CN102383947B - 控制混合动力传动系统中内燃发动机的方法 - Google Patents

Abstract

一种用来操纵具有内燃发动机混合动力传动系统的方法监测油门进气压力并用将油门进气压力作为输入的压力模型来计算第一扭矩能力。该方法由监测到的油门进气压力确定最大期望空气质量，并由将最大期望空气质量体积作为输入的空气质量模型来计算第二扭矩能力。该方法计算作为第一扭矩能力和第二扭矩能力的函数的最终扭矩能力，并将该最终扭矩能力发送至混合动力控制处理器。发动机控制模块接收作为最终扭矩能力的函数的扭矩请求。作为扭矩输出的函数计算歧管压力请求，且作为歧管压力请求的函数来促动油门。

Description

控制混合动力传动系统中内燃发动机的方法

技术领域

本发明涉及一种用于估计和控制混合动力车辆的内燃发动机中的扭矩的方法。

背景技术

机动车辆包括传动系统，该传动系统可运行为推动车辆并向车载电器提供电力。所述传动系统，或驱动系统，总体地包括通过多速动力传动装置为最终驱动系统提供动力的发动机。许多车辆由往复运动活塞型内燃发动机(Internal combustion engine：ICE)驱动。内燃发动机通过和空气混合的燃料的燃烧将存储在燃料(汽油、柴油、生物燃料、天然气或其他燃料)中的化学能转换成动能。

混合动力车辆使用多个、可替换动力源来推动车辆，使对发动机的动力依赖最小化。示例性地，油电混合动力电动车(Hybrid electric vehicle：HEV)结合电能和化学能两者，并将其转换成机械能，以推动车辆和为车辆系统提供动力。HEV总体地使用独立工作的一个或多个电机(电动机/发电机)，或与内燃发动机一起，来推动车辆。电机将动能转换为可存储在能量存储设备中的电能。来自能量存储设备的电能也可转换回用来推动车辆的动能。

发明内容

提供了一种操作由混合动力控制处理器控制的混合动力传动系统的方法。混合动力系统包括具有油门的内燃发动机且被发动机控制模块控制。该方法包括监测油门进气压力并由压力模型计算第一扭矩能力。监测到的油门进气压力是压力模型的输入。该模型还包括由监测到的油门进气压力确定最大期望空气质量，并由空气质量模型计算第二扭矩能力。最大期望空气质量体积是空气质量模型的输入。该方法还包括计算作为第一扭矩能力和第二扭矩能力的函数的最终扭矩能力，并将该最终扭矩能力发送至混合动力控制处理器。

该方法可包括从混合动力控制处理器接收扭矩请求(其作为最终扭矩能力的函数而被计算)，并使用发动机控制模块计算作为来自混合动力控制处理器的扭矩请求的函数的歧管压力请求。该方法随后可包括作为歧管压力请求的函数来促动油门。

上述的本发明的特征和优点，以及其他的特征和优点在下文中结合附图进行的对实施本发明的较佳模式和其他用来实施本发明的实施例进行的详尽描述中可以容易地理解，这与在所附的权利要求书中限定的一样。

附图说明

图1是混合动力传动系统的示意图；和

图2是用来控制诸如图1所示的混合动力传动系统的内燃发动机的算法或方法的示意流程图。

具体实施方式

参见附图，其中这几幅附图中相同的附图标记对应着相同或类似的构件，图1中示出了混合动力车辆的混合动力系统(powertrain)100的示意图。混合动力系统100包括内燃发动机110和电机(electric machine)114，该内燃发动机受发动机控制模块112(或ECM112)控制，该电机受混合控制处理器116(或HCP(hybrid control processor)116)控制。发动机10和电机114是混合动力车辆的原动机(primary mover)，并互相动力流(power flow)连通，且和混合动力系统的最终驱动部(未示出)动力流连通。发动机10和电机114结合起来加速以及减速车辆。

尽管结合在汽车上的应用对本发明进行了详尽的描述，但是本领域技术人员应理解本发明的更广泛的应用性。本领域技术人员应理解诸如“上”，“下”，“向上”，“向下”等术语仅为对附图的描述，而并非对本发明的范围的限制，所述范围由所附的权利要求书限定。在此使用时，术语混合动力车辆通常指的是任何配置有多个动力源(诸如发动机110和电机114)的车辆，其可包括可替换的能量牵引设备或原动机。

电机114被配置为将动能转换成可存储在能量存储设备或电池118中的电能。电池118提供的电能可随后被转换回用来推动混合动力车辆的动能。电机114可转换由发动机110提供的动能，或协助发动机110向混合动力系统100提供推动。电机114可为电动机、发电机、电动机/发电机、或以上的任意组合或合并。

发动机110和进气管120连通。选择性量的空气被允许经由油门122进入空气进气管120，所述油门受到ECM112直接或间接地控制。歧管124被设置在油门122和发动机110之间，且油门122选择性地，且可变地允许空气进入歧管124。

通过改变进入发动机110的空气的量，油门改变燃烧过程，并改变发动机110的功率和扭矩输出。空气在发动机110中和燃料(汽油、柴油、生物柴油、天然气等)结合。在非常一般的条件下，且将很多其他的变量固定或忽略，更多的空气允许更多的燃料被燃烧，以及由发动机110产生的更大扭矩。将油门打开至其最大且最不受限的位置允许发动机110以其最大扭矩输出、最大能力运行。

利用进气传感器126获得的油门入口压力或油门进气气压(throttleintake air pressure：TIAP)和进气管120通信。进气传感器126通常测量进入进气管120的环境空气的压力。

空气质量传感器128测量穿过进气管120的气流体积。空气质量传感器128被示出为位于油门122之前，但其可位于沿进气管120的任意位置。

歧管气压(manifold air pressure)传感器或MAP传感器130测量歧管124内的压力。油门122通过选择性地限制从进气管进入歧管124的空气气流而变动歧管124内的压力。油门进气气压也可以是在发动机不旋转时使用MAP传感器130推出的已知值，且歧管和进气管压力也是一样。

ECM112使用由一些或全部传感器126、128和130提供的输入来估计或确定发动机110的扭矩能力。ECM112将经确定的扭矩能力以及其他测定或确定的信息发送至HCP116。随后，HCP116确定为了优化混合动力系统100的运行发动机110应该提供的扭矩的量。总体地，更准确的对发动机110的扭矩能力预测，允许由HCP116对混合动力系统100的更准确的优化。

参见图2，且继续对图1做出参照，示出了用来控制发动机110的算法或方法200的示意性流程图。方法200可被用来确定发动机110的可用最大扭矩能力，也可被用来控制发动机110，以在需要时产生最大扭矩能力。总体地，在图2的线202下示出的步骤是ECM112的运行的部分，且在图2的线202上示出的步骤是HCP116的运行的部分。但在线202以上或以下的步骤的相对位置并非限制性的。此外，单个控制器可执行ECM112、或HCP116或两者的一些或全部功能。

步骤210：测量TIAP

方法200在步骤210使用进气传感器126监测油门进气压力(TIAP)。TIAP测量代表了在环境压力下可用的以被抽入歧管124和发动机110进行燃烧的最大空气量。

步骤212：确定最大空气质量

方法200将由进气传感器126测量的TIAP压力转换成每气缸的最大可获得空气量(air per cylinder：APC)，或最大期望空气质量。方法200可使用MAP至APC转换来确定通常使用体积测定效率模型(volumetric efficiencymodel)确定的最大期望空气质量。

步骤214：MAP至扭矩、压力模型

方法200包括从压力模型、MAP至扭矩模型计算第一扭矩能力。压力模型将发动机100的扭矩能力作为用于燃烧的可用空气的函数来确定，并由压力读数确定该可用空气。

基于作为歧管压力的函数的可用扭矩获得MAP至扭矩模型，其中歧管124中的压力越高意味着有可用来燃烧的空气越多。但是，方法200将由进气传感器126测得的TIAP用作函数的输入。通过基于来自歧管124的、和油门122相对的可用压力计算第一扭矩能力，方法200基于最大可用空气压力计算扭矩能力。方法200在假设油门122将被完全打开的同时计算扭矩能力，使得歧管124内的压力等于进气传感器126内的压力。

步骤216：APC至扭矩、空气质量模型

方法200类似地包括用空气质量模型、APC至扭矩模型计算第二扭矩能力。APC至扭矩模型将在步骤212中计算出的最大期望空气质量用作空气质量模型的输入。因此，MAP至扭矩模型和APC至扭矩模型两者分别用在进气传感器126处测得的TIAP计算第一和第二扭矩能力，就如油门122未受限制。

MAP至扭矩模型和APC至扭矩模型被分开地用来计算扭矩能力。MPA至扭矩和APC至扭矩函数的结果可以不同，或它们可以求得相同的扭矩能力。ECM112并未直接测量发动机110的扭矩输出或能力，它们是被估计的。方法200随后继续进行，以确定哪个扭矩估计值应该被使用。

步骤218：进行仲裁以确定最终最大能力

方法200包括计算作为第一扭矩能力(来自MAP至扭矩模型)和第二扭矩能力(来自APC至扭矩模型)的函数的最终扭矩能力。取决于混合动力系统100的配置和发动机110的特征，多种技术可被用来由第一和第二扭矩能力以及其他因素确定最终扭矩能力。

举例来说，且非限制性地，如果方法200的目的是向HCP116提供可用扭矩能力的最大估计值，则ECM112可选择更大的能力估计值。因此，HCP116可能会请求实际最大扭矩能力或更大的量。不论如何，在所述配置中，混合动力系统100使用来自发动机100的全部可用扭矩。可替换地，方法200不是简单滴采取较大的估计，或方法200可能会与一个模型相比会优选另一模型的结果。

最终扭矩能力可被可替换地作为应用于第一扭矩能力或第二扭矩能力的约束因子(constraint factor)的函数而计算。该约束因子可以是限定了其中一个能力估计值在另一个以上的范围的固定值。此外，方法200可对能力估计进行平均、组合或使用其他的统计学方法，以确定将被发送至HCP116的最终扭矩能力。

另一个用来确定最终扭矩能力的方法优选确定第二扭矩能力的APC至扭矩模型。在这样的配置中，最终扭矩能力通过获得以下各项中最大的来确定：第二扭矩能力；和，第二扭矩能力与约束因子之和以及第一扭矩能力中的最小值。该计算可被表达为公式：MAX[第二扭矩能力，MIN(第一扭矩能力，第二扭矩能力+限制因子)]。

因此，在APC至扭矩(空气质量)模型获得了较大的扭矩能力估计时，最终扭矩将总是等于第二扭矩能力。但是，如果MAP至扭矩(压力)模型获得了较大的扭矩能力估计时，最终扭矩能力被限制为第二扭矩能力加上约束因子的值。当方法200使用该技术时，优选APC至扭矩模型，而MAP至扭矩模型被允许仅将最终扭矩能力增加计算的量。

步骤220：HCP确定了齿轮比或模式：长期优化

一旦由ECM112确定了最终扭矩能力，方法200将最终扭矩能力发送至HCP116，以根据当前和期望的混合动力车辆的运行状况优化混合动力系统100。由HCP实施的功能中之一是确定齿轮比或传动模式。这指的是长期优化，因为HCP116尝试选择能比瞬时时间框架(instantaneous time frame)更好地满足驾驶者的操作要求的齿轮比。

步骤222：HCP确定发动机扭矩请求；短期优化。

由HCP116实施的功能中的另一个是确定用于发动机110运行的发动机扭矩请求，其将允许混合动力系统100总体地满足由驾驶者请求的瞬时运行条件。这指的是短期优化，因为HCP116和驾驶者会总体上迅速地改变发动机110或混合动力系统请求的扭矩量。HCP116计算作为ECM112发送的最终扭矩能力的函数的发动机扭矩请求。

在强混合动力中，诸如多模式EVT混合动力车辆，驾驶者的踏板指令被转换成轴扭矩请求，且HCP确定最可能满足驾驶者和混合动力系统100的其他需求的发动机100和电机114的组合扭矩。类似地，在轻混合动力中，如皮带发电机启动器(belt alternator starter)车辆，HCP116确定曲柄轴扭矩请求并确定最可能满足曲柄轴扭矩请求的发动机100和电机114的组合扭矩。

扭矩请求可整体或部分地来自驾驶者以外的来源。举例来说，且非限制性地，巡航控制或物体避让系统可提供扭矩请求或改变由驾驶者请求的扭矩。在短期优化下，发动机扭矩请求被发送回ECM112，以控制发动机110达到需要的扭矩的量。

取决于混合动力系统100的配置，和原动机(发动机100和电机114)的相对能力，混合动力系统100可被配置为使得发动机100惯常地以其最大扭矩能力运行。在一些内燃发动机中，理想配比的空气-燃料混合物下的最大能力是优化的燃料经济性运行点，这是因为发动机未受节流。因此，当发动机110运行时，混合动力系统100可使发动机110以最大扭矩能力运行大百分比的时间，需要未受节流的运行。

步骤：逆向MAP至扭矩

为了确定如何操作油门122以满足由HCP116请求的发动机110的扭矩，歧管200将发动机扭矩转换回用于歧管124的压力值。方法200计算作为来自HCP116的发动机扭矩请求的函数的歧管压力请求。歧管压力请求随后将被用来控制油门122和其他促动器。

计算歧管压力请求可包括逆向压力模型，或逆向MAP至扭矩模型(inverse MAP-to-Torque model：反向MAP至扭矩模型)，其也可称作扭矩至MAP模型。逆向压力模型是用来计算第一扭矩能力的MAP至扭矩压力模型的逆函数或反函数。因此，如果当“MAP_1”的值被输入至MAP至扭矩模型并产生了“扭矩_1”的输出时，则当逆向MAP至扭矩模型采用“扭矩_1“作为输入值时，输出将为“MAP_1”。类似地，因为步骤214使用了由进气传感器126测定的TIAP来确定第一扭矩能力，所以如果来自HCP的发动机扭矩请求等于第一扭矩能力，则逆向MAP至扭矩模型将计算出歧管压力请求以等于步骤224中的TIAP。使用反函数，MAP至扭矩函数的输入产生输出，在该输出被带入逆向MAP至扭矩函数时将产生所述输入。

可替换地，方法200可使用逆向APC至扭矩模型来计算油门122的位置，或压力和空气质量值两者都被用来计算油门122的位置。逆向APC至扭矩模型也可被用来确定并非油门122的扭矩促动器的值。

步骤226：控制扭矩促动器

在用由HCP116发送出的发动机扭矩请求计算出歧管压力请求之后，ECM112将控制油门122和其他扭矩促动器(燃料喷射器、凸轮移相器(camphaser)、火花塞等)以实现作为歧管压力请求的函数的发动机扭矩请求。如果HCP116请求来自发动机110的最大可用扭矩，则油门122此时将完全打开，使得进气传感器126测得的TIAP和MAP传感器130测得的歧管气压大致相等。这可被称作非受限流动、最少受限流动、或完全打开的油门122。

方法200至此已通过使用来自发动机的可用扭矩的多个估计值确定了最终扭矩能力，将来自ECM112的最终扭矩能力发送至HCP116，以用于混合动力系统110的优化，将从HCP116返回的发动机扭矩请求发送至ECM112，并促动油门122以在发动机110内产生发动机扭矩请求。方法200已经通过使用TIAP计算第一扭矩能力而确保了油门122将被促动至其最少受限状态。方法200还可包括学习能力，所述学习能力被用来改变MAP至扭矩或APC至扭矩模型。

步骤228：监测MAP和APC

步骤228、230和232示意性地提供了用来掌握MAP至扭矩模型以估计出更接近由APC至扭矩模型提供的估计值的扭矩能力的示例性技术。在步骤228，方法200使用空气质量传感器128监测气流体积，且还使用MAP传感器130监测MAP。来自MAP传感器130的的歧管压力测量值可被用来与MAP至扭矩模型一起计算扭矩，且来自空气质量传感器128的空气质量测量值可被用来计算用于在发动机110中燃烧的每汽缸空气量(APC)。

步骤230：比较MAP至扭矩和APC至扭矩

方法200将MAP至扭矩模型的结果和APC至扭矩的结果进行比较。在油门122被促动至其最少限制位置之后，空气质量传感器128测量到发动机110的实际气流，且ECM112使用APC至扭矩模型计算第一获得扭矩。ECM112还测量歧管压力(MAP)并使用MAP至扭矩模型与当前MAP一起计算第二获得扭矩。方法200随后将第二获得扭矩和第一获得扭矩比较，以判断MAP至扭矩模型是否应该被调整。

步骤232：学习MAP至扭矩

如果第二获得扭矩和第一获得扭矩显著不同，方法200产生习得压力模型。新的、习得的压力模型随后在方法200的后续迭代中使用。习得压力模型取代或更新步骤214和230中使用的MAP至扭矩模型，且还调整步骤224中使用的逆向MAP至扭矩模型。

随后由MAP至扭矩模型对扭矩能力的计算和对请求的MAP的计算将产生与来自APC至扭矩模型的扭矩能力的相似计算更接近的值。这也可导致来自MAP至扭矩模型的对扭矩能的后续计算更接近估计的获得扭矩，因为获得扭矩估计通常使用APC至扭矩模型。因此，在稳态运行中，扭矩能力的估计值(来自步骤214中的MAP至扭矩模型以及来自步骤218中的最终扭矩仲裁的)将接近、或符合在步骤230中使用APC至扭矩模型计算出的估计获得扭矩。

方法200还可限制MAP至扭矩模型的学习，以使得MAP至扭矩模型较APC至扭矩模型产生更大的扭矩能力的估计(即，单向学习)。步骤228-232假设APC至扭矩模型更准确，但方法200也可包括使APC至扭矩模型朝向MAP至扭矩模型学习，如果所述模型被确定为更准确的模型的话。

出于示例的目的，参照图1中示出且描述的许多元件和构件对方法200进行了描述。但是，也可使用其他的构件来实施方法200和由所附的权利要求书限定的发明。图2中示出的算法或方法200的步骤的具体顺序不是必须的。步骤可被重新排序，步骤可被省略，且附加的步骤可被包括。

附图或视图的详尽描述是对本发明的支持和描述，但本发明的范围仅受权利要求书限定。尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种用来控制混合动力车辆的内燃发动机的方法，其中所述内燃发动机包括油门，且受发动机控制模块控制，所述方法包括：

监测油门进气压力；

由监测到的油门进气压力确定最大期望空气质量；

由压力模型计算第一扭矩能力，其中所述油门进气压力是所述压力模型的输入；

由空气质量模型计算第二扭矩能力，其中所述最大期望空气质量是所述空气质量模型的输入；

计算作为所述第一扭矩能力和所述第二扭矩能力的函数的最终扭矩能力；

计算作为所述最终扭矩能力的函数的歧管压力请求；

作为所述歧管压力请求的函数促动所述油门。

2.如权利要求1所述的方法，其中进一步计算出作为约束因子的函数的所述最终扭矩能力。

3.如权利要求2所述的方法，其中计算所述歧管压力请求包括逆向压力模型，其中所述逆向压力模型是用来计算所述第一扭矩能力的压力模型的反函数。

4.如权利要求3所述的方法，其中通过找出下列各项中最大的来确定所述最终扭矩能力：

所述第二扭矩能力；和

所述第二扭矩能力和所述约束因子之和与所述第一扭矩能力中最小的。

5.一种用来操作由混合动力控制处理器控制的混合动力传动系统的方法，其中所述混合动力传动系统包括具有油门的内燃发动机且被发动机控制模块控制，所述方法包括：

监测油门进气压力；

由压力模型计算第一扭矩能力，其中监测到的油门进气压力是所述压力模型的输入；

由监测到的油门进气压力确定最大期望空气质量；

由空气质量模型计算第二扭矩能力，其中所述最大期望空气质量是所述空气质量模型的输入；

计算作为所述第一扭矩能力和所述第二扭矩能力的函数的最终扭矩能力；

将该最终扭矩能力发送至所述混合动力控制处理器；

从所述混合动力控制处理器接收扭矩请求，其中计算作为所述最终扭矩能力的函数的所述扭矩请求；

使用所述发动机控制模块计算作为来自所述混合动力控制处理器的扭矩请求的函数的歧管压力请求；和

作为所述歧管压力请求的函数来促动油门。

6.如权利要求5所述的方法，其中进一步计算出作为约束因子的函数的所述最终扭矩能力。

7.如权利要求6所述的方法，其中计算所述歧管压力请求包括逆向压力模型，其中所述逆向压力模型是用来计算所述第一扭矩能力的压力模型的反函数。

8.如权利要求7所述的方法，其中通过找出下列各项中最大的来确定所述最终扭矩能力：

所述第二扭矩能力；和

所述第二扭矩能力和所述约束因子之和与所述第一扭矩能力中最小的。

9.如权利要求8所述的方法，其还包括：

监测空气质量；

由空气质量模型计算作为监测到的空气质量的函数的第一获得扭矩；

监测歧管压力；

由所述压力模型计算作为监测到的歧管压力的函数的第二获得扭矩；

将所述第一获得扭矩和所述第二获得扭矩进行比较；

如果所述第一获得扭矩不同于所述第二获得扭矩，则产生习得压力模型；

由所述习得压力模型计算第三扭矩能力，其中所述监测到的油门进气压力是所述习得压力模型的输入；

由所述空气质量模型计算第四扭矩能力，其中所述最大期望空气质量是所述空气质量模型的输入；

计算作为所述第三扭矩能力和所述第四扭矩能力的函数的新的最终扭矩能力；

将所述新的最终扭矩能力发送至所述混合动力控制处理器；

从所述混合动力控制处理器接收新的扭矩请求，其中计算出作为所述新的最终扭矩能力的函数的新的扭矩请求；

使用所述发动机控制模块计算作为来自所述混合动力控制处理器的新扭矩请求的函数的新歧管压力请求；和

作为所述新的歧管压力请求的函数促动所述油门。

10.如权利要求5所述的方法，其还包括：

监测空气质量；

由空气质量模型计算作为监测到的空气质量的函数的第一获得扭矩；

监测歧管压力；

由所述压力模型计算作为监测到的歧管压力的函数的第二获得扭矩；

将所述第一获得扭矩和所述第二获得扭矩进行比较；

如果所述第一获得扭矩不同于所述第二获得扭矩，则产生习得压力模型；

由所述习得压力模型计算第三扭矩能力，其中所述监测到的油门进气压力是所述习得压力模型的输入；

由所述空气质量模型计算第四扭矩能力，其中所述最大期望空气质量是所述空气质量模型的输入；

计算作为所述第三扭矩能力和所述第四扭矩能力的函数的新的最终扭矩能力；

将所述新的最终扭矩能力发送至所述混合动力控制处理器；

从所述混合动力控制处理器接收新的扭矩请求，其中计算出作为所述新的最终扭矩能力的函数的新的扭矩请求；

使用所述发动机控制模块计算作为来自所述混合动力控制处理器的新扭矩请求的函数的新歧管压力请求；和

作为所述新的歧管压力请求的函数促动所述油门。