CN105936277A - 混合动力电动车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种混合动力电动车辆。一种控制混合动力车辆的方法包括自动地远离目标车速地改变当前车速。车速的自动改变是响应于自适应巡航控制系统被激活且目标车速被选定，并且响应于用于保持目标车速的功率需求的预期变化。功率需求的预期变化是基于检测到的即将到来的道路坡度变化，在到达道路坡度变化之前执行使当前车速远离目标车速的自动变化。

Description

混合动力电动车辆
技术领域
本公开涉及用于控制配备有自适应巡航控制系统和配备有再生制动的车辆的系统和方法。
背景技术
自适应巡航控制(ACC)系统使用车载传感器(通常是雷达或激光雷达)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。然后系统自动调整主车辆的速度以使其保持在前方车辆之后的预设距离，即使是在大雾和下雨的条件下。通常，主车辆驾驶员可以设置在车辆之间保持的预期/最小跟车距离和/或时间差。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使车辆必要地减速而保持选定的最小跟车距离。
发明内容
一种控制混合动力车辆的系统和方法包括自动地远离目标车速地改变当前车速。车速的自动改变是响应于自动速度控制系统被激活且目标车速被选定，并且响应于用于保持目标车速的功率需求的预期变化。自动速度控制系统可以是自适应巡航控制系统。功率需求的预期变化是基于检测到的即将到来的道路坡度的变化的，而当前车速远离目标车速的自动改变是在到达道路坡度变化处之前进行的。
在一个实施例中，检测到的即将到来的道路坡度变化是即将到来的道路坡度增加，而且自动远离目标车速地改变当前车速包括将车速增加到大于目标车速的第一车速。第一车速可基于标示的速度限制和在等于或大于目标车速下保持电动模式操作通过即将到来的道路坡度增加所需要的速度中的较小者。
在另一个实施例中，检测到的即将到来的道路坡度变化是即将到来的道路坡度降低，并且自动远离目标车速地改变当前车速包括将车速减小到小于目标车速的第二车速。目标车速和第二车速之间的差可基于将车速保持在等于或小于目标车速通过即将到来的道路坡度降低而不应用车辆摩擦制动器所需的速度。
根据本公开的混合动力电动车辆包括牵引轮、被配置为将再生制动转矩提供到牵引轮的再生制动系统、被配置为将摩擦制动转矩提供到牵引轮的车轮制动器以及自适应巡航控制(ACC)系统。ACC系统被配置为控制车辆功率和用于再生制动系统和车轮制动器的制动请求以保持目标速度。ACC系统被进一步配置为，响应于基于检测到的即将到来的道路坡度变化而保持目标速度的功率需求的预期变化，在到达道路坡度变化处之前自动地远离目标速度地改变当前车速。
一种根据本公开的控制混合动力电动车辆的方法包括在到达道路坡度增加处之前自动地将当前车速增加到大于目标车速。当前车速的自动增加是响应于ACC系统被激活且第一目标车速被选定，并且进一步响应于检测到的即将到来的道路坡度增加。该方法还包括在到达道路坡度降低处之前自动将当前车速降低为低于第二目标车速。当前车速的自动降低是响应于ACC系统被激活、第二目标车速被选定以及检测到的即将到来的道路坡度降低。
根据本公开的一个实施例，自动将当前车速增加到大于第一目标车速包括将当前车速增加到标示的速度限制和在等于或大于目标车速下保持电动模式操作通过即将到来的道路坡度增加所需的速度中的较小者。
根据本公开的一个实施例，自动将当前车速降低到小于第二目标车速包括将当前车速降低到将车速保持在等于或小于目标车速通过即将到来的道路坡度的降低而无需应用车辆摩擦制动器所需的速度。
根据本公开的实施例提供了许多优点。例如，本公开提供了在提高燃料经济性的情况下通过道路坡度变化的ACC系统。在下坡期间，动能增加的部分可以通过再生制动重新捕获，在上坡期间，车辆可被保持在纯电动模式下而无需启动车辆发动机。
当优选实施例的以下详细描述结合附图时，本公开的特征以及上述优点和其它优点将显而易见。
附图说明
图1是根据本公开的车辆的示意图；
图2A示出了现有技术中在道路坡度降低期间的驾驶事件；
图2B示出了现有技术中在道路坡度增加期间的驾驶事件；
图3以流程图的形式示出了根据本公开的控制车辆的方法；
图4A示出了根据本公开的在道路坡度降低之前以及期间的示例性速度变化事件；
图4B示出了根据本公开的在道路坡度增加之前以及期间的示例性速度变化事件。
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，应当理解，所公开的实施例仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式实施。附图不一定按比例绘制；一些特征可被夸大或最小化以显示特定部件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为教导本领域技术人员以各种方式利用本发明的代表性基础。
自适应巡航控制(ACC)指的是用于自动地控制主车辆的控制方法，包括在行驶车道中保持相对于前方车辆的预期速度和距离。配备有ACC的主车辆被配置为相对于定位在主车辆前方的目标车辆保持至少预限定的距离。ACC系统通常包括至少一个传感器，诸如雷达、激光雷达、超声波、相机或其它传感器或它们的组合。ACC系统被配置为根据ACC算法直接或间接地控制节气门和制动系统来控制主车辆的加速和减速。
配备有ACC系统的一些车辆还可以包括配备用于再生制动的动力传动系统。再生制动指的是回收和储存车辆动能以由车辆随后使用。再生制动系统通常包括被配置为将制动转矩施加到车辆牵引轮并产生电力的电机或马达/发电机。其它系统可包括蓄电池、飞轮或储存能量以供后续使用的其它机构。
现在参照图1，以示意图的形式示出根据本公开的主车辆10。主车辆10包括被配置为将动力传递到牵引轮14的混合动力传动系统12。混合动力传动系统12包括内燃发动机16和至少一个电机18，各自被配置为将动力提供到车辆牵引轮。电机18被电连接至电池20。在各种实施例中，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还被配置为将再生制动转矩提供到牵引轮14，其中，来自牵引轮14的旋转能量被转换为电能。由电机18产生的电能可被存储在电池20中用于被主车辆10随后使用。
主车辆10还包括被配置为将摩擦制动转矩提供到牵引轮14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通信或受至少一个控制器24的控制。虽然被示出为单个控制器，但是控制器24可以是更大的控制系统的一部分，并/或可被遍及主车辆10的各种其他控制器控制。在一个实施例中，控制器24是受车辆系统控制器(VSC)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可以被统称为“控制器”。控制器24可以包括与各种类型的计算机可读存储设备或介质通信的微处理器或中央处理器(CPU)。计算机可读存储设备或介质可以包括例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储器。KAM是可以用来在CPU断电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储设备或介质可使用任何多种已知的存储器设备来实现，诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪存或任何其它能够存储数据的电、磁、光或组合存储器设备，其中一些数据代表可执行指令，被控制器使用以控制发动机或车辆。
主车辆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以将动力提供至牵引轮14。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以将制动转矩提供到牵引轮14。
再生制动系统通常具有动力传动系统制动转矩限制，指的是在当前运行状况下系统能够施加到牵引轮的制动转矩的最大量。在包括作为发电机的电机的典型再生制动系统中，再生制动转矩限制一般是基于马达转矩能力、具有阶梯传动比变速器的实施例中的当前挡位、电池能量输送限制(例如电池荷电状态)和其它动力传动系统限制。
响应于不超过再生制动转矩限制的制动请求，控制器24被配置为控制电机18以提供再生制动转矩以满足制动请求。响应于超过再生制动转矩限制的制动请求，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。
主车辆10还包括至少一个传感器30。传感器30可以包括雷达、激光雷达、超声波传感器、光学相机或其它传感器或它们的组合。传感器30被配置为检测主车辆10前方的物体。特别地，传感器30被定向为检测与主车辆10在同一驾驶车道且位于前方的车辆。
控制器24被配置为响应于通过传感器30检测到前方车辆而根据ACC算法控制主车辆加速和制动。这可以包括协调发动机16和/或电机18以满足ACC加速请求。这还可以包括协调发动机16、电机18和/或车轮制动器22以满足ACC减速请求。一般来说，ACC算法被配置为保持目标巡航速度并基于所检测到的距前方车辆的距离和前方车辆的速度而自动调节主车辆10的速度以在检测到的前方车辆的后面保持预设的距离。在一些变型中，主车辆驾驶员可设定在车辆之间保持的预期/最小跟车距离和/或时间差。
已知的ACC算法被配置为无论道路坡度如何均将车速保持在目标巡航速度。参照图2A，示出了现有技术中在道路坡度降低期间控制车辆的ACC系统的示例。车辆40配备有现有技术中的ACC算法并且在ACC系统激活的情况下向坡度降低的道路驶近。车辆40以约等于设定速度vset的当前速度v行驶。在时间tA处，车辆40到达道路坡度降低处。在时间tA处，车辆以设定速度vset行驶。在下坡期间，在时间tA和时间tB之间，车辆40中的ACC系统控制车辆制动器将车速保持为大约vset。如果车辆40配备有再生制动，则下坡期间获得的一些能量可被重新捕获。但是，如果道路坡度下降得过大，则可能需要摩擦制动将车速保持为大约vset。在时间tB处，车辆40到达下坡的底部，当前车速大致等于vset。
参照图2B，示出了现有技术中在道路坡度增加期间控制车辆的ACC系统的示例。车辆40'配备有现有技术中的ACC算法并且在ACC系统被激活的情况下向坡度增大的道路驶近。车辆40'以约等于设定速度vset的当前速度v行驶。在时间tC处，车辆40'到达道路坡度的增加处。在时间tC处，车辆以设定速度vset行驶。在上坡期间，在时间tC和时间tD之间，车辆40'中的ACC系统控制车辆制动器将车速保持为大约vset。这可能需要车辆功率显著增加。如果车辆40'是能够以纯电动模式操作的混合动力车辆并在时间tC处以纯电动模式操作，则在上坡期间可能需要启动发动机以提供所需的功率。在时间tD处，车辆40'到达上坡的顶部，当前车速大致等于vset。
可以看出，在道路坡度增加或降低期间，已知的ACC系统效率低下。在下坡期间，保持目标速度所需要的制动幅度可能会超过车辆的再生制动限制，造成能源浪费。在纯电动模式下的上坡期间，保持车速所需功率的增加可能需要启动发动机，消耗额外的燃料。
现在参照图3，以流程图的形式示出了根据本公开的控制车辆的方法。算法在框60处开始。ACC系统被激活，如框62处所示。设定了目标车速vset。目标车速vset可以是驾驶员确定的设定速度。在被配置为无人驾驶操作的实施例中，可根据自动驾驶算法替代地确定目标车速vset。
如在操作64处所示的，确定在限定的行驶距离内是否预期有道路坡度的变化。在一个实施例中，基于当前车辆位置与存储在车辆导航系统中的前方的地形测绘信息进行比较而预期道路坡度的变化。在另一个实施例中，基于存储的沿当前车辆路线的先前的驾驶周期的坡度信息预期道路坡度的变化。在又一个实施例中，基于使用车对车通信系统从前方车辆发送的坡度信息或使用车对基础设施通信系统从本地基础设施发送的坡度信息而预期道路坡度的变化。在一个变型中，设置最小坡度变化阈值和/或最小海拔变化阈值，并且只有当道路坡度和/或海拔的变化超过各自的阈值时预期坡度的变化。
如果预期道路坡度没有变化，则根据默认的ACC算法控制车辆，如在框66处所示的。
如果预期道路坡度有变化，则确定道路坡度的变化是否是道路坡度降低，如在操作68处所示的。
如果道路坡度的变化是降低，即道路的下坡部，则计算临时设定的速度vtemp，如在框70处所示的。确定临时设定的速度vtemp，使得当在道路坡度下降的开始处以vtemp行驶时，车速可被保持为等于或低于目标速度vset而通过坡度降低的区域而无需应用摩擦制动器，例如仅使用再生制动。临时设定的速度vtemp可以使用已知的运动学方程基于一些因子进行计算，所述因子包括但不限于目标速度vset、车辆质量、山坡的总海拔变化和行驶距离、最大再生功率存储率、电池荷电状态、预期的电池荷电状态和车辆滑行系数。
接着，在到达坡度下降之前，车速从vset降低到vtemp，如框72处所示。在优选实施例中，设置vtemp的最小速度阈值以确保车速不会下降到相对于交通流或相对于个人驾驶员偏好的不合意的水平。在各种实施例中，最小速度阈值可以是校准值或从先前的驾驶行为推断出的。
然后，通过坡度降低时施加再生制动，而无需应用摩擦制动器或者最小程度地应用摩擦制动器，如在框74处所示的。车速可逐渐增加通过该间隔并且优选地在坡度下降结束时到达vset。在优选实施例中，ACC系统被配置为进行更重程度的制动，例如如果基于检测到车辆前方的物体，有必要使用摩擦制动器。
坡度下降结束后，即道路大致水平，控制返回到框66处，并根据缺省ACC算法控制车辆。
返回到操作68，如果道路坡度的变化不是降低，即所述变化是道路坡度增加，则确定目标速度vset是否小于标示(posted)的速度限制，如在操作76处所示的。可以例如使用存储的测绘数据、车对基础设施通信或限速标志的相机识别而得到标示的速度限制。
如果目标速度vset等于或大于标示的速度限制，则根据默认的ACC算法控制车辆，如在框66处所示的。
如果目标速度小于标示的速度限制，则计算临时设定的速度vtemp，如在框78处所示的。临时设定的速度vtemp被确定为标示的速度限制和保持电动操作通过坡度增加所需的速度中的较小者。可以使用已知的运动学方程基于包括但不限于上面讨论的那些因子而计算保持电动操作通过坡度增加所需的速度。
随后，在到达坡度增加之前，车速从vset增加到vtemp，如框80处所示。在优选实施例中，速度增加是在纯电动模式下可以实现的功率水平而执行的。
然后，在纯电动模式下控制车辆使得车速在坡度增加结束时达到vset，如框82处所示的。
坡度增加结束后，即道路大致水平，控制返回到框66，并根据默认的ACC算法控制车辆。
现在参照图4A，示出了在道路坡度降低期间根据本公开的控制车辆的ACC系统的示例。车辆90配备有ACC算法并在时间tE处在ACC系统被激活的情况下驶近坡度降低的道路。车辆90以约等于设定速度vset的当前速度v行驶。在时间tE处，检测到即将到来的道路坡度降低，并且计算临时降低的目标速度vtemp。确定临时降低的目标速度vtemp使得车速可被保持为等于或低于vset通过道路坡度的降低而无需应用车辆摩擦制动器。随后，车辆减速使得当车辆90在时间tF处到达道路坡度降低处时当前车速降低到vtemp。在下坡期间，在时间tF和时间tG之间，车辆90中的ACC系统控制车辆再生制动器将车速保持为等于或低于vset。在时间tG处，车辆90到达下坡的底部，并且当前车速大致等于vset。因为车速在坡度降低之前减小，所以相对于现有技术系统，在坡度降低期间动能的增加量可以通过再生制动而被重新捕获。
参照图4B，示出了在道路坡度增加期间根据本公开的控制车辆的ACC系统的示例。车辆90'配备有ACC算法并在时间tH处在ACC系统被激活的情况下驶近坡度增加的道路。车辆90'以约等于设定速度vset的当前速度v行驶。在时间tH处，检测到即将到来的道路坡度增加，并且计算临时增加的目标速度vtemp。确定临时增加的目标速度vtemp使得车辆可以被保持在电动模式下通过道路坡度的增加。随后，车辆加速使得当车辆90'在时间tI处到达道路坡度增加处时当前车速增加到vtemp。在上坡期间，在时间tI和时间tJ之间，车辆90'中的ACC系统将车辆控制在纯电动模式下。在这段时间间隔中，车速朝向vset降低。在时间tJ处，车辆90'到达上坡的顶部，且当前车速大致等于vset。因为车速在坡度增加之前而增加，所以车辆操作可以保持在纯电动模式下通过爬坡。
当然，以上的变型是可能的。作为示例，根据本公开的实施例可以在没有配备再生制动的车辆中实现。由于在道路坡度下降之前或在增加期间燃料消耗减少，所以这种车辆还可以获得燃油经济性收益。作为另一示例，根据本公开的实施例可以结合全自动车辆中的控制器而不是结合设置有ACC算法的传统驱动的车辆实现。
如从各种实施例中可以看出，本公开提供了各种优点，包括在ACC系统被激活的情况下通过道路坡度变化时提高燃料经济性。下坡期间，动能增加的部分可以通过再生制动收回，在上坡期间，车辆可被保持在纯电动模式下而无需启动车辆发动机。
尽管上面描述了示例性实施例，但并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能形式。更确切地，说明书中使用的词语是描述性词语而不是限制性词语，并且可以理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可以进行各种改变。此外，可以将各种实施的实施例的特征进行组合以形成本发明的进一步的实施例。

Claims (5)

1.一种混合动力电动车辆，包括：
牵引轮；
再生制动系统，被配置为将再生制动转矩提供到牵引轮；
车轮制动器，被配置为将摩擦制动转矩提供到牵引轮；和
自动速度控制系统，被配置为控制车辆功率和针对再生制动系统和车轮制动器的制动请求而保持目标速度，以及响应于基于检测到即将到来的道路坡度变化而保持目标速度的功率需求的预期变化，在到达道路坡度的变化处之前自动地远离目标速度地改变当前车速。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，检测到的即将到来的道路坡度变化是即将到来的道路坡度增加，其中，自动地远离目标速度地改变当前车速包括将车速增加到大于目标速度的第一车速。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述第一车速是基于标示的速度限制和保持电动模式操作以等于或大于目标速度通过即将到来的道路坡度增加而所需的速度中的较小者。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，检测到的即将到来的道路坡度变化是即将到来的道路坡度降低，其中，自动地远离目标速度地改变当前车速包括将车速降低到小于目标速度的第二车速。
5.根据权利要求4所述的车辆，其中，所述目标速度和所述第二车速之间的差是基于将车速保持在等于或小于目标速度通过即将到来的道路坡度降低而无需应用车辆摩擦制动器所需的速度。
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