CN111301162A - 提供再生制动反馈的加速踏板 - Google Patents

Abstract

提供了一种与电动车辆的加速踏板一起使用的反馈系统，其中所述踏板在完全踩下位置和完全释放位置之间可调，且空档踏板位置位于完全踩下和完全释放位置之间。当踏板位于空档位置时，车辆动力传动系不会施加任何扭矩；当踏板位于空档位置和完全踩下位置之间时，车辆动力传动系施加驱动扭矩；并且当踏板位于空档位置和完全释放位置之间时，车辆动力传动系施加制动扭矩。反馈系统根据可用的再生制动扭矩自动设置加速踏板的完全释放位置。

Description

提供再生制动反馈的加速踏板

技术领域

本发明总体上涉及一种车辆，并且更具体地涉及一种加速踏板机构的设计和配置，所述加速踏板机构向用户提供与可用的再生制动扭矩的量有关的反馈。

背景技术

在使用内燃发动机(ICE)的常规车辆中，加速踏板的功能非常简单。具体而言，当驾驶员踩下加速踏板时，汽车将加速；当驾驶员将加速踏板保持在特定位置时，汽车速度保持稳定(假设水平道路或倾斜度均匀的道路)；当驾驶员释放加速踏板上的压力时，汽车减速，减速的速率取决于发动机是否位于档位、倾斜程度、车辆重量等。假设驾驶员希望以更快的速率减速，他们可以踩下制动踏板，从而启动基于摩擦的制动系统，从而进一步减速。

在混合动力和电动车辆中，除了常规的基于摩擦的制动系统之外，车辆通常还利用某种形式的再生制动。再生制动系统利用车辆的电动机在减速过程中发电，从而使系统能够在为汽车减速的同时为电池组部分充电。不幸的是，虽然再生制动系统比常规的基于摩擦的制动系统更节能，因为它允许重新捕获能量，而不是通过热量损失能量，但它并非没有缺点。具体地，来自再生制动系统的可用制动扭矩不断变化，因为它与当前电池状况(例如，最大电池充电电流、电池充电状态(SOC)、电池温度)和最大发动机扭矩相关联。因此，即使当驾驶员保持恒定的加速踏板位置时，制动扭矩的量也可能变化。这种不一致的踏板/制动特性通常会导致驾驶员不适。

因此，需要一种加速踏板系统，该加速踏板系统通过提供基于可用的再生制动扭矩的反馈来帮助减轻一些驾驶员在EV减速期间感到的不适。本发明提供了这种加速踏板反馈系统。

发明内容

本发明提供了一种车辆加速踏板组件，其包括：(i)在第一踏板位置和第二踏板位置之间可调的加速踏板，其中第一踏板位置对应于完全踩下的加速踏板，并且第二踏板位置对应于完全释放的加速踏板；(ii)机械地联接到加速踏板的致动器，该致动器被构造成接收多个控制信号，并且响应于多个控制信号中的每一个，以在第一加速踏板释放位置和第二加速踏板释放位置之间的位置范围内调节加速踏板的第二踏板位置；和(iii)致动器控制单元，该致动器控制单元被构造成将多个控制信号中的每一个传送至致动器，其中致动器控制单元在第一加速踏板释放位置和第二加速踏板释放位置之间的位置范围内选择特定的加速踏板释放位置。

一方面，空档踏板位置位于加速踏板的第一和第二踏板位置之间。当加速踏板位于空档踏板位置时，车辆动力传动系施加0％的扭矩。当加速踏板位于空档踏板位置和第二踏板位置之间时，车辆动力传动系施加制动扭矩。当加速踏板位于第一踏板位置和空档踏板位置之间时，车辆动力传动系施加驱动扭矩。

在另一方面，致动器控制单元可以被构造为确定可用的再生制动扭矩并且基于可用的再生制动扭矩来选择特定的加速踏板释放位置。可以相对于当前车速、预定踏板扭矩图、动力传动系特性集(a set of power train characteristics)和/或电池组特性集(aset of power train characteristics)来确定可用的再生制动扭矩。

在另一方面，车辆动力传动系特性集可以包含在查找表中，该查找表被保存在致动器控制单元可访问的存储器中。致动器控制单元可以被构造为基于车辆动力传动系特性集和当前车速来确定可用的再生制动扭矩。

通过参考说明书的其余部分和附图，可以实现对本发明的本质和优点的进一步理解。

附图说明

应该理解的是，附图仅用于说明而非限制本发明的范围，并且不应视为按比例绘制。另外，在不同附图上的相同附图标记应被理解为指代相同部件或具有相似功能的部件。

图1提供了最大再生制动扭矩对车速的图形表示；

图2示出了用于现有技术EV构造的加速踏板的操作特性，其中在踏板释放期间发生再生制动；

图3提供了在典型的现有技术的EV中以20mph行驶时加速踏板特性的图形表示；

图4A至图4D示出了用于示例性加速踏板的本发明，其中每个图对应于相同EV的特定时间点，并且其中驾驶员可使用不同量的再生制动扭矩。

图5图形化地示出了对于图4A-4D所示的示例性实施方式，在完全释放时的加速踏板位置对可用的再生制动扭矩的关系。；

图6提供了在本发明的至少一个实施方式中使用的主要部件、组件和子系统的框图；

图7A-7C示出了当与地板式加速踏板一起使用时，踏板致动器的三个不同的潜在安装位置；

图8A-8C示出了当与悬吊式加速踏板一起使用时，踏板致动器的三个不同的潜在安装位置；和

图9图示了预定的踏板扭矩图，该预定的踏板扭矩图在车辆停止时以预设的低速减小制动扭矩以实现零再生制动。

具体实施方式

如本文所使用的，单数形式“一个”、“一种”和“该”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。如本文中所使用的，术语“包括(comprises/comprising)”，和/或“包含(includes/including)”指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但是不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、部件和/或其组。如本文所使用的，术语“和/或”和符号“/”旨在包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。另外，尽管本文可以使用术语第一、第二等来描述各种步骤或计算，但是这些步骤或计算不应受到这些术语的限制，而是这些术语仅用于将一个步骤或计算与另一步骤或计算区分开。例如，第一计算可以称为第二计算；类似地，第一步骤可以称为第二步骤；类似地，在不脱离本公开的范围的情况下，第一部件可以被称为第二部件。如本文所使用，术语“电池组”是指一个或多个电互连以实现期望的电压和容量的电池。术语“电动车辆”和“EV”可以互换使用，并且可以指的是全电动车辆、插电式混合动力车辆(也称为PHEV)或混合动力车辆(也称为HEV)，混合动力车辆利用多种推动来源，包括电力驱动系统。如本文中所使用的，“驱动扭矩”是指沿行进方向施加的扭矩，而“制动扭矩”是指沿与行进方向相反的方向施加的扭矩。因此，如果汽车在向前方向上行进，则驱动扭矩是指促进和维持汽车的向前运动的发动机扭矩，而制动扭矩是指在相反方向上施加以使汽车减速的发动机扭矩。类似地，如果汽车在向后方向上行进，则驱动扭矩是指促进并维持汽车向后运动的发动机扭矩，而制动扭矩是指在相反方向施加以引起汽车向后减速运动的发动机扭矩。

图1图示了相对于示例性EV的车速的最大再生制动扭矩。如曲线101所示，在低车速下，最大可用再生制动扭矩相当高，即大约-42％。在这些低速下，制动扭矩主要受EV的发动机限制，并因此保持相对恒定。曲线的这一方面由部分103表示。对于该特定的EV，在车辆达到大约30mph的速度后，最大可用再生制动扭矩开始逐渐减小(即，曲线101的部分105)。曲线部分105中显示的扭矩减小是由于车辆电池组的限制。注意，对于该曲线，假设再生系统将永远不会产生比电池组中可存储的能量更多的能量，即，电池组SOC始终小于100％。因此，影响曲线101的电池限制主要基于最大充电功率。

图2和图3示出了用于经由加速踏板向驾驶员提供再生制动的普通方法。图2中所示的是加速踏板201，其运动范围介于完全踩下(即，100％踩下，显示为位置203)和完全释放(即，0％踩下，显示为位置205)之间。在完全踩下位置与完全释放位置之间是部分踩下踏板位置207。在该示例中，部分踩下位置207的踏板踩下率为30％。

图3图示了典型的现有技术EV以20mph行驶时的加速踏板特性，该图具体示出了动力传动系扭矩需求与加速踏板位置的关系。当踏板201位于部分踩下的踏板位置207时，动力传动系不产生扭矩。该位置通常称为空档点(neutral point)。如果驾驶员朝向完全踩下位置203踩下踏板并超过空档位置(neutral position)，则动力传动系产生驱动扭矩并且汽车加速。如果驾驶员释放踏板并超过空档位置，即朝向和/或包括完全释放位置205，则动力传动系产生制动扭矩并且汽车减速(即，再生制动导致车辆减速)。

尽管上述加速踏板的构造确实允许驾驶员至少在有限程度上利用一种踏板驱动，但是由于可用再生扭矩的变化，该系统并未向驾驶员提供一致的反馈。例如，基于该示例性系统，如果驾驶员在以20mph行驶时完全释放踏板，则动力传动系将产生大约-150Nm的制动扭矩。但是，如果驾驶员在以60mph行驶时将踏板释放到相同位置，则动力传动系将仅产生大约-100Nm的制动扭矩(即，如图1所提供的最大可用制动扭矩)。如果驾驶员保持该踏板位置，会发生的问题是甚至更具争议的。具体而言，通过保持该踏板位置，当车辆从60mph减速时，制动扭矩量将增加。这种一致性的缺乏会使所有人的驾驶体验变得不那么愉快，也给所有人带来更多的困难，相对年老的驾驶员，尤其是对于新驾驶员，以及仅偶尔驾驶的用户，因此可能会发现这种踏板构造不如传统的基于ICE的车辆加速踏板构造直观。

为了克服传统的EV加速踏板中缺乏一致性的问题，本发明基于可用的再生制动扭矩来控制加速踏板在完全释放时的位置。结果，向驾驶员提供了关于可用再生制动扭矩的直接且恒定的反馈。

图4A至图4D示出了用于示例性加速踏板401的本发明，其中这些附图中的每一个对应于相同EV的特定时间点，并且其中驾驶员可获得不同量的再生制动扭矩。为了说明的目的并帮助阐明本发明，在每个图中，驾驶员的脚403都显示在相同的位置，而不是放在加速踏板的面上。如本文中详细描述的，致动器405定位踏板的释放位置，即，在0％踩下的踏板完全释放的踏板位置。由致动器405提供的释放位置基于可用的再生制动扭矩，该再生制动扭矩又基于电池组特性、动力传动系特性和车辆特性(例如，车速)。注意，释放踏板位置是相对于空档踏板位置407给出的，其中空档踏板位置被定义为动力系不施加任何扭矩(即，既不是正扭矩也不是负扭矩)的位置。

在图4A中，完全释放的踏板的位置409在其最外侧位置，即，踏板位置409与空档踏板位置407之间的距离411最大。在优选实施方式中，该位置向驾驶员指示最大的再生制动扭矩是可用的。因此，对于图1所示的系统，此踏板位置将对应于曲线101的部分103。

在图4B中，完全释放的踏板的位置413在其最低位置，即完全释放的踏板位置(即位置413)和空档踏板位置(即位置407)之间没有差异。在优选实施方式中，该位置向驾驶员指示没有可用的再生制动扭矩。

在图4C和4D中，可用的再生制动扭矩在0％(即，图4B所示的踏板位置413)和最大可用的再生制动扭矩(即，图4A所示的踏板位置409)之间。在图4C中，完全释放的踏板位置(即，位置415)比图4D所示的完全释放的踏板位置(即，位置417)更靠近踏板位置409，表明在图4C所示的时间点与图4D所示的时间点相比，存在更多的再生制动扭矩可提供给驾驶员。

图5图形化地示出了图4A-4D所示的示例性实施方式。如图所示，曲线501表示完全释放时的加速踏板位置相对于可用的再生制动扭矩，其中加速踏板位置由致动器405确定。数据点503表示最大再生制动扭矩可用的点，因此对应图4A。数据点505表示没有再生制动扭矩可用的点，因此对应于图4B。在该示例性实施方式中，数据点505对应于30％的踏板踩下，其中30％的踏板踩下也对应于空档踏板位置。数据点507和509分别对应于图4C和4D。

图6提供了在本发明的至少一个实施方式中使用的主要部件、组件和子系统的框图。如图所示，踏板致动器603附接到加速踏板组件601，致动器603对应于图4A-4D中的致动器405。应当理解，本发明不限于特定的加速踏板组件，也不限于特定的致动器。图7-9示出了几个示例性踏板组件，每个踏板组件被示出为联接到致动器711，从而允许控制踏板释放位置。关于致动器711，其可以连续可变的方式或以一系列离散的固定步骤操作。优选地，致动器711利用DC发动机，例如联接至螺杆机构的DC发动机。

在优选实施方式以及传统EV的构造中，当驾驶员踩下加速踏板601时，踏板踩下的程度由传感器605监控，从而允许发动机控制子系统607控制发动机609的速度，从而控制车速。操作发动机609所需的动力由电池组611中的一个或多个电池提供。如本领域技术人员所理解的，踏板位置传感器605可通过多种方法集成到加速踏板组件中。尽管可以使用其他技术，但是通常传感器605直接联接至踏板连杆。

根据本发明，由控制单元613提供对致动器603的控制，从而提供对加速踏板601的释放位置的控制。单元613可以是单独的电子控制单元(ECU)或集成到车辆的控制系统。如上所述，控制单元613基于可用的再生制动扭矩来确定踏板601的期望释放位置。为了确定可用的再生制动扭矩，控制单元613需要发动机609的发动机特性，该发动机特性通常包含在存储器614中保存的查找表中。或者可替换地，或者除了使用发动机特性的查找表之外，控制单元613可以直接或经由发动机控制器607监测发动机609。控制单元613还考虑了在所示构造中从车速传感器615获得的车速。另外，控制单元613必须考虑电池组状况。在所示的实施方式中，电池组管理系统617使用一组适当的传感器来监测电池组611的健康和操作。除了将该信息提供给车辆控制系统以使电池组性能最佳化之外，电池组管理系统617还将所有必要且相关的电池组信息提供给控制单元613。可以由管理系统617监测的一些特性包括充电状态(SOC)、温度(即电池组内部温度和/或单个电池温度)、当前电池组容量、充电率、放电率、当前的充电周期数、电池组压力、电池组湿度水平、短路、开路等。应当理解，只有与确定可用的再生制动扭矩有关的信息才必须传达给控制单元613。控制单元613还接收从车辆的再生系统619输入的数据。

如前所述，踏板致动器可以联接至任何类型的加速踏板。图7A-C和图8A-C示出了几种示例性构造。每个附图包括加速踏板701和驾驶员的脚703作为参考。另外，这些附图中的每一个都提供了参考平面，其示出了在完全踩下(705)、在空档踏板位置(707)以及在完全释放(709)时的踏板位置。应当理解，如本文所述，完全释放的位置取决于致动器711，而致动器711又取决于在任何给定时间段内的可用的再生制动扭矩。图7A-7C示出了地板式的加速踏板构造，其中致动器711联接至踏板组件的顶部(图7A)；联接至踏板组件的底部(图7B)；并联接至踏板组件的枢轴点(图7C)。图8A-8C示出了悬吊式的加速踏板构造，其中致动器711联接至踏板组件的顶部(图8A)；联接至踏板组件的底部(图8B)；并连接至踏板组件的枢轴点(图8C)。应当理解，本发明同样适用于其他加速踏板组件和其他致动器构造。

在上述构造的变型中，加速踏板的释放位置遵循预定的踏板扭矩图，该扭矩图不仅考虑了电池组特性、动力传动系特性和车辆特性，而且还考虑了以下事实：当车辆停止(即，0mph)时，不希望要求高的再生扭矩。因此，如图9所示的示例性踏板扭矩图所示，在预设的低车速(在该实例中为10mph)下，踏板扭矩图指示再生制动扭矩开始减小而不是保持稳定，如再生制动扭矩曲线将允许的。制动扭矩减小的速率导致在车辆停止时要求零再生制动。应当理解，通过使用如图9所示的预定踏板扭矩图来控制踏板致动器，从而控制加速踏板的释放位置，为驾驶员提供了关于可用的再生制动扭矩的直接、恒定和可靠的反馈。

已经概括地描述了系统和方法，以帮助理解本发明的细节。在某些情况下，没有具体示出或详细描述众所周知的结构、材料和/或操作，以避免使本发明的方面不清楚。在其他情况下，给出了具体细节以便提供对本发明的透彻理解。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神或基本特性的情况下，本发明可以以其他特定形式来实施，例如以适应特定的系统或装置或情况或材料或部件。因此，本文的公开和描述意在说明而不是限制本发明的范围。

Claims (7)

1.一种车辆加速踏板组件，其包括：

在第一踏板位置和第二踏板位置之间可调的加速踏板，其中所述第一踏板位置对应于完全踩下的加速踏板，并且其中所述第二踏板位置对应于完全释放的加速踏板；

机械地联接到所述加速踏板的致动器，所述致动器被构造成接收多个控制信号，并且响应于所述多个控制信号中的每一个，以在第一加速踏板释放位置和第二加速踏板释放位置之间的位置范围内设定所述加速踏板的所述第二踏板位置；和

致动器控制单元，该致动器控制单元被构造成将所述多个控制信号中的每一个传送至所述致动器，其中所述致动器控制单元在所述第一加速踏板释放位置和所述第二加速踏板释放位置之间的所述位置范围内选择特定的加速踏板释放位置。

2.如权利要求1所述的车辆加速踏板组件，其中所述加速踏板的空档踏板位置位于所述第一踏板位置和所述第二踏板位置之间，其中当所述加速踏板位于所述空档踏板位置时，车辆动力传动系施加0％的扭矩，其中当所述加速踏板位于所述第二踏板位置和所述空档踏板位置之间时，所述车辆动力传动系施加制动扭矩，并且当所述加速踏板位于所述空档踏板位置和所述第一踏板位置之间时，所述车辆动力传动系施加驱动扭矩。

3.如权利要求1或权利要求2所述的车辆加速踏板组件，所述致动器控制单元被构造为确定可用的再生制动扭矩并且基于所述可用的再生制动扭矩来选择所述特定的加速踏板释放位置。

4.如权利要求3所述的车辆加速踏板组件，所述可用的再生制动扭矩相对于以下至少之一来确定：(i)当前车速，(ii)预定踏板扭矩图，(iii)一组动力传动系特性，和/或(iv)电池组特性集。

5.如权利要求3所述的车辆加速踏板组件，进一步包括联接至所述致动器控制单元的车速传感器，其中所述车速传感器监测当前车速，并且其中所述致动器控制单元相对于所述当前车速确定所述可用的再生制动扭矩。

6.如权利要求5所述的车辆加速踏板组件，进一步包括被包含在查找表中的车辆动力传动系特性集，所述查找表被保存在所述致动器控制单元可访问的存储器中，其中所述致动器控制单元相对于当前车速并基于所述车辆动力传动系特性集来确定所述可用的再生制动扭矩。

7.如权利要求1或权利要求2所述的车辆加速踏板组件，所述致动器包括DC发动机。

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