CN1829625A - 车辆和车辆下滑速度的控制方法 - Google Patents

Abstract

响应于在由于由驱动车轮在上坡上空转引起的打滑而限制与驱动轮相连接的驱动轴所需的电机转矩Tm^*的情况下检测到的车辆下滑，本发明的技术用根据在反方向上的车速V确定的系数(反映率β)乘以转矩不足，以设定制动转矩Tb^*。该转矩不足对应于所限制的电机转矩Tm^*和与路面坡度相对应的平衡转矩Tgrad之间的差，该平衡转矩Tgrad是根据车辆的加速度与输出到驱动轴的转矩之间的关系设定的。所设定的制动转矩Tb^*使车辆的下滑速度接近预定车速。该制动转矩Tb^*由连接到不同于驱动轮的从动轮的液压制动器施加。本发明的布置通过限制电机转矩Tm^*调整车辆在上坡上下滑的速度。

Description

车辆和车辆下滑速度的控制方法

技术领域

本发明涉及车辆和车辆的控制方法。更具体地，本发明涉及配备有能够向与驱动轮相连接的驱动轴输出驱动力的动力输出装置的车辆，还涉及配备有能够向与驱动轮相连接的驱动轴输出驱动力的动力输出装置和能够向车辆施加机械制动力的机械制动装置的车辆的控制方法。

背景技术

一种提出的电动车辆响应于检测到车辆在上坡上下滑而控制与车轮相连接的电机以停止车辆(例如，见日本专利特开公报No.7-322404)。该现有技术车辆规定当电机的旋转方向与在向前方向上的换档杆位置相反时为车辆的下滑状态，并通过略微踩下加速踏板来调整该电机的输出转矩以停止车辆。

然而，这种现有技术车辆不能很好地响应在低μ值路面的上坡上发生的下滑。在发生下滑的情况下，通常控制器限制电机的输出转矩，以降低(抑制)打滑。因此，很难通过调整电机的输出转矩来防止车辆在上坡上的下滑。

发明内容

本发明的车辆和车辆的控制方法的目的在于消除现有技术的缺陷，并在降低在有坡度的路面上打滑的同时调整车辆的下滑速度。本发明的车辆和车辆的控制方法的目的还在于确保基本上恒定的驱动感觉，而不管路面坡度如何。

为了达到至少部分上述目的和其它相关目的，本发明涉及如下所述的车辆和车辆的控制方法。

本发明的车辆配备有能够向与驱动轮相连接的驱动轴输出驱动力的动力输出装置，该车辆包括：能够向车辆施加机械制动力的机械制动装置；检测由驱动轮的空转引起的打滑的打滑检测单元；检测车辆的下滑的下滑检测单元；和响应于由打滑检测单元检测到的打滑而致动和控制动力输出装置以限制输出到驱动轴的驱动力的控制器，同时，该控制器响应于在限制输出到驱动轴的驱动力的情况下由下滑检测单元检测到的车辆下滑，致动和控制所述机械制动装置，以向车辆施加机械制动力。

本发明的车辆响应于检测到由驱动轮空转引起的打滑而致动和控制所述动力输出装置，以限制输出到与驱动轮相连接的驱动轴的驱动力。响应于在限制输出到驱动轴的驱动力的情况下检测到车辆的下滑，本发明的车辆致动和控制机械制动装置，以用机械制动力制动车辆。这种布置可以在由于在有坡度的路面上发生打滑而限制输出到驱动轴的驱动力的情况下有效地调整车辆的下滑速度。

本发明的车辆还可包括设定车辆的行驶方向的行驶方向设定单元。在本发明的车辆中，下滑检测单元可以包括检测车辆在由行驶方向设定单元设定的车辆行驶方向的反方向上的反向行驶的反向行驶检测单元，在限制输出到驱动轴的驱动力的情况下，该控制器可响应于由反向行驶检测单元检测到的反向行驶而致动和控制机械制动装置，以向车辆施加机械制动力。在这种情况下，反向行驶检测单元可以包括测量反向车速的车速传感器，控制器可以致动和控制机械制动装置，以施加一与所测量的反向车速相对应的制动力。此外，控制器可以致动和控制机械制动装置，以使反向车速接近预定车速。这种布置使车辆的下滑速度收敛于预定车速。

本发明的车辆可以包括测量或估计路面坡度的路面坡度测量估计单元。在本发明的车辆中，控制器可以致动和控制所述机械制动装置，以施加一与所测量或估计的路面坡度相对应的制动力。这种布置确保基本上恒定的驱动感觉，而不管路面坡度如何。在这种情况下，本发明的车辆还可以包括设定车辆的行驶方向的行驶方向设定单元。在本发明的车辆中，下滑检测单元可以包括测量在由行驶方向设定单元设定的车辆行驶方向的反方向上的车速的车速传感器，路面坡度测量估计单元可以根据车辆的加速度和输出到驱动轴的驱动力之间的关系估计路面坡度，控制器可以致动和控制机械制动装置，以施加与一平衡力和一系数的乘积相对应的制动力，该平衡力与基于所述车辆的加速度和输出到驱动轴的驱动力之间的关系作用在车辆的下滑方向上的力相平衡，该系数是根据所测得的反向车速确定的。在这种情况下，控制器可以致动和控制机械制动装置，以使反向车速接近预定车速。这种布置使车辆的下滑速度收敛于预定车速。

在本发明的车辆中，机械制动装置可以包括向不同于驱动轮的从动轮施加机械制动力的制动器。这种布置可以如所期望地防止机械制动装置输出的制动力与动力输出装置输出的驱动力干涉。

本发明的方法是这样一种车辆的控制方法，该车辆配备有能够向与驱动轮相连接的驱动轴输出驱动力的动力输出装置和能够向车辆施加机械制动力的机械制动装置，该方法包括以下步骤：(a)检测由驱动轮的空转引起的打滑；(b)响应于在步骤(a)中所检测到的打滑，致动和控制动力输出装置以限制输出到驱动轴的驱动力；(c)检测车辆的下滑；(d)在步骤(b)中限制输出到驱动轴的驱动力的情况下，响应于在步骤(c)中所检测到的车辆下滑，致动和控制机械制动装置，以向车辆施加机械制动力。

本发明的车辆的控制方法响应于检测到由驱动轮空转引起的打滑，致动和控制动力输出装置，以限制输出到与驱动轮相连接的驱动轴的驱动力。在限制输出到驱动轴的驱动力的情况下，响应于所检测到的车辆下滑，本发明的控制方法致动和控制机械制动装置，以用机械制动力制动车辆。在由于在有坡度的路面上发生打滑而限制输出到驱动轴的驱动力的情况下，这种布置可以有效地调整车辆的下滑速度。

附图说明

图1示意性地示出本发明的一个实施例的车辆20的构造；

图2是示出由本实施例的车辆20中的主电子控制单元70执行的驱动控制例程的流程图；

图3是示出电机转矩Tm^*随加速器开度Acc和车速V变化的图(map)；

图4是示出由本实施例的车辆20中的主电子控制单元70执行的平衡转矩设定例程的流程图；

图5是示出反映率β随反向车速V变化的图；

图6示意性地示出一变形例中的车辆120的构造；

图7示意性地示出另一变形例中的车辆220的构造；

图8示意性地示出又一变形例中的车辆320的构造。

具体实施方式

下面讨论作为优选实施例实施本发明的一种方式。图1示意性地示出本发明的一个实施例的车辆20的构造。如图所示，本实施例的车辆20包括：使用来自蓄电池26的经由逆变器电路24的电力供应并向经由差速器29与驱动轮62a和62b机械连接的驱动轴28输出动力的电机22，以及控制整个车辆的主电子控制单元70。

电机22是作为电动机和发电机的同步电动发电机。逆变器电路24包括多个开关元件，以将来自蓄电池26的电力输入转换为用于驱动电机22的电力的适当形式并输出所转换的电力。

通过来自制动主缸90的液压致动的液压制动器54a、54b、56a和56b连接到驱动轮62a、62b和从动轮64a、64b。通过使用制动器电子控制单元(下称制动器ECU)50对制动器致动器52进行致动和控制来调整液压制动器54a、54b、56a和56b的制动转矩。尽管没有具体示出，制动器ECU50构造成包括CPU、存储处理程序的ROM、暂时存储数据的RAM、输入输出端口和通信端口的微处理器。制动器ECU50经由其输入端口接收来自各种传感器的输入信号，例如，来自测量驱动轮62a、62b和从动轮64a、64b的转速的车轮速度传感器34a、34b、36a和36b的车轮速度。制动器ECU50经由其输出端口向制动器致动器52输出控制信号。制动器ECU50经由其通信端口与主电子控制单元70建立通信，以响应于来自主电子控制单元70的控制信号而致动和控制制动器致动器52并根据需求向主电子控制单元70发送输入数据。

主电子控制单元70构造成包括CPU72、存储处理程序的ROM74、暂时存储数据的RAM76、未示出的输入输出端口和未示出的通信端口的微处理器。主电子控制单元70经由其输入端口接收各种输入信号，包括：来自检测驱动轴28(电机22的旋转轴)的旋转位置的旋转位置检测传感器32(例如，旋转变压器(resolver))的旋转位置θres，来自检测换档杆81的当前位置的换档位置传感器82的换档位置SP，来自测量加速踏板83的踩下量的加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc，来自测量制动踏板85的踩下量的制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP，来自车速传感器88的车速V，以及来自坡度传感器89的路面坡度θgr。主电子控制单元70经由其输出端口向逆变器电路24中的开关元件输出开关控制信号。

下面描述如上构造的实施例的车辆20的操作，尤其是车辆20在上坡上行驶期间由于驱动轮62a和62b空转(spin)而发产生打滑时的一系列操作。图2是示出由本实施例的车辆20中的主电子控制单元70执行的驱动控制例程的流程图。该例程以预定的时间间隔(例如，8毫秒)重复执行。

当驱动控制例程开始时，主电子控制单元70的CPU72首先输入控制所需的各种数据，即，来自加速踏板位置传感器84的加速器开度Acc，来自车速传感器88的车速V，驱动轴28的转速Nm，来自换档位置传感器82的换档位置SP，以及来自制动踏板位置传感器86的制动踏板位置BP(步骤S100)。在本实施例中，驱动轴28的转速Nm的输入通过由旋转位置检测传感器32检测的旋转位置θres计算出。

然后，该例程基于所输入的加速器开度Acc和车速V设定将从电机22输出的电机转矩Tm^*(步骤S102)。在本实施例的结构中，预先确定电机转矩Tm^*随加速器开度Acc和车速V的变化，并将其作为图存储在ROM74中。本实施例的程序从所存储的图读取并设定与给出的加速器开度Acc和给出的车速V相对应的电机转矩Tm^*。图3示出该图的一个示例。

然后，该例程由所输入的转速Nm计算出驱动轴28的角加速度α(S104)。角加速度α通过从本例程的当前循环输入的当前转速Nm中减去本例程的前一循环输入的前一转速Nm而计算得到(当前转速Nm-前一转速Nm)。由于转速Nm用每分钟转数(rpm)表示并且执行该例程的时间间隔为8毫秒，因此本实施例中的角加速度α的单位是(rpm/8ms)。也可以使用任何其它合适的单位来将角加速度表示为角速度的时间变化。为了减小潜在的误差，角加速度α可以是在该例程的当前和几个以前的循环(例如，三个以前的循环)中计算出的角加速度的当前和以前的数据的平均值。

计算出角加速度α后，该例程基于所计算出的角加速度α判定是否由于驱动轮62a和62b空转引起打滑(即，打滑是否发生，或者打滑是否收敛)(步骤S106)。打滑是否发生可以通过判断角加速度α是否超过预定域值确定。打滑是否收敛可以通过判断角加速度α是否变为负值或者角加速度α是否保持为负值预定时间段。可以使用另一技术来进行该判断。

在发生打滑时，该例程限制在步骤S102中设定的电机转矩Tm^*(步骤S108)。限制电机转矩Tm^*可以通过从电机转矩Tm^*中减去一固定值或者从电机转矩Tm^*中减去一随打滑的程度增加(例如角加速度α的增加)而增加的变化值得到。可以使用其它任何合适的方法进行限制。

限制电机转矩Tm^*后，该例程接着判断当前换档位置SP是否在向前的可驱动范围内(档位段)，即，是否在D档或B档(S110)，判断与路面坡度相对应的平衡转矩Tgrad是否不小于被认为是上坡的预定水平(步骤S112)，以及判断车辆是否在逆着在向前方向上的当前换档位置SP的相反方向上行驶，即，判断是否检测到车辆下滑(步骤S114)。在本实施例中，根据在图4的流程图中示出的平衡转矩设定例程设定平衡转矩Tgrad。如图4所示，在不发生打滑且车速V不为零时(步骤S150和S152)，根据下面给出的方程式(1)将平衡转矩Tgrad设定为与由车辆的重量(重力)产生的作用在沿路面坡度方向上的力相平衡的转矩(步骤S154)。方程式(1)中的术语“前一转矩Tm^*”表示用作在图2的例程的前一的循环中的步骤S130中输出到驱动轴28的转矩的电机转矩Tm^*。“K1”表示根据车辆的重量和车轮的直径确定的常数。

Tgrad＝前一Tm^*-K1·α               (1)

当在步骤S110至S114中的连续的判断结果显示当前换档位置SP在D档或B档，平衡转矩Tgrad不小于预定水平，以及车辆反向行驶时，该例程基于所输入的车速V设定反映率(reflection ratio)β(步骤S116)。在本实施例的结构中，预先确定反映率β随车速V的变化并将其作为图存储在ROM74中。本实施例的程序从所存储的图读取并设定与给出的车速V相对应的反映率β。图5示出该图的一个示例。在示出的示例中，反映率β被调整成在反向车速V从零增加到预定车速期间成比例地从值0增加到值1.0和在车速V到达预定车速后保持在值1.0。设定反映率β后，该例程根据下面给出的方程式(2)由平衡转矩Tgrad、输出到驱动轴28的转矩(前一转矩Tm^*)和反映率β计算制动转矩Tb^*(步骤S118)。此处，制动转矩Tb^*表示由连接到不同于与电机22的驱动轴28相连接的驱动轮62a和62b的从动轮64a和64b的液压制动器56a和56b施加的转矩。在方程式(2)中，“K2”表示将驱动轴28上的转矩转换为从动轮64a和64b的轴上的转矩的转换系数。如从方程式(2)清楚地知道的，制动转矩Tb^*设定为由于在步骤S108中限制电机转矩Tm^*而引起的相对于平衡转矩Tgrad的转矩不足与反映率的乘积。如上所述，在反向车速V达到预定车速后反映率β保持为值1.0。因此，车辆的下滑速度收敛为接近预定车速的值。

Tb^*＝K2·β·(Tgrad-前一Tm^*)                    (2)

设定制动转矩Tb^*后，该例程接着执行制动转矩Tb^*的比率处理(rateprocess)以获得制动转矩的平滑增加或减小(步骤S120)和保护处理(guardprocess)以用上限转矩Tbmax保护制动转矩Tb^*(步骤S122)。此处，对于制动转矩增加，比率处理中使用的比率可以设定为等于32Nm/16ms，对于制动转矩减小，设定为等于32Nm/65ms。保护处理中使用的上限转矩Tbmax设定为防止乘坐有两名乘员的车辆在约14％的上坡上下滑的转矩。

当在步骤S106中判定不发生打滑时，当在步骤S110中判定换档杆81不位于向前的可驱动范围时，当在步骤S112中判定平衡转矩Tgrad小于预定水平时，或者当在步骤S114中判定车辆不反向行驶时，该例程判定不需要通过液压制动器56a和56b施加制动转矩并将制动转矩Tb^*设定为值0(步骤S124)。

然后，该例程基于在步骤S100中输入的当前制动踏板位置BP判断驾驶员是否踩下制动踏板85(步骤S126)。当判定驾驶员踩下制动踏板85时，该例程为了反映驾驶员的要求而重新设定与当前制动踏板位置BP相对应的制动转矩Tb^*，而不管在步骤S118或步骤S124中设定的制动转矩Tb^*(步骤S128)。

设定电机转矩Tm^*和制动转矩Tb^*后，该例程使用电机转矩Tm^*驱动和控制电机22，同时向制动器ECU50发送制动转矩Tb^*以致动和控制制动器致动器52(步骤S130)。该驱动控制例程在此处终止。通过向逆变器电路24中的开关元件输出开关控制信号来驱动和控制电机22。接收制动转矩Tb^*的输入的制动器ECU50向制动器致动器52输出控制信号，以致动和控制该制动器致动器52。

作为一个示例，假定在车辆在上坡上行驶并且换档杆81位于D档期间发生打滑。在这种情况下，在步骤S108限制驾驶员要求的电机转矩Tm^*。当该限制使得在打滑收敛过程中电机转矩Tm^*相对于路面坡度(平衡转矩Tgrad)不足时，在步骤S114检测到车辆反向行驶(车辆下滑)。响应于该检测结果，根据平衡转矩Tgrad和反向车速设定制动转矩Tb^*，以使车速收敛到预定车速。因此，液压制动器56a和56b在不同于具有从电机22输出的转矩的驱动轮62a和62b的从动轮64a和64b上施加制动转矩Tb^*。这使得车辆的下滑速度收敛于预定车速。

如上所述，在本实施例的车辆20中，在由于车辆在上坡上发生打滑而限制电机22的输出转矩的情况下车辆下滑时，施加由液压制动器56a和56b产生的制动转矩Tb^*，以使车辆的下滑速度收敛于预定车速。由液压制动器56a和56b产生的制动转矩Tb^*是根据与路面坡度相对应的平衡转矩Tgrad设定的。因此，该技术确保基本上恒定的驱动感觉，而不管路面坡度如何。制动转矩Tb^*施加在不同于具有从电机22输出的转矩的驱动轮62a和62b的从动轮64a和64b上。这有效地防止了制动转矩与电机22的输出转矩干涉。

本实施例的车辆20根据角加速度α和电机22的输出转矩之间的关系设定与路面坡度相对应的平衡转矩Tgrad，并由所设定的平衡转矩Tgrad计算制动转矩Tb^*。一个变形例的程序可以用坡度传感器89直接检测路面坡度并根据所测得的路面坡度设定制动转矩Tb^*。

本实施例的车辆20基于反向车速V设定反映率β，并由平衡转矩Tgrad、输出到驱动轴28的转矩和反映率β计算制动转矩Tb^*。一个变形例的程序可以基于反向车速V、平衡转矩Tgrad和输出到驱动轴28的转矩直接设定制动转矩Tb^*。

本实施例的车辆20基于反向车速V设定反映率β，并用所设定的反映率β乘以在平衡转矩Tgrad与输出到驱动轴28的转矩之间的差，以设定制动转矩Tb^*。因此，车辆在上坡上打滑时的下滑速度收敛于预定车速。或者，也可以通过反馈控制来设定制动转矩Tb^*，以使车辆的下滑速度收敛于预定车速。

上述实施例涉及配备有被机械连接的以便直接向与驱动轮62a和62b相连接的驱动轴输出动力的电机22的车辆20。本发明的技术可以应用于任何配备有能够向驱动轴输出动力的动力输出装置的车辆。例如，本发明的技术可以应用于包括发动机、与发动机的输出轴相连接的发电机和使用来自发电机的电力向驱动轴输出动力的电机的串联复合式车辆(电动汽车)。本发明的技术还可以应用于图6所示的机械分配型混合动力车辆120，该车辆包括：发动机122，与发动机122相连接的行星齿轮机构126，与行星齿轮机构126相连接并产生电力的电机124，以及与行星齿轮机构126相连接并与连接到驱动轮62a和62b的驱动轴机械连接以便向驱动轴输出动力的电机22。该技术还可以应用于图7所示的电气分配型混合动力车辆220，该车辆包括：发动机222，具有与发动机222的输出轴相连接的内转子224a和连接到与驱动轮62a和62b的驱动轴相连接的外转子224b并通过内转子224a和外转子224b之间的电磁作用相对旋转的电机224，以及与驱动轴机械连接以向驱动轴输出动力的电机22。本技术还可以应用于图8所示的混合动力车辆320，该车辆包括：经由变速器324(例如，无级变速器或自动有级变速器)与连接到驱动轮62a和62b的驱动轴相连接的电机22，以及经由离合器CL与电机22的旋转轴相连接的发动机322。在驱动轮发生打滑时，控制程序考虑到其快速输出响应主要控制与驱动轴机械连接的电机，从而限制输出到驱动轴的转矩。另一电机的控制和发动机的控制可以与该电机的控制协调进行。

上述实施例在各方面均应被视为示例性的而非限制性的。可以在不脱离本发明的主要特征的范围和精神的情况下存在多种变形、改变和更改。

工业可应用性

本发明的技术可以应用于与诸如汽车和列车(train car)等车辆有关的工业。

Claims (9)

1.一种配备有能够向与驱动轮相连接的驱动轴输出驱动力的动力输出装置的车辆，所述车辆包括：

能够向所述车辆施加机械制动力的机械制动装置；

检测由所述驱动轮的空转引起的打滑的打滑检测单元；

检测所述车辆的下滑的下滑检测单元；和

响应于由所述打滑检测单元检测到的打滑而致动和控制所述动力输出装置以限制输出到所述驱动轴的驱动力的控制器，在限制输出到所述驱动轴的驱动力的情况下，所述控制器响应于由所述下滑检测单元检测到的所述车辆的下滑而致动和控制所述机械制动装置，以向所述车辆施加机械制动力。

2.根据权利要求1的车辆，所述车辆还包括：

设定所述车辆的行驶方向的行驶方向设定单元，

其中，所述下滑检测单元包括检测所述车辆在由所述行驶方向设定单元设定的所述车辆的行驶方向的反方向上的反向行驶的反向行驶检测单元，

在限制输出到所述驱动轴的驱动力的情况下，所述控制器响应于由所述反向行驶检测单元检测到的反向行驶而致动和控制所述机械制动装置，以向所述车辆施加机械制动力。

3.根据权利要求2的车辆，其特征在于，所述反向行驶检测单元包括测量在所述反方向上的车速的车速传感器，

所述控制器致动和控制所述机械制动装置，以施加与所测得的在所述反方向上的车速相对应的制动力。

4.根据权利要求3的车辆，其特征在于，所述控制器致动和控制所述机械制动装置，以使沿所述反方向的车速接近预定车速。

5.根据权利要求1至4中任一项的车辆，其特征在于，所述车辆还包括：

测量或估计路面坡度的路面坡度测量估计单元，

其中，所述控制器致动和控制所述机械制动装置，以施加一与所测量或估计的路面坡度相对应的制动力。

6.根据权利要求5的车辆，所述车辆还包括：

设定所述车辆的行驶方向的行驶方向设定单元，

其中，所述下滑检测单元包括测量在由所述行驶方向设定单元设定的所述车辆的行驶方向的反方向上的车速的车速传感器；

所述路面坡度测量估计单元根据所述车辆的加速度和输出到所述驱动轴的驱动力之间的关系估计路面坡度；

所述控制器致动和控制所述机械制动装置以施加与一平衡力和一系数的乘积相对应的制动力，该平衡力与基于所述车辆的加速度和输出到所述驱动轴的驱动力之间的关系作用在车辆的下滑方向上的力相平衡，该系数是根据所测得的在所述反方向上的车速确定的。

7.根据权利要求6的车辆，其特征在于，所述控制器致动和控制所述机械制动装置，以使在所述反方向上的车速接近预定车速。

8.根据权利要求1至4中任一项的车辆，其中，所述机械制动装置包括向不同于所述驱动轮的从动轮施加机械制动力的制动器。

9.一种车辆控制方法，所述车辆配备有能够向与驱动轮相连接的驱动轴输出驱动力的动力输出装置和能够向所述车辆施加机械制动力的机械制动装置，所述控制方法包括以下步骤：

(a)检测由所述驱动轮的空转引起的打滑；

(b)响应于在所述步骤(a)中所检测到的打滑，致动和控制所述动力输出装置，以限制输出到所述驱动轴的驱动力；

(c)检测所述车辆的下滑；以及

(d)在所述步骤(b)中限制输出到所述驱动轴的驱动力的情况下，响应于在所述步骤(c)中检测到的所述车辆的下滑，致动和控制所述机械制动装置，以向所述车辆施加机械制动力。

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