CN101497339A

CN101497339A - 蛇形皮带张紧器组件的有效张紧器运行传感器

Info

Publication number: CN101497339A
Application number: CNA2009100037043A
Authority: CN
Inventors: J·R·于尔吉尔
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-02-01
Filing date: 2009-02-01
Publication date: 2009-08-05
Anticipated expiration: 2029-02-01
Also published as: CN101497339B; DE102009006590B4; US8112193B2; DE102009006590A1; US20090195203A1

Abstract

本发明涉及蛇形皮带张紧器组件的有效张紧器运行传感器，其中车辆的控制模块包括驱动诊断模块和混合控制模块。该驱动诊断模块确定车辆辅助驱动系统的负载能量并根据发动机速度和马达速度确定辅助驱动系统皮带的滑动百分比。该混合控制模块根据负载能量和滑动百分比的至少一个确定要求的马达转矩。该控制模块根据要求的马达转矩控制车辆的马达。

Description

蛇形皮带张紧器组件的有效张紧器运行传感器

对相关申请的交叉参考

本申请要求对2008年2月1日提出的美国申请NO.61/025512的权益。上述申请的内容通过参考包括其中。

技术领域

本发明涉及辅助驱动系统，更具体地涉及辅助驱动系统的张紧器运行传感器。

背景技术

此处提供的背景描述为了一般地阐述本发明。本发明人的工作，就在此背景部分中描述的，以及可能不作为申请时的优先技术所描述的各方面来说既不明显地也不暗指地承认作为相对本发明的优先技术。

电动混合车辆可以包括内燃发动机、马达、以及供给马达电力的可充电电池。该马达可以通过与发动机曲轴的啮合传递动力和给电池充电。该啮合可以包括一个辅助驱动系统。该辅助驱动系统可以包括与曲轴和马达的输入/输出啮合的蛇形皮带以传递其间的旋转。

该辅助的驱动系统可以包括在工作过程中保持皮带张紧的张紧器组件。在工作过程中该张紧器组件可以运转(即枢转)以保持皮带张紧。该张紧器组件可以使曲轴和马达的输入/输出提供适当的转矩而皮带不滑离曲轴或马达。加到辅助驱动系统的其它部件，如皮带交流发电机起动器，可以产生导致辅助驱动系统超过其最大和最小设计极限工作的状态。

发明内容

车辆的控制模块包括驱动诊断模块和混合控制模块。该驱动诊断模块确定车辆的辅助驱动系统负载能量并基于发动机速度和马达速度确定辅助驱动系统的皮带的滑动百分比。该混合控制模块基于负载能量和滑动百分比的至少一个确定要求的马达转矩。该控制模块基于要求的马达转矩控制车辆的马达。

操作车辆控制模块的方法包括确定车辆辅助驱动系统的负载能量，基于发动机速度和马达速度确定辅助驱动系统皮带的滑动百分比，基于负载能量和滑动百分比的至少一个确定要求的马达转矩，并基于要求的马达转矩控制车辆的马达。

本发明的可应用性的其它方面从此后提供的详细描述将变得显而易见。应该理解，尽管表示本发明的优选实施，但详细描述和特定例子仅为了说明而不打算限制本发明的范围。

附图说明

从详细描述和附图本发明将变得更充份地理解，其中：

图1是根据本发明原理的示例电动混合车辆的功能方块图；

图2是根据本发明原理的车辆示例辅助驱动系统的功能方块图；

图3是根据本发明原理的车辆示例控制模块的功能方块图；

图4是根据本发明原理的控制模块的示例驱动诊断模块和示例混合控制模块的功能方块图；

图5是表示由根据本发明的控制模块执行的示例步骤的流程图；

图6是表示由根据本发明的控制模块执行的另一示例步骤的流程图；

图7是表示根据本发明原理的车辆驱动马达的马达转矩对时间的曲线以及负载能量对时间的曲线；和

图8是表示根据本发明原理的对马达和负载能量的马达转矩对时间的曲线，对辅助驱动系统的张紧器位移和滑动百分比对时间的曲线。

具体实施方式

实质上以下描述仅仅是示例性的同时不打算限制本发明、应用或使用。为了清楚起见，在附图中将使用相同的标号表示类似的零件。如此处使用的，可能构成A、B和C的至少一个词组表示一个逻辑(A或B或C)，或使用非唯一的逻辑。应该理解，可以用不同的顺序执行方法以内的各个步骤而不改变本发明的原则。

如此处使用的，术语模块是指执行一或多个软件或固件程序的特定用途的集成电路(ASIC)，电子电路，处理器(共享、特定或成组的)和存储器，组合逻辑电路，和/或其它合适的提供描述的功能的元件。

现参照图1，表示示例的电动混合车辆10。该车辆10包括发动机组件12，混合动力组件14，变速器16，驱动轴18和控制模块20。该发动机组件12包括与进气系统24，燃料系统26，和点火系统28连通的内燃发动机22。

该进气系统24包括进气管道30，节流阀32，和电子节流阀控制器(ETC)34。该ETC 34控制节流阀32以便控制进入发动机22的空气流量。该燃料系统26包括燃料喷射器(未表示)以控制进入发动机22的燃料流量。该点火系统28对由进气系统24和燃料系统26提供到发动机22的空气/燃料混合物点火。

该混合动力组件14包括电动驱动马达36和可充电电池38。该马达36与电池38电动组合以将电池38的电力转换成机械动力。该马达36还作为发电机而工作以便提供给电池38充电的电力。通过辅助的驱动系统40将发动机22和马达36耦合。

该发动机组件12驱动变速器16。该发动机22包括通过耦合器44结合到变速器16的曲轴42。该耦合器44可以包括磨擦离合器或转矩转换器。该变速器16使用从发动机22和/或马达36提供的动力以驱动输出轴46并使驱动轴18旋转。或者，使用驱动轴18的旋转使曲轴42旋转并驱动马达36对电池38充电。

控制模块20与燃料系统26、点火系统28、ETC 34、马达36、和电池38组合。该车辆10使用发动机速度传感器48测量曲轴42的速度(即，发动机的速度)。该发动机速度传感器48可以位于发动机22内或在其它地方，例如在曲轴42上(未表示)。控制模块20接受发动机速度。该控制模块20控制发动机22和马达36的工作并选择性地控制电池38的充电。

参照图2，其示出辅助驱动系统40，包括第一、第二、和第三轮毂50、52、54，蛇形皮带56，和张紧器组件58。第一轮毂50被固定到曲轴42以在其间旋转。第二轮毂52固定到马达36的输出(轴)。第三轮毂54固定到由曲轴42和/或马达36驱动的另一部件60，如皮带同步电机起动器。皮带56与第一、第二和第三轮毂50、52、54结合以在其间传递旋转。

该张紧器组件58包括支架62，第一和第二皮带张紧器轮毂64、66，磨擦阻尼旋转张紧器68，液压支柱张紧器70，和枢转耦合器72。该支架62包括一个位于其第一和第二末端76、78之间的孔74。第一和第二皮带张紧器轮毂64、66分别可旋转地结合到第一和第二末端76、78。更具体地，该第二皮带张紧器轮毂66结合到与第二末端78结合的摩擦阻尼旋转张紧器68。该液压支柱张紧器70包括结合到支架62的第一端76的第一末端80和结合到发动机22的第二末端82。

现在参照图3，其示出控制模块20，包括驱动诊断模块100、混合控制模块(HCM)102，和校正存储器104。使用马达转矩传感器106测量马达36的输出转矩(即，马达转矩)。使用马达速度传感器108测量马达输出速度(即，马达速度)。该马达转矩和马达速度传感器106、108可以位于马达36内或在其它位置，诸如在马达36的输出(轴)上(未表示)。

驱动诊断模块100接收马达转矩、发动机速度、和马达速度。该驱动诊断模块100根据马达转矩、发动机速度、和马达速度确定用以驱动辅助驱动系统40上的负载(即，负载能量)积累的、瞬时的能量。该负载能量初始设置为零。该驱动诊断模块100还根据发动机和马达的速度确定皮带56的滑动的百分比(即，滑动百分比)。

HCM 102接收负载能量和滑动百分比。该HCM 102确定马达36的要求的马达转矩。该HCM 102根据负载能量和滑动百分比的至少一个对要求的马达转矩施加限制。该HCM 102还根据辅助驱动系统40的零件的几何尺寸可以对要求的马达转矩施加限制(例如，第一和第二轮毂50、52的尺寸比)。

当负载能量达到对辅助驱动系统40的寿命不利的能量上限时该HCM 102对要求的马达转矩施加一个转矩上限。施加转矩上限保护免受将损坏辅助驱动系统40的要求的马达转矩。可以根据校正存储器104确定转矩上限和能量上限。另一方面，可以根据辅助驱动系统40部件的几何尺寸确定转矩上限和能量上限。

当负载能量达到对辅助驱动系统40寿命不利的能量下限时，该HCM 102对要求的马达转矩施加下限。施加转矩下限保护免受将停止辅助驱动系统40的要求的马达转矩。可从校正存储器104确定转矩下限和能量下限。另一方面，可以根据辅助驱动系统40部件的几何尺寸确定转矩下限和能量下限。

即使负载能量达不到能量上限，当滑动百分比达到滑动百分比上限时HCM 102对要求的马达转矩施加转矩上限。该滑动百分比上限对辅助驱动系统40的寿命是不利的。从校正存储器104确定滑动百分比上限。

即使负载能量达不到能量下限，当滑动百分比达到滑动百分比下限时，该HCM 102对要求的马达转矩施加转矩下限。达到滑动百分比下限的滑动百分比对辅助驱动系统40的寿命是不利的。从校正存储器104确定滑动百分比下限。

该HCM 102输出，作为限制的，要求的马达转矩到马达模块110，该模块110根据要求的马达转矩控制马达36。该马达控制模块110指令电池38以一个能使马达36产生要求转矩的大小供给直流电流，例如，到马达控制模块110。该马达控制模块110将直流电流转换成交流电流并引导该交流电流到马达36以产生要求的马达转矩。该马达控制模块110可以位于马达36附近或在其它位置，例如，在控制模块20(未表示)内。

现在参照图4，其示出驱动诊断模块100和HCM 102。该驱动诊断模块100包括滑动速度模块200、滑动百分比模块202、滑动功率模块204、和负载能量模块206。该HCM 102包括张紧器运行模块300、其它HCM元件(集中地以302表示)和转矩限制模块304。

滑动速度模块200接受发动机和马达的速度。该滑动速度模块200根据发动机和马达的速度确定皮带56的滑动的速度(即，滑动速度)。该滑动速度初始设置到零。

滑动速度v_s可以根据下式来确定：

(1)v_s(t)＝v_s(t-dt)+k_s(v_m(t)-k_engv_eng(t)-v_s(t-dt))，式中t-dt是与以前确定的滑动速度相关的时间值，k_s是预先确定的常数(即光滑系数)，其值在0与1之间，v_m是马达速度，k_eng是预定的发动机速度常数，以及v_eng是发动机速度。滑动百分比模块202接受滑动和马达速度并根据滑动和发动机速度确定滑动百分比。该滑动百分比PER可以根据下式确定：

(2)PER＝100×(v_s/v_m)。

滑动功率模块204接受马达转矩和滑动速度。该滑动功率模块204根据马达转矩和滑动速度确定皮带56的滑动的瞬时功率(即，滑动功率)。该滑动功率P可以根据下式确定：

(3)P＝2π/60×T_motv_s，

式中T_mot是马达转矩。负载能量模块206接受滑动功率并根据滑动功率确定负载能量。该负载能量E可以根据下式确定：

(4)E＝E+PΔT，

式中ΔT是确定的负载能量之间的时间的变化。

张紧器运行模块300接受负载能量和滑动百分比。该张紧器运行模块300根据负载能量和滑动百分比的至少一个确定张紧器运行信号。该张紧器运行信号指示辅助驱动系统40是否在或超过其设计限制处工作。使用张紧器运行信号施加限制到要求的马达转矩。初始时将张紧器信号设置为一个预定的信号，如正常信号。

当负载能量大于或等于能量上限时，张紧器运行模块300将张紧器运行信号设定到上限信号。当负载能量小于或等于能量下限时，张紧器模块300将张紧器运行信号设定到下限信号。即使负载能量不大于或等于能量上限，当滑动百分比大于或等于滑动百分比上限时，该张紧器运行模块300将张紧器运行信号设定到上限信号。即使负载能量不小于或等于能量下限，当滑动百分比小于或等于滑动百分比下限时，张紧器模块300将张紧器运行信号设定到下限信号。在所有其它情况中，张紧器运行模块300将张紧器运行信号设定到预定信号。

其它HCM部件302可以包括，例如，混合优化模块，该模块确定发动机22应该产生多大转矩以及马达36应该产生多大转矩(即，要求的马达转矩)。该其它HCM部件302还可以确定辅助驱动系统40部件的几何尺寸。可以使用该几何尺寸以对要求的马达转矩施加限制。

转矩限制模块304接受张紧器运行信号、要求的马达转矩、和辅助驱动系统40的部件的几何尺寸。该转矩限制块304根据张紧器运行信号和几何尺寸的至少一个对要求的马达转矩施加限制。当张紧器运行信号是上限信号时，转矩限制模块304对要求的马达转矩施加转矩上限。当转矩运行信号是下限信号时，转矩限制模块304对要求的马达转矩施加转矩下限。转矩限制模块304，作为限制，输出要求的马达转矩到马达控制模块110。

现在参照图5，流程图表示由控制模块20执行的示例步骤。在步骤400控制开始。在步骤402，确定马达转矩。

在步骤404，确定马达速度。在步骤406，确定发动机速度。在步骤408，根据马达和发动机的速度确定滑动速度。

在步骤410，根据滑动和马达速度确定滑动百分比。在步骤412，根据马达转矩和滑动速度确定滑动功率。在步骤414，根据滑动功率确定负载能量。在步骤416，根据负载能量和滑动百分比的至少一个确定张紧器的运行信号(即运行)。控制返回到步骤402。

现在参照图6，流程图表示另一些由控制模块执行示例步骤。在步骤500控制开始。在步骤502，确定马达转矩(即T_mot)。

在步骤504，控制确定马达转矩是否大于或等于转矩上限(即T_ui)。如果确实，控制继续进入步骤506。如果不确实，控制继续进入步骤508。在步骤506，控制确定负载能量(即E)是否小于零。如果确实，控制继续进入步骤510。如果不确实，控制继续进入512。

在步骤510，负载能量设定到零。在步骤514，张紧器运行信号设定到预定信号(即，正常)。控制继续进入步骤512。在步骤512，控制模式设定到上限控制模式(即，上限)。初始时该控制模式设定到上限控制模式。

在步骤516，控制确定马达转矩是否大于或等于转矩上限最大值(即，T_um)。可以从校正存储器104确定转矩上限最大值。另一方面，可以根据辅助驱动系统40部件的几何尺寸确定转矩上限最大值。如果确实，则控制继续进入步骤518。如果不确实，控制返回到步骤502。

在步骤518，确定马达速度。在步骤520，确定发动机速度。在步骤522，根据马达与发动机速度确定滑动速度。

在步骤524，根据滑动和马达速度确定滑动百分比(即，PER)。

在步骤526，根据马达转矩和滑动速度确定滑动功率。在步骤528，根据滑动功率确定负载能量。

在步骤530，控制确定负载能量是否大于或等于能量上限最小值(即，E_um)。可以从校正存储器104确定能量上限最小值。另一方面，可以根据辅助驱动系统40的部件的几何尺寸确定能量上限最小值。如果确实，控制继续进入步骤532。如果不确实，控制返回到步骤502。

在步骤532，控制确定负载能量是否大于或等于能量上限(即，Eul)。如果不确实，控制继续进入步骤534。如果确实，控制继续进入步骤536。

在步骤534，控制确定滑动百分比是否大于或等于滑动百分比上限(即，PER_u)。如果确实，控制继续进入步骤536。如果不确实，控制返回到步骤502。在步骤536，张紧器运行信号设定到上限信号。控制返回到步骤502。

在步骤508，控制确定马达转矩是否小于或等于转矩下限(即，T_ll)。如果确实，控制继续进入步骤538。如果不确实，控制继续进入步骤540。

在步骤538，控制确定负载能量是否大于零。如果确实，控制器继续进入步骤542。如果不确实，控制继续进入步骤544。

在步骤542，负载能量设定为零。在步骤546，张紧器运行信号设定到预定信号。控制继续进入步骤544。在步骤544，控制模式设定到下限控制模式(即，下限)。

在步骤548，控制确定马达转矩是否小于或等于转矩下限最小值(即，T_lm)。可以从校正存储器104确定该转矩下限最小值。另一方面，可以根据辅助驱动系统40的部件的几何尺寸确定转矩下限最小值。如果确实，控制继续进入步骤550。如果不确实，控制返回到步骤502。

在步骤550，确定马达速度。在步骤552，确定发动机速度。在步骤554，根据马达和发动机速度确定滑动速度。

在步骤556，根据滑动和马达速度确定滑动百分比。在步骤558，根据马达转矩和滑动速度确定滑动功率。在步骤560，根据滑动功率确定负载能量。

在步骤562，控制确定负载能量是否小于或等于能量下限最大值(即，E_lm)。可以从校正存储器104确定能量下限最大值。另一方面，可以根据辅助驱动系统40的部件的几何尺寸确定能量下限最大值。如果确实，控制进入步骤564。如果不确实，控制返回到步骤502。

在步骤564，控制确定负载能量是否小于或等于能量下限(即，Ell)。如果不确实，控制继续进入步骤566。如果确实，控制继续进入步骤568。

在步骤566，控制确定滑动百分比是否小于或等于滑动百分比下限(即，PERl)。如果确实，控制继续进入步骤568。如果不确实，控制返回到步骤502。在步骤568，张紧器运行信号设定到下限信号。控制器返回到步骤502。

在步骤540，控制器确定控制模式是否设定到上限控制模式。如果确实，控制继续进入步骤570。如果不确实，控制继续进入步骤572。

在步骤570，根据转矩上限和马达转矩确定能量比例指数(即，INDEX)。当控制模式设定为上限控制模式时，可以根据下式确定能量比例指数INDEX：

(5)INDEX＝T_ul-T_mot，

式中T_ul是转矩上限。控制继续进入步骤574。

在步骤572，根据马达转矩和转矩下限确定能量比例指数。当控制模式设定为下限控制模式时，可以根据下式确定能量比例指数：

(6)INDEX＝T_mot-T_ll，

式中Tll是转矩下限。控制继续进入步骤574。

在步骤574，根据如查询表的能量比例指数，确定能量常数(即，k_e)，且其值处于0和1之间。可以根据以下关系式确定能量常数k_e：

(7)k_e＝f(INDEX)。

在步骤576，根据能量常数确定负载能量。可以根据下式确定负载能量：

(8)E(t)＝E(t-dt)+k_e(0-E(t-dt))，

式中t-dt是与以前确定的负载能量相关的时间值。

在步骤578，控制确定负载能量的绝对值是否小于或等于能量正常极限(E_n)。可以从校正存储器104确定该能量正常极限。另一方面，可以根据辅助驱动系统40的部件的几何尺寸确定该能量正常极限。如果确实，控制继续进入步骤580。如果不确实，控制返回到步骤502。在步骤580，张紧器运行信号设定到预定的信号。控制返回到步骤502。

现在参照图7，曲线表示马达转矩600对马达36的时间以及负载能量对辅助驱动系统40的时间。初始时设定马达转矩600和负载能量602为零。增加马达转矩600到转矩上限604，同时控制模式设定为上限控制模式，如在606指示的。

进一步增加马达转矩到转矩上限最大值608，同时负载能量602在整个时间上积累。减少马达转矩到小于转矩上限最大值608，同时负载能量602停止在整个时间上积累。进一步减少马达转矩600到小于转矩上限604，同时负载能量602根据能量比例常数减少。

进一步减少马达转矩600到转矩下限610，同时控制模式设定为下限控制模式如在612所指示的。此外，由于马达转矩600的减少负载能量602设定为零。进一步减少马达转矩600到转矩下限最小值614，同时负载能量602在整个时间上积累，但是为负值。

增加马达转矩600到大于转矩下限最小值614，同时负载能量602停止在整个时间上积累。进一步增加马达转矩600到大于转矩下限610，同时根据能量比例常数负载能量602增加。贯穿整个时间，负载能量602不大于或等于能量上限616同时不小于或等于能量下限618。

现在参照图8，曲线表示马达转矩700对马达36的时间以及负载能量702、张紧器位移704和滑动百分比706对辅助驱动系统40的时间。马达转矩700、负载能量702、张紧器位移704、和滑动百比706初始设定为零。当增加马达转矩700到转矩上限最大值时，负载能量702个时间上积累。此外，由于马达转矩700增加，张紧器位移704(即，运行)减少。当负载能量702增加到能量上限708时，张紧器运行信号设定到上限信号710。

根据滑动和马达速度滑动百分比706增加。当滑动百分比706增加到滑动百分比上限712时，张紧器运行信号设定到上限信号710。当张紧器运行信号设定到上限信号710时，施加转矩上限到要求的马达转矩，同时施加最大位移限制到张紧器位移704。

现在技术人员从前面的描述中可以认识到，内容的广泛的指南能够以多种形式实施。因此，尽管本内容包括特殊的例子，但不应该限制内容的直正范围，因为技术人员在研究附图，说明书和以下权利要求时其它修改将变得显而易见。

Claims

1、一种车辆的控制模块，包括：

驱动诊断模块，该模块确定车辆辅助驱动系统的负载能量并根据发动机速度和马达速度确定辅助驱动系统皮带的滑动百分比；以及

混合控制模块，该模块根据负载能量和滑动百分比的至少一个确定要求的马达转矩，

其中该控制模块根据要求的马达转矩控制车辆的马达。

2、权利要求1的控制模块，其中驱动诊断模块还包括根据皮带的滑动功率确定负载能量的负载能量模块。

3、权利要求2的控制模块，其中驱动诊断模块还包括根据马达转矩和皮带滑动速度确定滑动功率的滑动功率模块。

4、权利要求3的控制模块，其中驱动诊断模块还包括根据发动机速度和马达速度确度滑动速度的模块。

5、权利要求1的控制模块，其中驱动诊断模块还包括根据皮带的滑动速度和马达速度确定滑动百分比的滑动百分比模块。

6、权利要求1的控制模块，其中混合控制模块还包括转矩限制模块，当张紧器运行信号是上限信号时该模块对要求的马达转矩施加转矩上限，同时当张紧器运行信号是下限信号时该模块对要求的马达转矩施加转矩下限。

7、权利要求6的控制模块，其中混合控制模块还包括张紧器运行模块，当负载能量大于或等于能量上限时该模块将张紧器运行信号设定到上限信号。

8、权利要求7的控制模块，其中当负载能量小于能量上限且滑动百分比大于或等于滑动百分比上限时，张紧器运行模块将张紧器运行信号设定到上限信号。

9、权利要求7的控制模块，其中当负载能量小于或等于能量下限时，张紧器运行模块将张紧器运行信号设定到下限信号。

10、权利要求9的控制模块，其中当负载能量大于能量下限且滑动百分比小于或等于滑动百分比下限时，张紧器运行模块将张紧器运行信号设定到下限信号。

11、权利要求7的控制模块，其中张紧器运行模块将张紧器运行信号设定到预定信号。

12、操作车辆控制模块的方法，包括：

确定车辆辅助驱动系统的负载能量；

根据发动机速度和马达速度确定辅助驱动系统皮带的滑动百分比；

根据负载能量和滑动百分比的至少一个确定要求的马达转矩；以及

根据要求的马达转矩控制车辆的马达。

13、权利要求12的方法，还包括根据皮带的滑动功率确定负载能量。

14、权利要求13的方法，还包括根据马达转矩和皮带的滑动速度确定滑动功率。

15、权利要求14的方法，还包括根据发动机速度和马达速度确定滑动速度。

16、权利要求12的方法，还包括根据皮带的滑动速度和马达的速度确定滑动百分比。

17、权利要求12的方法，还包括：

当张紧器运行信号是上限信号时，施加转矩上限到要求的马达转矩，

当张紧器运行信号是下限信号时，施加转矩下限到要求的马达转矩。

18、权利要求17的方法，还包括当负载能量大于或等于能量上限时，将张紧器运行信号设定到上限信号。

19、权利要求18的方法，还包括当负载能量小于能量上限且滑动百分比大于或等于滑动百分比上限时，将张紧器运行信号设定到上限信号

20、权利要求17的方法，还包括当负载能量小于或等于能量下限时，将张将轮运行信号设定到下限信号。

21、权利要求20的方法，还包括当负载能量大于能量下限且滑动百分比小于或等于滑动百分比下限时，将张紧器运行信号设定到下限信号。

22、权利要求17的方法，还包括将张紧器运行信号设定到预定信号。