CN102205842B - 用于控制来自联接到混合变速器的内燃机的机械功率输入的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于控制来自联接到混合变速器的内燃机的机械功率输入的方法及装置。用于控制混合动力系的操作的方法包括监测从发动机至混合变速器的输入转速，计算被监测的输入转速和优选输入转速之间的输入转速误差，监测与多个转矩致动器相关联的操作参数，其中转矩致动器包括内燃发动机、电转矩机械和输出元件，选择转矩致动器中的一种，和响应于输入转速误差更改与转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态。

Description

用于控制来自联接到混合变速器的内燃机的机械功率输入的方法及装置

技术领域

本发明涉及内燃机和混合动力系系统的控制系统。

发明背景

本部分的陈述仅仅提供了与本发明相关的背景信息，不一定构成现有技术。

已知的动力系体系结构包括产生转矩的设备，其包括内燃机和非燃烧的转矩机械，例如，电机，其能优选地通过传动装置将牵引转矩传送给输出元件。一种示例性的动力系包括双模式的复合-分配式的电动机械式变速器，其使用输入元件和输出元件，输入元件用于接收来自原动机动力源的牵引转矩，原动机动力源优选地为内燃机。输出元件可以操作地连接到机动车辆的动力传动系统以向其传送牵引转矩。可作为电动机或发电机操作的电机可以受控以与来自内燃机的转矩输入无关地产生向变速器的转矩输入。电机可以将通过车辆动力传动系统传送的车辆动能转变成电能，电能可存储在电能存储设备中。控制系统监测来自车辆和操作者的各种输入并提供动力系的操作控制，包括控制变速器操作范围状态和换档，控制产生转矩的设备，和管理电能存储设备与电机之间的电力交换以控制变速器的输出，该输出包括转矩和转速。

发明内容

一种混合动力系包括内燃机，其构造成响应操作者转矩要求通过混合变速器将机械功率传递到动力传动系统。混合变速器构造成在内燃机、电转矩机械和混合变速器的输出元件之间传递功率。输出元件联接到动力传动系统，电转矩机械电联接到电能存储设备。用于控制混合动力系的操作的方法包括监测从发动机至混合变速器的输入转速，计算被监测的输入转速和优选输入转速之间的输入转速误差，监测与多个转矩致动器相关联的操作参数，其中转矩致动器包括内燃机、电转矩机械和输出元件，选择转矩致动器中的一种，并响应输入转速误差更改与转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态。

本发明提供以下技术方案：

方案1. 用于控制包括内燃机的混合动力系的操作的方法，所述混合动力系构造成响应于操作者转矩要求通过混合变速器将机械功率传递到动力传动系统，所述混合变速器构造成在所述内燃发动机、电转矩机械和所述混合变速器的输出元件之间传递功率，所述输出元件联接到所述动力传动系统，所述电转矩机械电联接到电能存储设备，所述方法包括：

监测从所述发动机至所述混合变速器的输入转速；

计算被监测的输入转速和优选输入转速之间的输入转速误差；

监测与多个转矩致动器相关联的操作参数，所述转矩致动器包括所述内燃发动机、所述电转矩机械和所述输出元件；

选择所述转矩致动器中的一种；和

响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态。

方案2. 如方案1所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差仅仅更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态而不响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中未选择的转矩致动器相关联的控制参数的状态。

方案3. 如方案1所述的方法，其中选择所述转矩致动器中的一种包括：在与所述电能存储设备相关联的操作参数处于允许极限内时选择所述电转矩机械。

方案4. 如方案3所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差更改所述电转矩机械和所述电能存储设备之间的电流。

方案5. 如方案1所述的方法，其中选择所述转矩致动器中的一种包括：仅仅在与所述电能存储设备相关联的操作参数超过允许极限时选择所述内燃发动机。

方案6. 如方案5所述的方法，其中仅仅在与所述电能存储设备相关联的操作参数超过允许极限时选择所述内燃发动机包括：在来自所述电转矩机械的转矩输出饱和时选择所述内燃发动机。

方案7. 如方案5所述的方法，其中在所述转矩致动器中所选的一种包括所述内燃发动机的情况下，响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差更改与对来自所述发动机的输入转矩的快速响应效果相关联的发动机控制参数。

方案8. 如方案7所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与对来自所述发动机的输入转矩的快速响应效果相关联的发动机控制参数包括：响应于所述输入转速误差更改发动机火花控制。

方案9. 如方案7所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与对来自所述发动机的输入转矩的快速响应效果相关联的发动机控制参数包括：响应于所述输入转速误差更改发动机燃料喷射正时。

方案10. 如方案7所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差仅仅更改与对来自所述发动机的输入转矩的快速响应效果相关联的所述发动机控制参数而不响应于所述输入转速误差更改与所述电转矩机械和所述输出元件相关联的控制参数的状态。

方案11. 如方案1所述的方法，其中选择所述转矩致动器中的一种包括：仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数超过允许极限时选择所述输出元件。

方案12. 如方案1所述的方法，其中选择所述转矩致动器中的一种包括：仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数超过相应的允许极限且与所述电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时选择所述输出元件。

方案13. 如方案12所述的方法，其中仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数超过相应的允许极限且与所述电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时选择所述输出元件包括：仅仅在来自所述电转矩机械的转矩输出饱和时选择所述输出元件。

方案14. 如方案12所述的方法，其中仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数超过相应的允许极限时选择所述输出元件包括：仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数的状态超过与稳定燃烧相关联的允许极限时选择输出元件。

方案15. 如方案12所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差更改来自所述输出元件的输出转矩。

方案16. 用于控制响应于操作者转矩要求将机械功率传递到动力传动系统的混合动力系的操作的方法，包括：

监测发动机输入转速；

计算被监测的发动机输入转速和优选发动机输入转速之间的输入转速误差；

监测与多个转矩致动器相关联的操作参数，所述转矩致动器用来将转矩传递到所述混合动力系的输出元件；

执行控制层级以选择多个操作状态中的一个；和

响应于所述输入转速误差更改与所述操作状态中所选的一个相关联的转矩致动器之一的控制参数的状态。

方案17. 如方案16所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述操作状态中所选的一个相关联的转矩致动器之一的控制参数的状态包括：当与相关联的电能存储设备相关联的操作参数处于相应的允许极限内时更改电转矩机械的控制状态。

方案18. 如方案17所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述操作状态中所选的一个相关联的转矩致动器之一的控制参数的状态还包括：仅仅在与所述相关联的电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时更改所述内燃发动机的控制状态。

方案19. 如方案18所述的方法，其中仅仅在与所述相关联的电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时更改所述内燃发动机的控制状态包括：仅仅在来自所述电转矩机械的转矩输出饱和且与所述相关联的电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时更改所述内燃发动机的控制状态。

方案20. 用于控制混合动力系的操作的方法，包括：

监测从发动机至混合变速器的输入转速；

计算被监测的输入转速和优选输入转速之间的输入转速误差；

监测与多个转矩致动器相关联的操作参数的状态，所述转矩致动器包括所述内燃发动机、联接到所述混合变速器的电转矩机械、和所述混合变速器的输出元件；

执行控制层级以选择多个操作状态中的一个，其中每个操作状态与控制所述转矩致动器中的单个转矩致动器相关联；和

响应于所述输入转速误差更改与所选的操作状态相关联的控制参数的状态，且不响应于所述输入转速误差更改与未选择的操作状态相关联的控制参数的状态。

附图说明

作为例子，现在将参考附图描述一个或多个实施例，其中：

图1是根据本发明的包括混合动力系系统的车辆的二维示意图，其具有发动机、混合变速器、转矩机械和动力传动系统；和

图2是根据本发明与用于控制来自发动机的机械功率输入的层级的执行相关联的示例性混合动力系系统的基于时间的操作的绘图。

具体实施方式

现在参考附图，其中所显示的内容仅仅是为了阐明某些示例性实施例而不是为了限制它们，图1示意性地表示车辆100，其包括控制系统110、混合动力系系统200和动力传动系统300。在描述中同样的附图标记是指同样的元件。

在一个实施例中，动力传动系统300可以包括差速传动装置310，其机械地联接到车桥320或半轴，车桥320或半轴机械地联接到车轮330。差速传动装置310联接到混合动力系系统200的输出元件64，并在它们之间传递输出功率。动力传动系统300在混合动力系系统200和路面之间传递牵引功率。

混合动力系系统200包括内燃机240，在下文中称为发动机240，和机械地联接到混合变速器250的（一个或多个）转矩机械230。应该懂得，混合动力系系统200可以构造为串联式混合动力系、并联式混合动力系和混合式混合动力系中的任一种。

当混合动力系系统200呈并联式构造时，在发动机240中产生的机械功率可以通过输入元件12利用混合变速器250传递到输出元件64。当混合动力系系统200呈混合式构造时，在发动机240中产生的机械功率可以通过输入元件12利用混合变速器250传递到输出元件64和（一个或多个）转矩机械230中的任一个或传递到它们两者。当混合动力系系统200呈串联式构造时，在发动机240中产生的机械功率可以通过输入元件12利用混合变速器250传递到转矩机械230中的一种。与来自发动机240的这种输入功率相关联的操作参数包括输入转矩Ti和输入转速Ni。可以利用混合变速器250将来自转矩机械230的机械功率传递到输出元件64和发动机240。与这种机械功率传递相关联的控制参数包括电动机转矩Tm和电动机转速Nm。机械功率可以通过输出元件64在混合变速器250和动力传动系统300之间传递。与这种机械功率传递相关联的参数包括输出转矩To和输出转速No。

优选地，发动机240是选择地在多个状态中操作的多缸内燃机，所述状态包括发动机运行状态和发动机停机状态中的一个、全气缸状态和气缸停用状态中的一个、和供应燃料状态与燃料切断状态中的一个。在一个实施例中，通过选择地致动一个或多个转矩传递离合器，混合变速器250在多个范围状态之一中操作，所述多个范围状态包括固定档状态和连续可变范围状态。在一个实施例中，发动机240是火花点火式发动机，通过提前或延迟火花点火正时来控制燃烧的正时和相关联的发动机转矩。作为另一种选择，发动机240是压燃式发动机，通过提前或延迟燃料喷射事件的正时来控制燃烧的正时和相关联的发动机转矩。应该懂得，存在与发动机运行相关联的优选燃烧正时，其对应于发动机运行点的最佳燃料效率点。在一个实施例中，该最佳燃料效率点被称为平均最佳转矩（MBT）点。

在一个实施例中，混合变速器250可以被构造和控制以利用一个或多个差速齿轮组和选择性致动一个或多个转矩传递装置来将机械功率传递通过混合变速器，所述转矩传递装置例如为离合器。应该懂得，混合变速器250的构造对应于混合动力系构造，即串联式、并联式和混合式混合动力构造中的一种。

应该懂得，（一个或多个）转矩机械230、发动机240和混合变速器250均包括用于监测其操作的多个感测装置，感测装置包括旋转位置传感器，例如分解器，用于监测转矩机械230中的每一个的旋转位置和速度。还应该懂得，转矩机械230、发动机240和混合变速器250均包括用于控制其操作的多个致动器。

电能存储设备，例如高压电池（HV电池）210存储电势能并通过逆变器（IM）215电联接到转矩机械230以在它们之间传递电功率。应该懂得，高压电池210是可以包括多个电池、超级电容器和构造成存储车上电能的其他设备的电能存储设备。

转矩机械230优选地包括多相电动机/发电机，多相电动机/发电机构造成将存储的电能转变成机械功率和将机械功率转变成可以存储在高压电池210中的电能。发动机240通过燃烧过程将存储在燃料箱中的燃料转变成机械功率。

控制系统110包括信号地连接到操作者界面130的控制模块120。控制模块120包括低压电源以向其提供被调节的电功率。应该懂得，有多个人/机界面装置，车辆操作者通过它们指挥车辆100的操作，例如包括点火开关、加速踏板、制动踏板和变速器变速杆（PRNDL）。虽然控制模块120和操作者界面130被表示为分离的元件，但这种表示是为了易于描述。应该认识到，如控制模块120执行的所描述的功能可以结合到一个或多个设备中，例如，以软件、硬件和/或专用集成电路（ASIC）和与控制模块120分开且与其不同的辅助电路的方式实施。控制模块、模块、控制器、处理器和类似术语意指下列中的任何合适的一种或多样的组合：专用集成电路（ASIC）、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序的）中央处理器（优选为微处理器）和相关联的内存和存储器（只读的、可编程只读的、随机存取的、硬盘驱动器等等）、组合逻辑电路、输入/输出电路和设备、合适的信号调节和缓冲电路、和提供所述功能的其他合适的部件中的一种或多种。控制模块120具有一套控制算法，包括存储在存储介质之一中并被执行以提供相应功能的常驻程序指令和标定。应该懂得，能用一个或多个通信路径，例如通信总线175，实现向控制模块120传递信息和从控制模块120将信息传递出来，通信路径可以包括直接连接、局域网总线和串行外围接口总线中的一种或多种。控制方案的算法在预先设定的周期期间执行以使得每个周期执行每个算法至少一次。存储在非易失性的存储装置中的算法周期性地执行以监测来自感测装置的输入并执行控制和诊断程序以利用标定控制与混合动力系系统200的元件相关联的致动器的操作。作为另一种选择，可以响应事件的发生来执行算法。

控制模块120优选地通过通信总线175信号地且操作地连接到混合动力系系统200的多个独立元件。控制模块120信号地连接到高压电池210、转矩机械230、发动机240和混合变速器250中每一个的感测装置以监测操作并确定其参数状态。被监测的发动机240的参数状态优选地包括输入转速（Ni）、输入转矩（Ti）或负载、和温度。被监测的混合变速器250的参数状态优选地包括旋转速度和多个位置处的液压，由旋转速度和多个位置处的液压可以确定包括特定的转矩传递离合器的应用的多个参数状态。被监测的转矩机械230的参数状态优选地包括转速（Nm）和功率流，例如电流，根据转速和功率流可以确定从转矩机械230输出的电动机转矩（Tm）的参数状态。被监测的高压电池210的操作参数包括电池功率（Pbat）。

控制模块120操作地连接到转矩机械230、发动机240和混合变速器250中每一个的致动器以根据被执行的的控制方案控制其操作，该控制方案以算法和标定形式被存储。与转矩机械230相关联的致动器优选地包括逆变器215。应该懂得，取决于操作条件，逆变器215以适合于产生转矩和存储电功率的方式转变电功率。还应该懂得，控制模块120控制逆变器215以控制高压电池210和转矩机械230之间的电功率流，包括高压电池210放电以在转矩机械230中产生牵引功率的电流和利用输入到转矩机械230的转矩来产生电流以给高压电池210充电。输入到转矩机械230以产生给高压电池210充电的电流的转矩可以包括来自发动机240的输入转矩Ti和来自动力传动系统300的再生制动转矩。与发动机240相关联的致动器优选地例如包括燃料喷射器、气流控制器、火花点火系统和与控制发动机运行以控制前述发动机状态相关联的其他设备。这包括控制发动机运行以实现平均最佳转矩（MBT）点，如前所述。这包括通过提前或延迟火花点火正时来控制燃烧的正时和从发动机240的对应的转矩输出。作为另一种选择，这包括通过提前或延迟燃料喷射事件的正时来控制燃烧的正时和从发动机240的对应的转矩输出。与混合变速器250相关联的致动器例如包括用于致动转矩传递离合器的螺线管装置以在特定范围状态中实现变速器操作，所述特定范围状态例如包括固定档状态和电动可变模式状态。

控制模块120包括控制方案10用于通过控制混合动力系200的转矩致动器的操作来控制系统速度。在一个实施例中，控制系统速度包括控制从发动机240至混合变速器250的输入转速Ni。在一个实施例中，转矩致动器包括内燃机240、（一个或多个）转矩机械230和通向动力传动系统300的输出元件64。应该懂得，可以响应另一个系统速度，例如离合器转速，控制混合动力系200的转矩致动器。应该懂得，在控制方案10中可以包括其他的、不同的转矩致动器。

控制方案10包括计算转速误差，例如输入转速误差（Ni-err），其是从发动机240至混合变速器250的被监测输入转速和优选输入转速之间的差。

控制方案10控制混合动力系系统200在多个操作状态之一中操作。执行操作状态中的每一个包括响应输入转速误差更改转矩致动器中所选的一种的控制并同时保持其他转矩致动器的操作。控制方案10根据控制层级选择转矩致动器中的一种以便响应于输入转速误差来更改控制。控制层级包括选择多个操作状态之一的过程，每个操作状态与控制转矩致动器中的单个转矩致动器相关联，籍此响应于输入转速的增量变化更改与所选的转矩致动器相关联的单个（或多个）控制参数的状态，所述增量变化由输入转速误差表明。可以响应其他输入来更改，而不是响应输入转速误差来更改，与其他的、非所选的转矩致动器相关联的控制参数。

根据预定控制层级选择优选操作状态和相关联的用于响应于输入转速误差而更改控制的单个转矩致动器，依赖于与转矩致动器相关联的操作参数。这包括，仅仅当与转矩致动器中目前所选的一种相关联的操作参数达到预定极限值时，或当与转矩致动器中目前所选的一种相关联的控制参数饱和时，控制方案10转换控制使其离开转矩致动器中目前所选的一种并更改转矩致动器中另一种的控制。这优选地发生在从发动机240至混合变速器250的输入转速（Ni）和优选输入转速（Ni Dsrd）（以下优选输入转速（Ni Dsrd））之间的差保持大于零时。在每个操作状态中执行控制以使得输入转速（Ni）和优选输入转速（Ni Dsrd）之间的差减小到零。

在第一个操作状态中，响应操作者转矩要求将发动机240控制到优选的运行点以产生机械功率。同时发生地，（一个或多个）转矩机械230是转矩致动器中所选的一种，其具有响应输入转速误差而更改的控制参数，例如电动机电流。与转矩机械230的操作相关联的优选操作参数是电池功率（Pbat）。只要操作参数——即电池功率——处于允许的功率极限内且没有达到饱和极限之一，并且没有超过其他动力系极限（例如包括电池功率）和其他混合变速器系统限制，控制方案10就使混合动力系200在第一操作状态中操作。在第一操作状态中的这种操作允许收回任何产生的超过推进所需功率的发动机功率。前述动力系极限中的任一个都可以用来限制电气系统的能力以控制输入转速，并使控制方案从第一操作状态转换到第二操作状态。

仅仅当操作参数之一，例如电池功率，达到饱和极限之一时，控制方案10才从第一操作状态转换到第二操作状态。应该懂得，控制方案10也可以在超过其他混合动力系限制或极限，例如包括电动机转矩极限和离合器转矩极限，时从第一操作状态转换到第二操作状态。这些中的任一个都能限制电气系统的能力以控制发动机转速，从而控制输入转速误差。

第二操作状态包括：作为转矩致动器中所选的一种的发动机240具有响应于输入转速误差被更改的控制参数。与发动机240的运行相关联的优选操作参数是输入转矩Ti。与输入转矩的快速控制相关联的一个发动机控制参数包括发动机火花控制，例如，点火提前。应该懂得，发动机控制参数可以包括与对输入转矩的快速响应效果相关联的其他发动机控制参数，例如，燃料喷射正时。发动机控制参数的最小状态是仍然实现稳定燃烧的最小允许状态。发动机控制参数的优选状态是与发动机的最佳运行相关联的发动机控制参数的状态，例如，实现与操作者转矩要求对应的发动机240最大热效率点的控制参数的状态，在一个实施例中，其可以是平均最佳转矩（MBT）点。发动机控制参数的优选状态和最小状态定义了在第二操作状态中用于混合动力系200的控制的饱和极限，并相应地定义了操作参数，即输入转矩Ti，的饱和极限。只要发动机控制参数的受控状态未达到饱和极限之一，控制方案10就在第二操作状态中操作混合动力系200，且第一操作状态保持饱和。当发动机控制参数达到发动机控制参数的优选状态时，控制方案10转换成在第一操作状态中操作混合动力系200。当发动机控制参数达到发动机控制参数的最小状态时，控制方案10转换成在第三操作状态中操作混合动力系200。应该懂得，在第一、第二和第三操作状态之间的转换有滞后现象。

第三操作状态包括：作为转矩致动器中所选的一种的通向动力传动系统300的输出元件64具有响应于输入转速误差而更改的控制参数。与通向动力传动系统300的输出元件64相关联的优选操作参数包括输出转矩To。输出转矩的优选状态等于操作者转矩要求。只要输出转矩超过操作者转矩要求，控制方案200就在第三操作状态中操作混合动力系200，且第一与第二操作状态保持饱和。应该懂得，在与操作者转矩要求的动态变化相关联的第三操作状态中的操作中存在调整。当输出转矩等于操作者转矩要求时，控制方案200转换离开第三操作状态中的操作以在第二操作状态中操作混合动力系200。应该懂得，在第二和第三操作状态之间的转换有滞后现象。

因而，控制方案10在第一、第二和第三操作状态中所选的一个内控制混合动力系200以响应于输入转速误差更改与转矩致动器之一相关联的操作参数。取决于与转矩致动器相关联的操作参数的状态和控制参数的状态，这种控制以层级方式执行。控制方案10协调混合动力系系统200的总体操作以响应操作者转矩要求管理机械功率向动力传动系统300的传递并管理通向高压电池210的电功率流。

控制方案10的控制层级用来控制发动机240的操作。控制从发动机240的机械功率输入的控制层级中的最高优先权控制和操作动力系200以使得当发动机240处于发动机运转状态中时，发动机240不失速或超速。控制从发动机240的机械功率输入的控制层级中的第二优先权操作动力系200以使得不违反与高压电池210相关联的电池功率极限，即，电池功率保持在最小和最大允许电池功率之间的允许范围内，并且既不超过与放电相关联的最大电池功率也不降到与充电相关联的最小电池功率之下。用于控制从发动机240的机械功率输入的控制层级中的第三优先权操作动力系200以使得通向动力传动系统300的输出转矩响应并且满足通过操作者界面130指令的操作者转矩要求。此外，应该懂得，与在第二操作状态中利用点火延迟控制输入转速相比（其消耗燃料而不伴随转矩的产生），在第一操作状态中控制输入转速产生并存储额外的电功率是更有效和有利的。

控制方案10在第一、第二和第三操作状态中所选的一个中控制混合动力系200以响应输入转速误差和响应操作者转矩要求更改转矩致动器之一的操作参数。在一个实施例中，例如在存在不受控制的动力传动系统转矩扰动如牵引力控制事件时的情况下，输入转速误差（Ni Err）是实际输入转速（Ni Act）和优选输入转速（Ni Dsrd）之间的差。

图2图解地描绘了示例性混合动力系系统的基于时间的操作，包括执行控制方案10的控制层级以利用相关联的操作参数和控制参数将混合动力系系统的操作集中在多个操作状态之一中，例如如参考图1所述的。混合动力系200的操作包括选择操作状态之一并在任何给定的时间点响应输入转速误差（Ni Err）更改相关联的转矩致动器的控制以控制从发动机240至混合变速器250的输入转速Ni，如在此所述。在一个实施例中，转矩致动器包括发动机240、（一个或多个）转矩机械230、和通向动力传动系统300的输出转矩To。

图2的图表表示与输入转速、闭环控制、电池功率、输入转矩、发动机控制、输出转矩和致动器选择相关联的同时发生的参数状态。

输入转速图表包括从发动机240至混合变速器250的测量输入转速（Ni）和优选输入转速（Ni Dsrd）。应该懂得，优选输入转速（Ni Dsrd）是对于与获得最大系统效率和响应操作者转矩要求而管理混合动力系系统200的总体系统操作相关联的输入转速（Ni）的优选或期望的基于时间的预测，所述最大系统效率优选地包括最大发动机热效率。

闭环控制图表包括闭环控制信号（Total TiCL Dsrd），其响应于从发动机240至混合变速器250的实际输入转速（Ni）和优选输入转速（Ni Dsrd）之间的差。限制项（TiCL Limiting）表示闭环控制信号的时间-比率变化的极限。闭环控制信号包括比例项（PTerm）和积分项（ITerm）。可以利用已知的PI控制器响应于实际输入转速（Ni）和优选输入转速（Ni Dsrd）之间的差来产生闭环控制信号。应该懂得，为了控制目的，闭环控制信号可以解构成比例项（PTerm）和积分项（ITerm）。

电池功率图表包括实际电池功率（Pbat）、优选电池功率（Pbat Opt）、和根据饱和极限描述的电池功率范围，其包括与放电相关联的最大电池功率（Pbat Max）和与充电相关联的最小电池功率（Pbat Min）。与实际电池功率相关地控制高压电池210，实际电池功率优选地处于最小和最大允许电池功率之间的允许范围内。应该懂得，根据能被有规律地监测的参数，例如荷电状态（SOC），或别的合适的控制参数来测量电池功率，荷电状态是可用电功率的度量。优选地建立与电池功率相关联的饱和极限以防止高压电池210的过度充电或过度放电，过度充电或过度放电会导致降低其使用寿命的损害。应该懂得，将电池功率用作控制参数只是说明性的，可以用别的动力系控制参数达到类似效果，其例如包括离合器转矩限制。

输入转矩图表包括实际输入转矩（Ti）、优选输入转矩（Ti Opt）、输入转矩要求（Ti Req）和低功率饱和极限，低功率饱和极限是与稳定燃烧相关联的最小输入转矩（Ti Min Stable Combustion）。

发动机控制图表包括与来自发动机240的输入转矩（Ti）的快速控制相关联的发动机控制参数的实际状态和优选状态。如所示的，与输入转矩的快速控制相关联的发动机控制参数的实际状态和优选状态包括与发动机火花控制相关的控制项（分别为Spark-Act and Spark-MBT）。发动机控制参数的最小状态（Spark-Min）被示出，并且与仍然实现稳定燃烧的发动机控制参数的最小允许状态相关联。

输出转矩图表包括操作者转矩要求（To Req）和实际输出转矩（To Act）。致动器选择图表表明了动力系致动器中的哪一个具有一个或多个控制参数，所述控制参数目前正响应于从发动机240至混合变速器250的测量输入转速（Ni）和优选输入转速（Ni Dsrd）之间的差被控制方案更改。致动器选择图表表明了发动机240（Engine）、（一个或多个）转矩机械230（Motor（s））、和输出元件64（Output Member）中所选的一种。

在正在进行的操作过程中（例如，在点A之前），响应操作者转矩要求控制混合动力系系统200，来自发动机240的输入功率被控制使得输入转速误差（Ni Err）为零，即，在响应输入转速误差（Ni Err）控制转矩机械230的情况下，实际输入转速（Ni）追随优选输入转速（Ni Dsrd）。发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）被控制成匹配优选状态（Spark-MBT）。照此，转矩机械230是转矩致动器中所选的一种，且与转矩机械230相关联的控制参数响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被更改以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。

点A表示事件发生的开始，其中实际输入转速（Ni）与优选输入转速（Ni Dsrd）分离。这种事件可以包括牵引控制事件。闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）对输入转速误差（Ni Err）作出响应，输入转速误差包括由从输入元件12至混合变速器250的额外的、未预料到的转矩输入所导致的误差。响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）更改转矩机械230的操作以对过量输入转矩起作用，以设法恢复和调节输入转速（Ni）。被起作用的输入转矩转变成给高压电池210充电的电功率。控制发动机240在优选发动机运行点运行，即发动机控制控制发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）匹配优选状态（Spark-MBT）。照此，（一个或多个）转矩机械230依旧是转矩致动器中所选的一种，其响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被控制以减小输入转速误差（Ni Err），即，控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）继续匹配操作者转矩要求（To Req）。从而，通过更改转矩机械230的转矩输出处理输入转速误差（Ni Err）的增量变化。

高压电池210可以通过达到最大功率水平，即充电极限，而饱和，如点B所示。这可以包括使转矩机械230的转矩输出饱和的情况。实际输入转速（Ni）可以继续与优选输入转速（Ni Dsrd）分离，如所示。在点B，输入转速误差（Ni Err）和相关联的闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）可能继续表明需要修正以恢复输入转速（Ni）的控制。在这种情况下，可能需要做出额外的更改以控制混合动力系200耗散来自发动机240的转矩输入以便减小输入转速误差（Ni Err）。这时候，控制方案停止响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）而更改转矩机械230的操作以对输入转矩（Ti）起作用以设法恢复和调节输入转速（Ni）。转矩机械230的操作继续处于饱和状态中。相反，控制方案响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）更改发动机240的运行以实现优选输入转速（Ni Dsrd）。发动机240的运行被更改以离开优选发动机运行点地运行，即，发动机控制控制发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）在优选状态（Spark-MBT）和仍实现稳定燃烧的发动机控制参数的最小允许状态（Spark-Min）之间。照此，发动机240是转矩致动器中所选的一种，其被响应闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被控制以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）继续匹配操作者转矩要求（To Req）。因而，通过更改发动机240的转矩输出来处理输入转速误差（Ni Err）的增量变化。

在使高压电池210也在其最大功率水平（Pbat Max）饱和的情况下，通过获得仍实现稳定燃烧的发动机控制参数的最小允许状态（Spark-Min），发动机控制可以饱和，如点C所示。实际输入转速（Ni）可以继续与优选输入转速（Ni Dsrd）分离。在点C，输入转速误差（Ni Err）和闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）能继续表明需要修正以恢复输入转速（Ni）的控制。在这种情况下，需要对混合动力系200施加额外的控制以耗散来自发动机240的转矩输入，以便减小输入转速误差（Ni Err）。这时候，控制方案停止响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）的发动机240或转矩机械230的任何额外的更改控制以对多余输入转矩起作用以设法恢复和调节输入转速（Ni）。相反，如果可能，控制方案响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）更改实际输出转矩（To Act）以实现优选输入转速（Ni Dsrd）。当变速器变速杆处于空档状态中时，这种操作情况可能是不能实现的。发动机240继续离开优选发动机运行点而运行，即发动机控制控制发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）使其处于仍实现稳定燃烧的发动机控制参数的最小允许状态（Spark-Min）。照此，通向输出元件64（Output Member）的输出转矩是转矩致动器中所选的一种，其响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被控制以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）与操作者转矩要求（To Req）分离以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。因而，通过更改通向输出元件64的输出转矩来处理输入转速误差（Ni Err）的增量变化。

点D表示实际输入转速（Ni）以增大的速率继续从优选输入转速（Ni Dsrd）分离的操作点。在使高压电池210也在其最大功率水平（Pbat Max）饱和的情况下，通过获得仍实现稳定燃烧的发动机控制参数的最小允许状态（Spark-Min），使发动机控制饱和，如点C处表示。在点D，输入转速误差（Ni Err）和闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）继续表明需要较大的修正以恢复输入转速（Ni）的控制。在这种情况下，需要对混合动力系200施加额外的控制以耗散来自发动机240的转矩输入，以便减小输入转速误差（Ni Err）。控制方案继续停止响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）的发动机240或转矩机械230的额外的更改控制以对多余输入转矩起作用以设法恢复和调节输入转速（Ni）。控制方案更改输出转矩（To Act）以允许作为转矩致动器中所选一种的通向输出元件64（Output Member）的输出转矩的增加，并以输出转矩的最大允许变化率（ΔTo-prf）被控制。输出转矩的最大允许变化率（ΔTo-prf）被控制成使得它对于车辆操作者是不可辨别的并且相对于在不施加限制的情况将会导致的扰动，最大允许变化率从扰动会显著减小。发动机240继续离开优选发动机运行点而运行，即发动机控制控制发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）处于仍实现稳定燃烧的发动机控制参数的最小允许状态（Spark-Min）。照此，通向输出元件64（Output Member）的输出转矩，更具体地说，输出转矩的最大允许变化率（ΔTo-prf），是转矩致动器中所选的一种，其响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被控制以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）与操作者转矩要求（To Req）分离以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。因而，通过以受控的变化率更改输出转矩来处理输入转速误差（Ni Err）的增量变化。

点E表示实际输入转速（Ni）可能开始与优选输入转速（Ni Dsrd）会聚的操作点。在点E，输入转速误差（Ni Err）和闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）可以表明需要较小量的修正以恢复输入转速（Ni）的控制。在这种情况下，需要对混合动力系200施加控制以耗散来自发动机240的转矩输入以便减小输入转速误差（Ni Err）。这时候，控制方案继续响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）更改实际输出转矩（To Act）以实现优选输入转速（Ni Dsrd）。发动机240继续离开优选发动机运行点而运行，即发动机控制控制发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）离开优选状态（Spark-MBT）且处于仍实现稳定燃烧的发动机控制参数的最小允许状态（Spark-Min）。高压电池210继续在其最大功率水平（Pbat Max）在饱和状态中操作。通向输出元件64的输出转矩继续为转矩致动器中所选的一种，其响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被控制以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）朝着操作者转矩要求（To Req）会聚以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。

点F表示实际输入转速（Ni）继续与优选输入转速（Ni Dsrd）会聚的操作点。在点F，实际输出转矩（To Act）与操作者转矩要求（To Req）会聚，因而与输出转矩（To）相关联的控制权限不再是必需的。输入转速误差（Ni Err）和闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）表明需要较小量的修正以恢复输入转速（Ni）的控制。需要继续对混合动力系200施加控制以耗散来自发动机240的转矩输入以便减小输入转速误差（Ni Err）。控制方案响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）更改发动机240的运行以实现优选输入转速（Ni Dsrd）。发动机240的运行被更改以离开优选发动机运行点地运行，即，发动机控制控制发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）处于优选状态（Spark-MBT）和仍实现稳定燃烧的发动机控制参数的最小允许状态（Spark-Min）之间。高压电池210继续在其最大功率水平（Pbat Max）在饱和状态中操作。照此，发动机240是转矩致动器中所选的一种，其响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被控制以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）几乎匹配操作者转矩要求（To Req）。

点G表示实际输入转速（Ni）继续与优选输入转速（Ni Dsrd）会聚的操作点。在点G，输入转速误差（Ni Err）和闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）依旧表明需要修正以恢复输入转速（Ni）的控制。然而，发动机控制已经达到了控制点，在该控制点，发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）匹配优选状态（Spark-MBT），因而发动机已经到达饱和点。需要继续对混合动力系200施加控制以耗散来自发动机240的转矩输入以便减小输入转速误差（Ni Err）。控制发动机240在优选发动机运行点运行，即发动机控制控制发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）匹配优选状态（Spark-MBT）。

控制方案转换操作状态使得响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）更改转矩机械230的操作以对过量输入转矩起作用，以设法恢复和调节输入转速（Ni）。转矩机械230是转矩致动器中所选的一种，其响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被控制以减小输入转速误差（Ni Err），即，控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）继续匹配操作者转矩要求（To Req）。被起作用的输入转矩转变成给高压电池210充电的电功率。

点H表示实际输入转速（Ni）会聚的操作点，即，实际输入转速（Ni）追随优选输入转速（Ni Dsrd），同时来自发动机240的输入功率被控制以使得输入转速误差（Ni Err）为零。发动机控制已经达到了控制点，在该控制点，发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）匹配优选状态（Spark-MBT）。闭环控制信号的比例项（Pterm）稳定，但积分项（Iterm）以及因而闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）继续表明需要修正，这种修正与电池功率（Pbat）和优选电池功率（Pbat Opt）之间的差相关联。照此，转矩机械230是转矩致动器中所选的一种，且与转矩机械230相关联的控制参数响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被更改以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）继续匹配操作者转矩要求（To Req）。

点I表示在实际输入转速（Ni）会聚之后的操作点，即，实际输入转速（Ni）追随优选输入转速（Ni Dsrd），同时来自发动机240的输入功率被控制以使得输入转速误差（Ni Err）为零。发动机控制已经达到了控制点，在该控制点，发动机控制参数的实际状态（Spark-Act）匹配优选状态（Spark-MBT）。由于电池功率（Pbat）与优选电池功率（Pbat Opt）会聚，所以闭环控制信号的比例项（Pterm）和积分项（Iterm）正在向稳定值会聚。照此，转矩机械230继续作为转矩致动器中所选的一种，且与转矩机械230相关联的控制参数响应于闭环控制信号（Total TiCL Dsrd）被更改以控制输入转速（Ni）匹配优选输入转速（Ni Dsrd）。实际输出转矩（To Act）继续匹配操作者转矩要求（To Req）。

前述控制方案10包括响应于输入转速（Ni）和优选输入转速（Ni Dsrd）之间的差更改转矩致动器中所选的一种的控制，转矩致动器包括发动机240、转矩机械230和输出转矩（To）。

本发明描述了某些优选实施例及其变型。在阅读和理解说明书时，其他人可以想到其他变型和变化。因而，本发明不局限于构思用于实现本发明的最佳方式披露的特定实施例，而是本发明将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施方式。

Claims (19)

1.用于控制包括内燃机的混合动力系的操作的方法，所述混合动力系构造成响应于操作者转矩要求通过混合变速器将机械功率传递到动力传动系统，所述混合变速器构造成在所述内燃发动机、电转矩机械和所述混合变速器的输出元件之间传递功率，所述输出元件联接到所述动力传动系统，所述电转矩机械电联接到电能存储设备，所述方法包括：

监测从所述发动机至所述混合变速器的输入转速；

计算被监测的输入转速和优选输入转速之间的输入转速误差；

监测与多个转矩致动器相关联的操作参数，所述转矩致动器包括所述内燃发动机、所述电转矩机械和所述输出元件；

选择所述转矩致动器中的一种；和

响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态，包括：响应于所述输入转速误差仅仅更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态而不响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中未选择的转矩致动器相关联的控制参数的状态。

2.如权利要求1所述的方法，其中选择所述转矩致动器中的一种包括：在与所述电能存储设备相关联的操作参数处于允许极限内时选择所述电转矩机械。

3.如权利要求2所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差更改所述电转矩机械和所述电能存储设备之间的电流。

4.如权利要求1所述的方法，其中选择所述转矩致动器中的一种包括：仅仅在与所述电能存储设备相关联的操作参数超过允许极限时选择所述内燃发动机。

5.如权利要求4所述的方法，其中仅仅在与所述电能存储设备相关联的操作参数超过允许极限时选择所述内燃发动机包括：在来自所述电转矩机械的转矩输出饱和时选择所述内燃发动机。

6.如权利要求4所述的方法，其中在所述转矩致动器中所选的一种包括所述内燃发动机的情况下，响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差更改与对来自所述发动机的输入转矩的快速响应效果相关联的发动机控制参数。

7.如权利要求6所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与对来自所述发动机的输入转矩的快速响应效果相关联的发动机控制参数包括：响应于所述输入转速误差更改发动机火花控制。

8.如权利要求6所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与对来自所述发动机的输入转矩的快速响应效果相关联的发动机控制参数包括：响应于所述输入转速误差更改发动机燃料喷射正时。

9.如权利要求6所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差仅仅更改与对来自所述发动机的输入转矩的快速响应效果相关联的所述发动机控制参数而不响应于所述输入转速误差更改与所述电转矩机械和所述输出元件相关联的控制参数的状态。

10.如权利要求1所述的方法，其中选择所述转矩致动器中的一种包括：仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数超过允许极限时选择所述输出元件。

11.如权利要求1所述的方法，其中选择所述转矩致动器中的一种包括：仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数超过相应的允许极限且与所述电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时选择所述输出元件。

12.如权利要求11所述的方法，其中仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数超过相应的允许极限且与所述电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时选择所述输出元件包括：仅仅在来自所述电转矩机械的转矩输出饱和时选择所述输出元件。

13.如权利要求11所述的方法，其中仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数超过相应的允许极限时选择所述输出元件包括：仅仅在与所述内燃发动机相关联的操作参数的状态超过与稳定燃烧相关联的允许极限时选择输出元件。

14.如权利要求11所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态包括：响应于所述输入转速误差更改来自所述输出元件的输出转矩。

15.用于控制响应于操作者转矩要求将机械功率传递到动力传动系统的混合动力系的操作的方法，包括：

监测发动机输入转速；

计算被监测的发动机输入转速和优选发动机输入转速之间的输入转速误差；

监测与多个转矩致动器相关联的操作参数，所述转矩致动器用来将转矩传递到所述混合动力系的输出元件；

执行控制层级以选择多个操作状态中的一个；和

响应于所述输入转速误差更改与所述操作状态中所选的一个相关联的转矩致动器之一的控制参数的状态，包括：响应于所述输入转速误差仅仅更改与所述转矩致动器中所选的一种相关联的控制参数的状态而不响应于所述输入转速误差更改与所述转矩致动器中未选择的转矩致动器相关联的控制参数的状态。

16.如权利要求15所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述操作状态中所选的一个相关联的转矩致动器之一的控制参数的状态包括：当与相关联的电能存储设备相关联的操作参数处于相应的允许极限内时更改电转矩机械的控制状态。

17.如权利要求16所述的方法，其中响应于所述输入转速误差更改与所述操作状态中所选的一个相关联的转矩致动器之一的控制参数的状态还包括：仅仅在与所述相关联的电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时更改所述内燃发动机的控制状态。

18.如权利要求17所述的方法，其中仅仅在与所述相关联的电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时更改所述内燃发动机的控制状态包括：仅仅在来自所述电转矩机械的转矩输出饱和且与所述相关联的电能存储设备相关联的操作参数超过相应的允许极限时更改所述内燃发动机的控制状态。

19.用于控制混合动力系的操作的方法，包括：

监测从发动机至混合变速器的输入转速；

计算被监测的输入转速和优选输入转速之间的输入转速误差；

监测与多个转矩致动器相关联的操作参数的状态，所述转矩致动器包括所述内燃发动机、联接到所述混合变速器的电转矩机械、和所述混合变速器的输出元件；

执行控制层级以选择多个操作状态中的一个，其中每个操作状态与控制所述转矩致动器中的单个转矩致动器相关联；和

响应于所述输入转速误差更改与所选的操作状态相关联的控制参数的状态，且不响应于所述输入转速误差更改与未选择的操作状态相关联的控制参数的状态。