CN104925058A - 具有质量和坡度响应的巡航控制的车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有质量和坡度响应的巡航控制的车辆。车辆控制器基于测量的泵轮和涡轮转速估算涡轮扭矩。随后基于传动比、轮胎尺寸和估算的寄生损失来估算牵引力。控制器基于加速度传感器读数和测量的车速的导数之间的差异估算当前坡度。随后，基于牵引力、加速度和坡度估算当前车重。控制器基于重量和坡度的估算来调节巡航控制系统的目标跟车距离。巡航控制系统调节功率以保持测量的跟车距离等于目标跟车距离。

Description

具有质量和坡度响应的巡航控制的车辆

技术领域

本发明涉及车辆控制领域。更具体地，本发明涉及响应于车辆质量和坡度变化的巡航控制系统。

背景技术

为了减轻驾驶员负担并改善燃料经济性，很多车辆配备有巡航控制特征。当驾驶员启用巡航控制时，控制器主动调节功率水平以保持目标速度。当速度减小到目标速度以下时(比如在上坡时可能发生)，控制器增加功率水平以增加速度。另一方面，当速度增加到目标水平以上时，控制器减小功率水平。当存在其它车辆时，驾驶员偶尔必须干预以确保车辆不会离前面的车太近。如果巡航控制特征自动修改功率水平以保持适当的跟车距离，驾驶员负担将进一步减小并且安全得到改善。跟车距离应该足够大使得如果前车迅速停车驾驶员能在碰撞前车之前停车。

发明内容

车辆包括发动机和配置用于调节发动机功率以保持跟车距离的控制器。可以使用距离传感器(range sensor)确定当前跟车距离。响应于车辆质量的变化而调节跟车距离。还可以响应于当前道路坡度的变化而调节目标跟车距离。可以通过比较来自加速度传感器的读数与测量的车速的导数来计算当前道路坡度。可以基于牵引力、车辆加速度和当前坡度的估算来估算质量。可以基于涡轮扭矩、变速器传动比、主减速比(final drive ratio)和轮胎半径的估算来估算牵引力。可以基于泵轮和涡轮转速的测量来估算涡轮扭矩。可以基于寄生损失(parasitic loss)的估算调节牵引力。

运转车辆的方法包括定期地测量车辆和另一辆车辆之间的距离、调节功率设置以保持该距离等于目标跟车距离以及基于泵轮转速、涡轮转速和车辆加速度之间关系的变化而调节目标跟车距离。可以通过读取加速器传感器、采用速度传感器读数的导数或者这些方法的组合来确定车辆加速度。

根据本发明的一方面，提供一种运转车辆的方法，包含：定期测量车辆和另一辆车辆之间的距离、车辆加速度、泵轮转速和涡轮转速；调节功率设置以保持该距离基本上等于目标跟车距离；以及响应于指示车辆质量或道路坡度的变化的泵轮转速、涡轮转速和车辆加速度之间关系的变化而改变目标跟车距离。

根据本发明的一个实施例，定期测量车辆加速度包含定期读取加速度传感器。

根据本发明的一个实施例，定期测量车辆加速度包含：定期读取速度传感器；以及计算不同时间采用的速度传感器读数之间的差异。

根据本发明的一个实施例，进一步包含定期读取加速度传感器。

附图说明

图1是具有质量和坡度响应的巡航控制系统的车辆的示意代表；

图2是控制发动机功率以响应于质量和坡度而保持目标速度和目标跟车距离两者的方法的流程图；

图3是基于当变矩器打开时泵轮转速和涡轮转速的测量值估算牵引力的方法的流程图；

图4是上坡车辆的自由体受力图(free body diagram)。

具体实施方式

本说明书描述了本发明的实施例。然而，应理解公开的实施例仅为示例，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。本领域内的技术人员应理解，参考任一附图说明和描述的多个特征可以与一个或多个其它附图中说明的特征组合以形成未明确说明或描述的实施例。说明的组合特征提供用于典型应用的代表实施例。然而，与本发明的教导一致的特征的多种组合和变型可以根据需要用于特定应用或实施。

图1示意地说明了具有巡航控制系统的车辆10。通过内燃发动机12提供推进车辆的功率。通过变矩器16将功率传输至变速箱14。变矩器16提供两种可选择的功率流路径。当旁通离合器18接合时可以传输功率。当旁通离合器18打开时，通过泵轮20和涡轮22流体动力(hydro-dynamically)传输功率。涡轮扭矩是泵轮转速和涡轮转速的函数。仅在泵轮旋转得比涡轮快时功率从泵轮传输至涡轮。当泵轮转速与涡轮转速的比率足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的倍数。变速箱14以多个传动比(speed ratio)将功率从变矩器传输至差速器24。车速较低时，变速箱放大涡轮扭矩。车速较高时，变速箱可以使用增加速度并减小扭矩的超速传动比(overdrive ratio)。变矩器16、变速箱14和关联的控制共同形成传动装置26。差速器24进一步通过固定的比率放大扭矩并且将旋转轴线改变90度。差速器24向左轮和右轮28和30传输大约相等的扭矩同时在车辆转弯时适应车轮之间的轻微转速差异。车轮28和30将扭矩转换成相对于道路表面的牵引力。牵引力的量与扭矩成正比而与车轮的半径成反比。尽管图1说明纵置的动力传动系统，还可以横置设置动力传动系统，这种情况下发动机和传动装置的旋转轴线与车轮轴线平行但是偏置。

控制器32发送信号至发动机12以控制产生的功率量。这些信号可以影响例如燃料流、节气门开度和火花正时。控制器32也从发动机12接收信号(比如曲轴转速)。控制器32也发送信号至传动装置26以控制旁通离合器18和变速箱14内的多个离合器以及制动器的接合或释放的状态。可替代地，传动装置26可以是无级传动装置(CVT)，其中变速箱14是变速器(variator)并且来自控制器32的信号控制变速器传动比。控制器32接收来自传动装置26的信号，比如涡轮转速和传动轴转速。控制器32还接收来自加速度传感器34、距离传感器36和驾驶员启用的控制(比如加速器踏板、制动器踏板和传动装置范围传感器(PRNDL))的信号。控制器32可以实施为单个控制器或多个通信的控制器。

当驾驶员启用巡航控制特征时，控制器执行图2中说明的方法。在40处控制器测量车速。例如可以通过测量传动轴的转速并乘以差速器的已知主减速比和已知的车轮半径来测量车速。在42处将启用巡航控制特征时测量的速度设置为目标速度。在一些实施例中，可以提供驾驶员界面特征以调节目标速度。

在44处，基于车速来计算目标跟车距离。例如，目标跟车距离可以与车速成比例、可以是车速的更加复杂的函数或者可以通过查值表确定。在46处，如下文更详细地描述的，估算牵引力。在48处，如下文更详细地描述的，估算当前车辆质量和当前坡度。在50和52处，分别基于当前坡度和当前车辆质量调节目标跟车距离。当车辆下坡时，目标跟车距离可以增加以处理如果突然需要急刹车时重力将减小可实现的减速度的事实。从而，在下坡坡度上目标跟车距离增加。该增加可以与当前坡度成比例或者可以非线性关联。该坡度调节可以取决于当前的车速。类似地，当车辆负荷较重时，减速需要的距离可能增加。从而，当估算的车辆质量高于阈值时可以增加目标跟车距离。该增加可以是非线性的并且可以根据车速和当前坡度而变化。

在54处，使用距离传感器36测量离另一辆前车的距离。当在相同车道上没有车辆时可以使用较大距离作为默认值。在56处，将该测量距离与目标跟车距离比较。如果测量的距离小于目标跟车距离，在58处减小指令的发动机功率水平。在一些实施例中，如果功率水平已经处于怠速(idle)，可以应用制动器。一些实施例中，还可以考虑测量距离的变化速率。如果测量的距离高于目标跟车距离，那么在60处控制器比较测量的速度与目标速度。如果测量的速度小于目标速度，那么在62处控制器指令发动机的功率增加。另一方面，如果测量的速度高于目标速度，在58处控制器可以指令功率减小。一些实施例中还可以考虑测量的速度的变化速率。在任一情况下，在64处采用修改的速度测量值并且该程序重复。

图3说明用于估算牵引力的程序。对于给定的变矩器几何结构，涡轮上的流体动力扭矩主要是泵轮转速和涡轮转速的函数。其它因素具有相对较弱的影响。从而，如在68处确定的，当旁通离合器18分离时，通过在70处测量泵轮转速和涡轮转速并且随后在72处计算涡轮扭矩来估算涡轮扭矩。控制器可以从曲轴转速确定泵轮转速。如果传动系统配备有涡轮转速传感器，可以直接确定涡轮转速。如果传动装置没有涡轮转速传感器，只要变速箱以已知传动比接合时可以从其它转速测量值(比如传动轴转速)确定涡轮转速。控制器可以存储作为泵轮转速和涡轮转速函数的涡轮扭矩的表格并且使用两维表表格查值通过插值(interpolation)来估算涡轮扭矩。然而，由于该关系的非线性特征，将数据列表显示为不同独立变量的函数可以更加精确。例如，控制器可以计算转速的比率以及转速的差异并且基于这两个值执行表格查值。可替代地，可以通过容量因子(capacity factor)和扭矩比率计算涡轮扭矩，其中通过基于传动比的一维查值表来确定容量因子和扭矩比率中的每者。泵轮扭矩等于泵轮转速与容量因子的比率的平方。涡轮扭矩等于泵轮扭矩乘以扭矩比率。

一旦估算了涡轮扭矩，在74处通过乘以当前传动比来计算传动轴扭矩。类似地，在76处通过传动轴扭矩乘以固定的主减速比和固定的轮胎半径来计算牵引力。由于传动装置和传动系的寄生损失，实际的牵引力可能小于该计算值。这些寄生损失中的一些(比如通过打开离合器而产生的阻力)主要取决于多个部件的转速。其它寄生损失(比如齿轮啮合损失)主要取决于扭矩水平。这些寄生损失可以在不同的变速箱传动比之间显著地变化。在78处，使用查值表或其它模型基于传动比、涡轮扭矩和涡轮转速来估算寄生损失。一些模型可以包括用于其它因子(比如温度)的调节。牵引力中的一些用于克服车辆阻力。在80处基于车速估算阻力。最后，在82处，通过减去在78处估算的寄生损失和在80处估算的车辆阻力来调节在76处计算的牵引力，产生贡献用于爬坡以及加速车辆的牵引力。

当旁通离合器18接合时，在84处必须利用一些其它方法来计算涡轮扭矩。例如，控制器可以通过发动机转速、燃料流、空气流和火花正时的函数计算发动机产生的扭矩估算。当旁通离合器18分离时，如上文描述的计算的泵轮扭矩可以与控制器的发动机扭矩估算比较并且发动机扭矩模型可以动态地改进地更加精确。

图4显示车辆10上坡(坡度θ)的自由体受力图。如上文估算的针对车辆阻力F校正的牵引力通过向量90表示。该力用于加速车辆10使其上坡。垂直作用的重力通过向量92表示。重力的量等于车辆质量m乘以重力常数g。重力可以分成两个分量：分量94作用于使车辆减速而分量96作用于将车辆拉向道路。分量94的量等于mg sin(θ)。分量96通过道路反作用为向量98表示的法向力。这些力导致净加速度其中v是速度。向量100表示车辆的惯量，其量为ma。通过方程式控制上坡的移动：

F＝ma+mg sin(θ)＝m(a+g sin(θ))。

加速度计34直接测量a+g sin(θ)。从而，通过校正的牵引力F除以加速度计读数r来计算质量m。数学上，

m＝F/r。

可以通过在数值上对车速v来求微分来确定加速度a。随后，可以使用方程式计算坡度：

sin(θ)＝(r–a)/g。

在没有加速度计34时，其它方法可以使用一段时间内a的一系列测量值和F的估算用于估算质量m和坡度θ。这些方法假设相对于坡度变化而言车辆质量变化非常慢。可替代地，如果可以从其它源(比如GPS数据库)确定坡度，那么可以从上述方程式确定质量。

虽然上文描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了权利要求包含的所有可能的形式。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。如上所述，可以组合多个实施例的特征以形成本发明没有明确描述或说明的进一步的实施例。尽管已经描述了多个实施例就一个或多个期望特性来说提供了优点或相较于其他实施例或现有技术应用更为优选，本领域技术人员应该认识到，取决于具体应用和实施，为了达到期望的整体系统属性可以对一个或多个特征或特性妥协。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易于装配等。因此，描述的实施例在一个或多个特性上相对于其他实施例或现有技术应用不令人满意也未超出本发明的范围，并且这些实施例可以满足特定应用。

Claims (10)

1.一种车辆，包含：

发动机，配置用于产生机械功率以推进所述车辆；以及

控制器，配置用于调节所述功率以保持所述车辆和另一辆车辆之间的距离基本上等于目标跟车距离并且响应于所述车辆的质量的变化而改变所述目标跟车距离。

2.根据权利要求1所述的车辆，其特征在于，所述控制器进一步配置用于响应于当前道路坡度的变化而改变所述目标跟车距离。

3.根据权利要求2所述的车辆，其特征在于，所述控制器进一步配置用于基于加速度传感器读数和车速的导数之间的差异估算所述当前道路坡度。

4.根据权利要求1所述的车辆，进一步包含：

变矩器，具有可驱动地连接至所述发动机的泵轮和涡轮；并且

其中，所述控制器进一步配置用于基于泵轮转速和涡轮转速估算涡轮扭矩。

5.根据权利要求4所述的车辆，进一步包含：

变速箱，配置用于建立从所述涡轮至输出轴的第一功率流路径，所述第一功率流路径在所述涡轮和输出轴之间具有传动比；

传动系，配置用于建立从所述输出轴至至少一个车轮的第二功率流路径，所述第二功率流路径具有主减速比；并且

其中，所述控制器进一步配置用于基于所述涡轮扭矩、所述传动比、所述主减速比和所述车轮半径来估算牵引力。

6.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述控制器进一步配置用于基于所述变速箱和所述传动系中寄生损失的模型来调节所述估算牵引力。

7.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述控制器进一步配置用于基于克服车辆寄生阻力所需的估算力而调节所述估算牵引力。

8.根据权利要求5所述的车辆，其特征在于，所述控制器进一步配置用于通过计算估算牵引力与测量加速度的比率来估算所述质量。

9.一种车辆，包含：

发动机，配置用于产生机械功率以推进所述车辆；

距离传感器，配置用于测量所述车辆和另一辆车辆之间的距离；以及

控制器，配置用于调节所述功率以保持所述距离基本上等于目标跟车距离并且响应于当前道路坡度的变化而改变所述目标跟车距离。

10.根据权利要求9所述的车辆，进一步包含：

加速度传感器；

速度传感器，配置用于测量与车速成比例的速度；并且

其中，所述控制器进一步配置用于基于所述加速度传感器读数和所述车速的导数之间的差异估算所述当前道路坡度。