CN103085808A - 混合动力变速器的基于温度的状态优化 - Google Patents

Abstract

混合动力车辆具有控制器、发动机、牵引电动机和变速器。控制器被配置为利用成本计算函数计算在HEV的每一个工作点下的总系统损失，包括发动机、牵引电动机和变速器中每一个的损失。控制器可选择地根据测得的液体温度对发动机、牵引电动机和处于某个指定的变速器状态的变速器中的至少一个的计算成本进行修改。进而最优的变速器状态被选择作为相对其他变速器状态具有最优成本的状态。可选择地修改计算的成本可包括当测得的液体温度超过某个校准温度极限时，对使用指定的变速器状态的成本进行惩罚。在高于温度上限时，可使指定的运行状态无效，以保护变速器不过热。

Description

混合动力变速器的基于温度的状态优化

技术领域

本发明涉及混合动力电动变速器内最优变速器运行状态的选择。

背景技术

混合动力电动车辆（HEV）能够可选择地利用一个或多个牵引电动机在纯电动/电动车（EV）推进模式下被供能。牵引电动机也能够通过向一组驱动车轮传递扭矩来辅助内燃发动机。每个牵引电动机可选择地由高压能量存储系统（ESS）提供电压。反过来，ESS可在车辆运行中通过在再生制动事件中获取制动能量来充电。ESS也可以在车辆不运行的时候充电，例如通过将ESS插入壁装电源插座或是充电站。

在转变为发动机提供动力之前，HEV通常在EV模式下运行直到达到某一阈值速度。动力变速器（power transmission）将发动机和电动机扭矩组合地传递到变速器输出构件，这是根据所需的输入扭矩通过控制器决定的。变速器可包括各种流体促动的离合器，其可选择地连接或断开一个或多个齿轮组的元件，从而在各种变速器状态（例如，固定档位模式、电可变或连续可变的变速器模式，以及一个或多个EV模式）之间做选择。

发明内容

本文公开了一种方法和系统，其在混合动力电动车辆（HEV）中以保护变速器不过热（尤其在特别重的负荷或是在炎热天气下）的方式，在不同的变速器工作状态之间做选择。变速器控制器执行状态优化功能，该功能为HEV确定最优/最小损失的工作点。如本领域技术人员所能理解的，混合动力状态优化通常包括为HEV的每个基于速度的工作点计算总的系统损失，所述损失与某个动力传动部件有关。例如，控制器可计算发生在变速器中的总旋转损失。控制器继而选择最优工作点，该最优工作点对应于在给定的扭矩需求下通过最低总系统损失的动力传动系统的混合。

本方法可选择地将总系统损失的计算值作为传动液温度（TFT）的函数处理。在测得的TFT升高至超过温度下限时，控制器逐步对利用某个指定的变速器工作状态的成本施加权重并进而对其进行惩罚。在温度上限以上时，控制器可使指定的状态（一个或多个）暂时失效。

校准过的TFT带被记录在车载变速器控制器的实体、非内存的存储器中。所述校准过的TFT带由温度下限（T1）和温度上限（T2）划界。TFT在车辆运行时测量，使用例如置于变速器和/或主流体槽中的热敏电阻或其他合适的流体温度传感器。温度传感器将测得的TFT传输至控制器。控制器继而执行控制动作，其方式取决于测得的TFT与校准过的TFT带的极限值相比如何。

当测得的TFT落入校准过的TFT带时，即T1<TFT<T2时，控制器可针对变速器执行第一控制动作。当测得的TFT升高至高于温度下限（T1）并接近温度上限（T2）时，控制器可逐步地惩罚指定的变速器运行状态，例如通过逐步对成本计算函数（其与运行发动机、电机和/或指定状态（一个或多个）下的变速器相关）施加权重。当测得的TFT超出温度上限（T2）时，控制器针对变速器执行第二控制动作，例如暂时使一个或多个指定变速器状态暂时性失效，直到测得的TFT再次落至温度上限（T2）以下。

从下文中对实现本发明的最优模式的有附图的详细描述可知，本发明的上述特征和优势以及其他特征和优势是很明显的。

附图说明

图1是具有混合动力电动变速器和控制器的车辆的示意图，其中所述控制器被配置用来根据温度优化变速器中的状态选择。

图2为可用于图1所示的控制器的基于温度的优化逻辑的示意性框图。

图3为描述了基于温度的方法的流程图，该方法用于在图1中的车辆内优化变速器状态选择。

具体实施方式

参考图1，其示出了包括内燃发动机14、牵引电动机18、变速器15和变速器控制器20（上述部件均相对于底盘17定位）的混合动力电动车辆10。控制器20包括实体的、非暂存（non-transitory）的存储器60，其上记录了实施本方法100的进程说明或计算机可执行的代码。方法100的执行（通过处理器62）有助于避免变速器15在某些变速器操作状态下、尤其是在重负载和/或炎热天气条件下的过热。执行方法100时，控制器20选择混合动力模式/状态，从而决定了发动机14和牵引电动机18的具体混合（mix）和速度。上述过程被根据测得的变速器流体温度（TFT）（在图1中由箭头27代表）执行。参考图3，下面给出了本方法100的一个例子。

图1中的示例车辆10中，发动机14经由输入离合器11与变速器15可选择地连接。输入离合器11可包括弹簧和减震器组件（未示出），所述弹簧和减震器组件适用于对发动机14的曲轴33和变速器15的输入轴35之间的连接进行减震。变速器15还具有输出轴40，该输出轴40将扭矩从变速器15传递至一组驱动车轮42。变速器15可被配置为电可变变速器（EVT）或其他任何合适的、能够将扭矩传送至驱动车轮42的变速器。

牵引电动机18可被配置为相对高压的多相电机，例如，在一个非限制性实施例中大约为60VAC至300VAC。如果需要，牵引电动机18可选择地经由转轴32将电动机扭矩传递至变速器15，以提供纯电动/电动车辆（EV）推进模式为车辆10提供动力，或在启动过程和/或推动车辆10的过程中辅助发动机14。

尽管为了说明的简单性，图1中只示出了一个牵引电动机18，但是也可以使用额外的牵引电动机18而不脱离所公开的方法100的预期范围。例如，可使用两个牵引电动机18。每个牵引电动机18可经由高压直流总线30、牵引力转换模块（TPIM）24和高压交流总线130电连接至能量存储系统（ESS）22。也可利用直流-直流变换器（未示出）调节电压，并为车辆10上的辅助动力系统提供电力。

图1中的控制器20包括可选择地修改状态功能选择所需的必要硬件和软件，用于变速器15的控制（根据测得的TFT（箭头27），即根据供应的变速器流体36的测量温度）。流体36通过流体泵34从槽38循环流入变速器15。流体泵34可以是发动机驱动的或由辅助电源驱动。

控制器20可以是单一的控制装置或分布式/网络化（networked）的控制装置。在任一实施例中，控制器20经由控制和反馈信号（箭头19）与发动机14电连接或电通信、与变速器15（箭头13）电连接或电通信、与牵引电动机（一个或多个）18（箭头21）电连接或电通信和与温度传感器25（其定位在流体36内，例如所示的变速器15内或在槽38内）电连接或电通信。温度传感器25可被配置为热敏电阻或是适于测量流体36的温度并将测得的TFT传送至控制器20（箭头27）的其他装置，以用于执行本方法100。

图1的变速器15的控制可由控制器20通过发送和接收一组与变速器15有关的控制信号（箭头13）来实现。用于传递控制信号（箭头13）的控制通道可包括适于在车辆10上传输必要的电控制信号的任何所需总线和/或提供硬连线的传递导体和/或无线控制链路。

参考图2，图1中的控制器20可包括控制逻辑，该控制逻辑可被模拟为示例框图50。损失计算图块51被用于计算图1所示的车辆10的动力系统的总系统损失。例如，图块51计算发动机14、变速器15、牵引电动机（一个或多个）18中每一个的总损失。图块51被作为典型优化函数（其选择最小成本工作点（lowest cost operating point））的一部分使用。如本领域可理解地，与工作点对应的变速器状态可包括固定档位模式、连续/电可变变速器模式以及EV模式。控制器20执行图块51，以确定从发动机14和/或牵引机（一个或多个）18到变速器15的可允许输入扭矩的范围。

对于发动机14、变速器15和牵引电动机18中的每一个，经由图块51为每一个可能的工作点分配成本。如前文所述，该成本与用于实现该具体变速器状态的相应系统引起的损失有关，例如发生在变速器15中的旋转损失。从而，对于给定的成本可施加一高值，以对该特定系统的使用进行惩罚（penalize），最终实现给定的变速器状态的可用性。利用图块51的输出（箭头73），可提供所要求的扭矩作为来自发动机14和/或电动机18的输入扭矩的混合。

图块51的输出（箭头73）和另外两个修改输出（箭头74和75）一起被供应至温度选择图块55。一个修改输出（箭头74）由罚值求和（penaltysummation）图块53决定，所述图块53对某些损失的成本施加惩罚（其由损失惩罚图块52确定）。如下文所述，损失惩罚图块52可根据需要施加权重，以根据总系统损失中使用某些状态对应的成本来惩罚上述状态的使用。失效（disable：停用）图块54可被用于返回修改后的输出（箭头75），通过在成本方面使得某些状态的成本执行起来过于昂贵而有效地使得上述状态失效，而不是惩罚上述状态。图块55继而在输出73、74和75之间做选择，以根据测得的TFT执行合适的控制动作。

结合图1和图2来参考图3，示例方法100以开始于步骤102，通过TFT传感器25进行测量（图1中箭头26）。该值可被记录于控制器20的存储器60中。

在步骤104中，控制器60通过图2中的图块55处理测得的TFT。当由图1的传感器25测得的TFT小于校准过的TFT带[T1,T2]的温度下限（T1）时，控制器20进行至步骤106。否则，控制器20进行至步骤108。

在步骤106中，图2中的图块55利用图2中的图块51给出的未修改的输出（箭头73）来生成控制的控制部分和反馈命令（箭头44）。例如，可根据由图块51执行的成本/损失计算来执行默认控制动作。

在步骤108中，控制器20可确定测得的TFT（图1中的箭头27）是否落在校准过的TFT带内。如果测得的TFT落在校准过的TFT带内，则控制器20进行至步骤110。如果测得的TFT高于校准过的TFT带的温度上限（T2），则控制器20进行至步骤112。

在步骤110中，图1中的控制器20可通过将修改后的输出传输（箭头74）至图2的图块55且随后对一个或多个指定变速器状态的选择进行某种程度的惩罚而执行第一控制动作。即，当测得的TFT高于温度下限（T1）但低于温度上限（T2）时，作为第一控制动作的一部分，图2的惩罚图块52惩罚/增加图块51的输出中的某些成本。图块52因而根据测得的TFT或是来自车辆10的驾驶员的任何输出扭矩要求而对某些指定的变速器状态（例如具体的EV、EVT或是固定档位模式）施加可变的成本分量。

上述损失成本计算函数被加权，以对从温度下限（T1）开始的变速器15的一个或多个指定状态逐步地进行惩罚。成本计算函数可实施为权函数，例如当测得的TFT低于温度下限（T1）时，对某些计算得到的损失分配示例性的权重1，而在等于或高于温度上限（T2）时，则对同样的损失分配权重0。在具体的非限制性实施例中，对温度下限（T1）分配的权重和对温度上限（T2）分配的权重间的过渡可以是线性的，或在其他实施例中也可以是非线性的。

图2中图块52的成本计算函数进而有效地修改了图块51的输出（箭头73），以便将修改后的输出（箭头74）提供给图块55。修改后的输出（箭头74）使得图块55将指令（箭头144）传输至变速器15，以对一个或多个指定的变速器状态进行“成本惩罚”，是为第一控制动作。这有助于避免变速器15在指定的变速器状态下过热。例如，当在温度下限（T1）和温度上限（T2）之间时，图块51的总成本结构中发动机专属的成本分量可经由图块52修改。发动机速度可被选择在某一水平，在该水平下能够更好的保护变速器15，避免在指定的变速器状态下过热。在步骤110中，所有的状态在T1和T2之间均可用。然而，在测得的TFT接近温度上限（T2）时，从损失方面来看指定的状态执行起来变得越来越耗费成本，且由此逐渐地不太可能被选择。

在步骤112中，当测得的TFT被确定为高于温度上限（T2）时，指定的状态（一个或多个）可通过图2的失效图块54而暂时性失效。来自图块54的修改输出（箭头75）被传至图块55，从而传至变速器15的指令（箭头244）最终使得指定的状态（一个或多个）失效，是为第二控制动作。这些状态可保持失效，即不可用于被控制器20选择，直到测得的TFT再次回落至温度上限（T2）以下。可以预期，受图块52影响的实际指定的状态可根据设计而改变。

详细的描述和附图或图片是对本发明的支持和描述。然而本发明的保护范围仅有权利要求来限定。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)

1.一种用于在混合动力电动车辆（HEV）的变速器状态之间进行选择的方法，其中所述混合动力电动车辆具有控制器、发动机、牵引电动机和变速器，该方法包括：

利用损失成本计算函数计算在HEV的每个工作点下的总系统损失，包括计算发动机、牵引电动机和变速器每一个的损失成本；

测量HEV中变速器流体的供应温度；

根据测量到的流体温度，可选择地为其中一个指定变速器状态下的变速器、牵引电动机、和发动机中的至少一个修改计算出的损失成本；和

相对于其他变速器状态，经由控制器选择最优变速器状态作为具有最优成本的变速器状态。

2.如权利要求1所述的方法，其中可选择地修改计算出的成本包括：当测量到的流体温度超过校准的温度上限时，使指定的变速器状态的可用性暂时失效。

3.如权利要求1所述的方法，其中可选择地修改计算出的成本包括：当测量到的流体温度低于校准的温度下限时，对发动机、牵引电动机和变速器的损失成本计算函数施加相同的权重。

4.如权利要求1所述的方法，其中可选择地修改计算出的成本包括：当测量到的流体温度高于校准的温度下限时，对发动机、牵引电动机和变速器中的至少一个的损失成本计算函数施加不同的权重。

5.如权利要求4所述的方法，其包括在温度下限，对发动机的成本施加权重1，以及当测量到的流体温度升高至温度上限时将权重从1减小至0。

6.如权利要求5所述的方法，其包括：当测量到的流体温度升高至温度上限时，将权重线性地从1减小至0。

7.一种车辆，其包括：

发动机；

牵引电动机；

变速器，其在多种变速器状态下由来自发动机和牵引电动机中至少一个的扭矩被可选择地驱动；

变速器流体供应源；

温度传感器，其可操作为用来测量变速器流体的温度；和

控制器，其与发动机、牵引电动机、变速器和传感器中的每一个通信，其中该控制器包括存储器，该存储器上记录了校准的变速器流体温度（TFT）带，所述变速器流体温度带具有温度上限和温度下限，其中控制器被配置为：

从传感器接收测量到的流体温度；

利用损失成本计算函数计算HEV的每一个工作点的总系统损失，包括发动机、牵引电动机和变速器中每一个的损失；

根据测量到的流体温度，可选择地修改处于其中一个指定变速器状态下的变速器、牵引电动机、发动机中至少一个的计算出的成本；和

相对于其他变速器状态，选择最优变速器状态作为具有最优成本的状态。

8.如权利要求7所述的车辆，其中控制器被配置为：当测量到的流体温度超过校准的温度上限时，可选择地通过使得指定变速器状态的使用暂时失效来修改计算出的成本。

9.如权利要求7所述的车辆，其中控制器被配置为：当测量到的流体温度低于校准的温度下限时，对发动机、牵引电动机和变速器的损失成本计算函数施加相同的权重。

10.如权利要求7所述的车辆，其中控制器被配置为：当测量到的流体温度高于校准的温度下限时，对发动机、牵引电动机和变速器中的至少一个的损失成本计算函数施加不同的权重。

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