CN103043056B - 控制车轮轴扭矩的方法和用于其的控制系统 - Google Patents

Abstract

一种控制在车辆轮轴上的扭矩的方法，包括将扭矩干预请求与针对当前车辆速度和车辆的当前运动方向的预定最小轴扭矩进行比较。预定最小轴扭矩随着沿操作者选择的运动方向的车辆速度增大而减小。裁定的轴扭矩被基于操作者请求的扭矩、当前车辆速度、当前运动方向，以及扭矩干预请求和预定最小扭矩中较大的那个而被计算。轴扭矩至少部分地基于裁定的轴扭矩被施加到车辆的轮轴。

Description

控制车轮轴扭矩的方法和用于其的控制系统

技术领域

本发明涉及控制车轮轴扭矩的方法和用于其的控制系统，特别是用于防止沿与意图运动方向相反的方向的推进。

背景技术

车辆的意图运动方向由车辆的司机决定，通常由司机档位杆位置的位置决定。当司机使档位杆位置处于停车或空挡位置时，并不意图进行向前或倒退的运动。当司机使档位杆位置处于驾驶位置（低档或手动档）时，意图运动方向是向前方向。当司机使档位杆位置处于倒档位置时，意图运动方向是倒退方向。

传统的动力传动系通常被保护免于进行沿与意图运动方向相反的运动，因为发动机不能在其本身相反旋转时产生扭矩。变速器通过提供至轴的联动装置而将发动机直接连接到意图运动方向，所述联动支持沿意图运动方向的轴扭矩。

但是，在具有一个或多个电马达的混合动力或燃料电池应用中，电马达可在沿任意方向旋转时提供扭矩。因此，沿与意图运动相反的方向推进车辆的可能性存在。

发明内容

在一些混合动力的应用中，电子控制模块（ECM）解释操作者的加速器踏板位置，并确定操作者的期望轴扭矩。它然后针对其他轴扭矩“干预”请求进行裁定，诸如车辆超速保护、牵引或稳定性控制和巡航控制。最终的裁定轴扭矩请求随后从ECM发送至混合动力控制模块（HCM），该混合动力控制模块（HCM）确定如何使用发动机、电马达和变速器的组合来获得期望的轴扭矩。

当车辆正以大于相对较低的速度的任意速度沿意图运动方向移动时，诸如大约5英里每小时（mph），当司机将他的脚离开加速器踏板时，ECM应请求负轴扭矩，以使车辆减速。当车辆速度接近零时，负轴扭矩的施加具有向后推进车辆的可能性，这取决于请求的大小。相应地，随着车辆速度减小到预定临界值正速度之下和当车辆速度变为负时，缓行控制系统应施加增大的正扭矩（且非负扭矩）。当操作者将车辆停在上坡坡度且然后释放制动器时，这将，例如，最小化车辆在山坡上的回退。

控制轴扭矩的方法包括确定操作者选择的车辆运动方向、车辆速度和车辆的实际运动方向。至少一个扭矩干预请求然后与针对该车辆速度和实际运动方向的预定最小轴扭矩比较。“预定最小轴扭矩”还称为“预定轴扭矩限制”。“扭矩干预请求”是请求的轴扭矩，其由被控制系统考虑的另外的车辆系统请求，以便确定在车轮处的扭矩。因为扭矩干预请求不是操作者请求，其被称为干预。其他车辆系统可以是，作为非限制性的例子，车辆超速系统、牵引或稳定性控制系统、制动扭矩控制系统或车辆速度限制器系统。在确定“预定最小轴扭矩”时，沿意图运动方向的轴扭矩被视为正。沿与将使车辆沿意图运动方向推进的轴扭矩相反的方向的轴扭矩被视为负，且所以具有随着速度沿意图运动方向增大而增大的负值。操作者请求的轴扭矩可以通过司机操作的加速器装置确定，诸如加速器踏板。操作者选择的运动方向可从司机操作的档位杆确定。

方法包括计算裁定的轴扭矩，如果所述至少一个扭矩干预请求大于预定最小轴扭矩，该裁定的轴扭矩基于操作者请求的轴扭矩和所述至少一个扭矩干预请求，但如果所述至少一个扭矩干预请求不大于预定最小轴扭矩，则替代地，该裁定的轴扭矩基于预定最小轴扭矩。裁定的轴扭矩可然后施加到从动轮轴（一个或多个）。

预定最小轴扭矩可用作低于第一临界值速度的车辆速度下的缓行下滑系统扭矩限制。相应地，当车辆速度低于预定临界值速度并变慢，且还当车辆的实际运动方向与操作者选择的运动方向相反时，预定最小轴扭矩可增大。此外，随着车辆速度增大，预定最小轴扭矩可减小（即，具有增大的负扭矩值）直到预定临界值。预定临界值可以是可应用的最大负轴扭矩限制，而无关乎车辆速度，以防止过度意外的（即，非操作者请求的）车辆减速。

该方法对于具有电马达的混合动力或燃料电池车辆特别有用，所述电马达可沿任何方向增加轴扭矩至轮轴（一个或多个）。在这样的车辆上，第一控制器，诸如发动机控制模块（在混合动力车辆的情况下），可操作性地与司机操作的档位杆、与司机操作的加速器装置和与提供扭矩干预请求的至少一个扭矩控制系统连接。第一控制器具有处理器，所述处理器具有第一算法，该第一算法计算裁定的轴扭矩，如上所述。第二控制器操作性地与第一控制器和与车辆轴连接。第二控制器可以是混合动力控制器，所述混合动力控制器控制和协调发动机和电马达/发电机，以将轴扭矩施加到车辆轴。第二控制器从第一控制器接收与裁定的轴扭矩相对应的信号，并具有第二算法，该第二算法确定如何建立要被施加到车辆轴的裁定的轴扭矩。

相应地，该方法和控制系统通过较大地防止沿与意图运动方向相反的方向的推进而控制沿与意图运动方向相反的方向的推进，甚至是在车辆系统存在扭矩干预请求时。方法和控制系统还限制负轴扭矩以防止过度的车辆减速。

在下文结合附图进行的对实施本发明的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理解本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点。

附图说明

图1是具有控制系统的混合动力车辆的示意图，该控制系统防止沿与意图运动方向相反的方向的推进；

图2是轴扭矩对车辆速度的图表，显示出预定轴扭矩限制曲线。该预定轴扭矩限制曲线建立对施加在车辆的轮轴处的负轴扭矩的限制，以防止沿与意图方向相反的方向的推进，且该预定轴扭矩限制曲线具有最小临界值轴扭矩，其独立于车辆速度，以防止过度的减速；和

图3是控制车辆的轮扭矩的方法的流程图。

具体实施方式

参考附图，其中，相同的附图标记在多幅图中表示相同的部件，图1显示了车辆10，所述车辆10当轴扭矩被提供给车轮14的轮轴12时被推进。仅仅一个轮轴12被示出。在请求保护的本发明的范围内，车辆10可以是前轮驱动、后轮驱动或全轮驱动车辆。如所示，车辆10是混合动力车辆，具有发动机16和两个马达/发电机18、20。但是，车辆10可替代地是电动车辆，其具有马达/发电机，但没有发动机；或可以是燃料电池车辆，其仅具有为一个或多个电马达/发电机供电的燃料电池。车辆10可具有多个操作模式，这取决于变速器22中离合器或制动器的接合，并取决于发动机16是否在工作和马达/发电机18、20是否每一个被分立地被控制为作为马达运行或作为发电机运行。

发动机16操作性地连接到变速器22的输入构件23。从变速器22的输入构件23到输出构件25的速度比通过在变速器22中根据接合的离合器和制动器以及发动机16是否在工作和/或马达/发电机18、20是否被控制作为马达或发电机而建立的速度比确定。最终传动齿轮装置27可在输出构件25和轮轴12之间建立另外的速度比。

车辆10可具有多个操作模式，诸如：纯电动操作模式，其中，发动机16关闭，且车辆10通过作为马达运行的一个马达/发电机18提供动力；负载分配（loadsharing）的纯电动操作模式，其中，发动机16关闭，且车辆10通过作为马达运行的两个马达/发电机18、20提供动力；电荷持续（chargesustaining）串行操作模式，其中，发动机16为作为发电机运行的马达/发电机18提供动力，且马达/发电机18将电力提供给作为马达运行的马达/发电机20。最后，车辆10可具有电荷持续操作模式，其中，发动机16为马达/发电机18提供动力，以作为马达运行，而马达/发电机20也作为马达运行。这些操作模式通过混合动力控制模块（HCM）24协调，在此称为第二控制器，其包括混合动力控制处理器29，该混合动力控制处理器29具有存储的算法，该算法确定如何使用发动机16和马达/发电机18、20中的一个或多个提供车轮扭矩。电池19具有存储的电能，且通过功率变换器21操作性地连接到马达/发电机18、20，该功率变换器21当功率从电池19提供给作为马达运行的马达/发电机18、20中的任一个或二者时将直流电流转换为交流电流，和当功率被从作为发电机运行的马达/发电机18、20中的一个或二者提供给电池19时，将交流电流转换为直流电流。

在轮轴12处提供的轴扭矩部分地基于操作者请求的轴扭矩以及基于从其他车辆系统接收的扭矩干预请求而确定，所述扭矩干预请求受到控制系统26强加的限制，该控制系统26控制并主要防止沿与意图运动方向相反的运动方向的推进且还防止车辆10过度减速。操作者可以是司机，在这种情况下，操作者请求的轴扭矩是司机期望的轴扭矩。

控制系统26包括电子控制模块（ECM）30以及HCM24。ECM30在此称为第一控制器，并接收多个司机控制的输入信号。例如，司机操作的档位杆32可被司机选择性地移动到停车34、倒档36、空挡38、驾驶40和低档42位置。在停车34和空挡38位置，司机的意图是车辆10不具有运动或推进。当档位杆32被放置在倒档36位置时，车辆10的司机选择的运动方向（即，“意图运动方向”）是倒退方向。当档位杆32放置在驾驶40位置或低档42位置，车辆的司机选择的运动方向是前进方向。档位杆32被构造为使得司机选择的方向信号44被提供给ECM30。

司机操作的加速器装置46，诸如加速器踏板，可操作为将司机请求的轴扭矩信号48提供给ECM30。司机请求的轴扭矩信号48是表示加速器装置46的位置的电信号，该位置可与司机请求的在轮轴12处的轴扭矩相关。轴扭矩请求是在所有轴处的扭矩的总和。在全轮驱动应用中，400Nm的请求可通过在两个轴上都是200Nm而实现，或通过在一个轴上是300Nm而在另一轴上是100Nm而实现。

司机操作的制动装置50，诸如制动器踏板，可操作为将司机请求的制动扭矩信号52提供给ECM30。司机请求的制动扭矩信号52表示制动装置50的位置，该位置可与经由制动器系统54施加到轮轴12的司机请求的制动扭矩相关。制动扭矩是沿与司机请求的轴扭矩（与加速器装置46相关联）相反方向的轴扭矩。

ECM30还接收车辆速度信号56，诸如从速度传感器58接收。速度信号56指示输出构件25的旋转速度，以及输出构件25的旋转方向。

ECM30可从没有被车辆操作者直接控制的一个或多个附加的车辆扭矩控制系统接收信号。这些系统响应车辆操作条件来提供对在轮轴12处的轴扭矩的请求。这样的并非由车辆操作者直接作出的轴扭矩请求在此称为“扭矩干预请求”。例如，一个车辆扭矩控制系统可以是车辆超速系统60，其响应车辆速度超过预定最大速度临界值的确定而产生车辆超速系统轴扭矩请求信号62，以请求在轮轴12处的负扭矩。如在这里所用的，“负扭矩”是沿与提供沿意图运动方向的推进的在轮轴12处的轴扭矩相反方向的在轮轴12处的轴扭矩。正扭矩是沿意图运动方向提供推进的在轮轴12处的轴扭矩。

另外的车辆扭矩控制系统可以是牵引或稳定性控制系统64，其产生牵引控制系统扭矩请求信号66。牵引控制系统扭矩请求信号66可以与对在轮轴12处的正或负扭矩的请求（如克服车轮打滑或拖拽所需的）相关。

制动扭矩控制系统68是另外的车辆扭矩控制系统，其可用于产生制动扭矩请求信号70，该制动扭矩请求信号70与用于要被施加在轮轴12处允许使用再生制动而不是摩擦制动的负扭矩的请求相关。制动扭矩请求信号可以替换地仅仅是正值，此值限制操作者请求的轴扭矩，以减轻制动系统54所需的过度摩擦制动扭矩。即，制动扭矩控制系统68请求在轮轴12处施加最大量的轴扭矩，以允许与司机请求的制动扭矩信号52相关的制动扭矩，而没有超过制动系统54的预定机械限制。

车辆速度限制器系统72是另外的车辆扭矩控制系统，其可用于产生车辆速度限制器扭矩请求信号74，该车辆速度限制器扭矩请求信号74与对要在轮轴12处施加以降低车辆速度的负扭矩的量的请求相关。这样的系统72可用于在车辆10盗窃的情况下降低车辆速度到缓行范围。

还可提供其他扭矩控制系统，所述其他扭矩控制系统将并非由车辆操作者发起的扭矩请求信号发送给ECM30以调节在车辆轮轴12处的轴扭矩。

ECM30具有处理器76，该处理器76具有存储的算法，且该处理器76与混合动力控制模块24中的处理器29一起执行控制轮轴扭矩的方法200。方法200在图3中示出为流程图，且相对于图1的车辆10和图2中的图表100被描述，该图表100是轴扭矩102（竖直轴线）对车辆速度104（水平轴线）的图表，显示出预定轴扭矩限制曲线110。图2的预定扭矩轴限制曲线110指出对于给定车辆速度和运动方向的预定轴扭矩限制（即，预定最小轴扭矩）。在图2中，沿司机选择的运动方向（即，操作者意图运动方向）的轴扭矩沿箭头106的方向从在点109处的零轴扭矩增大。轴扭矩沿与箭头106相反的方向减小，且具有沿与箭头106相反的方向增大的在点109以下的负值。水平轴线指示车辆速度，沿意图运动方向的车辆速度沿箭头108的方向从在点109处的零速度增大。车辆速度沿与意图运动方向相反的方向增大，在点109处开始沿与箭头108相反的方向。针对每个给定的车辆速度和针对实际的运动方向的预定轴扭矩限制的值（即，建立预定轴扭矩限制曲线110的点的值）可以作为查找表存储在ECM30中。预定轴扭矩限制曲线110作为对扭矩干预请求的限制，从而，当受限制的扭矩干预请求借由司机请求的轴扭矩进行裁定时，施加的轴扭矩将防止车辆10沿与意图方向108相反的方向的推进。在预定临界值速度112以下，预定轴扭矩限制曲线110通常沿着标准缓行下滑曲线114，如在116处所指示的。缓行下滑曲线114仅出于比较目的示出，因为预定轴扭矩限制曲线110实际上是在方法200下应用的限制。缓行下滑曲线114表示对负的轴扭矩的限制，其可以在零加速器踏板扭矩时施加，且被设计为防止沿与意图运动方向相反的轴扭矩，但不考虑扭矩干预请求。如在图2明显看出的，在预定临界值速度112以上的车辆速度时，预定轴扭矩限制曲线110允许比缓行下滑曲线114更低的最小扭矩（即，沿与意图运动方向相反的方向的更大的轴扭矩）。

独立于车辆速度的最小轴扭矩临界值118被作为预定轴扭矩限制曲线110的截断值施加以防止过度的减速。由此，预定最小轴扭矩限制不能小于最小轴扭矩临界值（即，不能具有比最小临界值118大的负值）。

现参考图3，部分地通过ECM30和部分地通过HCM24执行的方法200在块202开始，在块202中确定了司机选择的运动方向。这基于表示司机操作的档位杆32的位置的信号44确定。在块204中，确定了车辆速度。车辆速度可基于来自速度传感器58的信号56确定。在块206中，确定了车辆10的实际运动方向。这还可以从速度信号56确定，该速度信号56表示输出构件25的旋转运动的方向。

在块208中，司机请求的轴扭矩和至少一个扭矩干预请求被ECM30接收。司机请求的轴扭矩经由来自加速器装置46的信号48和来自司机操作的制动装置50的信号52被接收。通常，信号48、52中的仅一个将指示被请求的轴扭矩值，因为车辆操作者通常不会同时按压加速器装置46和制动装置50二者。但是，如果加速器装置46和制动装置50二者同时被压下，制动装置50请求可用于取消来自加速器装置46的加速请求。扭矩干预请求作为分别来自车辆超速系统60、牵引或稳定性控制系统64、制动扭矩控制系统68和车辆速度限制器系统72的信号62、66、70或74中的一个或多个被接收。块202、204、206和208不需要按图3的流程图中显示的顺序进行。

一旦在块202、204、206和208中ECM30确定或接收了信息，处理器76将所接收的扭矩干预请求（或多个扭矩干预请求）与存储在查找表中的针对在块204中确定的车辆速度和在块206中确定的运动方向的预定轴扭矩限制（即，由轴扭矩限制曲线110指示的值）进行比较。

接下来，在块212中处理器76计算裁定的轴扭矩。裁定的轴扭矩根据存储的算法被计算，且基于在块208中被接收以及由信号48和/或信号52指示的司机请求的轴扭矩。裁定的轴扭矩还基于一个或多个扭矩干预请求62、66、70、74的比由曲线110指示的针对被确定的车辆速度和实际运动方向的预定轴扭矩限制更大的那些扭矩干预请求。最后，对于一个或多个扭矩干预请求的比针对被确定的车辆速度和实际运动方向的预定轴扭矩限制小的任何扭矩干预请求（即，对于针对在预定轴扭矩限制曲线110以下的轴扭矩的任何扭矩干预请求），针对被确定的车辆速度和实际运动方向的预定最小轴扭矩限制将被算法代替扭矩干预请求的值使用。这有助于确保在方法200下在轴12处施加的扭矩不会沿与车辆10的司机意图运动方向相反的方向。可选地，由曲线110指示的预定最小轴扭矩可被限制到大于预定临界过度减速值118的值。

用于计算裁定的轴扭矩的被存储的算法的一个例子是一种算法，该算法首先识别最低减小扭矩干预请求以及最高增大扭矩干预请求。这些扭矩干预请求是在已经与如上所述的预定最小轴扭矩限制比较和被其限制之后的。如果扭矩干预请求是针对比当前轴扭矩低的轴扭矩的请求，则该扭矩干预请求减小，如果扭矩干预请求是针对比当前轴扭矩高的轴扭矩的请求，则该扭矩干预请求增大。如果最低减小扭矩干预请求低于司机请求的轴扭矩，则最低减小扭矩干预请求是裁定的轴扭矩值。如果最低减小扭矩干预请求在司机请求的轴扭矩以上，且最高增大扭矩干预请求在司机请求的轴扭矩以上，则最高增大扭矩干预请求和最低减小扭矩干预请求中较低的是裁定的轴扭矩值。如果上面两种陈述行为都不是真的，则司机请求的轴扭矩是裁定的轴扭矩。

在块214中，裁定的轴扭矩值经由信号80发送至HCM24用于施加到轴12。在块216中，HCM24确定如何协调发动机16以及马达/发电机18和20的控制，以提供裁定的轴扭矩。

当方法200施加为控制车辆10上的轴扭矩时，比过往方法施加的负轴扭矩更大的负轴扭矩的施加是可行的，而不会导致沿与意图运动方向相反的方向的推进。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利请求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种控制在轮轴上的扭矩的方法，包括：

将至少一个扭矩干预请求与针对当前车辆速度和车辆的当前运动方向的预定最小轴扭矩进行比较；其中，预定最小轴扭矩随着沿操作者选择的运动方向的车辆速度增大而减小；

基于操作者请求的轴扭矩、当前车辆速度、当前运动方向，以及所述至少一个扭矩干预请求和预定最小轴扭矩中较大的那个计算裁定的轴扭矩；和

至少部分地基于裁定的轴扭矩将轴扭矩施加到轮轴。

2.如权利要求1所述的方法，其中，预定最小轴扭矩被限制为大于针对所有车辆速度的预定临界值的值，由此限制最大车辆减速。

3.如权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个扭矩干预请求包括车辆超速系统扭矩请求、牵引或稳定性控制系统扭矩请求、制动扭矩控制系统扭矩请求和车辆速度限制器系统扭矩请求中的至少一个。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述预定最小轴扭矩用作在第一临界值速度以下的车辆速度下的缓行下滑系统扭矩限制。

5.一种控制轮轴扭矩的方法，包括：

确定车辆的操作者选择的运动方向；

确定车辆速度；

确定车辆的实际运动方向；

将至少一个扭矩干预请求与针对车辆速度和实际运动方向的预定轴扭矩限制进行比较；

计算裁定的轴扭矩；其中，如果所述至少一个扭矩干预请求大于预定轴扭矩限制，裁定的轴扭矩基于操作者请求的轴扭矩和所述至少一个扭矩干预请求；

其中，如果所述至少一个扭矩干预请求不大于预定轴扭矩限制，裁定的轴扭矩基于操作者请求的轴扭矩和预定轴扭矩限制；以及

将裁定的轴扭矩施加至车辆的轮轴，由此防止车辆沿与操作者选择的运动方向相反的方向的运动。

6.如权利要求5所述的方法，其中，当车辆速度低于预定临界值速度且还当车辆的实际运动方向与操作者选择的运动方向相反时，预定轴扭矩限制随着车辆速度减小而增大。

7.如权利要求5所述的方法，其中，当实际运动方向和操作者选择的运动方向相同时，预定轴扭矩限制随着车辆速度增大而减小直到预定临界值。

8.如权利要求5所述的方法，其中，预定轴扭矩限制用作在预定临界值速度以下的车辆速度下的缓行下滑系统扭矩限制。

9.一种用于控制轮轴扭矩的系统，包括：

司机操作的档位杆，可操作为建立车辆的意图运动方向；

司机操作的加速器装置，可操作为建立期望的轴扭矩；

至少一个扭矩控制系统，可操作为建立扭矩干预请求；

第一控制器，操作性地与司机操作的档位杆、与司机操作的加速器装置、和与所述至少一个扭矩控制系统连接；其中，第一控制器具有处理器，该处理器具有：

第一算法，其：

将所述至少一个扭矩干预请求与预定最小轴扭矩进行比较，该预定最小轴扭矩随着沿意图运动方向的车辆速度增大到预定临界值速度以上而减小，随着沿意图运动方向且在预定最小速度以下的车辆速度增大而增大，和随着沿与意图运动方向相反的运动方向的车辆速度增大而增大；

确定所述至少一个扭矩干预请求和所述预定最小轴扭矩中较大的那个；以及

基于所述期望的轴扭矩以及所述至少一个扭矩干预请求和所述预定最小轴扭矩中所述较大的那个计算裁定的轴扭矩；以及

第二控制器，操作性地与第一控制器连接；其中，第二控制器从第一控制器接收与裁定的轴扭矩相对应的信号，并具有：

第二算法，其确定如何建立要被施加至车辆轴的裁定的轴扭矩。

10.如权利要求9所述的控制系统，其中，预定最小轴扭矩被限制为大于预定临界值的值。