CN115675111A - 用于扭矩转换的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在经由换档杆方向改变需求而启动的减速事件期间施加扭矩的方法和系统。在一个示例中，当实际车速低于阈值车速且换档杆位置从前进位置调整到倒退位置时，基于实际车速和加速器踏板位置将减速扭矩朝向去往车辆静止的方向的牵引扭矩调整。

Description

用于扭矩转换的方法和系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年7月28日提交的题为“用于扭矩转换的方法和系统(METHODSAND SYSTEMS FOR TORQUE TRANSITIONING)”的美国临时申请第63/203,706号的优先权。为了所有目的，通过引用将上面列出的申请的全部内容并入本文。

技术领域

本说明书总体涉及再生扭矩和牵引扭矩之间的扭矩转换。

背景技术

为了应对气候变化，越来越多的车辆可配备有电动力源。电动力源可以提供电能，代替传统燃料源或与传统燃料源相结合来推动车辆。车辆可构造有许多用于再生电能供应的内置系统和方法，以便增加可使用电能的事件的数量。一种这样的方法可包括再生制动，再生制动可以将电动马达作为发电机运行，并补充部分电能供应。

发明人已经确定了在进入和退出再生制动的转换期间的扭矩应用的一些问题。例如，随着由于压下加速器踏板而导致加速度方向改变，可能会出现非期望的扭矩跃变。扭矩跃变可能包括加速器踏板位置和当前扭矩输出之间的不匹配。在一些示例中，车辆操作者可能在施加再生扭矩的同时压下加速器踏板。再生扭矩可能与静止时的牵引扭矩不匹配，而导致扭矩跃变，从而将当前扭矩改变为需求扭矩。这种快速变化可能在电机上产生冲击，这可能是车辆操作者所不期望的。

发明内容

在一示例中，可通过用于当实际车速低于阈值车速时根据实际车速和加速器踏板位置而调整减速扭矩的方法至少部分地解决上述问题。以此方式，车辆可以根据需要降低速度，同时将再生扭矩(例如减速扭矩)转换为牵引扭矩，该牵引扭矩是去往车辆静止的方向的，并用于实际加速器踏板的百分比，以避免扭矩跃变。

应当理解，提供以上发明内容是为了以简化的形式介绍在具体实施方式中进一步描述的概念的选择。这并不意味着识别所要求保护的主题的关键或必要特征，所要求保护的主题的范围由具体实施方式之后的权利要求书唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决以上或在本公开的任何部分中指出的任何缺点的实施方式。

附图说明

图1示出了包括电动马达的车辆的示意图。

图2示出了用于响应各情况而转换扭矩方向的方法。

图3示出了扭矩转换映射的图形示例。

具体实施方式

以下描述涉及用于在减速/再生事件期间调整扭矩分配的方法和系统。再生制动可在示出为部分电动车辆的图1的车辆上执行。然而，应当理解，本文中描述的示例和例程可以在全电动车辆上执行，而不脱离本公开的范围。图2示出了用于响应减速情况而转换扭矩方向的方法。可根据不同车辆构造和车辆情况定制的扭矩转换映射的图形示例在图3中示出。

现在转到图1，其示出了包括第一轴102和第二轴112的车辆100。第一轴102可构造成驱动邻近车辆前端101的第一组轮104，而第二轴112可构造成驱动邻近车辆后端111的第二组轮114。在一个示例中，第一轴102布置为靠近车辆100的前部，而第二轴112布置为靠近车辆100的后部。

电池132可构造成将电能供应到电动马达110。电动马达110可驱动变速器120。变速器120可包括联接到第一轴102的第一输出部和联接到第二轴112的第二输出部。

车辆100为全电动车辆，其包括一个或多个电池，以便为一个或多个电动马达供电从而驱动该车辆。在一个示例中，车辆100是全电动乘用车辆。在一些示例中，附加地或替代地，车辆100可以是混合动力车辆，包括构造成将动力供应到第一轴102和第二轴112中的一个或多个轴的发动机。替代地或附加地，在一些实施例中，车辆100可以是机车、港口机械或其他非公路车辆(OHV)。

车辆100还包括控制器12。控制器12可包括存储器，该存储器包括非暂态存储器。控制器12可包括存储在其非暂态存储器上的指令，当执行这些指令时，使控制器能够响应于换档杆14的位置而调整扭矩方向。控制器12可经由液压控制阀18致动变速器120。在一个示例中，可以将换档杆14的位置致动到前进位置或倒退位置。如果换档杆14的位置处于前进位置中，则控制器12可构造成调整电动马达110将在第一方向上施加的扭矩量，或者如果换档杆14的位置处于倒退位置中，则控制器12可构造成调整电动马达110将在第二方向上施加的扭矩量。扭矩量可以进一步基于踏板16的踏板位置。在一个示例中，踏板16是带有构造成感测踏板位置并向控制器提供感测位置的踏板位置传感器的加速器踏板。车辆操作者可致动踏板16。

在一个示例中，第一方向是与方向改变之前的换档杆位置相对应的车辆行驶方向(即来自方向)。第二方向是与车辆行驶方向相反的方向，并且在触发方向换档后与换档杆方向相对应(即去往方向)。

在一个示例中，第一方向为前进方向，即车辆行驶方向，等于方向改变前的换档杆位置。本文中，在前进方向上的扭矩在充分压下加速器踏板时为正，对于中间加速器踏板位置为零，而当加速器踏板基于当前车速被释放超出确定位置时为负。一旦换档杆换到倒档，在前进方向上的扭矩成为负，但马达的旋转仍然为正(车辆仍在向前行驶)。此时马达的扭矩和速度的相反符号在马达和车辆上产生再生制动。车辆减速至静止。在减速至静止期间，控制器12逐渐调整负扭矩(其由于正速度仍在再生)，以最终匹配车辆静止时的倒退方向的负扭矩(由于零速度而导致的牵引扭矩)。

在一个示例中，控制器12可包括存储在其非暂态存储器上的指令，当执行这些指令时，使控制器12能够响应换档杆14的位置而调整扭矩方向。这些指令可进一步使控制器12能够随着车辆接近停止但仍在发生再生制动时将所施加的扭矩的一部分修改为负扭矩。该修改可继续增加作为负扭矩的施加扭矩的部分，直到在车辆停止时达到拐点(例如，0扭矩)为止。通过这样做，可以减少或阻止扭矩跃变。

在一个示例中，再生制动可包括一个或多个轮子的运动受阻的情况。轮子所产生的扭矩被转换为电荷，而马达的运行被切换作发电机起作用。在一个示例中，根据加速器踏板外倾翻的幅度，制动器可与再生制动配合使用，或可不与其配合使用。本文中，内倾翻(tip-in)指代压下踏板，而外倾翻(tip-out)指代释放踏板。例如，如果由于再生制动导致的减速率与经由加速器踏板位置确定的需求的制动幅度不相称(更大的外倾翻对应于更高的需求的减速率)，则可以在车辆操作者没有压下制动踏板的情况下激活制动器。在再生制动期间，可以补充电能供应的负载。在一个示例中，在再生制动期间，电池的充电状态(SOC)可以增加到更大充电状态。也即，SOC可以以百分比增加，其中SOC百分比可以是从0到100％的任何值。

现在转到图2，其示出了用于将车辆扭矩从正方向转换为负方向或反之亦然的方法200。在一个示例中，本公开的方法200可构造成在方向改变执行期间将再生扭矩朝向牵引扭矩转换。该转换可以是非线性并基于实际车速的。用于执行方法200的指令可以由控制器基于存储在控制器的存储器上的指令以及结合从车辆系统的诸如上文参考图1所述的传感器之类的传感器所接收的信号来执行。控制器可以根据下文描述的方法采用车辆系统的致动器来调整运行。

在202处，方法200可包括确定当前运行参数。当前运行参数可包括但不限于车速、换档杆位置、加速器踏板位置和电池充电状态(SOC)中的一个或多个。

在204处，方法200可包括确定换档杆位置。换档杆(例如，图1的换档杆14)可以处于前进位置或倒退位置。前进位置可包括车辆前端面向施加扭矩方向的位置，而倒退位置可包括车辆后端面向施加扭矩方向的位置。换档杆位置可经由位置传感器来确定。

在206处，方法200可包括确定踏板位置。在一个示例中，踏板位置是加速器踏板(例如，图1的踏板16)的位置。加速器踏板的位置可以与为换档杆前进位置在前进方向上施加的正扭矩或为换档杆倒退位置在倒退方向上施加负扭矩的大小成比例。加速器踏板位置可由踏板位置传感器感测，其中踏板位置传感器可如上所述向控制器提供反馈。

在208处，方法200可包括确定是否需要方向改变。如果换档杆的位置从前进位置变为倒退位置或反之亦然，则可能需要方向改变。

在210处，方法200可包括如未要求改变方向则保持当前扭矩方向。保持当前扭矩方向可包括将所有扭矩在与换档杆的位置相关的方向上集中。例如，如果换档杆方向与车辆行驶方向匹配，或者如果车辆静止，则控制器可以根据单个踏板驱动映射施加扭矩，如图3所示。如果加速器踏板被压下超出确定位置，则施加的扭矩可为正；如果加速器踏板处于确定位置，则施加的扭矩可为零；如果加速器踏板倾斜到(例如释放到)确定位置之外，则施加的扭矩可为负。确定位置可基于当前车速，其中在确定位置保持当前车速。

在212处，方法200可包括如需要改变方向则反转扭矩方向。反转扭矩方向可包括将部分或全部扭矩调整到相反方向。在一个示例中，将沿去往方向使用的扭矩的至少一部分切换到来自方向，其中扭矩的切换方向的部分抵抗车辆行驶方向。

在214处，方法200可包括确定车速是否小于阈值车速。在一个示例中，阈值速度基于正的非零数。在一个示例中，阈值速度可以基于在车辆来自方向上的可参数化的车速。换言之，阈值速度可以基于控制器的存储器中所编程的参数，如图3所示。

如果车速不小于(例如，大于或等于)阈值速度，则方法200可以进行到216，其包括朝向再生扭矩施加所有扭矩。因此，可不启动基于图3的映射的扭矩转换。在一个示例中，所有扭矩对应于可由控制器12调节的扭矩，而不是车辆马达的所有扭矩。换言之，可构造参数是通过确定传动系所允许的当前最大再生扭矩来限定的，该扭矩可小于马达能够递送的总最大值。通过这样做，可调节制动效果。

如果车速低于阈值速度，则方法200可进行到218，其包括将再生扭矩(例如负扭矩)的一定百分比转换为牵引扭矩，以在车辆停止时作为扭矩施加。这样，在换档杆处于倒档位置且车速低于阈值速度、接近车辆停止的时候，再生扭矩可以转换为牵引扭矩。在一个示例中，牵引扭矩是车辆静止时的加速度扭矩。在一个示例中，该百分比可以是非线性的。附加地或替代地，该百分比可以基于以下等式1。

Tthr-((Tthr-(-T0)x trans％))＝再生扭矩设定点 (等式1)

等式1的值可从跟踪再生扭矩和牵引扭矩与车速的映射中收集。Tthr表示再生扭矩，T0表示静止时的牵引扭矩。转换百分比(trans％)可在静止时为100％，在阈值速度下为0％。映射的示例在图3中示出。该映射可以存储在控制器的存储器中，其中可输入包括车速、加速器踏板位置等的一个或多个输入，并且可以提供与再生扭矩和牵引扭矩相关的输出以及这两者之间的期望百分比平衡。在一个示例中，该百分比可随着车速进一步降低到阈值速度以下而增加，使得作为牵引扭矩施加的扭矩量增加。如上所述，该百分比可以是非线性的，使得扭矩的转换可以遵循指数、对数或任何其他形状的曲线。当车速达到零时，百分比可为100％，而所有施加扭矩可应用于牵引扭矩。

换言之，在再生制动期间转换扭矩可包括随着车速降低到阈值速度以下并接近车辆停止的再生制动期间减少再生扭矩(例如负扭矩和/或反向扭矩)的大小。然而，可以在达到车辆停止时保持扭矩的正负性(例如，扭矩的方向)。通过这样做，在到达车辆停止点时，调整扭矩的感觉会降低，并且不会被车辆操作者注意到。

在一个示例中，控制器响应于变到与车辆方向相反的方向的换档杆而向马达施加再生扭矩。当车速低于阈值速度时，再生扭矩从阈值速度或高于阈值速度下施加的预先限定扭矩逐渐朝向车辆静止时去往方向的牵引扭矩转换。因此，来自方向上的再生扭矩的符号等于去往方向的牵引扭矩的符号。通过这种方式，再生转矩的值被可控地调整为去往方向的牵引转矩的值，这为车辆操作者创造平滑的驾驶体验。

该方法200进行到220，其包括继续进行扭矩转换，直到车速为零或直到加速器踏板被压下为止。在一个示例中，可以响应于加速器踏板被压下而调整扭矩转换。附加地或替代地，可以基于加速器踏板位置的变化来调整该转换，其中该调整可包括基于加速器踏板位置来调整在再生制动期间切换到牵引扭矩的再生扭矩的百分比。

在一个示例中，附加地或替代地，该方法包括如果车辆在当前施加的加速器踏板位置停车，则将再生扭矩(负扭矩)转换为系统需求的扭矩值。再生扭矩可包括与当前行驶方向的牵引扭矩相同的扭矩符号。因此，可以在不改变马达扭矩符号的情况下进行从再生扭矩设定点到牵引扭矩设定点的转换。扭矩可以转换为当不再有方向变化时可施加的扭矩，同时仍然允许车辆开始在相对于其转换前的扭矩方向的另一方向上行驶。扭矩转换为可在另一方向上施加的第一设定点，这可对应于车辆以每小时0英里(0mph)行驶时的设定点。

现在转到图3，其示出了映射300，图形化地说明了沿x轴标绘的车速、沿y轴标绘的扭矩命令和沿z轴标绘的根据换档杆位置而变化的加速器踏板位置百分比之间的关系。负扭矩命令值可对应于再生扭矩(例如，抵抗运动并导致产生电能的扭矩)，而正扭矩命令值可对应于牵引扭矩(例如，帮助/提供车辆运动的扭矩)。正加速器踏板位置百分比可对应于换档杆处于前进位置的加速器踏板位置，而负加速器踏板位置百分比可对应于换档杆处于倒退位置的加速器踏板位置。在一个示例中，0％加速器踏板位置可对应于外倾翻量最大的踏板位置，导致再生制动。更多的内倾翻导致车辆加速。

车速对应于当前/实际车速。可经由控制器测量和/或计算车速。正车速对应于车辆行驶的前进方向，而负车速对应于车辆行驶的倒退方向。

弧310示出了转换的参数化形状的一个示例。线320可示出转换之前的一部分，其中所有扭矩(例如，最大扭矩)作为再生扭矩而施加，并且由于车速大于阈值速度，转换尚未开始。在点314处，修改为0％，而再生扭矩处于阈值速度处(例如，在图3的示例中为10千米/小时)。一旦车速降至阈值速度以下接近0，则扭矩修改沿着从点314到点312的弧310路径从0移换并增加。在点312处，修改可等于100％，使得车辆停止时的扭矩等于在去往方向上限定的牵引扭矩。如图3所示，在方向改变期间，扭矩符号从320、过314、过310到点312保持不变，其中扭矩符号保持为负。在方向改变为倒退(例如，超过312)后，扭矩保持为负，但作为牵引扭矩而施加。因此，在前进方向上的负扭矩是再生扭矩，而在倒退方向上的负扭矩是牵引扭矩。在前进方向上的正扭矩是牵引扭矩，而在倒退方向上的正扭矩是再生扭矩。

在点316处，可只存在再生扭矩。因此，可不存在牵引扭矩。在点316后，再生扭矩值可基于映射300逐渐变化为牵引扭矩，该牵引扭矩将在车辆停止(例如，车速0)时作为牵引扭矩而施加。对于车速大于0的弧310的区段，仅施加再生扭矩。然而，一旦车速低于阈值速度，可减少所施加的再生扭矩大小。在一个示例中，再生制动后在车辆停止时施加的牵引扭矩可根据踏板位置而变化。在一些示例中，附加或替代地，在车辆停止时施加的牵引扭矩可随着踏板位置的降低而增加(例如，变得更负)。

这样，可以避免导致至少部分地电动的车辆的电动马达或其他部件上的冲击的扭矩跃变。再生扭矩可响应于保持在来自方向上的阈值速度以上的车速而根据实际车速和施加的加速器踏板位置而接收100％的扭矩。这可导致车辆减速。一旦车速低于阈值速度，则可以将扭矩朝向在车辆静止时为实际加速器踏板位置在去往方向上限定的牵引扭矩修改和/或转换。该修改和/或转换可以限定为扭矩的百分比，并以非线性方式进行平衡。扭矩百分比可以为各种不同状况和不同车辆构造进行参数化。

在一个示例中，如果车辆处于倒退行驶方向，则去往扭矩方向可包括负牵引扭矩。如果车辆操作者将换档杆从倒退位置调整到前进位置，则去往方向将从倒退到前进反转，此时车辆前端成为前缘，而不是后端。在从前进到倒退的转换期间，由于电动马达反向旋转，扭矩最初为再生扭矩。这可使车辆减速至停止。在停止时，如果加速器踏板仍被压下且换档杆处于前进位置，则可以将正扭矩作为牵引扭矩施加。因此，在换档杆位置变化期间，继续施加正扭矩，其中正扭矩是电动马达旋转时的再生扭矩，以及一旦电动马达停止时的牵引扭矩。

要注意的是，本文包括的示例控制和估计例程可以与各种车辆系统构造一起使用。本文公开的控制方法和例程可以作为可执行指令存储在非暂态存储器中，并且可以由包括与各种传感器、致动器和其它硬件相结合的控制器的控制系统来执行。本文描述的特定例程可以代表任何数量的诸如事件驱动、中断驱动、多任务、多线程等的处理策略中的一个或多个。这样，所示出的各种动作、操作和/或功能可以以所示出的顺序执行、并行执行，或者在某些情况下省去。同样，实现本文描述的示例实施例的特征和优点的处理顺序不是必要的，而是为了便于说明和描述而提供。取决于使用的特定策略，可以重复地执行所示的动作、操作和/或功能中的一个或多个。此外，所描述的动作、操作和/或功能可以图形地表示待被编程到发动机控制系统中的计算机可读存储介质的非暂态存储器中的代码，其中所描述的动作通过在包括各种硬件部件并且与电子控制器结合在一起的系统中执行指令来执行。

应当理解，本文公开的构造和例程本质上是示例性的，并且这些具体实施例不应被认为是限制性的，因为可以进行多种变化。本公开的主题包括本文公开的各种系统和构造以及其他特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

如本文所使用的，除非另外指明，否则术语“大约”解释为表示该范围的正负百分之五。

所附权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。这些权利要求可能提到“一个”元件或“第一”元件或其等同物。应当将这样的权利要求理解为包括一个或多个这样的元件的结合，既不需要也不排除两个或多个这样的元件。在本申请或相关申请中，可以通过修改本权利要求或通过提出新权利要求来主张所公开的特征、功能、元件和/或特性的其他组合和子组合。这样的权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相等或不同，都被视为包括在本公开的主题内。

Claims (15)

1.一种方法，包括：

当实际车速低于阈值车速且换档杆位置从前进位置调整到倒退位置时，基于所述实际车速和加速器踏板位置将再生扭矩朝向车辆静止时的牵引扭矩调整。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括响应于所述实际车速大于或等于所述阈值车速而将最大扭矩作为再生扭矩施加。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括使车辆减速，其中所述再生扭矩在相对于车辆行驶方向的来自方向上，而所述牵引扭矩在相对于车辆行驶方向的去往方向上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再生扭矩的调整是非线性的。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在车辆静止之前施加所述牵引扭矩。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述再生扭矩抵抗车辆运动。

7.一种系统，包括：

车辆；

联接到电动机的电池；

联接到控制器的换档杆；以及

联接到所述控制器的加速器踏板；

所述控制器包括储存在所述控制器的非暂态存储器上的计算机可读指令，当执行所述指令时使所述控制器：

当发生再生制动且车速大于或等于阈值速度时，将扭矩作为再生扭矩施加；以及

当发生再生制动且车速低于所述阈值速度时，将再生扭矩的百分比转换为牵引扭矩。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转换遵循指数曲线。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转换遵循对数曲线。

10.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述转换遵循标绘车速、扭矩命令和所述加速器踏板的位置的映射。

11.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述指令还使所述控制器能够将所述再生扭矩调整为等于车辆停止时的所述牵引扭矩。

12.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述车速低于所述阈值速度后，随着所述车辆接近停车，所述再生扭矩的转换率降低。

13.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述再生扭矩抵抗车辆运动，而所述牵引扭矩促进车辆运动。

14.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在整个转换期间保持扭矩符号。

15.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述指令还使所述控制器能够基于所述加速器踏板的位置调整所述转换，所述调整基于标绘车速、扭矩命令和所述加速器踏板的位置的映射。

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