CN112776778A - 控制车辆再生扭矩的方法、再生扭矩控制器以及防抱死制动系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种控制车辆再生扭矩的方法，所述方法包括：从一个或多个传感器接收第一信号；基于所述第一信号来估计车速；至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性；以及基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩。本发明还提供了一种再生扭矩控制器、防抱死制动系统、汽车以及计算机存储介质。

Description

控制车辆再生扭矩的方法、再生扭矩控制器以及防抱死制动 系统
技术领域
本发明涉及再生扭矩控制方案，更具体地，涉及一种控制车辆再生扭矩的方法、再生扭矩控制器、防抱死制动系统、汽车以及计算机存储介质。
背景技术
随着人们对环境问题的日益关注，环保车辆（例如电动车、混合动力汽车、燃料电池汽车等等）的研发在不断积极进行中。特别是，从节能角度出发，在车辆滑行或制动过程中，将汽车行驶的惯性能量通过传动系统传递给电机，而电机以发电机方式工作，为动力电池充电，实现能量的再生利用。
在滑行再生期间，当道路（例如雪路、冰面和雨路）的摩擦系数较小时，可能由于滑行再生扭矩的原因而出现滑移。在这种情况下，所有车轮将由电机倒拖，并缓慢减速直至完全抱死。即使在车身稳定系统ESP的协助下，车辆仍将失去驾驶能力以及稳定性。
因此，期望一种改进的再生扭矩控制方案。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种控制车辆再生扭矩的方法，所述方法包括：从一个或多个传感器接收第一信号；基于所述第一信号来估计车速；至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性；以及基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩。
可选地，在上述方法中，至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性包括：至少基于所估计的车速来确定车轮是否稳定、有抱死的趋势或已抱死。
可选地，在上述方法中，基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩包括：在确定所述车轮稳定时，控制与所述车轮对应的电机来增加再生扭矩；在确定所述车轮有抱死的趋势时，控制与所述车轮对应的电机来保持再生扭矩；以及在确定所述车轮已抱死时，控制与所述车轮对应的电机来减少再生扭矩。
可选地，在上述方法中，所述第一信号包括轮速、纵向加速度、侧向加速度、汽车横摆角速度以及转向角。
可选地，上述方法还可包括：基于所述第一信号来估计所述车辆的加速度。
可选地，在上述方法中，至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性包括：当所述轮速低于所估计的车速一预定比例时，则确定所述车辆失稳。
可选地，在上述方法中，基于所述第一信号来估计车速包括：根据四个轮子的轮速来确定车速的范围；以及利用所估计的加速度来对所述车速的范围进行调整和限制。
根据本发明的另一方面，提供了一种再生扭矩控制器，所述再生扭矩控制器包括：接收单元，用于从一个或多个传感器接收第一信号；估算单元，用于基于所述第一信号来估计车速；稳定性确定单元，用于至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性；以及控制单元，用于基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩。
可选地，在上述再生扭矩控制器中，所述稳定性确定单元配置成至少基于所估计的车速来确定车轮是否稳定、有抱死的趋势或已抱死。
可选地，在上述再生扭矩控制器中，所述控制单元配置成在确定所述车轮稳定时，控制与所述车轮对应的电机来增加再生扭矩；在确定所述车轮有抱死的趋势时，控制与所述车轮对应的电机来保持再生扭矩；以及在确定所述车轮已抱死时，控制与所述车轮对应的电机来减少再生扭矩。
可选地，在上述再生扭矩控制器中，所述第一信号包括轮速、纵向加速度、侧向加速度、汽车横摆角速度以及转向角。
可选地，在上述再生扭矩控制器中，所述估算单元还配置成基于所述第一信号来估计所述车辆的加速度。
可选地，在上述再生扭矩控制器中，所述稳定性确定单元配置成在所述轮速低于所估计的车速一预定比例时，确定所述车辆失稳。
可选地，在上述再生扭矩控制器中，所述估算单元还配置成根据四个轮子的轮速来确定车速的范围；以及利用所估计的加速度来对所述车速的范围进行调整和限制。
根据本发明的又一方面，提供了一种防抱死制动系统，其包括如前所述的再生扭矩控制器。
根据本发明的又一方面，提供了一种汽车，其包括如前所述的防抱死制动系统。
根据本发明的又一方面，提供了一种计算机存储介质，所述介质包括指令，所述指令在运行时执行如前所述的控制车辆再生扭矩的方法。
综上，本发明的车辆再生扭矩控制方案使得即使在车辆滑行的工况下再生能量也能顺利回收，并与此同时保持车辆的稳定性以及可操作性。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1示出了根据本发明的一个实施例的控制车辆再生扭矩的方法；
图2示出了根据本发明的一个实施例的再生扭矩控制器的结构示意图；以及
图3是应用了根据本发明的一个实施例的控制车辆再生扭矩的方法的系统的框图。
具体实施方式
应理解，这里所使用的术语“车辆”或者其他类似的术语包括一般的机动车辆，例如乘用车（包括运动型多用途车、公共汽车、卡车等）、各种商用车、船舶、飞机等等，并包括混合动力汽车、电动车、插电式混动电动车等。混动动力汽车是一种具有两个或更多个功率源的车辆，例如汽油动力和电动车辆。
虽然将示例性实施例描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是应理解，这些示例性过程也可由一个或多个模块来执行。
而且，本发明的控制逻辑可作为非瞬时计算机可读介质而包含在包含可执行程序指令的计算机可读介质上，该可执行程序指令由处理器等实施。计算机可读介质的实例包括，但不限于，ROM、RAM、光盘、磁带、软盘、闪盘驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质也可分布在连接有网络的计算机系统中，使得例如通过车载远程通信服务或者控制器局域网（CAN）以分布式方式储存并实施计算机可读介质。
除非具体地提到或者从上下文中显而易见，否则如这里使用的，将术语“大约”理解为在本领域中的正常公差的范围内，例如在平均值的2个标准差内。
在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的各示例性实施例的用于控制车辆的再生扭矩的方法。
图1示出了一种控制车辆再生扭矩的方法1000。如图1所示，方法1000包括如下步骤：
在步骤S110中，从一个或多个传感器接收第一信号；
在步骤S120中，基于所述第一信号来估计车速；
在步骤S130中，至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性；以及
在步骤S140中，基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩。
在本发明的上下文中，术语“车辆的稳定性”表示车辆在行驶中受到外部干扰后，能尽快自行恢复原行驶状态和方向，不致发生失控、侧滑(甩动)和倾翻等现象的能力。
术语“再生扭矩”是与车辆的行驶方向相反地施加的扭矩。在例如车辆通过惯性行驶的滑行过程中，环保车辆操作作为发电机的电机和/或起动器发电机以回收惯性能，因此在操作电机和/或起动器发电机之后制动该车辆。换句话说，在例如滑行过程中，车辆可通过对电机设置滑行扭矩（例如，与行驶方向相反的扭矩，或者又称为“再生扭矩”、“滑行再生扭矩”）而将惯性能作为功率回收，并且在此时执行制动。
在一个实施例中，一个或多个传感器可以包括轮速传感器、惯性传感器以及汽车方向盘转角传感器。因而，从一个或多个传感器接收的第一信号包括轮速（车轮的运动速度）、纵向加速度、侧向加速度、汽车横摆角速度以及转向角。
在接收到第一信号后，可基于该第一信号来估计车速。理想地，车速估计的准确度应尽可能高，从而车辆的再生扭矩控制可保持车辆的稳定性以及可操作性。
车速其实就是指车身相对地面的移动速度。在现有技术中，可以利用五轮仪、光电式速度传感器（工作原理类似光电鼠标）以及GPS等对车速进行直接测量。但是对于本发明的再生扭矩控制器或ABS来说，由于对成本、可靠性、实时性等方面有要求，所以并没有采用以上所说的那些方法，而采用从传感器接收的信号对车速进行估计。
在一个实施例中，可通过轮速信息来估算车速。除了车速之外，还利用第一信号估计加速度。这时，基于所述第一信号来估计车速可包括：根据四个轮子的轮速来确定车速的范围；以及利用所估计的加速度来对所述车速的范围进行调整和限制。
在一个实施例中，至少基于所估计的车速来确定车轮是否稳定、有抱死的趋势或已抱死。例如，当所述轮速低于所估计的车速一预定比例时，则确定所述车辆失稳。在确定所述车轮稳定时，控制与所述车轮对应的电机来增加再生扭矩；在确定所述车轮有抱死的趋势时，控制与所述车轮对应的电机来保持再生扭矩；以及在确定所述车轮已抱死时，控制与所述车轮对应的电机来减少再生扭矩。
在一个实施例中，前轮与后轮分别对应不同的电机。因而，可能存在如下情形：即控制与前两轮对应的第一电机增加再生扭矩的同时控制与后两轮对应的第二电机保持或减少再生扭矩。
另外，汽车从纯滚动到抱死拖滑的制动过程是一个渐进的过程，一般经历纯滚动、边滚边滑和纯滑动三个阶段。为了评价汽车车轮滑移成分所占比例的多少，常用滑移率s来表示，其定义如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
在上式中，u为车速，uW为轮速。当车轮纯滚动时，车速等于轮速，因此s为0；当车轮抱死纯滑动时，轮速为0，因此s =100%；当车轮边滚边滑时，u> uw，0<s<100%。车轮滑移率越大，说明车轮在运动中滑动成分所占的比例越大。
因而，在一个实施例中，至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性也可包括：基于所估计的车速来确定车辆的滑移率，并且基于所述滑移率来确定车轮的滑动程度，并进而判断车辆的稳定性。例如，当车轮的滑移率保持在20%或30%之内时，可以认为车辆的稳定性较好。相反，若滑移率大于30%，则可认为车辆的稳定性较差。
一般而言，滑移率对汽车车轮制动附着系数和侧向附着系数影响极大，从而影响汽车的制动性能。当地面对车轮法向反作用力一定时，滑移率大约在20%左右时制动纵向附着系数最大，车轮与路面之间的附着力就最大，此时的地面制动力也就最大，制动效果最佳。当滑移率等于零时，侧向附着系数最大，汽车抗侧滑能力最强，制动时方向稳定性最好。侧向附着系数随着滑移率的增大而减小，当车轮完全抱死拖滑时侧向附着系数≈0 ，汽车制动稳定性最差。
因此，当车轮的滑移率保持在10%～30%的范围内时，可以保证车轮与路面有良好的纵向、侧向附着力，有效防止制动时汽车侧滑、甩尾、失去转向等现象发生，提高了汽车制动时的方向稳定性。
控制电机增加、保持或减少再生扭矩可循环进行。例如，在一个循环内，在确定车辆或车轮稳定时，增加相应电机的再生扭矩；当发现所述车辆或车轮趋于抱死，则在这时保持相应电机的再生扭矩；接着，当发现所述车辆或车轮已抱死，则在这时减少相应电机的再生扭矩。在上面示例中，增加或减少再生扭矩可按一固定值进行。可替换地，增加或减少再生扭矩可持续进行，直至发现车辆或车轮的稳定性发生变化。
图2示出了根据本发明的一个实施例的再生扭矩控制器2000的结构示意图。如图2所示，再生扭矩控制器2000包括接收单元210、估算单元220、稳定性确定单元230以及控制单元240。其中，接收单元210用于从一个或多个传感器接收第一信号，估算单元220用于基于所述第一信号来估计车速，稳定性确定单元230用于至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性，以及控制单元240用于基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩。
在上述再生扭矩控制器2000的一个实施例中，所述稳定性确定单元230配置成至少基于所估计的车速来确定车轮是否稳定、有抱死的趋势或已抱死。控制单元240配置成在确定所述车轮稳定时，控制与所述车轮对应的电机来增加再生扭矩；在确定所述车轮有抱死的趋势时，控制与所述车轮对应的电机来保持再生扭矩；以及在确定所述车轮已抱死时，控制与所述车轮对应的电机来减少再生扭矩。
在一个实施例中，一个或多个传感器可以包括轮速传感器、惯性传感器以及汽车方向盘转角传感器。因而，接收单元210从一个或多个传感器接收的第一信号包括轮速（车轮的运动速度）、纵向加速度、侧向加速度、汽车横摆角速度以及转向角。
在接收单元210接收到第一信号后，估算单元220可基于该第一信号来估计车速。理想地，车速估计的准确度应尽可能高，从而车辆的再生扭矩控制可保持车辆的稳定性以及可操作性。
车速其实就是指车身相对地面的移动速度。在现有技术中，可以利用五轮仪、光电式速度传感器（工作原理类似光电鼠标）以及GPS等对车速进行直接测量。但是对于本发明的再生扭矩控制器2000或ABS来说，由于其对成本、可靠性、实时性等方面有要求，所以并没有采用以上所说的那些方法，而采用从传感器接收的信号对车速进行估计。
在一个实施例中，估算单元220可通过轮速信息来估算车速。在更优选的实施例中，除了车速之外，估算单元220还利用第一信号估计加速度。这时，估算单元220配置成根据四个轮子的轮速来确定车速的范围；以及利用所估计的加速度来对所述车速的范围进行调整和限制。
在一个实施例中，稳定性确定单元230配置成至少基于所估计的车速来确定车轮是否稳定、有抱死的趋势或已抱死。例如，当所述轮速低于所估计的车速一预定比例时，则确定所述车辆失稳。
在确定所述车轮稳定时，控制单元240配置成控制与所述车轮对应的电机来增加再生扭矩；在确定所述车轮有抱死的趋势时，控制单元240配置成控制与所述车轮对应的电机来保持再生扭矩；以及在确定所述车轮已抱死时，控制单元240控制与所述车轮对应的电机来减少再生扭矩。
在一个实施例中，前轮与后轮分别对应不同的电机。因而，可能存在如下情形：即控制单元240控制与前两轮对应的第一电机增加再生扭矩的同时控制与后两轮对应的第二电机保持或减少再生扭矩。
另外，在一个实施例中，稳定性确定单元230配置成基于所估计的车速来确定车辆的滑移率，并且基于所述滑移率来确定车轮的滑动程度，并进而判断车辆的稳定性。例如，当车轮的滑移率保持在20%或30%之内时，可以认为车辆的稳定性较好。相反，若滑移率大于30%，则可认为车辆的稳定性较差。
图3是应用了根据本发明的一个实施例的控制车辆再生扭矩的方法的系统3000的框图。参考图3，系统3000包括传感器310，其配置为感测车辆操作状态；再生扭矩控制器320，其配置成基于由传感器310传入的感测信息来确定通过电机330再生制动的再生扭矩；电机330，其配置成产生驱动力并用作发电机以在车辆制动或滑行时产生电能。
在一个实施例中，传感器310包括轮速传感器、惯性传感器以及汽车方向盘转角传感器。进一步，传感器310可配置为感测加速位置传感器的打开度、制动位置传感器的打开度、外部温度、电池温度以及车辆的操作信息（包括挡位级）。传感器310可将感测到的这些信息提供给再生扭矩控制器320。
电机330可配置为从电池(未示出)供应的电能产生车辆行驶所需的驱动力。或者，电机330可配置为用作发电机以在车辆滑行的同时产生电能，并且所产生的电能可储存在电池中。
再生扭矩控制器320可在ABS中以硬件或软件形式实现。例如，再生扭矩控制器320可以配置为由预定程序操作的处理器和配置为储存程序的存储器的形式实施，并且可提供预定程序以实施构成根据本发明的各示例性实施例的控制再生扭矩的方法的各个操作。
需要说明的是，附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。可以采用软件形式来实现这些功能实体，或者在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或者在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
以上例子主要说明了本发明的控制车辆再生扭矩的方法以及再生扭矩控制器。尽管只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (17)

1.一种控制车辆再生扭矩的方法，其特征在于，所述方法包括：
从一个或多个传感器接收第一信号；
基于所述第一信号来估计车速；
至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性；以及
基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩。
2.如权利要求1所述的方法，其中，至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性包括：
至少基于所估计的车速来确定车轮是否稳定、有抱死的趋势或已抱死。
3.如权利要求2所述的方法，其中，基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩包括：
在确定所述车轮稳定时，控制与所述车轮对应的电机来增加再生扭矩；
在确定所述车轮有抱死的趋势时，控制与所述车轮对应的电机来保持再生扭矩；以及
在确定所述车轮已抱死时，控制与所述车轮对应的电机来减少再生扭矩。
4.如权利要求1所述的方法，其中，所述第一信号包括轮速、纵向加速度、侧向加速度、汽车横摆角速度以及转向角。
5.如权利要求1或4所述的方法，还包括：
基于所述第一信号来估计所述车辆的加速度。
6.如权利要求4所述的方法，其中，至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性包括：
当所述轮速低于所估计的车速一预定比例时，则确定所述车辆失稳。
7. 如权利要求5所述的方法，其中，基于所述第一信号来估计车速包括：
根据四个轮子的轮速来确定车速的范围；以及
利用所估计的加速度来对所述车速的范围进行调整和限制。
8.一种再生扭矩控制器，其特征在于，所述再生扭矩控制器包括：
接收单元，用于从一个或多个传感器接收第一信号；
估算单元，用于基于所述第一信号来估计车速；
稳定性确定单元，用于至少基于所估计的车速来确定车辆的稳定性；以及
控制单元，用于基于所述车辆的稳定性来控制电机增加、保持或减少再生扭矩。
9.如权利要求8所述的再生扭矩控制器，其中，所述稳定性确定单元配置成至少基于所估计的车速来确定车轮是否稳定、有抱死的趋势或已抱死。
10.如权利要求9所述的再生扭矩控制器，其中，所述控制单元配置成在确定所述车轮稳定时，控制与所述车轮对应的电机来增加再生扭矩；在确定所述车轮有抱死的趋势时，控制与所述车轮对应的电机来保持再生扭矩；以及在确定所述车轮已抱死时，控制与所述车轮对应的电机来减少再生扭矩。
11.如权利要求8所述的再生扭矩控制器，其中，所述第一信号包括轮速、纵向加速度、侧向加速度、汽车横摆角速度以及转向角。
12.如权利要求8或11所述的再生扭矩控制器，其中，所述估算单元还配置成基于所述第一信号来估计所述车辆的加速度。
13.如权利要求11所述的再生扭矩控制器，其中，所述稳定性确定单元配置成在所述轮速低于所估计的车速一预定比例时，确定所述车辆失稳。
14.如权利要求12所述的再生扭矩控制器，其中，所述估算单元还配置成根据四个轮子的轮速来确定车速的范围；以及利用所估计的加速度来对所述车速的范围进行调整和限制。
15.一种防抱死制动系统，包括如权利要求8至14中任一项所述的再生扭矩控制器。
16.一种汽车，包括如权利要求15所述的防抱死制动系统。
17.一种计算机存储介质，其特征在于，所述介质包括指令，所述指令在运行时执行如权利要求1至7中任一项所述的控制车辆再生扭矩的方法。
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