專利名稱：在具有電動力傳動系的車輛中的輸出扭矩管控的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有電動力傳動系的車輛中的輸出扭矩管控。
背景技術(shù)：
電瓶電動車(Battery Electric Vehicle :BEV)、增程式電動車(Extended Range Electric Vehicle :EREV)和油電混合動力車(Hybrid Electric Vehicles :HEV)可以在至少一種僅電推進模式，即電動車(EV)模式下被驅(qū)動。一個或多個高壓牽引電動機提供足以在這種模式下為車輛提供動力的電動機扭矩。每個牽引電動機都被經(jīng)由通過高電壓能量儲存系統(tǒng)(energy storage system =ESS)供電的電池電力提供能量。ESS可以在車輛運行過程中按需要充電，如在再生制動過程中。ESS還可以在車輛沒有運行時通過將ESS連接到離車電源而充電。當(dāng)ESS的充電狀態(tài)在EREV中為基本耗盡時，小型內(nèi)燃發(fā)動機可以自動地啟動，以向發(fā)電機提供動力。來自發(fā)電機的功率輸出提供了保持EV模式所需的電能。車輛動力傳動系包括傳動裝置，該傳動裝置將來自牽引電動機的驅(qū)動構(gòu)件的電動機扭矩傳遞給傳動裝置的輸出構(gòu)件。在輸出構(gòu)件上運行的實際輸出扭矩最終為一組車輪提供動力，以推進車輛。在這種傳動裝置中換擋時間相對較長。此外，具有EV動力傳動系的車輛中的最大輸出扭矩或輸出扭矩能力會突然且明顯地增加，例如在可用的電池電力突然增加時。

發(fā)明內(nèi)容
本文披露一種用于對具有電動車(EV)動力傳動系的車輛中輸出扭矩能力的突然增加進行管控的方法。該方法的執(zhí)行有助于確保扭矩能力的突然增加不會被車輛的司機察覺到。該方法包括一旦增加的扭矩能力被察覺，則使傳遞到傳動裝置輸出構(gòu)件的實際輸出扭矩變化速率變慢。這會在預(yù)設(shè)的車輛狀況下，例如在通過對來自計時器的位置信號進行處理而確定的基本恒定的請求輸出扭矩過程中發(fā)生。扭矩下垂在換擋時間減少時有效地消除。增加的電池電力可以被用于以最小的輸出扭矩擾動實現(xiàn)更快速的換擋。本發(fā)明的方法可被實施為一種算法或代碼，記錄在計算機可讀/非易失性介質(zhì)上，且被車載控制器的有關(guān)硬件部件執(zhí)行。控制器檢測輸出扭矩能力的閾值突然增加。這可以實現(xiàn)自動地將當(dāng)前的輸出扭矩能力與之前一些采樣的平均值進行比較?？刂破骺稍诋?dāng)前值超過平均值校準量時設(shè)定一標志來表明輸出扭矩能力的閾值突然增加。控制器在檢測到增加時自動地限制實際輸出扭矩的變化速率，在一個實施例中以加速器踏板位置的函數(shù)來實現(xiàn)這一點。例如，如果加速器踏板位置被相當(dāng)恒定地保持了校準的時間間隔，則可以應(yīng)用較慢的速率限制。速率限制可以隨著輸出扭矩能力和實際輸出扭矩之間的差的增加而增加。 在一個實施例中，可以通過在換擋事件中自動地經(jīng)由控制器降低發(fā)動機速度目標值以減少換擋時間，且同時增加短時速率限制。具體說，提供一種方法，用于對車輛中輸出扭矩能力的突然增加進行管控，該車輛具有控制器、傳動裝置和經(jīng)由來自能量儲存系統(tǒng)(ESS)的電池所驅(qū)動的牽引電動機。該方法包括經(jīng)由控制器檢測輸出扭矩能力的閾值增加，并響應(yīng)于該閾值增加對來自傳動裝置的實際輸出扭矩的變化速率進行自動限制。實際輸出扭矩經(jīng)由牽引電動機僅使用來自ESS的電池電力提供。該方法還可包括計算閾值增加和實際輸出扭矩之間的差，并使用與該差成比例的速率來限制變化速率。檢測輸出扭矩能力的閾值增加可包括評估實際輸出扭矩的瞬時微分與校準數(shù)目的此前輸出扭矩微分值的平均值之間的差值。在一個實施例中，控制器使用踏板傳感器測量車輛加速器踏板的位置，且該方法包括將實際輸出扭矩的變化速率作為加速器踏板位置的函數(shù)進行限制。該方法還包括測量加速器踏板已經(jīng)被保持在基本恒定位置的逝去時間間隔，并在逝去時間量超過校準時間閾值時自動限制實際輸出扭矩的變化速率。一種車輛，包括用于提供電池電力的ESS，被來自ESS的電池電力驅(qū)動的牽引電動機，具有輸出構(gòu)件的傳動裝置，和控制器。該控制器被配置為檢測輸出扭矩能力的閾值增加，并響應(yīng)于該閾值增加對來自傳動裝置的實際輸出扭矩變化速率進行自動限制。在下文結(jié)合附圖進行的對實施本發(fā)明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解上述的本發(fā)明的特征和優(yōu)點以及其他的特征和優(yōu)點。


圖1是具有電動車(EV)動力傳動系以及對輸出扭矩能力的閾值突然增加進行管控的控制器的車輛示意圖。圖2是圖1所示車輛的各種扭矩測量結(jié)果的時間曲線圖；和圖3是用于對圖1所示車輛中輸出扭矩能力用的閾值突然增加進行管控的方法的流程圖。
具體實施例方式參見附圖，車輛10示意性地顯示在圖1中。車輛10包括控制器M，該控制器被配置為執(zhí)行方法100，所述方法的實施例如圖3所示且在后文詳述。車輛10是具有電動車 (EV)動力傳動系的任何車輛，例如電瓶電動車(BEV)、增程式電瓶車(EREV)、油電混合動力車(HEV)或任何其他能以EV推進模式，即僅使用電動機扭矩推進的車輛?？刂破鱉通過在輸出扭矩能力增加被察覺到時控制實際輸出扭矩的變化速率從而自動地管控車輛10上輸出扭矩能力的突然增加。高壓電牽引電動機12將電動機扭矩輸出到傳動裝置14并由此以EV推進模式為車輛10提供動力。可以包括內(nèi)燃發(fā)動機18，其可用于在HEV設(shè)計中為傳動裝置14提供動力。所示實施例中減小尺寸的發(fā)動機18可用于在圖1所示的EREV實施例中為發(fā)電機20 提供動力。例如，發(fā)動機18的曲柄軸16可以在需要高于僅由能量存儲系統(tǒng)(ESS) 22提供的水平以上的額外電動力時發(fā)生旋轉(zhuǎn)。額外的電動力在圖1中通過箭頭27示出。當(dāng)ESS22 的充電狀態(tài)超過校準閾值時，發(fā)動機18可以關(guān)閉以保存燃料。車輛10此后可以被以EV模式提供動力，這可以包括取決于傳動裝置設(shè)計的多種EV模式?？刂破鲗梢允褂脠?zhí)行當(dāng)前方法100所需的代碼或指令被編程。這種指令可以被存儲在計算機可讀、非易失性存儲介質(zhì)(non-transitory storage medium)中，且選擇性地被控制器M的相關(guān)硬件部件執(zhí)行，例如如下所述配置的一個或多個主機?？刂破鱉自動地精確確定何時以及如何管控輸出扭矩能力的增加。在一個可行實施例中，控制器M所考慮的運行狀況可以包括加速器踏板15的被測量或檢測的位置。例如，加速器踏板15的位置可以自動地被踏板傳感器26感知，此時將測量的踏板位置作為踏板位置信號(箭頭25) 發(fā)送給控制器24，以確定司機期望的輸出扭矩請求?？刂破鱉選擇性控制實際輸出扭矩的變化速率，該值在圖1中通過箭頭觀顯示。 通常這意味著變化速率減小，從而使得改變盡可能不被車輛10的司機察覺到。這種速率限制功能在檢測到輸出扭矩能力的閾值的變動時自動地被控制器M執(zhí)行。控制器M的操作由此消除了扭矩下垂(torque sag)，同時縮短了傳動裝置14的換擋時間。此外，換擋時間的減少可以改善總體的燃料經(jīng)濟性和車輛駕駛的質(zhì)量。仍參照圖1，傳動裝置14具有輸入構(gòu)件30和輸出構(gòu)件32。傳動裝置14可以配置為是電可變傳動裝置(electrically-variable transmission :EVT)或任何其他合適的能將扭矩經(jīng)由輸出構(gòu)件32傳遞到車輪組34的合適傳動裝置。輸出構(gòu)件32響應(yīng)于來自車輛 10司機的速度請求輸送實際輸出扭矩(箭頭28)，該實際輸出扭矩最終被控制器M通過合適的方式來確定，例如通過對經(jīng)由上述踏板位置傳感器26發(fā)送的踏板位置信號(箭頭25) 進行處理。牽引電動機12可以被配置為具有約60VAC到約300VAC或更多(取決于所需的設(shè)計)的多相電機。盡管出于簡單的目的，僅顯示了一個牽引電動機12，但是可以根據(jù)車輛的設(shè)計使用額外的牽引電動機。每個牽引電動機12可以經(jīng)由高壓AC總線33、牽引功率逆變器模塊(TPIM) 36和高壓DC總線31電連接到ESS22。該ESS22可以在再生制動過程中或其他再生事件過程中被選擇性地充電。輔助動力模塊(auxiliary power module :APM) 38—— 例如DC-DC功率轉(zhuǎn)換器或其他合適的裝置——可經(jīng)由DC總線31電連接到ESS 22。進而， APM38可以經(jīng)由低壓DC總線35電連接到輔助電池40，例如12伏DC電池，APM對諸如無線電、大燈、雨刷等一個或多個輔助系統(tǒng)42提供能量。控制器M可以是單個控制裝置或者分布聯(lián)網(wǎng)式(distributed and networked) 控制裝置，其能電連接到或以其他方式設(shè)置成經(jīng)由合適的控制通道與發(fā)動機18、牽引電動機12、ESS22、APM40、TPIM36以及輔助電池40電通訊。這種控制通道可以包括任何所需的傳送導(dǎo)體，其能提供適于發(fā)送和接收必要電控制信號的硬線連接或無線控制連接，以用于車輛10上合適的電力流控制和協(xié)作。控制器M可以包括這種額外的控制模塊和能力，其可能在以所需的模式執(zhí)行必須的電力流控制功能時是必須的。圖1所示的控制器M可以配置為數(shù)字計算機硬件裝置，其被連接到車輛10的各種動力傳動系部件，從而提供比例積分微分控制(PID)功能?？刂破鱉具有微處理器或中央處理單元、只讀存儲器(ROM)、隨機存取存儲器(RAM)、電可擦寫可編程只讀存儲器 (EEPROM)、高速時鐘、模擬-數(shù)字(A/D)和/或數(shù)字-模擬(D/A)轉(zhuǎn)換器電路和輸入/輸出電路和裝置(1/0)以及合適的信號調(diào)節(jié)和緩沖電路。存在于控制器M中或由此可存取的任何算法和參照表(包括執(zhí)行當(dāng)前方法100和速率限制表80 (如下參照圖3所述的)所需的算法)可以被存儲在計算機可讀、非易失性介質(zhì)上，如上所述，自動地被控制器M的硬件部件執(zhí)行，例如主機，從而提供相應(yīng)的功能。
參照圖2，時間曲線圖50包括曲線5254和56，時間由水平軸線代表。曲線52代表輸出扭矩能力突然改變的閾值的一個例子。曲線M和56代表實際輸出扭矩。在這些曲線中，曲線M代表被控制器M所管控的實際輸出扭矩。曲線M從點51處的初始值開始上升并在點55處與曲線52相交。曲線56代表沒有執(zhí)行當(dāng)前方法100的實際輸出扭矩的上升情況，曲線56快速地上升到在點53處與曲線52相交。通過如上所述地對實際輸出扭矩自動地限制速率以提供曲線M，圖1的控制器對避免了曲線56所示的類型的突然增加。 這種明顯的增加會在某些情況下被司機感受到，這會降低總體的駕駛感受和燃料經(jīng)濟性。來自ESS22的可用電池電力的增加可以減小在如圖1所示的車輛10上完成換擋事件所需的時間量。但是，應(yīng)認識到，由增加的電池電力提供的額外扭矩能力不應(yīng)在實際輸出扭矩域中被察覺到?？刂破鱉由此決定何時應(yīng)用特定的速率限制來控制實際輸出扭矩的變化速率，例如在換擋事件中或是在相對穩(wěn)定的輸出扭矩請求的時間段內(nèi)。這是由控制器M提供的扭矩管控的第一階段。扭矩管控的第二階段還認可，如果發(fā)動機速度目標降低且ESS22的電池電力限制在配備有所述ESS的車輛(例如油電混合動力車)中暫時增加，則在電池電力相對低的過程中可以存在減少的換擋時間?？梢允褂靡唤M校準表(例如速率限制表80，如圖1所示， 或其他合適的查找表或多個這種表)來修正換擋事件中的發(fā)動機速度目標，此時表80由電池電力索引。即，電池電力越低，則發(fā)動機速度目標越低，所述關(guān)系造成了更快的換擋時間。 以這種方式，控制器M不僅如上所述地管控換擋時間，而且能不管增加的原因如何來管控輸出扭矩能力的突然增加。在這些配置為不具有發(fā)動機的動力傳動系中，在換擋過程中僅暫時地增加電池電力限制就足以減少換擋時間，此時并不允許輸出扭矩增加。參見圖3，結(jié)合圖1所示的車輛10的結(jié)構(gòu)，方法100開始于步驟102.在步驟102， 控制器M對司機經(jīng)由加速器踏板15和踏板位置信號(箭頭2 輸入的輸出扭矩請求進行濾波。最大扭矩局限是在給定電池電力限制、離合器扭矩限制和電動機限制情況下可以通過動力傳動系輸送的最大輸出扭矩量。該值首先被計算，并隨后被濾波。例如，步驟102可以通過將這些值傳送通過低通和/或高通濾波器，以消除最初的外界噪音?？刂破鱉隨后可以通過一階微分操作來處理經(jīng)濾波的結(jié)果。如本領(lǐng)域可以理解的，任何三項PID控制器(即控制器的微分控制項都基于用比例(P)和積分(I)項確定的誤差變化速率確定將使用的合適的修正動作。控制器M隨后再次對輸出濾波，以通過微分操作去除噪音。經(jīng)濾波的輸出扭矩微分值可被記錄在環(huán)形陣列或緩沖器中，其具有校準數(shù)目的數(shù)據(jù)位置。這允許校準數(shù)目的先前的輸出扭矩微分值被保存起來，以如下所述地使用。在步驟104，控制器M通過處理一組預(yù)定車輛運行值來判斷閾值突然增加是否存在于輸出扭矩能力中。例如，輸出扭矩能力的突然增加可以通過評估瞬時輸出扭矩微分和校準數(shù)目的先前的輸出扭矩微分值的平均值之間的差來確定。當(dāng)所述差超過閾值校準(例如在一個可行實施例中，四個或更多先前值的閾值校準)時，判斷出存在突然的增加。步驟104可以進一步包括對加速器踏板15相對于特定位置所保持的持續(xù)時間計時。這可有助于確保任何導(dǎo)致大微分值的瞬時響應(yīng)不影響方法100的速率限制邏輯，并由此不會無意地在不需要時應(yīng)用速率限制。當(dāng)控制器對判斷出存在扭矩能力中的閾值突然增加時，方法100前進到步驟108，并可替換地在突然增加不存在時前進到步驟106。在步驟108，控制器對可以設(shè)置Boolean 標志或值為TRUE。TRUE標志或等價的值能標示實際輸出扭矩的速率限制被應(yīng)用，方法100 前進到步驟110。相反，在步驟106設(shè)置FALSE標志標示應(yīng)用速率限制未被使用，只要標志為FALSE，方法100即重復(fù)步驟102。在步驟110，應(yīng)用速率限制并保持該應(yīng)用，直到上述Boolean標志變?yōu)镕ALSE。艮口， 一旦標志變?yōu)門RUE，則其保持TRUE直到輸出扭矩能力又處于實際輸出扭矩的校準范圍內(nèi)， 例如圖2中的點55。簡單的有限狀態(tài)機或其他合適器件可用于實現(xiàn)該結(jié)果?？刂破鲗梢詫嶋H輸出扭矩的增加進行速率限制，限制量和從司機增加了輸出扭矩請求(如經(jīng)由加速器踏板15標示的一樣)開始經(jīng)過的時間成反比例。如圖1所示、且如上所述地應(yīng)用的速率限制參照表80由此是兩種不同輸入的函數(shù)速率限制輸出扭矩和實際輸出扭矩之間的差，以及加速器踏板15保持在基本恒定位置的時間長度。計入速率限制輸出扭矩和實際輸出扭矩請求之間的差允許在該差大于閾值差時將速率限制設(shè)定在相對較快的速率。同樣，速率限制可以在該差小于閾值差時設(shè)定在相對較慢的速率。通過考慮圖1的加速器踏板15已經(jīng)保持在基本恒定位置的時間長度作為因素能確保當(dāng)圖1所示的車輛10的司機已經(jīng)在足夠長的時間長度內(nèi)保持了相當(dāng)恒定的踏板位置時，控制器M能確保輸出扭矩速率限制即使在輸出扭矩約束改變時也不會改變。這會確保車輛10的駕駛質(zhì)量不會變差。為了確定加速器踏板15已經(jīng)被保持在恒定位置的時間，可以將之前的一組踏板位置的平均值與即時的踏板位置比較，例如在一個可行實施例中之前的二十個或更多位置。如果這兩個值相差小于校準量，則加速器踏板15的位置可以被認為是基本恒定，且上述計時器可以開始計時。在加速器踏板15的踏板位置不再恒定時，計時器可以被控制器M重置。在一個實施例中，額外的校準可以包括計入踏板位置的變化程度。例如，考慮閾值校準被設(shè)定為最大扭矩能力10%的情況，即踏板位置變化大于10%的水平將會使得計時器重置并使得速率限制變得相對較快。在沒有任何額外邏輯的情況下，當(dāng)增加了額外的 9%扭矩請求之前司機已經(jīng)將加速器踏板15保持在相當(dāng)恒定的位置時，速率限制將仍然為慢的且不會改變。當(dāng)司機減少了同樣的9%扭矩請求并隨后增加到11%時，從司機的角度來看，相對于已經(jīng)在之前的操作相比沒有顯著更多地將計時器踏板15移位。但是，計時器重置并使得速率限制顯著地加速。根據(jù)計時器踏板15的位置改變，計時器校準由此減少被發(fā)送到控制器M的速率限制表80的時間。如果司機使用該位置校準執(zhí)行相同的操縱，則增加到9%的扭矩能力將不會迫使計時器重置，而是校準時間表將會從發(fā)送到速率限制表的值中減去時間，由此略微加速速率限制。當(dāng)同一司機減少并隨后增加到11%的水平時，速率限制的增加與之前的操作成比例。最后，到速率限制表的時間輸入通過校準而飽和，以確保時間不會連續(xù)增加到超過該表的點。盡管已經(jīng)對執(zhí)行本發(fā)明的較佳模式進行了詳盡的描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可得知在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)的用來實施本發(fā)明的許多替換設(shè)計和實施例。本申請要求于2010年9月7日提交的美國臨時專利申請No. 61/380，354的優(yōu)先權(quán)，該申請通過應(yīng)用將其全部合并與此。
權(quán)利要求
1.一種用于管控車輛中輸出扭矩能力的閾值增加的方法，該方法包括 使用控制器檢測輸出扭矩能力中的閾值增加；和響應(yīng)于該閾值增加，經(jīng)由控制器自動限制來自所述車輛的傳動裝置的實際輸出扭矩的變化速率；其中，僅經(jīng)由牽引電動機使用來自能量儲存系統(tǒng)的電池電力提供所述實際輸出扭矩。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括計算所述閾值增加和所述實際輸出扭矩之間的差；和使用與該差成比例的速率來限制所述變化速率。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，檢測所述閾值增加包括評估所述實際輸出扭矩的當(dāng)前值與校準數(shù)目的所述實際輸出扭矩的先前值的平均值之間的差。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其還包括使用踏板傳感器來測量所述車輛的加速器踏板的位置；和將所述變化速率作為加速器踏板位置的函數(shù)來限制。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其還包括測量加速器踏板已經(jīng)被保持在基本恒定位置上的經(jīng)過時間的間隔；和僅在所述經(jīng)過時間超過校準時間閾值時自動限制所述變化速率。
6.一種車輛，其包括 電儲存系統(tǒng)(ESS)；牽弓I電動機，其用來自所述ESS的電池電力供電；具有輸出構(gòu)件的傳動裝置，其中，所述輸出構(gòu)件經(jīng)由所述牽引電動機而被驅(qū)動；和控制器，其被配置為用于檢測所述傳動裝置的輸出扭矩能力的閾值增加；和響應(yīng)于該閾值增加自動地限制所述傳動裝置的實際輸出扭矩的變化速率。
7.如權(quán)利要求6所述的車輛，其中，所述控制器還被配置為用于 計算該閾值增加和所述實際輸出扭矩之間的差；和使用與該差成比例的速率來限制所述變化速率。
8.如權(quán)利要求6所述的車輛，其中，所述控制器被配置為用于檢測閾值增加，包括評估所述實際輸出扭矩的當(dāng)前值與校準數(shù)目的所述實際輸出扭矩的先前值的平均值之間的差。
9.如權(quán)利要求6所述的車輛，其還包括加速器踏板和踏板傳感器，其中，所述控制器還被配置為使用所述踏板傳感器來測量所述加速器踏板的位置；和將所述實際輸出扭矩的變化速率作為所述加速器踏板位置的函數(shù)來限制。
10.如權(quán)利要求9所述的車輛，其中，所述控制器還被配置為測量所述加速器踏板已經(jīng)被保持在基本恒定位置上的經(jīng)過時間的間隔；和僅在所述經(jīng)過時間超過校準時間閾值時自動限制所述變化速率。
全文摘要
本文公開一種用于管控車輛中輸出扭矩的閾值增加的方法，包括使用控制器檢測輸出扭矩能力的閾值增加，且經(jīng)由控制器響應(yīng)于閾值增加自動限制來自車輛傳動裝置的實際輸出扭矩的變化速率。實際輸出扭矩經(jīng)僅使用來自能量儲存系統(tǒng)的電池電力并經(jīng)由牽引電機提供。該方法可計算閾值增加和實際輸出扭矩之間的差，并使用與該差成比例的速率來限制變化速率。車輛包括ESS、傳動裝置和控制器。使用來自ESS的電能為傳動裝置的輸出構(gòu)件供電?？刂破魅缟纤龅毓芸剌敵雠ぞ啬芰Φ脑黾?。
文檔編號B60W10/06GK102398589SQ20111026334
公開日2012年4月4日 申請日期2011年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者A.K.魯斯托尼, G.塔瑪伊, M.阿內(nèi)特, S.W.麥克格羅甘 申請人:通用汽車環(huán)球科技運作有限責(zé)任公司