CN116946155A - 车辆质量计算和车辆控制 - Google Patents

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藤井由地
A·赛尼
张宜敬
陈伟添
A·比克卡尔
C·E·沙利文
江宏
T·纳加迪
乔斯·委拉斯凯兹阿尔坎塔尔
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Abstract

本公开提供了“车辆质量计算和车辆控制”。一种车辆包括：动力传动系统；惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置为测量施加到车辆上的惯性力；以及控制器。所述控制器被编程为基于惯性力与车辆速度之间的映射关系来控制动力传动系统处的扭矩，其中所述映射关系利用至少一个映射参数。所述控制器还被编程为基于映射参数来估计车辆的质量。

Description

车辆质量计算和车辆控制
技术领域
本公开涉及计算机动车辆的质量并且用计算的车辆质量控制一个或多个车辆系统。
背景技术
某些车辆控制系统可以受益于车辆质量的准确估计。车辆质量可基于货物和乘客数量而变化。车辆质量可能会受到挂车与车辆的附接的影响。车辆质量估计对于诸如卡车和货车之类的载货车辆可能特别有用。车辆质量估计对于其中乘客数量在行程期间可能改变的乘用车辆也是有用的。
发明内容
根据一个实施例，一种车辆包括动力传动系统、由动力传动系统提供动力并且包括轮胎的车轮，以及控制器。所述控制器被编程为基于从动力传动系统扭矩映射图的非测量映射参数和轮胎中的一者或多者的半径推导出的计算的车辆质量来向动力传动系统命令扭矩。
根据另一个实施例，一种车辆包括：动力传动系统；惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置为测量施加到车辆上的惯性力；以及控制器。所述控制器被编程为基于惯性力与车辆速度之间的映射关系来控制动力传动系统处的扭矩，其中所述映射关系利用至少一个映射参数。所述控制器还被编程为基于映射参数来估计车辆的质量。
根据又一个实施例，一种方法包括基于惯性力与车辆速度之间的映射关系来控制车辆动力传动系统的扭矩，其中所述映射关系利用至少一个非测量映射参数；并且基于非测量映射参数和与动力传动系统相关联的轮胎的半径来估计车辆的质量。
附图说明
图1是混合动力电动车辆的代表性动力传动系统的示意图。
图2是用于计算车辆质量的算法的流程图。
图3是用于基于图2的计算的车辆质量来控制防撞系统的算法的流程图。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施例。然而，应理解，所公开的实施例仅仅是示例并且其他实施例可采用各种形式和替代形式。附图不一定按比例绘制；一些特征可被放大或最小化以示出特定部件的细节。因此，本文公开的具体结构细节和功能细节并不解释为限制性，而仅解释为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。如本领域普通技术人员将理解，参考附图中的任何一个示出和描述的各种特征可与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确地示出或描述的实施例。示出的特征的组合提供用于典型应用的代表性实施例。然而，对于特定的应用或实现方式，可能期望与本公开的教示一致的对特征的各种组合和修改。
参考图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示出了部件之间的代表性关系。部件在车辆内的实体布局和取向可变化。HEV 10包括动力传动系统12。动力传动系统12包括驱动变速器16的发动机14，所述变速器可称为模块化混合动力变速器(MHT)。如下文将进一步详细描述的，变速器16包括电机(诸如电动马达/发电机(M/G)18)、相关联的牵引电池20、变矩器22以及多级传动比自动变速器或齿轮箱24。动力传动系统12包括动力产生部件(即，发动机或电动马达)和传动系。传动系是向驱动轮递送动力的一组部件，不包括动力产生部件。相比之下，动力传动系统12被认为包括动力产生部件和传动系两者。
发动机14和M/G 18都是HEV 10的被配置为推进HEV 10的驱动源或动力装置。发动机14通常表示动力源，所述动力源可以包括内燃发动机，诸如汽油发动机、柴油发动机、天然气动力发动机或氢动力发动机。当发动机14与M/G 18之间的分离离合器26至少部分地接合时，发动机14生成供应到M/G 18的发动机动力和对应的发动机扭矩。M/G 18可通过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。电力电子器件按照M/G 18的要求调节由电池20提供的直流(DC)电力，如下文将描述。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，从发动机14到M/G 18的动力流或从M/G 18到发动机14的动力流是可能的。例如，分离离合器26可啮合，并且M/G 18可作为发电机操作以将由曲轴28和M/G轴30提供的旋转能量转化为电能以存储在电池20中。分离离合器26还可脱离以将发动机14与动力传动系统12的其余部分隔离，使得M/G 18可充当HEV 10的唯一驱动源。轴30延伸穿过M/G 18。M/G 18连续地可驱动地连接到轴30，而发动机14仅在分离离合器26至少部分地接合时可驱动地连接到轴30。
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29、固定到变速器输入轴32的涡轮31以及定子33，所述定子接地，使得其不转动。变矩器22因此在轴30与变速器输入轴32之间提供液压联接。当泵轮比涡轮旋转得更快时，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量值通常取决于相对转速。当泵轮转速与涡轮转速的比足够高时，涡轮扭矩是泵轮扭矩的若干倍。还可以提供变矩器旁通离合器(也称为变矩器锁止离合器)34，所述变矩器旁通离合器在接合时将变矩器22的泵轮与涡轮摩擦地或机械地联接，从而允许更高效的动力传递。变矩器旁通离合器34可以被配置为在打开(或断开)状态、闭合(或锁定)状态和滑动状态之间转换。当变矩器旁通离合器34处于闭合或锁定状态时，泵轮29和涡轮31的旋转同步。当变矩器旁通离合器34处于打开状态或滑动状态时，泵轮29和涡轮31的旋转不同步。
变矩器旁通离合器34可以作为起步离合器操作以提供平稳的车辆起步。替代地或组合地，可在M/G 18与齿轮箱24之间提供类似于分离离合器26的起步离合器，以用于不包括变矩器22或变矩器旁通离合器34的应用。在一些应用中，分离离合器26通常称为上游离合器，并且起步离合器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选择性地置于不同的齿轮比，以建立期望的多个离散传动比或分级传动比。摩擦元件可通过换挡计划来控制，所述换挡计划连接和断开齿轮组的某些元件以控制变速器输出轴36与变速器输入轴32之间的比。齿轮箱24基于各种车辆和环境工况而通过相关联的控制器(诸如动力传动系统控制单元(PCU))自动从一个比切换到另一个比。来自发动机14和M/G 18两者的动力和扭矩可被输送到齿轮箱24并由齿轮箱24接收。然后，齿轮箱24向输出轴36提供动力传动系统输出动力和扭矩。
应当理解，与变矩器22一起使用的液压控制的齿轮箱24仅仅是齿轮箱或变速器布置的一个示例；接受来自发动机和/或马达的一个或多个输入扭矩然后以不同的比率向输出轴提供扭矩的任何多传动比齿轮箱都可被接受与本公开的实施例一起使用。例如，齿轮箱24可通过自动化机械(或手动)变速器(AMT)来实现，所述AMT包括一个或多个伺服马达以使换挡拨叉沿着换挡导轨平移/旋转来选择期望的齿轮比。如本领域普通技术人员通常所理解的，AMT可用于例如具有较高扭矩需求的应用中。
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的相应车桥或半轴44驱动一对车轮42。差速器40向每个车轮42传输大致相等的扭矩，同时诸如当车辆转弯时允许轻微的转速差异。可以使用不同类型的差速器或类似装置来将扭矩从动力传动系统分配到一个或多个车轮。在一些应用中，扭矩分配可以根据例如特定的操作模式或状况而变化。在另一个替代实施例中，M/G 18可以设置在齿轮箱24与差速器40之间。在这样的替代实施例中，在M/G 18设置在齿轮箱24与差速器40之间的情况下，一个或多个起步离合器或变矩器可以设置在发动机14与齿轮箱24之间。
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)。尽管被示出为一个控制器，但控制器50可以是较大控制系统的一部分，并且可由遍及车辆10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和一个或多个其他控制器可以统称为“控制器”，所述控制器响应于来自各种传感器的信号而控制各种致动器，以控制诸如起动/停止发动机14、操作发动机14以提供期望扭矩、操作M/G 18以向车轮提供扭矩或对电池20充电、选择或安排变速器换挡等功能。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单元(CPU)。计算机可读存储装置或介质可以包括例如呈只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保活存储器(KAM)的易失性和非易失性存储装置。KAM是可以用于在CPU断电时存储各种操作变量的持久性或非易失性存储器。计算机可读存储装置或介质可使用若干已知存储器装置中的任何一种来实现，所述存储器装置诸如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、快闪存储器或能够存储数据的任何其他电、磁性、光学或组合存储器装置，所述数据中的一些表示由控制器用于控制发动机或车辆的可执行指令。
控制器经由输入/输出(I/O)接口(包括输入通道和输出通道)与各种发动机/车辆传感器和致动器进行通信，所述接口可实现为提供各种原始数据或信号调节、处理和/或转换、短路保护等的单个一体式接口。替代地，可以在将特定信号供应给CPU之前使用一个或多个专用硬件或固件芯片来调节和处理所述特定信号。如图1的代表性实施例中大体所示，控制器50可以与发动机14、分离离合器26、M/G18、电池20、起步离合器34、变速器齿轮箱24以及电力电子器件56互相传送信号。尽管未明确示出，但本领域普通技术人员将认识到在上文标识的子系统中的每一个内可以由控制器50控制的各种功能或部件。可使用由控制器执行的控制逻辑和/或算法直接或间接致动的参数、系统和/或部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(用于火花点火发动机)、进气门/排气门正时和持续时间、前端附件驱动(FEAD)部件(诸如交流发电机、空调压缩机)、电池充电或放电(包括确定最大充电和放电功率极限)、再生制动、M/G操作18、分离离合器26、起步离合器34以及变速器齿轮箱24的离合器压力等。通过I/O接口传送输入的传感器可以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)、车辆速度(VSS)、冷却剂温度(ECT)、进气歧管压力(MAP)、加速踏板位置(PPS)、点火开关位置(IGN)、节气门位置(TP)、空气温度(TMP)、排气氧(EGO)或其他排气成分浓度或存在、进气流量(MAF)、变速器挡位、传动比或模式、变速器油温(TOT)、变速器涡轮转速(TS)、变矩器旁通离合器34状态(TCC)、减速或换挡模式(MDE)、电池温度、电压、电流或荷电状态(SOC)。
由控制器50执行的控制逻辑或功能可由一个或多个附图中的流程图或类似图示来表示。这些附图提供了可使用一个或多个处理策略(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。为此，示出的各种步骤或功能可按示出的序列执行、并行地执行，或者在一些情况下被省略。尽管没有总是明确示出，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，可重复执行示出的步骤或功能中的一个或多个。相似地，所述处理次序不一定是实现本文描述的特征和优点所必需的，而是为了易于说明和描述而提供的。控制逻辑可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(诸如控制器50)执行的软件中实现。当然，根据特定应用，控制逻辑可在一个或多个控制器中以软件、硬件或软件与硬件的组合实现。当以软件实现时，控制逻辑可以提供在一个或多个计算机可读存储装置或介质中，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车辆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使用电存储、磁性存储和/或光学存储来保存可执行指令和相关联的校准信息、操作变量等的一种或多种物理装置。
加速踏板52被车辆的驾驶员使用来提供所需的扭矩、动力或驱动命令以推进车辆。通常，踩下和释放加速踏板52产生加速踏板位置信号，所述加速踏板位置信号可以由控制器50分别解译为需要增加动力或减少动力。制动踏板58也由车辆的驾驶员使用来提供所需的制动扭矩以使车辆减速。通常，踩下和释放制动踏板58产生制动踏板位置信号，所述制动踏板位置信号可由控制器50解译为需要减小车辆速度。基于来自加速踏板52和制动踏板58的输入，控制器50命令到发动机14、M/G 18和摩擦制动器60的扭矩。控制器50还控制齿轮箱24内的换挡的正时，以及分离离合器26和变矩器旁通离合器34的接合或脱离。与分离离合器26一样，变矩器旁通离合器34可在啮合位置与脱离位置之间的范围内调制。除了由泵轮与涡轮之间的液力联接产生的可变滑移之外，这还在变矩器22中产生可变滑移。替代地，取决于特定应用，变矩器旁通离合器34可以在不使用调制后的操作模式的情况下操作为锁定或打开。
为了用发动机14驱动车辆，分离离合器26至少部分地接合以将发动机功率和/或扭矩的至少一部分通过分离离合器26传递到M/G18，然后从M/G 18传递到轴30(即，变矩器22的泵轮)并通过变矩器22和变速箱24。M/G 18可以通过提供另外的功率和/或扭矩来转动轴30(即，变矩器22的泵轮)来辅助发动机14。该操作模式可称为“混合动力模式”或“电动辅助模式”。
为了用M/G 18作为唯一动力源来驱动车辆，除了分离离合器26将发动机14与动力传动系统12的其余部分隔离之外，动力流保持相同。在此期间可停用或以其他方式关停发动机14中的燃烧以节省燃料。牵引电池20通过布线54将存储的电能传输到可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电压转换成要由M/G 18使用的AC电压。控制器50命令电力电子器件56将来自电池20的DC电压转化成被提供给M/G 18的AC电压，以向轴30(即，变矩器22的泵轮)提供正或负的功率和/或扭矩。该操作模式可以称为“纯电动”或“EV”操作模式。
在任何操作模式中，M/G 18可以充当马达并且为动力传动系统12提供驱动力。替代地，M/G 18可以充当发电机并且将来自动力传动系统12的动能转化为电能以存储在电池20中。例如，在发动机14正在为车辆10提供推进动力时，M/G 18可以充当发电机。M/G 18还可以另外在再生制动期间充当发电机，在再生制动中，来自旋转车轮42的扭矩和旋转能量(或动能)或动力通过齿轮箱24、变矩器22(和/或变矩器旁通离合器34)传递回来并且被转化为电能以存储在电池20中。
电池20和M/G 18还可以被配置为向一个或多个车辆附件62提供电力。车辆附件62可以包括但不限于空调系统、动力转向系统、电加热器或任何其他电动操作的系统或装置。
集成式起动机-发电机(ISG)64可以联接到发动机14(即，可以联接到发动机14的曲轴28)。ISG 64可以被配置为在发动机起动事件期间充当马达来起动发动机14，或者在车辆操作期间向动力传动系统12提供附加扭矩。ISG 64还可以被配置为从发动机14接收扭矩并充当发电机。ISG 64可以通过离合器66、皮带68以及一对带轮70选择性地联接到发动机。如果ISG 64通过皮带68联接到发动机，则它可称为皮带集成式起动机-发电机(BISG)。控制器50可以被配置为将信号传输到ISG 64，以将ISG 64作为马达或发电机来操作。控制器还可以被配置为将信号传输到离合器66，以便打开或闭合离合器66。ISG 64在离合器处于闭合状态时将联接到发动机14，并且在离合器66处于打开状态时将与发动机14脱离。当作为发电机操作时，ISG 64可以被配置为提供电能以为附件电池72、牵引电池20充电，或者提供电能为车辆附件62供电。附件电池72还可以被配置为对车辆附件62供电。
控制器50可以被配置为经由电信号接收图1中示出的各种车辆部件的各种状态或状况。所述电信号可以经由输入通道从各种部件输送到控制器50。另外，从各种部件接收的电信号可以指示用于改变或更改车辆10的相应部件中的一者或多者的状态的请求或命令。控制器50包括输出通道，所述输出通道被配置为(经由电信号)向各种车辆部件输送请求或命令。控制器50包括控制逻辑和/或算法，所述逻辑和/或算法被配置为基于各种车辆部件的请求、命令、条件或状态来产生通过输出通道输送的请求或命令。
输入通道和输出通道在图1中以虚线示出。应当理解，单根虚线可以表示进入或离开单个元件的输入通道和输出通道两者。此外，从一个元件出去的输出通道可以作为通往另一个元件的输入通道操作，并且反之亦然。
应当理解，图1中示出的示意图仅是代表性的，且并不意图进行限制。设想了利用发动机和马达两者的选择性接合以通过变速器传输动力的其他配置。例如，M/G 18可从曲轴28偏移，和/或M/G 18可设置在变矩器22与齿轮箱24之间。在不偏离本公开的范围的情况下，可以设想其他配置。
车辆10还包括惯性测量单元74。惯性测量单元74是使用加速计、陀螺仪、磁力计和/或其他传感器的组合测量车辆的比力、作用在车辆上的惯性力、车辆的角速率、车辆的取向、车辆在多个方向上的加速度、车辆的姿态、车辆的俯仰等的电子装置。惯性测量单元74可以沿着多个轴线利用此类传感器来提供对车辆在空间中的取向的估计。由惯性测量单元74进行的各种测量可以被传送到控制器50。
还应当理解，本文描述的车辆配置仅是示例性的并且并不旨在限制。其他纯发动机(传统动力传动系统)、电动车辆或混合动力车辆配置应如本文所公开的进行解释。其他车辆配置可以包括但不限于仅由发动机提供动力的车辆、微混合动力车辆(即，仅由具有起动/停止功能的发动机提供动力的车辆)、串联混合动力车辆、并联混合动力车辆、串并联混合动力车辆、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、燃料电池混合动力车辆、电池电动车辆(BEV)或本领域普通技术人员已知的任何其他车辆配置。
传统的变速器输出扭矩估计方法是将变速器的输入扭矩乘以固定的动力传动系统传动比或扭矩比，当输入扭矩源与变速器输出处的驱动轴之间的扭矩比在驱动扭矩计算时恒定时，这种方法是准确的。这种状况可以被称为动力传动系统或车辆的非瞬态状况。然而，在诸如变速器内的自动换挡、经由离合器将动力源(例如，发动机)连接到变速器的输入或从变速器的输入断开、将这种动力源连接到变速器的输入或从变速器的输入断开的这种离合器的滑移状况或任何其他类似的状况之类的驱动事件期间，输入扭矩源与输出处的驱动轴之间的扭矩比连续变化，所有这些都可以被称为动力传动系统或车辆的瞬态状况。传统的驱动扭矩估计方法基于估计的传动系输入扭矩乘以固定的动力传动系统传动比或扭矩比，当输入扭矩源与驱动轴之间的扭矩比在驱动扭矩计算(即，变速器输出处的扭矩计算)时不精确时，这些方法可能不准确。
用于基于在瞬态状况期间输入扭矩源与变速器输出处的传动轴之间的变化的扭矩比来确定变速器的输出扭矩的方法需要模型参数(例如，车辆质量、轴刚度和阻尼、车辆俯仰角、驱动阻力(诸如滚动阻力和空气动力阻力)、道路坡度和其他路况)的先验知识，以便准确地估计变速器输出处的驱动扭矩。然而，可能并不总是准确地估计此类模型参数。例如，由于车辆寿命期间的制造可变性和性质变化，可能难以准确地确定轴刚度和阻尼行为；可能难以准确地确定车辆质量，因为车辆质量取决于车辆的特定使用(例如，车辆的总质量随货物载荷、乘客数量和挂车的存在而变化)；可能难以准确地确定道路坡度和行驶阻力，因为道路坡度和行驶阻力取决于地理、路面性质(例如，摩擦系数等)、车辆正在行驶的环境条件(例如，空气密度和风向)而变化；可能难以准确地确定车辆俯仰，因为车辆俯仰在驾驶循环期间不断变化(例如，在车辆的加速和制动期间俯仰变化)；等。
本公开包括一种基于惯性测量单元(IMU)信号的代数映射来估计驱动扭矩(例如，车辆变速器的输出扭矩或车辆的驱动车桥处的扭矩)以便控制或将驱动扭矩朝向车辆推进系统中的期望值命令的方法。驱动扭矩TD可以被定义为传递到变速器输出轴(例如，输出轴36)或传动系系统的驱动轴的扭矩。它也可以被解释为传递到驱动车桥(例如，包括半轴44、差速器40和驱动轮42的车桥)的扭矩。惯性测量单元74可以输出表示沿车辆运动的纵向方向(即，从车辆的后部到前部的方向)作用在车辆10上的惯性力的信号aimu。IMU信号aimu不同于车辆运动的纵向方向上的车辆加速度along，除非车辆在平坦地面上以零坡度和零车辆俯仰角直线移动。IMU信号aimu考虑了道路坡度、车辆俯仰角、纵向车辆加速度along以及惯性测量单元74相对于水平面(即，垂直于重力方向的平面)的角度。车辆速度测量值v也可以经由传感器来测量。
可以利用四参数映射公式、IMU信号aimu和车辆速度v来推导驱动扭矩TD。四参数映射公式包括映射参数k1、k2、k3和k4，并且提供将IMU信号aimu和车辆速度v代数映射到驱动扭矩TD的手段。四参数映射等式是从车辆运动的第一原理推导出的，所述第一原理表示车辆质量Mv、道路坡度θgr、驱动阻力、车辆俯仰θp和IMU相对于水平面θ0的安装角度的影响。然而，运动等式内的原始模型参数被唯一地集中为四个映射参数k1、k2、k3和k4，使得映射参数中的每一者在当前驾驶操作内的所有驾驶状况下保持近似恒定，从而能够识别四个映射参数k1、k2、k3和k4，而不依赖于与现有方法不同的车辆的物理性质。因此，除了IMU信号aimu和车辆速度v之外，不需要车辆属性、驾驶状况和测量的先验知识来确定4个映射参数k1、k2、k3和k4。
现有方法需要先验知识和/或同时识别车辆属性，诸如车辆质量(例如，货物载荷和挂车质量)和驾驶状况(例如，道路坡度、滚动阻力、空气动力阻力)以确定用于估计驾驶扭矩的模型参数。本公开中的四参数映射方法提供了一种将IMU信号aimu和车辆速度v代数映射到驱动扭矩TD的手段，而无需了解车辆属性，诸如车辆质量(例如，货物载荷和挂车质量)和驾驶状况(例如，道路坡度、滚动阻力、空气动力阻力)。四个映射参数k1、k2、k3和k4是基于IMU测量信号aimu、车辆速度v和参考驱动扭矩在某些预先指定的驾驶状况下用代数方法确定或推导出的。此类某些预先指定的驾驶状况可以被称为非瞬态状况。
参考驱动扭矩是基于估计的传动系输入扭矩Tin(例如，变速器的输入处的扭矩，其可以是变矩器22的输入扭矩或不具有变矩器的动力传动系统中的变速器齿轮箱24的输入扭矩)的变速器(例如，轴36)输出处的扭矩，诸如发动机扭矩Te、电机扭矩Tm或在计算时发动机扭矩Te和电机扭矩Tm乘以传动系系统的固定扭矩比Rt或乘以输入(例如，不具有变矩器的传动系系统中的轴30或轴32)与变速器(例如，轴36)的输出之间的齿轮比Rg的倒数的组合效应。当使用可以凭经验确定的变矩器模型来确定参考驱动扭矩/>时，可以考虑变矩器在传动系系统中的存在。
控制器50基于发动机14和M/G 18的控制条件(诸如发动机的空燃比、节气门位置、火花点火正时和到M/G 18的电流)来确定传动系输入扭矩Tin。当动力生成部件在正常工况内运行而没有突然改变受控状态时，输入扭矩Tin通常是准确的，其中准确地确定变量，诸如发动机的空燃比、节气门位置、火花点火正时和到M/G 18的电流。例如，在没有突然调制加速踏板且发动机火花点火正时没有显著延迟的情况下，输入扭矩被认为是准确的。当动力生成部件处于与某些控制动作(诸如加速踏板的快速踩下)相关联的瞬态状态时，输入扭矩Tin可能变得不准确。
参考驱动扭矩可能仅在变速器的输入扭矩Tin的估计准确时并且当车辆10或车辆动力传动系统12在非瞬态状况下操作时才是准确的。非瞬态状况可以包括传动系或动力传动系统12在固定齿轮位置/固定齿轮比下的操作，其中齿轮箱24内没有发生换挡；发动机分离离合器26完全接合或完全脱离(即，发动机分离离合器26处于非滑移状态)；并且当传动系或动力传动系统12在没有突然瞬态行为(诸如间隙穿越)的情况下操作时，这可能会动态地改变通过传动系或动力传动系统传输扭矩的方式。非瞬态状况可以包括车辆在无制动或没有大的转向操纵的情况下的操作。
参考驱动扭矩可能与实际驱动扭矩不同，并且在当已知输入扭矩Tin的估计值不准确时的驾驶状况下可能变得不准确。例如，当发动机14在没有点火气缸的情况下转动时，当发动机14在点火之后尚未建立稳定燃烧时，当发动机14在严重延迟的火花点火状况下运行时，当发动机14以不稳定的空燃比运行时，当M/G 18速度快速变化时，和/或当车辆10或动力传动系统12在瞬态状况下运行时，会发生这种情况。瞬态状况可以包括在扭矩比变化的情况下在齿轮箱24内的换挡期间、当发动机分离离合器26处于部分接合状态(即，滑移状态)时或当传动系或动力传动系统12在突然瞬态行为(诸如间隙穿越)期间操作时，传动系或动力传动系统12的操作。瞬态状况可以包括车辆在制动或大的转向操纵的情况下的操作。
可以利用递归最小二乘法(RLS)或卡尔曼滤波方法在已知参考驱动扭矩是准确的(即，当已知输入扭矩Tin的估计值是准确的并且当车辆10或动力传动系统12在非瞬态状况下操作时)，并且当IMU信号aimu和车辆速度测量值v可用时的驾驶状况下，自适应地识别和改进四映射参数k1、k2、k3和k4。此过程可以被称为映射参数的选择性学习。
由于映射参数k1、k2、k3和k4被设计为在当前驾驶操作内的所有驾驶状况下大致恒定，因此映射参数k1、k2、k3和k4可以根据其中已知参考驱动扭矩是准确的选择性驾驶状况来准确地确定。然后，可以利用包括所学习的映射参数k1、k2、k3和k4的四参数映射等式来基于IMU信号aimu和车辆速度v准确地预测驱动扭矩TD，而在参考驱动扭矩/>不可用时的驾驶状况期间(例如，在已知输入扭矩Tin的估计值不准确的状况期间和/或当车辆10或动力传动系统12在瞬态状况下操作时)不需要任何附加知识了解。四参数映射公式考虑了质量、坡度、驱动阻力、车辆俯仰、IMU仪表位置等的影响，而无需在预测驱动扭矩TD时预先了解此类变量或因素。
可以经由以下方法推导出四参数映射公式：
首先，从等式(1)推导出车辆在无制动和无转向条件下的当前驾驶操作的纵向运动等式：
其中TD是变速器齿轮箱24的输出处的驱动扭矩，along是车辆的纵向车辆加速度，Mv是车辆质量，iFDR是车桥轴44与变速器36(其可以包括或可以不包括变矩器)的输出之间的主减速比，r轮胎是一个或多个车轮42的轮胎半径，g是由于重力引起的加速度，θgr是道路坡度，A是车辆的有效横截面，并且C0、C1、C2、C3和CD是从专门设计的车辆测试凭经验识别的模型常数。C1+C2v+C3v2可以更具体地表示滚动阻力，C0CDAv2可以更具体地表示作用在车辆上的空气阻力，并且Mvg sinθgr可以更具体地表示道路坡度对车辆的影响。
接下来，从等式(2)推导出IMU信号aimu：
aimu＝alongcos(θp+θ0)+gsin(θgr+θp+θ0)≈along+gsinθgr+g(θp+sinθ0)cosθgr (2)
其中aimu是IMU信号或作用在车辆上的纵向惯性力，along是车辆的纵向车辆加速度，θp是车辆俯仰角，θ0是惯性测量单元74相对于水平面(即垂直于重力方向的平面)的角度，g是重力加速度，并且θgr是道路坡度。
惯性测量单元的角度θ0通常相对于车辆车架是固定的，但是如果车辆负载不均匀或由于轮胎压力状况，则所述角度会变化。由于惯性测量单元74的安装的变化，惯性测量单元的角度θ0也可能因车辆而异。车辆俯仰角θp可以取决于驾驶状况经常改变(例如，车辆俯仰角θp将在加速和制动操纵期间改变)。道路坡度θgr也可以随着驾驶环境(即，车辆行驶的地面的斜度或坡度)的变化而经常变化。
然后可以将等式(1)和(2)组合成等式(3)，以便确定映射参数k1、k2、k3和k4：
TD＝k1+k2aimu+k3v+k4v2 (3)
其中 知/>
等式(3)使得能够将IMU信号aimu代数映射到变速器的输出TD处的驱动扭矩，同时考虑惯性测量单元74的质量、损耗、坡度、俯仰和位置。映射参数k1、k2、k3和k4被定义为使得它们在给定驾驶操作内的大多数或所有驾驶状况下保持近似恒定。例如，k1由两个项组成；第二项包含θp、θ0和θgr，其中θ0通常小于2度并且被认为是恒定的，θp在典型的驾驶状况下可以变化高达2度，θgr可以变化高达10度，但是其余弦值保持大致为1。因此，与第一项相比，k1的第二项变得无关紧要。因此，k1的值由第一项主导，从而使其在给定的驾驶循环期间大致恒定。其他映射参数k2、k3和k4在驾驶循环期间也保持大致恒定。映射参数k1、k2、k3和k4在目标驾驶状况(例如，先前参考的非瞬态状况)期间仅根据参考驱动扭矩IMU信号aimu和车辆速度v来确定，而当变速器的输入处的参考扭矩准确可用时，无需任何附加信息。当变速器的输入处的参考驱动扭矩在选定的驾驶状况期间准确可用时，可以使用RLS方法或卡尔曼滤波随时间自适应地确定和更新映射参数。针对每个车辆自适应地确定和优化映射参数，从而考虑到变化的客户使用，诸如装载状况、环境状况、由于硬件老化引起的性质变化以及单元间的制造变化。一旦确定映射参数k1、k2、k3、和k4，映射公式便可以用于在宽范围的驾驶状况(例如，前面提到的瞬态状况)下预测变速器的输出处的驱动扭矩TD。
k2参数也可以用于计算车辆质量，而k2是根据参考驱动扭矩IMU信号aimu和车辆速度v递归地确定的。对总车辆质量(包括任何拖挂的挂车、乘员、挡位、燃料等)的估计可以用于控制一个或多个车辆系统，诸如动力传动系统、制动器、自主系统、自适应悬架、拖挂车等。对总车辆质量的估计可以用于估计电动车辆的剩余行驶里程。车辆质量是不断变化的，特别是对于用于拖挂或递送的车辆。因此，车辆需要能够实时计算车辆质量。虽然可以用硬件传感器(诸如负载传感器、应变计、悬架位置传感器)来测量车辆质量，但是此类测量是困难的。硬件传感器价格昂贵，缺乏耐用性，增加了制造复杂性，并且需要定期校准和维护。此外，车辆本身上的硬件传感器可能无法有效地估计包括拖挂物体的总车辆质量。因此，期望使用现有的车辆系统来计算车辆质量，而无需专用于质量测量的附加硬件传感器。
使用第一原理直接基于等式(1)计算车辆质量缺乏准确性和稳健性，因为必须同时确定多个参数。例如，必须准确地估计驱动扭矩TD、道路坡度θgr以及驱动阻力的所有参数。道路坡度的确定特别困难，因为它可能在每个时间步长连续波动。滚动阻力和空气动力阻力分别受到车辆质量本身和挂车的存在的显著影响。
如上面所讨论的，映射参数k2使用车辆速度(v)和aimu的测量值来计算。本公开提供了用于使用扭矩估计系统的k2参数、主减速比(iFDR)和轮胎半径(r轮胎)反向计算车辆质量的控件和方法，而不是依赖于附加的传感器或第一原理计算。具体地，等式(4)可以用于动态地计算车辆质量。
这种方法的优点是不需要了解道路坡度、俯仰、行驶阻力等，以便不仅计算车辆的质量，而且还计算任何可拖挂的质量。
图2是用于估计车辆质量的算法的流程图100。控制在操作102处以钥匙接通事件开始。在操作104处，控制器确定车辆是否处于运动中。如果是，则控制转到操作106，并且控制器从IMU读取IMU信号。如果否，则控制循环。在操作108处，控制器更新映射参数k1、k2、k3和k4，如上面所解释的。如上面所解释的，在操作110处，控制器使用k2参数来计算车辆质量。在一个或多个可选步骤中，控制器可以通过将在操作110中计算的车辆质量与在操作112处的先前时间步长中计算的车辆质量进行比较来计算平均车辆质量及其标准偏差。在操作110处计算的质量或在操作112中计算的平均质量在操作114处被传递到负责车辆动力传动系统(例如，PCM)的车辆控制器或模块。在操作116处，控制器还可以将质量计算操作110或平均质量计算操作112传递到云计算机。在操作118处，控制器基于计算的车辆操作110的质量或平均计算的操作112来控制动力传动系统。
如下面将更详细解释的，根据算法100计算的质量可以用于控制一个或多个其他车辆系统，诸如主动悬架、制动器、挂车控制、自适应巡航控制、自主驾驶、碰撞警报、防撞、车道保持辅助、起步控制、坡度辅助、牵引力控制、稳定性控制等。另外，根据算法100计算的质量可以用于准确地估计电池电动车辆应用中的剩余行驶里程。
图3示出了用于利用来自图2的计算出的车辆质量来控制防撞系统的示例性控制。流程图190示出了用于基于计算的车辆质量(图2)调整碰撞警报距离DCW并且基于碰撞警报距离DCW发出碰撞警报信号的一个可能实施例。所述算法首先初始化任何计时器、计数器、变量和参数200。接下来，使用里程传感器202测量距前面对象的距离DV。通过图2中描述的算法计算的车辆质量由碰撞警报逻辑206在操作204处接收。在操作208处，控制器基于来自操作204的计算出的车辆质量来调整碰撞警报距离。
如果当前距离测量值DV大于碰撞警报距离DCW 210，则算法将重复。如果DV等于或小于DCW，则可以向车辆乘员发出碰撞警报信号214并且可以发起碰撞缓解动作216。尽管碰撞缓解动作的特定性质在本发明的范围之外，但是它可以包括对制动致动系统的预充电。碰撞缓解动作还可以包括应用车辆的制动器或减少对动力传动系统的节气门输入。如果满足任何预定终止条件218，则算法可以终止220。终止条件的示例可以是当车辆速度低于预定阈值时，指示静止车辆条件。如果不满足终止条件218，则可以重复方法的步骤。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：动力传动系统；由动力传动系统提供动力并且包括轮胎的车轮；以及控制器，所述控制器被编程为基于从动力传动系统扭矩映射图的非测量映射参数和轮胎中的一者或多者的半径推导出的计算的车辆质量来向动力传动系统命令扭矩。
根据一个实施例，还从动力传动系统的主减速比来推导出计算的车辆质量。
根据一个实施例，还从映射参数和半径的商来推导出计算的车辆质量。
根据一个实施例，还从商乘以动力传动系统的主减速比来推导出计算的车辆质量。
根据一个实施例，计算的车辆质量等于映射参数和半径的商乘以动力传动系统的主减速比。
根据一个实施例，计算的车辆质量包括由车辆拖挂的物体。
根据一个实施例，计算的车辆质量随着映射参数的增加而增加，并且随着映射参数的减小而减小。
根据一个实施例，利用卡尔曼滤波器或递归最小二乘法来推导出映射参数。
根据一个实施例，本发明的特征还在于惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置为测量施加到车辆上的惯性力，其中所述映射参数是基于测量的惯性力。
根据本发明，提供了一种车辆，所述车辆具有：动力传动系统；惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置为测量施加到车辆上的惯性力；以及控制器，所述控制器被编程为：基于惯性力与车辆速度之间的映射关系控制动力传动系统的扭矩，其中映射关系利用至少一个映射参数，并且基于映射参数估计车辆的质量。
根据一个实施例，所述控制器还被编程为进一步基于估计的车辆质量来控制动力传动系统处的扭矩。
根据一个实施例，本发明的特征还在于防撞系统，其中所述控制器还被编程为基于估计的车辆质量来调整防撞系统的激活。
根据一个实施例，估计的车辆质量还基于轮胎半径。
根据一个实施例，估计的车辆质量还基于动力传动系统的主减速比。
根据一个实施例，估计的车辆质量还基于映射参数和半径的商。
根据一个实施例，估计的车辆质量还基于所述商乘以动力传动系统的主减速比。
根据一个实施例，估计的车辆质量随着映射参数的增加而增加，并且随着映射参数的减小而减小。
根据一个实施例，所述映射关系利用四个映射参数。
根据本发明，一种方法包括：基于惯性力与车辆速度之间的映射关系来控制车辆动力传动系统的扭矩，其中所述映射关系利用至少一个非测量映射参数；并且基于非测量映射参数和与动力传动系统相关联的轮胎的半径来估计车辆的质量。
在本发明的一个方面，所述方法包括：基于估计的车辆质量控制防撞系统。
虽然上文描述了示例性实施例，但这些实施例并不意图描述权利要求所涵盖的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限制词语，并且应当理解，可以在不脱离本公开的精神和范围的情况下做出各种改变。如先前所述，各种实施例的特征可以组合以形成可能未明确描述或示出的本发明的另外的实施例。虽然各种实施例就一个或多个期望的特性而言可能已经被描述为提供优点或优于其他实施例或现有技术实施方式，但本领域普通技术人员应认识到，可折衷一个或多个特征或特性来实现期望的整体系统属性，这取决于具体应用和实施方式。这些属性可以包括但不限于强度、耐久性、可销售性、外观、包装、大小、可维护性、重量、可制造性、易组装性等。为此，就一个或多个特性而言被描述为不如其他实施例或现有技术实现方式所期望的实施例处在本公开的范围内，并且对于特定应用来说可能是期望的。

Claims (15)

1.一种车辆，其包括：
动力传动系统；
由所述动力传动系统提供动力并且包括轮胎的车轮；以及
控制器，所述控制器被编程为基于从动力传动系统扭矩映射图的非测量映射参数和所述轮胎中的一者或多者的半径推导出的计算的车辆质量来向所述动力传动系统命令扭矩。
2.如权利要求1所述的车辆，其中还从所述动力传动系统的主减速比来推导出所述计算的车辆质量。
3.如权利要求1所述的车辆，其中还从所述映射参数和所述半径的商来推导出所述计算的车辆质量。
4.如权利要求3所述的车辆，其中还从所述商乘以所述动力传动系统的主减速比来推导出所述计算的车辆质量。
5.如权利要求1所述的车辆，其中所述计算的车辆质量等于所述映射参数和所述半径的所述商乘以所述动力传动系统的主减速比。
6.如权利要求1所述的车辆，其中所述计算的车辆质量包括由所述车辆拖挂的物体。
7.如权利要求1所述的车辆，其中所述计算的车辆质量随着所述映射参数的增加而增加，并且随着所述映射参数的减小而减小。
8.如权利要求1所述的车辆，其中利用卡尔曼滤波器或递归最小二乘法来推导出所述映射参数。
9.如权利要求1所述的车辆，其还包括惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置为测量施加到所述车辆上的惯性力，其中所述映射参数是基于所述测量的惯性力。
10.一种车辆，其包括：
动力传动系统；
惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置为测量施加到所述车辆上的惯性力；以及
控制器，所述控制器被编程为：
基于所述惯性力与车辆速度之间的映射关系来控制所述动力传动系统处的所述扭矩，其中所述映射关系利用至少一个映射参数，并且
基于所述映射参数来估计所述车辆的质量。
11.如权利要求10所述的车辆，其中所述控制器还被编程为进一步基于所述估计的车辆质量来控制所述动力传动系统处的所述扭矩。
12.如权利要求10所述的车辆，其还包括防撞系统，其中所述控制器还被编程为基于所述估计的车辆质量来调整所述防撞系统的激活。
13.如权利要求10所述的车辆，其中所述估计的车辆质量还基于轮胎半径。
14.如权利要求10所述的车辆，其中所述估计的车辆质量还基于所述动力传动系统的主减速比。
15.如权利要求14所述的车辆，其中所述估计的车辆质量还基于所述映射参数和所述半径的商，其中所述估计的车辆质量还基于所述商乘以所述动力传动系统的主减速比。
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