CN101456363A - 用于限制混合电动车中的电动机扭矩的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于限制混合电动车中的电动机扭矩的方法，该方法限制引起其中电动机和发动机相互直接连接的软混合电动车中发动机反向旋转的电动机扭矩输出，从而防止发动机被损坏。

Description

用于限制混合电动车中的电动机扭矩的方法

技术领域

本发明涉及一种用于限制混合电动车中的电动机扭矩的方法。更具体来说，本发明涉及用于限制混合电动车中的电动机扭矩的方法，在该方法中可引起软混合电动车中发动机的反向旋转的电动机扭矩输出被限制并且从而防止可由反向旋转所引起的对发动机的损坏。

背景技术

混合车广义上表示通过有效结合至少两种不同的动力源所驱动的车辆。然而，在大多数情形中，混合车由发动机和电动机驱动，并且这样的混合车被称作混合电动车(HEV)。

为了满足当今社会对提高燃料效率和开发更加环境友好的产品的需求，对混合电动车的研究正在得以活跃地进行。

在混合车中，用于驱动车辆的电动机由来自安装在车辆中的高压电池的电力驱动。除驱动车辆的目的之外，电动机在再生制动(能量再生)期间将车辆的动能转化为电能以给电池充电。

即，电动机使用存储在电池中的电能以驱动车辆并且在车辆行驶期间使用部分动能以生成电并且用所生成的电能给电池充电，从而同时实现动能(行驶速度)的减少并且电能的生成。

同时，在图1中所示的软混合电动车的情形中，发动机1和电动机2直接相互连接，并且发动机动力和电动机动力得以结合并且通过变速器3传输到传动轴。

在上述结构中，控制器5(通常被称作电动机控制器)控制由电池6的电力所驱动的电动机2的运转。

因为上述软混合电动车在发动机1和电动机2之间没有离合器，所以发动机的独立输出是可能的；然而，电动机2的独立输出是不可能的。

因此，当发动机旋转时，即使没有从电动机的扭矩输出电动机也会旋转，相反，当发动机通过输出扭矩旋转时，发动机与电动机一起旋转。

然而，上述软混合电动车具有的问题是当由电动机的反向扭矩引起发动机的反向旋转时发动机可能被损坏，这是需要解决的。

在此背景技术部分中公开的上述信息仅仅是为了加强对发明的背景技术的理解并且因此其可能包含不形成本领域普通技术人员在该国内已知的现有技术的信息。

发明内容

为努力解决与现有技术有关的上述问题而做出了本发明。本发明针对一种用于限制混合电动车中的电动机扭矩的方法，该方法限制可引起软混合电动车中发动机的反向旋转的电动机扭矩输出，从而防止发动机被损坏。

在一个方面，本发明提供了一种用于限制混合电动车中的电动机扭矩的方法，该方法包括：确定当前模式是电动回转模式或发电模式；如果所述当前模式为发电模式，则比较当前电动机速度与根据车辆的发动机怠速预定的再生扭矩限制起始速度；并且如果在所述发电模式中电动机速度超过0并且不超过再生扭矩限制起始速度，则使用基于最大再生扭矩、再生扭矩限制起始速度和电动机速度计算出的扭矩指令值限制电动机扭矩输出。

优选地，该方法进一步包括：如果当前模式为电动回转模式，则比较当前电动机速度与预定的电动回转扭矩输出限制速度；并且如果在电动回转模式中电动机速度不超过电动回转扭矩输出限制速度，则用为0的扭矩指令值限制电动机扭矩输出。

要理解的是本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其他类似术语通常包括下列的机动车：诸如包括多功能运动车(SUV)和公共汽车的客车、卡车、各种商务车，包括各种艇和船的船只，以及飞行器等等。

本发明的上述特征和优点从附图和下面的详细描述中将是显而易见的或者在附图和下面的详细描述中得以更加详细地阐明，附图合并入并且形成本说明书的一部分，附图和下面的具体描述一起用于通过实施例来解释本发明的原理。

附图说明

现在将参照在附图中图示的本发明的某些示例性实施方式来详细地描述本发明的上述和其他特征，给出的这些示例性实施方式在此后仅用于说明并且因此不是对本发明的限制，并且其中：

图1是示出软混合电动车的驱动系统的结构图；

图2是示出根据本发明的电动机扭矩控制的扭矩-速度特性的图；

图3是图解根据本发明的用于控制电动机扭矩的方法的流程图。

在附图中出现的附图标记包括如下文进一步讨论的下列部件的标记：

1：发动机    2：电动机

3：变速器    5：电动机控制器

应该理解附图没有必要按比例绘制，它们只是展示了图示说明本发明基本原理的各种优选特征的有些简化的表示方式。如本文公开的本发明的具体设计特征(包括，例如，具体尺寸、方向、位置以及形状)部分地将由特定目的应用以及使用环境来确定。

具体实施方式

现在将对本发明的优选实施方式详细地进行参照，其实施例图示在本文后面所附的附图中，其中类似的附图标记始终指类似的部件。下文描述各实施方式以便通过参照附图来解释本发明。

图2是示出根据本发明的电动机扭矩控制的扭矩-速度特性的图，并且图3是图解根据本发明的用于控制电动机扭矩的方法的流程图。

应用本发明的混合系统的结构与图1中所示的常规结构相同，其中电动机控制器5根据扭矩指令控制电动机的运转。

通常，电动机控制器5通过接收来自车辆控制器(上级控制器)的扭矩指令控制电动机的运转；然而，在本发明中，即使当从车辆控制器接收到可引起发动机反向旋转的扭矩和速度指令时，电动机控制器也能限制可引起发动机反向旋转的电动机扭矩输出。

在图2中，区I是限制电动回转扭矩的输出的反向旋转区域，区II是限制再生(产生)扭矩的输出的反向旋转再生区域，并且区III是在考虑再生扭矩限制起始速度(与发动机怠速有关的参数)和当前电动机速度时执行电动机扭矩限制逻辑的正向旋转再生区域。

为了达到本发明的目的，有必要限制可引起发动机反向旋转的电动机扭矩输出，并且从而在电动机的实际速度为负(-)的图2的第二和第三象限中应该限制电动机扭矩的输出。

然而，由于在发动机启动期间可能短时间发生发动机的反向旋转，所以当电动机以图2的第二象限中的低速度反向旋转时，应该获得电动机扭矩的输出。

而且，因为负(-)扭矩可在发电期间引起电动机的反向旋转，所以电动机扭矩应该在电动机速度变为零的时间点上变为零(0)，并且电动机扭矩在图2的第三象限中应该总是被限制为0。

此外，有必要在防止发动机反向旋转的同时考虑发动机的过渡动态特性。

根据本发明的电动机扭矩限制逻辑将参照图2更详细地进行描述。

在作为正(+)态的第一象限区(正向旋转的电动回转区域)中，电动机控制器根据传输自上级控制器的扭矩指令控制电动机以输出电动回转扭矩(参考电动回转扭矩曲线)。

在第二象限区(反向旋转区域)中，电动机控制器甚至在正(+)扭矩状态中也限制电动机扭矩的输出。然而，如上所讨论的，在发动机以高于预定的电动回转扭矩输出限制速度的低速度启动期间短时间发生发动机的过渡反向旋转的区域中，电动机控制器控制电动机以输出最大电动回转扭矩。

在发电期间扭矩为负(-)并且电动机速度小于0的第三象限区(反向旋转再生区域)中，再生扭矩的输出得以限制。

在第四象限区(正向旋转再生区域)中，在考虑再生扭矩限制起始速度(与发动机怠速有关的参数)和当前电动机速度时执行电动机扭矩限制逻辑。然而，当电动机速度不超过根据发动机怠速所预定的再生扭矩限制起始速度时应当执行再生扭矩限制处理。在电动机速度超过再生扭矩限制起始速度的区域中，电动机控制器根据传输自上级控制器的扭矩指令控制电动机以输出再生扭矩。

电动回转扭矩输出限制速度(N_{rev，lim it})可如定义为下列公式1：

【公式1】

$N_{\mathrm{rev},\mathrm{lim\; it}}=\frac{{\mathrm{\ω}}_{\mathrm{rev},\mathrm{lim\; it}}\×60}{2\mathrm{\π}}$

${\mathrm{\ω}}_{\mathrm{rev},\mathrm{lim\; it}}=\frac{\mathrm{\π}}{n_{\mathrm{cylinder}}\×\mathrm{dt}}(\mathrm{rad}/s)$

因此，电动回转扭矩输出限制速度可最终由下列公式2获得：

【公式2】

$N_{\mathrm{rev},\mathrm{lim\; it}}=\frac{30}{n_{\mathrm{cylinder}}\×\mathrm{dt}}\left(\mathrm{rpm}\right)$

其中n_cylinder代表汽缸的数目并且dt代表在启动期间发动机的过渡反向旋转所花费的过渡时间。

当在发动机启动期间具有各种倾角的曲轴发动时发生过渡反向旋转。例如，在四缸发动机中，发生最大1/8的运动(45度)，并且从而，假设过渡时间为100ms，那么电动回转扭矩输出限制速度变为大约75rpm[在公式2中，30/(4×0.1)＝75rpm]的旋转速度。

接下来，如上所讨论的，再生扭矩限制起始速度(N_{regen，lim it})可由车辆的发动机怠速来设定。当在发动机怠速之下的区域中施加过大的发电扭矩(generating torque)(再生扭矩)时发生发动机失速。因此，假设怠速控制的允许下冲值为50％，则在由下列用于定义再生扭矩限制起始速度的公式3所获得的350rpm上执行发电扭矩(再生扭矩)限制：

【公式3】

N_{regen，lim it}＝发动机怠速×允许下冲(rpm)

而且，在图2的第四象限区的区III中，扭矩指令可由下列公式4计算，该区III为电动机速度不超过再生扭矩限制起始速度的正向旋转再生区域(发电模式)：

【公式4】

限制扭矩指令＝(-T_max/N_{regen，lim it})×电动机速度

其中T_max代表最大再生扭矩。

如此，在是处于再生扭矩限制起始速度下面的区域的区III中，电动机控制器基于从公式4算得的扭矩限制值执行本发明的电动机扭矩限制逻辑。

例如，假设再生扭矩限制起始速度(N_{regen，lim it})为350rpm，在电动机速度为0rpm时电动机扭矩的输出为0、在电动机速度为175rpm时为-T_max/2、并且在电动机速度为350rpm时为-T_max。

同时，图2中所示的本发明的电动机扭矩限制逻辑可表示在图3的流程图中，并且下面将参照图3描述根据本发明用于控制电动机扭矩的方法。

首先，电动机控制器确定当前模式是电动回转模式或发电模式，并且如果确定当前模式为电动回转模式，则比较电动机速度与电动回转扭矩输出限制速度。如果电动机速度大于电动回转扭矩输出限制速度，则电动机控制器根据传输自上级控制器的扭矩指令控制电动机以输出扭矩。然而，如果电动机速度不超过电动回转扭矩输出限制速度，则电动机控制器根据本发明的电动机扭矩限制逻辑使用为0的扭矩指令值限制电动机扭矩的输出。

然而，如果电动机速度不超过再生扭矩限制起始速度并且不超过0，则根据本发明的电动机扭矩限制逻辑，扭矩指令为0，并且因此限制了电动机扭矩的输出。

同时，如果电动机速度大于再生扭矩限制起始速度，则电动机控制器根据传输自上级控制器的扭矩指令控制电动机以输出扭矩。

如上所述，根据本发明，电动机扭矩的输出被限制在可引起发动机反向旋转的区域中，并且在考虑再生扭矩限制起始速度(针对燃料发动机怠速的参数)和当前电动机速度时，甚至在正向旋转再生区域中也执行电动机扭矩限制逻辑，从而有效地防止发动机由于反向旋转而被损坏。

尤其是，仅仅用本发明的电动机扭矩限制逻辑(即，反向旋转防止逻辑)而不使用诸如变速器或离合器之类的硬件以及也不使用任何附加装置就能够防止发动机被损坏。

而且，因为反向旋转防止逻辑是将反映发动机和电动机的动态特性的逻辑，所以有可能尽量减小发生故障的可能性。

本发明已经参照其优选实施例进行了详细描述。然而，本领域技术人员将意识到可在这些实施方式中做出变化而不背离本发明的原理和精神，本发明的原理和精神的范围由附加的权利要求以及它们的等价物所限定。

Claims (6)

1.一种用于限制混合电动车中的电动机扭矩的方法，所述方法包括：

(a)确定当前模式是电动回转模式还是发电模式；

(b)如果所述当前模式为发电模式，则比较当前电动机速度与根据所述车辆的发动机怠速预定的再生扭矩限制起始速度；以及

(c)如果在所述发电模式中所述电动机速度超过0并且不超过所述再生扭矩限制起始速度，则使用基于最大再生扭矩、所述再生扭矩限制起始速度和所述电动机速度计算出的扭矩指令值限制电动机扭矩输出。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中，如果所述电动机速度不超过0，则使用为0的扭矩指令值来限制所述电动机扭矩输出。

3.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤(c)中，通过下列等式计算用于限制所述电动机扭矩输出的所述扭矩指令值：

限制扭矩指令＝(-T_max/N_{regen，limit})×电动机速度

其中T_max代表最大再生扭矩且N_{regen，limit}代表再生扭矩限制起始速度。

4.如权利要求1所述的方法，其中通过用怠速控制的允许下冲值乘所述发动机怠速来限定所述再生扭矩限制起始速度。

5.如权利要求1所述的方法，其进一步包括：

(b’)如果所述当前模式为电动回转模式，则比较所述当前电动机速度与预定的电动回转扭矩输出限制速度；以及

(c)如果在所述电动回转模式中所述电动机速度不超过所述电动回转扭矩输出限制速度，则使用为0的扭矩指令值来限制所述电动机扭矩输出。

6.如权利要求5所述的方法，其中基于汽缸数目和过渡时间通过下列等式来限定所述电动回转扭矩输出限制速度：

$N_{\mathrm{rev},\mathrm{lim\; it}}=\frac{30}{n_{\mathrm{cylinder}}\×\mathrm{dt}}\left(\mathrm{rpm}\right)$

其中n_cylinder代表汽缸的数目并且dt代表过渡时间，所述过渡时间是在启动期间发动机的过渡反向旋转所花费的时间。

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