CN102398589B - 在具有电动力传动系的车辆中的输出扭矩管控 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于管控车辆中输出扭矩的阈值增加的方法，包括使用控制器检测输出扭矩能力的阈值增加，且经由控制器响应于阈值增加自动限制来自车辆传动装置的实际输出扭矩的变化速率。实际输出扭矩经仅使用来自能量储存***的电池电力并经由牵引电机提供。该方法可计算阈值增加和实际输出扭矩之间的差，并使用与该差成比例的速率来限制变化速率。车辆包括ESS、传动装置和控制器。使用来自ESS的电能为传动装置的输出构件供电。控制器如上所述地管控输出扭矩能力的增加。

Description

在具有电动力传动系的车辆中的输出扭矩管控

技术领域

本发明涉及具有电动力传动系的车辆中的输出扭矩管控。

背景技术

电瓶电动车(Battery Electric Vehicle：BEV)、增程式电动车(ExtendedRange Electric Vehicle：EREV)和油电混合动力车(Hybrid Electric Vehicles：HEV)可以在至少一种仅电推进模式，即电动车(EV)模式下被驱动。一个或多个高压牵引电动机提供足以在这种模式下为车辆提供动力的电动机扭矩。每个牵引电动机都被经由通过高电压能量储存***(energy storagesystem：ESS)供电的电池电力提供能量。ESS可以在车辆运行过程中按需要充电，如在再生制动过程中。ESS还可以在车辆没有运行时通过将ESS连接到离车电源而充电。当ESS的充电状态在EREV中为基本耗尽时，小型内燃发动机可以自动地启动，以向发电机提供动力。来自发电机的功率输出提供了保持EV模式所需的电能。

车辆动力传动系包括传动装置，该传动装置将来自牵引电动机的驱动构件的电动机扭矩传递给传动装置的输出构件。在输出构件上运行的实际输出扭矩最终为一组车轮提供动力，以推进车辆。在这种传动装置中换挡时间相对较长。此外，具有EV动力传动系的车辆中的最大输出扭矩或输出扭矩能力会突然且明显地增加，例如在可用的电池电力突然增加时。

发明内容

本文披露一种用于对具有电动车(EV)动力传动系的车辆中输出扭矩能力的突然增加进行管控的方法。该方法的执行有助于确保扭矩能力的突然增加不会被车辆的司机察觉到。该方法包括一旦增加的扭矩能力被察觉，则使传递到传动装置输出构件的实际输出扭矩变化速率变慢。这会在预设的车辆状况下，例如在通过对来自计时器的位置信号进行处理而确定的基本恒定的请求输出扭矩过程中发生。扭矩下垂在换挡时间减少时有效地消除。增加的电池电力可以被用于以最小的输出扭矩扰动实现更快速的换挡。

本发明的方法可被实施为一种算法或代码，记录在计算机可读/非易失性介质上，且被车载控制器的有关硬件部件执行。控制器检测输出扭矩能力的阈值突然增加。这可以实现自动地将当前的输出扭矩能力与之前一些采样的平均值进行比较。控制器可在当前值超过平均值校准量时设定一标志来表明输出扭矩能力的阈值突然增加。控制器在检测到增加时自动地限制实际输出扭矩的变化速率，在一个实施例中以加速器踏板位置的函数来实现这一点。

例如，如果加速器踏板位置被相当恒定地保持了校准的时间间隔，则可以应用较慢的速率限制。速率限制可以随着输出扭矩能力和实际输出扭矩之间的差的增加而增加。在一个实施例中，可以通过在换挡事件中自动地经由控制器降低发动机速度目标值以减少换挡时间，且同时增加短时速率限制。

具体说，提供一种方法，用于对车辆中输出扭矩能力的突然增加进行管控，该车辆具有控制器、传动装置和经由来自能量储存***(ESS)的电池所驱动的牵引电动机。该方法包括经由控制器检测输出扭矩能力的阈值增加，并响应于该阈值增加对来自传动装置的实际输出扭矩的变化速率进行自动限制。实际输出扭矩经由牵引电动机仅使用来自ESS的电池电力提供。

该方法还可包括计算阈值增加和实际输出扭矩之间的差，并使用与该差成比例的速率来限制变化速率。检测输出扭矩能力的阈值增加可包括评估实际输出扭矩的瞬时微分与校准数目的此前输出扭矩微分值的平均值之间的差值。

在一个实施例中，控制器使用踏板传感器测量车辆加速器踏板的位置，且该方法包括将实际输出扭矩的变化速率作为加速器踏板位置的函数进行限制。该方法还包括测量加速器踏板已经被保持在基本恒定位置的逝去时间间隔，并在逝去时间量超过校准时间阈值时自动限制实际输出扭矩的变化速率。

一种车辆，包括：用于提供电池电力的ESS，被来自ESS的电池电力驱动的牵引电动机，具有输出构件的传动装置，和控制器。该控制器被配置为检测输出扭矩能力的阈值增加，并响应于该阈值增加对来自传动装置的实际输出扭矩变化速率进行自动限制。

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上述的本发明的特征和优点以及其他的特征和优点。

附图说明

图1是具有电动车(EV)动力传动系以及对输出扭矩能力的阈值突然增加进行管控的控制器的车辆示意图。

图2是图1所示车辆的各种扭矩测量结果的时间曲线图；和

图3是用于对图1所示车辆中输出扭矩能力用的阈值突然增加进行管控的方法的流程图。

具体实施方式

参见附图，车辆10示意性地显示在图1中。车辆10包括控制器24，该控制器被配置为执行方法100，所述方法的实施例如图3所示且在后文详述。车辆10是具有电动车(EV)动力传动系的任何车辆，例如电瓶电动车(BEV)、增程式电瓶车(EREV)、油电混合动力车(HEV)或任何其他能以EV推进模式，即仅使用电动机扭矩推进的车辆。控制器24通过在输出扭矩能力增加被察觉到时控制实际输出扭矩的变化速率从而自动地管控车辆10上输出扭矩能力的突然增加。

高压电牵引电动机12将电动机扭矩输出到传动装置14并由此以EV推进模式为车辆10提供动力。可以包括内燃发动机18，其可用于在HEV设计中为传动装置14提供动力。所示实施例中减小尺寸的发动机18可用于在图1所示的EREV实施例中为发电机20提供动力。例如，发动机18的曲柄轴16可以在需要高于仅由能量存储***(ESS)22提供的水平以上的额外电动力时发生旋转。额外的电动力在图1中通过箭头27示出。当ESS22的充电状态超过校准阈值时，发动机18可以关闭以保存燃料。车辆10此后可以被以EV模式提供动力，这可以包括取决于传动装置设计的多种EV模式。

控制器24可以使用执行当前方法100所需的代码或指令被编程。这种指令可以被存储在计算机可读、非易失性存储介质(non-transitory storagemedium)中，且选择性地被控制器24的相关硬件部件执行，例如如下所述配置的一个或多个主机。控制器24自动地精确确定何时以及如何管控输出扭矩能力的增加。在一个可行实施例中，控制器24所考虑的运行状况可以包括加速器踏板15的被测量或检测的位置。例如，加速器踏板15的位置可以自动地被踏板传感器26感知，此时将测量的踏板位置作为踏板位置信号(箭头25)发送给控制器24，以确定司机期望的输出扭矩请求。

控制器24选择性控制实际输出扭矩的变化速率，该值在图1中通过箭头28显示。通常这意味着变化速率减小，从而使得改变尽可能不被车辆10的司机察觉到。这种速率限制功能在检测到输出扭矩能力的阈值的变动时自动地被控制器24执行。控制器24的操作由此消除了扭矩下垂(torque sag)，同时缩短了传动装置14的换挡时间。此外，换挡时间的减少可以改善总体的燃料经济性和车辆驾驶的质量。

仍参照图1，传动装置14具有输入构件30和输出构件32。传动装置14可以配置为是电可变传动装置(electrically-variable transmission：EVT)或任何其他合适的能将扭矩经由输出构件32传递到车轮组34的合适传动装置。输出构件32响应于来自车辆10司机的速度请求输送实际输出扭矩(箭头28)，该实际输出扭矩最终被控制器24通过合适的方式来确定，例如通过对经由上述踏板位置传感器26发送的踏板位置信号(箭头25)进行处理。

牵引电动机12可以被配置为具有约60VAC到约300VAC或更多(取决于所需的设计)的多相电机。尽管出于简单的目的，仅显示了一个牵引电动机12，但是可以根据车辆的设计使用额外的牵引电动机。每个牵引电动机12可以经由高压AC总线33、牵引功率逆变器模块(TPIM)36和高压DC总线31电连接到ESS22。该ESS22可以在再生制动过程中或其他再生事件过程中被选择性地充电。辅助动力模块(auxiliary power module：APM)38——例如DC-DC功率转换器或其他合适的装置——可经由DC总线31电连接到ESS 22。进而，APM38可以经由低压DC总线35电连接到辅助电池40，例如12伏DC电池，APM对诸如无线电、大灯、雨刷等一个或多个辅助***42提供能量。

控制器24可以是单个控制装置或者分布联网式(distributed andnetworked)控制装置，其能电连接到或以其他方式设置成经由合适的控制通道与发动机18、牵引电动机12、ESS22、APM40、TPIM36以及辅助电池40电通讯。这种控制通道可以包括任何所需的传送导体，其能提供适于发送和接收必要电控制信号的硬线连接或无线控制连接，以用于车辆10上合适的电力流控制和协作。控制器24可以包括这种额外的控制模块和能力，其可能在以所需的模式执行必须的电力流控制功能时是必须的。

图1所示的控制器24可以配置为数字计算机硬件装置，其被连接到车辆10的各种动力传动系部件，从而提供比例积分微分控制(PID)功能。控制器24具有微处理器或中央处理单元、只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、电可擦写可编程只读存储器(EEPROM)、高速时钟、模拟-数字(A/D)和/或数字-模拟(D/A)转换器电路和输入/输出电路和装置(I/O)以及合适的信号调节和缓冲电路。存在于控制器24中或由此可存取的任何算法和参照表(包括执行当前方法100和速率限制表80(如下参照图3所述的)所需的算法)可以被存储在计算机可读、非易失性介质上，如上所述，自动地被控制器24的硬件部件执行，例如主机，从而提供相应的功能。

参照图2，时间曲线图50包括曲线52、54和56，时间由水平轴线代表。曲线52代表输出扭矩能力突然改变的阈值的一个例子。曲线54和56代表实际输出扭矩。在这些曲线中，曲线54代表被控制器24所管控的实际输出扭矩。曲线54从点51处的初始值开始上升并在点55处与曲线52相交。曲线56代表没有执行当前方法100的实际输出扭矩的上升情况，曲线56快速地上升到在点53处与曲线52相交。通过如上所述地对实际输出扭矩自动地限制速率以提供曲线54，图1的控制器24避免了曲线56所示的类型的突然增加。这种明显的增加会在某些情况下被司机感受到，这会降低总体的驾驶感受和燃料经济性。

来自ESS22的可用电池电力的增加可以减小在如图1所示的车辆10上完成换挡事件所需的时间量。但是，应认识到，由增加的电池电力提供的额外扭矩能力不应在实际输出扭矩域中被察觉到。控制器24由此决定何时应用特定的速率限制来控制实际输出扭矩的变化速率，例如在换挡事件中或是在相对稳定的输出扭矩请求的时间段内。这是由控制器24提供的扭矩管控的第一阶段。

扭矩管控的第二阶段还认可，如果发动机速度目标降低且ESS22的电池电力限制在配备有所述ESS的车辆(例如油电混合动力车)中暂时增加，则在电池电力相对低的过程中可以存在减少的换挡时间。可以使用一组校准表(例如速率限制表80，如图1所示，或其他合适的查找表或多个这种表)来修正换挡事件中的发动机速度目标，此时表80由电池电力索引。即，电池电力越低，则发动机速度目标越低，所述关系造成了更快的换挡时间。以这种方式，控制器24不仅如上所述地管控换挡时间，而且能不管增加的原因如何来管控输出扭矩能力的突然增加。在这些配置为不具有发动机的动力传动系中，在换挡过程中仅暂时地增加电池电力限制就足以减少换挡时间，此时并不允许输出扭矩增加。

参见图3，结合图1所示的车辆10的结构，方法100开始于步骤102.在步骤102，控制器24对司机经由加速器踏板15和踏板位置信号(箭头25)输入的输出扭矩请求进行滤波。最大扭矩局限是在给定电池电力限制、离合器扭矩限制和电动机限制情况下可以通过动力传动系输送的最大输出扭矩量。该值首先被计算，并随后被滤波。例如，步骤102可以通过将这些值传送通过低通和/或高通滤波器，以消除最初的外界噪音。

控制器24随后可以通过一阶微分操作来处理经滤波的结果。如本领域可以理解的，任何三项PID控制器(即控制器24)的微分控制项都基于用比例(P)和积分(I)项确定的误差变化速率确定将使用的合适的修正动作。控制器24随后再次对输出滤波，以通过微分操作去除噪音。经滤波的输出扭矩微分值可被记录在环形阵列或缓冲器中，其具有校准数目的数据位置。这允许校准数目的先前的输出扭矩微分值被保存起来，以如下所述地使用。

在步骤104，控制器24通过处理一组预定车辆运行值来判断阈值突然增加是否存在于输出扭矩能力中。例如，输出扭矩能力的突然增加可以通过评估瞬时输出扭矩微分和校准数目的先前的输出扭矩微分值的平均值之间的差来确定。当所述差超过阈值校准(例如在一个可行实施例中，四个或更多先前值的阈值校准)时，判断出存在突然的增加。

步骤104可以进一步包括对加速器踏板15相对于特定位置所保持的持续时间计时。这可有助于确保任何导致大微分值的瞬时响应不影响方法100的速率限制逻辑，并由此不会无意地在不需要时应用速率限制。

当控制器24判断出存在扭矩能力中的阈值突然增加时，方法100前进到步骤108，并可替换地在突然增加不存在时前进到步骤106。在步骤108，控制器24可以设置Boolean标志或值为TRUE。TRUE标志或等价的值能标示实际输出扭矩的速率限制被应用，方法100前进到步骤110。相反，在步骤106设置FALSE标志标示应用速率限制未被使用，只要标志为FALSE，方法100即重复步骤102。

在步骤110，应用速率限制并保持该应用，直到上述Boolean标志变为FALSE。即，一旦标志变为TRUE，则其保持TRUE直到输出扭矩能力又处于实际输出扭矩的校准范围内，例如图2中的点55。简单的有限状态机或其他合适器件可用于实现该结果。控制器24可以对实际输出扭矩的增加进行速率限制，限制量和从司机增加了输出扭矩请求(如经由加速器踏板15标示的一样)开始经过的时间成反比例。

如图1所示、且如上所述地应用的速率限制参照表80由此是两种不同输入的函数：速率限制输出扭矩和实际输出扭矩之间的差，以及加速器踏板15保持在基本恒定位置的时间长度。计入速率限制输出扭矩和实际输出扭矩请求之间的差允许在该差大于阈值差时将速率限制设定在相对较快的速率。同样，速率限制可以在该差小于阈值差时设定在相对较慢的速率。

通过考虑图1的加速器踏板15已经保持在基本恒定位置的时间长度作为因素能确保当图1所示的车辆10的司机已经在足够长的时间长度内保持了相当恒定的踏板位置时，控制器24能确保输出扭矩速率限制即使在输出扭矩约束改变时也不会改变。这会确保车辆10的驾驶质量不会变差。

为了确定加速器踏板15已经被保持在恒定位置的时间，可以将之前的一组踏板位置的平均值与即时的踏板位置比较，例如在一个可行实施例中之前的二十个或更多位置。如果这两个值相差小于校准量，则加速器踏板15的位置可以被认为是基本恒定，且上述计时器可以开始计时。在加速器踏板15的踏板位置不再恒定时，计时器可以被控制器24重置。

在一个实施例中，额外的校准可以包括计入踏板位置的变化程度。例如，考虑阈值校准被设定为最大扭矩能力10％的情况，即踏板位置变化大于10％的水平将会使得计时器重置并使得速率限制变得相对较快。在没有任何额外逻辑的情况下，当增加了额外的9％扭矩请求之前司机已经将加速器踏板15保持在相当恒定的位置时，速率限制将仍然为慢的且不会改变。当司机减少了同样的9％扭矩请求并随后增加到11％时，从司机的角度来看，相对于已经在之前的操作相比没有显著更多地将计时器踏板15移位。但是，计时器重置并使得速率限制显著地加速。

根据计时器踏板15的位置改变，计时器校准由此减少被发送到控制器24的速率限制表80的时间。如果司机使用该位置校准执行相同的操纵，则增加到9％的扭矩能力将不会迫使计时器重置，而是校准时间表将会从发送到速率限制表的值中减去时间，由此略微加速速率限制。当同一司机减少并随后增加到11％的水平时，速率限制的增加与之前的操作成比例。最后，到速率限制表的时间输入通过校准而饱和，以确保时间不会连续增加到超过该表的点。

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要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

本申请要求于2010年9月7日提交的美国临时专利申请No.61/380,354的优先权，该申请通过应用将其全部合并与此。

Claims (6)

1.一种用于管理控制车辆中输出扭矩能力的阈值增加的方法，该方法包括：

使用踏板传感器来测量所述车辆的加速器踏板的位置；

测量加速器踏板已经被保持在基本恒定位置上的经过时间的间隔；

使用控制器检测输出扭矩能力中的阈值增加；和

响应于该阈值增加，经由控制器自动将来自所述车辆的传动装置的实际输出扭矩的变化速率作为加速器踏板位置的函数进行限制；

其中，仅经由牵引电动机使用来自能量储存***的电池电力提供所述实际输出扭矩；

其中检测所述阈值增加包括评估所述实际输出扭矩的当前值与校准数目的所述实际输出扭矩的先前值的平均值之间的差。

2.如权利要求1所述的方法，其还包括：

计算所述阈值增加和所述实际输出扭矩之间的差；和

使用与该差成比例的速率来限制所述变化速率。

3.如权利要求1所述的方法，其还包括：

仅在所述经过时间超过校准时间阈值时自动限制所述变化速率。

4.一种车辆，其包括：

电储存***(ESS)；

牵引电动机，其用来自所述ESS的电池电力供电；

具有输出构件的传动装置，其中，所述输出构件经由所述牵引电动机而被驱动；和

控制器,其被配置为用于：

使用踏板传感器来测量所述车辆的加速器踏板的位置；

测量加速器踏板已经被保持在基本恒定位置上的经过时间的间隔；

检测所述传动装置的输出扭矩能力的阈值增加；和

响应于该阈值增加自动地将所述传动装置的实际输出扭矩的变化速率作为加速器踏板位置的函数进行限制；

其中检测阈值增加包括评估所述实际输出扭矩的当前值与校准数目的所述实际输出扭矩的先前值的平均值之间的差。

5.如权利要求4所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为用于：

计算该阈值增加和所述实际输出扭矩之间的差；和

使用与该差成比例的速率来限制所述变化速率。

6.如权利要求5所述的车辆，其中，所述控制器还被配置为：

仅在所述经过时间超过校准时间阈值时自动限制所述变化速率。