基于车辆质量控制包括电机的车辆的方法

基于车辆质量控制包括电机的车辆的方法
【专利摘要】本发明提供一种基于车辆质量控制包括电机的车辆的方法。在至少一个实施例中，计算车辆质量的系统和方法测量通过车辆的电机消耗的电流来计算车辆质量。车辆的控制器使用所述计算的质量来控制车辆的运转（例如，车辆的四轮驱动、变速器、稳定控制或制动系统）。可包括GPS和轮胎运转传感器系统，以检测牵引的物体（例如，挂车）的存在并且还调节车辆的运转。
【专利说明】基于车辆质量控制包括电机的车辆的方法

【技术领域】
[0001] 本公开涉及用于检测车辆质量的技术。

【背景技术】
[0002] 如在此使用的术语"电动车辆"包括具有用于推进车辆的电动机的车辆(例如，电 池电动车辆（BEV)、混合动力电动车辆（HEV)和插电式混合动力电动车辆（PHEV))。BEV包 括电动机，其中，电动机的能量源是能够从外部电网再充电的电池。在BEV中，电池是用于 推进车辆的能量源。HEV包括内燃发动机和电动机，其中，发动机的能量源是燃料，电动机的 能量源是电池。在HEV中，发动机是推进车辆的主要能量源，并且电池为车辆推进提供补充 能量（电池缓冲燃料能量并以电能形式回收动能)。PHEV与HEV相似，但是PHEV具有能够从 外部电网再充电的更大容量的电池。在PHEV中，一直到电池消耗到低能量水平为止，电池 都是推进车辆的主要能量源，，在电池消耗到低能量水平时，对于车辆推进，PHEV与HEV相 似地运转。


【发明内容】

[0003] 在至少一个实施例中，提供一种基于车辆质量控制包括电机的车辆的方法。所述 方法可包括，在电机转度改变期间，测量电机在两个不同瞬时消耗的电流，基于所述测量的 电流计算车辆的质量，并根据计算的质量控制车辆的运转。根据计算的质量控制的车辆系 统的示例包括四轮控制系统、变速器控制系统、稳定控制系统和/或制动系统。在电机速度 改变期间，可保持恒定的发动机推进扭矩。在另一示例中，在电机速度改变期间不提供扭 矩。
[0004] 所述方法还可包括追踪车辆行驶的距离和车辆对于所述行驶的距离的轮胎转数， 并将行驶的距离和轮胎转数与存储的数据进行比较，所述数据与以给定的车辆质量行驶的 距离的轮胎转数相对应。根据计算的质量控制车辆的运转可包括根据所述比较调节车辆的 运转。在另一示例中，存储的数据还可包括与以多个车辆质量行驶的距离对应的轮胎转数 对应的数据。
[0005] 所述方法还可包括基于所述测量的电流和所述比较中的至少一个来检测连接到 所述车辆的牵引的物体的存在。如果未检测到牵引的物体，那么可基于所述测量的电流建 立用于调节车辆运转的校正因子。
[0006] 在至少一个实施例中，提供一种车辆。所述车辆可包括电机、动力传动系统、牵引 电池和至少一个控制器，所述至少一个控制器被配置为基于车辆的质量命令电机向车辆的 动力传动系统施加制动扭矩，使得当电机向动力传动系统输出推进扭矩时，从电机到牵引 电池的电流大小根据车辆质量而变化，并且当电机没有向动力传动系统输出推进扭矩时， 电流大小基本保持恒定。
[0007] 在至少一个实施例中，提供一种车辆系统。所述系统可包括电机和至少一个控制 器，所述控制器被配置为在车辆加速期间，基于电机在不同瞬时消耗的电流控制车辆的运 转。基于消耗的电流控制的车辆系统的示例包括四轮驱动控制系统、变速器控制系统、稳定 控制系统和/或制动系统。所述至少一个控制器可被配置为在车辆加速期间基于通过电机 在不同瞬时消耗的电流控制四轮驱动控制系统、变速器控制系统、稳定控制系统和制动系 统中的至少一个。所述系统还可包括车辆发动机。在一个示例中，所述发动机被构造为在 车辆加速期间，在不同瞬时之间和期间输出恒定的推进扭矩。在另一示例中，所述发动机被 构造为在车辆加速期间，在不同瞬时之间和期间不输出推进扭矩。
[0008] 所述系统还可包括与至少一个控制器通信的全球定位系统（GPS)。GPS可被配置 为追踪车辆的行驶的距离。所述系统可包括至少一个轮胎运转传感器，并且所述至少一个 轮胎运转传感器可被配置为对于行驶的距离测量车辆的轮胎转数。可存储与以给定的车辆 质量行驶的距离的轮胎转数对应的数据，并且所述至少一个控制器可将行驶的距离和轮胎 转数与所述存储的数据进行比较并根据所述比较基于消耗的电流调节车辆的运转。所述存 储的数据还可包括与以多个车辆质量行驶的距离的轮胎转数对应的数据。
[0009] 在一个示例中，所述至少一个控制器被配置为在车辆加速期间，基于电机在两个 不同瞬时消耗的电流来控制车辆的运转。在另一示例中，所述至少一个控制器被配置为在 车辆加速期间，基于电机在四个不同瞬时消耗的电流来控制车辆的运转。

【专利附图】

【附图说明】
[0010] 图1是车辆的示意图；
[0011] 图2是针对不同车辆质量的轮胎转数相对于距离的改变的曲线图；
[0012] 图3是用于计算车辆质量的算法的流程图。

【具体实施方式】
[0013] 根据需要，在此公开了本发明的详细的实施例；然而，应理解的是，公开的实施例 仅仅是本发明的示例，本发明可以以各种和替代的形式体现。附图不一定按比例绘制；可夸 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性细节不 应解释为限制，而仅仅应当作为用于教导本领域的技术人员以各种形式使用本发明的代表 性基础。
[0014] 知道车辆的重量或质量会对各种不同车辆控制系统(例如，四轮驱动控制系统、传 动装置、稳定性控制、制动器和其它)有利。检测具有内燃发动机的车辆的质量不准确，因为 其依赖于加速度的测量以及利用输出扭矩估计的牵引力的估计。然而，输出扭矩的估计由 于其依据许多不能直接测量的参数而被公知是不准确的。对于混合动力车辆来说，知道车 辆质量以改进驾驶性能和再生制动的管理也很重要。当车辆牵引额外的载荷(例如，挂车重 量）时，驾驶性能和再生制动的管理与车辆质量尤其相关。因此，知道车辆和载荷(例如，挂 车）的总质量是有益的。
[0015] 图1示出了混合动力车辆10的示意图。然而，车辆10仅是适合的车辆的示例，质 量检测系统可在具有其它构造的车辆中实现。车辆10包括发动机（ICE) 12和电机，在图1 中示出的实施例中，电机是电动发电机(M/G) 14,并且可替换为牵引电动机。M/G14被构造 为将扭矩传递到发动机12或传递到车轮16。
[0016] M/G14使用第一离合器18 (还被称为分离式离合器或上游离合器）连接到发动机 12。离合器18还可包括阻尼器机构(例如，被构造为当分离式离合器18接合时，帮助抑制发 动机12和M/G14之间传递的扭矩发生改变的一系列板和弹簧)。第二离合器22 (还被称为 起动离合器或下游离合器)将M/G14连接到变速器（TRANS)24,并且传递到变速器24的全部 输入扭矩流过起动离合器22。起动离合器22可被控制为将M/G14和发动机12与起动离合 器22的下游组件(包括变速器24、差速器（DIFF)28和车辆驱动车轮16)隔离。虽然离合器 18、22被描述并示出为液压离合器，但是也可使用其它类型的离合器(例如，机电离合器)。 替代地，离合器22可被具有旁通离合器的变矩器替代，如下面进一步描述的。在不同实施 例中，下游离合器22指的是用于车辆10的各种结合装置，包括具有旁通（闭锁（lock-out)) 离合器的变矩器和传统离合器。
[0017] 发动机12的输出轴连接到分离式离合器18,分离式离合器18接着连接到M/G14 的输入轴。M/G14的输出轴连接到起动离合器22,起动离合器22接着连接到变速器24。起 动离合器22将车辆原动机（vehicle prime movers)连接到动力传动系统26,动力传动系 统26包括变速器24、差速器28和车轮16。车辆10的组件按顺序彼此相连地布置。在其 它实施例中，在此描述的算法可应用于具有其它系统架构的混合动力车辆。
[0018] 在其它示例中，下游离合器22是具有旁通离合器的变矩器。接收M/G14的输入的 是变矩器的泵轮侧，并且从变矩器输出到变速器24的是涡轮侧。变矩器22利用其流体耦 合传递扭矩，并且可根据泵轮和涡轮之间的滑动量产生扭矩倍增。用于变矩器的旁通或锁 止离合器可以选择性地接合，以在泵轮侧和涡轮侧之间建立机械连接，以直接传递扭矩。旁 通离合器可滑动和/或打开，以使用变矩器控制通过下游离合器装置22传递的扭矩量。变 矩器还可包括锁止离合器。
[0019] 发动机12是直喷发动机。替代地，发动机12可以是另一类型的发动机或原动机 (例如，进气口喷射（port injection)发动机或燃料电池）或者使用不同的燃料源(例如，柴 油、生物燃料、天然气、氢等)。
[0020] 在一些实施例中，车辆10还包括(例如，通过带或齿轮传动装置）运转地连接到发 动机12的起动电动机(M)30。起动电动机30可用于提供扭矩，以起动发动机12,而不增加 M/G14的扭矩(例如，对于冷起动和一些高速起动事件)。这样在发动机起动期间隔离了 M/ G14,并且当扭矩从M/G14向发动机12传递时可消除或降低否则将会发生的扭矩扰动。
[0021] M/G14与电池（ΒΑΤ?32通信。电池32可以是高压电池。M/G14可被构造为在再 生模式下(例如，当车辆动力输出超出驾驶员需求时)向电池32充电。在一个示例中，例如， 对于具有能够从外部电网给电池再充电的插电式电动混合动力车辆（PHEV)，电池32被构 造为连接到外部电网，外部电网在充电站向电插座供应能量。低压电池也可存在，以向起动 电动机或其它车辆组件提供电力，或者可通过DC/DC转换器提供低压电力。
[0022] 使用变速器控制单元（TCU) 36等控制变速器24来执行换挡规律(例如，出厂换挡 规律（production shift schedule))，变速器控制单元（TCU)36等使齿轮箱中的元件连接 和分离，以控制变速器输出和变速器输入之间的传动比。在一个不例中，TCU36还用于控制 电动发电机箱体34中的M/G14、离合器18、22和任何其它组件。然而，其它控制也可用于控 制这些组件。
[0023] 发动机控制单元（E⑶)38被配置为控制发动机12的运转。车辆系统控制器（VSC) 40在T⑶36和E⑶38之间传输数据并且还与各种车辆传感器进行通信。用于车辆10的控 制系统42可包括任何数量的控制器，并且可集成为单个控制器，或者具有多个模块。一些 控制器或全部控制器可通过控制器局域网（CAN)或其它系统连接。控制系统42可被配置 为在一定数量的不同状况中的任何状况下控制发动机12、起动发电机30、电动发电机组件 34和变速器24的各种组件的运转(包括以消除扭矩扰动和对驾驶员的影响或使扭矩扰动 和对驾驶员的影响最小化的方式)。
[0024] 与内燃发动机中不同，由于在电机中电流与产生的扭矩成正比，所以在电机中的 扭矩估计可准确地完成。因此，通过使M/G14的扭矩隔离，可确定车辆10的质量的准确测 量。可以通过各种方式来完成M/G14的扭矩的隔离。在一个实施例中，VSC40或在控制系 统42中的控制器的组合可被配置为将发动机12的扭矩保持在低于驾驶员需求水平的恒定 水平达一段时间，同时其余需求的扭矩的平衡通过M/G14提供。例如，所述测量可在车辆从 停止开始加速(启动）的同时执行。在一个实施例中，所述测量在第一启动期间执行。由于 发动机12的扭矩保持恒定，加速度的改变可以根据与电流成正比的M/G14的扭矩的变化来 测量。测量经历的时间段(例如，发动机12的扭矩保持恒定的时间)可根据驾驶员的需求扭 矩而被校准，以避免影响性能（performance)。
[0025] 在替代的实施例中，当车辆10通过离合器18使发动机12分离而在纯电动模式下 运转时，可执行M/G14的扭矩测量。例如，所述测量可在车辆10启动的同时执行。在一个 实施例中，所述测量可在第一启动期间执行。在另一实施例中，当车辆10减速和启用再生 制动时，可执行M/G14扭矩测量。
[0026] 在至少一个实施例中，可使用在时间一和时间二处的测量值根据下面示出的方程 式计算车辆质量。在至少一个实施例中，可使用在两组两个紧密间隔的时间点处的测量值 根据下面示出的方程式来计算车辆质量。在下面的方程式中，变量被定义如下：F t是车辆的 牵引力；m是车辆质量;A是车辆的加速度；Ra是空气动力学阻力；Rrl是滚动阻力；R g是上坡 阻力；Rt是轮胎损耗；Eng_Tq是发动机扭矩；EM_Tq是电机扭矩；Tc_Mult是变矩器的扭矩 放大倍数；K (V)是速度函数的系数(例如，最终传动比乘以最终驱动效率，除以轮胎半径）； Gr_Rat是包括最终轴（final axle)的齿轮速比。
[0027] 方程式 1 :Ft=mA+Ra+Rrt+Rg+Rt(R a+Rrt+Rg+Rt 可被称为"道路载荷"）
[0028] 方程式2 (V是车速，心-常数）
[0029] 方程式 3 :Rrl=K2*V
[0030] 方程式 4 :Rg=m*g*sin α
[0031] 方程式 5:Rt=K3
[0032] 方程式 6 :Ft= (Eng_Tq+EM_Tq) *Tc_Mult*K (V) *Gr_Rat
[0033] ?ζ 7 ： (EM_Tqi-EM_Tq2) *Tc_Mult*K (V) *Gr_Rat=m (Ai -A2) + ((Ra+Rrl+Rg)「(Ra+Rrl+R g) 2)
[0034] 方程式8 :
[0035]

【权利要求】
1. 一种基于车辆质量控制包括电机的车辆的方法，所述方法包括： 在电机速度改变期间，测量电机在两个不同瞬时消耗的电流； 基于测量的电流计算车辆的质量； 根据计算的质量控制车辆的运转。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，控制步骤包括：根据计算的质量控制四轮驱动控制 系统、变速器控制系统、稳定控制系统和制动器系统中的至少一个。
3. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：在电机速度改变期间保持恒定的发动 机推进扭矩。
4. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：使车辆的发动机断开连接，以使发动机 在电机速度改变期间不提供推进扭矩。
5. 如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：追踪车辆行驶的距离和车辆对应于所 述行驶的距离的轮胎转数，并将所述行驶的距离和轮胎转数与存储的数据进行比较，所述 存储的数据与以给定的车辆质量行驶的距离的轮胎转数相对应，其中，根据计算的质量控 制车辆的运转包括：根据所述比较调节车辆的运转。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，所述存储的数据还包括与以多个车辆质量行驶的 距离的轮胎转数相对应的数据。
7. 如权利要求5所述的方法，所述方法还包括基于所述测量的电流和所述比较中的至 少一个检测连接到车辆的牵引的物体的存在。
8. 如权利要求7所述的方法，其中，如果检测到不存在牵引的物体，则基于所述测量的 电流建立用于调节车辆的运转的校正因子。
【文档编号】B60W20/00GK104044573SQ201410090870
【公开日】2014年9月17日 申请日期:2014年3月12日 优先权日:2013年3月12日
【发明者】费列克斯·纳多瑞兹夫, 姜洪, 马修·约翰·谢尔顿, 丹尼尔·科尔文, 戴征宇, 罗杰·莱尔·哈弗马斯特 申请人:福特全球技术公司