CN101643034B - 车辆减速率控制方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及车辆减速率控制方法及装置。一种控制混合电动车(HEV)的减速率的方法，包括：测量阈限再生制动事件(RBE)期间应用的再生制动扭矩(RBT)；以及在所述阈值RBE期间自动应用来自液压制动系统的补偿摩擦制动扭矩(OFBT)，从而为车辆提供大致恒定的减速率。具有再生制动能力的HEV包括适于以一个方式选择地应用OFBT以减慢所述HEV的摩擦制动系统、能量存储系统(ESS)、电动机/发电机、以及具有制动控制算法或方法的控制器。所述方法基于包括阈值车辆速度的多个车辆性能值预测所述RBT中的即将减弱，并在所述RBT的即将减弱大于阈值时选择地激活所述摩擦制动系统以应用所述OFBT。

Description

车辆减速率控制方法及装置
技术领域
本发明涉及用于在从再生制动事件中阈限转变、减弱或退出期间选择地控制混合电动车中的摩擦制动水平的控制方法和装置。
背景技术
混合电动车(HEV)利用多种能源来提高燃料经济性，同时降低一定的车辆排放。通常，HEV包括可再充电能量存储系统(ESS)，通常为具有较高能量密度的电池或电池组，ESS电连接至所述多个能源中的至少一个。所述多个能源通常包括汽油或柴油内燃机以及至少一个电动机/发电机。但是，其它HEV设计可替代地使用燃料电池和/或其它能源来替代内燃机，以进一步降低车辆排放。
特别是在典型的“轻度”混合设计中，通常构造有内燃机的能量转换系统提供推进HEV所必需的动力，并且发动机构造为在轻度HEV怠速或停止时停机。在这种方式下，保存了燃料，尤其是在频繁停车起步的交通情况下。当驾驶员踩下加速踏板以发动轻度HEV时，连接到辅助电池的电动机提供在转动和起动发动机所需的间隔期间持续的初始的爆发动力。驱动电机并不如同传统的或“完全”HEV用来独立于发动机地驱动车辆。但是，轻度HEV仍可构造为提供再生制动和/或怠速停车能力。
再生制动用在某些轻度HEV上，作为捕获制动能量以进一步优选燃料经济性的手段。控制器可根据需要选择电动机/发电机的第一旋转方向，以允许该装置在制动事件期间用作发电机。作为发电机，当向车轮施加负扭矩时ESS可被再充电，从而减慢了HEV。同样，在正常驱动操作期间，控制器可选择电动机/发电机的第二旋转方向，以允许该装置作为电动机，与ESS协同用以驱动HEV的各种车载系统。因为再生制动提高了整体的燃料经济性，所以可期望最大化在给定再生制动事件期间再生制动的幅值和持续时间。
在HEV的车载自动变速器中，液力变矩器组件可提供变速器的输入轴与(一个或多个)动力源之间的可变滑动流体联接。在某些变矩器组件内，锁止型变矩器离合器(TCC)可在超过阈值速度时选择性地接合，通常大约在每小时30至35英里(mph)，以便锁止变矩器组件的泵/泵轮和涡轮组件。这样，阻止了在较高车速时的滑动。
在该阈值速度以下，TCC分离，以允许穿过变矩器组件产生增大的滑动量。与在较低车速(通常大约为6mph或更低)下全开的TCC相一致，当HEV减速至停止时或HEV突然加速时，发生从正在作用的再生制动事件中转变出来。当发生这种情况时，整个传动系扭矩的方向或符号，即，发动机扭矩与从处于电动机模式的电动机/发电机供应到发动机轴的任何瞬时电动机扭矩的和，从负扭矩值转变为中性扭矩值或正扭矩值。在某些情形下，该转变或“减弱(let up)”可产生车辆减速率的显见的降低。
发明内容
因此，提供了一种制动控制方法和装置，以在一定的阈值条件下有选择地控制HEV的减速率。所述HEV具有上述再生制动能力，以及本领域中已知类型的固定比率混合动力变速器。所述制动控制方法和装置以如下方式动作：当所述HEV在预定车辆模式下运行时，所述HEV的驾驶员或操作员不易察觉到车辆减速率的变化。所述方法只在所述预定车辆模式期间执行，特别是在停止所述HEV之前再生制动扭矩(RBT)快速地或突然地降低时。
特别地，所述方法通过所述装置来执行，以便在特定的阈值条件下控制所述HEV的车载的传统机电液压制动系统。所述方法测量在阈限再生制动事件期间所应用的RBT，并在所述阈限再生制动事件期间应用来自所述液压制动系统的补偿摩擦制动扭矩(OFBT)，从而在所述阈限再生制动事件期间提供恒定的减速率。在一个实施例中，以与所述RBT大致相同的量值和相反的符号应用所述OFBT。根据制动输入装置或制动踏板的状态、车辆速度和/或其它因素，可以以不同速率消减(ramp out)所述OFBT。
在本发明的范围内，提供了具有上述再生制动能力的HEV。所述HEV包括用于应用OFBT从而以一种方式减慢所述HEV的摩擦制动系统、能量存储系统(ESS)、连接到所述ESS以选择地应用RBT从而以另一种方式减慢所述HEV的电动机/发电机、以及控制器。所述控制器具有制动控制算法，该制动控制算法适于基于包括阈值车辆速度的多个车辆性能值来预测所述RBT的即将减弱(impending let up)，并且适于在RBT的所述即将减弱大于预定阈值时选择地启动所述摩擦制动系统以应用所述OFBT。这样，所述制动控制算法在所述RBT的阈限减弱期间提供了大致恒定的车辆减速率。
从下面对实施本发明的最佳模式的详细描述并结合附图，本发明的上述特征和优点以及其它特征和优点变得显而易见。
附图说明
图1为根据本发明的混合电动车(HEV)的示意图；
图2为描述在图1的HEV中可使用的制动控制算法或方法的示意性流程图；以及
图3为描述可与图2的制动控制方法一起使用的一组示范的阈值车辆条件的表格。
具体实施方式
参考附图，其中在所有附图中，相同的附图标记指代相同或相似的部件，从图1开始，轻度混合电动车(HEV)10具有能量转换系统(E)12、可再充电的电存储系统(ESS)以及至少一个电动机/发电机17。能量转换系统12通过液力变矩器组件24可驱动地连接到自动变速器(T)14上。变矩器组件24包括形式为泵或泵轮25的驱动元件、形式为涡轮26的从动元件、以及在超过阈值速度时可操作以完全锁止泵轮25与涡轮26的变矩器离合器(TCC)28，如本领域的技术人员所理解的。
能量转换系统12可构造为汽油、柴油、生物柴油、乙醇、或其它类型的内燃机、或者在本发明范围内的其它适当的系统。无论用何种方式被构造，能量转换系统12都能够产生足够大小或水平的发动机扭矩(TE)以转动HEV 10的输出或传动轴13，该输出轴13根据需要最终转动或驱动相应一组前和/或后驱动桥21、22。这样，仅使用能量转换系统12经一组车轮15就推进了HEV 10。
电动机/发电机17交替地用作动力供应器或发电机。当操作为电动机或动力供应器时，电动机/发电机17提供转动和起动能量转换系统12的动力，并且能量转换系统12提供起动之后所有必需的推进动力，其中取决于HEV 10的设计，电动机/发电机17可为单个单元或多个单元。当操作为发电机时，电动机/发电机17产生电能以存储在ESS 19中。因此，电子控制单元或控制器32适于将能量从电动机/发电机17发送或分配到ESS 19以在ESS 19中再充电/存储，和/或将能量分配到另一电动动力单元(未示出)，该另一电动动力单元此时用作电动机。
仍参考图1，HEV 10包括传统的机电或液压摩擦制动系统37，例如流体致动的制动蹄和/或鼓式制动系统，其位于各车轮15的附近并适于提供摩擦机械制动能力，该摩擦机械制动能力可通过上述电动/再生制动能力来增大。通常，当HEV 10行驶在较高速度时，摩擦制动系统37是主要的或唯一的制动系统。
电动机/发电机17还构造成操作为电动机扭矩源，图1中简写为TM。电动机扭矩(TM)可根据需要反转方向或符号，如图1中的标号+、-所示，以便能够根据需要提供正或负电动机扭矩。例如，当在再生制动期间制动时，电动机/发电机17反转其旋转方向，以向车轮15传递负扭矩或拖曳。电动机/发电机17电连接到ESS19，所以当电动机/发电机19用作发电机时，ESS19可被重新充电。同样，当用作电动机时，电动机/发电机17可从ESS19吸取能量以辅助能量转换系统12的起动，从而能够在怠速条件期间关闭能量转换系统12。为了最佳的实用性，ESS可构造为可再充电的镍氢、锂离子或适于用作电池或电池组的这类其它适当的电化学装置，和/或具有相对高能量密度的电化学电容器模块。
因此，控制器32利用电动机/发电机17的双重电动机/发电机能力来获得再生制动能力，从而可在再生制动事件期间通过反转电动机/发电机17的旋转方向来建立发电模式以有选择地减慢或停止HEV10。同时，消耗的制动能量的大部分被转换为有用的电能，并存储在ESS19中。
一个或多个传感器(S)30可操作地连接到电动机/发电机17、能量转换系统12及例如可踏压制动踏板的制动输入装置(B)11，该制动输入装置11可操作以给出可检测的和/或可测量的制动输入信号(Bi)。制动输入信号(Bi)描述制动输入装置11的动态和静态条件或位置/功能状态，例如，但不限于操作员施加的作用在制动输入装置11上的制动力或压力的大小、制动输入装置11在其运动范围内的行程大小或距离、应用速率等。
控制器32将制动输入信号(Bi)，特别是以力、压力和/或转动的单位测量的制动踏板“作用”，转换为驾驶员意图的制动扭矩水平，为简便起见，下文中缩写为BTL。BTL可用于选择地调节所应用的补偿摩擦制动扭矩，为简便起见，图1和下文中简写为OFBT，如下所述。因此，传感器30构造为检测、测量或以其它方式确定在再生制动事件期间应用的再生制动扭矩(RBT)的大小和方向/符号。并且，传感器30检测、测量或以其它方式确定描述制动水平Bi的检测到的力、行程、旋转等，以及多个车辆输入信号，如下所述。当一个传感器30无法具有测量所有这些值的能力时，可根据需要在HEV 10中设置多个传感器30以收集所需的值。
如在对动力传动装置(例如变速器14)的控制中已知的，控制器32接收描述数据输入组的多个电子信号(箭头I)，所述数据输入组即来自HEV 10和变速器14的多个车辆性能值，例如，但不限于：发动机速度、发动机扭矩(TE)、电动机扭矩(TM)、节气门需求、制动输入水平(Bi)、车辆速度(N)、各种制动扭矩的大小和符号等。这些电子信号通过一个或多个传感器30收集或确定，并作为输入信号被中继传递至控制器32。特别地，所述数据输入组可被驻留在控制器32内或可被控制器32存取的制动控制算法或方法100使用，以在预定或阈值车辆模式期间用于控制HEV 10的减速率，如现在参考图2和3所描述的。
参考图2，制动控制算法或方法100开始于步骤102，其中图1的控制器32确定阈限再生制动事件(RBET)是否激活(active)。在本发明的范围内，当退出再生制动模式时，或者当即将退出时，出现RBET，这对应于制动扭矩中的阈限变化。也就是说，RBET在由总动力系扭矩(TE+TM)表示的RBT当前或即将从阈限负扭矩值(例如，在一个实施例中约为-15至-20牛顿米(Nm)或更高)转变为正的或中性扭矩值时出现，即通常与在较低车速时图1中TCC 28的打开相一致的事件。
因此，在步骤102，图1的控制器32测量、检测、监测或以其它方式确定当前或激活的再生制动扭矩(RBT)的大小和方向/符号。下面参考图3描述表示即将变换的一组典型条件。如果阈限再生制动事件(RBET)出现，那么方法进行至步骤104。但是，如果RBET未激活，那么方法100结束，并且以常规方式操作和控制图1的HEV 10的制动，例如，但不限于，通过全体制动控制算法(未示出)来控制。
在步骤104，通过使用图1的(一个或多个)传感器30来测量、检测或以其它方式确定HEV 10的速度(N)。一旦已经确定了HEV 10的速度(N)，方法100就进行至步骤106。
在步骤106，例如，通过使用图1的(一个或多个)传感器30在制动输入装置11处测量、检测或以其它方式确定HEV 10的制动输入信号(Bi)。特别地，图1的控制器32确定施加到制动输入装置11的制动力和行程。一旦确定了制动输入信号(Bi)，方法100就进行至步骤108。
在步骤108，使用任何适当的装置来测量、检测或以其它方式确定HEV 10的传动状态(GS)。例如，图1的控制器32可使用发动机速度、变矩比、查寻表等来直接或间接验证传动状态。一旦确定了传动状态，方法100就进行至步骤110。
在步骤110，将在步骤102-108收集的值与标定的一组对应的阈值数据或阈值数据范围相比较。如果满足进一步继续方法100的预定条件，那么方法100进行至步骤112。否则，方法100结束。
简要地参考图3，示出了具有相应阈值的可与图2的方法100一起使用的示范性数据输入组或车辆性能值(IX)组。示范性的车辆性能值(IX)可包括车辆速度(N)、作用在图1的制动输入装置11上的制动压力或力(BF)、图1的HEV 10的传动状态(GS)、图1的变矩器组件24的变矩比(TC比)、以及图1的HEV 10的再生制动扭矩(RBT)，但是在本发明的范围内，可使用足以表明再生制动事件的即将退出的其它车辆条件。
在一个实施例中，阈值车辆速度(N)可约为5至10mph，并且约6mph的值通常对应于即将从再生制动事件退出。制动力(BF)的阈值可设定在足够高的水平，以使故障正误差的发生最少化，故障正误差可能会发生在操作员不经意地将脚放在制动输入装置11上而实际上并不意于应用制动时，或者在想要施加轻微的力时。对于作用在制动输入装置11上的中等大小的力，约500kPa的水平是典型的下限值，但是取决于图1的HEV 10的设计，可选择其它阈值。从制动输入信号(Bi)，操作员施加到制动输入装置11的力或制动踏板“作用”(如以力、压力和/或旋转的单位测量的)可用于确定驾驶员想要或需求的制动扭矩水平(RBTL)。该值在步骤114期间保持可由图1的控制器32存取，如下所述。
同样，可检测或以其它方式确定传动状态(GS)。例如，方法100可包括确定图1的变速器14是否位于传动中、处于第二档和/或正在执行2-1的减档，第二档或其它传动挡位状态通常与即将从阈限再生制动事件退出相一致。最后，TC比可比1∶1充分地大，该比率1∶1表示完全的脱开TCC 28。
再参考图2，从步骤112重新开始，使用步骤102中确定的RBT计算或以其它方式确定补偿摩擦制动扭矩(OFBT)。当RBT具有变动值时，通过控制器32连续地或周期性地监测RBT以在步骤114中使用，如下所述。OFBT的值与RBT的值量值相同，或者在其可允许的范围内。OFBT的值具有与RBT相反的方向或符号。也就是说，在OFBT为正扭矩时，RBT为负扭矩。一旦确定了OFBT，方法100就进行至步骤114。
步骤114至122针对于给图1的HEV 10提供持续的车辆减速率控制，同时监测退出点(即，在控制器32将终止方法100的执行的时间点，并且如果这样配备，则返回到更大车辆控制算法(未示出)以在阈值条件之外控制图1的HEV 10的制动的时间点)的各种车辆条件。通常，方法100包括持续地监测图1的数据输入条件组或车辆性能值组(I)来确定驾驶员意图的或需求的制动扭矩水平(RBTL)，以确定“预期的”车辆减速率。方法100控制图1的摩擦制动系统37的应用速率，以便在图1的TCC 28脱开时，和/或在表示RBT即将消除的图1的HEV 10的其它状态或情形期间，补偿RBT的消除(let off)。因此，使用步骤114-122，在预定RBE期间(见步骤102)车辆减速率被保持基本恒定。
特别地，在步骤114，方法100包括通过根据需要选择地控制图1的摩擦制动系统37来自动地应用在步骤112确定的OFBT值。由于期望RBT在退出或停止再生制动事件时快速地改变，所以通过控制器32同样持续地改变OFBT，以确保在上述阈值条件期间基本恒定的车辆减速率。当应用在步骤112确定的OFBT时，方法100进行至步骤116。
在步骤116，监测图1的输入值组(I)(由上述图3的值I(x)所示例的)以确定是否出现预定制动条件。根据一个实施例，预定制动条件对应于图1的制动输入装置11的松开，例如会在图1的HEV 10的操作员在发动之前将脚从制动踏板移到加速踏板时出现。使用图1的传感器30通过测量制动输入装置11的力和/或行程可检测、测量或确定制动输入装置11的松开。如果出现了预定制动条件，即，如果已经松开制动踏板或其它输入装置11，那么方法100就进行至步骤120。否则，方法100进行至步骤118。
在步骤118，方法100验证在步骤104确定的车辆速度(N)是否等于零。如果N等于零，并且在步骤116已先前确定了制动输入装置11保持应用，那么方法进行至步骤122。否则，方法100重复步骤114，如上所述。
在步骤120，在步骤116确定已经松开图1的制动输入装置11，方法100以第一速率(即图2中的速率1)中止、退出或消除步骤114的OFBT的应用。速率1可为与基线应用速率相比较快的速率，在没有向制动输入装置11施加压力的情况下，所述基线应用速率不应通过制动输入装置1被HEV 10的操作员容易地察觉到。因此，OFBT以速率1中止、退出或消除，并且方法100结束。
在步骤122，已经分别在步骤116和120处确定制动装置11已松开并且车辆速度(N)等于零，以第二预定速率或图2的速率2退出或中止在步骤114施加的OFBT。也就是说，通过应用制动输入装置11，图1的HEV 10的操作员或驾驶员更可能感觉到或察觉到RBT的减弱中的干扰，并且因此OFBT的相对逐步的释放提供了更加期望的制动踏板感受。在以速率2退出OFBT之后，方法100结束。
尽管已经详细描述了实施本发明的最佳模式，但是本发明所属领域的技术人员会认识到在所附权利要求范围内实施本发明的各种替代设计和实施方式。

Claims (17)

1.一种控制混合电动车的减速率的方法，所述混合电动车具有摩擦制动系统和再生制动能力，所述方法包括：
测量在阈限再生制动事件期间应用的再生制动扭矩即RBT，其中所述阈限再生制动事件在再生制动扭矩当前或即将从阈限负扭矩值转变为正的或中性扭矩值时出现；以及
在所述阈限再生制动事件期间自动应用来自所述摩擦制动系统的补偿摩擦制动扭矩即OFBT，从而补偿所述RBT，并从而为混合电动车提供基本上恒定的减速率。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述OFBT具有第一量值和第一符号；并且
其中所述RBT具有近似等于所述第一量值的第二量值和与所述第一符号相反的第二符号。
3.如权利要求2所述的方法，还包括：确定所述混合电动车的速度，其中仅在所述混合电动车的所述速度低于阈值速度时，测量所述RBT的所述第二量值和所述第二符号，并且应用所述OFBT以补偿所述RBT。
4.如权利要求2所述的方法，还包括：测量制动输入水平，其中仅在所述制动输入水平超过阈值制动水平时，测量所述RBT的所述第二量值和所述第二符号，并且应用所述OFBT以补偿所述RBT。
5.如权利要求2所述的方法，其中所述车包括具有液力变矩器组件的自动变速器，所述方法还包括：确定所述液力变矩器组件的比率，其中仅在所述比率超过量值比率时，测量所述RBT的所述第二量值和所述第二符号，并且应用所述OFBT以补偿所述RBT。
6.如权利要求1所述的方法，包括制动输入装置，还包括：当松开所述制动输入装置时以第一速率中止所述OFBT的应用；以及
当应用所述制动输入装置并且当所述混合电动车的速度为零时，以第二速率中止所述OFBT的应用；
其中所述第二速率小于所述第一速率。
7.一种控制混合电动车的减速率的方法，所述混合电动车具有摩擦制动系统和再生制动能力，所述方法包括：
确定在阈限再生制动事件期间应用的再生制动扭矩即RBT的量值和符号，其中所述阈限再生制动事件为在所述应用的RBT中的即将的阈限扭矩减弱；
测量多个车辆性能值；
将所述多个车辆性能值与相应的阈值范围作比较；以及
当所述多个车辆性能值中的每个都在所述相应阈值范围中的对应一个内时，自动应用来自所述摩擦制动系统的补偿摩擦制动扭矩即OFBT；
其中在所述即将的阈限扭矩减弱期间所述OFBT给所述混合电动车提供基本上恒定的减速率。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述OFBT在量值上等于所述RBT，并且在符号上与所述RBT相反。
9.如权利要求7所述的方法，其中确定所述多个车辆性能值包括测量所述混合电动车的速度和制动输入水平的至少之一。
10.如权利要求7所述的方法，其中所述混合电动车包括具有液力变矩器组件的自动变速器；并且
其中确定所述多个车辆性能值包括下列至少之一：确定所述液力变矩器组件的比率和确定所述自动变速器的传动状态。
11.如权利要求7所述的方法，包括制动输入装置，所述方法还包括：
当松开所述制动输入装置时以第一速率中止所述OFBT的应用；以及
当应用所述制动输入装置并且当所述混合电动车的速度为零时，以第二速率中止所述OFBT的应用；
其中所述第二速率小于所述第一速率。
12.如权利要求7所述的方法，其中所述即将的阈限扭矩减弱为15至20Nm。
13.如权利要求7所述的方法，其中所述多个车辆性能值包括车辆速度，并且其中所述相应的阈值范围包括0至10mph的车辆速度范围。
14.一种具有再生制动能力的混合电动车，所述混合电动车包括：
摩擦制动系统，其适于选择地和自动地应用补偿摩擦制动扭矩即OFBT，从而减慢所述混合电动车；
能量存储系统，即ESS；
电动机/发电机，其电连接到所述ESS上，并且能操作用于选择地应用再生制动扭矩即RBT，从而减慢所述混合电动车；以及
控制器，其具有制动控制算法，该制动控制算法适于基于包括阈值车辆速度的多个车辆性能值预测所述RBT中的扭矩减弱，并且适于当所述扭矩减弱为15至20Nm时在所述扭矩减弱期间选择地启用所述摩擦制动系统以应用所述OFBT，从而提供基本上恒定的车辆减速率。
15.如权利要求14所述的混合电动车，包括制动踏板，其中所述制动控制算法适于在松开所述制动踏板时以第一速率应用所述OFBT，以及在应用所述制动踏板并且所述混合电动车的速度为零时以第二速率应用所述OFBT；
其中所述第二速率小于所述第一速率。
16.如权利要求15所述的混合电动车，包括具有锁止离合器的液力变矩器组件，其中所述多个车辆性能值包括下列至少之一：所述液力变矩器组件的阈值比率和所述锁止离合器的预定接合状态。
17.如权利要求16所述的混合电动车，包括自动变速器，该自动变速器具有作为所述多个车辆性能值中之一的可检测传动挡位状态，所述可检测传动挡位状态从第二档到第一档的减档和第二档中选择。
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