CN104428182B - 动力传动系控制系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆用动力传动系控制系统(1)。动力传动系控制系统(1)包括用于基于一个或更多个车辆工作参数产生扭矩控制信号(57)的扭矩极限计算器(47)。扭矩请求模块(43)设置成用于产生扭矩请求信号(45)，而扭矩控制模块(7)控制通过动力传动系施加的扭矩。扭矩控制模块(7)配置成用以接收来自扭矩请求模块(43)的扭矩请求信号(45)和来自扭矩极限计算器(47)的扭矩控制信号(57)并根据扭矩请求信号(45)和扭矩控制信号(57)来控制通过动力传动系施加的扭矩。本发明还涉及一种控制系统和一种操作动力传动系控制系统的方法。

Description

动力传动系控制系统和方法
技术领域
本发明涉及一种动力传动系控制系统和方法。动力传动系控制系统可以例如实施于机动车辆中。本发明的各方面涉及一种控制系统和一种操作动力传动系的方法。
背景技术
意外施加的扭矩(或者正的或者负的，即，导致车辆加速或减速的扭矩)可能潜在地影响机动车辆的稳定性。这与结合有电驱动马达(或电机)的车辆特别地相关，相比于内燃发动机，电驱动马达(或电机)能够实现所施加扭矩的更大的变化率(例如，由于电场的施加速度和更低的转动惯量)。因此，当施加正(驱动)扭矩和负(制动)扭矩两者时，对电驱动马达的控制极为重要。
本发明旨在提供一种经改进的动力传动系控制系统和控制动力传动系统的方法。
发明内容
本发明的各方面涉及一种动力传动系控制系统、一种控制系统以及一种控制动力传动系的方法。
在另一方面中，本发明涉及一种用于车辆的动力传动系控制系统，该动力传动系控制系统包括：
扭矩极限计算器装置，该扭矩极限计算器装置用于基于一个或多个车辆工作参数来产生扭矩控制信号；
扭矩请求模块，该扭矩请求模块用于产生扭矩请求信号；以及
扭矩控制模块，该扭矩控制模块用于控制通过动力传动系施加的扭矩，扭矩控制模块配置成用以接收来自扭矩请求模块的扭矩请求信号和来自扭矩极限计算器装置的扭矩控制信号，以及配置成用以根据扭矩请求信号和扭矩控制信号来控制通过动力传动系施加的扭矩。扭矩控制模块能够在对通过动力传动系施加的扭矩实施变化之前基于扭矩控制信号执行额外的检查。例如，扭矩控制模块能够基于扭矩控制信号检查扭矩请求信号的有效性。扭矩控制信号被用作为用于扭矩控制模块的“前馈”信号。扭矩控制模块能够配置成用以阻止或防止例如通过与一个或多个阈值进行比较所确定的将影响车辆稳定性的扭矩的施加。
通过将扭矩控制模块配置成用以接收来自扭矩请求模块的扭矩请求信号和来自扭矩极限计算器装置的扭矩控制信号，能够潜在地提高动力传动系控制系统的完整性评级。如果扭矩控制模块与扭矩请求模块相比具有较高的完整性评级，则至少在某些实施方式中，动力传动系控制系统作为整体能够符合扭矩控制模块的较高的完整性评级。特别地，经改进的动力传动系控制系统的安全等级能借助于从与扭矩请求模块分开的独立控制器(即，扭矩极限计算器装置)提供至扭矩控制模块的扭矩控制信号而得到提高。以此方式，能够减少扭矩请求模块的可能在无意中导致发出如下扭矩请求信号的故障：该扭矩请求信号在被采用的情况下将损害车辆的稳定性。这是因为扭矩控制模块单独地接收来自扭矩极限计算器的扭矩控制信号，而这可以被相应地用来使扭矩请求信号生效或撤销扭矩请求信号。
扭矩极限计算器装置可以设置在另一个模块中。扭矩请求模块可以接收来自扭矩极限计算器装置的扭矩控制信号，扭矩请求模块配置成用以根据扭矩控制信号来调节扭矩请求信号。
扭矩控制信号可配置成用以阻止或限制所施加扭矩。扭矩控制信号能够控制所施加的最大扭矩(或者正的或者负的)。替代性地，扭矩控制信号可配置成用以控制所施加的扭矩的变化率(或者正的或者负的)。例如，扭矩控制信号能够限制所施加的扭矩的增加或减小的变化率。扭矩控制信号可配置成用以既限制所施加的扭矩又限制所施加的扭矩的变化率。扭矩控制模块能够是可操作的，用以基于所述扭矩控制信号来控制所施加的扭矩。
扭矩极限计算器可以设置在防抱死制动系统(ABS)模块中。扭矩极限计算器能够使用下述工作参数中的一者或多者：车轮速度、横向加速度、转向角和横摆。扭矩极限计算器能够联接至适当的传感器以确定所述工作参数。
扭矩请求模块可配置成用以基于驾驶员扭矩需求信号和/或巡航控制扭矩需求信号来产生扭矩请求信号。
扭矩控制模块可配置成用以控制至少一个电驱动马达和/或内燃发动机。扭矩控制模块可以是用于控制电驱动马达的工作的转换装置。扭矩控制模块可配置成用以对通过至少一个电驱动马达进行的正扭矩和/或负扭矩的施加进行控制。替代性地或另外地，扭矩控制模块可配置成用以对通过内燃发动机进行的正扭矩的施加进行控制。
扭矩控制模块与扭矩请求模块相比能够具有较高的完整性评级(例如，汽车安全完整性等级ASIL)。例如，扭矩请求模块可以是符合ASIL B的，而扭矩控制模块可以是符合ASIL C的。扭矩极限计算器应当具有不低于扭矩控制模块的完整性评级的完整性评级。例如，扭矩极限计算器也可以是符合ASIL C的。以此方式，即使扭矩请求模块仅需要是符合ASIL B的，动力控制系统作为整体也可以是符合ASIL C的。这是因为扭矩控制模块独立于从扭矩请求模块接收的扭矩请求信号而接收来自扭矩极限计算器的扭矩控制信号。
在另一个方面中，本发明涉及一种控制系统，其包括：
第一模块和第二模块，第一模块和第二模块配置成用以向控制器输出相应的第一信号和第二信号；
其中，第一模块、第二模块和控制器各自具有相应的完整性评级，控制器与第二控制模块相比具有较高的完整性评级。
第一模块可配置成用以将第一信号输出至第二模块和控制器。第二模块能够使用第一信号来产生第二信号。因此，第二信号可以是至少部分地基于第一信号的。第一模块可具有与控制器的完整性评级相同或比控制器的完整性评级更高的完整性评级。
第一模块可以是用于基于一个或多个车辆工作参数来产生扭矩控制信号的扭矩极限计算器。第二模块可以是用于产生扭矩请求信号的扭矩请求模块。控制器可以是用于控制至少一个电驱动马达的工作的扭矩控制模块。控制器例如可以是转换装置。
在另一个方面中，本发明涉及一种操作动力传动系统的方法，该动力传动系统包括动力传动系和控制器，该方法包括：
基于一个或多个车辆工作参数来产生扭矩控制信号并将扭矩控制信号输出至控制器；
产生扭矩请求信号并将扭矩请求信号输出至控制器；以及
操作控制器以基于扭矩控制信号和扭矩请求信号来控制通过动力传动系施加的扭矩。
该方法能够使具有较高的完整性评级的控制器能够被用来控制通过动力传动系施加的扭矩。该方法能够在如下系统中实施：在该系统中，控制器与用于产生扭矩请求信号的处理器相比具有较高的完整性评级。
扭矩控制信号能够限定所施加的扭矩的极限(即，所施加的最大扭矩)。替代性地或另外地，扭矩控制信号能够限定所施加的扭矩的变化率的极限。控制器可配置成用以控制至少一个电驱动马达的工作。控制器可以是转换装置。扭矩请求信号可以是以驾驶员扭矩需求信号和/或巡航控制扭矩需求信号为基础的。
本文中所描述的方法可以是通过机器实施的。所述方法可以在包括一个或多个处理器例如电子微处理器的计算装置上实施。处理器可以配置成用以执行存储在存储器或存储装置中的计算指令。文中所描述的装置可以包括配置成用以执行计算指令的一个或多个处理器。
在另一个方面中，本发明涉及一种计算机系统，其包括：可编程电路；和编码于至少一个计算机可读介质上以对可编程电路进行编程从而实现文中所描述的方法的软件。
根据又一方面，本发明涉及在其上具有计算机可读指令的一个或多个计算机可读介质，其中，这些计算机可读指令在通过计算机执行时使计算机执行文中所描述的方法的所有步骤。
在又一方面中，本发明涉及一种车辆用动力传动系控制系统，该动力传动系控制系统包括：
扭矩极限计算器装置，扭矩极限计算器装置用于基于一个或多个车辆工作参数来产生扭矩控制信号；
扭矩请求模块，扭矩请求模块用于产生扭矩请求信号；以及
扭矩控制模块，扭矩控制模块用于控制通过动力传动系所施加的扭矩，扭矩控制模块配置成用以接收来自扭矩请求模块的扭矩请求信号和来自扭矩极限计算器的扭矩控制信号。
在本申请的范围内，明确趋于：可以独立地或以任意组合的方式采用在前述段落中、在权利要求中和/或在以下描述和附图中所阐述的各个方面、实施方式、示例和替代方案、以及特别是其各个特征。例如，参照一个实施方式描述的特征可适用于所有实施方式，除非这样的特征是不相容的。
附图说明
现将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施方式，在附图中：
图1示出了根据本发明的实施方式的动力传动系控制系统的示意性概况图；以及
图2为图1中所示的动力传动系控制系统的替代性的示意性概况图。
具体实施方式
图1中示出根据本发明的实施方式的动力传动系控制系统1。动力传动系控制系统1配置成用以对具有四个从动轮(未示出)的混合动力机动车辆(未示出)的内燃发动机E和电驱动马达M进行控制。本发明还可以用于具有两个从动轮的车辆。
动力传动系控制系统1包括动力传动系控制模块(PCM)3、防抱死制动系统(ABS)模块5和转换装置7。动力传动系控制模块3向内燃发动机E输出发动机控制信号。动力传动系控制模块3还向转换装置7输出马达控制信号以控制电驱动马达M。
在本实施方式中，电驱动马达M联接至车辆的变速器，但是也可以实施其他构型，例如，在车辆的从动轮的轮毂中设置电驱动马达。电驱动马达M可以选择性地以驱动模式工作以向车辆传动系统施加正扭矩从而推动车辆；以及以再生模式工作以向车辆传动系统施加负(制动)扭矩从而制动车辆。电驱动马达能够以高变化率施加扭矩(正的和负的两者)，而这可能潜在地影响车辆稳定性。
动力传动系控制模块3包括处理器，该处理器用于响应于驾驶员扭矩需求信号11(响应于车辆的驾驶员对加速器踏板13的致动而产生的)或者巡航控制扭矩需求信号15(由巡航控制模块17产生的)而产生发动机控制信号和马达控制信号。将要理解的是，其他马达控制信号例如电力需求请求等也可被接收。由处理器输出的发动机控制信号包括节气门位置信号19、燃料喷射信号21和点火控制信号23。将要理解的是，可以由处理器输出其他发动机控制信号以例如控制气门升程。现将参照图1描述由处理器执行的用以产生发动机控制信号的步骤。
将驾驶员踏板前进映射25应用于驾驶员扭矩需求信号11以产生踏板扭矩需求信号27。比较器29对踏板扭矩需求信号27与巡航控制扭矩需求信号15进行比较并且基于代表较高扭矩需求的信号来产生未经滤波的扭矩需求信号31。将驾驶员基准滤波器33应用于未经滤波的扭矩需求信号31以产生经滤波的扭矩需求信号34，经滤波的扭矩需求信号34被输出至第一扭矩上升率限制器模块35。如文中更详细地描述的，第一扭矩上升率限制器模块35与防抱死制动系统(ABS)模块5通信并输出经限制的扭矩需求信号37。
扭矩仲裁模块39确定最大扭矩水平和最小扭矩水平并向车辆监管控制(VSC)模块41输出基准信号40。VSC模块41确定发动机E与电驱动马达M之间的扭矩分配。VSC模块41向扭矩/致动器转换模块43输出最终的发动机扭矩需求信号42。扭矩/致动器转换模块43将最终的发动机扭矩需求信号42转换为节气门位置信号19、燃料喷射信号21和点火控制信号23以控制发动机E。VSC模块41还向转换装置7输出马达扭矩请求信号45以控制电驱动马达M。
ABS模块5与用于测量与车辆在路面上的运动相关联的车辆工作参数的多个传感器相联接。传感器各自向设置在ABS模块5中的扭矩上升率计算模块47输出测量信号。传感器可以例如包括四个车轮速度传感器49(每个车轮一个车轮速度传感器49)、横向加速度传感器51、转向角传感器53和横摆传感器55。
扭矩上升率计算模块47监测来自速度传感器49、横向加速度传感器51、转向角传感器53和横摆传感器55的信号以判定是否有可能在车辆的一个或多个从动轮处发生车轮打滑。扭矩上升率计算模块47还可以任选地接收诸如车辆重量转移(例如由于陡坡所引起的)、重型车辆负载、以及环境状态(例如当下温度和/或结冰的可能性)之类的参数。
扭矩上升率计算模块47存储与这些工作参数中的每一个工作参数相关联的预定的阈值，这些阈值表示这样的最小可接受水平：在所述最小可接受水平之前可能发生车轮打滑。当测得的参数超过相应阈值中的一个或多个阈值时，底盘扭矩上升率控制信号57被输出至第一扭矩上升率限制器模块35以控制经由发动机和传动系统(未示出)施加至车轮的扭矩。扭矩上升率计算模块47能够独立地或以预定的组合的方式监测工作参数。例如，扭矩上升率计算模块47能够在工作参数中的任一工作参数超过最大阈值时、和/或在两个或更多个参数的组合超过较小的阈值(例如中间转向角、中间横摆和高速度)时工作以控制所施加的扭矩。
正的动力传动系扭矩或负的动力传动系扭矩的增加率(文中称为扭矩上升率)能够被限制以防止车轮打滑。这可以通过对发动机的输入进行节流、和/或通过控制电驱动马达的工作来实现。扭矩上升率限制器模块35在被致动时能够将扭矩率极限状态信号59返回至ABS模块5中的动态稳定性控制(DSC)模块61以提供驾驶员通知，例如在仪表板上显示信息或亮灯。
底盘扭矩上升率控制信号57还被从ABS模块5直接输出至转换装置7。转换装置7包括第二扭矩上升率限制器模块60，第二扭矩上升率限制器模块60使用底盘扭矩上升率控制信号57来测试马达扭矩请求信号45的有效性。如果基于底盘扭矩上升率控制信号57，满足扭矩请求(即，施加与扭矩请求等同的扭矩)将影响车辆的稳定性，则马达扭矩请求信号45被认为是无效的。在第二扭矩上升率限制器模块60判定扭矩请求信号45无效的情况下，转换装置7能够控制或阻止由电驱动马达施加的扭矩的增加。转换装置7能够因此撤销扭矩请求信号45。由于能够通过使用相比于动力传动系控制模块3具有较高的完整性评级的转换装置7来提高控制系统1的完整性评级，因此这种控制设置是特别有利的。
控制系统1和控制模块3、5、7的完整性评级可以例如使用由ISO 26262限定的汽车安全完整性等级(ASIL)标准来限定。本实施方式中的ABS模块5和转换装置7均能够满足ASIL的“C”级的完整性要求，并且动力传动系控制模块3能够满足ASIL的“B”级的完整性要求。根据本发明的动力传动系控制系统1能够满足与消减来自具有高上升率的动力传动系控制模块3的意外的扭矩请求相关的ASIL的“C”级的安全要求。至少在某些实施方式中，这可在动力传动系控制模块3仅能满足ASIL的“B”完整性要求时实现。
在使用中，ABS模块5接收来自速度传感器49、横向加速度传感器51、转向角传感器53以及横摆传感器55的数据信号。扭矩上升率计算模块47将这些数据信号与相应阈值进行比较以确定传递至从动轮的何种水平的扭矩上升率可能使车辆不稳定。扭矩上升率计算模块47向第一扭矩上升率限制器模块35输出底盘扭矩上升率控制信号57。该底盘扭矩上升率控制信号57根据道路/转弯状态而改变。经限制的扭矩需求信号37、以及因此最终的发动机扭矩需求信号42和马达扭矩请求信号45响应于底盘扭矩上升率控制信号57而被修改。扭矩/致动器转换模块43基于最终发动机扭矩需求信号42控制内燃发动机E的工作。转换装置7基于马达扭矩请求信号45控制电驱动马达M的工作。VSC模块41能够控制通过内燃发动机和/或电驱动马达进行的扭矩施加。例如，VSC模块41能够推迟施加扭矩变化；修改所施加扭矩的变化率；或修改所施加扭矩的大小。
底盘扭矩上升率控制信号57被从ABS模块5直接发送至设置在转换装置7中的第二扭矩上升率限制器60。第二扭矩上升率限制器60使用底盘扭矩上升率控制信号57来检查扭矩请求信号45的有效性以识别动力传动系控制模块3中的潜在故障。如果第二扭矩上升率限制器60根据底盘扭矩上升率控制信号57判定扭矩请求信号45是无效的(即，满足扭矩请求将影响车辆的稳定性)，则转换装置7能够控制或阻止通过电驱动马达、以及任选地还通过内燃发动机而进行的扭矩施加。转换装置7可以配置成用以接收其他控制信号，例如驾驶员扭矩需求信号11。
再进一步细化，车辆还可以设置有纵向加速度传感器，纵向加速度传感器能够向控制器提供关于道路沥青的额外信息并提供车辆加速度和速度的另一个测量来源。还可以设置车辆侧倾率传感器。来自纵向加速度传感器和/或侧倾率传感器的输出可被提供至扭矩上升率计算模块47并且可以用于以与上述方式类似的方式启动限制动力传动系扭矩增加率的步骤。
图2示出了动力传动系控制系统的替代性实施方式。系统1a包括扭矩请求控制器3a、扭矩极限控制器5a、扭矩致动控制器7a和扭矩致动器70。图2的扭矩请求控制器3a与图1的动力传动系控制模块3在功能上的类似之处在于，扭矩请求控制器3a能够响应于驾驶员扭矩请求例如加速器踏板位置、或者系统扭矩请求例如由巡航控制模块产生的请求而工作以产生扭矩请求信号45a。扭矩请求信号45a被输出至扭矩致动控制器7a，扭矩致动控制器7a能够响应于扭矩请求信号45a而工作以指令从扭矩致动器传送扭矩。扭矩极限控制器5a与图1的扭矩极限计算器5在功能上的类似之处在于，扭矩极限控制器5a能够根据动态车辆特性而工作以产生扭矩极限信号57a。特别地，动态车辆特性可以是基于横摆传感器、方向盘角度传感器、车轮速度传感器和横向加速度计的输出中的一个或多个输出来确定的。通过将感测到的参数中的一个或多个参数与对应的阈值进行比较，扭矩极限控制器能够工作以产生扭矩极限信号57，扭矩极限信号57指示车辆在任一时间相对于该车辆正行驶于其上的路面的附着极限。扭矩致动控制器7a接收扭矩极限信号57a并能够根据扭矩极限信号57a而工作以使扭矩请求信号45a生效，扭矩致动控制器7a可以例如是电动车辆或混合动力车辆的转换装置。如果扭矩请求信号45a生效，则扭矩致动控制器7a能够指令通过扭矩致动器70传送所请求的扭矩量，扭矩致动器70可以是电动马达。替代性地，如果扭矩致动控制器基于扭矩极限信号判定所请求的扭矩将使车辆不稳定，则扭矩致动控制器能够根据扭矩极限信号而工作以限制所指令的从扭矩致动器传送的扭矩。以此方式，防止车辆超过与该车辆正行驶于其上的路面附着极限，使得车辆稳定性不受损害。这甚至在扭矩请求控制器发生如下故障的情况下亦是如此：该故障导致发出错误的扭矩请求信号，该错误的扭矩请求信号在通过扭矩致动控制器起作用的情况下会使车辆不稳定。
申请人于2010年12月2日提交的较早的申请UK专利申请No.1020440.2的全部内容和任何相关申请通过参引的方式明确并入本文中。
已参照配置成产生发动机扭矩请求信号和马达扭矩请求信号的动力传动系控制模块1来描述了本发明。本发明不限于这一方面而是可以在如下控制系统中实施：在所述控制系统中，其他系统模块(例如，车辆监管模块)产生扭矩请求信号。
将要理解的是，能够在不背离本发明的范围的情况下对文中描述的实施方式进行各种改变和修改。

Claims (16)

1.一种用于车辆的控制系统，包括：
扭矩极限计算器装置，所述扭矩极限计算器装置用于基于一个或多个车辆工作参数来确定扭矩极限以及基于所确定的扭矩极限来产生用于执行前馈控制的扭矩控制信号；
扭矩请求模块，所述扭矩请求模块用于产生扭矩请求信号；以及
扭矩控制模块，所述扭矩控制模块用于对通过动力传动系施加的扭矩进行控制，所述扭矩控制模块配置成：
用以接收来自所述扭矩请求模块的所述扭矩请求信号和来自所述扭矩极限计算器装置的所述扭矩控制信号，以及
用以在对通过所述动力传动系施加的所述扭矩进行控制之前基于所述扭矩控制信号来判定所述扭矩请求信号是否应当生效。
2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，所述扭矩极限计算器装置设置在与所述扭矩请求模块和所述扭矩控制模块分开设置的另一个模块中。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，其中，所述扭矩请求模块接收来自所述扭矩极限计算器装置的所述扭矩控制信号，所述扭矩请求模块配置成用以根据所述扭矩控制信号来调节所述扭矩请求信号。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，其中，所述扭矩控制信号配置成用以限制所施加的扭矩的变化率、以及/或者限制所施加的扭矩。
5.根据权利要求4所述的控制系统，其中，所述扭矩控制模块能够操作用以基于所述扭矩控制信号来限制所施加的扭矩的所述变化率、以及/或者限制所施加的扭矩。
6.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，其中，所述扭矩极限计算器装置设置在防抱死制动系统模块中。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，其中，所述扭矩请求模块配置成用以基于驾驶员扭矩需求信号和/或巡航控制扭矩需求信号来产生所述扭矩请求信号。
8.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，其中，所述扭矩控制模块配置成用以控制至少一个电驱动马达和/或内燃发动机。
9.根据权利要求8所述的控制系统，其中，所述扭矩控制模块是用于控制所述至少一个电驱动马达的转换装置。
10.根据权利要求1或权利要求2所述的控制系统，其中，所述扭矩控制模块与所述扭矩请求模块相比具有较高的完整性评级。
11.根据引用权利要求2的权利要求10所述的控制系统，其中，所述另一个模块具有等于或高于所述扭矩控制模块的完整性评级的完整性评级。
12.一种具有根据任一前述权利要求所述的系统的机动车辆。
13.一种操作动力传动系统的方法，所述动力传动系统包括动力传动系和控制器，所述方法包括：
基于确定的扭矩极限来产生用于执行前馈控制的扭矩控制信号并将所述扭矩控制信号输出至所述控制器，所述确定的扭矩极限基于一个或多个车辆工作参数；
基于确定的扭矩请求来产生扭矩请求信号并将所述扭矩请求信号输出至所述控制器；
基于所述扭矩控制信号来判定所述扭矩请求信号是否应当生效；以及
随后操作所述控制器以对通过所述动力传动系施加的扭矩进行控制。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述扭矩控制信号限定所施加的扭矩的变化率的极限、以及/或者所施加的扭矩的极限。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中，所述控制器配置成用以控制至少一个电驱动马达的工作。
16.根据权利要求13或权利要求14所述的方法，其中，所述扭矩请求信号基于驾驶员扭矩需求信号和/或巡航控制扭矩需求信号。
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