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技术领域

本公开涉及用于检测车辆质量的技术。

背景技术

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

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，在电机转速改变期间，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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

图1是车辆的示意图；

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；

图3是用于计算车辆质量的算法的流程图。

具体实施方式

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。

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。

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，电机是电动机/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。

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。

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(vehicleprimemovers) 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。

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。

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(portinjection)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)。

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。

M/G14与电池(BATT)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。

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(productionshiftschedule))，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。在一个示例中，TCU36还用于控制电动机/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。

发动机控制单元(ECU)38被配置为控制发动机12的运转。车辆系统 控制器(VSC)40在TCU36和ECU38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、电动机/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)。

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/G 14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)。

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。

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；R_a是空气动力学阻力；R_rl是滚动阻力；R_g是上坡阻力；R_t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(finalaxle)的齿轮速比。

方程式1：F_t＝mA+R_a+R_rl+R_g+R_t(R_a+R_rl+R_g+R_t可被称为“道 路载荷”)

方程式2：R_a＝K₁*V²(V是车速,K₁–常数)

方程式3：R_rl＝K₂*V

方程式4：R_g＝m*g*sinα

方程式5：R_t＝K₃

方程式6：F_t＝(Eng_Tq+EM_Tq)*Tc_Mult*K(V)*Gr_Rat

方程式7：(EM_Tq₁-EM_Tq₂)*Tc_Mult*K(V)*Gr_Rat＝m(A₁–A₂)+ ((R_a+R_rl+R_g)₁-(R_a+R_rl+R_g)₂)

方程式8：

m = ( E M _ Tq 1 - E M _ Tq 2 ) * T c _ M u l t * K ( V ) * G r _ R a t + ( ( R a + R r 1 + R g ) 2 - ( R a + R r 1 + R g ) 1 ) ( A 1 - A 2 ) ]]>

电机扭矩的测量可经由连接到M/G14和/或电池32的传感器通过VSC 40或单独的控制器来完成。在一个实施例中，传感器可以是霍尔效应传感器。 在另一实施例中，M/G14可具有带集成电路测量传感器的驱动器电路(例如， 绝缘栅双极电晶体(IGBT))。质量计算可通过VSC40或单独的控制器来完 成。由于所述测量和计算使用车辆加速度和电机扭矩，所以可以仅检测车辆 的质量或者牵引物体(例如，挂车)的车辆的质量。计算整个挂车的重量对 于上述车辆控制系统的使用有利。然而，当管理再生制动和驾驶性能时，计 算整个挂车的重量对于混合动力车辆尤其有利。

在一个示例中，在两个时间点处的测量值被用于使用上述方程式1至方 程式6用于估计车辆(和任何连接的挂车)的质量。在该示例中，测试的车 辆是具有总毛重为6500磅和两个乘客的卡车。变矩器被锁定(Tc_Mult＝1)， 电机扭矩在传动轴处测量(EM_Tq＝1)，并且没有道路斜坡(R_g＝0)。其它 变量的值在下面的表1中列出。当前速度和电机扭矩在两个时间点的每个时 间点处进行测量并用于确定平均速度和平均扭矩。在进行单位转换和计算后， 发现估计的车辆质量大约为7013磅。

在另一示例中，使用上述方程式1至方程式8通过两组两个紧密间隔的 时间点来估计车辆(和任何连接的挂车)的质量。在该示例中，测试的车辆 是具有总毛重为6500磅和两个乘客的卡车。变矩器被锁定(Tc_Mult＝1)， 电机扭矩在传动轴处测量(EM_Tq＝1)，并且没有道路斜坡(Rg＝0)。其它 变量的值在下面的表2中列出。紧接着在两个时间点处测量速度和电机扭矩， 产生两组速度、电机扭矩和加速度数据。在进行单位转换并使用方程式7和 方程式8求解质量后，计算出估计的车辆质量为6991磅。使用两组紧密间隔 的时间点可有助于使道路斜坡、轮胎阻力和其它变量的效应最小化。

计算与连接的挂车分离的车辆的质量也是有利的，其有助于协调包括挂 车制动器的基础制动器系统(包括挂车制动器)。在至少一个实施例中，可使 用另外的系统利用车辆全球定位系统(GPS)装置44和有效轮胎半径的测量 计算纯车辆的质量。GPS装置44可一体到车辆10中或者可以是具有车辆界 面的售后GPS装置(例如，CAN)。

在一个实施例中，预配置的表存储在VSC40或另一控制器或GPS装置 44中并且包含关于以已知的车辆质量(例如，已知车辆10的最小载荷质量) 行驶的每段距离的轮胎转数(例如，每英里的转数)的信息。替代地，或者 除了对应于已知载荷表格外，预配置的表可包含关于与已知车辆载荷相比不 同的载荷的每段行驶距离的轮胎转数之间的变化量或差异的数据。这样的表 格的示例在下面的表3中示出(表格3仅是示例)并且在图2中示出。考虑 到空气温度、胎压和车速，这些和其它潜在变量的校正因子可储存在VSC40 中。

参照图1，当车辆10驱动时，防抱死制动系统(ABS)控制器46可基 于来自ABS轮胎转速传感器48的测量计算轮胎转数。轮胎转数可从任何轮 胎来测量；然而，在至少一个实施例中，所述测量从车辆10的非驱动轮(例 如，前轮驱动车辆的后轮)获取。车辆10中的GPS44在与ABS轮胎转数测 量同一时间段内测量行驶的距离。使用轮胎转数和行驶的距离，可通过如下 阐述导出有效轮胎半径校正因子。校正因子还可应用于变量(例如，轮胎磨 损和充气压力(inflationpressure))。

使用包含在表3中和在图2中示出的示例性数值，如果车辆10行驶8km 并且ABS46确定轮胎转数与已知质量(M1)的车辆相比的变化量为150， 那么车辆的质量可根据

方程式9：m_v＝(m₂+(m₃–m₂)*(N_v–N₂)/(N₃-N₂))*K_c确定。

其中，当输入表1中的值时，简化为

方程式10：m_v＝m₂+(m₃–m₂)*(0.553)*K_c

其中，K_c是环境温度、胎压、轮胎磨损和其它因素的校正因子。为了使这种 方法准确，在表中必须有充足数量的记录，以使图表中的点彼此充分接近， 从而允许应用线性插值法。

使用GPS和轮胎转数的方法和系统可单独地使用或者与上述使用电机扭 矩测量的系统一起使用。在一个实施例中，如果基于电机扭矩的方法确定不 存在连接的挂车(例如，通过确定车辆的质量小于车辆加上挂车的最小质量)， 那么获得的信息可用于计算用于有效轮胎半径的校正因子。校正因子可存储 在VSC40的非易失性存储器中并且可用于提高GPS系统和轮胎转数的准确 性。

图3的流程图50中示出了计算车辆和/或车辆与挂车的质量的方法的实 施例。在步骤52中，VSC40(或另一控制器)确定加速器踏板是否在可接收 的范围内。如果在可接受的范围内，那么在步骤54中确定是否需要内燃发动 机(ICE)12来满足驾驶员扭矩需求。如果需要ICE，那么在步骤56中VSC 40计算需要来自ICE12的扭矩。在步骤58中，VSC40确定ICE12是否达到 扭矩水平。一旦ICE12达到扭矩水平或者如果不需要ICE12提供扭矩，那 么在步骤60中VSC40使M/G14来施加必须的扭矩，以满足驾驶员需求。 然后在步骤62中，VSC40测量M/G14的电流和车辆10的加速度。

在步骤64中，根据前面描述的方程式计算车辆和任何连接的挂车的总质 量(M_tot)。在步骤66中，使用前面描述的GPS和轮胎转数方法单独地计算 车辆质量(M_V)。在步骤68中，VSC40确定是否存在挂车。可通过任何适 合的方法来完成步骤68，一个示例是，如果基于电机扭矩的计算质量确定总 质量在已知的车辆的最小质量的特定量内，则不存在挂车。类似的，如果计 算结果确定总质量在乘客和车内货物的特定阈值之上，则存在挂车。替代地， 如果基于EM扭矩和GPS/轮胎转数的计算质量明显不同，则可能存在挂车。 如果存在挂车，那么在步骤70中，将校正因子K_c应用于根据GPS和轮胎转 数的方法进行的车辆质量计算，并且在步骤72中，通过从总质量减去车辆质 量来计算挂车质量(M_tr＝M_tot-M_V)。如果不存在挂车，那么在步骤74中VSC 40基于M/G14扭矩方法以及CPS和轮胎转数方法的计算结果之间的差来计 算校正因子K_c并在步骤76中将校正因子存储在非易失性存储器中。

在此公开的过程、方法或算法可被传送到处理装置、控制器或计算机/ 通过处理装置、控制器或计算机实现，所述处理装置、控制器或计算机可包 括任何现有的可编程电子控制单元或者专用的电子控制单元。类似地，所述 过程、方法或算法可以以多种形式被存储为可被控制器或计算机执行的数据 和指令，所述多种形式包括但不限于永久地存储在非可写存储介质(诸如， ROM装置)上的信息以及可变地存储在可写存储介质(诸如，软盘、磁带数 据存储、光带数据存储、CD、RAM装置以及其它磁介质和光学介质)上的 信息。所述过程、方法或算法还可被实现为软件可执行对象。可选地，所述 过程、方法或算法可利用合适的硬件组件(诸如，专用集成电路(ASIC)、 现场可编程门阵列(FPGA)、状态机、控制器或任何其它硬件组件或装置) 或者硬件、软件和固件组件的结合被整体或部分地实施。

虽然已经详细地描述了实施例，但是技术人员应该认识到，各种可选的 设计和实施例包含在权利要求的范围内。另外，多个实施的实施例的特征可 被结合，以形成本发明的进一步的实施例。虽然各个实施例可能已被描述为 提供优点或者在一个或多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术的实 施方式，但是本领域的普通技术人员将认识到，一个或多个特点或特性可被 折衷，以实现期望的系统属性，期望的整体系统属性取决于具体的应用和实 施方式。这些属性可包括但不限于成本、强度、耐久性、生命周期成本、可 销售性、外观、包装、尺寸、维护保养方便性、重量、可制造性、装配容易 性等。在此描述的被描述为在一个或多个特性方面不如其它实施例或现有技 术的实施方式的实施例并不在本公开的范围之外，并且可被期望用于特定的 应用。另外，多个实施的实施例的特征可被组合以形成本发明的进一步的实 施例。