再生制动控制系统和方法 技术领域 本发明涉及用于在车辆中回收再生动力的系统和方法。更具体地， 本发明涉及用 于四轮驱动车辆的再生制动控制系统和方法， 该系统和方法在优化再生制动扭矩向车辆四 个轮的分配的同时保持车辆稳定。
背景技术 为了改善燃料的经济性， 混合动力电动车辆 (hybrid electric vehicles， HEVs) 可提供再生 (regen) 制动， 其中， 动能在制动过程中通过电机转化为可存储的能量， 并随后 可用于推进。在很多混合动力电动车辆中， 再生组件仅从一个轴收集能量， 这样， 当需要制 动时， 首先收集再生能量直到达到再生或牵引 / 稳定极限， 随后在另一个轴或在这两个轴 上都施加摩擦制动来使车辆减速或停止。在再生制动过程中， 仅从一个轴收集再生能量可 能无法平衡前轮与后轮之间的与每个轮的有效牵引力成正比的制动扭矩， 这会影响车辆的 稳定性。
因此， 需要一种用于四轮驱动车辆的再生制动控制系统和方法， 该系统和方法在 优化再生制动扭矩向车辆四个轮的分配的同时保持车辆稳定。
发明内容 本发明总体上涉及用于车辆的再生制动控制系统。 再生制动控制系统的一示例性 实施例包括车辆控制器、 连接于车辆控制器的动力传动系扭矩分配装置， 例如可变耦合器， 连接于动力传动系扭矩分配装置的电机， 多个耦接到电机的轮和至少一个提供给车辆控制 器的指示多个轮牵引力的牵引状态输入。车辆控制器接合动力传动系扭矩分配装置， 电机 向轮分配与轮牵引力成正比的再生制动扭矩。
本发明总体上还涉及用于车辆的再生制动控制方法。 该方法的一示例性实施例包 括： 提供具有四个轮的车辆 ； 分别计算轮的牵引系数， 基于牵引系数确定轮间最佳的再生 制动扭矩分配 ； 以及向轮分配与牵引系数成正比的最佳的再生制动扭矩。
附图说明 图 1 为装有再生制动控制系统一示例性实施例的车辆的示意图。
图 2 为说明再生制动控制系统的一示例性实施例的总框图。
图 3 为说明再生制动控制系统一示例性实施例的详细的硬件框图。
图 4 为再生制动控制系统和方法的一示例性实施例的实施中用于动力传动系扭 矩分配装置的纵向扭矩分配装置控制的示例性三维查找表。
图 5 为再生制动控制系统和方法的一示例性实施例的实施中用于动力传动系扭 矩分配装置的横向扭矩分配装置控制的示例性三维查找表。
图 6 为说明再生制动控制方法的示例性实施例的流程图。
具体实施方式
下文的详细说明本质上仅是示例性的， 并不意欲限于所述的实施例或所述实施例 的应用和用途。这里所用到的词 “示例性” 或 “例证性” 意思为 “作为例子、 实例或例证” 。这 里， 作为 “示例性” 或 “例证性” 描述的任何实施方式不一定解释为较其他实施方式而言是 优选的或有优势的。下文描述的所有实施方式都是示例性的实施方式， 用于使本领域的技 术人员能够实施或利用本发明的实施例， 而并不是意欲限制本发明的保护范围。 此外， 前述 技术领域、 技术背景、 发明内容或以下具体实施方式所提出的明确的或隐含的理论无意限 制任何范围。
首先参照图 1、 4 和 5， 示例性车辆整体上用图 1 中的附图标记 100 来表示， 其适于 实施再生控制系统和方法的示例性实施例。在一些应用中， 车辆 100 可为例如但不局限于 四轮驱动混合动力电动车。车辆 100 包括安装有一对前轮 102 的前轴 101。发动机 103 通 过驱动桥 190 和前半轴 101 传动地接合前轮 102。后轴 106 安装一对后轮 107。电机 108 接合于后轴 106。动力传动系纵向扭矩分配装置 112 耦接到电机 108。传动轴 114 将驱动 桥 190 耦接到纵向扭矩分配装置 112 上。车辆控制器 116 与纵向扭矩分配装置 112 连通。
在车辆 100 的运转过程中， 发动机 103 可以通过驱动桥 190 和前轴 101 驱动前轮 102。在车辆 100 行驶在低牵引力表面的行驶状态下， 纵向扭矩分配装置 112 响应于来自车 辆控制器 116 的输入， 可通过将传动轴 114 和后轴 106 耦接来附加地接合后轮 107 以改善 车辆 100 的推动力。 在车辆 100 减速过程中， 车辆控制器 116 接收各种输入 118， 例如 ( 举例但不受此 限制 )， 指示和表示牵引系数的牵引状态输入， 牵引系数反映每个前轴 101 和后轴 106 上， 以 及在一些应用中每个前轮 102 和后轮 107 上， 可用的牵引力的大小。车辆控制器 116 还可 接收车辆动态输入 ( 例如车辆 100 的偏航、 上下颠簸和左右摇晃 ) 和 / 或驾驶者输入 ( 例 如车辆 100 的制动和转向 )。车辆控制器 116 利用这些牵引系数和输入来确定最佳的再生 制动扭矩分配， 该再生制动扭矩应通过前轴 101 施加于前轮 102 和通过后轴 106 施加于后 轮 107， 该扭矩与每个前轴 101 和后轴 106 的牵引力的可用性成正比。基于该确定， 车辆控 制器 116 以这样的方式可变地接合纵向扭矩分配装置 112 ： 电机 108 根据前轴 101 和后轴 106 上的牵引力的可用性通过传动轴 114 将前轮再生扭矩 122 的大小平衡到前轴 101 上和 将后轮再生扭矩 122 的大小平衡到后轴 106 上。因此， 根据前轴 101 和后轴 106 可用的牵 引力以平衡的方式分配到前轮 102 和后轮 107 的再生制动扭矩可提高再生制动能量从前轴 101 和后轴 106 的获取， 同时提供车辆 100 想要的行驶特性， 例如稳定性、 摩擦制动及再生制 动与制动感觉之间的平滑变换 ( 举例但不受此限制 )。电机 108 产生可存储于合适的车载 能源或存储装置 ( 图中未示出 ) 中的再生制动能量。
在一些应用中， 主动扭矩矢量控制可通过前轴 101 和后轴 106 中的一个或二者的 横向扭矩分配装置 110 实现， 以进一步优化前轮 102 和 / 或后轮 107 之间的再生扭矩分 配。 图 4 所示为一示例性查找表 400， 其可被车辆控制器 116 利用来管理纵向扭矩分配装置 110。图 5 所示为一示例性查找表 500， 其可被车辆控制器 116 利用来管理横向扭矩分配装 置 110。
图 4 中的查找表显示， 纵向扭矩分配装置 112 的接合度可以通过计算重量分配和 牵引力来确定。纵向重量分配因子可利用加速计和其它传感器例如悬挂位移传感器 ( 举例
但不受此限制 ) 来计算。纵向重量分配因子还可基于转向、 制动和 GPS 传感器 ( 举例但不 受此限制 ) 利用预测性算法为重量分配的期望性改变做出修正。纵向牵引力因子可利用道 路传感器、 轮速传感器、 天气 / 道路数据和其它参数来计算。
图 5 中的查找表显示， 左 - 右扭矩偏置度可由重量分配和牵引力确定。横向重量 分配因子和横向牵引力因子可通过相似于上述纵向重量分配因子和纵向牵引力因子的计 算方式来计算。
接下来参照图 2， 所示为说明再生制动控制系统的示例性实施例的总框图 200。系 统 200 包括车辆控制器 202， 车辆控制器 202 可以为车辆 ( 未示出 ) 例如混合动力电动车辆 ( 举例但不受此限制 ) 的组件。车辆控制器 202 可用于从车辆内的各种传感器和组件接收 牵引状态输入 204、 车辆动态输入 206 和操作输入 208。车辆控制器 202 连接车辆的动力传 动系纵向扭矩分配装置 210。动力传动系纵向扭矩分配装置 210 连接车辆电机 212。电机 212 耦接到具有一对前轮 222 的前轴 220 具有一对后轮 216 的后轴 214 上。
在系统 200 典型的运行过程中， 车辆控制器 202 接收牵引状态输入 204、 车辆动态 输入 206 和操作输入 208。牵引状态输入 204 可包括诸如前轮 222 的转速和后轮 216 的转 速、 雨水传感器检测的雨量、 大气压力、 外界空气温度、 路面温度和反射率、 环境湿度、 能见 度和 / 或广播的道路和气象资料 ( 举例但不受此限制 ) 的输入。车辆动态输入 206 可包括 从加速计和 / 或车辆悬挂位移传感器接收的各种输入， 从加速计接收的各种输入指示车辆 纵向、 横向和垂直运动、 车辆的偏航、 上下颠簸和左右摇晃。操作输入 208 可包括诸如动力 传动系统控制数据、 动力传动系控制数据、 制动控制数据、 悬挂控制数据、 转向控制数据和 / 或轮胎和车辆常数 ( 举例但不受此限制 ) 的输入。
基于牵引状态输入 204， 车辆控制器 202 确定可能的前轮 222 和后轮 216 的牵引系 数。利用牵引系数、 车辆动态输入 206 和操作输入 208， 车辆控制器 202 确定最佳的再生制 动扭矩， 该再生制动扭矩要正比于前轴 220 和后轴 214 可用的牵引力的大小在前轮 222 和 后轮 216 之间分配。 然后车辆控制器 202 可变地接合动力传动系纵向扭矩分配装置 210， 扭 矩分配装置 210 通过前轴 220 向前轮 222 分配再生制动扭矩以及通过后轴 214 向后轮 216 分配再生制动扭矩， 所分配的再生制动扭矩正比于前轮 222 和后轮 216 的牵引力。 电机 212 将来自前轴 220 和后轴 214 的再生制动扭矩转化为再生制动能量， 该能量可被传送到合适 的车载的电子装置或存储装置内 ( 图中未示出 )。在一些应用中， 前轴 220 的前主动横向 分配装置 224 和 / 或后轴 214 的后主动横向扭矩分配装置 218 可进一步优化再生扭矩在 前轮 222 和 / 或后轮 216 之间的分配。所属领域的技术人员应当理解， 对前轴 220 和后轴 214 的再生扭矩的平衡分配可在保持诸如稳定性， 动态重量转移， 摩擦制动及再生制动与制 动感觉之间的平滑变换 ( 举例但不受此限制 ) 的车辆行驶特性的同时， 从前轴 220 和后轴 214 获取最大再生制动能量。
接下来参照图 3， 所示为适用于再生制动控制系统的示例性实施例实施的详细的 硬件框图 300。系统 300 可包括可以用于指示路面 ( 未示出 ) 上车轮 ( 未示出 ) 的牵引力 的牵引状态输入 302， 在车辆运动过程中指示车辆的四个轮之间的车辆重量分配的车辆动 态输入 320， 和 / 或指示车辆各控制方面的操作输入 326。牵引状态输入 302 可包括 ( 举例 但不受此限制 ) 轮速传感器 304 ； 雨水传感器 306 ； 气压计 308 ； 外界空气温度传感器 310 ； 路面温度和反射率传感器 312 ； 外界湿度传感器 314 ； 能见度传感器 316 和广播的路面和气象资料 318。
牵引状态输入 302 由牵引系数算法 340 处理， 牵引系数算法 340 基于由牵引状态 输入 302 提供的数据确定牵引系数。由牵引系数算法确定的牵引系数被传送到牵引力评估 算法 344。牵引力评估算法 344 与扭矩分配管理器 346 连接。
车辆动态输入 320 可以包括 ( 举例但不受此限制 ) 在车辆运动过程中检测车辆的 偏航、 上下颠簸和左右摇晃运动的加速计 322 和检测车辆悬挂位移的悬挂位移传感器 324。 车辆动态输入 320 由重量分配算法 342 处理。来自重量分配算法 342 的重量分配数据传送 到牵引力评估算法 344。来自牵引力评估算法 344 的牵引力评估数据被传送到扭矩分配管 理器 346。
操作输入 326 可以包括 ( 举例但不受此限制 ) 动力传动系统控制数据 328 ； 动力 传动系控制数据 330 ； 制动控制数据 332 ； 悬挂控制数据 334 ； 转向控制数据 336 和轮胎及车 辆常数 338。操作输入 326 被传送到牵引力评估算法 344 和扭矩分配管理器 346。
动力传动系统控制器 348、 动力传动系控制器 350、 制动控制器 352、 悬挂控制器 354 和转向控制器 356 连接扭矩分配管理器 346。车辆发动机 358 和至少一个牵引电动机 368 连接动力传动系统控制器 348。动力传动系 372 被发动机 358 和牵引力电动机 368 传 动地接合。车轮 374 被动力传动系 372 传动地接合。基础制动 362 连接制动控制器 352 且 适于可操作的接合轮 374。 在一些应用中， 至少一个横向扭矩分配装置 360 和至少一个纵向扭矩分配装置 370 可与动力传动系控制器 350 连接。动力传动系 372 与横向扭矩分配装置 360 和纵向扭 矩分配装置 370 连接。
悬挂系统 364 由悬挂控制器 354 控制。转向系统 366 由转向控制器 356 控制。
牵引力评估算法 344 处理从牵引系数算法 340 接收的牵引系数、 从重量分配算法 342 接收的重量分配数据以及操作输入 326， 并利用这些数据评估车辆每个轮 374 的牵引力 大小。车辆的制动和减速时， 扭矩分配管理器 346 利用这些信息以这样的方式操作动力传 动系统控制器 348 ； 动力传动系控制器 350 ； 制动控制器 352 ； 悬挂控制器 354 和转向控制器 356( 举例但并不受限于此 )， 即： 在提供诸如稳定性、 摩擦制动及再生制动与制动感觉之间 的平滑变换 ( 举例但并不受此限制 ) 等想要的车辆行驶特性的同时， 再生扭矩通过动力传 动系 372 的可变接合以平衡的方式正比于每个轮 374 的牵引力向轮 374 施加再生扭矩。在 一些应用中， 横向扭矩分配装置 360 和纵向扭矩分配装置 370 可进一步优化或平衡再生扭 矩在车轮 374 之间的分配。
接下来参照图 6， 所示为说明再生制动控制方法的示例性实施例的流程图 600。该 方法可开始于方框 602。在方框 604 中接收牵引状态输入。在方框 606 中， 接收车辆动态 输入。在方框 608 中， 接收车辆操作输入。在方框 610 中， 计算每个轮上的牵引系数。在方 框 612 中， 计算车重分配。在方框 614 中， 计算每个轮的可用牵引力。在方框 616 中， 基于 每个轮的可用牵引力和驾驶者制动请求确定再生制动扭矩在车轮间的最佳大小和分配。 在 方框 618 中， 基于扭矩大小和分配的计算执行车辆扭矩控制。本方法可在方框 620 结束。
虽然本发明的实施例已用特定的示例性实施例进行了说明， 但应该理解的是， 具 体实施例仅用于说明的目的并不用于限制， 因为本领域的技术人员可以想到其它变换方 式。