门变化起计时时间小于其阈值时间的状况，制动改变率情况，从制动变化起计时时间小于其阈值时间的状况，以及从燃料切断开始计时时间小于阈值时间的状况。

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