CN108099896A - 使用预测信息进行的再生制动降挡控制 - Google Patents

使用预测信息进行的再生制动降挡控制 Download PDF

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伯纳德·D·内佛西
赵亚男
邝明朗
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Ford Global Technologies LLC
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Abstract

公开了使用预测信息进行的再生制动降挡控制。一种车辆可包括选择性地连接到马达和变速器的发动机。车辆可包括控制器，所述控制器被配置为：响应于制动踏板的致动，基于再生制动降挡扭矩而在再生制动事件期间命令变速器降挡。再生制动降挡扭矩可通过预测的制动踏板输入率而确定。预测的制动踏板输入率可基于道路坡度、车辆前视距离和驾驶员历史。预测的制动踏板输入率可被分类成低、中或高。再生制动降挡扭矩还可通过预测的制动扭矩率而确定，其中，预测的制动扭矩率基于在制动踏板致动时开始的未来时间间隔内的预测的车辆减速速率、车速预测和道路坡度预测。

Description

使用预测信息进行的再生制动降挡控制
技术领域
本公开涉及自动变速器降挡策略以提高再生制动效率。
背景技术
在许多混合动力车辆和电动车辆上，在制动事件期间使用再生制动来产生电力，以提高燃料经济性。在这些事件期间，利用电机作为制动器和发电机将车辆的动能转换成电力以给高电压电池充电。因为在较低速时再生制动效率降低，所以车辆的自动变速器会降挡，以增大电机转速并增大可用的扭矩和效率。期望提供用于在施加制动期间在合适的时间计划自动变速器的第一次降挡的系统和方法，使得电机能够传输其最大功率来提高再生制动效率和燃料经济性。
发明内容
根据本公开的实施例，公开了用于在再生制动事件期间控制变速器降挡以提高再生制动效率和燃料经济性的系统和方法。具体地，基于即将到来的或预测的制动扭矩率和/或制动踏板输入率来调节第一次再生制动降挡的正时。
在一个实施例中，公开了一种车辆，所述车辆具有选择性地连接到马达和变速器的发动机。所述车辆包括控制器，所述控制器被配置为：响应于制动踏板的致动，基于再生制动降挡扭矩而在再生制动事件期间命令变速器降挡。再生制动降挡扭矩通过预测的制动踏板输入率而确定。所述预测的制动踏板输入率可基于在制动踏板致动时计算的瞬时的道路坡度和在从制动踏板致动开始的未来时间间隔内估计的平均道路坡度。所述预测的制动踏板输入率还可基于驾驶员历史。所述预测的制动踏板输入率还可基于前视距离及其变化率。所述预测的制动踏板输入率可被分类成低、中和高中的一个。再生制动降挡扭矩还可通过最小的再生扭矩而确定，其中，所述最小的再生扭矩基于最小的马达扭矩和与特定的马达操作限度相关联的阈值。
在另一实施例中，公开了一种车辆，所述车辆具有选择性地连接到马达和变速器的发动机。所述车辆包括控制器，所述控制器被配置为：响应于制动踏板的致动，基于通过预测的制动扭矩率确定的再生制动降挡扭矩而在再生制动事件期间命令变速器降挡。所述预测的制动扭矩率可基于在制动踏板致动时开始的未来时间间隔内的预测的车辆减速速率。所述预测的制动扭矩率还可基于在制动踏板致动时开始的未来时间间隔内的车速预测和道路坡度预测。再生制动降挡扭矩还可通过变速器换挡时间而确定，其中，所述变速器换挡时间基于在再生制动事件期间变速器降挡执行与由于变速器降挡引起的扭矩比改变之间的时间量。
在又一实施例中，公开了一种方法，所述方法包括：响应于制动踏板的致动，基于通过预测的制动踏板输入率和预测的制动扭矩率中的一个确定的再生制动降挡扭矩而在再生制动事件期间命令车辆的变速器降挡。所述预测的制动踏板输入率可基于瞬时的道路坡度和平均道路坡度之间的差。
多个实施例可提供一个或更多个优点。例如，根据多个实施例的再生制动降挡控制基于即将到来的或预测的制动率来调节第一次再生制动降挡正时。因此，制动器应用得越快，第一次再生制动降挡将越早地发生。这有助于提高再生制动效率和燃料经济性。基于所描述和示出的代表性实施例，本领域普通技术人员可认识到所要求保护的主题的多个实施例的以上的优点及其他的优点和特征。
附图说明
图1是根据本公开的一个或更多个实施例的混合动力车辆的示意性示出；
图2是示出了根据本公开的一个或更多个实施例的使用道路坡度预测信息来分类制动踏板输入率的方法的流程图；
图3是示出了根据本公开的一个或更多个实施例的使用前视距离预测信息来分类制动踏板输入率的方法的流程图；
图4是示出了根据本公开的一个或更多个实施例的使用预测信息来估计制动扭矩率的方法的流程图；
图5是示出了根据本公开的一个或更多个实施例的用于确定再生制动降挡扭矩的方法的流程图；
图6是根据本公开的一个或更多个实施例的换挡正时对马达扭矩的影响的图示。
具体实施方式
在此描述本公开的实施例。然而，应理解，公开的实施例仅为示例，其他实施例可采取各种替代的形式。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅作为用于教导本领域技术人员以多种形式利用实施例的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可与一个或更多个其他附图中示出的特征结合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的组合为典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合和变型可以期望用于特定应用或实施方式。
参照图1，示出了根据本公开的实施例的混合动力电动车辆(HEV)10的示意图。图1示出了组件之间的代表性关系。组件在车辆中的物理布局和方位可改变。HEV 10包括动力传动系统12。动力传动系统12包括驱动传动装置16的发动机14，传动装置16可称为模块化混合动力传动装置(MHT)。如将在下文进一步详细描述的，传动装置16包括电机(诸如电动马达/发电机(M/G)18)、关联的牵引电池20、变矩器22以及多阶梯传动比自动变速器或齿轮箱24。发动机14、M/G 18、变矩器22和自动变速器24依次串联连接，如图1所示。
发动机14和M/G 18均为HEV 10的驱动源。发动机14通常代表可以包括内燃发动机(诸如，汽油、柴油或天然气驱动的发动机)或燃料电池的动力源。发动机14产生发动机功率和对应的发动机扭矩，当发动机14和M/G 18之间的分离离合器26至少部分地接合时，发动机功率和对应的发动机扭矩被供应到M/G 18。M/G 18可以由多种类型的电机中的任何一种来实现。例如，M/G 18可以是永磁同步马达。如下文将描述的，电力电子器件将电池20提供的直流(DC)电力调节至符合M/G 18的要求。例如，电力电子器件可向M/G 18提供三相交流电(AC)。
当分离离合器26至少部分地接合时，动力可以从发动机14流到M/G 18或从M/G 18流到发动机14。例如，分离离合器26可接合并且M/G 18可作为发电机运转，以将曲轴28和M/G轴30提供的旋转能转换成电能储存在电池20中。分离离合器26也可分离以将发动机14与动力传动系统12的其他部分隔离，使得M/G 18能够作为HEV 10的唯一驱动源。轴30延伸通过M/G 18。M/G 18持续可驱动地连接至轴30，而发动机14仅在分离离合器26至少部分地接合时才可驱动地连接到轴30。
单独的起动马达31可选择性地与发动机14接合以使发动机旋转而开始燃烧。一旦发动机启动，起动马达31便可以通过(例如)起动马达31和发动机14之间的离合器(未示出)与发动机分离。在一个实施例中，在分离离合器26断开而保持发动机与M/G 18断开连接时，发动机14由起动马达31启动。一旦发动机已经启动并且被带动到M/G 18的转速，分离离合器26便可将发动机连接到M/G，以允许发动机提供驱动扭矩。
在另一实施例中，未设置起动马达31，替代地，通过M/G 18来启动发动机14。为此，分离离合器26部分地接合以将来自M/G 18的扭矩传递到发动机14。可能需要使M/G 18的扭矩斜坡增大以满足驾驶员的需求同时还启动发动机14。然后，一旦发动机转速被带动到M/G的转速，分离离合器26便可完全接合。
M/G 18经由轴30连接到变矩器22。因此，当分离离合器26至少部分地接合时，变矩器22连接到发动机14。变矩器22包括固定到M/G轴30的泵轮和固定到变速器输入轴32的涡轮。因此，变矩器22在轴30和变速器输入轴32之间提供液力耦合。当泵轮旋转得比涡轮快时，变矩器22将动力从泵轮传输到涡轮。涡轮扭矩和泵轮扭矩的大小通常取决于相对转速。当泵轮转速与涡轮转速之比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的数倍。还可设置变矩器旁通离合器34，变矩器旁通离合器34在接合时将变矩器22的泵轮和涡轮摩擦地或机械地连接，从而允许更高效的动力传递。变矩器旁通离合器34可作为起步离合器运转以提供平稳的车辆起步。可选地或组合地，对于不包括变矩器22或变矩器旁通离合器34的应用，可在M/G 18和齿轮箱24之间设置类似于分离离合器26的起步离合器。在一些应用中，分离离合器26通常称为上游离合器，起步离合器34(其可以是变矩器旁通离合器)通常称为下游离合器。
齿轮箱24可以包括齿轮组(未示出)，所述齿轮组通过诸如离合器和制动器(未示出)的摩擦元件的选择性接合而被选择性地置于不同的传动比，以建立期望的多个离散或阶梯传动比。可以通过换挡计划来控制摩擦元件，所述换挡计划使齿轮组的某些元件连接和断开连接，以控制变速器输出轴36和变速器输入轴32之间的传动比。通过相关联的控制器(诸如动力传动系统控制单元(PCU))基于各种车辆工况和环境工况而使齿轮箱24自动地从一个传动比变换为另一传动比。然后齿轮箱24将动力传动系统输出扭矩提供到输出轴36。
应当理解，与变矩器22一起使用的液压控制式齿轮箱24仅仅是齿轮箱或变速器装置的一个示例；接收来自发动机和/或马达的输入扭矩然后以不同的传动比将扭矩提供到输出轴的任何多级传动比齿轮箱都是可接受的而能用于本公开的实施例。例如，齿轮箱24可以通过包括一个或更多个伺服马达以沿着换挡导轨平移/旋转换挡拨叉从而选择期望的传动比的自动机械式(或手动)变速器(AMT)来实现。如本领域普通技术人员通常理解的，AMT可以用于(例如)扭矩要求较高的应用中。
如图1的代表性实施例所示，输出轴36连接到差速器40。差速器40经由连接到差速器40的相应车桥44驱动一对车轮42。差速器将大致相等的扭矩传递到每个车轮42，同时(例如)在车辆转弯时允许轻微的速度差。可以使用不同类型的差速器或类似装置来将来自动力传动系统的扭矩分配到一个或更多个车轮。在一些应用中，扭矩分配可以根据(例如)具体的操作模式或工况而变化。
动力传动系统12还包括相关联的控制器50(诸如动力传动系统控制单元(PCU))。虽然被示出为一个控制器，但是控制器50可以是更大的控制系统的一部分，并且可以由整个车辆10中的各种其他控制器(诸如车辆系统控制器(VSC))来控制。因此，应当理解，动力传动系统控制单元50和一个或更多个其他控制器可以统称为“控制器”，其响应于来自各种传感器的信号而控制各种致动器以控制多个功能，诸如再生制动和降挡、启动/停止、操作M/G 18以提供车轮扭矩或给电池20充电、选择或计划变速器换挡等。控制器50可以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)。计算机可读存储装置或介质可以包括(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是可用于在CPU掉电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可以使用多个已知存储装置(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)、闪存或者能够存储数据的任何其它电、磁、光学或组合的存储装置)中的任何一种来实现，所述数据中的一些表示由控制器使用以控制发动机或车辆的可执行指令。
控制器经由可被实现为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等的单个集成接口的输入/输出(I/O)接口与各种发动机/车辆传感器和致动器进行通信。或者，可以使用一个或更多个专用硬件或固件芯片而在特定信号被提供给CPU之前对所述特定信号进行调节和处理。如图1的代表性实施例总体上所示的，控制器50可将信号传送到发动机14、分离离合器26、M/G 18、起步离合器34、传动装置齿轮箱24以及电力电子器件56和/或从它们接收信号。尽管没有明确示出，但是本领域普通技术人员将认识到每个上述子系统内的可由控制器50控制的各种功能或组件。可以使用由控制器执行的控制逻辑直接或间接致动的参数、系统和/或组件的代表性示例包括燃料喷射正时、速率和持续时间、节气门位置、火花塞点火正时(针对火花点火式发动机)、进气/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(FEAD)组件(诸如交流发电机、空调压缩机)、电池充电、再生制动、M/G操作、用于分离离合器26、起步离合器34和传动装置齿轮箱24的离合器压力等。通过I/O接口传送输入的传感器可用于指示(例如)涡轮增压器增压压力、曲轴位置(PIP)、发动机转速(RPM)、车轮转速(WS1、WS2)、车速(VSS)、冷却剂温度(ECT)、进气歧管压力(MAP)、加速踏板位置(APPS)、点火开关位置(IGN)、节气门位置(TP)、空气温度(TMP)、排气氧(EGO)或其他排气组分浓度或存在度、进气流量(MAF)、变速器挡位、传动比或模式、变速器油温(TOT)、传动装置涡轮转速(TS)、变矩器旁通离合器34状态(TCC)、减速或换挡模式(MDE)。
由控制器50执行的控制逻辑或功能可以由一个或更多个附图中的流程图或类似图表来表示。这些附图提供有可以使用一个或更多个处理策略(诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等)来实现的代表性控制策略和/或逻辑。因此，所示的各个步骤或功能可以以所示的顺序执行、并行地执行或在某些情况下被省略。尽管并不总是明确地示出，但是本领域普通技术人员将认识到，根据所使用的特定处理策略，所示出的一个或更多个步骤或功能可以被重复执行。类似地，所述的处理顺序对于实现本文所描述的特征和优点而言并不是一定需要的，而是为了便于说明和描述而提供的。控制逻辑可以主要在由基于微处理器的车辆、发动机和/或动力传动系统控制器(例如控制器50)执行的软件中实现。当然，根据具体应用，控制逻辑可以在一个或更多个控制器中的软件、硬件或软件和硬件的组合中实现。当在软件中实现时，可以在一个或更多个计算机可读存储装置或介质中提供控制逻辑，所述计算机可读存储装置或介质存储有表示由计算机执行以控制车辆或其子系统的代码或指令的数据。计算机可读存储装置或介质可以包括多个已知物理装置中的一个或更多个，所述物理装置使用电、磁和/或光学存储器来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等。
车辆驾驶员使用加速踏板52来提供需求的扭矩、功率或驱动命令以推进车辆。通常，踩下和释放踏板52产生可被控制器50分别解释为需要增加动力或减小动力的加速踏板位置信号。至少基于来自踏板的输入，控制器50命令来自发动机14和/或M/G 18的扭矩。控制器50还控制齿轮箱24内的换挡正时以及分离离合器26和变矩器旁通离合器34的接合或分离。类似于分离离合器26，变矩器旁通离合器34可以在接合位置和分离位置之间的范围内调节。除由泵轮和涡轮之间的液力耦合产生的可变打滑之外，这还在变矩器22中产生可变打滑。或者，根据具体应用，变矩器旁通离合器34可以被操作为锁定或断开而不使用被调节的操作模式。
车辆10的驾驶员使用制动踏板53来产生车辆制动需求。踩下制动踏板53产生被控制器50解释为使车辆减速的命令的制动输入信号。为了利用发动机14驱动车辆，分离离合器26至少部分地接合以将发动机扭矩的至少一部分通过分离离合器26传递到M/G 18，然后从M/G 18传递通过变矩器22和齿轮箱24。当发动机14单独提供推进车辆所需的扭矩时，该操作模式可被称为“发动机模式”、“纯发动机模式”或“机械模式”。M/G 18可通过提供额外的动力使轴30转动来辅助发动机14。该操作模式可以被称为“混合动力模式”、“发动机-马达模式”或“电动辅助模式”。
为了使用M/G 18作为唯一的动力源来驱动车辆，除了分离离合器26将发动机14与动力传动系统12的其余部分隔离以外，动力流动保持不变。在此期间，发动机14中的燃烧可被禁用或以其他方式关闭以节省燃料。牵引电池20通过布线54将储存的电能传输到可以包括(例如)逆变器的电力电子器件56。电力电子器件56将来自电池20的DC电压转换成AC电压以供M/G 18使用。控制器50命令电力电子器件56将来自电池20的电压转换为提供给M/G 18的AC电压以向轴30提供正扭矩或负扭矩。该操作模式可被称为“纯电动模式”、“EV(电动车辆)模式”或“马达模式”。
在任何操作模式中，M/G 18可以用作马达并为动力传动系统12提供驱动力。或者，M/G 18可以用作发电机并将来自动力传动系统12的动能转换成电能而储存在电池20中。例如，当发动机14正在为车辆10提供推进动力时，M/G 18可以用作发电机。在再生制动时期，M/G 18还可以用作发电机，其中，在再生制动中，来自旋转着的车轮42的旋转能量通过齿轮箱24回传并被转换成电能储存在电池20中。在再生制动事件期间，由于变速器24的较高转速允许更高的效率下的更大的再生制动功率，因而变速器24可降挡。
通常，电动马达(M/G)18在马达转速低于基本转速时在恒定的扭矩区域内操作，并在马达转速大于基本转速时在恒定的功率区域内操作。在该恒定的扭矩区域内，电动马达18不能传输其最大功率。结果，在制动事件期间，回收的制动功率会受限于电动马达18的功率。为了使再生制动效率最大，通常期望提高马达转速以使其在恒定的功率区域内操作而使用电动马达18的全部潜能(fullpotential)。在制动踏板53被应用的时刻，电动马达转速通常低于基本转速，且制动扭矩从零增大到相对恒定的水平。因此，在制动器应用期间在适当的时间计划自动变速器24的第一次降挡是重要的，从而能够避开恒定的扭矩区域以使再生制动效率最大。
应当理解，图1所示的示意图仅是示例性的，而不意在进行限制。可以考虑利用发动机和马达二者的选择性接合以通过变速器进行传递的其它构造。例如，M/G 18可相对于曲轴28偏移，和/或M/G 18可设置在变矩器22和齿轮箱24之间。在不脱离本公开的范围的情况下，可考虑其他构造。
如上所述，MHT实施方式适于通过传动系提供再生制动。再生制动是用于提高车辆燃料经济性的关键特征。再生制动事件可从释放加速踏板和应用制动踏板开始。在再生制动期间，可被施加到马达的负扭矩(或再生制动扭矩)的量受限于马达的最小极限。为了避免马达在恒定的扭矩区域内操作(马达不能传输其最大功率)的情况，在适当的时间计划自动变速器的第一次降挡是重要的，以使再生制动效率最大。
根据本公开的实施例提供在再生制动事件期间刚好在应用制动踏板之后且在变速器的第一次再生制动降挡之前的时间段内控制变速器降挡的系统和方法。具体地，在此公开和描述与使用预测的制动踏板输入率(brake pedal input rate)和预测的制动扭矩率(brake torque rate)来控制第一次再生制动降挡相关的实施例。
现在参照图2，示出了流程图，该流程图的开始200基于道路坡度信息对预测的制动踏板输入率进行分类。可通过能够识别车辆的位置和周围地形的地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)来获得道路坡度信息。可利用模糊逻辑规则或者利用查找表来完成预测的制动踏板输入率的分类。预测的制动踏板输入率可被分类成三种水平：高、中或低，或者它可被进一步细化为其他水平。
继续参照图2，如步骤202处所示，控制算法可限定预测窗口(lookahead window)或未来时间间隔(tstart,tend)，在此期间预测的制动踏板输入率被分类成多个输入水平(例如，高、中或低)。具体地，在步骤202处控制器可接收可由制动踏板的应用而发起的tstart。预测窗口或未来时间间隔(tstart,tend)可具有预定的时间长度tdelta，使得tend＝tstart+tdelta。在步骤204中，控制器获得在预测窗口(tstart,tend)内的当前的或瞬时的道路坡度值(Gradecur)和估计的道路坡度值。然后在步骤206中，控制器可计算预测窗口(tstart,tend)内的预测的平均道路坡度(Gradeprd)。然后在步骤208中，控制器可基于当前的道路坡度(Gradecur)和预测的平均道路坡度(Gradeprd)的比较将预测的制动踏板输入率分类成某一输入水平(例如，高、中或低)。具体地，控制器可确定当前的道路坡度(Gradecur)和预测的平均道路坡度(Gradeprd)之间的差或道路坡度的变化以预测制动踏板输入率将是高、中、低还是某些其他细化的水平。
例如，与具有低海拔且在缓坡上行驶的车辆(可具有较低的制动踏板输入率(被分类为低))相比，具有高海拔且在陡坡上行驶的车辆通常会导致较高的制动踏板输入率，其可被分类为高。
另外，控制器可使用驾驶员过去的历史(如果可用的话)对预测窗口或未来时间间隔(tstart,tend)内的预测的制动踏板输入率进行分类，如步骤210处所示。具体地，控制器可确定当前的道路坡度(Gradecur)和预测的平均道路坡度(Gradeprd)之间的差，然后参考查找表来获得驾驶员对于该差或道路坡度的变化作出的制动踏板输入的过去的历史。然后，控制器可使用这样的信息将预测的制动踏板输入率分类成三种或更多种输入水平，例如高、中或低。本领域普通技术人员将理解，预测的制动踏板输入率的分类不限于三种输入水平，并且可实施其他分类方法。
现在参照图3，示出了流程图，该流程图的开始300基于车辆前视距离(headwayrange)信息对预测的制动踏板输入率进行分类。可使用电磁波和光学器件(例如，激光雷达或雷达)来测量距前车的前视距离或距离。这种计算提供对由于接近其他车辆而需要进行制动的指示。可基于这样的前视距离来确定制动踏板输入率分类。
继续参照图3，如步骤302处所示，控制算法可限定预测窗口或未来时间间隔(tstart,tend)，在此期间预测的制动踏板输入率被分类成某一输入水平(例如，高、中或低)。具体地，在步骤302处控制器可接收由制动踏板的应用而发起的tstart。预测窗口或未来时间间隔(tstart,tend)可具有预定的时间长度tdelta，使得tend＝tstart+tdelta。在步骤304中，控制器估计前视距离和前视距离变化率以进行预测。可使用数值方法(例如，移动平均数)来预测前视距离变化率。可在从踩下制动踏板开始的时间段内计算前视距离变化率。然后在步骤306处，控制器可基于在预测窗口(tstart,tend)内的前视距离和预测的前视距离变化率来对制动踏板输入率进行分类。例如，与前视距离大且变化率小的车辆相比，前视距离小且变化率大的车辆可能需要通常更强的制动踏板输入率。在这种情况下，前视距离小且变化率大的车辆可具有高的制动踏板输入率分类。反之，前视距离大且变化率小的车辆可具有低的制动踏板输入率分类。
另外，控制器可使用驾驶员过去的历史(如果可用的话)对预测窗口或未来时间间隔(tstart,tend)内的预测的制动踏板输入率进行分类，如步骤308处所示。具体地，控制器可确定预测的前视距离及其变化率，然后参考查找表来获得驾驶员对于该前视距离预测作出的制动踏板输入的过去的历史。然后，控制器可使用这样的信息将预测的制动踏板输入率分类成三种或更多种输入水平，例如高、中或低。本领域普通技术人员将理解，预测的制动踏板输入率的分类不限于三种输入水平，并且可实施其他分类方法。
现在参照图4，示出了流程图，该流程图的开始400用于确定通过预测窗口或未来时间间隔(tstart,tend)内的车速预测而估计的预测的制动扭矩率。具体地，在步骤402处，控制器可接收由制动踏板的应用而发起的tstart。预测窗口或未来时间间隔(tstart,tend)可具有预定的时间长度tdelta，使得tend＝tstart+tdelta。在步骤404中，控制器获得在预测窗口(tstart,tend)内的车速预测和道路坡度预测。如上所述，可通过能够识别车辆的位置和周围地形的地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)来获得道路坡度信息。可使用车对车(V2V)通信或车对基础设施(V2I)通信(通常称为V2X)来估计车速预测和制动扭矩预测。V2X预测可包括交通流监测系统。V2X方法可使用车速和道路坡度来估计制动扭矩。例如，与低速且道路坡度平坦的车辆相比，高速且道路坡度为负的车辆可能需要更高的制动扭矩。
可使用线性表示法来预测(tstart,tend)内的车速。例如，如果车速必须在tstart和tend之间的距离内达到零，则控制器将预期在给定距离内以线性斜率达到零。还可利用更复杂的方法(可包括车辆控制器可用的其他信息源，如上所述)来预测车速。在步骤406处，当道路坡度、道路摩擦系数和阻力系数是已知的时，可使用已知的第一主方程(firstprincipal equation)来估计瞬时制动扭矩。由此，可在步骤408处确定预测的制动扭矩率。
现在参照图5，示出了流程图，该流程图的开始500用于确定再生制动降挡扭矩(TqdownShift)，其是计划变速器的再生制动降挡时的扭矩值。在步骤502处，控制器基于最小的马达扭矩(TqmotorMin)加上(与考虑了马达极限的马达安全操作相关联的)安全限度(TqsafeMargin)来确定最小的再生扭矩(TqregenMin)，使得TqregenMin＝TqmotorMin+TqsafeMargin。然后在步骤504处，控制器根据可用的车辆信息来估计制动扭矩率(TqebrakeRate)或制动踏板输入率分类。如步骤506和508处所示，根据可用的车辆信息，基于被换挡时间(tshift)调节的最小再生扭矩(TqregenMin)以及制动扭矩率(TqebrakeRate)或制动踏板输入率分类(f(Brake Rate Classification))来估计再生制动降挡扭矩(TqdownShift)。这里，换挡时间(tshift)是变速器降挡执行与由于换挡引起的扭矩比改变之间的时间。
如果如步骤506所示获得了制动扭矩率(TqebrakeRate)，则通过最小再生扭矩(TqregenMin)加上换挡时间(tshift)、制动扭矩率(TqebrakeRate)和比率(rt)的乘积来计算再生制动降挡扭矩(TqdownShift)，其中，比率(rt)可通过当前的马达转速和制动扭矩率来确定(并可通过使用这样的输入经查找表来获得)。然后得到的方程为TqdownShift＝TqregenMin+tshift*TqebrakeRate*rt。或者，如果如步骤508所示制动踏板输入率分类是可用的，则通过最小再生扭矩(TqregenMin)加上换挡时间(tshift)与制动踏板输入率分类的函数(f(Brake Rate Classification))的乘积来计算再生制动降挡扭矩(TqdownShift)。然后得到的方程为TqdownShift＝TqregenMin+tshift*f(Brake Rate Classification)。在以上描述的方程中，假定TqmotorMin是负数，TqsafeMargin是正数，TqebrakeRate是正数。
现在参照图6，提供了用于示出在给定的制动扭矩请求603下降挡正时对马达操作的影响的图示。通常，电动马达在马达转速低于基本转速时在恒定的扭矩区域内操作，并在马达转速大于基本转速时在恒定的功率区域内操作。如上所述，当在该恒定的扭矩区域内操作时，电动马达不能传输其最大功率。在致动制动踏板时，电动马达转速通常低于其基本转速且制动扭矩从零增大到相对恒定的水平。因而，期望提高马达转速以使其在恒定的功率区域内操作，从而使用电动马达的全部潜能来使再生制动效率最大。
继续参照图6，示出了较晚的降挡600导致在该恒定的扭矩区域606内操作(马达被约束而不能传输其最大功率)，这导致捕获的再生能量较少进而导致总的再生效率较低。相比之下，图6示出了较早的降挡602允许马达避免在该恒定的扭矩区域内操作取而代之的是在恒定的功率区域内操作，如604处所示，因而增加了捕获的再生能量并提高了总的再生效率。
通过在此描述的代表性实施例可知，根据本公开的实施例提供了稳健有效的变速器降挡控制策略用于提高再生制动效率和总的燃料经济性。
虽然上文描述了示例性实施例，但并非意味着这些实施例描述了本公开的所有可能的形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可做出各种改变。此外，可将实现的各种实施例的特征组合以形成本公开的进一步的实施例。虽然已具体描述了最佳方式，但是熟悉本领域的人员应意识到权利要求范围内的各种替代的设计和实施例。虽然各种实施例可能已被描述为在一个或更多个期望特性方面提供优点或者优于其他实施例，但是本领域技术人员应该认识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特性可被折衷，以实现期望的系统属性。这些属性包括但不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、封装、尺寸、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。在此讨论的被描述为在一个或更多个特性方面不如其他实施例或现有技术的实施方式合意的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定应用。

Claims (20)

1.一种车辆，包括：
发动机，选择性地连接到马达和变速器；
控制器，被配置为：响应于制动踏板的致动，基于通过预测的制动踏板输入率确定的再生制动降挡扭矩而在再生制动事件期间命令变速器降挡。
2.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述预测的制动踏板输入率基于在制动踏板致动时计算的瞬时的道路坡度和在从制动踏板致动开始的未来时间间隔内估计的平均道路坡度。
3.根据权利要求2所述的车辆，其中，所述瞬时的道路坡度通过地理信息系统和全球定位系统中的至少一个而确定。
4.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述预测的制动踏板输入率基于驾驶员历史。
5.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述预测的制动踏板输入率基于前视距离及其变化率。
6.根据权利要求5所述的车辆，其中，前视距离基于利用电磁波测量的距前车的距离。
7.根据权利要求1所述的车辆，其中，所述预测的制动踏板输入率被分类成低、中和高中的一个。
8.根据权利要求1所述的车辆，其中，再生制动降挡扭矩进一步通过最小的再生扭矩而确定，其中，所述最小的再生扭矩基于最小的马达扭矩和与特定的马达操作限度相关联的阈值。
9.根据权利要求1所述的车辆，其中，再生制动降挡扭矩进一步通过变速器换挡时间而确定，其中，所述变速器换挡时间基于在再生制动事件期间变速器降挡执行与由于变速器降挡引起的扭矩比改变之间的时间量。
10.一种车辆，包括：
发动机，选择性地连接到马达和变速器；
控制器，被配置成：响应于制动踏板的致动，基于通过预测的制动扭矩率确定的再生制动降挡扭矩而在再生制动事件期间命令变速器降挡。
11.根据权利要求10所述的车辆，其中，所述预测的制动扭矩率基于在制动踏板致动时开始的未来时间间隔内的预测的车辆减速速率。
12.根据权利要求10所述的车辆，其中，所述预测的制动扭矩率基于在制动踏板致动时开始的未来时间间隔内的车速预测和道路坡度预测。
13.根据权利要求10所述的车辆，其中，再生制动降挡扭矩进一步通过最小的再生扭矩而确定，其中，所述最小的再生扭矩基于最小的马达扭矩和与特定的马达操作限度相关联的阈值。
14.根据权利要求10所述的车辆，其中，再生制动降挡扭矩进一步通过变速器换挡时间而确定，其中，所述变速器换挡时间基于在再生制动事件期间变速器降挡执行与由于变速器降挡引起的扭矩比改变之间的时间量。
15.一种方法，包括：
响应于制动踏板的致动，基于通过预测的制动踏板输入率和预测的制动扭矩率中的一个确定的再生制动降挡扭矩而在再生制动事件期间命令车辆的变速器降挡。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述预测的制动踏板输入率基于瞬时的道路坡度和平均道路坡度之间的差。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述预测的制动踏板输入率基于驾驶员历史。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，所述预测的制动踏板输入率基于前视距离及其变化率。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述预测的制动扭矩率基于响应于制动踏板致动而开始的未来时间间隔内的车速预测和道路坡度预测。
20.根据权利要求15所述的方法，其中，所述预测的制动扭矩率基于响应于制动踏板致动而开始的未来时间间隔内的预测的车辆减速速率。
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