传动系输入转矩控制系统的制作方法

本发明大体上涉及汽车，并且更具体地涉及包括在汽车中的动力系系统。

背景技术：

车辆动力系系统包括经由曲轴向变速器输出驱动转矩的发动机。变速器通常包括行星齿轮装置。调整呈旋转和固定离合器和带式制动器这二者的形式的多个转矩传输机构以便将由发动机产生的驱动转矩变换为多个前进档速比和后退驱动。常规的动力系系统通常向这些元件中的每个元件以及变速器中的轴分配最大转矩容量，当超过该最大转矩容量时可不利地影响或甚至损坏动力系的操作。因此，常规的动力系系统根据固定或静态转矩滑动值操作。

车辆滑移转矩通常限定为在轮胎接触路面(即，“接触面”)的时刻产生大于相反静摩擦力的驱动力所需要的转矩(即，围绕讨论中的轮轴的车轴、半轴等的转矩)。克服摩擦力(静摩擦力)将造成牵引损耗。如果归因于静摩擦的摩擦力被滑移转矩克服，那么轮胎与接触轮胎的地面之间的相互作用将取决于这二者的运动摩擦特性。通常，发动机和变速器与固定滑移转矩值匹配使得由变速器输出的转矩(即，传递至各个传动系部件的输入转矩)不会超过最大滑移转矩值，这与当前车辆场景无关。

技术实现要素：

在至少一个非限制性实施例中，具有动力系控制系统的车辆包括(例如)配置成产生转矩的内燃机以及向该车辆的至少一个传动系部件输送转矩的变速器。至少一个电子传感器配置成输出指示该车辆的至少一个操作参数的信号。该动力系控制系统进一步包括车辆场景检测模块和电子控制模块。该车辆场景检测模块基于该至少一个操作参数确定该车辆的当前车辆场景。该电子控制模块基于该至少一个操作参数确定当前车辆场景以基于该当前车辆场景主动地实时确定有效滑移转矩值。该控制模块进一步产生转矩限制控制信号，其基于该有效滑移转矩值调整该车辆的动力系系统的操作。

在另一个非限制性实施例中，车辆动力系控制系统包括至少一个电子传感器和电子车辆场景检测模块。该电子传感器配置成输出指示该车辆的至少一个操作参数的信号。该车辆场景检测模块包括计算机处理器，该车辆场景检测模块配置成基于该至少一个操作参数确定该车辆的当前车辆场景。该车辆动力系控制系统进一步包括具有计算机处理器的转矩限制模块，其配置成基于该当前车辆场景主动地实时确定有效滑移转矩值。该转矩限制模块进一步配置成产生转矩限制控制信号，其基于该有效滑移转矩值调整包括在该车辆上的动力系系统的操作。

在又一非限制性实施例中，控制包括在车辆中的动力系系统的方法包括经由发动机或马达产生转矩以驱动该车辆，以及经由变速器向该装置的至少一个传动系部件输送该转矩。该方法进一步包括输出指示该车辆的至少一个操作参数的电子信号。该方法进一步包括基于该至少一个操作参数确定该车辆的当前车辆场景，以及基于该当前车辆场景主动地实时确定有效滑移转矩值。该方法进一步包括基于该有效滑移转矩值调整该车辆的动力系系统的操作。

上述特征和优点以及本发明的其它特征和优点从结合附图取得的本发明的以下详细描述能够容易显而易见。

附图说明

其它特征、优点和细节仅举例而言在实施例的以下详细描述中显而易见，该详细描述参考附图，其中：

图1是根据非限制性实施例的包括配置成基于当前车辆场景调节输入转矩的动力系控制系统的框图；

图2a说明其中车辆位于扁平或基本上扁平路面上的第一车辆场景；

图2b说明其中车辆位于斜面上的第二车辆场景；

图3是根据非限制性实施例的配置成基于车辆场景控制车辆的动力系系统的电子制动控制模块(ebcm)的框图；以及

图4是根据非限制性实施例的说明控制包括在车辆中的动力系系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述仅仅具有示例性本质并且并无限制本发明、其应用或用途的意图。应当理解的是，在附图中，对应的元件符号指示相同或对应的部分和特征。

意图保护传动系部件免于高转矩输入(即，高发动机和/或变速器输出)的常规解决方案依赖于基于用于给定车辆/轮轴的相应滑移转矩计算确立的固定或静态输入转矩。这些常规的固定或静态滑移转矩值是基于通过cae分析或根据车辆级别发展测试确定的最坏情况场景数据而计算。例如，一旦已经确立所得最坏情况场景滑移转矩值，比较它们与相关传动系部件的容量并且使用它们来确定通过各种控制方法管理的固定传动系输入转矩。此方法存在主要缺陷，因为固定滑移转矩值无法解释实际最坏情况场景滑移转矩和/或其可造成车辆性能的不必要损耗。

不同于利用固定或静态滑移转矩值的常规动力系系统，本发明的至少一个实施例减小应力并且旨在使用有效测量系统值作为描述滑移转矩值如何关于车辆的场景变化的等式来保护传动系部件免于高转矩输入。车辆场景可以包括但不限于道路/路面坡度和车辆所处的方向。例如，由于车辆暴露于给定方向上的给定坡度，(轮轴之间的)重量分布将发生改变，这意味着每个轮轴的滑移转矩值关于坡度和行驶方向增大或降低。当车辆在相对水平面上时，可确定或测量车辆负荷容量(例如，总轮轴重量额定值)。然而，由于车辆受到给定坡度影响，轮轴重量可超过最大标出重量额定值。因此，可导致高于期望滑移转矩值，从而可造成归因于高于期望牵引力而引发传动系部件故障。

在至少一个实施例中，可获得各种车辆特性以确定当前车辆场景。例如，各个车辆传感器可以确定车辆的特性，其包括但不限于横摆率、横向加速度、纵向加速度、方向盘角度、所有四个车轮的旋转方向和/或所有四个车轮的转速。车辆特性可用于确定当车辆场景，诸如(例如)车辆正操作的道路/路面倾斜度(以度表示)。根据非限制性实施例，道路/路面坡度的可测量范围约为负(-)45°至正(+)45°。该范围的精确度通常取决于车速和相关测量的分辨率/舍入。此系统的当前可测量范围和精确度将足以主动地计算实时滑移转矩值并且主动地确定相应的传动系输入转矩极限。当该当前车辆场景期间的滑移转矩超过滑移转矩阈值时，该动力系系统可以起始一个或多个输入转矩限制措施。存在其中可管理传动系输入转矩的若干操作，包括(但不限于)调整发动机输出转矩、调整变速器输出转矩以及控制分动箱的操作以便调整辅助输出转矩(如果车辆配备有主动分动箱和/或具有支持离合器能力)。以此方式，在各种车辆场景期间可将车辆的转矩效率最大化，由此提高车辆的整体性能。

现在参考图1，说明根据非限制性实施例的包括配置成主动地控制传动系输入转矩的动力系控制系统102的车辆100。车辆100根据动力系系统驱动，在某些实例中，该动力系系统包括内燃机104、变速器108和分动箱110。内燃机104配置成使用车辆传动系的各个部件产生驱动前轮112和后轮114的驱动转矩。车辆传动系可以理解为包括排出发动机104的各个动力系部件。根据非限制性实施例，驱动转矩经由可旋转曲轴(未示出)输送至变速器108。因此，供应至变速器108的转矩可以通过控制发动机104的操作来调整。内燃机104可以包括但不限于柴油机、汽油机以及电动机或混合动力发动机(即，组合式汽油-电动机)。该车辆可以进一步包括转向系统，其包括配置成调整车轮的横向角度(即，将前轮112和/或后轮114转向，如本领域一般技术人员所理解)的方向盘115。

变速器108响应于调整一个或多个离合器而将由发动机104产生的驱动转矩变换为多个前进档速比和后退驱动。变速器108可以包括其中手动调整(即，由驾驶员换挡)离合器的手动变速器或包括变矩器，以响应于车辆100的驱动条件而自动调整离合器的自动变速器。分动箱110联接至变速器108并且配置成使用轮轴和驱动轴的组合将已变换的转矩输出从变速器108分别输送至前轮112和后轮114。例如，后驱动轴116向后差速器机构118传递已变换的转矩。后差速器机构118经由一个或多个后轮轮轴120向后轮114差动地输送已变换的驱动转矩。在实施例中，左后轮114经由左后轮轮轴120a可旋转地联接至后差速器118，且右后轮114经由右后轮轮轴120b可旋转地联接至后差速器118。在至少一个实施例中，后差速器机构118配置成选择性地向左后轮114传递第一已变换转矩且向右后轮114传递不同的第二已变换转矩。

前驱动轴122向前差速器机构124传递已变换转矩。前差速器机构124经由一个或多个前轮轮轴126向前轮112差动地输送已变换的驱动转矩。在实施例中，左前轮112经由左前轮轮轴126a可旋转地联接至前差速器124，且右前轮112经由右前轮轮轴126b可旋转地联接至前差速器机构124。在至少一个实施例中，前差速器机构124配置成选择性地向左前轮112传递第一已变换转矩且向右前轮112传递不同的第二已变换转矩。

分动箱110还配置成同步前轮112和后轮114的旋转之间的差异。例如，分动箱110在选择双轮驱动操作模式时向后驱动轴116输送转矩，并且在选择四轮驱动操作模式时同时向后驱动轴116和前驱动轴122输送转矩。

在操作期间，车辆100可以不断实现改变车辆场景。改变车辆场景包括(但不限于)改变车辆100的定向(即，从水平面改变为给定路面坡度)、改变车辆100上的重心、改变重量分布和/或改变滑移转矩值。因此，车辆100易受可施用应力于或损坏各个传动系部件的高输入转矩影响。常规的动力系控制系统根据固定传动系输入转矩极限而操作。例如，固定滑移转矩值，以保护传动系部件免于可能的高输入转矩。然而，由于车辆经历改变车辆场景，这些固定转矩极限并未得以有效地采用。因此，车辆性能会不必要地受到限制。

不同于常规的动力系控制系统，本发明的至少一个实施例提供配置成基于当前车辆场景(诸如，例如路面坡度和/或车辆的定向)主动地控制传动系输入转矩(即，变速器输出)的动力系控制系统102。以此方式，在各种车辆场景期间可以主动地提供适当的输入转矩。另外，可避免对输入转矩的不必要的限制以便提高整体车辆性能。

参考图3且继续参考图2，车辆100提供包括电子控制模块(诸如(例如)与监测车辆100的一个或多个特性或操作参数的一个或多个电子传感器202a至202c进行信号通信的电子制动控制模块(ebcm)200)的动力系控制系统。传感器202a至202b可以包括(但不限于)转向系统传感器202a、前轮传感器202b和后轮传感器202c。由传感器202a至202c提供的数据可以用于确定车辆100的各个驾驶特性或操作参数。例如，转向系统传感器202a配置成监测前轮112和/或后轮114的角度。前轮传感器202b配置成监测前轮112的转速、加速度/减速度和/或方向(即，前进/后退)。以类似方式，后轮传感器202c配置成监测后轮114的转速、加速度/减速度和/或方向(即，前进/后退)。虽然单个传感器202a至202c示为分别对应于前轮112和后轮114，但是应当明白的是，相应车轮传感器可以监测每个车轮。

除直接由传感器202a至202c提供的数据外，ebcm200配置成计算一个或多个另外的驾驶特性或操作参数。例如，ebcm200可利用由前轮传感器202b和/或后轮传感器202c提供的速度和或加速度数据以确定车辆100的横向加速度、车辆100的纵向加速度和/或车辆100的横摆率。在至少一个实施例中，车辆100可以包括惯性测量单元(imu)，其配置成使用加速度计、陀螺仪和/或磁力计的组合测量并且确定由车辆100实现的速度、定向和/或重力。由imu(图1中未示出)采集的数据可以传送至ebcm200使得可如下文更详细讨论般确定车辆100的环境、车辆100的一个或多个驾驶场景。imu还可以根据全球定位卫星(gps)数据操作。gps数据继而可传送至ebcm200。因此，ebcm200可使用包括(但不限于)推算定位的各种方法确定车辆100的位置。

基于来自传感器202a至202c和/或imu的数据输出，电子ebcm200配置成确定车辆100的环境和/或车辆100的一个或多个场景。ebcm200还配置成识别可易受由当前环境和/或当前驾驶场景引起的过度应力影响的一个或多个传动系部件。以此方式，车辆ebcm200可主动地产生转矩限制控制信号，其调整施用至传动系系统(例如，分动箱、前差速器、后差速器等)的输入转矩以防止施用应力于或损坏一个或多个传动系部件。例如，可通过调整变速器中的离合器、控制变矩器和/或控制发动机来限制输入转矩。

例如，ebcm200可以从imu接收指示车辆100位于陡坡或斜坡上的定向数据，并且可以从一个或多个车轮传感器202b至202c接收指示车辆100正向后移动的数据。以此方式，ebcm200确定车辆100正尝试后退至陡峭斜面上，这继而将在前轮轮轴126a至126b上产生过度应力。为了尝试减小前轮轮轴126a至126b上的应力，ebcm200输出转矩限制控制信号，其限制传递至前差速器124的转矩。传递至前差速器124的转矩可以各种方式实现，该各种方式包括(但不限于)控制发动机104的操作，和控制变速器108的操作，和/或控制分动箱110以便限制传递至差速器的转矩。

另外，ebcm200可以识别易受过度应力影响的特定传动系部件。在至少一个实施例中，例如，ebcm200从转向传感器202a接收指示前轮112转弯的数据，由此在右前轮112上放置例如多于左前轮112的应力。在此情况中，与前左轮相比，ebcm200可以施用更多转矩限制于右前轮。以此方式，可以减小右前轮和/或右前轮轴上由输入转矩引起的过度应力。

转向图2a至2b，其是说明存在于各个车辆场景中的静态平衡处的车辆100的非限制性图。该图说明随着车辆定向根据不同地面坡度改变而由前轮轴和后轮轴实现的法向力。参考图2a，说明其中车辆100位于扁平或基本上扁平地面206上的第一车辆场景。在此实例中，施用至前轮112的前法向力(ff)和施用至后轮114的后法向力(fr)平行或基本上平行于由车辆100实现的法向重力(w)，但是施用在与法向重力(w)相反的方向上。另外，法向重力(w)、前法向力(ff)和后法向力(ff-fr)也垂直或基本上垂直于地面206。在至少一个实施例中，车辆100的定向可以经由im提供至ebcm200。可以如下描述由第一场景中的车辆100实现的各种力：

车辆100的水平方向上(例如，沿着x轴)的力的和为零，即，∑fx＝0，其中ffr＝0；

车辆100的垂直方向上(例如，沿着z轴)的力的和为零，即，∑fz＝0，其中ff+fr-w＝0；以及

围绕车辆100的点α的力矩和为零，即，∑mα＝0，其中[fr*(β+δ)-w*β]＝0。项β是指前车轮轮轴126与车辆100的重心208之间的距离，且项δ是指后车轮轮轴120与车辆100的重心208之间的距离。

现在参考图2b，说明其中车辆100位于斜面210上的第二车辆场景。在此实例中，施用至前轮112的前法向力(ff)和施用至后轮114的后法向力(fr)仍然垂直或基本上垂直于斜面208，但不再平行或基本上平行于法向重力(w)。在至少一个实施例中，车辆的力和定向可以经由imu提供至ebcm200。可以如下描述由第二场景中的车辆100实现的各种力：

车辆100的水平方向上(例如，沿着x轴)的力的和为零，即，∑fx＝0，其中ffr-(w)sin(θ)＝0；

车辆100的垂直方向上(例如，沿着z轴)的力的和为零，即，∑fz＝0，其中ff-(w)cos(θ)＝0；以及

围绕车辆100的点α的力矩和为零，即，∑mα＝0，其中[(ff)(β+δ)+(w)sin(θ)*γ-(w)cos(θ)(β)]＝0。项β是指前车轮轮轴126与车辆100的重心208之间的距离，且项δ是指后车轮轮轴120与车辆100的重心208之间的距离。项γ是指重心208与关于a加总的力矩处的任意点之间的竖直(垂直)距离。

转向图3，说明根据非限制性实施例的配置成基于车辆100经历的各个车辆场景主动地限制传动系输入转矩的ebcm200。ebcm200包括电子车辆场景检测模块300和转矩限制模块302。车辆场景检测模块300配置成基于由相应的车辆传感器202a至202c和/或imu304提供的数据来主动地确定一个或多个车辆场景。

例如，转向系统传感器202a可以输出指示方向盘115的旋转角的转向信号306。以此方式，车辆场景检测模块300可以确定前轮和/或后轮是否转弯。前轮传感器202b可以输出指示前轮112的转速的前轮速度信号308。前轮传感器202b还可以输出指示前轮112的方向(即，前进或后退)的前轮方向信号310。以此方式，车辆场景检测模块300可确定前轮112的速度，以及车辆和/或一般来说车辆100的前端的移动方向。类似地，后轮传感器202c可以输出指示后轮114的转速的后轮速度信号312。后轮传感器202c还可以输出指示后轮114的方向(即，前进或后退)的后轮方向信号314。以此方式，车辆场景检测模块300可确定后轮114的速度，以及车辆和/或一般来说车辆100的后端的移动方向。imu304可以输出指示车辆100的各个特性或参数的一个或多个惯性信号316，该特性或参数包括(但不限于)横向加速度、纵向加速度、横摆率、关于驾驶路面重力的车辆角度以及gps数据。因此，车辆场景检测模块300可确定车辆100的各个场景，包括(但不限于)关于驾驶路面的车辆定向、车辆100的倾斜角、倾斜强度以及施用至一个或多个传动系部件的应力。

车辆场景检测模块300与转矩限制模块302进行信号通信，并且基于由信号306至316提供的数据产生指示车辆的当前场景的车轮-路面信号318(例如，一个或多个车轮关于驾驶路面的角度)。例如，车辆场景检测模块300可以确定其中车辆正向后移动至陡峭斜面上(这继而将在诸如(例如)前轮轮轴、前轮轴承、前差速器、前驱动轴等各个传动系部件上产生过度应力)的场景。车辆场景检测模块300接着可以产生指示前轮和/或后轮的当前倾斜度以及车辆的移动方向的车轮-路面信号318。转矩限制模块302接收车轮-路面信号318并且主动地计算有效滑移转矩值。在至少一个实施例中，有效滑移转矩值与前轮和/或后轮相关联。

比较滑移转矩值与由转矩限制模块302确定的滑移转矩阈值。当滑移转矩值超过滑移转矩阈值时，转矩限制模块302输出一个或多个转矩限制控制信号320，其控制(例如，限制)动力系系统322以便限制车轮的传动系系统的一个或多个传动系部件的输入转矩。例如，转矩限制模块302可输出一个或多个转矩限制控制信号，其修改发动机104的操作、使变速器108的离合器滑动、由分动箱110控制转矩分布和/或分别控制后差速器118和/或前差速器124的操作，以调整来自变速器108的转矩输出，即，传递至传动系系统的输入转矩。因此，不同于无关于车辆的当前场景(例如，车辆的倾斜角)而均采用静态或固定滑移转矩限制值的常规车辆系统，至少一个实施例主动地确定车辆的当前场景，诸如车轮关于驾驶路面的倾斜角或坡度，并且基于车辆的当前场景主动地实时产生滑移转矩值。

在至少一个实施例中，转矩限制模块302配置成基于车辆的当前场景主动地调整滑移转矩阈值。例如，转矩限制模块302可响应于指示车辆位于扁平或基本上扁平路面上的车轮-路面信号318而产生第一滑移转矩阈值。然而，当车辆移动至斜面时，转矩限制模块302可以确定关于一个或多个车轮的倾斜度，并且基于由车轮-路面信号318指示的倾斜度计算调整的(即，不同的)滑移转矩阈值。

在至少一个实施例中，转矩限制模块302可以产生用于每个单独传动系部件和/或每个车轮(例如，前左轮、前右轮、后左轮和后右轮)的单独滑移转矩阈值。例如，转矩限制模块可以产生对应于第一传动系部件(例如，后差速器118)的第一滑移转矩值以及对应于第二传动系部件(例如，前差速器124)的不同第二滑移转矩值。以此方式，转矩限制模块302可基于如上所述的车辆的当前场景主动地调整彼此独立的每个滑移转矩阈值。因此，转矩输出效率与利用静态或固定转矩滑移限制系统的常规车辆动力系系统相比大大提高。

在至少一个实施例中，该动力系控制系统可以响应于检测到故障状况而恢复默认固定转矩值。例如，如果存在有效输入信号或输入信号故障，那么ebcm200可以默认为经由最坏情况场景滑移转矩值确定的固定传动系输入转矩极限(诸如如何确立当前传动系输入转矩极限)。

现在转向图4，说明根据非限制性实施例的控制包括在车辆中的动力系系统的方法。该方法开始于操作400和操作402：确定车辆的前轮和/或后轮的车轮角度。根据非限制性实施例，该车轮角度是基于车辆方向盘的旋转角。在操作404处，确定前轮和/或后轮的旋转方向。在操作406处，确定前轮和/或后轮的转速。例如，可以使用联接至一个或多个车轮的传感器确定旋转方向和/或转速。在操作408处，确定车辆的惯性数据。该惯性数据可以由imu提供并且可以包括(但不限于)横向加速度、纵向加速度、横摆率、关于驾驶路面的车辆角度、重力以及gps数据。

转向操作410，基于车轮角度、轮速、车轮旋转和/或惯性数据确定当前车辆场景。在操作412处，基于车辆场景确定滑移转矩数据。当滑移转矩数据等于或小于滑移转矩阈值141时，在操作416处维持当前输入转矩，且该方法结束于操作418。然而，当滑移转矩数据超过滑移转矩阈值时，在操作420处识别易受应力影响或损坏的一个或多个传动系部件。在操作422处，调制或调整输入转矩以便减小或防止对一个或多个传动系部件的损坏，且该方法结束于操作418。

因此，上述各种非限制性实施例提供配置成基于当前车辆场景(诸如，例如路面坡度和/或车辆的定向)主动地控制传动系输入转矩(即，变速器输出)的动力系控制系统。以此方式，与常规动力系系统相比，在各种车辆场景期间可以主动地提供适当的输入转矩。另外，可避免对输入转矩的不必要的限制以便提高转矩输出效率并且提高整体车辆性能。

上述各个实施例仅仅具有示例性本质并且并无限制本发明、其应用或用途的意图。应当理解的是，在附图中，对应的元件符号指示相同或对应的部分和特征。如本文所使用，术语模块是指可以包括专用集成电路(asic)、电子电路、硬件计算机处理器(共享、专用或成组)以及执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路、微控制器和/或提供所述功能性的其它合适部件的处理电路。

虽然已参考示例性实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以作出各种改变且等同物可以被其元件取代。另外，在不脱离本发明的本质范围的情况下，可以作出许多修改以使特定情形或材料适应于本发明的教导。因此，预期本发明不限于所公开的特定实施例，但是本发明将包括落在申请范围内的所有实施例。