CN103068649A - 用于控制混合动力车的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于控制混合动力车(1)的方法，在所述方法中，至少两个机组(2，3)提供了用于混合动力车传动装置的扭矩，其中，检测传动机构的组件的当前行驶状态和当前运行配置(K)。至少为所述混合动力车(1)的所有在当前行驶状态中相关的运行模式(M1，M2，M3，M4)分别计算出一个评估参数(R)，并且选择所述混合动力车(1)的两个在当前行驶状态下相关的运行模式(M_A，M_B)。第一运行模式(M_A)具有所有评估参数R的最大值，第二运行模式(M_B)具有所需要的运行配置(K1)与当前运行配置(K)一致的那些运行模式(M1，M2)的所有评估参数R的最大值。基于这一选择，优选借助动态参数的计算规则来确定对用于实现所选出的第一运行模式(M_A)的新运行配置(K)的要求(A_K)和对动态参数的要求(A_D)、优选对相应选出的第二运行模式(M_B)的扭矩要求。

Description

用于控制混合动力车的方法

本发明涉及一种用于控制混合动力车的方法，在所述方法中，至少两个机组提供混合动力车传动装置的扭矩，其中，检测传动机构的组件的当前行驶状态和当前运行配置。

由专利文献DE 44 30 670 B4已知一种用于安装在汽车内的发动机/马达的控制设备，所述发动机/马达作为电动机并且作为发电机工作，以便给蓄电装置充电。所述控制装置具有用于基于汽车速度来计算可重新存蓄的能量的数量的装置，其中，所述控制装置依据当前的充电状态、可重新存蓄的能量的数量和充电所需的电能的数量来控制发动机/马达。

由专利文献DE 10 2007 050 652 A1已知一种用于确定汽车的混合传动机构的状态的方法。其中，从混合传动机构的混合控制装置的执行器的特定状态参数确定传动机构的实际状态。

专利文献US 2002/0062183 A1公开了一种用于混合传动机构的控制系统，其中计算电池的所消耗的电能和充电状态，然后根据所消耗的能量和所需要的能量来选择内燃机和电动机的运行模式。

专利文献US 7 349 776 B2说明了一种用于汽车的控制系统，包括传动控制、转向控制、刹车控制和悬挂控制。这些附属系统均可以不同的运行模式运行并且由运行模式控制装置来控制，其中，运行模式中的每种运行模式均对应于一种特定的行驶状态。

由专利文献US 6 230 496 B1已知一种用于混合动力车的能量管理系统。其中，所存储的能量的水平被调节至一个既定的额定值，以使得混合动力车的由汽车的动能、汽车的机械势能和蓄电器的势能所构成的总能量水平维持一个既定的值。

专利文献US 5 806 617 A说明了一种混合动力车，其中，内燃机始终依据载荷以最佳的效率运转，其中调整电动机的扭矩。

由专利文献US 6 766 874 B2已知一种用于混合动力车运行的系统和方法，其中，控制单元根据电池的充电状态和加速要求而设有多种运行模式。

专利文献US 2004/0060751 A1说明了一种用于控制包括内燃机、电机和汽车电池的混合动力车的运行特性的方法，所述电池只有在提供比内燃机的节气门更好的效率时才会被充电。

尤其是在传动机构的元件具有复杂配置的混合动力车中，为了要实现驾驶员期望(包括最佳效率或者说最佳行驶性能)，不仅需要迅速改变动态值(例如传动机组的扭矩)，而且还需要相对耗时地改变运行配置。

本发明的目的在于，提供一种方法，所述方法容许为每种行驶情况始终提供各自最好的运行模式。

上述目的根据本发明由此得以实现，即：至少为混合动力车的所有在当前行驶状态中相关的运行模式分别计算出一个评估参数R，并且选择混合动力车的两个在当前行驶状态下相关的运行模式，其中，第一运行模式具有所有评估参数R的最大值，第二运行模式则具有所需要的运行配置与当前运行配置一致的那些运行模式的所有评估参数R的最大值，并且基于这一选择，优选借助动态值的计算规则来确定对用于实现所选择的第一运行模式的新运行配置的要求以及对动态值的要求、优选对相应选出的第二运行模式的扭矩要求。

上述要求被分成两组：对动态值的要求和对运行配置的要求。

控制要求的实施时长通常在至少两个不同的范围内：可相对快速且可靠地实施一些要求，例如由传动机组所要求的力矩。相对地，还有对传动机构重新配置(例如关闭/打开离合器、挂入下一较高的档位、或者类似)的要求，这通常比实施期望的力矩需要更多的时间。另外可能发生的是，由于各种原因而完全不实施对传动机构的新配置的要求(例如当切换档位的要求应当由驾驶员来实施时，但是这并未被执行)。

对运行配置的要求包括所有对“缓慢”的和/或在重新配置能力中不可靠的汽车状态参数的要求，例如挂入变速器的档位、辅助机组的状态、离合器的位置等等。对动态参数的要求包括对迅速的以及另外在正常运行中始终可相应地重新配置的参数的要求，例如由传动机组所要求的力矩。

在每个计算步骤中，通常选出两个运行模式——其中的一个运行模式需要执行对运行配置的可“缓慢”实施的要求，其中的第二个运行模式则仅需要实现可“迅速”实施的动态要求。在此，对于所有在当前行驶状态下相关的运行模式而言，分别计算出一个评估参数R(Rating)并且选择第一运行模式，以使得第一运行模式具有所有评估参数的最大值，而第二个运行模式则具有所需要的运行配置与当前运行配置一致的那些运行模式的所有评估参数的最大值。

在计算评估参数R时，可将表示驾驶员期望(优选表示加速踏板位置、刹车踏板位置、档位选择、空调的接通状态和/或节能功能的接通状态)的至少一个当前值W1纳入考量。另外，可将表示行车运行的边界条件(优选表示当前的电能需求)的至少一个当前值W2和/或表示传动机构的组件的当前状态(优选表示温度和/或机组的最大容许力矩)的至少一个当前值W3纳入考量。

尤其有利的是，在计算评估参数R时，将至少一个表征当前行驶操作特性(优选表征行驶速度、行驶加速度和/或汽车倾斜度)的值W4纳入考量。

另外有利的是，在计算评估参数R时，将表示蓄能系统的状态(优选表示可用能源量和/或最大容许功率)的当前值W5纳入考量。

优选地，在计算评估参数R时，将表示整个系统的效率或者是子系统的效率(优选表示汽车从燃油箱直到驱动轮的功率流的总效率)的当前值W6纳入考量。

在本发明的改进方案中，另外被证明为非常有利的是，在计算评估参数R时至少还将表示汽车(优选在油耗、有害物质排放、噪音和/或可行驶性方面)的预先规定的当前值W7纳入考量。

根据本发明的方法可被用于并联式混合动力的各种变型(例如微混合动力、轻度混合动力、全混合动力)和功率分流式混合动力的各种变型。根据本发明的方法适用于特定混合动力车的运行模式的所有任意组合。

根据本发明的方法可被用于不同类型的传动机构组件(例如手动或自动式变速器、柴油或汽油内燃机作为第一个传动机组、电动机或者液压电动机作为第二个传动机组或者等等)。

基于所述方法的控制算法可以在一个电子控制设备中实现或者在多个电子控制设备中分开来实现。尤其有利的是，可同时在多个控制设备中计算评估参数和运行模式要求。由此能够实现冗余和可靠性。

基于所述方法的控制算法能够简单地补充更多的运行模式，而无需在其他模式的计算规则中进行必要的改动。

如果是根据需要而不是根据运行模式来实现传动机构配置的转换，就能够明显降低实施投入。

运行模式的评估参数R例如可被计算为值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7的乘积，因此：

R＝W1·W2·W3·W4·W5·W6·W7。

其替选方案是，可根据下式将运行模式的评估参数R计算为值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7的加权总和：

$R=\stackrel{7}{\mathrm{\Σ}}{K}_n\·W_n$

其中，K_n为加权系数，其反映了值W_n对于评估运行模式的重要性。

评估参数R的计算可被任意扩展，以便考虑到不同的目的、预见性的策略等等。

下面借助附图进一步阐述本发明。其中：

图1为在根据本发明的方法中选择两种运行模式；

图2为用于执行根据本发明的方法的混合动力车的可能的拓扑结构；

图3为根据本发明的方法中的信号流；

图4为计算当前要求的一个示例；

图5为与油门踏板和刹车踏板相关的、用于计算W1值的因素的一个示例；

图6为根据电力功率要求来确定W2值的一个示例；

图7为根据电动机温度来确定W3值的一个示例；

图8为通过与汽车加速度和汽车倾斜度相关的综合特性曲线来计算W4值的一个示例；

图9为根据电池的充电状态来计算W5值的一个示例；以及

图10为根据噪声电平和转速不规则性来计算W7值的一个示例。

混合动力车1需要针对不同的行车情况或者行车操作(例如加速、刹车、起动等等)在从作为整个系统的汽车状态中得出的边界条件下满足驾驶员期望。因此，混合动力车1的控制装置必须要依据驾驶员期望和汽车状态来控制传动机构和辅助机组的各个组件。在此，根据行车情况的不同，控制装置的计算规则也大有不同。

为了确保模块化和可维护性，将各个计算规则划分成诸运行模式是有意义的。

混合动力车1的运行模式M可被理解为一种汽车状态，包括：

(1)传动机构的特定状态(接通或切断机组2[例如内燃机]、打开或关闭离合器4和5、挂入变速器6中的特定档位)；另外还包括

(2)两个(或更多个)传动机组2、3之间的扭矩分配的特定规则以及

(3)所存在的蓄能器14、传动机组2和3以及其他耗能装置之间的能量流分配的特定规则。

运行模式M的数量和类型尤其取决于混合动力车1的传动机构拓扑结构，这些传动机构拓扑结构由于传动机构机组和其他传动机构组件(变速器、离合器、差速器等等)的放置而各有不同。

需要为当前的行驶状况选择最佳的运行模式M并且生成对传动机构组件的相应要求A(＝控制信号)。

控制要求的实施时长通常在至少两个不同的范围内：一些要求A_D可相对快速且可靠地得以实施，例如由传动机组所要求的力矩。相对地，还有对传动机构重新配置(例如关闭/打开离合器4、5、挂入下一较高的档位、或者类似)的要求A_K，这些要求通常比实施期望的力矩需要更多的时间。另外可能发生的是，由于各种原因而完全不实施对传动机构的新配置的要求(例如当切换档位的要求应当由驾驶员来实施时，但是这并未被执行)。

在这里存在两组不同的运行参数：

第一组-运行配置-包括所有“缓慢”的和/或在重新配置能力中不可靠的汽车状态参数(例如挂入变速器中的档位、辅助机组的状态等等)。

第二组包括“迅速”的并且另外在正常运行下始终可相应地重新配置的动态参数，例如机组2、3的可改变的扭矩。

这里的迅速和缓慢均分别是相对于汽车传动装置的动力而言的。

根据本发明的方法设定了以下用于混合动力控制的方案：上述要求被分成两组：对动态值的要求和对运行配置K的要求。在每个计算步骤中，通常选出两个运行模式M_A、M_B——其中第一运行模式M_A需要执行对运行配置的可“缓慢”实施的要求，第二运行模式M_B则仅需要实现可“迅速”实施的动态要求。在此，对于所有在当前行驶状态下相关的运行模式M1、M2、M3、M4而言，分别计算出一个评估参数(Rating)R并且选择第一运行模式M_A，以使得其具有所有评估参数R的最大值，而第二运行模式M_B具有所需要的运行配置K1与当前运行配置K一致的那些运行模式M1、M2的所有评估参数R的最大值。图1示出了一个示例，其中运行模式M1(例如，在电机的发电机运行时对电池进行充电)、M2(“替换助推”，其中由驾驶员所期望的力矩的一部分由电机替换)、M3(换高速档)、M4(纯电动行驶)与当前行驶操作(以恒定汽车速度行驶)相关，而运行模式M5(利用余热)、M6(传统刹车)则无关。模式M4(纯电动行驶)以值R＝0.9达到所有相关运行模式M1、M2、M3、M4的最大的评估参数。然而，模式M4的运行配置K3与当前的运行配置K并不一致。为了能够执行运行模式M4，必须改变传动机构配置——必须打开分离离合器5，必须挂入变速器6中的空挡，机组2(内燃机)必须被切断。那么，就选择了M4作为第一运行模式M_A。运行模式M1和M2具有与混合动力车的当前运行配置K相同的运行配置K1。因此，M2(“替换助推”)以评估参数R＝0.5被选为第二运行模式M_B。

在此，要求A_K——打开分离离合器5、挂入变速器中的空挡并且切断机组2(内燃机)——被发送给相应的传动机构组件。只要这些要求没有被实施，就会生成与运行模式M2相符的力矩要求A_D。

动态参数的要求A_D(例如对内燃机与电机之间的力矩分配的要求)的计算规则首先会考虑到驾驶员期望力矩、传动机组的最大力矩和汽车速度。例如，如图4所示，为运行模式M2(“替换助推”)选择等于最小油耗(图4中的曲线OM)的内燃机力矩VM。随后，电机所需要的力矩EM被计算为驾驶员期望力矩FM与所选择的内燃机力矩之间的差：

VM＝OM；

EM＝FM-VM。

在计算各个运行模式M1、M2、M3、M4、M5、M6的评估参数R时，按如下方式考虑不同的当前值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7：

■表示驾驶员期望(例如油门踏板位置GP、刹车踏板位置BP、档位选择、空调的接通状态和/或节能功能的接通状态)的当前值W1。例如，将模式M2(“替换助推”)的值W1计算为两个因数W1a、W1b的乘积，如图5所示，其中由油门踏板位置GP的平滑函数计算出第一个因数W1a，该函数在低(例如小于5％)和高(例如大于70％)油门踏板位置GP取零值，并且在油门踏板位置GP的特定范围内(例如30％至50％之间)达到最大值1。第二个因数W1b在低刹车踏板位置BP(例如小于2％)上取值为1，刹车踏板位置的其他值则等于零。符合逻辑地，以另外计算出的因数来为其他运行模式计算值W1。

■表示行车运行的边界条件(例如当前电能需求)的当前值W2，W2是根据电流和电压从当前信号计算的。例如，将模式M4(“纯电动行驶”)的W2值计算为电力辅助机组的功率要求LN的平滑函数，所述函数在所要求的低电动功率(例如，直到0.5kW)下取最大值1并且在较大功率(例如，自2kW起)下达到零值(见图6)。

■表示传动机构的组件的当前状态(例如温度传感器9、10的信号和/或该机组所容许的最大力矩)的值W3。例如，从电动机的当前温度T的平滑函数计算模式M4(“纯电动行驶”)的值W3，所述函数对于低温(例如直到40℃)取最大值1并且在较高的温度(例如自75℃起)下达到零值(见图7)。

■表示当前行驶操作(例如行驶速度、汽车加速度FB和/或汽车倾斜度FN)的值W4。例如，从包括输入参数、当前汽车加速度FB和汽车倾斜度FN的二维特性曲线计算模式M5(“余热利用”)的值W4，其中，仅为汽车加速度FB和汽车倾斜度FN的特定区域给出最大值1(见图8)。

■表示现有的蓄能器状态(例如对于每种运行模式可用的能源量和/或最大容许的充电或放电功率)的当前值W5。例如，如图9所示，从电池的当前充电状态LZ的平滑函数计算模式M4(纯电动行驶)的值W5，所述函数对于高充电状态(例如75％以上)取最大值1并且在低充电状态(例如小于50％)达到零值。

■表示整个系统的效率或者子系统的效率(例如汽车的关于从油箱至驱动轮的功率流的总效率)的值W6。例如，将模式M2(“替换助推”)的值W6计算为内燃机对于所规划的工作点的热效率η_T和机械效率η_M、电机对于所规划的工作点的效率ηE以及电池的效率η_B和变速器的效率η_G的乘积：

W6＝η_T·η_M·η_E·η_B·η_G

■表示对汽车的(例如在油耗、有害物质排放、噪音性能和/或可行驶性方面)的预先规定的值W7。例如，将M1模式(“电池由于内燃机负荷的增加而充电以及电机的发电机在汽车停止时运行”)的值W7计算为两个因数W7a、W7b的乘积。在此，从所期望的噪音电平G的平滑函数计算第一个因数W7a，并且将第二个因数W7b计算为内燃机对于所规划的工作点而言所期望的转数不规则性DU的平滑函数。两个参数噪音电平G和转数不规则性DU越大(其通常被用作可行驶性标准并且本身能够被看作是内燃机的工作点的函数)，则上述因数W7a、W7b就越小(见图10)。

各个运行模式M1、M2、M3、M4、M5、M6的评估参数R例如可被计算为一个乘积：

R＝W1*W2*W3*W4*W5*W6*W7

或者作为经加权的总和：

$R=\underset{n=1}{\overset{7}{\mathrm{\Σ}}}{K}_n\·W_n$

(其中，Kn为加权系数，其反映了值Wn对于评估运行模式的重要性)，或者作为值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7的其他有意义的组合。

图2示出了混合动力车1的包括了第一传动机组和第二传动机组2、3的并联结构的传动机构，其中第一机组2例如由内燃机构成并且第二传动机组3由电动机构成。传动机组2、3通过传动机构的组件(例如离合器4、5、变速器6、7或者类似装置)而作用于驱动轮8。控制单元13通过传感器9、10、11、12来传输关于当前运行配置K的信息。在控制单元13中用所描述的根据本发明的方法对控制算法进行处理并且通过评估可能的运行模式M1、M2、M3、M4而选出第一运行模式M_A和第二运行模式M_B。可将上述值一同纳入考量，以计算评估参数R。

如图3所示，通过算法15分析来自传感器9、10、11、12和控制设备13中的其他测量单元的信号S1、S2......、Sn，以便算出当前值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7。另一个算法16则从值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7中推导出评估参数R，所述评估参数在下一个步骤17中被用来选择运行模式M_A、M_B。

所述方法可被用于并联式混合动力的不同变型(例如微混合动力、轻度混合动力、全混合动力)和功率分流式混合动力驱动。该方法适用于特定混合动力车的运行模式的所有任意组合。

该方法可被用于不同类型的传动机构组件(例如手动或自动式变速器、柴油或汽油内燃机作为第一传动机组、电动机或者液压电动机作为第二传动机组等等)。

基于所述方法的控制算法可在一个电子控制设备中实施或者在多个电子控制设备中分开来实施。例如，可通过算法15在一个控制设备中进行值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7的计算，而算法16和17的计算(见图3)则在另一个控制设备中进行。尤其有利的是，同时在多个控制设备中(预先)计算运行模式的评估参数R以及要求A_K和A_d，在一个单独的控制设备中对算法17进行分析，以便选出运行模式和相应的要求。由此能够实现冗余和可靠性。

基于所述方法的控制算法能够简单地补充更多的运行模式，而无需在其他模式的计算规则中进行必要的改动。

如果是针对需要而不是针对运行模式来进行传动机构配置的转换，则能够明显降低实施投入。

评估参数R的计算可被任意扩展，以便考虑到不同的目的、预见性策略等等。

Claims (13)

1.一种用于控制混合动力车(1)的方法，在所述方法中，至少两个机组(2，3)提供用于混合动力车传动装置的扭矩，其中检测传动机构的组件的当前行驶状态和当前运行配置(K)，其特征在于，至少为所述混合动力车(1)的所有在当前行驶状态中相关的运行模式(M1，M2，M3，M4)分别计算出一个评估参数R，并且选择所述混合动力车(1)的两个在当前行驶状态下相关的运行模式(M_A，M_B)，其中第一运行模式(M_A)具有所有评估参数R的最大值，第二运行模式(M_B)具有所需要的运行配置(K1)与所述当前运行配置(K)一致的那些运行模式(M1，M2)的所有评估参数R的最大值，并且基于所述选择，优选借助动态参数的计算规则来确定用于实现所选出的第一运行模式(M_A)的新运行配置(K)的要求(A_K)和对动态参数的要求(A_D)、优选对相应选出的第二运行模式(M_B)的扭矩要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在计算所述评估参数R时，将表示驾驶员期望的、优选表示加速踏板位置、刹车踏板位置、档位选择、空调的接通状态和/或节能功能的接通状态的至少一个当前值W1纳入考量。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在计算所述评估参数R时，将表示行车运行的边界条件、优选表示当前电能需求的至少一个当前值W2纳入考量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在计算所述评估参数R时，将表示所述传动机构的组件的当前状态、优选表示所述机组(2，3)的温度和/或最大容许力矩的至少一个当前值W3纳入考量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，在计算所述评估参数R时，将表示当前行驶操作、优选表示行驶速度、汽车加速度和/或汽车倾斜度的至少一个当前值W4纳入考量。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，在计算所述评估参数R时，将表示至少一个蓄能器(14)的状态、优选表示可用能源量和/或最大所容许的功率的至少一个当前值W5纳入考量。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，在计算所述评估参数R时，将表示整个系统的效率或者子系统的效率、优选表示所述汽车的关于从油箱至驱动轮的功率流的总效率的至少一个值W6纳入考量。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，在计算所述评估参数R时，将表示对所述混合动力车(1)的优选在油耗、有害物质排放、噪音和/或可行驶性方面的预先规定的至少一个值W7纳入考量。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，根据要求来进行传动机构配置的转换。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，将所述运行模式(M1，M2，M3，M4，M5，M6)的所述评估参数R计算为分别表示驾驶员期望、表示行车运行的边界条件、表示传动机构的当前状态、表示当前行驶操作、表示蓄能器状态、表示总系统的效率和/或表示对所述混合动力车的预先规定的当前值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7的乘积：

R＝W1·W2·W3·W4·W5·W6·W7。

11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，将所述运行模式(M1，M2，M3，M4，M5，M6)的所述评估参数R计算为分别表示驾驶员期望、表示行车运行的边界条件、表示传动机构的当前状态、表示当前行驶操作、表示蓄能器状态、表示总系统的效率和/或表示对所述混合动力车的预先规定的当前值W1、W2、W3、W4、W5、W6、W7的加权总和：

$R=\stackrel{7}{\mathrm{\Σ}}{K}_n\·W_n$

其中，Kn为加权系数。

12.一种用于执行根据权利要求1至11中任一项所述的用于控制混合动力车(1)的方法的设备，所述混合动力车(1)具有为混合动力车传动装置提供扭矩的至少两个机组(2，3)，尤其是一个内燃机和至少一个电动机，所述设备包括至少一个控制单元(13)，所述控制单元(13)用于检测传动机构组件的当前行驶状态和当前运行配置(K)，其特征在于，在所述至少一个控制单元(13)中实现至少一个控制算法，所述控制算法规定：至少为所述混合动力车(1)的所有在当前行驶状态中相关的运行模式(M1，M2，M3，M4)分别计算出一个评估参数R，并且其中选择所述混合动力车的在当前行驶状态下相关的两个运行模式(M_A，M_B)，其中第一运行模式(M_A)具有所有评估参数R的最大值，第二运行模式(M_B)具有所需要的运行配置(K1)与当前运行配置(K)一致的那些运行模式的所有评估参数R的最大值，并且基于所述选择，优选借助动态参数的计算规则来确定用于实现所选出的第一运行模式(M_A)的新运行配置(K)的要求(A_K)和对动态参数的要求(A_D)、优选对相应选出的第二运行模式(M_B)的扭矩要求。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，所述控制算法是在多个电子控制设备中分开来实现的，其中优选同时在多个控制设备中同时计算所述运行模式(M)的所述评估参数R和要求。

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