CN101905659A - 再生制动控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆的再生制动控制系统，包括车辆控制器、与车辆控制器连接的动力传动系扭矩分配装置，与动力传动系扭矩分配装置连接的电机，多个耦接到电机的轮和至少一个提供给车辆控制器的指示多个轮牵引力的牵引状态输入。车辆控制器接合动力传动系扭矩分配装置，电机向轮分配与轮牵引力成正比的再生制动扭矩。本发明还提供一种用于车辆的再生制动控制方法。

Description

再生制动控制系统和方法
技术领域
本发明涉及用于在车辆中回收再生动力的系统和方法。更具体地，本发明涉及用于四轮驱动车辆的再生制动控制系统和方法，该系统和方法在优化再生制动扭矩向车辆四个轮的分配的同时保持车辆稳定。
背景技术
为了改善燃料的经济性，混合动力电动车辆(hybrid electric vehicles，HEVs)可提供再生(regen)制动，其中，动能在制动过程中通过电机转化为可存储的能量，并随后可用于推进。在很多混合动力电动车辆中，再生组件仅从一个轴收集能量，这样，当需要制动时，首先收集再生能量直到达到再生或牵引/稳定极限，随后在另一个轴或在这两个轴上都施加摩擦制动来使车辆减速或停止。在再生制动过程中，仅从一个轴收集再生能量可能无法平衡前轮与后轮之间的与每个轮的有效牵引力成正比的制动扭矩，这会影响车辆的稳定性。
因此，需要一种用于四轮驱动车辆的再生制动控制系统和方法，该系统和方法在优化再生制动扭矩向车辆四个轮的分配的同时保持车辆稳定。
发明内容
本发明总体上涉及用于车辆的再生制动控制系统。再生制动控制系统的一示例性实施例包括车辆控制器、连接于车辆控制器的动力传动系扭矩分配装置，例如可变耦合器，连接于动力传动系扭矩分配装置的电机，多个耦接到电机的轮和至少一个提供给车辆控制器的指示多个轮牵引力的牵引状态输入。车辆控制器接合动力传动系扭矩分配装置，电机向轮分配与轮牵引力成正比的再生制动扭矩。
本发明总体上还涉及用于车辆的再生制动控制方法。该方法的一示例性实施例包括：提供具有四个轮的车辆；分别计算轮的牵引系数，基于牵引系数确定轮间最佳的再生制动扭矩分配；以及向轮分配与牵引系数成正比的最佳的再生制动扭矩。
附图说明
图1为装有再生制动控制系统一示例性实施例的车辆的示意图。
图2为说明再生制动控制系统的一示例性实施例的总框图。
图3为说明再生制动控制系统一示例性实施例的详细的硬件框图。
图4为再生制动控制系统和方法的一示例性实施例的实施中用于动力传动系扭矩分配装置的纵向扭矩分配装置控制的示例性三维查找表。
图5为再生制动控制系统和方法的一示例性实施例的实施中用于动力传动系扭矩分配装置的横向扭矩分配装置控制的示例性三维查找表。
图6为说明再生制动控制方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
下文的详细说明本质上仅是示例性的，并不意欲限于所述的实施例或所述实施例的应用和用途。这里所用到的词“示例性”或“例证性”意思为“作为例子、实例或例证”。这里，作为“示例性”或“例证性”描述的任何实施方式不一定解释为较其他实施方式而言是优选的或有优势的。下文描述的所有实施方式都是示例性的实施方式，用于使本领域的技术人员能够实施或利用本发明的实施例，而并不是意欲限制本发明的保护范围。此外，前述技术领域、技术背景、发明内容或以下具体实施方式所提出的明确的或隐含的理论无意限制任何范围。
首先参照图1、4和5，示例性车辆整体上用图1中的附图标记100来表示，其适于实施再生控制系统和方法的示例性实施例。在一些应用中，车辆100可为例如但不局限于四轮驱动混合动力电动车。车辆100包括安装有一对前轮102的前轴101。发动机103通过驱动桥190和前半轴101传动地接合前轮102。后轴106安装一对后轮107。电机108接合于后轴106。动力传动系纵向扭矩分配装置112耦接到电机108。传动轴114将驱动桥190耦接到纵向扭矩分配装置112上。车辆控制器116与纵向扭矩分配装置112连通。
在车辆100的运转过程中，发动机103可以通过驱动桥190和前轴101驱动前轮102。在车辆100行驶在低牵引力表面的行驶状态下，纵向扭矩分配装置112响应于来自车辆控制器116的输入，可通过将传动轴114和后轴106耦接来附加地接合后轮107以改善车辆100的推动力。
在车辆100减速过程中，车辆控制器116接收各种输入118，例如(举例但不受此限制)，指示和表示牵引系数的牵引状态输入，牵引系数反映每个前轴101和后轴106上，以及在一些应用中每个前轮102和后轮107上，可用的牵引力的大小。车辆控制器116还可接收车辆动态输入(例如车辆100的偏航、上下颠簸和左右摇晃)和/或驾驶者输入(例如车辆100的制动和转向)。车辆控制器116利用这些牵引系数和输入来确定最佳的再生制动扭矩分配，该再生制动扭矩应通过前轴101施加于前轮102和通过后轴106施加于后轮107，该扭矩与每个前轴101和后轴106的牵引力的可用性成正比。基于该确定，车辆控制器116以这样的方式可变地接合纵向扭矩分配装置112：电机108根据前轴101和后轴106上的牵引力的可用性通过传动轴114将前轮再生扭矩122的大小平衡到前轴101上和将后轮再生扭矩122的大小平衡到后轴106上。因此，根据前轴101和后轴106可用的牵引力以平衡的方式分配到前轮102和后轮107的再生制动扭矩可提高再生制动能量从前轴101和后轴106的获取，同时提供车辆100想要的行驶特性，例如稳定性、摩擦制动及再生制动与制动感觉之间的平滑变换(举例但不受此限制)。电机108产生可存储于合适的车载能源或存储装置(图中未示出)中的再生制动能量。
在一些应用中，主动扭矩矢量控制可通过前轴101和后轴106中的一个或二者的横向扭矩分配装置110实现，以进一步优化前轮102和/或后轮107之间的再生扭矩分配。图4所示为一示例性查找表400，其可被车辆控制器116利用来管理纵向扭矩分配装置110。图5所示为一示例性查找表500，其可被车辆控制器116利用来管理横向扭矩分配装置110。
图4中的查找表显示，纵向扭矩分配装置112的接合度可以通过计算重量分配和牵引力来确定。纵向重量分配因子可利用加速计和其它传感器例如悬挂位移传感器(举例但不受此限制)来计算。纵向重量分配因子还可基于转向、制动和GPS传感器(举例但不受此限制)利用预测性算法为重量分配的期望性改变做出修正。纵向牵引力因子可利用道路传感器、轮速传感器、天气/道路数据和其它参数来计算。
图5中的查找表显示，左-右扭矩偏置度可由重量分配和牵引力确定。横向重量分配因子和横向牵引力因子可通过相似于上述纵向重量分配因子和纵向牵引力因子的计算方式来计算。
接下来参照图2，所示为说明再生制动控制系统的示例性实施例的总框图200。系统200包括车辆控制器202，车辆控制器202可以为车辆(未示出)例如混合动力电动车辆(举例但不受此限制)的组件。车辆控制器202可用于从车辆内的各种传感器和组件接收牵引状态输入204、车辆动态输入206和操作输入208。车辆控制器202连接车辆的动力传动系纵向扭矩分配装置210。动力传动系纵向扭矩分配装置210连接车辆电机212。电机212耦接到具有一对前轮222的前轴220具有一对后轮216的后轴214上。
在系统200典型的运行过程中，车辆控制器202接收牵引状态输入204、车辆动态输入206和操作输入208。牵引状态输入204可包括诸如前轮222的转速和后轮216的转速、雨水传感器检测的雨量、大气压力、外界空气温度、路面温度和反射率、环境湿度、能见度和/或广播的道路和气象资料(举例但不受此限制)的输入。车辆动态输入206可包括从加速计和/或车辆悬挂位移传感器接收的各种输入，从加速计接收的各种输入指示车辆纵向、横向和垂直运动、车辆的偏航、上下颠簸和左右摇晃。操作输入208可包括诸如动力传动系统控制数据、动力传动系控制数据、制动控制数据、悬挂控制数据、转向控制数据和/或轮胎和车辆常数(举例但不受此限制)的输入。
基于牵引状态输入204，车辆控制器202确定可能的前轮222和后轮216的牵引系数。利用牵引系数、车辆动态输入206和操作输入208，车辆控制器202确定最佳的再生制动扭矩，该再生制动扭矩要正比于前轴220和后轴214可用的牵引力的大小在前轮222和后轮216之间分配。然后车辆控制器202可变地接合动力传动系纵向扭矩分配装置210，扭矩分配装置210通过前轴220向前轮222分配再生制动扭矩以及通过后轴214向后轮216分配再生制动扭矩，所分配的再生制动扭矩正比于前轮222和后轮216的牵引力。电机212将来自前轴220和后轴214的再生制动扭矩转化为再生制动能量，该能量可被传送到合适的车载的电子装置或存储装置内(图中未示出)。在一些应用中，前轴220的前主动横向分配装置224和/或后轴214的后主动横向扭矩分配装置218可进一步优化再生扭矩在前轮222和/或后轮216之间的分配。所属领域的技术人员应当理解，对前轴220和后轴214的再生扭矩的平衡分配可在保持诸如稳定性，动态重量转移，摩擦制动及再生制动与制动感觉之间的平滑变换(举例但不受此限制)的车辆行驶特性的同时，从前轴220和后轴214获取最大再生制动能量。
接下来参照图3，所示为适用于再生制动控制系统的示例性实施例实施的详细的硬件框图300。系统300可包括可以用于指示路面(未示出)上车轮(未示出)的牵引力的牵引状态输入302，在车辆运动过程中指示车辆的四个轮之间的车辆重量分配的车辆动态输入320，和/或指示车辆各控制方面的操作输入326。牵引状态输入302可包括(举例但不受此限制)轮速传感器304；雨水传感器306；气压计308；外界空气温度传感器310；路面温度和反射率传感器312；外界湿度传感器314；能见度传感器316和广播的路面和气象资料318。
牵引状态输入302由牵引系数算法340处理，牵引系数算法340基于由牵引状态输入302提供的数据确定牵引系数。由牵引系数算法确定的牵引系数被传送到牵引力评估算法344。牵引力评估算法344与扭矩分配管理器346连接。
车辆动态输入320可以包括(举例但不受此限制)在车辆运动过程中检测车辆的偏航、上下颠簸和左右摇晃运动的加速计322和检测车辆悬挂位移的悬挂位移传感器324。车辆动态输入320由重量分配算法342处理。来自重量分配算法342的重量分配数据传送到牵引力评估算法344。来自牵引力评估算法344的牵引力评估数据被传送到扭矩分配管理器346。
操作输入326可以包括(举例但不受此限制)动力传动系统控制数据328；动力传动系控制数据330；制动控制数据332；悬挂控制数据334；转向控制数据336和轮胎及车辆常数338。操作输入326被传送到牵引力评估算法344和扭矩分配管理器346。
动力传动系统控制器348、动力传动系控制器350、制动控制器352、悬挂控制器354和转向控制器356连接扭矩分配管理器346。车辆发动机358和至少一个牵引电动机368连接动力传动系统控制器348。动力传动系372被发动机358和牵引力电动机368传动地接合。车轮374被动力传动系372传动地接合。基础制动362连接制动控制器352且适于可操作的接合轮374。
在一些应用中，至少一个横向扭矩分配装置360和至少一个纵向扭矩分配装置370可与动力传动系控制器350连接。动力传动系372与横向扭矩分配装置360和纵向扭矩分配装置370连接。
悬挂系统364由悬挂控制器354控制。转向系统366由转向控制器356控制。
牵引力评估算法344处理从牵引系数算法340接收的牵引系数、从重量分配算法342接收的重量分配数据以及操作输入326，并利用这些数据评估车辆每个轮374的牵引力大小。车辆的制动和减速时，扭矩分配管理器346利用这些信息以这样的方式操作动力传动系统控制器348；动力传动系控制器350；制动控制器352；悬挂控制器354和转向控制器356(举例但并不受限于此)，即：在提供诸如稳定性、摩擦制动及再生制动与制动感觉之间的平滑变换(举例但并不受此限制)等想要的车辆行驶特性的同时，再生扭矩通过动力传动系372的可变接合以平衡的方式正比于每个轮374的牵引力向轮374施加再生扭矩。在一些应用中，横向扭矩分配装置360和纵向扭矩分配装置370可进一步优化或平衡再生扭矩在车轮374之间的分配。
接下来参照图6，所示为说明再生制动控制方法的示例性实施例的流程图600。该方法可开始于方框602。在方框604中接收牵引状态输入。在方框606中，接收车辆动态输入。在方框608中，接收车辆操作输入。在方框610中，计算每个轮上的牵引系数。在方框612中，计算车重分配。在方框614中，计算每个轮的可用牵引力。在方框616中，基于每个轮的可用牵引力和驾驶者制动请求确定再生制动扭矩在车轮间的最佳大小和分配。在方框618中，基于扭矩大小和分配的计算执行车辆扭矩控制。本方法可在方框620结束。
虽然本发明的实施例已用特定的示例性实施例进行了说明，但应该理解的是，具体实施例仅用于说明的目的并不用于限制，因为本领域的技术人员可以想到其它变换方式。

Claims (8)

1.一种用于车辆的再生制动控制系统，包含：
车辆控制器；
至少一个与所述车辆控制器连接的动力传动系扭矩分配装置；
至少一个与所述动力传动系扭矩分配装置连接的电机；
多个耦接到所述电机的轮；
至少一个提供给所述车辆控制器的指示所述多个轮的牵引力的牵引状态输入；以及
其中，所述车辆控制器接合所述动力传动系扭矩分配装置，所述电机向所述多个轮分配与所述多个轮的牵引力成正比的再生制动扭矩。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个动力传动系扭矩分配装置控制扭矩在所述多个轮的前轮和后轮之间分配。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个动力传动系扭矩分配装置控制扭矩在所述多个轮的左轮和右轮之间分配。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述至少一个牵引状态输入包含以下所列中的至少一个的指示：轮速、雨水、大气压力、外界空气温度、路面温度和反射率、外界湿度、能见度以及广播的道路和气象资料。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包含提供给所述车辆控制器的指示车重分配的车辆动态输入。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述车辆动态输入包含纵向、横向、垂直、偏航、上下颠簸和左右摇晃数据。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述车辆动态输入还包含车辆悬挂位移数据。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包含提供给所述车辆控制器的操作输入，并包含动力传动系统控制数据、动力传动系控制数据、制动控制数据、悬挂控制数据、转向控制数据以及轮胎和车辆常量数据中的至少一个，并且还包含与所述电机及所述多个轮连接、并在所述多个轮之间分配所述再生制动扭矩的扭矩分配装置。
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