专利名称：用于控制对具有至少一个电动机的车辆的车轮施加的扭矩的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于控制对电动车辆或具有混合内燃机/电力的车辆的再生制动的方法。
背景技术：
在例如混合动力车辆的情况下，实践中已知对第一轮轴系统施加内燃机的推动或驱动力并对车辆的第二轮轴系统施加电动机的推动力。在全电动车辆的情况下，可以通过例如被连接到车辆的一个轮轴系统的单个电动机或通过例如车辆的每个轮轴系统一个电动机的若干个电动机或与每个车轮相关联的电动机，来对车辆的运动进行设定。致力于推进与所有相关联的变速器部件(离合器、变速箱)的所有发动机和/或电动机(在前轮轴系统上和后轮轴系统上)被称为PT(即，动力传动系)。在现有技术中，实践中还已知当存在用作电动机的用于驱动车辆的电机器时，对于将以再生制动模式操作的该电动机，即，从电气观点，接下来将如同发电机一样工作的该机器将对其转子施加的机械能转换成电流， 该电流于是可在电极控制器中被调节为用于对电池充电的电流。在该操作模式下，通过电气转换产生的机械能的消耗向车辆的车轮施加制动扭矩。这意味着第一，可以使用用作发电机的电气驱动机器来使车辆至少部分地被制动；第二，通过制动作用恢复的动能可以以电气形式存储在蓄电池元或电池的库中，该能量随后可被再利用来推进车辆或者用于辅助功能。可以在实际制动相期间，即，当驾驶者压下制动踏板时，使用再生制动。该再生制动已被发展为优先在无制动减速相期间工作，即，当驾驶者“使其脚抬离”油门踏板而不操作制动踏板时工作。由此可以在油门踏板的行程中将“中性点(neutral point) ”定义为这样的点，在该点处，通过PT传送到车轮的扭矩为零。超出该中性点时，PT向从动车轮提供驱动扭矩。不到该中性点时，PT向从动车轮提供阻力扭矩。在全电动车辆的情况下，该阻力扭矩会被完全(给出或获得效率损失)转换成电能。在混合车辆的情况下，该阻力扭矩可被分成由发动机制动产生的(由机械部分(特别是内燃机的汽缸中的活塞)的摩擦而引起的)扭矩和通过电动机而被转换成电力的再生制动扭矩。要使用的再生制动的量依赖于可得的动能，因此依赖于车辆的速度、依赖于车辆可用通过直接消耗或通过在电池中存储而吸收的转换后电能。为了将这些变化考虑进去， 专利申请US 2006/137925提议使用计算机来修改与油门踏板(在本文的剩余部分中将简称为“踏板”)的各种位置相关的推动或阻力扭矩，其中根据电气或液压再生装置的操作而进行该修改。所提议的解决方案由于采取被插入在踏板与PT之间的专用计算机的安装且从该计算机向踏板、再生系统和PT布线而使其实施昂贵。该文献没有规定在对踏板行为方式的修改中如何将驾驶性能考虑进去。此外，车辆的电池不能被再充电超出其最大充电水平。因此，再生制动水平在电池逐渐接近其满充电水平时受到限制，并且在电池电荷降低时必须再次增加该再生制动。该文献也没有提议如何根据电池电荷水平而管理这些变化。
发明内容
本发明的一个目的是一种使用油门踏板(或用于传送渐变设定点的其他等效装置)来控制车轮处的扭矩的系统，其允许驾驶者量度对车辆的车轮施加的阻力扭矩或驱动扭矩的级别并同时作为车辆电池充电的函数改变可得的阻力减速扭矩。该系统需要通过对踏板的直觉使用并通过确保车辆以一致的方式持续地运转而特别地保持驾驶性能。本发明的一个目的是一种用于控制在装配有至少一个电动机的车辆的车轮处的扭矩的方法，所述至少一个电动机被连接到电池并被连接到至少一个从动车轮，所述电动机能够操作为发电机而在使车辆减速的同时对电池再充电。对车辆油门踏板的运动施加第一制动调节行程和第二加速调节行程，所述制动调节行程是电池充电的连续递减函数。所述制动调节行程由此可以作为电池充电的函数而在最大值与最小值之间变化，该最大值例如在总踏板行程的0. 2倍与0. 4倍之间，该最小值例如可以是零行程。当没有对踏板作用时，在车轮处施加的扭矩为最小扭矩函数，该最小扭矩函数是车辆速度和电池充电的连续函数。该函数在低于极限速度的速度范围内指示驱动扭矩或为零的扭矩，并且该函数在高于所述极限速度的速度范围内指示阻力扭矩，该阻力扭矩的绝对值关于电池充电而减小且在至少一个点处不为零。有利地，当踏板处于其最大行程位置时，在车轮处施加的扭矩为最大扭矩函数，该最大扭矩函数指示仅仅作为车辆速度的函数连续变化的驱动扭矩。优选地，所述最大扭矩函数为其绝对值关于车辆速度减小的函数。在高于所述极限速度的速度范围内，踏板的中性点可以是随电池充电而减小的第一连续不饱和函数与随速度增加的第二连续函数的乘积，所述中性点(X)的意义为，对于所述踏板(18)的运动，驱动扭矩和阻力扭矩均未被施加到所述车轮。在一个优选实施例中，所述最小扭矩函数是通过对作为车辆速度的函数而绘制 (mapped)的参考函数施加等于阈值再充电扭矩的阻力或零扭矩的阈值而从该参考函数获得，该阈值再充电扭矩的绝对值是电池充电的连续递减小函数。所述不饱和函数可以被选择为等于所述阈值再充电扭矩除以所述参考函数的最高阻力扭矩值而得到的商。有利地，对于属于高于所述极限速度的速度范围的给定车辆速度，在所述中性点的每一侧在所述踏板的两个运动范围的每一个中，对车轮施加的扭矩的值作为所述踏板离开其中性点的距离的线性函数而变化。有利地，对于低于所述极限速度的给定车辆速度，对车轮施加的扭矩的值在踏板的整个行程内线性变化。在另一方面中，本发明的主题是一种用于控制在装配有至少一个电动机的车辆的车轮处的扭矩的系统，所述至少一个电动机被连接到电池并被连接到至少一个从动车轮。 所述电动机能够操作为发电机以在使车辆减速的同时对电池再充电。该系统包括被连接到电子控制单元的油门踏板。所述电子控制单元被配置为根据所述踏板的位置而通过包括所述电动机的动力传动系对所述从动车轮施加驱动扭矩或阻力扭矩。所述电子控制单元对所述油门踏板的运动施加第一制动调节行程和第二加速调节行程，所述第二加速调节行程的幅度是电池充电的连续递增函数。
5
根据实施例的备选形式，所述动力传动系仅仅包括电动机。根据实施例的另一备选形式，所述动力传动系包括至少一个内燃机和至少一个电动机。
通过阅读以完全非限制性实例的方式给出且由附图示例的一个实施例的详细描述，将更好地理解本发明，在附图中图1为配备有根据本发明的控制系统的混合动力车辆的示意图；图2为图1的控制系统所使用的绘制曲线的实例；图3为从图1的控制系统所使用的绘图推断的曲线的实例；图4为图1的控制系统所使用的最小扭矩设定点函数的三维图示；图5示例出解释图2和3的一种方式；图6为图1的控制系统所使用的绘制曲线的实例；以及图7是总结了根据本发明的控制方法的图。
具体实施例方式如图1所示，混合动力车辆1配备有承载两个从动车轮3的前轴2，并配备有承载两个从动车轮5的后轴4。可以通过特别地包括离合器和变速箱的变速器系统6而由内燃机7驱动前轮3的旋转。电动机8被设置在这样的位置，以使其可以通过减速箱(未示出)而随后轮5旋转。电动机8被连接到电池9，电动机8从电池9引出电能以向车轮5施加驱动扭矩，或者电动机8可以向电池9发送当该电动机正向车轮5施加阻力扭矩(也称为“再生制动扭矩) 时产生的电流。电池9被连接到本地计算机10，该本地计算机10能够计算指示出电池9中的充电水平的值SOC (充电状态)。电子控制单元11通过连接线12和13而分别控制由内燃机7和电动机8向车辆的前轮轴系统和后轮轴系统施加的扭矩。常规方式的电子控制单元包括微处理器或中央处理单元、随机存取存储器、只读存储器、模-数转换器以及各种输入和输出接口。电子控制单元11还通过连接线14而连接到充电状态计算机10且通过连接线15 而连接到转速计数器16，该转速计数器16位于车轮轴系统中的一个处并允许其评估车辆的行驶速度V。电子控制单元11还通过连接线17的组而连接到特别地包括油门踏板18的人机接口 19。电子控制单元11在内部或外部存储器中包括绘图20、21、22和23，其中绘制出车辆速度V和电池的充电或SOC的函数。电子控制单元11通过连接线17而接收指示油门踏板18的位置的值α。该值α例如可以为踏板的相对角度位置，将原点“0”的位置取为踏板自由的位置，即，驾驶者不将其脚放在踏板上的位置，且将值“ 1，，分配给踏板被完全压下的位置。电子控制单元通过连接线14接收指示电池9的充电状态的SOC值。使用电池的充电状态SOC的值、踏板18的角度位置的值α以及使用转速计数器16测量的车辆速度V 的值，并且使用绘图20、21、22和23，电子控制单元11使用稍后将描述的方法确定将通过内燃机7和电动机8对车轮施加的在车轮处的扭矩的设定点C。如果扭矩设定点C为正值(这意味着驾驶者正请求车轮处的驱动扭矩，则ECU致动电动机或内燃机或者同时致动二者，以获得所需的扭矩。推进力扭矩C在发动机与电动机之间的分配例如依赖于可得的电能和燃料储备 (例如，通过从由内燃机7传送的扭矩而取得能量，电动机8用作当前发电机)，或者依赖于来自使用人机接口 19的驾驶者的具体指令(例如，在城镇中以仅仅电气模式行驶)。当设定点扭矩C为负时(这意味着车辆的驾驶者正要求车辆的制动扭矩或减速，阻力扭矩将是由内燃机7产生的发动机制动扭矩(特别地对应于发动机7的柱体中的活塞的摩擦力)和由电动机8产生的再生制动扭矩的和，允许电流产生和向电池9发送。然后，电子控制单元11控制内燃机7以使发动机制动改变为适合车辆速度，并控制内燃电动机8以使其产生互补的阻力扭矩，这使得可以获得总设定点阻力扭矩C。图2示出了图1的系统的操作曲线中的一个，其例如对应于图1的绘图22。该图 2示出了代表当油门踏板处于其最大移动位置时，S卩，当α =1时由ECU传送的发动机扭矩设定点C(使用所选择的符号规约的正扭矩))。该发动机扭矩设定点仅仅是车辆速度V的函数。其严格地为正的且是速度V的递减函数。由该曲线覆盖的范围包括正车辆速度且还延伸直到数千米/小时量级的负速度。这些稍负的速度对应于这样的情况即使正对车轮施加正驱动扭矩，例如，当车辆正试图向上移动到斜坡上时，车辆正在倒转。该最大扭矩函数Cmax特别地适于仅仅电动车辆的情况。在混合动力车辆的情况下，可以想到这样的最大扭矩函数，该函数是在整个车辆速度范围内不递减的函数。图3示例出图1的系统的操作的曲线，其例如是从图1的绘图20和23构造的。该图3示出了代表当踏板18处于全上位置时，S卩，当α =0时，由电子控制单元传送的设定点扭矩Cmin的实线的曲线。该扭矩设定点Cmin在这里被示出用于电池的给定充电状态S0C。 对于每个充电状态SOC值，设定点扭矩Cmin是车辆速度V的函数。对于小的或稍负的车辆速度值，扭矩设定点Cmin为正的，这意味着对车轮施加驱动扭矩。然后，扭矩设定点Cmin 作为车辆速度的函数而减小，对于速度Vtl而变为零，并且对于高于Vtl的值保持为负(阻力扭矩)。在高于Vtl的速度范围内，扭矩Cmin首先随速度减小，然后在再次增大之前经过最小值，这意味着就绝对值而言，其关于高车辆速度减小。由此限定的行为曲线获得作为车辆速度的函数的车辆行为，其类似于通常的配备有内燃机和连续变速箱的车辆的行为方式。可以从在点线中示出的存储于图1的绘图23中的准曲线(directrix curve) Cmintl推断与电池的充电状态SOC对应的脚抬离(foot-off)设定点扭矩Cmin的每个曲线。 通过使曲线Cmintl的绝对值减小阻力扭矩值Csat而获得与电池的给定充电状态SOC对应的最小扭矩Cmin的每个曲线，其中阻力扭矩值Csat也是电池充电状态的函数。可以从准曲线Cmintl读出的具有最大绝对值的阻力扭矩由值Csatmax表示。对于低电池充电值，值Csat 等于曲线Cmintl的最小Csatmax。与电池的当前充电水平对应的设定点扭矩Cmin的曲线于是与准曲线Cmintl相符。随着电池充电逐渐增加，代表由电动机8和内燃机7构成的动力传动系为对抗车辆1的运动而产生的最大阻力扭矩的值Csat的绝对值减小。当电池不能被进一步充电时，其达到与仅仅来自发动机7的发动机制动扭矩对应的阻力扭矩值。可以作为电池充电值SOC的函数绘制减小的值Csat。该减小的值Csat还可以被间接绘制，例如在图1的绘图20中，通过饱和函数τ绘制，该函数τ是充电状态SOC的连续递增函数。该函数τ例如被选择为对应于当前电池充电的减小的扭矩Csat与当电池处于其最小充电水平时可得的最高阻力扭矩Csatmax之间的比率对1的补数，即T(SOC)=I-Msocl 。
CsatmaxE⑶11由此可以使用绘图20和以下关系而推断减小的扭矩Csat Csat (SOC) = Csat ( τ ) = (1- τ ) Csatmax。函数τ为在零(对于处于其最小充电水平的电池)与小于或等于1的最大值τ _ 之间增大的连续函数。在仅仅电动车辆的情况下，值τ_等于1，这是因为这样的车辆不具有来自内燃机的任何制动扭矩。饱和函数τ可以替代SOC值而被用作指示电池充电水平的值。可以想到本发明的这样的备选形式其中计算机10直接传送值τ以量化电池充电状态。通过选择以使减小的值Csat作为电池充电的连续函数变化(其绝对值随着电池充电增大而减小)，获得值Cmin的面积，该面积代表当踏板18抬起时由ECU传送的设定点扭矩。在图4中示出的由此限定的函数Cmin为车辆速度V和电池充电的连续函数，可以关于初始变量SOC或者关于饱和函数τ来代表该电池充电。图5是由饱和函数的值τ表征的由图1的电子控制单元11对车轮施加的作为车辆速度V的函数且对于给定电池的SOC的设定点扭矩的变化范围的图形示例。对于高于极限速度Vtl的车辆速度VI，在踏板处的设定点扭矩的范围由直线段AB划界。点A对应于踏板被完全压下的位置，即，值α = 1。对于α = 1，对车轮施加的扭矩是可作为速度V的函数从图2的曲线Cmax读出的值Cmax1的驱动扭矩。点B对应于踏板的完全释放的位置，即， α =0。对车轮施加的设定点扭矩于是为值Cmin1的阻力扭矩，其可从由作为V的函数的准曲线Cmintl减去作为电池充电水平的函数的阈值扭矩值Csat(T)的图3的构造而推断出。 在两个极端角度位置α =0和α = 1之间，对于由字母X表示的角度位置抵消设定点扭矩。对于低于Vtl的速度值，设定点扭矩在严格为正的扭矩值Cmax与正或零扭矩值 Cmin之间变化。中性点X处的值按规约被视为等于零。对于高于V。的速度，驾驶者可通过释放油门踏板而获得的最大阻力扭矩Csat( τ ) 随电池充电而减小。本发明还提议在电池充电增加时减小分配给阻力扭矩的踏板行程。图6示例了改变在图5中限定的中性点函数X的一种可能方式。图5中示出的函数Χ(τ，V)是连续函数f(V)与函数g的乘积，函数g为电池充电SOC的连续函数并相对于该充电而减小。因此可以说其以相同的方式为饱和函数τ的连续且递减的函数。例如，函数g可以被选择为等于饱和函数τ对1的补数，S卩，g=l_T。在图6示例的实例中，对于低于极限速度Vtl的速度，函数f为零函数。对于高于速度Vamax的速度，函数f等于极限位置α _。函数f例如在Vtl与Vamax之间线性增加。值 α_为希望分配给调节制动扭矩的最大踏板行程。例如，值α_代表总踏板行程的大约三分之一，以及例如在0. 2与0. 4之间。因此，被定义为作为车辆速度的连续函数的函数f和作为电池充电的连续函数的函数g的乘积的函数X是速度和充电的连续函数。速度V α max为比极限速度Vtl高出数km/h的速度。这两个速度典型地在5与15km/ h之间，例如Vtl可以在约7到8km/h，V α max可以在约9到1 lkm/h。低于Vtl的速度对应于车辆徐行的速度，即，车辆具有即使驾驶者将其脚完全抬离油门踏板也向前缓慢行进的倾向
8的速度。速度V α max为这样的过渡速度，超过该速度，中性点不再作为速度的函数变化，以使驾驶者更加直觉地利用踏板。速度Vtl与Vamax之间的线性变化确保了踏板在车辆开始移动与车辆达到巡行速度之间的行为方式的连续性。对于饱和水平τ =0，S卩，对于电池包含很少或不包含电荷的情况，中性点随函数f (V)变化。当电池逐渐被充电且饱和水平τ增加时，函数X = f(V) g(T)减小。当电池被充满电时，饱和水平τ达到依赖于在车辆中可得的发动机制动扭矩的值τ_。如果发动机制动为低的，τ_将接近于值1，且函数Χ(τ，ν)将接近于零函数。一旦已为车辆的当前速度和电池的当前充电状态限定了中性点X的位置，用于在车轮处的扭矩的设定点C就与踏板的每个位置α相关联。以这样的方式实现这一点在中性点位置α =X与踏板被完全压下的位置α = 1之间，车轮处的扭矩的变化是连续的且严格递增的函数。还可以以这样的方式实现这一点在踏板的最小压下位置α =0与中性点位置α =X之间，车轮处的扭矩的变化是连续的且严格递增的，S卩，绝对值减小(因为扭矩为按选择的符号规约为负的阻力扭矩)。例如，对于高于Vtl的速度值V和对于X与1之间的α，可以使用以下定义的函数使车轮处的扭矩与距中性点的距离(α-Χ)成比例地变化
权利要求
1.一种用于控制在装配有至少一个电动机(8)的车辆(1)的车轮(3，幻处的扭矩的方法，所述至少一个电动机(8)被连接到电池(9)并被连接到至少一个从动车轮(5)，所述电动机能够操作为发电机而在使所述车辆减速的同时对所述电池再充电，在该方法中，对车辆油门踏板(18)的运动施加第一制动调节行程和第二加速调节行程，所述制动调节行程是电池充电的连续递减函数。
2.根据权利要求1的控制方法，其中，当没有对所述踏板(18)作用时，在车轮处施加的扭矩(C)为最小扭矩函数(Cmin)，该最小扭矩函数(Cmin)是车辆速度(V)和电池 充电(τ， S0C)的连续函数，该函数在低于极限速度(Vtl)的速度范围内指示驱动扭矩或为零的扭矩， 并且该函数在高于所述极限速度(Vtl)的速度范围内指示阻力扭矩，该阻力扭矩的绝对值关于电池充电(τ，S0C)而减小且在至少一个点处不为零。
3.根据前述权利要求中的一项的控制方法，其中，当所述踏板(18)处于其最大行程位置时，在车轮处施加的扭矩(C)为最大扭矩函数(Cmax)，该最大扭矩函数(Cmax)指示仅仅作为车辆速度(V)的函数而连续变化的驱动扭矩。
4.根据前述权利要求中的一项的控制方法，其中，所述最大扭矩函数(Cmax)为其绝对值关于车辆速度(V)减小的函数。
5.根据前述权利要求中的一项的控制方法，其中，在高于所述极限速度(Vtl)的速度范围内，所述踏板(18)的中性点(X)是随电池充电而减小的第一连续不饱和函数与随速度增加的第二连续函数(f(V))的乘积，所述中性点(X)的意义为，对于所述踏板(18)的运动， 驱动扭矩和阻力扭矩均未被施加到所述车轮。
6.根据前述权利要求中的一项的控制方法，其中，所述最小扭矩函数(Cmin)是通过对作为车辆速度(V)的函数而绘制的参考函数(Cmintl)施加等于阈值再充电扭矩的阻力或零扭矩的阈值(Csat)而从该参考函数(Cmintl)获得，该阈值再充电扭矩的绝对值是电池充电 (τ，S0C)的连续递减函数。
7.根据权利要求5到6的控制方法，其中，所述不饱和函数等于所述阈值再充电扭矩 (Csat)除以所述参考函数(Cmintl)的最高阻力扭矩值(Csatmax)而得到的商。
8.根据前述权利要求中的一项的控制方法，其中，对于属于高于所述极限速度(Vtl)的速度范围的给定车辆速度，在所述中性点的每一侧在所述踏板的两个运动范围的每一个中，对车轮施加的扭矩(C)的值作为所述踏板(8)离开其中性点(X)的距离的线性函数而变化。
9.根据前述权利要求中的一项的控制方法，其中，对于低于所述极限速度(Vtl)的给定车辆速度，对车轮施加的扭矩的值在所述踏板(8)的整个行程内线性变化。
10.一种用于控制在装配有至少一个电动机(8)的车辆(1)的车轮处的扭矩的系统， 所述至少一个电动机(8)被连接到电池(9)并被连接到至少一个从动车轮(5)，所述电动机能够操作为发电机以在使车辆减速的同时对电池再充电，该系统包括被连接到电子控制单元(11)的油门踏板(18)，所述电子控制单元被配置为根据所述踏板的位置而通过包括所述电动机(8)的动力传动系对所述从动车轮施加驱动扭矩或阻力扭矩，该系统的特征在于，所述电子控制单元(11)对所述油门踏板(18)的运动施加第一制动调节行程和第二加速调节行程，所述第二加速调节行程的幅度是电池充电的连续递增函数。
11.根据权利要求10的控制系统，其中，所述动力传动系仅仅包括电动机(8)。
12.根据权利要求11的控制系统，其中，所述动力传动系包括至少一个内燃机(7)和至少一个电动机(8)。
全文摘要
本发明涉及一种用于控制对包括至少一个电动机(8)的车辆的车轮(3，5)施加的扭矩的方法，所述至少一个电动机(8)被连接到电池(9)并被连接到至少一个从动车轮(5)，所述电动机能够操作为发电机而在使所述车辆减速的同时对所述电池再充电。对车辆的加速踏板(18)的运动施加第一制动调节行程和第二加速调节行程，所述制动调节行程是电池充电的连续递减函数。
文档编号B60L7/18GK102458903SQ201080030724
公开日2012年5月16日 申请日期2010年4月21日 优先权日2009年5月11日
发明者J-M·韦斯帕斯恩 申请人:雷诺股份公司