CN101941431A - 用于控制车辆中的动力系的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种用于控制车辆中的动力系的方法。所述动力系包括发动机和电机，发动机和电机中的每个用于输出扭矩以推动车辆，所述车辆包括空气入口、压缩机和节流阀，所述空气入口用于接收发动机吸入空气，所述压缩机用于在吸入空气进入发动机之前对吸入空气进行压缩，所述节流阀布置在空气入口和发动机之间并控制进入发动机的吸入空气的量，所述方法包括：确定驾驶者需求的扭矩要求压缩机操作以压缩吸入空气的时间；操作电机以输出正扭矩，使得动力系的扭矩输出基本等于驾驶者需求的扭矩；随时间感测吸入空气在节流阀的上游的压力；当感测的压力增大时，减小电机的正扭矩输出，使得动力系的扭矩输出基本等于驾驶者需求的扭矩。

Description

用于控制车辆中的动力系的方法
技术领域
本发明涉及一种车辆中的动力系和一种用于控制车辆中的动力系的方法。
背景技术
为了提高车辆的燃料经济性，发动机的尺寸被减小。为了提供足够的扭矩以推动车辆，多种较小的发动机被涡轮增压。与涡轮增压发动机相关的一个问题是被称之为“涡轮迟滞”的现象。这种延迟存在的原因在于，从发动机排出气体以对涡轮加速然后压缩发动机吸入空气需要时间。提高车辆燃料经济性的另一种方式是使用混合动力电动车辆(HEV)。这种车辆通常使用与一个或多个电机结合的较小的发动机，所述电机可用作电动机、发电机或电动机和发电机两者。通过结合上面两种技术(即，涡轮增压发动机以及HEV)，可实现比传统车辆提高的燃料经济性，同时还提供满足驾驶者的扭矩需要的车辆。然而，期望提供这样一种涡轮增压HEV，所述涡轮增压HEV不遭受涡轮迟滞这种常见问题。
发明内容
本发明的实施例提供一种车辆的动力系，所述动力系包括发动机和电机，发动机和电机中的每个用于输出扭矩以推动车辆。所述发动机包括用于接收用过车辆空气入口进入的空气的歧管，所述发动机还包括节流阀，所述节流阀布置在空气入口和歧管之间，用于控制进入发动机的气流。在空气入口和歧管之间布置有压缩机，所述压缩机用于在吸入空气进入发动机之前对吸入空气进行压缩。可通过例如涡轮来操作压缩机，涡轮自身通过离开发动机的排出气体被操作。
在压缩机的下游和节流阀的上游布置有压力传感器，所述压力传感器用于在空气经过压缩机之后感测空气的压力。如下面更详细地解释的，感测节流阀的上游的压力提供了控制电机以补偿涡轮迟滞的优点。控制系统包括至少一个控制器，所述控制器用于确定指示需求的扭矩的驾驶者需求。当驾驶者需求要求压缩机操作并且驾驶者需求没有被发动机满足时，控制系统对电机进行操作，以增大动力系的扭矩输出。控制系统还至少部分基于从压力传感器接收的信号控制电机的扭矩增大，以保持动力系的扭矩输出，从而满足驾驶者需求。当确定发动机能够满足驾驶者需求时，电机的扭矩增大被终止。
本发明的实施例还包括一种用于控制动力系(例如，如上所述的动力系)的方法。所述方法包括：确定驾驶者需求的扭矩要求压缩机操作以压缩吸入空气的时间。操作电机以输出正扭矩，使得动力系的扭矩输出基本等于驾驶者需求的扭矩。随时间感测在压缩机的下游以及在节流阀的上游的吸入空气的压力，并且当感测的压力增大时，减小电机的正扭矩输出。电机的扭矩输出的减小被控制，使得动力系的扭矩输出基本满足驾驶者需求，即，满足控制系统的一般限制内的驾驶者需求。本发明的实施例还使用节流阀下游的吸入空气的期望的压力，作为驾驶者需求的指示，并且当感测的压力在所述期望的压力的可校准量之内时，将终止电机的扭矩增大。
本发明还包括这样的实施例，其中，控制电机的扭矩增大以保持动力系的扭矩输出从而满足驾驶者需求的步骤包括：确定压力误差，并且至少部分基于所述压力误差确定电机的扭矩输出。压力误差可以是例如所述期望的压力和感测的压力之间的差，所述期望的压力指示驾驶者需求。至少部分基于所述压力误差确定电机的扭矩输出的步骤例如可包括：基于所述压力误差确定电机的扭矩值；将函数应用于扭矩值，使得扭矩输出为更大的扭矩值或零。这样的函数可被称为“零-最大值”函数。
确定驾驶者需求的步骤可包括：确定发动机速度；确定加速器踏板位置；然后基于发动机速度和加速器踏板位置确定期望的扭矩。确定驾驶者需求的步骤还可包括：至少部分基于期望的扭矩确定期望的发动机负荷；至少部分基于期望的发动机负荷确定节流阀下游(即，发动机歧管)的吸入空气的期望的压力。
附图说明
图1是根据本发明实施例的动力系的示意图；
图2是示出根据本发明实施例的控制方法的框图；
图3是示出图1中所示的动力系的电动机扭矩、发动机扭矩和空气压力之间的关系的图形；
图4是示出图1中所示的动力系的不同的空气压力和扭矩之间的关系的图形；
图5是示出根据本发明实施例的期望的扭矩、发动机扭矩和请求的电动机扭矩之间的关系的图形。
具体实施方式
图1示出了根据本发明实施例的动力系10的一部分。动力系10包括发动机12和电机14，发动机12和电机14用于输出扭矩以推动车辆。电机14是皮带驱动集成的起动发电机，即，电机14能够输出扭矩以添加到动力系10的总扭矩输出，电机14能够输出扭矩作为发动机12的起动电动机，或者电机14能够接收扭矩作为输入并用作发电机以输出电能。
空气入口16接收发动机吸入空气，发动机吸入空气能够被压缩机18可选地压缩。压缩机18被涡轮20驱动，涡轮20被离开发动机12的排出气体操作。压缩机18和涡轮20是涡轮增压器系统21的两个组件。压缩机18的下游是节流阀22，节流阀22用于控制空气流入发动机歧管(manifold)23。
高压电池24通过逆变器26将电能提供给电机14以及从电机14接收电能。如上所述，电机14是皮带驱动集成的起动发电机，并且通过皮带30连接到发动机曲轴28。如下面所详细描述的，控制系统(图1中示出为动力系控制模块(PCM)32)控制电机14的操作，并且可使用来自压力传感器34的输入，压力传感器34布置在压缩机18和节流阀22之间。虽然为了举例的目的，PCM32代表控制系统，但是应该理解，动力系10的组件以及其它车辆组件可被多个不同的硬件控制器、软件控制器或硬件控制器和软件控制器的一些组合控制，并且这些控制器可通过通信网络(诸如控制器局域网(CAN))彼此通信。
图2是示出根据本发明实施例的控制系统的框图36，该控制系统用于控制动力系和车辆(诸如图1所示的动力系10)。例如，当驾驶者需求要求压缩机18操作时，即，当涡轮增压器系统21被激活时，使用该控制系统。在方框38，基于加速器踏板位置输入40和发动机12的发动机速度42来确定驾驶者需求。
驾驶者需求38的输出是期望的扭矩44，期望的扭矩44与发动机速度42的输入一起被发送到发动机逆映射(inverse engine map)46。发动机逆映射46可以是查找表的形式，所述查找表将期望的扭矩44变换为期望的发动机负荷48。期望的发动机负荷48表示发动机汽缸中期望的空气的量，以使得发动机12输出期望的扭矩44。与控制系统框图36的其余部分相同，发动机逆映射46可被单独编程到PCM 32中，或与其它控制模块结合被编程到PCM 32中。
在推断映射计算50中再次使用发动机速度42，推断映射计算50还接收期望的负荷48作为输入。从这些输入中计算期望的歧管压力52(即，节流阀22的下游的期望的压力)，然后在交叉点56从期望的歧管压力52减去实际的上游压力54。实际的上游压力54是在节流阀(诸如图1所示的节流阀22)的上游测量的空气压力。因此，图1所示的压力传感器34可用于测量压缩机18和节流阀22之间的空气压力，并且压力传感器34输出到PCM 32的信号可在图2所示的求和点56的计算中被使用。
求和点56的求和的结果是压力误差58，压力误差58与发动机速度42一起被发送到表60，表60计算电机14的扭矩值62。在方框64，“零-最大值”函数被应用于扭矩值62，使得更大的扭矩值62或零被输出作为电动机扭矩66，在电动机扭矩66将控制电机14。这防止了电机14带有负输出扭矩的操作。
图3示出了随着本发明的控制方法(例如参见图2)被执行，电动机扭矩、空气压力和发动机扭矩的变化的图形68。在图形68中，驾驶者需求扭矩70通过加速器踏板位置70在时间T＝1被至少部分确定，在时间T＝1，加速器踏板被下压。这里，驾驶者需求要求压缩机18操作以满足期望的扭矩等级。这被示出为发动机12的歧管23的期望的空气压力72。如图3所示，实际的或测量的空气压力在时间T＝1之后立即在期望的空气压力72之下。如在本发明中所使用的，实际的空气压力74不是实际的歧管空气压力，而是由例如图1所示的压力传感器34在节流阀22的上游测量的压力。由压力传感器34测量的压力几乎总是高于歧管23中的空气压力，这是由于节流阀22施加的流动限制而导致的。如下面更详细解释的，使用节流阀22的上游测量的压力以控制电机14对涡轮迟滞进行补偿，这比直接测量发动机歧管中的压力的系统具有优势。
如图3所示，由压缩机18的操作导致空气压力的增大在时间T＝3之后才开始，并且空气压力逐渐增大直到时间T＝4。为了补偿该迟滞，本发明的实施例例如根据图2所示的控制方法，使用电机14增大动力系10的扭矩输出。如图3所示，电机14提供的初始扭矩增大(被示出为命令扭矩76)响应于驾驶者需求扭矩70迅速上升。因此，通过将发动机扭矩80与电机14的扭矩76组合，总的动力系扭矩78满足驾驶者对扭矩的需求。在时间T＝3处，根据与压力传感器34感测的压力的增大相反的函数来控制电机14的扭矩76。因此，在时间T＝3-4期间，电机14的扭矩76减小，而感测的压力74和发动机扭矩80增大。在时间T＝4处，感测的压力74在期望的压力72的可校准等级之内，并且由电机14提供的扭矩增大终止。
图4示出了当驾驶者需求要求压缩机操作时，图1所示的动力系10的不同的空气压力和扭矩之间的关系。在大约3.25秒，车辆中的加速器踏板倾斜，并且驾驶者需求显著增大。通过期望的扭矩线84和期望的歧管压力线86在图4中的图形82中示出了这种情况。发动机扭矩线87示出了实际的发动机扭矩。在图形82中，电机14没有进行操作以提供如上所述的扭矩增大；然而，图形82示出了本发明的这样一个特征，图形82示出了由例如图1所示的压力传感器34在节流阀的上游测量的压力88与实际的歧管压力90之间的差。
如图形82所示，上游压力88几乎总是大于歧管压力90。这样的一个优点在于，一旦歧管压力90达到期望的歧管压力线86，则上游压力88将几乎总是保持在期望的歧管压力线86之上。相反，歧管压力90有时会下降到期望的歧管压力线86之下。根据上游压力(诸如压力88)来控制电机14的扭矩增大是非常稳健的，这是因为在达到期望的歧管压力之后，电机14不会被不必要地停止和起动以添加另外的增大。这与使用实际的歧管压力来控制电机的扭矩增大的控制系统相反。例如，当图形82所示的歧管压力90振荡以周期性地下降到期望的歧管压力线86之下时，使用歧管压力90来控制扭矩增大会导致在5.5秒标记之后电机另外起动和停止两次或三次。
图5示出了图形92，形92示出了本发明的用于将电机14的扭矩增大添加给动力系10以补偿涡轮迟滞的实施方式。在大约3.25秒，车辆中的加速器踏板再一次倾斜，并且驾驶者需求再一次显著增大。期望的扭矩线84示出了这样的情况。驾驶者对扭矩增大的需求要求压缩机18操作以将压缩的吸入空气提供给发动机12，从而满足驾驶者需求。如上所述，发动机12的输出扭矩87随时间逐渐增大，直到在大约5.5秒处输出扭矩87最终达到期望的扭矩线84。在这期间，电机14操作以添加扭矩增大，所述扭矩增大最初为尖峰，然后随着发动机扭矩87增大而被控制为减小，参见请求的电动机扭矩线94。
如图5所示，发动机扭矩87和请求的电动机扭矩线94之和近似等于期望的扭矩输出84，但是仅在大约3.4秒之后才出现这种情况。在该示例中，在3.25秒处的初始电动机扭矩增大与组合的发动机和电动机扭矩等于期望的扭矩输出84的时间之间存在很小的延迟。主要的延迟至少部分由发动机歧管23中的空气压力达到传感器34测量的上游空气压力所需要的时间所导致。
如上所述，电机14的输出扭矩94的减小通常是在节流阀22的上游测量的压力增大的函数。图5所示的实际的请求的电动机扭矩94可例如根据图2所示的控制方法被确定，从而图2中的扭矩66表示图5所示的请求的电动机扭矩94。如上所述，零-最大值函数64修剪(clip)计算的扭矩值62，使得扭矩值62不下降到低于零。这在图5中示出，其中，请求的电动机扭矩线94在大约5.5秒和6.4秒之间不存在。使用诸如图2所示的控制方法，确保了电机14在高驾驶者需求期间不被命令输出负扭矩。因此，使用诸如图2所示的零-最大值函数以及从节流阀22的上游测量的空气压力(而不是实际的歧管压力)来控制电机，提供了稳健和有效的控制方法，以减小或消除与排出气体、涡轮操作的吸入空气压缩机相关的涡轮迟滞。
虽然已经详细描述了实施本发明的最佳方式，但是本发明相关领域的技术人员应该认识到实施由权利要求限定的本发明的各种替换设计和实施例。

Claims (6)

1.一种用于控制车辆中的动力系的方法，所述动力系包括发动机和电机，发动机和电机中的每个用于输出扭矩以推动车辆，所述车辆包括空气入口、压缩机和节流阀，所述空气入口用于接收发动机吸入空气，所述压缩机用于在吸入空气进入发动机之前对吸入空气进行压缩，所述节流阀布置在空气入口和发动机之间并控制进入发动机的吸入空气的量，所述方法包括：
确定驾驶者需求的扭矩要求压缩机操作以压缩吸入空气的时间；
操作电机以输出正扭矩，使得动力系的扭矩输出基本等于驾驶者需求的扭矩；
随时间感测吸入空气在节流阀的上游的压力；
当感测的压力增大时，减小电机的正扭矩输出，使得动力系的扭矩输出基本等于驾驶者需求的扭矩。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于驾驶者需求的扭矩确定吸入空气的期望的压力；
当感测的压力在所述期望的压力的可校准量之内时，终止电机的扭矩增大。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述吸入空气的期望的压力是节流阀的下游的期望的压力。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，减小电机的正扭矩输出的步骤包括：
确定压力误差，所述压力误差被定义为所述期望的压力和感测的压力之间的差；
至少部分基于所述压力误差确定电机的扭矩输出。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，至少部分基于所述压力误差确定电机的扭矩输出的步骤包括：
基于所述压力误差确定电机的扭矩值；
修剪所述扭矩值使得所述扭矩值不下降到低于零，以确定扭矩输出。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，根据与感测的压力的增大相反的函数来减小电机的正扭矩输出。
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