基于車輛質(zhì)量控制包括電機的車輛的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種基于車輛質(zhì)量控制包括電機的車輛的方法。在至少一個實施例中，計算車輛質(zhì)量的系統(tǒng)和方法測量通過車輛的電機消耗的電流來計算車輛質(zhì)量。車輛的控制器使用所述計算的質(zhì)量來控制車輛的運轉(zhuǎn)（例如，車輛的四輪驅(qū)動、變速器、穩(wěn)定控制或制動系統(tǒng)）?？砂℅PS和輪胎運轉(zhuǎn)傳感器系統(tǒng)，以檢測牽引的物體（例如，掛車）的存在并且還調(diào)節(jié)車輛的運轉(zhuǎn)。
【專利說明】基于車輛質(zhì)量控制包括電機的車輛的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及用于檢測車輛質(zhì)量的技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 如在此使用的術(shù)語"電動車輛"包括具有用于推進車輛的電動機的車輛(例如，電 池電動車輛（BEV)、混合動力電動車輛（HEV)和插電式混合動力電動車輛（PHEV))。BEV包 括電動機，其中，電動機的能量源是能夠從外部電網(wǎng)再充電的電池。在BEV中，電池是用于 推進車輛的能量源。HEV包括內(nèi)燃發(fā)動機和電動機，其中，發(fā)動機的能量源是燃料，電動機的 能量源是電池。在HEV中，發(fā)動機是推進車輛的主要能量源，并且電池為車輛推進提供補充 能量（電池緩沖燃料能量并以電能形式回收動能)。PHEV與HEV相似，但是PHEV具有能夠從 外部電網(wǎng)再充電的更大容量的電池。在PHEV中，一直到電池消耗到低能量水平為止，電池 都是推進車輛的主要能量源，，在電池消耗到低能量水平時，對于車輛推進，PHEV與HEV相 似地運轉(zhuǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 在至少一個實施例中，提供一種基于車輛質(zhì)量控制包括電機的車輛的方法。所述 方法可包括，在電機轉(zhuǎn)度改變期間，測量電機在兩個不同瞬時消耗的電流，基于所述測量的 電流計算車輛的質(zhì)量，并根據(jù)計算的質(zhì)量控制車輛的運轉(zhuǎn)。根據(jù)計算的質(zhì)量控制的車輛系 統(tǒng)的示例包括四輪控制系統(tǒng)、變速器控制系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)和/或制動系統(tǒng)。在電機速度 改變期間，可保持恒定的發(fā)動機推進扭矩。在另一示例中，在電機速度改變期間不提供扭 矩。
[0004] 所述方法還可包括追蹤車輛行駛的距離和車輛對于所述行駛的距離的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)， 并將行駛的距離和輪胎轉(zhuǎn)數(shù)與存儲的數(shù)據(jù)進行比較，所述數(shù)據(jù)與以給定的車輛質(zhì)量行駛的 距離的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)相對應(yīng)。根據(jù)計算的質(zhì)量控制車輛的運轉(zhuǎn)可包括根據(jù)所述比較調(diào)節(jié)車輛的 運轉(zhuǎn)。在另一示例中，存儲的數(shù)據(jù)還可包括與以多個車輛質(zhì)量行駛的距離對應(yīng)的輪胎轉(zhuǎn)數(shù) 對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0005] 所述方法還可包括基于所述測量的電流和所述比較中的至少一個來檢測連接到 所述車輛的牽引的物體的存在。如果未檢測到牽引的物體，那么可基于所述測量的電流建 立用于調(diào)節(jié)車輛運轉(zhuǎn)的校正因子。
[0006] 在至少一個實施例中，提供一種車輛。所述車輛可包括電機、動力傳動系統(tǒng)、牽引 電池和至少一個控制器，所述至少一個控制器被配置為基于車輛的質(zhì)量命令電機向車輛的 動力傳動系統(tǒng)施加制動扭矩，使得當(dāng)電機向動力傳動系統(tǒng)輸出推進扭矩時，從電機到牽引 電池的電流大小根據(jù)車輛質(zhì)量而變化，并且當(dāng)電機沒有向動力傳動系統(tǒng)輸出推進扭矩時， 電流大小基本保持恒定。
[0007] 在至少一個實施例中，提供一種車輛系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可包括電機和至少一個控制 器，所述控制器被配置為在車輛加速期間，基于電機在不同瞬時消耗的電流控制車輛的運 轉(zhuǎn)?；谙牡碾娏骺刂频能囕v系統(tǒng)的示例包括四輪驅(qū)動控制系統(tǒng)、變速器控制系統(tǒng)、穩(wěn)定 控制系統(tǒng)和/或制動系統(tǒng)。所述至少一個控制器可被配置為在車輛加速期間基于通過電機 在不同瞬時消耗的電流控制四輪驅(qū)動控制系統(tǒng)、變速器控制系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)和制動系 統(tǒng)中的至少一個。所述系統(tǒng)還可包括車輛發(fā)動機。在一個示例中，所述發(fā)動機被構(gòu)造為在 車輛加速期間，在不同瞬時之間和期間輸出恒定的推進扭矩。在另一示例中，所述發(fā)動機被 構(gòu)造為在車輛加速期間，在不同瞬時之間和期間不輸出推進扭矩。
[0008] 所述系統(tǒng)還可包括與至少一個控制器通信的全球定位系統(tǒng)（GPS)。GPS可被配置 為追蹤車輛的行駛的距離。所述系統(tǒng)可包括至少一個輪胎運轉(zhuǎn)傳感器，并且所述至少一個 輪胎運轉(zhuǎn)傳感器可被配置為對于行駛的距離測量車輛的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)?？纱鎯εc以給定的車輛 質(zhì)量行駛的距離的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)，并且所述至少一個控制器可將行駛的距離和輪胎 轉(zhuǎn)數(shù)與所述存儲的數(shù)據(jù)進行比較并根據(jù)所述比較基于消耗的電流調(diào)節(jié)車輛的運轉(zhuǎn)。所述存 儲的數(shù)據(jù)還可包括與以多個車輛質(zhì)量行駛的距離的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
[0009] 在一個示例中，所述至少一個控制器被配置為在車輛加速期間，基于電機在兩個 不同瞬時消耗的電流來控制車輛的運轉(zhuǎn)。在另一示例中，所述至少一個控制器被配置為在 車輛加速期間，基于電機在四個不同瞬時消耗的電流來控制車輛的運轉(zhuǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010] 圖1是車輛的示意圖；
[0011] 圖2是針對不同車輛質(zhì)量的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)相對于距離的改變的曲線圖；
[0012] 圖3是用于計算車輛質(zhì)量的算法的流程圖。

【具體實施方式】
[0013] 根據(jù)需要，在此公開了本發(fā)明的詳細(xì)的實施例；然而，應(yīng)理解的是，公開的實施例 僅僅是本發(fā)明的示例，本發(fā)明可以以各種和替代的形式體現(xiàn)。附圖不一定按比例繪制；可夸 大或最小化一些特征以示出特定部件的細(xì)節(jié)。因此，在此公開的具體結(jié)構(gòu)和功能性細(xì)節(jié)不 應(yīng)解釋為限制，而僅僅應(yīng)當(dāng)作為用于教導(dǎo)本領(lǐng)域的技術(shù)人員以各種形式使用本發(fā)明的代表 性基礎(chǔ)。
[0014] 知道車輛的重量或質(zhì)量會對各種不同車輛控制系統(tǒng)(例如，四輪驅(qū)動控制系統(tǒng)、傳 動裝置、穩(wěn)定性控制、制動器和其它)有利。檢測具有內(nèi)燃發(fā)動機的車輛的質(zhì)量不準(zhǔn)確，因為 其依賴于加速度的測量以及利用輸出扭矩估計的牽引力的估計。然而，輸出扭矩的估計由 于其依據(jù)許多不能直接測量的參數(shù)而被公知是不準(zhǔn)確的。對于混合動力車輛來說，知道車 輛質(zhì)量以改進駕駛性能和再生制動的管理也很重要。當(dāng)車輛牽引額外的載荷(例如，掛車重 量）時，駕駛性能和再生制動的管理與車輛質(zhì)量尤其相關(guān)。因此，知道車輛和載荷(例如，掛 車）的總質(zhì)量是有益的。
[0015] 圖1示出了混合動力車輛10的示意圖。然而，車輛10僅是適合的車輛的示例，質(zhì) 量檢測系統(tǒng)可在具有其它構(gòu)造的車輛中實現(xiàn)。車輛10包括發(fā)動機（ICE) 12和電機，在圖1 中示出的實施例中，電機是電動發(fā)電機(M/G) 14,并且可替換為牽引電動機。M/G14被構(gòu)造 為將扭矩傳遞到發(fā)動機12或傳遞到車輪16。
[0016] M/G14使用第一離合器18 (還被稱為分離式離合器或上游離合器）連接到發(fā)動機 12。離合器18還可包括阻尼器機構(gòu)(例如，被構(gòu)造為當(dāng)分離式離合器18接合時，幫助抑制發(fā) 動機12和M/G14之間傳遞的扭矩發(fā)生改變的一系列板和彈簧)。第二離合器22 (還被稱為 起動離合器或下游離合器)將M/G14連接到變速器（TRANS)24,并且傳遞到變速器24的全部 輸入扭矩流過起動離合器22。起動離合器22可被控制為將M/G14和發(fā)動機12與起動離合 器22的下游組件(包括變速器24、差速器（DIFF)28和車輛驅(qū)動車輪16)隔離。雖然離合器 18、22被描述并示出為液壓離合器，但是也可使用其它類型的離合器(例如，機電離合器)。 替代地，離合器22可被具有旁通離合器的變矩器替代，如下面進一步描述的。在不同實施 例中，下游離合器22指的是用于車輛10的各種結(jié)合裝置，包括具有旁通（閉鎖（lock-out)) 離合器的變矩器和傳統(tǒng)離合器。
[0017] 發(fā)動機12的輸出軸連接到分離式離合器18,分離式離合器18接著連接到M/G14 的輸入軸。M/G14的輸出軸連接到起動離合器22,起動離合器22接著連接到變速器24。起 動離合器22將車輛原動機（vehicle prime movers)連接到動力傳動系統(tǒng)26,動力傳動系 統(tǒng)26包括變速器24、差速器28和車輪16。車輛10的組件按順序彼此相連地布置。在其 它實施例中，在此描述的算法可應(yīng)用于具有其它系統(tǒng)架構(gòu)的混合動力車輛。
[0018] 在其它示例中，下游離合器22是具有旁通離合器的變矩器。接收M/G14的輸入的 是變矩器的泵輪側(cè)，并且從變矩器輸出到變速器24的是渦輪側(cè)。變矩器22利用其流體耦 合傳遞扭矩，并且可根據(jù)泵輪和渦輪之間的滑動量產(chǎn)生扭矩倍增。用于變矩器的旁通或鎖 止離合器可以選擇性地接合，以在泵輪側(cè)和渦輪側(cè)之間建立機械連接，以直接傳遞扭矩。旁 通離合器可滑動和/或打開，以使用變矩器控制通過下游離合器裝置22傳遞的扭矩量。變 矩器還可包括鎖止離合器。
[0019] 發(fā)動機12是直噴發(fā)動機。替代地，發(fā)動機12可以是另一類型的發(fā)動機或原動機 (例如，進氣口噴射（port injection)發(fā)動機或燃料電池）或者使用不同的燃料源(例如，柴 油、生物燃料、天然氣、氫等)。
[0020] 在一些實施例中，車輛10還包括(例如，通過帶或齒輪傳動裝置）運轉(zhuǎn)地連接到發(fā) 動機12的起動電動機(M)30。起動電動機30可用于提供扭矩，以起動發(fā)動機12,而不增加 M/G14的扭矩(例如，對于冷起動和一些高速起動事件)。這樣在發(fā)動機起動期間隔離了 M/ G14,并且當(dāng)扭矩從M/G14向發(fā)動機12傳遞時可消除或降低否則將會發(fā)生的扭矩擾動。
[0021] M/G14與電池（ΒΑΤ?32通信。電池32可以是高壓電池。M/G14可被構(gòu)造為在再 生模式下(例如，當(dāng)車輛動力輸出超出駕駛員需求時)向電池32充電。在一個示例中，例如， 對于具有能夠從外部電網(wǎng)給電池再充電的插電式電動混合動力車輛（PHEV)，電池32被構(gòu) 造為連接到外部電網(wǎng)，外部電網(wǎng)在充電站向電插座供應(yīng)能量。低壓電池也可存在，以向起動 電動機或其它車輛組件提供電力，或者可通過DC/DC轉(zhuǎn)換器提供低壓電力。
[0022] 使用變速器控制單元（TCU) 36等控制變速器24來執(zhí)行換擋規(guī)律(例如，出廠換擋 規(guī)律（production shift schedule))，變速器控制單元（TCU)36等使齒輪箱中的元件連接 和分離，以控制變速器輸出和變速器輸入之間的傳動比。在一個不例中，TCU36還用于控制 電動發(fā)電機箱體34中的M/G14、離合器18、22和任何其它組件。然而，其它控制也可用于控 制這些組件。
[0023] 發(fā)動機控制單元（E⑶)38被配置為控制發(fā)動機12的運轉(zhuǎn)。車輛系統(tǒng)控制器（VSC) 40在T⑶36和E⑶38之間傳輸數(shù)據(jù)并且還與各種車輛傳感器進行通信。用于車輛10的控 制系統(tǒng)42可包括任何數(shù)量的控制器，并且可集成為單個控制器，或者具有多個模塊。一些 控制器或全部控制器可通過控制器局域網(wǎng)（CAN)或其它系統(tǒng)連接?？刂葡到y(tǒng)42可被配置 為在一定數(shù)量的不同狀況中的任何狀況下控制發(fā)動機12、起動發(fā)電機30、電動發(fā)電機組件 34和變速器24的各種組件的運轉(zhuǎn)(包括以消除扭矩擾動和對駕駛員的影響或使扭矩擾動 和對駕駛員的影響最小化的方式)。
[0024] 與內(nèi)燃發(fā)動機中不同，由于在電機中電流與產(chǎn)生的扭矩成正比，所以在電機中的 扭矩估計可準(zhǔn)確地完成。因此，通過使M/G14的扭矩隔離，可確定車輛10的質(zhì)量的準(zhǔn)確測 量?？梢酝ㄟ^各種方式來完成M/G14的扭矩的隔離。在一個實施例中，VSC40或在控制系 統(tǒng)42中的控制器的組合可被配置為將發(fā)動機12的扭矩保持在低于駕駛員需求水平的恒定 水平達一段時間，同時其余需求的扭矩的平衡通過M/G14提供。例如，所述測量可在車輛從 停止開始加速(啟動）的同時執(zhí)行。在一個實施例中，所述測量在第一啟動期間執(zhí)行。由于 發(fā)動機12的扭矩保持恒定，加速度的改變可以根據(jù)與電流成正比的M/G14的扭矩的變化來 測量。測量經(jīng)歷的時間段(例如，發(fā)動機12的扭矩保持恒定的時間)可根據(jù)駕駛員的需求扭 矩而被校準(zhǔn)，以避免影響性能（performance)。
[0025] 在替代的實施例中，當(dāng)車輛10通過離合器18使發(fā)動機12分離而在純電動模式下 運轉(zhuǎn)時，可執(zhí)行M/G14的扭矩測量。例如，所述測量可在車輛10啟動的同時執(zhí)行。在一個 實施例中，所述測量可在第一啟動期間執(zhí)行。在另一實施例中，當(dāng)車輛10減速和啟用再生 制動時，可執(zhí)行M/G14扭矩測量。
[0026] 在至少一個實施例中，可使用在時間一和時間二處的測量值根據(jù)下面示出的方程 式計算車輛質(zhì)量。在至少一個實施例中，可使用在兩組兩個緊密間隔的時間點處的測量值 根據(jù)下面示出的方程式來計算車輛質(zhì)量。在下面的方程式中，變量被定義如下：F t是車輛的 牽引力；m是車輛質(zhì)量;A是車輛的加速度；Ra是空氣動力學(xué)阻力；Rrl是滾動阻力；R g是上坡 阻力；Rt是輪胎損耗；Eng_Tq是發(fā)動機扭矩；EM_Tq是電機扭矩；Tc_Mult是變矩器的扭矩 放大倍數(shù)；K (V)是速度函數(shù)的系數(shù)(例如，最終傳動比乘以最終驅(qū)動效率，除以輪胎半徑）； Gr_Rat是包括最終軸（final axle)的齒輪速比。
[0027] 方程式 1 :Ft=mA+Ra+Rrt+Rg+Rt(R a+Rrt+Rg+Rt 可被稱為"道路載荷"）
[0028] 方程式2 (V是車速，心-常數(shù)）
[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]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于車輛質(zhì)量控制包括電機的車輛的方法，所述方法包括： 在電機速度改變期間，測量電機在兩個不同瞬時消耗的電流； 基于測量的電流計算車輛的質(zhì)量； 根據(jù)計算的質(zhì)量控制車輛的運轉(zhuǎn)。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，控制步驟包括：根據(jù)計算的質(zhì)量控制四輪驅(qū)動控制 系統(tǒng)、變速器控制系統(tǒng)、穩(wěn)定控制系統(tǒng)和制動器系統(tǒng)中的至少一個。
3. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括：在電機速度改變期間保持恒定的發(fā)動 機推進扭矩。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括：使車輛的發(fā)動機斷開連接，以使發(fā)動機 在電機速度改變期間不提供推進扭矩。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，所述方法還包括：追蹤車輛行駛的距離和車輛對應(yīng)于所 述行駛的距離的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)，并將所述行駛的距離和輪胎轉(zhuǎn)數(shù)與存儲的數(shù)據(jù)進行比較，所述 存儲的數(shù)據(jù)與以給定的車輛質(zhì)量行駛的距離的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)相對應(yīng)，其中，根據(jù)計算的質(zhì)量控 制車輛的運轉(zhuǎn)包括：根據(jù)所述比較調(diào)節(jié)車輛的運轉(zhuǎn)。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述存儲的數(shù)據(jù)還包括與以多個車輛質(zhì)量行駛的 距離的輪胎轉(zhuǎn)數(shù)相對應(yīng)的數(shù)據(jù)。
7. 如權(quán)利要求5所述的方法，所述方法還包括基于所述測量的電流和所述比較中的至 少一個檢測連接到車輛的牽引的物體的存在。
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中，如果檢測到不存在牽引的物體，則基于所述測量的 電流建立用于調(diào)節(jié)車輛的運轉(zhuǎn)的校正因子。
【文檔編號】B60W20/00GK104044573SQ201410090870
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月12日
【發(fā)明者】費列克斯·納多瑞茲夫, 姜洪, 馬修·約翰·謝爾頓, 丹尼爾·科爾文, 戴征宇, 羅杰·萊爾·哈弗馬斯特 申請人:福特全球技術(shù)公司