CN104590261A - 控制车辆动力传动系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种控制车辆动力传动系统的系统和方法，该系统和方法包括配置用于基于相应的加速器踏板位置将车速控制在多个目标车速附近的控制器。当车辆不以恒定速度控制程序运转时该控制运转。当车辆以恒定速度控制程序运转时当前目标车速可以用作希望的恒定速度。

Description

控制车辆动力传动系统的系统和方法
技术领域
本发明涉及控制动力传动系统的系统和方法。
背景技术
控制车辆动力传动系统的一种方式是将加速器踏板与车轮扭矩映射，使得踏板的偏移增加导致车轮扭矩的增加。因为包括地形学(例如车辆行驶的道路坡度)的多种因素，所以车轮扭矩与车速并非一直很好地关联。这可能导致车辆行驶得比车辆驾驶员预期的更快或更慢，特别是在丘陵区域。例如，当车辆上陡坡时如果驾驶员保持恒定的加速器踏板位置，那么尽管事实是保持加速器踏板处于恒定位置本来会直观地指示恒定的车速，但是车辆会慢下来。为了克服这方面的扭矩控制，驾驶员必须显著地压下踏板以增加车轮扭矩仅为了保持车速恒定。
类似地，当车辆到达山顶时如果驾驶员保持恒定的加速器踏板位置，那么车辆可能经历迅速的加速；从而随着车辆开始下山，驾驶员必须抬升加速器踏板以保持希望的车速。尽管一些车辆在以恒定车速控制程序(比如巡航控制)运转时可以使用车速控制，但是还是希望有一种基于加速器踏板位置控制车速以在正常车辆运转期间(即巡航控制或其它恒定车速控制程序之外)向车辆驾驶员提供更直观控制的控制车辆中动力传动系统的系统和方法。
发明内容
本发明的至少一些实施例包括控制车辆动力传动系统的方法。该方法包括当车辆不以恒定速度控制程序运转时基于相应的加速器踏板位置将车速控制在多个目标车速附近。该方法的实施例可以还包括当车辆以恒定速度控制程序运转时使用当前目标车速作为希望的恒定速度。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：向车辆驾驶员指示所述当前目标车速和当前车速。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：映射加速器踏板位置与车速，以便于基于所述加速器踏板位置产生相应的目标车速。
根据本发明的一个实施例，其特征在于，至少部分基于预定的响应计划来控制所述车速，以实现所述目标车速中的一个。
根据本发明的一个实施例，车辆驾驶员从多个可用预定的响应计划选择所述预定的响应计划。
根据本发明的一个实施例，控制所述车速包括：控制所述车辆的车轮扭矩，使得当控制所述车速导致车轮扭矩在预定极限之外时将所述车轮扭矩修剪至所述预定极限。
根据本发明的一个实施例，所述预定极限至少部分基于所述加速器踏板位置。
本发明的至少一些实施例包括控制车辆动力传动系统的方法，该方法包括当车辆不以恒定速度控制程序运转时通过基于相应的加速器踏板位置的当前车速和对应的目标车速之间的差异来控制车速。该方法的实施例可以还包括当车辆以恒定速度控制程序运转时使用当前目标车速作为希望的恒定速度。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：向车辆驾驶员指示所述当前目标车速和当前车速。
根据本发明的一个实施例，至少部分基于预定的响应计划来控制所述车速，以实现所述目标车速中的一个。
根据本发明的一个实施例，车辆驾驶员从多个可用预定的响应计划选择所述预定的响应计划。
根据本发明的一个实施例，所述方法还包括：映射加速器踏板位置与车速，以限定车速和加速器踏板位置之间的关系。
根据本发明的一个实施例，控制车速包括：控制车辆的车轮扭矩以实现目标车速，并且还包括当控制车速导致车轮扭矩在预定极限之外时将车轮扭矩修剪至预定极限。
根据本发明的一个实施例，预定极限至少部分基于加速器踏板位置。
本发明的至少一些实施例包括用于控制车辆动力传动系统的控制系统。该控制系统包括控制器，该控制器配置用于当车辆不以恒定速度控制程序运转时基于相应的加速器踏板位置将车速持续地控制在多个目标车速附近以及当车辆以恒定速度控制程序运转时使用当前目标车速作为希望的恒定速度。
根据本发明的一个实施例，至少部分基于预定的响应计划来控制车速以实现目标车速中的一个。
根据本发明的一个实施例，车辆驾驶员可以从多个可用的预定响应计划选择预定的响应计划。
根据本发明的一个实施例，所述控制系统还包括多个指示器，至少一个指示器配置用于向车辆驾驶员指示当前目标车速和当前车速。
根据本发明的一个实施例，控制车速还包括至少部分基于当前车速和目标车速之间的差异控制车辆的车轮扭矩。
根据本发明的一个实施例，控制车轮扭矩包括当控制车速导致车轮扭矩超过预定极限时将车轮扭矩修剪至预定极限。
根据本发明的一个实施例，预定极限至少部分基于加速器踏板位置。
根据本发明的一个实施例，控制器还被配置为：至少部分基于车辆驾驶员可以从多个可用预定响应计划选择的预定响应计划来控制车速以达到目标车速中的一个。
附图说明
图1显示根据本发明实施例的包括具有控制系统的动力传动系统的车辆；
图2显示说明根据本发明实施例的方法的流程图；
图3显示根据本发明实施例的一部分驾驶员显示器；
图4A至图4C显示指示踏板位置、车速和驾驶员需求扭矩相对于时间的图，这些图说明根据本发明实施例的控制系统和方法。
具体实施方式
根据需要，本说明书中公开了本发明的具体实施例；然而，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。
图1是车辆10的示意代表，车辆包括发动机12以及电机14。尽管在该实施例中电机14被称为发电机，但电机14可以作为马达、发电机或这两者运转。可以通过动力传输装置连接发动机12和发电机14，在该实施例中动力传输装置是行星齿轮装置16。当然，其它类型的动力传输装置(包括其它的齿轮组和传动装置)可以用于将发动机12连接至发电机14。行星齿轮装置16包括环形齿轮18、齿轮架20、行星齿轮22以及中心齿轮24。
发电机14还可以输出扭矩至连接至中心齿轮24的轴26。类似地，发动机12可以输出扭矩至曲轴28，可通过被动离合器32将曲轴28连接至轴30。离合器32可以提供防止过扭矩(over-torque)状况的保护。轴30可以连接至行星齿轮装置16的齿轮架20并且环形齿轮18可以连接至轴34，轴34可以通过齿轮组38连接至第一组车辆驱动轮或者主驱动轮36。
车辆10可以包括第二电机40，尽管在该实施例中电机被称为马达，但是该电机还可以作为马达、发电机或这两者运转。马达40可以用于输出扭矩至连接至齿轮组38的轴42。可在本发明实施例中使用的其它车辆可以具有不同的电机设置，比如多于或少于两个电机。如上文所描述的，电机元件的设置(即马达40和发电机14)可以用作马达来输出扭矩，或者作为发电机，输出电力至高压总线44以及至能量储存系统46，该能量储存系统46可以包括电池组48以及电池控制模块(BCM)50。
电池48可以是能输出电力以运转马达40和发电机14的高压电池。BCM 50可以作为电池48的控制器。车辆(比如车辆10)可以使用其它类型的能量储存系统。例如，可以使用电容器之类的装置，该装置类似于高压电池能储存并且输出电能。可替代地，燃料电池之类的装置可以与电池和/或电容器一起使用以提供用于车辆10的电力。
如图1所示，马达40、发电机14、行星齿轮装置16以及一部分第二齿轮组38可以整体上称为传动装置52。尽管在图1中被描述为功率分流(powersplit)装置，但可以利用其它HEV动力传动配置，比如并联式或串联式HEV。为了控制发动机12和传动装置52的部件(例如发电机14和马达40)，可以提供车辆控制模块54(比如动力传动系统控制模块(PCM))。PCM 54可以包括车辆系统控制器(VSC)，VSC通常被显示为控制器56。尽管显示为单个控制器，但VSC 56可以包括可以用于控制多个车辆系统的控制器。PCM 54可以包括嵌入VSC 56的软件和/或独立的硬件，以控制多个车辆系统。
控制器局域网(CAN)58可以允许VSC 56与传动装置52和BCM 50通信。正如电池48包括BCM 50，通过VSC 56控制的其它装置可以具有它们各自的控制器。例如，发动机控制单元(ECU)60可以与VSC 56通信并且可以对发动机12执行控制功能。此外，传动装置52可以包括传动装置控制模块(TCM)62，TCM 62被配置用于协调传动装置52内特定部件(比如发电机14和/或马达40)的控制。一些或者所有这些控制器可以根据本发明组成控制系统。尽管在车辆10是HEV的背景中说明和描述，但应理解也可以在其它类型的车辆(比如传统的内燃发动机驱动的车辆、插电式混合动力电动车辆(PHEV)或者仅通过电动马达驱动的车辆)上实施本发明的实施例。
图1还显示了制动系统64、加速器踏板66和换挡器68的简化示意代表。制动系统64可以包括制动器踏板、位置传感器、压力传感器或者它们的一些组合(未显示)以及至车轮(比如车轮36)影响摩擦制动的机械连接等。制动系统64还可以包括再生制动系统，其中捕获制动能量并且该制动能量被储存为电池48中的电能。类似地，加速器踏板66可以包括将信息(比如加速器踏板位置)通信至VSC56的一个或更多个传感器(传感器类似于制动系统64中的传感器)，该信息进而可被通信至ECU60。换挡器68也可以与VSC 56通信。例如，换挡器可以包括将换挡器位置通信至VSC 56的一个或更多个传感器。车辆10还可以包括将车速通信至控制器56的速度传感器70。
现在转向图2，显示了说明根据本发明实施例的方法的流程图72。流程图72大体上描述了该方法，同时下文更详细地描述了该方法的方面。方法在框74处开始并且前进至步骤76，步骤76中系统读取“踏板位置/目标加速度映射”。上下文使用的“系统”是如上所述的控制系统。特别地，控制器(比如ECU 60)可以执行图2中说明的一些或所有步骤，尽管在其它实施例中其它控制器或控制器组合可以执行这些步骤。踏板位置/目标速度映射是加速器踏板位置相对于车速的映射，这在流程图72中显示为在步骤78处创建。该映射可以通过理论或经验数据创建并且被编程进控制器(比如ECU 60)。映射加速器踏板位置与车速便于在车辆运转期间基于实际的加速器踏板位置产生相应的目标车速。
在步骤80，基于加速器踏板(比如图1中显示的踏板66)的位置确定目标车速。在步骤82处将目标车速与实际速度比较，并且在步骤84处确定满足目标速度所需的车轮扭矩。确定车轮扭矩(如步骤84显示的)的实际实施可以以许多不同方式进行；然而，一种有效方式是对步骤82处确定的目标速度和实际速度之间的差异应用PI(比例积分)控制器。尽管在该实施例中使用PI控制器，但也可以使用其它类型的比例、积分、微分(differential)或其它控制器。一旦在步骤84确定希望的车轮扭矩，则在步骤86处将其与预定车轮扭矩极限比较，并且如果需要，修剪(clip)希望的车轮扭矩以确定该扭矩不高于或低于这些极限。一旦完成，在步骤88处执行车轮扭矩请求。
当车辆未处于巡航控制时可以实施图2中示出并在上文说明的方法。总之，当车辆不以恒定速度控制程序运转时，所述方法基于相应的加速器踏板位置持续地控制车速在多个目标车速附近。这是在正常行驶期间发生的动态程序，并且因此不同于基于单个恒定速度设置点(setpoint)控制车速的系统和方法。如步骤82和84整体上显示的，车速控制基于当前车速和对应的目标车速之间的差异，这些车速基于相应的加速器踏板位置。特别地，一旦确定当前和目标车速之间的差异，则应用需要的车轮扭矩量以实现该目标。
至此，上文说明和描述的本发明的实施例关注于车辆不以恒定速度控制程序(比如巡航控制)运转；然而，本发明的实施例也可以有利地应用至巡航控制或其它恒定速度控制程序。例如，致动加速器踏板(无论是踩加速器踏板(tipping-in)或松加速器踏板(tipping-out))导致基于踏板位置确定目标速度。这显示在图2中的步骤80。恒定速度控制程序之外，如果车辆驾驶员继续保持加速器踏板处于一个位置，那么尽管车速可能基本上恒定，但是目标速度并未假设为恒定车速。相反，如果车辆处于巡航控制，那么本发明的实施例可以使用当前的目标车速作为希望的恒定速度。
下面描述该特征的示例。根据上文说明和描述的本发明的实施例，当致动或释放加速器踏板时计算目标车速。当踩加速器踏板时，控制车辆以向该目标加速。出于说明的目的，假设目标车速为70mph。当车辆向70mph的目标加速时，如果在巡航控制中发起“设置”指令时以50mph行驶，传统的系统将尝试保持车速处于或接近50mph。相反，本发明的实施例将使用目标速度70mph作为希望的恒定速度，并且在通过速度控制系统保持恒定之前车辆继续加速至目标速度。从而，当车辆以恒定速度控制程序运转时，当前的目标车速用作希望的恒定速度(例如巡航控制设置点)。
为了向驾驶员提供关于目标车速的信息，本发明的实施例提供了多个指示器，至少其中一个指示器配置用于指示当前的目标车速和当前车速，即当前的目标车速和当前车速可以显示在相同的指示器上或者它们可以显示在分开的指示器上。这在图3中说明，图3显示了一部分车辆仪表盘90。显示器90包括显示当前车速的速度计92并且还包括都以不同形式显示当前目标车速的指示器94、96。特别地，指示器94显示的当前目标车速是柱状图，而显示器96以数值显示相同参数。这样的指示器对车辆驾驶员是有帮助的，特别是当以恒定速度控制程序(比如巡航控制(见巡航指示器97))运转时。这是因为可以不通过当前车速而是通过与加速器踏板位置关联的当前的目标车速确定恒定速度设置点。直到车辆达到目标车速，指示器(比如指示器94、96)提供了驾驶员知道巡航控制设置点是多少的机制。
转向图4A，图4A显示了图98，图98指示加速器踏板位置随时间的变化。特别地，从时间0到t1，如图98的平坦部分100指示的踏板位置恒定。随后在时间t1处，如上坡(increasingly-sloped)部分102指示的，驾驶员偏移加速器踏板(即存在踩加速器踏板)。一旦驾驶员达到希望的踏板位置，如基本上显示在时间t1和t4之间的平坦部分104指示的再次保持恒定。如下坡(decreasingly-sloped)部分106指示的在时间t4处发生松加速器踏板。随后如平坦部分108指示的驾驶员再次将加速器踏板保持恒定。根据本发明的实施例，图98显示的加速器踏板位置的变化与车辆速度和扭矩的多个变化互相关联，如上文解释的对此进行控制以实现通过加速器踏板位置确定的目标车速。
图4B中显示的图110显示通过实线112指示的目标速度变化以及虚线114指示的实际速度。如图110显示的，目标速度与图4A中图98显示的踏板位置平行。然而，当踩踏板时和松踏板时的实际速度滞后于目标速度。指示器(比如图3中显示的指示器94、96)非常有益的一个原因是：在经由加速器踏板位置的变化设置目标速度的时间和实际车速达到该目标的时间之间的滞后期间，驾驶员得到关于新选择踏板位置和车辆将达到的速度之间关系的精确信息。
如上文描述的，本发明的实施例可以通过控制车轮扭矩来控制车速以确保车辆达到目标车速。这显示在如图4C所示的图116中。实线118说明驾驶员需求扭矩(可以转换为车轮扭矩)随如图4A中图98显示的踏板位置变化而变化。在至少一些实施例中，对分别通过图4B中虚线114和实线112显示的当前车速和目标车速之间的差异应用PI控制器。驾驶员需求的扭矩随着踩加速器踏板和松加速器踏板(见线118的上坡和下坡部分120、122)而变化，但是比踏板位置和车速的变化更平缓。这是PI控制器的作用，并且可以通过修改控制器或者使用不同类型的控制器来修改，从而实现更快或更慢的响应。所以，控制器(比如PI控制器)可以配置用于至少部分基于预定的响应计划来控制车速以实现目标车速。
在本发明的至少一些实施例中，实现目标车速花费的相对时间(即预定的响应计划)被预编程进车辆控制系统并且不能够通过车辆驾驶员选择。相反，在其它实施例中，车辆驾驶员可以从多个可用的预定响应计划来选择预定的响应计划。例如，挡位选择器(比如图1中显示的换挡器68)可以配置用于使驾驶员可以选择不同运转模式。例如，如果挡位选择器68处于行驶挡位置，可以设置控制器(比如上文描述的PI控制器)以认为是适度的或合理的时间量实现目标车速。如果挡位选择器68处于倒挡位置这也是相同的，虽然当车辆处于倒挡时相对于处于行驶挡时可能有不同的速度限制。
车辆驾驶员另一种可能的选择是可能是运动模式，在运动模式中会将挡位选择器68移动至运动挡位置。在该位置，与挡位选择器68处于行驶挡位置的情况相比，控制器配置用于以更短的时间量干脆利落地实现目标车速。另一种可能的选择是燃料经济模式，在该模式中当挡位选择器68处于行驶挡位置时压下(例如)可以位于挡位选择器68上的按钮。在该模式下，控制器可以配置用于以更长的时间量实现目标车速，尽管这样还导致加速器踏板较低的响应感受，但这可以提供燃料经济性的益处。尽管响应计划可以依赖于车辆控制系统来帮助车辆在相对时间量内实现目标车速，但是也可以在控制系统中使用其它因素(比如道路状况和当前车速和目标车速之间的差异幅度)。例如，即使选择了运动模式，如果道路状况是结冰，则车辆控制系统可以控制车速达到新的目标车速。从而，控制器可以部分基于预定的响应计划，而部分基于其它因素来控制车速。
如上文描述的，线118指示的驾驶员需求的扭矩是图4B中图110显示的实际和目标车速的差异的函数；然而，该扭矩还是如图4C中虚线124、126指示的特定车轮扭矩极限的函数。基于多个因素，无论通过致动加速器踏板的驾驶员需求怎样，都可能希望限制车辆经历的车轮扭矩(无论是正还是负)的量。从而，如果驾驶员需求使车轮扭矩在预定极限之外，则将基于驾驶员需求的车轮扭矩修剪至预定的上限或下限。尽管图4C中线126显示的扭矩下限是恒定的，但线124显示的用于车轮扭矩的预定上限随加速器踏板位置的变化而变化。如图4C显示的，这些变化与驾驶员需求扭矩的变化基本上平行，而非遵循图4A显示的加速器踏板位置的更快变化。所以，扭矩上限和下限自身可以是加速器踏板位置的函数。
尽管上文描述了示例性实施例，并非意味着这些实施例说明并描述了本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解不脱离本发明的精神和范围可以作出各种改变。此外，可组合各种执行实施例的特征以形成本发明进一步的实施例。

Claims (10)

1.一种用于控制车辆中动力传动系统的方法，包括：
当所述车辆不以恒定速度控制程序运转时，基于相应的加速器踏板位置将车速控制在多个目标车速附近；以及
当所述车辆以恒定速度控制程序运转时，使用当前目标车速作为希望的恒定速度。
2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：向车辆驾驶员指示所述当前目标车速和当前车速。
3.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：映射加速器踏板位置与车速，以便于基于所述加速器踏板位置产生相应的目标车速。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，至少部分基于预定的响应计划来控制所述车速，以实现所述目标车速中的一个。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，车辆驾驶员从多个可用预定的响应计划选择所述预定的响应计划。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，控制所述车速包括：控制所述车辆的车轮扭矩，使得当控制所述车速导致车轮扭矩在预定极限之外时将所述车轮扭矩修剪至所述预定极限。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定极限至少部分基于所述加速器踏板位置。
8.一种控制车辆动力传动系统的方法，包括：
当所述车辆不以恒定速度控制程序运转时，通过基于相应的加速器踏板位置的当前车速和对应的目标车速之间的差异来控制车速；以及
当所述车辆以恒定速度控制程序运转时，使用当前目标车速作为希望的恒定速度。
9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括：向车辆驾驶员指示所述当前目标车速和当前车速。
10.一种用于控制车辆动力传动系统的控制系统，包括：
控制器，所述控制器被配置为：当所述车辆不以恒定速度控制程序运转时基于相应的加速器踏板位置将车速持续地控制在多个目标车速附近，当所述车辆以恒定速度控制程序运转时使用当前目标车速作为希望的恒定速度。
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