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技术领域

本公开涉及一种操作混合动力电动车辆的方法，以在有限的牵引地面上 减小停车距离。

背景技术

如果在每个车轮上的制动扭矩保持为接近与轮胎和路面之间可获得的最 大摩擦力相对应的水平，则会改善车辆停车所需要的距离。如果制动扭矩超 过这个水平，则车轮锁定并沿着路面滑行。由于与车轮滚动相比车轮在滑行 时摩擦系数减小，所以在允许车轮锁定时制动距离增大。为了提高制动性能， 许多车辆配备有防抱死制动系统(ABS)。当ABS感测到车轮锁定时，ABS 进行干预，以施加比由驾驶员命令的制动扭矩小的制动扭矩。

为了减小燃料消耗量，一些车辆(被称作混合动力电动车辆)除了配备 有汽油机或柴油机动力传动系以外还配备有电动机。电动机减小燃料消耗量 的多种方式之一是通过再生制动。当驾驶员踩下制动踏板时，动力传动系利 用电动机来施加制动力，代替摩擦制动，从而产生储存在电池中的电能。然 后，储存的电能稍后用于推进车辆，以减少必须通过燃烧燃料产生的动力。 然而，如果电动机施加足够的制动力来锁定车轮，则ABS将不能通过减小摩 擦制动的扭矩而重获牵引力。

发明内容

混合动力电动车辆具有四个车轮，四个车轮中的每个车轮均配备有液压 致动的摩擦制动器和转速传感器。响应于轮胎打滑的指示，防抱死制动系统 控制器监视转速传感器并减小制动扭矩，然后响应于重新获得牵引力的指示， 防抱死制动系统控制器增大制动扭矩。电动机通过差速器驱动车轮中的两个。 动力传动系控制器监视与被驱动车轮相关联的转速传感器，并响应于轮胎打 滑的指示减小电机扭矩(绝对值)，然后响应于重新获得牵引力的指示，动力 传动系控制器增大电机扭矩。电动机比液压制动致动器响应得更快。增大扭 矩和减小扭矩的循环导致扭矩以给定的频率振荡。电动机的更快的响应使得 比液压制动器(例如，出现在非驱动轮上)单独作用时的频率更高。

车轮打滑可通过车轮转速的负的变化率低于阈值来指示。可选地，车轮 打滑可通过车轮转速与基于车速和轮胎半径的期望的车轮转速之差超过阈值 来指示。例如，可通过对不打滑的车轮的转速求平均来估计车速。类似地， 重新获得的牵引力可通过车轮转速的正的变化率超过阈值来指示。可选地， 重新获得的牵引力可通过车轮转速处于基于车速和轮胎半径的期望的车轮转 速的阈值内来指示。

根据本发明，提供了一种控制车辆减小停车距离的方法，所述车辆具有， 被构造为通过差速器驱动左车轮和右车轮的电动机以及与每个车轮相关联的 制动器，所述方法包括：监视车轮转速传感器；响应于失去牵引力的指示， 减小电机扭矩和制动器扭矩；响应于重新获得牵引力的指示，增大电机扭矩 和制动器扭矩。

根据本发明的实施例，响应于失去牵引力的指示，电机扭矩在制动器扭 矩减小之前减小。

根据本发明的实施例，响应于重新获得牵引力的指示，电机扭矩在制动 器扭矩增大之前增大。

根据本发明的实施例，失去牵引力的指示包括车轮转速的负的变化率低 于阈值。

根据本发明的实施例，失去牵引力的指示包括车轮转速测量值为至少比 基于车速和轮胎直径的值小的阈值。

根据本发明的实施例，重新获得牵引力的指示包括车轮转速的正的变化 率超过阈值。

根据本发明的实施例，重新获得牵引力的指示包括车轮转速不超过基于 车速和轮胎直径的值的阈值。

根据本发明，提供了一种车辆包括：第一车轮、第二车轮、第三车轮和 第四车轮，每个车轮与转速传感器和制动致动器相关联；差速器，具有由电 动机驱动的输入和分别驱动第一车轮和第二车轮的左输出和右输出；制动控 制器，被配置为：通过命令与第三车轮和第四车轮关联的制动致动器产生以 第一频率振荡的制动扭矩，对来自与第三车轮和第四车轮关联的转速传感器 的信号作出响应；动力传动系控制器，被配置为：通过命令电动机产生以比 第一频率大的第二频率振荡的扭矩，对来自与第一车轮和第二车轮关联的转 速传感器的信号作出响应。

根据本发明的实施例，制动控制器还被配置为：通过命令与第一车轮和 第二车轮关联的制动致动器产生制动扭矩，对来自与第一车轮和第二车轮关 联的转速传感器的信号作出响应。

根据本发明的实施例，制动控制器经由控制器局域网将来自车轮的转速 传感器的信号提供给动力传动系控制器。

根据本发明的实施例，所述车辆还包括：行星齿轮组，具有中心齿轮、 齿轮架和环形齿轮，环形齿轮可驱动地连接到电机；内燃发动机，可驱动地 连接到齿轮架；发电机，可驱动地连接到中心齿轮。

附图说明

图1是混合动力电动车辆动力传动系的示意性代表。

图2是防抱死制动系统的示意性代表。

图3是控制器的示意性代表。

图4是示出在没有混合动力传动系介入的减速期间防抱死制动系统的操 作的一组图表。

图5是示出在有混合动力传动系参与的减速期间防抱死制动系统的操作 的一组图表。

图6是示出有混合动力传动系参与的操作方法的流程图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应理解的是，公开的实施例仅仅是 示例，并且其它实施例可采用多种和可替代的形式。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组件的细节。因此，在此公开的具体结 构和功能性细节不应解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以 多种形式实施本发明的代表性基础。如本领域的普通技术人员将理解的是， 参照任一附图所示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其它附图中示出 的特征结合，以产生没有明确地示出或描述的实施例。示出的特征的结合为 典型应用提供代表性实施例。然而，与本公开的教导一致的特征的各种组合 和修改会被期望用于特定的应用或实施方式。

图1是动力分流式混合动力车辆的示意性代表。实线表示组件之间的机 械连接。具有长划线的线表示组件之间的电力连接。具有短划线的线表示信 号连接。因为行星齿轮组20将从发动机流向车轮的动力分流为机械动力流路 径和电力流路径，所以这种构造被称作动力分流。行星齿轮组20包括绕公共 轴线旋转的中心齿轮22、环形齿轮24和齿轮架26。多个行星齿轮28被支撑 为相对于齿轮架26旋转并与中心齿轮22和环形齿轮24都啮合。

内燃发动机30可驱动地连接到齿轮架26。中心齿轮22可驱动地连接到 发电机32。环形齿轮24可驱动地连接到输出轴34。如果两个组件中的一个 组件的旋转使另一个组件以成比例的转速旋转，则在这两个组件之间建立可 驱动的连接。在图1中，中心齿轮22与发电机32之间的可驱动的连接是实 心轴36，而环形齿轮24与输出轴34之间的可驱动的连接包括与齿轮40啮 合的齿轮38。输出轴34还可驱动地连接到牵引电机42和差速器44。差速器 44向左前车轮46和右前车轮48传递动力，同时允许轻微的转速变化(例如， 当车辆转弯时)。

发电机32和牵引电机42都是能够将电能转换成旋转机械能以及将旋转 机械能转换成电能的可逆电机。如图1所示，发电机32是交流(AC)电机， 该交流电机经由DC/DC转换器52和逆变器54电连接到电池50。逆变器54 响应于来自动力传动系控制器56的命令而将直流电(DC)转换成三相交流 电。三相交流电的电压电平、频率和相位角确定所产生的扭矩水平。类似地， 逆变器58将直流电转换成用于牵引电机42的三相交流电。可选地，发电机 32和/或牵引电机42可以是DC电机。

图2是防抱死制动系统(ABS)的示意性代表。除了前车轮46和48以 外，车辆具有左后车轮60和右后车轮62。如所示出的，虽然后车轮不被驱 动，但是在一些实施例中后车轮可被驱动。响应于来自制动控制器72的信号， 液压制动器64、66、68和70分别向车轮46、48、60和62施加扭矩。转速 传感器74、76、78和80分别测量车轮46、48、60和62的转速并将这些转 速发送到制动控制器72。

如图3所示，制动控制器72和动力传动系控制器56经由控制器局域网 (CAN)82而相互通信。具体地，制动控制器72将来自转速传感器74、76、 78和80的信号经由CAN 82传输给动力传动系控制器56。可选地，制动控 制器72和动力传动系控制器56可被集成为单个控制器。

当驾驶员踩下制动踏板时，可通过从电机42命令负扭矩或通过命令制动 器向每个车轮施加扭矩而实现制动。对于在牵引状况良好的地面上施加低强 度的制动，优选的是经由电机42进行再生制动，这是因为可回收能量并稍后 将该能量用于推进。电机扭矩通过差速器44而在两个前轮46和48之间大致 平分。然而，制动器能够比电机42产生更多的制动扭矩，并能够向四个车轮 中的每个施加不同水平的扭矩。

针对高强度的制动或当地面较滑时，制动控制器72进入防抱死制动 (ABS)控制模式，如图4所示。ABS模式的目的在于在受制于可用车轮牵 引力的情况下尽可能快地减小车速。上部的图表中的虚线90表示除以车轮半 径后的车速。控制器72可通过(例如)对车轮转速传感器的值求平均而推断 出这个值。上部的图表中的实线92表示转速传感器74、76、78和80中的一 个的值。任意时间点处的这两条线之间的差是在那个时刻的车轮滑差(slip)。 图4中中间的图表示出了车轮加速度94。控制器72可通过计算车轮转速信 号的时间导数而计算这个值。下部的图表示出了由相应的制动器施加的扭矩。

控制器72基于取决于车轮的牵引力的状态的公式而调节所命令的扭矩。 在最初的阶段(被称作临界稳定阶段)，车轮转速通常以较小的滑差追随着车 速，所述较小的滑差表示轮胎具有令人满意的牵引力。在这个阶段中，控制 器逐渐地增大扭矩命令，如在96处所示。在图4中，这通过斜坡函数来表示。 在实践中，控制器可以每隔一定的间隔调节所命令的扭矩，从而以一系列的 不连续的步骤执行扭矩的增大。在98处，轮胎失去牵引力并且不稳定的减速 模式开始。控制器可(例如)通过车轮加速度值降低至可校准的阈值之下而 检测到这种模式转变。控制器可基于当前感测到的车轮转速与前一时间点(例 如，前一控制回路)感测到的车轮转速之间的差，来估计车轮加速度。在不 稳定的减速模式下，控制器减小所命令的扭矩以试图尽可能快地重新获得牵 引力，如在100处所示。减小扭矩的速率会受到制动致动器的物理响应极限 的限制。一旦制动扭矩下降得足够多，轮胎就会重新获得牵引力，如在102 处所示。响应于车轮加速度超过可校准的阈值或者滑差(slip)增大至高于可 校准的阈值，控制器进入不稳定的加速模式。在不稳定的加速模式下，控制 器逐渐地增大所命令的制动扭矩，如在104处所示。在106处，控制器回到 临界稳定模式，并重复上述过程。

由于这个过程的重复特性，制动扭矩以由振荡周期所确定的频率振荡。 当轮胎失去其牵引力时，制动在临界稳定阶段内最有效且在不稳定的减速阶 段内不太有效。通过减小不稳定的减速模式和不稳定的加速模式中的每个的 持续时间而使制动性能最大化。然而，液压制动致动器的物理极限限制它们 的响应性，因此，限制了控制器的快速地重新建立牵引力的能力。

可通过利用电动机42的相对于制动致动器的更易响应特性来增强制动 性能，如图5所示。在底部的图表中，前制动器64和66中的一个的扭矩示 出为实线，并且电机扭矩的绝对值示出为虚线。在临界稳定模式下，电机扭 矩逐渐地增大，如在108处所示。在不稳定的减速模式中，电机扭矩减小， 如在110处所示。因为电机比液压制动致动器更快速地作出响应，所以电机 扭矩比制动器扭矩更快地开始减小并以更快的速率减小。因此，与没有电机 贡献的情况相比，车轮更快地重新获得牵引力。换言之，不稳定的减速模式 的持续时间变短。在不稳定的加速模式期间，电机扭矩增大，如在112处所 示。电机扭矩在制动器扭矩增大之前开始增大并以比制动器扭矩快的速率增 大，这趋向于减小不稳定的加速阶段的持续时间。因为不稳定的减速阶段和 不稳定的加速阶段都变短，所以振荡时间段变短并且振荡频率增大。在图1 的动力传动系构造中，电机42仅影响前车轮。后制动器将继续作出响应，如 图4所示。因此，前制动器的振荡频率比后制动器的振荡频率高。

图5的方法不需要管理级别的控制器来协调动力传动系控制器和ABS控 制器的动作。动力传动系控制器不一定直接与ABS控制器通信。虽然图3示 出了两个控制器经由控制器局域网通信，但是交换的信息仅仅是车轮转速传 感器的读数。可选地，这两个控制器都可以直接读取传感器输出。与ABS控 制器相同，电机控制器可以每隔一定的间隔调节电机扭矩，从而电机扭矩以 一系列的不连续的步骤而不是连续的斜度进行改变。由于电机的响应更快， 控制回路之间的间隔可比ABS控制器的控制回路之间的间隔短。较短的控制 回路间隔具有更准确地估计车轮加速度的附加优点。

图5的方法被概括为图6的流程图。在制动开始之后，在120处，该方 法监视车轮的转速。如果在122处所有的轮胎仍然具有牵引力，则在112处 电机扭矩的绝对值增大且在104处制动器扭矩增大。重复这个过程直到在122 处检测到失去牵引力。然后，在110处电机扭矩的绝对值减小，且在100处 制动器扭矩的绝对值减小，并且在124处继续监视车轮的转速。重复这个过 程直到重新获得牵引力，如在126处所检测到的。注意步骤120、122、124 和126可通过制动控制器72和动力传动系控制器56独立地执行。由于相应 的致动器的响应时间变快，电机扭矩的改变速率在制动器扭矩的改变速率之 前改变方向。

虽然在上面描述了示例性实施例，但是并不意味着这些实施例描述了由 权利要求所包含的所有可能形式。说明书中使用的词语是描述性词语而非限 制性词语，并且应该理解，在不脱离本公开的精神和范围的情况下可进行各 种改变。如之前所描述的，可组合各个实施例的特征以形成可能未明确描述 或示出的本发明的进一步的实施例。虽然多个实施例已被描述为提供优点或 者可在一个或更多个期望的特性方面优于其它实施例或现有技术实施方式， 但是本领域的普通技术人员应该认识到，可折衷一个或更多个特征或特点， 以实现期望的整体系统属性，所述期望的整体系统属性取决于具体的应用和 实施方式。这些属性可包括但是不限于成本、强度、耐用性、生命周期成本、 可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配容易性等。 这样，被描述为在一个或更多个特性方面比其它实施例或现有技术实施方式 更不令人期望的实施例不在本公开的范围之外，且可期望用于具体应用。