CN105620464A - 用于优化自适应巡航控制中再生制动的系统和方法 - Google Patents

用于优化自适应巡航控制中再生制动的系统和方法 Download PDF

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大卫·保罗·图尔纳
戴尔·斯科特·克劳姆贝兹
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Abstract

公开了一种用于优化自适应巡航控制中再生制动的系统和方法。一种车辆包括：牵引车轮；电机，被构造为向牵引车轮提供再生制动扭矩；车轮制动器，被构造为向牵引车轮提供摩擦制动扭矩；以及至少一个动力源，被构造为向牵引车轮提供驱动扭矩。所述车辆还包括：传感器，被配置为检测前方对象；以及至少一个控制器。控制器被配置为根据自适应巡航控制(ACC)算法来控制动力源、车轮制动器和电机。所述ACC算法被配置为响应于检测到的前方对象和最大的再生制动距离，命令电机提供再生制动扭矩而不应用车轮制动器。所述最大的再生制动距离是基于动力传动系统再生制动极限和距前方对象的距离而计算的。

Description

用于优化自适应巡航控制中再生制动的系统和方法
技术领域
本公开涉及用于控制配备再生制动的车辆中的自适应巡航控制系统的运转的系统和方法。
背景技术
自适应巡航系统(ACC)系统利用车载传感器(通常为RADAR或者LIDAR)来检测主车辆和主车辆前方的车辆(前方车辆)之间的距离以及车辆之间的相对速度差。因此，即使在大雾和下雨的条件下，该系统也自动地调整主车辆的速度以在前方车辆后面保持预设距离。通常，主车辆驾驶员能够设置将要在车辆之间保持的期望的/最小的跟车距离和/或时间间隔。ACC在主车辆的动力传动系统和/或制动系统中产生自动干预，以根据需要使车辆减速从而保持选择的最小跟车距离。
发明内容
根据本公开，一种车辆包括：电机，被构造为向牵引车轮提供再生制动扭矩；车轮制动器，被构造为向牵引车轮提供摩擦制动扭矩；以及至少一个动力源，被构造为向牵引车轮提供驱动扭矩。所述车辆还包括至少一个控制器。控制器被配置为根据自适应巡航控制(ACC)算法来控制动力源、车轮制动器和电机。所述ACC算法被配置为响应于检测到的前方对象和最大的再生制动距离，命令电机提供再生制动扭矩而不应用车轮制动器。所述最大的再生制动距离是基于动力传动系统再生制动极限和距检测到的前方对象的距离的。
在一个实施例中，控制器进一步被配置为响应于制动请求超过关联的阈值，超越所述ACC算法并控制电机和车轮制动器以满足制动请求。
在另一个实施例中，所述ACC算法进一步被配置为：响应于动力请求和检测到的前方对象，控制所述至少一个动力源提供小于动力请求的总动力。所述总动力具有基于动力传动系统再生制动极限和距前方对象的距离的大小。在这个实施例中，控制器可进一步被配置为响应于动力请求超过关联的阈值，超越所述ACC算法并控制所述至少一个动力源以满足动力请求。
在另一个实施例中，控制器进一步被配置为：响应于检测到的前方对象、ACC算法停用以及驾驶员制动请求小于关联的阈值，基于最大的再生制动距离，命令电机提供再生制动扭矩而不应用车轮制动器。所述最大的再生制动距离是基于动力传动系统再生制动极限和距前方对象的距离的。在又一个实施例中，所述至少一个控制器进一步被配置为响应于检测到的前方对象、所述ACC算法停用以及驾驶员动力请求小于关联的阈值，控制所述至少一个动力源提供小于动力请求的总动力。所述总动力具有基于动力传动系统再生制动极限和距前方对象的距离的大小。
根据本公开，一种控制车辆的方法，包括：基于动力传动系统再生制动扭矩极限，命令电机提供再生制动扭矩而不应用车辆摩擦制动器。所述再生制动扭矩由电机供应。所述命令响应于检测到的前方对象和无驾驶员制动请求。在一个实施例中，所述方法还包括：响应于检测到的前方对象和驾驶员制动请求不超过关联的阈值，基于动力传动系统再生制动扭矩极限，继续命令电机提供再生制动扭矩而不应用车辆摩擦制动器。在另一个实施例中，所述方法还包括：响应于检测到的前方对象和驾驶员制动请求超过关联的阈值，控制摩擦制动器满足驾驶员制动请求。
在另一个实施例中，所述方法还包括：响应于检测到的前方对象、驾驶员动力请求不超过关联的阈值以及动力传动系统再生制动扭矩极限，控制所述至少一个车辆动力源提供小于动力需求的总动力。所述总动力是基于动力传动系统再生制动扭矩极限和距前方车辆的距离的。在又一个实施例中，所述方法还包括：响应于检测到的前方车辆、驾驶员动力请求超过关联的阈值以及动力传动系统再生制动扭矩极限，控制所述至少一个车辆动力源提供总动力以满足驾驶员动力请求。
根据本公开，一种车辆，包括：电机，被构造为向牵引车轮供应再生制动扭矩；以及至少一个控制器。控制器被配置为响应于基于存在检测到的前方对象的预期的减速需求，基于动力传动系统再生扭矩极限，自动地控制电机供应再生制动扭矩以满足减速需求，而不应用车辆摩擦制动器。
在一个实施例中，控制器进一步被配置为当所述制动请求不超过关联的阈值时，响应于驾驶员制动请求同时电机自动地被命令为供应再生制动扭矩，命令电机继续提供再生制动扭矩，而不应用摩擦制动器。在这个实施例中，控制器可进一步被配置为响应于驾驶员制动请求超过关联的阈值，控制摩擦制动器满足超过阈值的驾驶员制动请求。
在一些实施例中，控制器进一步被配置为响应于预期的减速事件和驾驶员动力需求小于关联的阈值，控制所述至少一个车辆动力源提供总动力，所述总动力小于动力需求并且是基于动力传动系统再生制动扭矩极限和距前方对象的距离的。在这个实施例中，控制器可进一步被配置为：响应于驾驶员动力请求超过关联的阈值，控制所述至少一个车辆动力源提供总动力以满足超过阈值的驾驶员动力需求。
在一些实施例中，控制器进一步被配置为根据自适应巡航控制算法来控制车辆加速和制动。在这个实施例中，所述控制器可进一步被配置为基于动力传动系统再生制动扭矩极限，减小巡航控制算法动力需求。控制器可被配置为命令电机供应大小基于等于动力传动系统再生制动扭矩极限的再生制动扭矩。
根据本发明的实施例，再生制动扭矩大体上等于动力传动系统再生制动扭矩极限。
根据本公开，一种控制车辆的方法，包括：响应于基于存在检测到的前方车辆的减速需求，通过电机自动地应用再生制动扭矩以满足减速需求，而不应用摩擦制动，再生制动扭矩的大小是基于动力传动系统再生扭矩极限的。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：响应于减速需求和制动请求不超过关联的阈值，基于动力传动系统再生制动扭矩极限而继续应用再生制动扭矩，而不应用摩擦制动。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：响应于减速需求和制动请求超过关联的阈值，应用摩擦制动来满足驾驶员制动请求。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：响应于基于检测到的前方车辆的减速需求和动力需求不超过关联的阈值，控制至少一个车辆动力源提供总动力，所述总动力小于动力需求并且是基于动力传动系统再生制动扭矩极限和距前方车辆的距离的。
根据本公开的实施例，所述方法还包括：响应于基于检测到的前方车辆的减速需求和动力需求超过关联的阈值，控制至少一个车辆动力源提供总动力以满足驾驶员动力请求。
根据本公开的实施例提供许多优点。例如，本公开提供在制动事件期间控制自适应巡航控制系统使回收的动能的量最大化的系统和方法。另外，根据本公开，提供了当ACC系统停用时在制动期间使回收的动能最大化的系统和方法。
通过以下结合附图对优选实施例的详细描述，本公开的以上优点、其他优点以及特征将是显而易见的。
附图说明
图1是根据本公开的车辆的示意图；
图2以流程图的形式示出了根据本公开的控制车辆的方法；
图3以流程图的形式示出了根据本公开的控制车辆的第二方法；
图4A和4B示出了根据本公开的示例性车辆加速和制动事件。
具体实施方式
根据需要，在此公开本发明的详细实施例；然而，将理解的是，公开的实施例仅为本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式来体现。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征，以显示特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以各种形式使用本发明的代表性基础。
自适应巡航控制(ACC)是指自动地控制车辆的控制方法，包括在行进车道中与前方车辆保持安全距离和期望的速度。配备有ACC的主车辆被配置为与位于主车辆前方的目标车辆保持至少预定距离。通常，ACC系统包括至少一个传感器，诸如RADAR、LIDAR、超声波或其他传感器或者其组合。ACC系统被配置为根据ACC算法直接地或者间接地控制节气门和制动系统以控制车辆加速和减速。
一些配备有ACC系统的车辆还可包括为配备有再生制动的动力传动系统。再生制动是指回收并储存车辆动能以供车辆后续使用。通常，再生制动系统包括被构造为向车辆牵引车轮施加制动扭矩和产生电能的电机或马达/发电机。其他系统可包括蓄能器、飞轮或者用于储存后续使用的能量的其他机构。
现参照图1，以示意图的形式示出了根据本公开的车辆10。车辆10包括被构造为向牵引车轮14传递动力的混合动力传动系统12。混合动力传动系统12包括均被构造为向车辆牵引车轮传递动力的内燃发动机16和至少一个电机18。电机18电连接到电池20。在各个实施例中，动力传动系统12可以被布置为串联、并联或串并联的动力传动系统。
电机18还被构造为向牵引车轮14提供再生制动扭矩，其中来自牵引车轮14的旋转能被转化成电能。由电机18产生的电能可被储存在电池20中以供车辆10后续使用。
车辆10还包括被构造为向牵引车轮14提供摩擦制动扭矩的车轮制动器22。
电机18、发动机16和车轮制动器22都与至少一个控制器24通信或者受至少一个控制器24的控制。尽管示出为单个控制器，但控制器24可以是更大控制系统的一部分和/或可以由整个车辆10中的各种其它控制器控制。在一个实施例中，控制器24是受车辆系统控制器(VSC)的控制的动力传动系统控制单元(PCU)。控制器24和一个或更多个其它控制器能够统称为“控制器”。控制器24可包括与各种类型的计算机可读存储装置或介质通信的微处理器或中央处理器(CPU)。例如，计算机可读存储装置或介质可包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性存储和非易失性存储。KAM是永久性或非易失性存储器，其可用于在CPU掉电时存储各种操作变量。计算机可读存储装置或介质可以使用若干公知的存储装置中的任意存储装置来实现，诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电可编程只读存储器)、EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)、闪存或能够存储数据的任何其它电、磁性、光学或组合存储装置，其中一些数据代表被控制器使用以控制发动机或车辆的可执行指令。
车辆10还包括加速踏板26和制动踏板28。响应于驾驶员致动加速踏板26，控制器24被配置为协调电机18和发动机16以向牵引车轮14提供动力。响应于驾驶员致动制动踏板28，控制器24被配置为控制电机18和/或车轮制动器22以向牵引车轮14提供制动扭矩。
通常，再生制动系统具有动力传动系统制动扭矩极限，是指在当前运转状况下，所述系统能够向牵引车轮施加的制动扭矩的最大量。在包括作为发电机的电机的典型再生制动系统中，再生制动扭矩极限通常是基于马达扭矩能力、在具有阶梯传动比变速器的实施例中的当前挡位、电池能量传递极限(例如，电池荷电状态)以及其他动力传动系统限制。
响应于制动请求不超过再生制动扭矩极限，控制器24被配置为控制电机18提供再生制动扭矩以满足制动请求。响应于制动请求超过再生制动扭矩极限，控制器24被配置为控制电机18和车轮制动器22以满足制动请求。
车辆10还包括至少一个传感器30。传感器30可包括RADAR、LIDAR、超声波传感器或其他传感器或者其组合。传感器30被配置为检测车辆10前方的对象。特别是，传感器30被定向为检测与车辆10处在相同的行进车道中的前方车辆。如下文将对于图2和图3进行讨论的，控制器24被配置为响应于由传感器30检测到前方车辆，根据ACC算法来控制车辆加速和制动。这可包括协调发动机16和/或电机18以满足ACC加速请求。这还可包括协调发动机16、电机18和/或车轮制动器22以满足ACC减速请求。
现参照图2，以流程图的形式示出了根据本公开的控制车辆的方法。如框40中所示，所述方法以ACC启用开始。如框42处所示，基于检测到前方对象，预期减速事件。当与主车辆处在相同车道中的前方车辆比主车辆行驶地更慢时，减速事件可对应于检测到的前方车辆。
如框44处所示，计算减速时间和距离。注意，减速时间和距离是基于动力传动系统再生扭矩极限而计算的。在优选实施例中，当电机将再生扭矩量基本等于动力传动系统再生扭矩极限的再生扭矩提供至牵引车轮时，减速时间和距离对应于使车辆减速所需的时间和距离。
如操作46处所示，确定ACC算法是否请求车辆加速。例如，这可发生在设置的巡航控制设定速度高于当前车辆速度时。如果是，则接着如操作48处所示，确定加速是否是允许的。例如，这可包括将框44处计算的减速距离与距前方对象的距离进行比较。
如果加速是允许的，则接着如框49处所示，控制至少一个车辆动力源(诸如电机或内燃发动机)向车轮提供动力。提供到车轮的动力的大小是基于动力传动系统再生扭矩极限的，使得车辆速度被维持在车辆之后在不应用摩擦制动的情况下基于检测到的前方对象而减速的范围内。注意，提供到车轮的动力可以小于由已知的ACC算法请求的动力。这将在下文结合图4B进一步详细地讨论。
随后，如框50处所示，电机被控制为提供再生制动扭矩以在不应用摩擦制动器的情况下满足减速事件。类似地，如果在操作48确定加速是不允许的，或者在操作46ACC算法不请求动力，则在框50，控制电机提供再生制动扭矩。再生制动扭矩的大小是基于动力传动系统再生制动扭矩极限的。在优选的实施例中，再生制动扭矩的大小基本等于动力传动系统再生扭矩极限。由此，在不使用摩擦制动器的情况下车辆基于检测的前方对象减速。
如操作52处所示，然后确定是否接收了额外的制动请求。例如，这可包括驾驶员制动请求或基于前方对象的减速的其它ACC制动请求。如果否，则接着如框54处所示，在减速事件中在不使用摩擦制动的情况下继续控制电机中提供再生制动扭矩。如果是，则接着如操作56处所示，确定制动请求是否超过关联的阈值。如果否，则接着在框54，继续控制电机提供再生制动扭矩。如果是，则接着如框58处所示，控制电机和摩擦制动器提供组合的制动扭矩以满足制动请求。在这种方式下，可通过使用摩擦制动器并牺牲一部分可回收的动能来满足制动踏板的大幅度(heavy)应用或大幅增加ACC制动请求。
可以看出，上文提供了被配置为在制动事件期间使回收的动能最大化，同时还提供足够的制动扭矩以满足驾驶员或ACC制动请求的ACC算法。类似地，如下文将要讨论的，即使当ACC系统关闭时，也可以利用ACC传感器和系统以在制动事件期间使回收的动能最大化。
现参照图3，以流程图的形式示出了根据本公开的控制车辆的另一方法。如框60中示出的，所述方法以ACC停用开始。如框62处所示，基于检测到的前方对象预期减速事件。当与主车辆处在相同车道中的前方车辆比主车辆行驶地更慢时，减速事件可对应于检测到的前方车辆。
如框64处所示，计算减速时间和距离。如图2中示出的方法中，减速时间和距离是基于动力传动系统再生扭矩极限而计算的。在优选实施例中，当电机将以再生扭矩大小基本等于动力传动系统再生扭矩极限的再生扭矩提供至牵引车轮时，减速时间和距离对应于使车辆减速所需的时间和距离。
如操作66处所示，确定驾驶员是否通过应用加速踏板请求车辆加速。如果是，则接着如操作68处所示，确定加速是否是允许的。例如，这可包括将在框64计算的减速距离与距前方对象的距离进行比较。
如果加速是允许的，则接着如框69处所示，控制至少一个车辆动力源(诸如电机或内燃发动机)为车轮提供动力。提供到车轮的动力的大小是基于动力传动系统再生扭矩极限的，使得将车辆速度保持在车辆随后在不利用摩擦制动的情况下基于检测到的前方对象而减速的范围内。注意，提供到车轮的动力可以小于由驾驶员通过加速踏板请求的动力。这将在下文结合图4B进一步详细地讨论。
如操作70处所示，确定是否(例如)通过应用制动踏板接收了驾驶员制动请求。类似地，如果在操作68确定加速是不允许的，或者在操作66确定驾驶员不请求动力，则控制进行到操作70。
如果否，则接着如框72处所示，控制电机以修正“脚离开踏板”(“foot-off”)再生制动扭矩以在不使用车辆制动器的情况下满足减速事件。脚离开踏板扭矩是指电机响应于驾驶员释放加速踏板而提供的再生制动扭矩的量。修正的脚离开踏板再生制动扭矩的大小是基于动力传动系统再生制动扭矩极限的。在优选的实施例中，再生制动扭矩的大小基于等于动力传动系统再生扭矩极限。由此，在不使用摩擦制动器的情况下基于检测的前方对象而使车辆减速。
如果接收到驾驶员制动请求，则接着如操作74处所示，确定制动请求是否超过关联的阈值。如果否，则接着如框76处所示，控制电机提供再生制动扭矩以在不应用车辆制动器的情况下满足减速事件。注意，提供的扭矩可以小于或大于驾驶员制动请求。如果是，则接着如框78处所示，控制电机和摩擦制动器提供组合的制动扭矩以满足制动请求。在这种方式下，可通过使用摩擦制动器并牺牲一部分可回收的动能来满足制动踏板的大幅度使用。
当然，上文的方法可以有所改变。例如，车辆可设置有“ECOMODE”按钮。各种车辆系统可被配置为响应于ECOMODE按钮停用以第一模式运转，并响应于ECOMODE按钮启用以第二模式运转。在一个实施例中，如上文所述，根据本公开的系统被配置为仅当ECOMODE模式启用时在ACC系统停用的情况下控制电机。
现参照图4A，示出了根据本公开的示例性的制动事件。如80处所示，响应于检测到的前方对象，控制器确定减速是否必要。减速事件包括关联的减速距离和减速时间。如82处所示，驾驶员可以不规则地应用制动踏板。在这样的制动踏板的不规则应用期间，驾驶员制动请求的较大幅度(heavy)部分将需要协调再生制动和摩擦制动以提供满足所计算的减速的制动扭矩。如84处所示，在不考虑再生制动扭矩极限的情况下执行已知系统中的这种协调。类似地，已知ACC系统被配置为协调再生制动和摩擦制动以在不考虑再生制动极限的情况下提供制动扭矩。在其他情况中，协调后的制动不会回收最大量的动能，如86处的“失去的”再生能力的区域所示。
在根据本公开的系统中，ACC算法可基于再生扭矩极限和距前方车辆的距离来计算减速距离和减速时间。系统可随后协调再生制动和摩擦制动以使回收的再生能力最大化。在优选的实施例中，如88处所示，这包括在不应用车轮制动器的情况下控制电机提供基本等于再生制动扭矩极限的再生制动扭矩。因此，根据本公开的系统可早于已知的方法开始应用制动扭矩。
在优选的实施例中，如90处所示，ACC系统设置有制动扭矩请求阈值。响应于制动请求不超过该阈值，按照上文所述的控制ACC系统。响应于制动请求超过该阈值，上文所述的逻辑被超越(override)，并应用车轮制动器以满足制动请求。因此，在典型的操作期间系统可以使回收的动能最大化，同时响应于足够高的制动请求，系统可接合车轮制动器来确保满足制动请求。
现参照图4B，示出了示例性的加速事件。如92处所示，驾驶员或基础ACC请求加速。如94处所示，前方对象(诸如与主车辆处在相同车道的前方车辆)随后需要减速。在96处所示，针对这个操作的驾驶员或基础ACC动力请求可能效率较低，导致如98处所示的“失去的”再生能力。
在根据本公开的系统中，ACC算法可基于再生扭矩极限和距前方车辆的距离来计算减速距离和减速时间。如100处所示，系统可修正加速请求，并且如102处所示，随后协调再生制动和摩擦制动以使回收的再生能力最大化。加速请求被修正使得车辆可以满足。在优选的实施例中，如104处所示，这包括在不应用车轮制动器的情况下控制电机以提供再生制动扭矩，如106处所示，所提供的再生致动扭矩基本等于再生制动扭矩极限。
在优选的实施例中，ACC系统设置有如108处所示的制动扭矩请求阈值和如110处所示的加速请求阈值。响应于制动请求不超过制动阈值108或者加速请求不超过加速阈值110，如上所述地控制ACC系统。响应于制动请求超过制动阈值108，上文所述的逻辑被超越且应用车轮制动器来满足制动请求。类似地，响应于加速请求超过加速阈值110，上文所述的逻辑被超越且控制至少一个车辆动力源来满足加速请求。因此，在典型的操作期间，系统可以使回收的动能最大化，同时响应于足够高的制动或加速请求，系统可以确保满足请求。
虽然上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制，并且应理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可作出各种改变。此外，可组合各个实现的实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (6)

1.一种车辆，包括：
电机，被配置为向牵引车轮提供再生制动扭矩；
车轮制动器，被配置为向牵引车轮提供摩擦制动扭矩；
至少一个动力源，被构造为向牵引车轮提供驱动扭矩；
至少一个控制器，被配置为：响应于检测到的前方对象和最大的再生制动距离，在不应用车轮制动器的情况下命令电机提供再生制动扭矩，所述最大的再生制动距离是基于动力传动系统再生制动极限和距检测到的前方对象的距离的。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，控制器进一步被配置为：响应于制动请求超过关联的阈值，控制电机和车轮制动器以满足制动请求。
3.根据权利要求1所述的车辆，其中，控制器进一步被配置为：响应于动力请求和检测到的前方对象，控制所述至少一个动力源提供总动力，所述总动力小于动力请求且其大小是基于动力传动系统再生制动极限和距前方对象的距离的。
4.根据权利要求3所述的车辆，其中，控制器进一步被配置为：响应于动力请求超过关联的阈值，控制所述至少一个动力源以满足动力请求。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述至少一个控制器进一步被配置为：响应于检测到的前方对象、自适应巡航系统停用以及驾驶员制动请求小于关联的阈值，基于最大的再生制动距离，在不应用车轮制动器的情况下命令电机提供再生制动扭矩，所述最大的再生制动距离是基于动力传动系统再生制动极限和距前方对象的距离的。
6.根据权利要求1所述的车辆，其中，至少一个控制器进一步被配置为：响应于检测到的前方对象、自适应巡航系统停用以及驾驶员动力请求小于关联的阈值，控制所述至少一个动力源提供总动力，所述总动力小于动力请求且其大小是基于动力传动系统再生制动极限和距前方对象的距离的。
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