CN102060016A - 再生制动扭矩补偿装置、方法及包含其的混合动力车 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了再生制动扭矩补偿装置、方法及包含这样的装置和方法的混合动力车。再生制动扭矩补偿装置包括：电动机控制单元，其控制电动机的工作扭矩；制动控制单元，其计算用于控制供应给车轮制动缸的液压的制动扭矩；以及混合动力控制单元，如果检测到换档，则该混合动力控制单元应用实际的变速比来计算再生制动量，并根据目标换档档位和换档阶段来确定再生制动扭矩补偿量以控制再生制动扭矩。

Description

再生制动扭矩补偿装置、方法及包含其的混合动力车
技术领域
本发明涉及一种混合动力车，更特别地涉及一种包含再生制动技术的混合动力车，并更加特别地涉及一种再生制动扭矩补偿装置及与其相关的方法。
背景技术
混合动力车典型地包括往复式发动机和电动机(电动机/发电机)，其中电动机通过高压电池运转以在车辆运行时辅助发动机。这样的配置通过两种动力源的组合来提供高能量效率和低排放。
当考虑混合动力车的动力性能、燃料消耗以及操纵性能时，自动变速器通常设置为使得为换档自动确定最优化的变速比。
然而，如果自动变速器未被精确地控制，则从自动变速器会产生冲击。因此，变速器的耐久性会恶化。因此，在换档时，期望冲击小并且响应快。
此外，在混合动力车中，当使用制动踏板执行制动时，对发动机输出扭矩进行辅助的电动机被重新配置成利用制动的再生能量来对混合动力车的电池进行充电。
当通过网络连接到电制动系统(EBS)的混合动力控制单元(HCU)通过踏板行程和主缸压力检测到制动信号时，HCU基于电动机扭矩来计算再生制动量或力，并利用电动机控制单元(MCU)控制电动机/发电机执行与所计算的量或力相应的再生制动。
如果正在执行再生制动，则也使用车辆的液压制动器来供应车辆运行所必要的剩余制动力或量。特别地，通过从总制动量中减去再生制动量来计算剩余制动量或力。EBS供应液压以操作车辆制动器并产生剩余制动量/力。
图4是示出传统混合动力车中的再生制动扭矩控制结果的图。
如图4所示，在电动机的再生制动期间执行换档的情况下，对于a1、b1和c1，所计算的再生制动量B1和测量的再生制动量C1在相同的时刻是不同的。结果，制动感变得不平顺，并且会从中传递换档冲击。
如图中还示出的那样，在换档期间的某点处，测量的再生制动量C1大于计算的再生制动量B1。因此，过度地执行了制动。
此外，由于扭矩波动，发生冲击，并且不能实现均匀的减速。
本背景技术部分中公开的上述信息只是为了增强对本发明的背景的理解，并且因此可能包含不形成在该国对本领域普通技术人员而言已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的特征在于一种再生制动扭矩补偿装置及与其相关的方法。这样的方法包括：当根据制动指令使车辆减速并执行再生制动时，通过应用目标换档档位(shift step)和换档阶段(shift phase)来补偿再生制动量。
在本发明的一个方面中，提供了一种用于混合动力车的再生制动扭矩补偿装置。这样的再生制动扭矩补偿装置包括：电动机控制单元，其控制电动机的工作扭矩；制动控制单元，其计算用于控制供应给车轮制动缸的液压的制动扭矩；以及混合动力控制单元，如果检测到换档，则该混合动力控制单元应用实际的变速比来计算再生制动量，并根据目标换档档位和换档阶段来确定再生制动扭矩补偿量以控制再生制动扭矩。
在本发明的另一方面中，提供了一种混合动力车的再生制动扭矩补偿方法。这样的方法包括：(a)在需要再生制动时，确定用于控制再生制动扭矩的再生制动操作量，(b)如果在再生制动期间检测到换档，则应用实际的变速比来确定再生制动操作量，(c)应用与换档相应的目标换档档位和换档阶段，来决定再生制动补偿量，(d)将再生制动操作量应用于再生制动补偿量，以控制最终的再生制动扭矩。
在如上所述的本发明中，在再生制动期间防止了过度制动，并保证了连续的制动扭矩，使得混合动力车的稳定性和可靠性得到提高。
本发明的其它方面和实施例将描述在此。
应该理解的是，本文中使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括一般的机动车辆(诸如包括运动型多功能车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆在内的客车)、包括各种艇和船在内的水运工具等，并且包括混合动力车、电动车、插电式混合电动车、氢动力车以及其它代用燃料车(例如从除石油以外的资源中取得的燃料)。如本文中所述，混合动力车是具有两个或更多个动力源的车辆，例如既有石油(例如汽油、柴油)动力又有电动力的车辆。
附图说明
为了更充分地理解本发明的本质和期望目标，参考结合附图给出的以下详细说明，其中同样的附图标记在几幅图中始终表示相应的部件，其中：
图1是示出根据本发明的再生制动扭矩补偿装置和混合动力车的示意图。
图2是根据本发明的再生制动扭矩补偿程序或方法的高级流程图。
图3是示出根据本发明的示例性实施例的混合动力车的再生制动扭矩补偿结果的图。
图4是示出传统混合动力车中的再生制动扭矩控制结果的图。
图5是示出根据本发明的实现再生制动扭矩补偿结果的程序的框图。
附图中陈列的附图标记包括对本文中进一步讨论的以下元件的引用：
10：ECU
20：HCU
30：MCU
40：电池
50：BMS
60：EBS
70：电动机
80：发动机
90：发动机离合器
100：变速器
110：车辆速度检测器
具体实施方式
在以下详细说明中，通过例证的方式来示出和描述本发明的某些方面和/或实施例。如本领域技术人员应该认识到的那样，所述实施例可以以各种不同的方式变形，而不脱离本发明的精神或范围。附图和说明应被认为在本质上是例证性的而不是限制性的，并且同样的附图标记在整个说明书中始终表示同样的元件。
如这里进一步所述，本发明的一个方面/实施例的特征在于用于混合动力车的再生制动扭矩补偿装置。这样的再生制动扭矩补偿装置包括：电动机控制单元，其配置成控制电动机的工作扭矩；以及制动控制单元，其配置成计算用于控制供应给车轮制动缸的液压的制动扭矩。这样的装置还包括混合动力控制单元，其配置成当在再生制动期间检测到换档时计算再生制动量，并确定用于产生再生制动扭矩的再生制动扭矩补偿量。
根据本发明的另一方面/实施例，其特征在于一种混合动力车的再生制动扭矩补偿方法。这样的方法包括：(a)确定用于在再生制动期间控制再生制动扭矩的再生制动操作量；(b)如果在再生制动期间检测到变速器换档，则确定再生制动操作量；(c)应用目标换档档位和换档阶段来确定再生制动补偿量；以及(d)将再生制动操作量应用于再生制动补偿量，以确定最终的再生制动扭矩。
根据本发明的又一方面/实施例，其特征在于一种包含根据本发明的再生制动扭矩补偿装置的混合动力车。更特别地，这样的混合动力车包括发动机、电动机和再生制动扭矩补偿装置，电动机可操作地连接到发动机的输出以便至少在车辆运行期间辅助发动机，并且还能够再生制动。
在另外的实施例中，这样的再生制动扭矩补偿装置包括：电动机控制单元，其配置成控制电动机的工作扭矩；以及制动控制单元，其配置成计算用于控制供应给车轮制动缸的液压的制动扭矩。还包括混合动力控制单元，其配置成当在再生制动期间检测到换档时计算再生制动量，并确定用于产生再生制动扭矩的再生制动扭矩补偿量。
现参照图1，其示出根据本发明的再生制动扭矩补偿装置210和混合动力车200。
这样的混合动力车200和再生制动扭矩补偿装置210包括发动机控制单元(ECU)10、混合动力控制单元(HCU)20、电动机控制单元(MCU)30、电池40、电池管理系统(BMS)50、电制动系统(EBS)60、电动机70、发动机80、发动机离合器90、变速器100、车辆速度检测器110和车轮120。
如本领域技术人员所知，电动机70是一种电动发电机，其在一种工作模式中作为电动机工作以提供动力和扭矩来辅助发动机，并在另一种工作模式中其充当发电机以便引起车辆的再生制动。也如这里指出的那样，发动机80是利用大量可燃材料中的任意一种来产生功率或扭矩的为本领域技术人员已知的或在以后被研发出的大量发动机中的任意一种。
ECU 10通过网络连接到HCU 20，并与HCU 20一起控制发动机80的全部操作。
在另外的实施例中，HCU 20和ECU 10取决于驾驶指令和车辆状况通过网络控制各装置，控制发动机80和电动机70的输出扭矩，根据从EBS 60检测的制动指令来计算再生制动量，通过MCU 30控制电动机70的制动扭矩，从总制动量中减去再生制动量来计算剩余制动量，并将与车辆制动用的剩余制动量相对应的液压等施加于车辆制动器。
在另外的实施例中，HCU 20应用当前同步的换档档位来计算再生制动量。如果在再生制动期间还发生换档，HCU 20应用目标换档档位和换档阶段来计算再生制动补偿量，并通过MCU 30调节电动机70的再生制动量。
在另外的实施例中，在再生制动期间，MCU 30根据HCU 20的指令来控制电动机70的工作扭矩，并利用从电动机70产生的电力为电池40充电。
电池40在混合动力模式(HEV)和电动机模式(EV)中向电动机70供应电力。另外，在再生制动控制期间，利用由电动机70产生的电力为电池充电。
BMS 50检测电池40的电压、电流和温度，管理SOC(充电状态)、充电和放电，并通过网络向HCU 20提供相关信息。
在另外的实施例中，当驾驶者操作车辆的制动器时，EBS 60根据踏板行程和主缸的液压计算制动扭矩，并取决于该制动扭矩来控制供应给各车轮120的制动缸的液压。
电动机70的输出扭矩由MCU 30控制。
发动机80的输出由ECU 20控制，并且发动机80的进气量由电节气门控制器(ETC)调节，这对本领域技术人员是已知的(ETC未示出)。
发动机离合器90布置在发动机80和电动机70之间，并根据HCU20进行操作以确定驾驶模式。
在另外的实施例中，变速器100是根据驾驶状况(诸如车辆速度、节气门开放度、输入扭矩等)换档至目标档位以便维持适当的车辆速度的为本领域技术人员已知的或在以后被研发出的自动型变速器。
车辆速度检测器110从变速器输出轴的旋转速度检测车辆速度，并将速度信息传递给EBS 60。
根据本发明的另一方面，为了混合动力车执行以上功能，下面描述的程序被用于补偿再生制动扭矩。
省略关于混合动力车根据驾驶状况进行控制操作的细节，并在下面说明用于补偿再生制动扭矩的方法。
图2是示出根据本发明的用于在混合动力车中补偿再生制动扭矩的方法的高级流程图，并且图3示出根据本发明的混合动力车的再生制动扭矩补偿结果。
在根据本发明的混合动力车以预定换档档位行驶的驾驶处理中(步骤S101)，HCU 20检测来自通过车辆中的网络连接的控制装置的加速踏板开关(APS)状况、制动踏板信息和换档档位信息(步骤S102)，并分析检测到的信息以便确定是否需要再生制动控制(步骤S103)。
如果确定再生制动控制是不必要的(步骤103，No)，则维持当前驾驶状况，并且如果确定再生制动控制是必要的(步骤S103，Yes)，则通过将电动机70的电动机输出扭矩加到发动机80的发动机输出扭矩上来计算变速器100的输入扭矩(步骤S104)。
接着，通过TCU(transmission control unit，未示出)检测变速器100的信息，并确定在再生制动期间是否正在进行升/降换档(步骤S105)。
如果未执行升/降换档(步骤S105，No)，则通过应用变速器100的输入扭矩和齿轮速比、电动机70的爬行扭矩量(creep torque amount)以及变速器100的效率来确定再生制动扭矩。
此后，由通过MCU 30控制的电动机70施加所确定的再生制动扭矩，并同时通过EBS 60将液压施加到车轮120的制动缸以便制动(步骤S106)。
然而，如果确定将要执行与车辆的加速/减速相应的升/降换档(步骤S105，Yes)，则在通过发动机离合器90输入的变速器100的输入转速和由速度检测器110检测到的车辆速度之间检测实际的齿轮速比(步骤S107)。
将在步骤S107中检测到的实际的变速比和变速器100的效率应用于检测到的变速器100的输入扭矩(步骤S104)，以计算再生制动量(步骤S108)。
接着，检测目标换档档位和换档阶段的信息，并确定再生制动的补偿量(步骤S109)，将该补偿量应用于预先确定的再生制动量(步骤S108)，以确定最终的再生制动扭矩量。由电动机70通过MCU 30施加最终的再生制动扭矩，并将液压施加到车轮120的制动缸(步骤S111)。
因此，在再生制动控制期间执行升/降换档的情况下，考虑实际的齿轮速比和目标换档档位的换档阶段来补偿再生制动扭矩，使得过度的制动不会发生，驾驶的稳定性和可靠性得到提高，并且连续地形成制动扭矩。
现参照图5，其示出根据本发明的另一实施例的用于实现再生制动扭矩补偿结果的程序。
参照图5，输入目标档位(TarGearStp)4和换档阶段(TCUshift_Phse)7，并计算补偿扭矩(Tq)为150Nm。
在另外的实施例中，档位4和换档阶段7的数据作为实验值通过扭矩传感器被事先存储。
接着，将150Nm的补偿扭矩和374Nm的再生制动量相加以获得实际的再生制动量524Nm。
在这样的实施例中，另外计算目标档位(TarGearStp)4和换档阶段(TCUshift_Phse)7之间的扭矩误差范围。
在另外的实施例中，合乎需要的是，扭矩的接下来的变化量基于参考值从-30Nm到+80Nm变动，使得再生制动量不会突然变化。
即，在当前的补偿后的再生制动大小为524Nm的情况下，接下来的补偿后的再生制动量可以从496Nm到604Nm变动。
尽管已经参考优选实施例详细描述了本发明，但本领域技术人员应该理解的是，可以对其做出各种变形和替换而不脱离如所附权利要求中所阐述的本发明的精神和范围。

Claims (9)

1.一种混合动力车的再生制动扭矩补偿装置，包括：
电动机控制单元，其控制电动机的工作扭矩；
制动控制单元，其计算用于控制供应给车轮的制动缸的液压的制动扭矩；以及
混合动力控制单元，如果检测到换档，则所述混合动力控制单元应用实际的变速比来计算再生制动量，并根据目标换档档位和换档阶段来确定再生制动扭矩补偿量以控制再生制动扭矩。
2.如权利要求1所述的再生制动扭矩补偿装置，其中所述混合动力控制单元利用变速器的输入速度和输出速度来计算所述实际的变速比。
3.如权利要求1所述的再生制动扭矩补偿装置，其中所述混合动力控制单元应用通过电动机和发动机离合器传递的发动机扭矩，来计算再生制动操作量。
4.一种混合动力车的再生制动扭矩补偿方法，包括以下步骤：
(a)在需要再生制动时，确定用于控制再生制动扭矩的再生制动操作量；
(b)如果在再生制动期间检测到换档，则应用实际的变速比来确定再生制动操作量；
(c)应用与换档相应的目标换档档位和换档阶段，来决定再生制动补偿量；和
(d)将所述再生制动操作量应用于所述再生制动补偿量，以控制最终的再生制动扭矩。
5.如权利要求4所述的再生制动扭矩补偿方法，其中通过电动机扭矩、经由发动机离合器传递的发动机扭矩、变速比、电动机爬行扭矩和变速器效率来计算所述步骤(a)的再生制动操作量。
6.如权利要求4所述的再生制动扭矩补偿方法，其中通过变速器的输入速度和输出速度来计算所述步骤(b)的在再生制动期间应用的实际的变速比。
7.一种用于混合动力车的再生制动扭矩补偿装置，包括：
电动机控制单元，其配置成控制电动机的工作扭矩；
制动控制单元，其配置成计算用于控制供应给车轮的制动缸的液压的制动扭矩；以及
混合动力控制单元，其配置成当在再生制动期间检测到换档时计算再生制动量，并确定用于产生再生制动扭矩的再生制动扭矩补偿量。
8.一种混合动力车的再生制动扭矩补偿方法，包括以下步骤：
(a)确定用于在再生制动期间控制再生制动扭矩的再生制动操作量；
(b)如果在再生制动期间检测到变速器换档，则确定再生制动操作量；
(c)应用目标换档档位和换档阶段来确定再生制动补偿量；以及
(d)将所述再生制动操作量应用于所述再生制动补偿量，以确定最终的再生制动扭矩。
9.一种混合动力车，包括：
发动机；
电动机，其可操作地连接到所述发动机的输出以便至少在车辆运行期间辅助所述发动机，并且所述电动机能够再生制动；和
再生制动扭矩补偿装置，其包括：
电动机控制单元，其配置成控制电动机的工作扭矩；
制动控制单元，其配置成计算用于控制供应给车轮的制动缸的液压的制动扭矩；以及
混合动力控制单元，其配置成当在再生制动期间检测到换档时计算再生制动量，并确定用于产生再生制动扭矩的再生制动扭矩补偿量。
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