CN102248936A - 控制车辆的方法及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种在转弯期间控制车辆的系统和方法，其中在探测到转向不足时对车辆内侧车轮施加制动扭矩，并在探测到过度转向时对车辆外侧车轮施加制动扭矩。响应于施加制动扭矩，增加指令给连接至车辆第一车桥的电动马达的电能以补偿施加的制动扭矩。本发明能够增强车辆稳定性和性能。

Description

控制车辆的方法及车辆

技术领域

本发明涉及控制车辆的方法及车辆，更为具体地，涉及增强车辆稳定性和性能的车辆控制系统。

背景技术

本领域技术人员已知对内侧车轮施加制动扭矩来克服转向不足的问题以及对外侧车轮施加制动扭矩来克服过度转向的问题。如此应用制动器导致车辆纵向驱动力的损失。为了克服这种纵向性能的损失，已知增加发动机扭矩以补偿纵向驱动力的损失。然而，内燃发动机在提供要求的扭矩时会有延时，从而对车辆的整体性能有不良影响。内燃发动机的不精确扭矩控制和延时会干扰正常车辆稳定性事件或致使其效率过低。

发明内容

本发明公开了一种在转弯时控制车辆系统和方法，其中当探测到转向不足时对车辆内侧车轮施加制动扭矩并在探测到过度转向时对外侧车轮施加制动扭矩。过度转向为实际横摆率的大小高于所需横摆率的大小超过第一阈值横摆率的情况，转向不足为实际横摆率的大小低于所需横摆率的大小超过第二阈值横摆率的情况。响应于施加制动扭矩以增加指令给连接至车辆第一车桥的电动马达的电能以便补偿所施加的制动扭矩。在一个实施例中，第一车桥为前桥，车辆为前轮驱动车辆，且施加制动扭矩的内侧车轮连接至车辆的第一车桥或第二车桥。在替代实施例中，第一车桥为后桥，车辆为后轮驱动车辆，且施加制动扭矩的内侧车轮连接至后桥。

本发明应用于混合动力电动车辆(HEV)(其也可具有连接至第一车桥的内燃发动机)、电动车辆(EV)、燃料电池车辆(FCV)、或能够以电动马达直接驱动的任何车辆。

基于来自传感器(例如加速计、横摆率传感器、转向角传感器、)的数据以及估算的变量(例如车速)，确定所需横摆率以及所需和实际侧滑角。该方法还包括确定克服过度转向或转向不足情况(如果探测到任一种的话)的横摆控制力矩。横摆控制力矩基于所需值和实际值的误差。确定施加的制动扭矩的大小以提供横摆控制力矩。在施加制动扭矩的车轮在空转的情况下，减少施加至该车轮的制动扭矩并向车辆同侧的其它车轮施加制动扭矩。

根据本发明，提供了一种在转弯时控制车辆的方法，包含：当探测到转向不足时向车辆内侧车轮施加制动扭矩；响应于施加制动扭矩，增加提供给连接至车辆第一车桥的电动马达的电能。

根据本发明实施例，对电动马达增加的电能基本上补偿制动扭矩。

根据本发明实施例，车辆为具有连接至第一车桥的内燃发动机的混合动力电动车辆，内燃发动机提供大部分驱动扭矩，电动马达提供补偿驱动扭矩。

根据本发明实施例，还包含：确定横摆控制力矩以修正转向不足，其中制动扭矩的大小基于确定的横摆控制力矩。

根据本发明实施例，还包含：确定施加制动扭矩的内侧车轮是否空转；减少施加至该内侧车轮的制动扭矩；以及对另一内侧车轮施加制动扭矩。

根据本发明实施例，还包含：当探测到过度转向时，对车辆的外侧车轮施加制动扭矩。

根据本发明实施例，还包含：确定横摆控制力矩以修正过度转向，其中制动扭矩的大小基于确定的横摆控制力矩。

本发明能够增强车辆稳定性和性能。

附图说明

图1显示了混合动力电动车辆(HEV)的示意图。

图2A显示了处于所需转弯路径和过度转向路径及转向不足路径上的HEV。

图2B显示了在过度转向的情况下对HEV前桥增加的扭矩如何影响横摆率。

图2C显示了在转向不足的情况下对HEV后桥增加的扭矩如何影响横摆率。

图3为说明了本发明实施例的流程图。

图4为根据本发明实施例的控制图。

图5、6为比较电动马达和内燃发动机的补偿控制的图表。

具体实施方式

如本领域技术人员已知，参考任一附图所说明并描述的实施例的多个特征可与一个或多个其它附图中所说明的特征相结合来得到未明确说明并描述的替代实施例。所说明的特征的组合为典型应用提供了代表性实施例。然而，对于特定应用或实施方案，可能需要对与本发明教导相一致的特征进行多种组合和修改。本领域技术人员可了解到与本发明相一致的类似应用或实施方案，例如其中以与附图中实施例所示略微不同的顺序设置组件。本领域技术人员可认识到本发明的教导可用在其它应用或实施方案中。

在图1中，示意性显示了混合动力电动车辆(HEV)10的一个实施例，其具有通过短轴与车辆连接的后轮12。前轮14连接至前桥20。差速器及主减速齿轮组22连接至前桥20。车辆动力系统通过变速器24连接至差速器22。变速器24通过离合器28连接至前桥马达28。前桥马达28通过离合器32连接至内燃发动机34。图1中所示装置中的前桥马达28可称为集成起动机发电机(ISG)，因为其可用于旋转发动机34用于起动。并非所有动力系组件均可在HEV10的宽度内首尾相连。在图1所示的实施例中，链条传动30设置在发动机34和前桥马达28之间使得发动机34沿第一轴线旋转而前桥马达28和变速器24沿基本上与第一轴线平行的第二轴线旋转。图1中的配置简单说明了一个HEV配置。有许多不脱离本发明的范围的配置HEV的替代方式。HEV10显示了内燃发动机34连接至前轮的设置。在另一实施例中，发动机34连接至后桥。前桥马达28可运转为马达向相关联的车桥提供扭矩，或者运转为发电机从相关联的车桥吸收扭矩(例如在与车桥相关联的车轮上提供制动力)。

继续参考图1，车轮12和14设置有牵引传感器36，其连接至ECU38。在一个实施例中，牵引传感器36为防抱死制动系统(ABS)的一部分。ABS比较车速与车轮转速。当二者相差超过预定量时，确定车轮在空转。ABS只是一个简单的示例，可使用任何合适的牵引传感器。

取决于其运转模式，电池40连接至前桥马达28以提供电能或吸收电能。电池40也可通过传感器电连接至ECU38以检测电池的荷电状态、电池状况等。在一个实施例中，电池40为高压电池以有助于从电池汲取较大能量或存储在电池中。

在一个实施例中，ECU38连接至横摆率传感器42、连接至方向盘的传感器44、以及多个其它传感器46(例如车速传感器、温度传感器、变速器传感器、压力传感器、及加速度传感器)。在不带有横摆率传感器42的实施例中，可基于来自其它传感器46的信号估算横摆率。

图1中显示了HEV。在替代实施例中，车辆为电动车辆(EV)。在这种实施例中，不包括下列组件：离合器26、链条传动30、离合器32、及发动机34。在一些实施例中，还不包括变速器24。

在图1中，说明了轮距t、轴距L、重心至前桥的距离lf、以及重心至后桥的距离lr。

在图2A中，显示了转弯动作期间的车辆50(HEV或EV)。通过驾驶员对方向盘(未显示)的转向输入使得连接至前桥52的车轮转弯。根据驾驶员旋转方向盘的量，可确定车辆50的所需路径56。图2A中显示了过度转向路径58和转向不足路径60的示例。

为了使车辆沿所需路径56而非过度转向路径58的轨迹运动，可应用连接至外侧前车轮的制动器。尽管这种动作可用于修正转向，车辆的前向运动会有明显降低。为了克服该问题，增加提供给前桥52的扭矩这样车辆10同时提供驾驶员要求的驱动和转向。发动机34、前桥马达28、或二者的组合可用于提供增加的扭矩。然而，来自前桥马达28的扭矩增加比来自发动机的扭矩增加快得多且更为精确。发动机34受到进气歧管充气延时，其会妨碍发动机迅速增加发动机扭矩的能力。由于在车辆稳定性控制和车辆驱动力/牵引力补偿中扭矩调节的迅速和精确十分重要，因此电动马达较为优选。如果扭矩控制要求不精确或迅速满足(这在仅使用基于发动机的技术时较为常见)，会对性能产生不良影响，其会导致车辆失去稳定性并导致客户不满意。为了对确认车辆50处于过度转向路径58上快速作出响应，增加前桥马达28产生的扭矩。在一个示例中，当接收到增加扭矩的指令时，前桥马达28运转为马达，或者完全不运转为马达。在这种情况下，指令前桥马达28提供正向扭矩。在另一示例中，当接收到增加扭矩的指令时，前桥马达正运转为发电机。在这种情况下，指令前桥马达28减少发电。如果要求比减少发电所能实现的更高的扭矩增加，指令前桥马达28从运转为发电机改变为运转为马达。如果要求进一步的扭矩增加，还可增加发动机扭矩以提供所需的扭矩。同时，电动马达作为马达运转或发电以补偿动力系统总输出扭矩和驾驶员需求之间的误差。

如图2C中所示，在确定了转向不足的情况下，应用与内侧后车轮相关联的制动器。这克服了转向不足的问题，但降低了车辆10的纵向驱动力。通过增加由前桥马达28提供的扭矩克服了这种纵向驱动力的降低。由于前桥马达28与发动机34相比响应迅速得多，采用前桥马达28。前桥马达28不仅可快速响应扭矩增加的指令，而且其可对扭矩增加的指令的更新迅速起作用这样提供的实际扭矩可迅速对要求的扭矩的改变起作用。在一些情况下，仅有前桥马达28最大扭矩能力不足，例如在接收到补偿扭矩的指令之前指令前桥马达28向前桥20提供接近其最大扭矩能力极限的扭矩。在这种情况下，可增加前桥马达28和发动机34的扭矩以实现所需扭矩增加。如上所述及图5中所示，发动机34难以快速起作用。当然，当前桥马达28出于其极限时可能无法完全实现扭矩的迅速增加。然而，前桥马达28可快速提升并降低扭矩以至少部分弥补发动机34的缓慢反应。

术语“内侧车轮”和“外侧车轮”在向左转弯时分别指的是左车轮和右车轮，而在向右转弯时分别指的是右车轮和左车轮。

本发明可应用于多种情况。在所有示例中，基于驾驶员和传感器输入确定所需横摆控制力矩M_des。在转向不足时，产生转弯方向的横摆力矩；在过度转向时，产生与转弯方向相反的横摆力矩。

其中T_B为制动扭矩，R_w为车轮半径，t为车辆轮距，δ_i为内侧车轮的转向角，δ_o为外侧车轮的转向角，δ为方向盘的转向角，r_d为差动齿轮传动比。在一些实施例中，例如未提供足够信息以确定各个车轮的转向角，仅已知总体转向角δ。T_PC为补偿由于施加制动而引起的总驱动扭矩损失的动力系统控制扭矩。在此主动控制事件中，其为动力系统组件(发动机和马达)在初始动力系统驱动扭矩T_PP之外所施加的额外扭矩，这样驱动桥处总动力系统扭矩输出为T_P＝T_PC+T_PP。

T_PC由内燃发动机和电动马达的组合提供。或者，在一些实施例中，T_PC＝T_MC，即电动马达提供了所有增加的扭矩。由于电动马达与内燃发动机相比精确性和响应速度较高，电动马达为T_PC的主要贡献者。在要求T_PC的初始阶段，电动马达可能贡献100％，而内燃发动机在整个要求的持续期间提供扭矩；然而，电动马达继续主动调整提供的实际扭矩以匹配所要求的扭矩。

在上文的表格中，针对前轮驱动和后轮驱动车辆示例提供了对制动器所施加的标定横摆控制扭矩和马达与发动机所施加的牵引补偿扭矩的计算。相同的控制计划对后轮驱动前轮制动的组合也适用，尽管并未明确提供用于这种情况的方程。

在图3中，本发明实施例开始于框100并继续至框102。控制流程停留在框102中直至车辆经历转弯。在一个实施例中，导致框102中结果为“是”的转弯高于预定阈值，即出于框102的目的，对直线的较小转向修正不会导致被认为是转弯的程度。如果探测到转弯，控制流程移动至步骤104，在该处基于来自驾驶员的转向角输入和车速确定所需横摆率；并基于车辆传感器确定实际横摆率。计算实际和所需横摆率之间的偏差。在步骤106中，基于所需和实际横摆率，确定车辆转向不足、过度转向还是二者均不是(即遵循所需路径)。如果二者皆不是，则不采取措施且控制流程移动至102以重复该测试。

如果在框106中探测到转向不足，控制流程移动至框108。在框108处，根据一个实施例为内侧前车轮或者根据另一实施例为内侧后车轮计算所需制动扭矩。将这种计算的制动扭矩指令给内侧车轮。计算的制动扭矩为会导致实际横摆率接近所需横摆率但还会导致纵向驱动力减小的扭矩。为了克服降低的纵向驱动力，以弥补由于制动而引起的纵向驱动力的损失的方式增加电动马达提供的扭矩。

如果在框106中探测到过度转向，控制流程移动至框110，其与框108类似，除了制动扭矩施加至外侧车轮。控制流程从框108和110移动至框112，在该处确定连接至电动马达的车轮是否空转。即需要通过电动马达弥补损失的纵向驱动力；然而如果其导致被电动马达驱动的车轮空转则不需要。如果是，控制流程移动至框114，在该处降低电动马达提供的扭矩。如果否，控制流程移动至框116，在该处确定被制动的车轮是否被锁止。如果框116中结果为是，则控制流程移动至框118，在该处降低施加至被制动的车轮的制动扭矩并向同侧的其它车轮施加制动扭矩。即，如果在框108中制动扭矩施加至内侧后车轮，则在框118中降低施加至内侧后车轮的制动扭矩并向内侧前车轮施加制动扭矩。以提供所需横摆率的方式对车辆同侧的其它车轮进行制动。控制流程回到框116以确定被制动的车轮是否被锁止。如果是，则控制流程移动至框118。第二次经过框118时，简单地降低施加至任何锁止车轮的制动扭矩。在这种情况下，可能无法提供所需横摆率，因为没有足够的牵引力这么做。如果在框116中没有车轮被锁止，则控制流程回到框102。可改变图3中所示框的顺序而不脱离本发明的范围。

图4中显示了控制算法。驾驶员输入120(包括加速踏板位置和方向盘角度)提供给框130。在框125中，基于车辆传感器(例如加速度计、速度计(用于确定车速)、横摆率传感器等)计算车辆状态。将至少车速提供给框130。如果可用的话，可将其它信息(例如侧倾率)提供给框130。基于驾驶员和传感器输入，确定所需的车辆动态参数。将指示扭矩要求的踏板位置提供给框160。将框130中所计算的所需横摆率r_des和所需侧滑角β_des与框125中基于传感器数据所计算的实际横摆率r_act和实际侧滑角β_act相比较。横摆率的误差和侧滑角的误差提供给框140用于横摆率控制。如果横摆率没有误差，车辆则沿着车辆驾驶员所要求的轨迹运动。然而，在转向不足或过度转向的情况下，横摆率误差不为零。基于误差，在框140中确定所需横摆率控制力矩M_des。

继续参考图4，在框130中基于踏板位置确定驾驶员要求的扭矩T_drv。将驾驶员要求的扭矩提供给框160。在一些情况下，提供T_drv不可能或者不可取，例如如果牵引力状况指示车轮接近空转极限或内燃发动机停止的情况(例如仅电动马达提供用于驱动且电动马达以其极限或接近其极限运转)，在这种情况下，仅很少或没有额外扭矩可用于补偿施加至车轮的制动扭矩。在来自电动马达的可用扭矩足以补偿制动扭矩且没有车轮空转或稳定性问题的情况下，驾驶员要求的扭矩经过框160传递至框145和车辆系统控制器。在框145中，基于所需横摆率力矩和所需的扭矩，确定所需制动扭矩T_{B_des}并指令给制动控制器150。由于道路表面、车辆、和制动器特性的不确定性，实际制动扭矩T_B与所指令的有所不同。在框160中，确定用于补偿由于制动而引起的驱动力下降的扭矩为指令给电动马达的扭矩T_MC和指令给发动机的扭矩T_{eng_comp}。指令给电动马达的总扭矩T_M(框170的输出)具有两个部分：基于驾驶员要求扭矩T_req指定由电动马达提供的扭矩部分、以及由电动马达提供的补偿扭矩的一部分T_MC。类似地，指令给发动机的总扭矩T_ENG(框165的输出)具有两个部分：基于驾驶员要求扭矩T_req指定由发动机提供的扭矩部分、以及补偿扭矩T_ENG，C。框170还提供了马达控制扭矩T_MC以及实际制动扭矩T_B的前馈信号。在框180中将马达扭矩T_M、发动机扭矩T_ENG、和制动扭矩T_B指令给车辆。

图4中的实施例适用于HEV(即由电动马达和内燃发动机提供驱动力的车辆)。在任何全电动车辆中，电动马达提供所有的驱动扭矩。因此，在图4中可能没有框165或计算与内燃发动机相关的量。此外，在这种仅电动应用中框160可与框170相组合。

图5中的示例显示了施加用于所需横摆率的制动扭矩。制动扭矩为负值，但显示为正值(即制动扭矩的绝对值)。如果使用内燃发动机提供补充扭矩，其会延迟。因此，其未能导致在初始阶段弥补制动扭矩，且随后会弥补过多及过度修正。在最后阶段，当不再需要弥补扭矩时，发动机在下降至零时有延迟。电动马达可非常迅速地调节以提供弥补扭矩这样电动马达弥补扭矩十分紧密地沿着图5中制动扭矩的轨迹。在图6中，以虚线绘制了制动扭矩(负)和发动机弥补扭矩之和。如果控制得很好，曲线将处于零线上。否则便存在正负偏差。制动扭矩和电动马达弥补扭矩之和(双点线)十分接近零，指示与内燃发动机相比控制得很好。用于补偿由于应用制动而引起的驱动力损失的马达扭矩增加了对横摆率控制回路的干扰。主动横摆率控制回路通过制动扭矩控制弥补了这种干扰。电动马达扭矩控制处于内部次控制回路中，其敏捷性和精确性为关键控制因素。否则，马达扭矩补偿控制和主动横摆率控制可能彼此冲突并可能导致不稳定状态。再参考图4，所公开的内容包括双回路控制结构，带有外部主回路(即主动横摆控制)和内部次回路(即电动马达扭矩补偿控制回路)。

尽管已经详细描述了最佳模式，本领域技术人员将认识到本发明权利要求范围内的多种替代设计和实施例。已经描述了一个或多个实施例在一个或多个所需特性方面相对于其它实施例和/或背景技术具有优势或更为优选，本领域技术人员将认识到在多个特征中可有所折衷以取决于具体应用或实施方案实现所需的系统特性。这些特性包括但不限于：成本、强度、耐久度、寿命成本、市场性、外观、封装、尺寸、适用性、重量、制造性、组装便利性等。例如，可能需要具有更多组的传感器以提供对车辆移动的准确确定。这种装置在精确性的最佳数目可能与成本方面的最佳数目不相符。取决于应用，可选择合适的折中方案。描述为相对于其它实施例在一个或多个特性上没有那么需要的实施例并未超出本发明所要求保护的范围。

Claims (11)

1.一种在转弯期间控制车辆的方法，包含：

当探测到过度转向时对所述车辆的外侧车轮施加制动扭矩；

响应于施加所述制动扭矩增加提供给连接至所述车辆的第一车桥的电动马达的电能。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车辆为具有连接至所述第一车桥的电动马达的前轮驱动车辆，且施加所述制动扭矩的所述外侧车轮连接至所述车辆的所述第一车桥和第二车桥中的一个。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述车桥为具有连接至所述第一车桥的电动马达的后轮驱动车辆，所述第一车桥为后桥，且施加所述制动扭矩的所述外侧车轮连接至所述后桥。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，提供给所述电动马达的所述电能基本上补偿所述制动扭矩。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包含：

确定横摆控制力矩以修正过度转向，其中所述制动扭矩的大小基于所述确定的横摆控制力矩；

确定施加所述制动扭矩的所述外侧车轮是否空转；

减少提供给所述外侧车轮的制动扭矩；以及

对另一外侧车轮施加制动扭矩。

6.一种车辆，包含：

第一车桥；

连接至所述第一车桥的电动马达；以及

电连接至所述电动马达、制动器、以及车辆传感器的电子控制单元，其中，所述电子控制单元：

确定转弯期间车辆轨道是否沿着驾驶员要求的轨道；

当探测到转向不足时，指令向所述车辆的内侧后车轮施加制动扭矩；以及

响应于施加所述制动扭矩指令所述电动马达增加提供给连接至所述车辆的所述第一车桥的所述电动马达的扭矩，并至少部分补偿由于所述制动扭矩而引起的前向驱动力的减少。

7.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，当探测到过度转向时，所述电子控制单元指令向所述车辆的外侧后车轮施加制动扭矩。

8.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，所述车辆传感器至少包含连接至方向盘的方向盘转角传感器、以及横摆传感器和加速传感器中的至少一个、以及转向角传感器。

9.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，还包含：

连接至所述第一车桥的内燃发动机。

10.根据权利要求9所述的车辆，其特征在于，大部分车辆驱动扭矩由所述内燃发动机提供，所述电动马达提供补偿扭矩，且确定所述补偿扭矩的大小以提供驾驶员要求的扭矩、车轮空转扭矩、以及车辆稳定性控制扭矩中的较小者。

11.根据权利要求6所述的车辆，其特征在于，当探测到转向不足时，所述电子控制单元指令向所述车辆的内侧前车轮施加制动扭矩。

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