用于控制车辆中的再生制动的系统和方法
【专利摘要】公开了一种用于控制车辆中的再生制动的系统和方法，其中，所述车辆具有电动马达和变矩器离合器，所述方法可包括至少部分基于马达的转速和变矩器离合器的打滑执行再生制动扭矩请求的步骤。可向马达发送至少部分基于马达的减速度的马达扭矩命令并使用该马达扭矩命令来控制马达。
【专利说明】
用于控制车辆中的再生制动的系统和方法
技术领域
[0001] 本公开涉及一种用于控制车辆中的再生制动的系统和方法。
【背景技术】
[0002] 电动车辆、混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)以及甚至是 使用电机(诸如电动马达）的其它车辆可被构造为使用电机来提供再生制动以至少辅助停 止车辆。与仅仅使用摩擦制动系统相比，再生制动可提供多个优点。例如，使用再生制动(凭 借电动马达向车轮提供负扭矩)减小摩擦制动系统的摩擦元件的磨损。此外，在再生制动期 间，马达可用作发电机，以产生可被直接使用或储存在存储装置(诸如电池）中的电力。
[0003] 由于与再生制动关联的优点，一些再生制动控制系统可试图应用最大再生制动扭 矩，使得总的车辆效率最大化。然而，可能期望的是，如果马达的转速能够降低至最小期望 阈值以下就避免这个策略。这可能对具有变矩器离合器的动力传动系来说特别重要，其中， 当变矩器离合器断开或打滑时能够有助于马达转速降低至期望阈值以下。
【发明内容】
[0004] 本发明的至少一些实施例包括一种用于控制车辆中的再生制动的方法，所述车辆 具有电动马达和变矩器离合器。所述方法包括:至少部分基于马达的转速和变矩器离合器 的打滑来执行再生制动扭矩请求;至少部分基于马达的减速度向马达发送马达扭矩命令。
[0005] 当马达的转速为第一预定转速或高于第一预定转速，或者变矩器离合器的打滑为 预定打滑或低于预定打滑时，将再生制动扭矩请求设置为等于再生制动扭矩限制。
[0006] 当马达的转速低于第一预定转速且变矩器离合器的打滑大于预定打滑时，将再生 制动扭矩请求减小至0。
[0007] 当再生制动扭矩请求减小至0时的再生制动扭矩请求的变化率是基于变矩器离合 器中的打滑的量的。
[0008] 第一预定转速是基于最小马达转速和上阈值的。
[0009] 再生制动扭矩请求被控制为使得当马达的转速达到第二预定转速时再生制动扭 矩请求达到0。
[0010]第二预定转速是基于最小马达转速和下阈值的。
[0011] 当马达的减速度高于预定减速度时，马达扭矩命令被设置为等于再生制动扭矩请 求。
[0012] 当马达的减速度为预定减速度或低于预定减速度时，马达扭矩命令还是至少部分 基于最大马达扭矩变化率的。
[0013] 当马达的减速度为预定减速度或低于预定减速度时，马达扭矩命令还是至少部分 基于马达的转速和最小马达转速的。
[0014] 本发明的至少一些实施例包括一种用于控制车辆中的再生制动的方法，所述车辆 具有电动马达和变矩器离合器。所述方法包括：当马达的转速低于第一预定转速且变矩器 离合器的打滑大于预定打滑时，将再生制动减小至0。所述方法还包括至少部分基于马达的 减速度控制马达的扭矩。
[0015] 本发明的至少一些实施例包括一种用于控制车辆中的再生制动的系统，所述车辆 具有电动马达和变矩器离合器。所述系统包括控制系统，所述控制系统包括至少一个控制 器，所述控制器被配置为:至少部分基于马达的转速和变矩器离合器的打滑控制再生制动。 所述控制器还被配置为至少部分基于马达的减速度控制马达的扭矩。
[0016] 控制器被配置为：当马达的转速为第一预定转速或高于第一预定转速，或者变矩 器离合器的打滑为预定打滑或低于预定打滑时，通过将再生制动扭矩请求设置为等于再生 制动扭矩限制来控制再生制动。
[0017] 控制器还被配置为：当马达的转速低于第一预定转速且变矩器离合器的打滑大于 预定打滑时，将再生制动扭矩请求减小至〇。
[0018] 控制器还被配置为：当马达的减速度高于预定减速度时，通过向马达发送等于再 生制动扭矩请求的马达扭矩命令来控制马达的扭矩。
[0019] 控制器还被配置为：当马达的减速度为预定减速度或低于预定减速度时，通过使 马达扭矩命令至少部分基于最大马达扭矩变化率来控制马达的扭矩。
[0020] 控制器还被配置为：当马达的减速度为预定减速度或低于预定减速度时，通过使 马达扭矩命令至少部分基于马达的转速和最小马达转速来控制马达的扭矩。
【附图说明】
[0021] 图1是混合动力电动车辆的一部分的示意性表示，其中，混合动力电动车辆具有能 够执行根据本发明的实施例的方法的控制系统；
[0022] 图2是根据本发明的实施例的控制系统结构的示意性表示；
[0023] 图3是示出根据本发明的实施例的控制系统和方法的流程图；
[0024] 图4是示出根据本发明的实施例的再生制动控制的一种形式的图表。
【具体实施方式】
[0025] 根据需要，在此公开了本发明的详细实施例；然而，应理解，公开的实施例仅为本 发明的示例，其可以多种和替代形式实施。附图无需按比例绘制;可以放大或最小化一些特 征以示出特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能细节不应解释为限制，而仅为 教导本领域技术人员以多种形式应用本发明的代表性基础。
[0026] 图1示出了车辆10的一部分，如下面更详细地说明的，车辆10包括能够执行根据本 发明的实施例的方法的控制系统。车辆10包括发动机12和电机14,电机14能够运转为马达 以输出扭矩，还能运转为发电机以接收扭矩并输出电能。设置在发动机12和马达14之间的 是分离离合器16和两个液压栗:主传动栗18和辅助栗20。栗18是连接到马达14并由马达14 驱动的机械栗，而栗20由低电压电池22或高电压电池24(通过DC/DC转换器26输出低电压 电）中的一者或两者驱动。栗18、20提供液压输出以使分离离合器16以及变矩器旁通离合器 28运转，变矩器旁通离合器28与变矩器30-起工作。传动装置齿轮箱32从变矩器30接收输 出，并向主减速器传动装置(final drive gearing)34提供输出，主减速器传动装置34向车 辆驱动轮36、38提供扭矩或从车辆驱动轮36、38接收扭矩。
[0027]图2示出了根据本发明的实施例的控制系统40的示意性表示。如图2所示，控制系 统40包括至少三个不同类型的控制器:一个用于传动装置控制42、一个用于车辆控制44以 及一个用于马达控制46。虽然它们被示出为单独的控制器，但应理解，诸如控制系统40的控 制系统可包括属于单个硬件中的一个或更多个控制器，或者它们可包括单独的硬件控制 器，这些硬件控制器中的一个或更多个可(例如)通过控制器局域网连接。因此，根据本发明 的实施例的控制系统可包括车辆系统控制器(VSC)、动力传动系控制模块(PCM)、一个或更 多个制动控制模块、电池控制模块或马达控制器、其它硬件或软件控制器或前述各部件的 一些组合。
[0028]将控制系统40与图1中示出的车辆10的元件联系起来，传动装置控制42接收在变 矩器30的输入48处的栗轮的转速作为输入。传动装置控制42估计变矩器离合器(TCC)28的 容量。如从图1中容易得出的，到变矩器30的输入48不仅代表变矩器栗轮的转速，还代表马 达14的转速。TCC 28的容量是离合器28能传递多大扭矩的测量值。它是可变的，并取决于离 合器是锁止、打滑、断开还是处于各个状态之间的过渡。虽然传动装置控制42基于TCC 28的 容量计算并输出再生制动扭矩限制（"regen torque limit"），但还可考虑栗轮转速，并且 如果马达14的转速降低至最小马达转速以下，则再生制动扭矩限制可被设置为0。最小马达 转速表示在再生制动事件期间可能不期望马达在该转速以下运转的转速。在至少一些实施 例中，虽然最小马达转速可被设置为300转每分(RPM)，但是根据需要最小马达转速可高于 或低于300RPM。
[0029] 除了再生制动扭矩限制，涡轮转速也从传动装置控制42输出；涡轮转速是变矩器 30的输出50,并表示到齿轮箱32的输入。转向图3,流程图52示出了根据本发明的实施例的 可通过控制系统和控制器(诸如图2中示出的控制系统40)执行的方法。流程图52具有三个 不同的区域:传动装置控制42、车辆控制44和马达控制46。如已经描述的，传动装置控制42 向车辆控制44输出再生制动扭矩限制。
[0030] 在判定块54处，将马达14的转速与第一预定转速进行比较，在本实施例中第一预 定转速是最小马达转速（诸如上述的最小马达转速）加上某一上阈值。在至少一些实施例 中，上阈值可以是100-200RPM。在最小马达转速为300RPM的情况下，第一预定转速可以在 400-500RPM的范围内。仍在判定块54处，分析TCC 28的状态以确定TCC 28当前是否打滑。如 果马达转速不小于最小马达转速加上上阈值（即，第一预定转速），或者TCC打滑在预定打滑 以下，则该方法进行到步骤56。
[0031]可（例如）通过计算输入48处的栗轮的转速与输出50处的涡轮的转速之差来确定 TCC 28中的打滑的量，见图1。因此，当TCC 28中的打滑的量增大时，输入的转速和输出的转 速之差也增大。由于离合器(诸如TCC 28)中的打滑可取决于多个因素(诸如变速器油温、当 前变速器挡位、栗轮转速以及输入扭矩，仅以这些因素为例），因此预定打滑可限定为查找 表中的一组值，从而可基于一个或更多个前述的参数来选择恰当的预定打滑值。在一些实 施例中，并在多组条件下，预定打滑值可以在50-100RPM的范围内。
[0032]在步骤56处，再生制动扭矩请求被设置为等于之前通过传动装置控制42设置的再 生制动扭矩限制（"trans regen limit"）。因此，本发明的至少一些实施例包括至少部分基 于马达(诸如马达14)的转速和TCC(诸如TCC 28)的打滑来执行再生制动扭矩请求的步骤。 如果在判定块54处确定马达14的转速低于最小马达转速加上上阈值，并且TCC 28中的打滑 大于预定打滑，则该方法进行到步骤58。
[0033]在步骤58处，至少部分基于TCC打滑和马达转速来将再生制动扭矩请求减小至0。 如上关于判定块54所描述的，在不分析马达转速和TCC打滑的情况下该方法甚至不会到达 步骤58;然而，一旦该方法到达步骤58,再生制动扭矩请求减小至0(即，"渐无(ramp out)"） 的方式进一步取决于马达转速和打滑。结合图4更详细地示出和描述了这一点。考虑再生制 动扭矩请求正在渐无的另一种方式是当马达转速和TCC打滑满足判定块54中阐述的标准时 车辆控制44控制再生制动使得再生制动减小至0。
[0034] 流程图52中示出的方法可通过车辆内的控制系统以某一预定频率(例如，每10毫 秒)或者以一些其它预定频率执行。因此，首次执行该方法，再生制动扭矩请求的初始值可 为了实现步骤58而选择。例如，为了根据步骤58将再生制动减小至0的目的，再生制动扭矩 限制或一些其它值可用作初始的再生制动扭矩请求。
[0035] 无论再生制动扭矩请求被设置为等于再生制动扭矩限制（如步骤56所示)还是再 生制动扭矩请求正在渐无(根据步骤58)，车辆控制44都向马达控制46输出再生制动扭矩请 求。马达控制46通过检查马达14的减速度屯而开始，具体地，在判定块60处确定马达减速 度是否小于或等于阈值或者预定减速度(可以是最小可允许马达减速度(<_))。在至少 一些实施例中，预定减速度的值可以是3500RPM每秒。如下面更详细地解释的，在判定块60 处的确定将有助于限定马达扭矩命令，该马达扭矩命令将被发送至马达14作为示出的实施 例的再生制动控制的部分。
[0036] 如果在判定块60处确定马达14的减速度大于阈值（即，大于预定减速度），则该方 法进行到步骤62。在步骤62处，马达扭矩命令被设置为等于从车辆控制44接收的再生制动 扭矩请求。然而，如果在判定块60处确定马达的减速度小于或等于阈值，则该方法进行到步 骤64,在步骤64处，根据等式（1)计算马达扭矩命令(h)，见下文。
[0038] 其中：wm是马达转速，《"in最小马达转速，dt.是马达减速度：
是马达扭矩 的最大可能变化率。最大马达扭矩变化率
是取决于硬件的值;也就是说，它可通 过马达制造商来指定，并可具有用于不同马达的不同值。对于一些马达，该值可以是5000牛 米每秒(Nm/s)或接近5000Nm/s。
[0039]如从等式（1)容易看出的，等式的上部分在图3的流程图52的步骤62处得到满足。 具体地，在马达减速度（ < )大于最小马达减速度（)的步骤，马达扭矩命令(^)被设 置为等于再生制动扭矩请求，这在步骤62中被标记为"regen torque request"，并在等式 (1)中被标记为"TqregenReq"。等式(1)的下部分在流程图52的步骤64处得到满足，当马达减速 度)小于或等于最小马达减速度(imrain)时使用等式（1)的下部分。等式（1)的这部分 使用最大函数来确定马达扭矩命令。
[0040] 当马达减速度（4")是较高的且马达转速（《m)非常接近最小马达转速（commin) 时，等式（1)的下部分的第一项（即
）将可能是较大的项。然而，由于 这一项一直是负的，因此，当再生制动扭矩请求(TqregenReq)等于0时TqregenR eq可能是较大项。 然后，通常，根据至少一些实施例的马达扭矩命令可能至少部分基于下述参数中的一个或 更多个:马达减速度、马达转速、最小马达转速、马达转速差(例如，马达转速与最小马达转 速之差）、最大马达扭矩变化率或再生制动扭矩请求。
[0041] 不管应用于等式（1)的仲裁的结果如何，输出都是马达扭矩命令，这将被发送至马 达14作为控制马达14的扭矩的步骤的部分。这在图2中也示出了，当流程图52中示出的步骤 重复时，马达扭矩命令从马达控制46输出至马达14,然后反馈给马达控制46。来自马达14的 输出是马达转速或栗轮转速，这将被反馈到传动装置控制42和车辆控制44两者。
[0042] 如上所述，车辆控制44包括渐无再生制动扭矩请求的步骤，如步骤58所示。图4中 示出的图表66示出了在至少一些实施例中这种渐无可能如何出现的示例。在图表66的左 侦U，马达转速在第一预定转速以上，如上所述的第一预定转速在本实施例中是最小马达转 速加上上阈值。当马达14正在该转速以上运转时，该方法在步骤56处，再生制动扭矩请求被 设置为等于再生制动扭矩限制。这也在图表66中示出了，虽然再生制动扭矩请求线示出为 正好在再生制动扭矩线以上，但这是为清楚而做出的;在实际中，两条线将重合。
[0043] 一旦马达转速达到最小马达转速加上上阈值的水平，再生制动扭矩请求将开始根 据步骤58减小至0。如图表66所示，再生制动扭矩请求可以以多个不同速率中的任意速率渐 无。例如，渐无可线性地出现，如由线段68所示。可选地，再生制动减小至0的速率可基于TCC 28中的打滑的量。具体地，在仅存在小的打滑的情况下，初始的渐无可非常缓慢地出现，斜 率在接近再生制动达到〇的点处增大;这由图4中的曲线70示出。相反地，在TCC 28中的打滑 较大的情况下，渐无在最初可能非常快速地出现，仅在接近渐无的结束时才变小;这由图4 中的曲线72示出。
[0044] 随着马达转速持续下降，再生制动扭矩请求减小至0,如上所述。在至少一些实施 例中，再生制动可被控制为使得它在特定的马达转速下达到0。在图4中示出的实施例中，再 生制动扭矩请求被控制为使得当马达14的转速达到第二预定转速时它等于0。如在图表66 中所示，第二预定转速等于最小马达转速加上下阈值。如上所述，在一些实施例中最小马达 转速可接近300RPM;类似地，在一些实施例中下阈值可以在0-50RPM的范围内。因此，在图4 中示出的实施例中，第二预定转速可在300-350RPM的范围内。如上所述，执行上述方法的控 制系统可以以某一预定频率在整个制动事件中持续地这样做，从而允许用于车辆的再生制 动的适应性控制。
[0045] 尽管上文描述了示例实施例，但并非意味着这些实施例描述了本发明的所有可能 形式。相反，说明书中使用的词语为描述性词语而非限制性词语，并且应理解在不脱离本发 明的精神和范围的情况下，可以作出各种改变。此外，可以组合各种执行实施例的特征以形 成本发明进一步的实施例。
【主权项】
1. 一种用于控制车辆中的再生制动的方法，所述车辆具有电动马达和变矩器离合器， 所述方法包括： 当电动马达的转速低于第一预定转速且变矩器离合器的打滑大于预定打滑时，将再生 制动减小至0; 至少部分基于电动马达的减速度控制电动马达的扭矩。2. 根据权利要求1所述的方法，其中，将再生制动减小至0的速率是基于变矩器离合器 中的打滑的量的。3. 根据权利要求2所述的方法，其中，第一预定转速是基于最小马达转速和上阈值的。4. 根据权利要求3所述的方法，其中，将再生制动减小至0使得在电动马达的转速达到 第二预定转速时再生制动达到0。5. 根据权利要求4所述的方法，其中，第二预定转速是基于最小马达转速和下阈值的。6. 根据权利要求1所述的方法，还包括当电动马达的转速为第一预定转速或高于第一 预定转速，或者变矩器离合器的打滑为预定打滑或低于预定打滑时，将再生制动扭矩请求 设置为等于再生制动扭矩限制。7. 根据权利要求1所述的方法，其中，控制电动马达的扭矩包括当电动马达的减速度高 于预定减速度时向电动马达发送等于再生制动扭矩请求的马达扭矩命令。8. 根据权利要求7所述的方法，其中，当电动马达的减速度为预定减速度或低于预定减 速度时，马达扭矩命令是至少部分基于最大马达扭矩变化率的。9. 根据权利要求8所述的方法，其中，当电动马达的减速度为预定减速度或低于预定减 速度时，马达扭矩命令还是至少部分基于电动马达的转速和最小马达转速的。
【文档编号】B60L7/10GK106004459SQ201610165634
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月22日
【发明人】梁伟, 赵亚男, 王小勇
【申请人】福特全球技术公司