CN103192833B

CN103192833B - 混合动力电动车辆

Info

Publication number: CN103192833B
Application number: CN201310009551.XA
Authority: CN
Inventors: 马克·斯蒂芬·耶马扎基; 法扎尔·阿拉曼·塞伊德; 邝明朗
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2012-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2017-12-12
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: CN103192833A; US20130179014A1; DE102013100204A1; US9592817B2

Abstract

本发明提供一种混合动力电动车辆。一种用于控制HEV动力传动系统内的能量分配的系统和方法。响应于指示驾驶员扭矩请求的输入而产生前馈电池功率值。响应于指示实际电池功率和驾驶员扭矩请求的输入而产生反馈电池功率修正值。基于前馈电池功率值和反馈电池功率修正值之和来计算电池功率请求。

Description

混合动力电动车辆

技术领域

一个或多个实施例涉及一种用于混合动力电动车辆的控制系统，该控制系统用于控制来自电池的能量在动力传动系统中的分配。

背景技术

混合动力电动车辆（HEV）利用内燃发动机与电动机的组合来提供推进车辆所需的功率。这种布置方式提供优于仅具有内燃发动机的车辆的改善的燃料经济性。在HEV中提高燃料经济性的一种方法是在发动机低效地操作且不另外需要推进车辆的时间期间关闭发动机。在这些情况下，电动机用于提供推进车辆所需的所有功率。当驾驶员功率需求增加使得电动机不再能够提供足以满足该需求的功率时，或者在电池荷电状态（SOC）降低到特定水平以下的情况下，发动机以对驾驶员几乎透明的方式快速且平稳地起动。在HEV中提高燃料经济性的另一方法是使发动机仅在高效范围内操作，并控制电动机以增加功率，或者从满足功率需求所需要的总功率中减去功率。

模块化混合动力传动系统（MHT）是这样的动力传动系统，该动力传动系统包括来自传统车辆的部件（例如，发动机、齿轮变速器及差速器），并结合构成HEV的混合动力部件（例如，电动机、高电压电池、离合器）。

发明内容

在一个实施例中，提供一种用于控制HEV动力传动系统内的能量分配的方法。响应于指示驾驶员扭矩请求的输入而产生前馈电池功率值。响应于指示实际电池功率和驾驶员扭矩请求的输入而产生反馈电池功率修正值。基于前馈电池功率值和反馈电池功率修正值之和来计算电池功率请求。

在另一实施例中，一种控制系统设置有控制器。控制器基于驾驶员扭矩请求和变速器扭矩损失值之和来产生驾驶员功率请求，所述和受系统限制。控制器还产生作为驾驶员功率请求和发动机功率请求的函数的前馈电池功率值。然后，控制器响应于前馈电池功率值而计算电池功率请求。

在另一实施例中，一种混合动力电动车辆设置有控制单元，该控制单元被配置成响应于变速器输入速度而产生指示档位选择的输出。控制器与控制单元通信，并被配置成响应于指示驾驶员扭矩请求和实际电池功率的输入且独立于档位选择产生指示发动机扭矩命令和电动机扭矩命令的输出。

因此，各个实施例提供一个或多个优点。混合动力电动车辆（HEV）利用内燃发动机与电动机的组合来提供推进车辆所需的功率。这种布置方式提供优于仅具有内燃发动机的车辆的改善的燃料经济性。此外，所述车辆包括具有能量管理控制系统的模块化混合动力传动系统（MHT）。该控制系统通过将速度确定和扭矩确定分成两个独立的控制变量（档位选择和电池功率请求）而简化车辆的控制逻辑。

在另一实施例中，提供一种用于控制HEV动力传动系统内的能量分配的方法，所述方法包括：响应于指示驾驶员扭矩请求的输入而产生前馈电池功率值；响应于指示实际电池功率和驾驶员扭矩请求的输入而产生反馈电池功率修正值；基于前馈电池功率值和反馈电池功率修正值之和来计算电池功率请求。

所述方法还可包括：通过将反馈电池功率修正值设置为零而选择性地不启用反馈。

所述方法还可包括：接收指示机械效率损失的变速器扭矩损失；基于驾驶员扭矩请求和变速器扭矩损失之和来计算扭矩命令，所述和受系统限制。

所述方法还可包括：接收指示电效率损失的系统功率损失；基于电系统损失、扭矩命令和指示变速器输出轴速度的输入而产生驾驶员功率请求。

所述方法还可包括：基于驾驶员功率请求和期望的电池功率请求之间的差而产生发动机功率请求，其中，产生前馈电池功率值的步骤还包括：基于驾驶员功率请求和发动机功率请求之间的差而计算前馈电池功率值。

所述方法还可包括：基于发动机延时、发动机制动扭矩和发动机速度而产生发动机功率估计；利用滤波器对驾驶员扭矩请求进行滤波，以产生滤波后的驾驶员扭矩请求；基于滤波后的驾驶员扭矩请求和变速器输出轴速度的乘积而产生驾驶员功率估计，其中，产生反馈电池功率修正值的步骤还包括：基于驾驶员功率估计和发动机功率估计之间的差而计算反馈电池功率修正值。

所述方法还可包括：响应于指示再生扭矩值和驾驶员扭矩请求的输入而产生车轮扭矩请求；将车轮扭矩请求与电池功率请求进行比较，以产生发动机扭矩命令和电动机扭矩命令。

在另一实施例中，一种控制系统包括控制器，控制器被配置成：基于驾驶员扭矩请求和变速器扭矩损失值之和来产生驾驶员功率请求，所述和受系统限制；基于驾驶员功率请求和发动机功率请求而产生前馈电池功率值；响应于前馈电池功率值而产生电池功率请求。

控制器还可被配置成：基于电动机速度、电池状态和驾驶员功率请求而产生期望的电池功率请求。

发动机功率请求可基于驾驶员功率请求和期望的电池功率请求之间的差。

控制器还可被配置成：接收指示驾驶员功率估计和发动机功率估计的输入；产生指示反馈电池功率修正值的输出；基于前馈电池功率值和反馈电池功率修正值之和而计算电池功率请求。

控制器还可被配置成：通过将反馈电池功率修正值设置为零而选择性地不启用反馈。

控制器还可被配置成：利用滤波器对驾驶员扭矩请求进行滤波，以产生滤波后的驾驶员扭矩请求；基于滤波后的驾驶员扭矩请求和变速器输出轴速度的乘积而产生驾驶员功率估计。

控制器还可被配置成：基于发动机功率请求和指示发动机延时、发动机制动扭矩和发动机速度的输入而产生发动机功率估计。

附图说明

图1是根据一个或多个实施例的混合动力电动车辆的示意图；

图2是图1的混合动力电动车辆的一部分的放大示意图；

图3是能量管理控制系统的示意性框图；

图4是图3的控制系统的一部分的放大视图；

图5A是示出图1的混合动力电动车辆执行在图3中示出的控制功能的方法的流程图的一部分；

图5B是图5A的流程图的另一部分；

图5C是图5A的流程图的又一部分。

具体实施方式

根据需要，在此公开本发明的具体实施例；然而，应该理解，公开的实施例仅仅是可以以各种和可选的形式实施的本发明的示例。附图不一定按照比例绘制；可夸大或最小化一些特征，以示出具体部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应该被解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的技术人员以各种方式使用本发明的代表性基础。

参照图1，示出了根据一个或多个实施例的车辆，该车辆总体上由标号10表示。一般来说，车辆10包括能量管理控制系统，该能量管理控制系统通过简化控制而提供优于现有的控制系统的优势。如在下面针对图2所描述的，这样的简化包括将速度确定和扭矩确定分成两个独立的控制变量（档位选择和电池功率请求）。此外，如在下面针对图3-图5C所描述的，对电池功率请求的确定可通过在特定的操作条件下不启用控制系统内的反馈回路而进一步简化。

车辆10是HEV，并包括发动机12、电机或电动机/发电机（M/G）14以及变速器16。输出轴18从变速器16延伸并连接到差速器20。一对半轴22从差速器20延伸；每个半轴22均连接到驱动轮24。

M/G14用作电动机和发电机。M/G14通过从高电压电池26接收电功率并将扭矩(T_in)提供给变速器16而用作电动机来推进车辆10。M/G14通过接收发动机扭矩（T_eng）和/或来自变速器16的扭矩而用作发电机，从而给高电压电池26充电。

车辆10包括用于起动发动机12的起动机28。起动机28从低电压电池30接收电功率，并将扭矩提供给发动机12，以起动发动机12。在一个或多个实施例中，M/G14用作起动机，从高电压电池26接收电功率，并提供扭矩以起动发动机12。

车辆10包括离合器，以使M/G14和/或发动机12与驱动轮24选择性地分离。分离离合器32设置在发动机12和M/G14之间。分离离合器32操作，以使发动机12与动力传动系统的其余部件接合或分离。通过使发动机12分离，车辆10可通过M/G14以电动模式推进。根据一个或多个实施例，起动离合器（launch clutch）34设置在M/G14和变速器16之间。起动离合器34操作，以使M/G14（和发动机12）与变速器16接合或分离。起动离合器34还可被控制为与变速器16部分地接合。这种部分地接合或“滑动”限制了动力传动系统内的任何振动被传递到驱动轮24。根据至少一个实施例，分离离合器32和起动离合器34均被构造为液压离合器。车辆10的其他实施例包括机械离合器或电离合器。

车辆10的可选实施例包括设置在M/G14和变速器16之间的变矩器36，而非起动离合器34。变矩器36的效率通常比起动离合器34的效率低。然而，起动离合器34通常需要更加精确复杂的控制策略。因此，基于应用偏好，车辆10可包括起动离合器34或变矩器36。

车辆10包括模块化混合动力传动系统（MHT）。MHT是这样的动力传动系统，该动力传动系统包括来自传统车辆的部件（例如，发动机、齿轮变速器及差速器），并结合构成HEV的混合动力部件（例如，电动机、高电压电池、离合器）。在图1中，混合动力部件总体上由标号37表示。通过利用多个传统的或“继续存在的”部件，车辆10可从“规模经济”受益，这降低了车辆10的复杂性和总成本。

车辆10包括车辆系统控制器（VSC），VSC用于控制各种车辆系统和子系统，且在图1中VSC总体上由框38表示。VSC38包括多个相互关联的算法，这些算法分布在车辆10内的多个控制器中。例如，用于控制MHT动力传动系统的算法分布在发动机控制单元（ECU）40和变速器控制单元（TCU）42之间。ECU40电连接到发动机12，用于控制发动机12的操作。TCU42电连接到M/G14和变速器16，用于控制M/G14和变速器16的操作。根据一个或多个实施例，ECU40和TCU42利用通用总线协议（例如，CAN）通过车辆硬线连接彼此通信，并与其他控制器（未示出）通信。虽然示出的实施例描述了VSC38的用于控制MHT动力传动系统的功能包含在两个控制器（ECU40和TCU42）内，但是HEV10的其他实施例包括用于控制MHT动力传动系统的单个VSC控制器或者多于两个的控制器。

用于控制MHT动力传动系统的VSC38算法被简化成两个“自由度”：速度和扭矩。TCU42确定对应于速度的第一独立控制变量（档位选择）。ECU40确定对应于扭矩的第二独立控制变量（电池功率请求）。

图2描述了用于确定这两个独立控制变量（即，档位选择和电池功率请求）的VSC38算法的简化框图。参照图1和图2，根据一个或多个实施例，VSC38算法包含在ECU40和TCU42中。

参照图1和图2，在框43中，VSC38确定第一独立控制变量（档位选择）。VSC38接收分别表示输出轴速度和变速器输入速度的输入（ω_oss）和（ω_in）。VSC38还接收表示针对车轮扭矩的驾驶员请求的输入：加速踏板位置信号（APPS）。所述输入可从单独的系统或传感器（未示出）直接作为输入信号被接收，或者可通过CAN总线间接作为输入数据被接收。例如，输出轴速度（ω_oss）和变速器输入速度（ω_in）可从速度传感器（未示出）作为输入信号被接收。响应于输入（ω_oss）、（ω_in）和（APPS），VSC38在框43中确定档位选择，并将表示档位选择命令的输出（GEAR_cmd）提供给变速器16。

档位选择（例如，第一档位、第二档位、第三档位等）限定变速器16的传动比。由于车辆包括直列发动机12和M/G14以及具有离散的传动比（“有级变速比”）的变速器16，所以与现有技术的具有无级变速器（提供无级传动比）的HEV相比，简化了对整个动力传动系统的速度计算。例如，当分离离合器32接合时，M/G14的速度对应于发动机速度（ω_eng）。当分离离合器32完全接合（不滑动）时，发动机速度（ω_eng）和M/G14的速度彼此相等。输出轴速度（ω_oss）对应于M/G14的速度和变速器16的传动比。每个驱动轮24的速度对应于输出轴速度（ω_oss）和差速器20的传动比。车轮速度还可与车速（mph）相关。

在框44中，VSC38确定车轮扭矩请求。VSC38接收分别表示再生制动扭矩和针对车轮扭矩的驾驶员请求的输入（T_regen）和（APPS）。所述输入可从单独的系统或传感器（未示出）直接作为输入信号被接收，或者可通过CAN总线间接作为输入数据被接收。例如，再生制动扭矩（T_regen）可从制动系统控制器（未示出）作为输入信号被接收。加速踏板位置（APPS）可从加速踏板位置传感器（未示出）作为输入信号被接收。响应于输入（T_regen）和（APPS），VSC38在框44中确定车轮扭矩请求，并提供表示驾驶员扭矩请求的输出（T_req）。

在框46中，VSC38确定电池功率请求。VSC38接收分别表示荷电保持功率状态（power state ofcharge maintenance）、实际电池功率、输出轴速度的输入（PSOC）、（P_{bat_act}）和（ω_oss）。所述输入可从单独的系统或传感器（未示出）直接作为输入信号被接收，或者可通过CAN总线间接作为输入数据被接收。例如，荷电保持功率状态（PSOC）、实际电池功率（P_{bat_act}）和输出轴速度（ω_oss）可从电池控制器（未示出）作为输入信号被接收。在框46中，VSC38还接收驾驶员扭矩请求（T_req）。响应于输入（PSOC）、（P_{bat_act}）和（ω_oss）以及扭矩请求（T_req），VSC38在框46中确定电池功率请求；并提供表示最终HV电池功率请求的输出（P_{bat_em_des}）。

在框47中，VSC38将驾驶员扭矩请求（T_req）与系统极限进行比较，以确定扭矩命令（T_cmd）。系统极限表示发动机、电动机及电池的预定操作极限。在框48中，确定在发动机12和M/G14之间的扭矩分配。VSC38连同发动机的预定数据一起将扭矩命令（T_cmd）与最终HV电池功率请求（P_{bat_em_des}）进行比较，以确定发动机12和M/G14被要求的扭矩贡献（分配），并提供对应的命令信号（T_{cmd_eng}）和（T_{cmd_m}）。

HEV和非HEV均确定档位选择控制变量（档位选择）。只有HEV才有电池功率请求控制变量（P_{bat_em_des}）。由于档位选择控制变量独立于电池功率请求变量确定，所以设置有VSC38的HEV10和对应的非HEV将会表现出相似的性能特性。例如，在大致相同的车速和/或变速器输入速度（ω_in）下，HEV和非HEV均将升档。独立控制变量以此方式确定，该方式使得在MHT动力传动系统和子系统的极限内满足驾驶员需求，并实现期望的车辆性能属性（例如，减少燃料消耗、低排放、提高驾驶性能、延长电池寿命等）。

参照图3，根据一个或多个实施例，示出能量管理控制系统或方法的操作的示意性框图被示出，且总体上由标号50表示。控制系统50对应于图2的确定框44和46，用于确定电池功率请求（P_{bat_em_des}）。根据一个或多个实施例，控制系统50包含在ECU40内，且可实现为硬件和/或软件控制逻辑，如在此更加详细地描述的。

在求和点52处，控制系统50确定驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）。控制系统50接收分别表示针对车轮扭矩的驾驶员请求和再生制动扭矩的输入（APPS）和（T_regen）。在求和点52处，控制系统50将由（APPS）获得的驾驶员扭矩请求和（T_regen）相加，以计算驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）。控制系统50通过在求和点54处将变速器扭矩损失（T_{trans_loss}）和驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）相加而将变速器16内的效率损失考虑在内。

在系统比较器56中，确定扭矩命令（T_{cmd_unf}）。将驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）和变速器扭矩损失（T_{trans_loss}）之和与系统扭矩极限（T_{sys_max}，T_{sys_min}）进行比较。系统扭矩极限是发动机扭矩极限（T_{eng_max}，T_{eng_min}）、电动机扭矩极限（T_{m_inst_max}，T_{m_inst_min}）、电池极限（P_{elec_chg_lim}，P_{elec_dch_lim}）、电效率损失（P_{sys_loss}）和电动机速度（ω_m）的函数。根据一个或多个实施例，最大系统扭矩（T_{sys_max}）是（T_{eng_max}，T_{m_inst_max}，P_{elec_dch_lim}，P_{sys_loss}，ω_m）的函数，最小系统扭矩（T_{sys_min}）是（T_{eng_min}，T_{m_inst_min}，P_{elec_chg_lim}，P_{sys_loss}，ω_m）的函数。

控制系统50在扭矩域（而非功率域）评价用于车辆推进的驾驶员请求，这允许改善车辆控制。现有技术的用于混合动力车辆的控制系统（未示出）通常在功率域评价驾驶员请求，这可能在速度为零时导致计算误差。在功率域操作的这些现有技术的控制系统通过将功率除以速度来计算扭矩，这可能在起动时（此时，速度为零而扭矩不为零）提供错误的零扭矩值。为了补偿这种计算，现有技术的功率域控制系统通常包括用于特定模式（例如，电动机起动）的替代扭矩值。

在乘法点58处，通过使扭矩命令（T_{cmd_unf}）和输出轴速度ω_oss）相乘而将扭矩命令（T_{cmd_unf}）转换成功率域。在求和点60处，将上述乘积与系统功率损失（P_{sys_loss}）相加，以确定驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）。系统功率损失（P_{sys_loss}）表示M/G14和功率电子器件（未示出）内的效率损失。

在框62中，确定期望的高电压电池功率请求（P_{des_bat_pwrreq}）。高电压电池功率请求（P_{des_bat_pwreq}）基于系统效率的优化来确定，并且是驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）、荷电保持功率状态（PSOC）和电动机速度（ω_m）的函数。荷电保持功率状态（PSOC）表示可从电池和M/G14（当用作发电机时）两者获得的电功率。车辆10包括传感器（未示出），用以提供表示M/G14的输出速度的输出信号（ω_m）。

在发动机比较器64中，确定总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}）。在求和点66处，从驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）中减去高电压电池功率请求（P_{des_bat_pwrreq}）。然后，在发动机比较器64中，将上述差与发动机最大功率极限和最小功率极限（P_{eng_max}，P_{eng_min}）进行比较，以确定总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}）。通过使发动机12在高效范围内操作而优化HEV10的燃料经济性。发动机功率极限（P_{eng_max}，P_{eng_min}）对应于这样的高效范围。

在电池比较器68中，控制系统50确定受系统限制的前馈高电压电池功率（P_{bat_pwr_ff}）。在求和点70处，从驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）中减去总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}）。然后，在电池比较器68中，将上述差与电池充电功率极限和放电功率极限（P_{elec_chg_lim}，P_{elec_dch_lim}）进行比较，以确定受系统限制的前馈高电压电池功率值（P_{bat_pwr_ff}）。通过使电池的SOC保持在预定范围内来延长HV电池26的寿命。电池极限（P_{elec_chg_lim}，P_{elec_dch_lim}）对应于这样的范围。

控制系统50包括反馈回路，在图3中，该反馈回路总体上由标号71表示。反馈回路71为扭矩确定和功率确定提供校正路径。在特定条件下，控制系统50可绕过反馈回路71，如将在下面参照图4所描述的。

在发动机比较器72中，确定发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）。函数框74连同发动机延时（τ_eng）、发动机制动扭矩值（T_{eng_brk}）和发动机速度值（ω_eng）一起接收总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}），并确定可获得的发动机功率值（P_{eng_ach}）。发动机延时（τ_eng）表示扭矩命令被提供给发动机的时间与发动机输出扭矩与所述命令对应的时间之间的滞后或者延时。发动机制动扭矩（T_{eng_brk}）表示当M/G14用作发电机时通过M/G14被转换成电能以给电池充电的发动机扭矩的量。发动机速度（ω_eng）表示发动机12的输出速度。在发动机比较器72中，将可获得的发动机功率（P_{eng_ach}）与发动机极限进行比较，以确定发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）。

在求和点76处，控制系统50确定驾驶员功率估计（P_drv）。加权平均滤波器78接收驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}），并消除信号中的任何陡的阶跃变化，以提供滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）。接下来，控制系统50通过在求和点80处将变速器扭矩损失（T_{tans_loss}）和滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）相加而将变速器16内的效率损失考虑在内。在系统比较器82中，将变速器扭矩损失（T_{trans_loss}）和滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）之和与总的系统极限进行比较，然后，在乘法点83处，通过使变速器扭矩损失（T_{trans_loss}）和滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）之和与输出轴速度（ω_oss）相乘而将变速器扭矩损失（T_{tans_loss}）和滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）之和转换成功率域。在求和点76处，将上述乘积与系统功率损失（P_{sys_loss}）相加，以确定驾驶员功率估计（P_drv）。

反馈回路71的输出是由比例积分（PI）控制器84确定的反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwmod}）。在求和点86处，从驾驶员功率估计（P_drv）减去发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）。在电池比较器88中，将上述差与电池极限进行比较，以确定反馈高电压电池功率请求（P_{bat_reqpwrfb}）。测量高电压电池26的电压和电流，并计算实际电池功率值（P_{bat_act}）。在求和点90处，从（P_{bat_reqpwrfb}）减去实际电池功率（P_{bat_act}）。PI控制器84接收上述差，并确定反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwmod}）。

在电池比较器92中，控制系统50确定最终高电压电池功率请求（P_{bat_em_des}）。在求和点94处，将受系统限制的前馈高电压电池功率值（P_{bat_pwr_ff}）和反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwrmod}）加起来。在电池比较器92中，将上述和与电池极限进行比较，以确定最终高电压电池功率请求值（P_{bat_em_des}）。

图4示出了PI控制器84的放大视图。PI控制器84从求和点90接收反馈高电压电池功率请求（P_{bat_reqpwrfb}）和实际电池功率（P_{bat_act}）之间的差。PI控制器84包括两个并行的计算路径。在第一路径中，在乘法点95处将所述差（P_{bat_reqpwrfb}-P_{bat_act}）乘以比例常数（Kp）。在第二路径中，在乘法点96处将所述差（P_{bat_reqpwrfb}-P_{bat_act}）乘以积分常数（Ki），并在积分框97中进行积分。然后，在求和点98处，PI控制器84将来自这两个路径的值相加，以确定反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwrmod}）。

通过PI控制器84进行计算以确定反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwrmod}），由如下面示出的等式1概括：

P_{bat_pwrmo}d=(P_{bat_repqwrfb}-P_{bat_act})K_p+∫(P_{bat_reqpwrfb}-P_{bat_act})K_idt 等式1

控制系统50的前馈路径是主路径，而反馈回路71是可选的且可在特定操作条件下被绕过。常数（Kp）和（Ki）均是可校准的，并且均可通过ECU40被设置为零。如上面的等式1所示，通过将常数（Kp）和（Ki）设置为零，（P_{bat_pwmod}）将等于零。反馈回路71允许控制系统50校正期望值和实际值之间的任何差异。如果ECU40确定这样的差异是可忽略的，则ECU40可将常数（Kp）和（Ki）设置为零，以进一步简化对最终高电压电池功率请求（P_{bat_em_des}）的确定。

图5A至图5C示出了根据一个或多个实施例的用于实现图2至图4的能量管理控制系统50的方法100。根据一个或多个实施例，控制系统50是整个VSC38的一部分，并且方法100通过图1的ECU40执行。ECU40通常包括任意数量的微处理器、ASIC、IC、存储器（例如，FLASH、ROM、RAM、EPROM和/或EEPROM），它们与软件代码协作，以执行方法100的操作。方法100包括8个确定块，其中，每个确定块包括用于确定变量或值的一系列操作。

在操作102中，ECU40从车辆的单独的系统或传感器接收输入。所述输入包括驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）、变速器机械损失（T_{trans_loss}）、系统极限（T_{sys_min}，T_{sys_max}）、输出轴速度（ω_oss）、系统电损失（P_{sys_loss}）、荷电保持功率状态（PSOC）、电动机速度（ω_m）、发动机极限（P_{eng_min}，P_{eng_max}）、电池极限（P_{elec_chg_lim}，P_{elec_dch_lim}）和电池实际功率（P_{bat_act}）。在接收输入之后，控制系统50前进到块104。

在块104中，ECU40确定驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）。将驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）和变速器机械损失（T_{tans_loss}）之和与系统极限（T_{sys_min}，T_{sys_max}）进行比较。然后，基于所述比较选择用于计算驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）的等式。

在操作106中，ECU40确定驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）和变速器机械损失（T_{tans_loss}）之和是否小于最小系统扭矩（T_{sys_min}）。如果在操作106中的确定为“是”，则ECU40将扭矩限制在最小系统扭矩（T_{sys_min}），并在操作108中根据如下面示出的等式2计算驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）：

P_{drv_unf}=T_{sys_min}*ω_oss+P_{sys_loss} 等式2

如果在操作106中的确定为“否”，则ECU40前进到操作110。在操作110中，ECU40确定驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）和变速器机械损失（T_{trans_loss}）之和是否大于最大系统扭矩（T_{sys_max}）。如果在操作110中的确定为“是”，则ECU40将扭矩限制在最大系统扭矩（T_{sys_max}），并在操作112中根据如下面示出的等式3计算驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）：

P_{drv_unf}=T_{sys_max}*ω_oss+P_{sys_loss} 等式3

如果在操作110中的确定为“否”，则ECU40前进到操作114。在操作114中，ECU40根据如下面示出的等式4计算驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）：

P_{drv_unf}=(T_{req_unf}+T_{trans_loss})*ω_oss+P_{sys_loss}等式4

一旦已经在块104中确定了驾驶员功率请求（P_{drv_unf}），ECU40便前进到框116。在框116中，ECU40确定作为驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）、荷电保持功率状态（PSOC）及电动机速度（ω_m）的函数的期望的高电压电池功率请求（P_{des_bat_pwrreq}）。在框116之后，控制系统前进到块118。

在块118中，ECU40确定总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}）。首先，将驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）和期望的高电压电池功率请求（P_{des_bat_pwrreq}）之间的差与发动机极限（P_{eng_min}，P_{eng_max}）进行比较。然后，基于所述比较选择用于计算总的发动机功率请求（P_{eng_pw_tot}）的等式。

在操作120中，ECU40确定驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）和期望的高电压电池功率请求（P_{des_bat_pwreq}）之间的差是否小于最小发动机功率（P_{eng_min}）。如果在操作120中的确定为“是”，则在操作122中，ECU40将总的发动机功率请求限制在最小发动机功率（P_{eng_pwr_tot}=P_{eng_min}）。如果在操作120中的确定为“否”，则ECU40前进到操作124。在操作124中，ECU40确定驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）和期望的高电压电池功率请求（P_{des_bat_pwrreq}）之间的差是否大于最大发动机功率（P_{eng_max}）。如果在操作124中的确定为“是”，则在操作126中，ECU40将总的发动机功率请求限制在最大发动机功率（P_{eng_pwr_tot=Peng_max}）。

如果在操作124中的确定为“否”，则ECU40前进到操作128。在操作128中，ECU40根据如下面示出的等式5计算总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}）：

P_{eng_pwr_tot}=P_{drv_unf}-P_{des_bat_wrreq} 等式5

一旦已经在块118中确定了总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}），ECU40便前进到块130。在块130中，ECU40确定受系统限制的前馈高电压电池功率值（P_{bat_pwr_ff}）。将驾驶员功率请求（P_{dr_unf}）和总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}）之间的差与电池极限（P_{elec_chg_lim}，P_{elec_dch_lim}）进行比较。然后，基于所述比较选择用于计算受系统限制的前馈高电压电池功率值（P_{bat_pwr_ff}）的等式。

在操作132中，ECU40确定驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）和总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}）之间的差是否小于电池功率充电极限（P_{elec_chg_lim}）。如果在操作132中的确定为“是”，则在操作134中，ECU40将受系统限制的前馈高电压电池功率限制在电池功率充电极限（P_{bat_pwr_ff}＝P_{elec_chg_lim}）。如果在操作132中的确定为“否”，则ECU40前进到操作136。在操作136中，ECU40确定驾驶员功率请求（P_{drv_unf}）和总的发动机功率请求（P_{eng_pwr_tot}）之间的差是否大于电池功率放电极限（P_{elec_dch_lim}）。如果在操作136中的确定为“是”，则在操作138中，ECU40将受系统限制的前馈高电压电池功率限制在电池功率放电极限（P_{bat_pwr_ff}＝P_{elec_dch_lim}）。

如果在操作136中的确定为“否”，则ECU40前进到操作140。在操作140中，ECU40根据如下面示出的等式6计算受系统限制的前馈高电压电池功率（P_{bat_pwr_ff}）：

P_{bat_pwr_ff}=P_{drv_unf}-P_{eng_pwr_tot} 等式6

一旦已经在块130中计算出受系统限制的前馈高电压电池功率（P_{bat_pwr_ff}），ECU40便前进到操作141。在操作141中，ECU40确定是否启用反馈回路71（图3）。在一个或多个实施例中，该确定基于与PI控制器84（如图3所示）的比例常数（Kp）和积分常数（Ki）相关的校准值进行。例如，如果常数（Kp和Ki）均等于零，则不启用反馈。然而，如果这两个常数中的至少一个常数不等于零，则启用反馈。如果在操作141中的确定为“是”，则ECU40前进到块142。

在块142中，ECU40确定发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）。首先，将由函数框74（图3）确定的函数f(P_{eng_pwr_tot},τ_eng,T_{eng_brk},ω_eng)与发动机极限（P_{eng_min}，P_{eng_max}）进行比较。然后，基于所述比较选择用于计算发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）的等式。

在操作144中，ECU40确定函数f(P_{eng_pwr_tot},τ_tot,T_{eng_brk,}ω_eng)是否小于最小发动机功率（P_{eng_min}）。如果在操作144中的确定为“是”，则在操作146中，ECU40将发动机功率估计限制在最小发动机功率（P_{eng_pwr_est}=P_{eng_min}）。如果在操作144中的确定为“否”，则ECU40前进到操作148。在操作148中，ECU40确定函数f(P_{eng_pwr_tot},τ_eng,T_{eng_brk},ω_eng)是否大于最大发动机功率（P_{eng_max}）。如果在操作148中的确定为“是”，则在操作150中，ECU40将发动机功率估计限制在最大发动机功率（P_{eng_pwr_est}=P_{eng_max}）。

如果在操作148中的确定为“否”，则ECU40前进到操作152。在操作152中，ECU40根据如下面示出的等式7计算发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）：

P_{eng_pwr_est}=f(P_{eng_pwr_tot},τ_eng,T_{eng_brk},ω_eng) 等式7

一旦已经在块142中计算出发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}），ECU40便前进到块154。在块154中，ECU40基于滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）确定驾驶员功率估计（P_drv）。首先，由加权平均滤波器78（如图3所示）对驾驶员扭矩请求（T_{req_unf}）进行滤波。将滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）和变速器机械损失（T_{trans_loss}）之和与系统极限（T_{sys_min}，T_{sys_max}）进行比较。然后基于所述比较选择用于计算驾驶员功率估计（P_drv）的等式。

在操作156中，ECU40确定滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）和变速器机械损失（T_{trans_loss}）之和是否小于最小系统扭矩（T_{sys_min}）。如果在操作156中的确定为“是”，则ECU40将扭矩限制在最小系统扭矩（T_{sys_min}），并在操作158中根据如下面示出的等式8计算驾驶员功率估计（P_drv）：

P_drv=T_{sys_min}*ω_oss+P_{sys_loss} 等式8

如果在操作156中的确定为“否”，则ECU40前进到操作160。在操作160中，ECU40确定滤波后的驾驶员扭矩请求（T_req）和变速器机械损失（T_{trans_loss}）之和是否大于最大系统扭矩（T_{sys_max}）。如果在操作160中的确定为“是”，则ECU40将扭矩限制在最大系统扭矩（T_{sys_max}），并在操作162中根据如下面示出的等式9计算驾驶员功率估计（P_drv）：

P_drv=T_{sys_max}*ω_oss+P_{sys_loss} 等式9

如果在操作160中的确定为“否”，则ECU40前进到操作164。在操作164中，ECU40根据如下面示出的等式10计算驾驶员功率估计（P_drv）：

P_drv=(T_req+T_{rans_loss})*ω_oss+P_{sys_loss} 等式10

一旦已经在块154中确定了驾驶员功率估计（P_drv），控制系统便前进到块166。在块166中，ECU40确定反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwr_mod}）。将驾驶员功率估计（P_drv）和发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）之间的差与电池极限（P_{elec_chg_lim}，P_{elec_dch_lim}）进行比较。基于所述比较选择用于计算反馈高电压电池功率请求（P_{bat_reqpwrfb}）的等式。然后，ECU40利用PI控制器84（如图4所示）基于反馈高电压电池功率请求（P_{bat_reqpwrfb}）计算反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwr_mod}）。

在操作168中，ECU40确定驾驶员功率估计（P_drv）和发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）之间的差是否小于电池功率充电极限（P_{elec_chg_lim}）。如果在操作168中的确定为“是”，则在操作170中，ECU40将反馈高电压电池功率请求限制在电池功率充电极限（P_{bat_reqpwrfb}=P_{elec_chg_lim}）。如果在操作168中的确定为“否”，则ECU40前进到操作172。在操作172中，ECU40确定驾驶员功率估计（P_drv）和发动机功率估计（P_{eng_pwr_est}）之间的差是否大于电池功率放电极限（P_{elecdch_lim}）。如果在操作172中的确定为“是”，则在操作174中，ECU40将反馈高电压电池功率请求限制在电池功率放电极限（P_{bat_reqpwrfb}=P_{elec_dch_lim}）。

如果在操作172中的确定为“否”，则ECU40前进到操作176。在操作176中，ECU40根据如下面示出的等式11计算反馈高电压电池功率请求（P_{bat_reqpwrfb}）：

P_{bat_reqpwrfb}=P_drv-P_{eng_pwr_est} 等式11

一旦已经在操作170、174或176中确定了反馈高电压电池功率请求（P_{bat_reqpwrfb}），ECU40便前进到操作178。在操作178中，ECU40利用PI控制器84（如图3和图4所示）根据如上面示出且在下面再现的等式1计算反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwr_mod}）：

P_{bat_pwrmod}=(P_{bat_reqpwrfb}-P_{bat_act})K_p+∫(P_{bat_reqpwrfb}-P_{bat_act})K_idt 等式1

一旦已经在块166中确定了反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwr_mod}），ECU40便前进到块180。另外，如果在操作141中的确定为“否”，则不启用反馈，那么ECU40绕过反馈回路（块142、154和166）而前进到块180。在块180中，ECU40确定最终高电压电池功率请求（P_{bat_em_des}）。

在块180中，将受系统限制的前馈高电压电池功率（P_{bat_pwr_ff}）和反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwr_mod}）之和与电池极限（P_{elec_chg_lim}，P_{elec_dch_lim}）进行比较。基于所述比较选择用于计算最终高电压电池功率请求（P_{bat_em_des}）的等式。

在操作182中，ECU40确定受系统限制的前馈高电压电池功率（P_{bat_pwr_ff}）和反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwr_mod}）之和是否小于电池功率充电极限（P_{elec_chg_lim}）。如果在操作182中的确定为“是”，则在操作184中，ECU40将最终高电压电池功率请求限制在电池功率充电极限（P_{bat_em_des}=P_{elec_chg_lim}）。如果在操作182中的确定为“否”，则ECU40前进到操作186。在操作186中，ECU40确定受系统限制的前馈高电压电池功率（P_{bat_pwr_ff}）和反馈高电压电池功率修正值（P_{bat_pwr_mod}）之和是否大于电池功率放电极限（P_{elec_dch_lim}）。如果在操作186中的确定为“是”，则在操作188中，ECU40将最终高电压电池功率请求限制在电池功率放电极限（P_{bat_em_des}=P_{elec_dch_lim}）。

如果在操作186中的确定为“否”，则ECU40前进到操作190。在操作190中，ECU40根据如下面示出的等式12计算最终高电压电池功率请求（P_{bat_em_des}）：

P_{bat_em_des}=P_{bat_pwr_ff}+P_{bat_pwr_mod} 等式12

因此，各个实施例提供一个或多个优点。例如，能量管理控制系统简化了车辆的控制逻辑。如针对图2所描述的，这样的简化包括将速度确定和扭矩确定分成两个独立的控制变量（Gear_cmd和P_{bat_em_des}）。此外，对电池功率请求（P_{bat_em_des}）的确定可通过在特定操作条件下不启用反馈回路71（图3）而进一步简化，如针对图3至图5C所描述的。

虽然在上面描述了实施例，但是并不意味着这些实施例描述了本发明的所有可能的形式。相反，在说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，应该理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可进行各种改变。另外，实施的各个实施例的特征可结合，以形成本发明的进一步的实施例。

Claims

1.一种混合动力电动车辆，包括：

控制单元，被配置成响应于变速器输入速度而产生指示档位选择的输出；

控制器，与控制单元通信，并被配置成响应于指示驾驶员扭矩请求和实际电池功率的输入且独立于档位选择产生指示发动机扭矩命令和电动机扭矩命令的输出。

2.根据权利要求1所述的混合动力电动车辆，所述混合动力电动车辆还包括：

电动机，具有从电动机延伸的电动机输出轴，电动机与控制器通信，并响应于电动机扭矩命令而提供电动机扭矩；

变速器，具有变速器输入轴，变速器输入轴适于选择性地接合电动机输出轴以接收电动机扭矩，变速器结合到至少两个驱动轮，以将电动机扭矩传递到驱动轮，从而推进车辆。

3.根据权利要求2所述的混合动力电动车辆，所述混合动力电动车辆还包括：

发动机，具有从发动机延伸的发动机输出轴，发动机与控制器通信，并响应于发动机扭矩命令而提供发动机扭矩，

其中，电动机还包括输入轴，所述输入轴适于选择性地接合发动机输出轴，其中，电动机被构造成将电动机扭矩和发动机扭矩共同提供到变速器。

4.根据权利要求1所述的混合动力电动车辆，其中，控制器还被配置成：

响应于驾驶员扭矩请求和实际电池功率而产生电池功率请求；

响应于电池功率请求而产生指示发动机扭矩命令和电动机扭矩命令的输出。

5.根据权利要求4所述的混合动力电动车辆，其中，控制器还被配置成：

响应于驾驶员扭矩请求而产生前馈电池功率值；

响应于驾驶员扭矩请求和实际电池功率而产生反馈电池功率修正值；

基于前馈电池功率值和反馈电池功率修正值之和来计算电池功率请求。

6.根据权利要求1所述的混合动力电动车辆，其中，驾驶员扭矩请求指示加速踏板位置，其中，实际电池功率指示电池电压测量值和电池电流测量值。