CN103386966B - 控制混合动力车辆的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于控制混合动力车辆的方法和系统，所述混合动力车辆具有通过离合器选择性地串联连接的发动机、电池动力牵引马达、以及有级自动变速器，所述方法包括使离合器接合来使发动机与马达连接并控制马达扭矩来通过变速器提供制动扭矩，从而大体上维持巡航控制速度。在一个实施例中，混合动力电动车辆包括：电池动力牵引马达，连接到变速器；发动机，通过离合器与马达选择性地串联连接；控制器，与牵引马达和发动机通信，并被构造成当车辆下坡行驶时当离合器接合并且发动机制动扭矩不足以维持车辆的巡航控制速度时控制马达提供制动扭矩。

Description

控制混合动力车辆的方法和系统

技术领域

本发明涉及混合动力车辆动力传动系中的巡航控制。

背景技术

混合动力电动车辆动力传动系包括发动机和电动马达，其中，通过发动机和/或通过马达产生的扭矩（或动力）可以通过变速器传递到车辆驱动轮来推进车辆。牵引电池向马达供应能量，以产生推进车辆的（正）马达扭矩。马达可以将负马达扭矩提供给变速器（例如，在车辆的再生制动期间），从而马达用作电池的发电机。发动机也可以将负发动机扭矩提供给变速器以提供用于使车辆制动的发动机制动。

在模块化混合动力变速系统(“MHT”)配置中，发动机通过分离离合器可连接到马达，马达连接到变速器。发动机、分离离合器、马达和变速器顺序地串联连接。

发明内容

本发明的实施例涉及一种控制器和一种用于混合动力电动车辆的控制方法，所述混合动力电动车辆具有发动机、电动马达和变速器，其中，马达连接到变速器，发动机通过马达和分离离合器可连接到变速器。控制器和控制方法控制马达扭矩来维持车辆的巡航控制速度。

各种实施例包括一种控制混合动力车辆的系统和方法，所述混合动力车辆具有通过离合器选择性地串联连接的发动机、电池动力牵引马达以及有级自动变速器，所述方法包括使离合器接合来使发动机与马达连接并控制马达扭矩来提供通过变速器制动扭矩，以大体上维持巡航控制速度。在一个实施例中，混合动力电动车辆包括：电池动力牵引马达，连接到变速器；发动机，通过离合器与马达选择性地串联连接；控制器，与牵引马达和发动机通信，并被构造成当车辆下坡行驶时，当离合器接合并且发动机制动扭矩不足以维持车辆的巡航控制速度时控制马达以提供制动扭矩。当车辆在山上行驶时，可以控制马达扭矩，从而变速器维持速比并维持巡航控制速度。当车辆下坡行驶时，马达制动扭矩是负马达扭矩以维持车辆的巡航控制速度。当车辆上坡行驶时，马达制动扭矩是正马达扭矩以维持车辆的巡航控制速度。

所述方法还包括：当车辆下坡行驶时，将发动机制动扭矩从发动机通过马达传递到变速器以尝试维持车辆的巡航控制速度。在这种情况下，将马达扭矩传递到变速器包括将马达制动扭矩从马达传递到变速器，马达制动扭矩，以与发动机制动扭矩一起维持巡航控制速度，凭借此来避免发动机切换到低档来维持巡航控制速度。马达制动扭矩可以包括两部分：初始马达制动扭矩部分，当在不必切换到低档的情况下马达可以提供足够的马达制动扭矩来维持巡航控制速度时，被传递到变速器，以与发动机制动扭矩共同维持巡航控制速度；额外的马达制动扭矩部分，当变速器必须单独切换到低档来提供额外的发动机制动扭矩时，传递额外的马达制动扭矩部分，以与发动机制动扭矩共同维持巡航控制速度。

所述方法还可包括：当车辆上坡行驶时，将发动机推进扭矩从发动机通过马达传递到变速器以尝试维持车辆的巡航控制速度。在这种情况下，传递到变速器的马达扭矩包括将马达推进扭矩从马达传递到变速器，马达推进扭矩，以与发动机推进扭矩一起维持巡航控制速度，凭借此来避免降档接合来维持巡航控制速度。马达推进扭矩可以包括两部分：初始马达推进扭矩部分，在降档没有接合的情况下当马达可以提供足够的马达推进扭矩来维持巡航控制速度时，被传递到变速器，以与发动机推进扭矩共同维持巡航控制速度；额外的马达推进扭矩部分，当变速器的降档必须发生来提供额外的发动机推进扭矩时，传递另外的马达推进扭矩部分，以与发动机推进扭矩共同维持巡航控制速度。

在实施例中，提供了一种系统。所述系统包括控制器，所述控制器被构造成当道路负载变化（例如，当车辆在山上行驶时）将马达扭矩从与发动机串联的马达传递到变速器，以维持车辆的巡航控制速度。控制器还被构造成维持当前的变速器速比直至施加最大的可用发动机制动扭矩和马达制动扭矩之后车辆速度增加为止。控制器使马达在发电机模式下运行，以将电力储存在相关的电池中并产生负马达扭矩来维持巡航控制速度。当车辆上坡行驶时，控制器控制马达扭矩来提供正马达扭矩以维持巡航控制速度。当车辆下坡行驶时，控制器还被构造成施加发动机制动扭矩来维持巡航控制速度。控制器被构造成当可用的发动机制动扭矩和马达制动扭矩不足以维持巡航控制速度时使变速器降档。

在实施例中，提供了一种混合动力电动车辆。车辆包括：马达，连接到变速器；发动机，通过离合器与马达选择性地串联连接并通过马达连接到变速器；和控制器，与牵引马达和发动机通信，并被构造成当车辆下坡行驶时当离合器接合并且发动机制动扭矩不足以维持车辆的巡航控制速度时控制马达以提供制动扭矩。控制器被构造成当车辆在山上行驶时将马达扭矩从马达传递到变速器以维持车辆的巡航控制速度。控制器抑制变速器的换档直至可用的马达扭矩不足以维持巡航控制速度为止。控制器被构造成在命令变速器降档之前按顺序施加发动机制动扭矩并使马达制动扭矩增加。控制器被构造成使马达作为发电机运行来将电力储存在电池中以提供马达制动扭矩。控制器被构造成当马达制动扭矩和发动机制动扭矩不足以维持巡航控制速度时使变速器降档。控制器被构造成在使变速器降档之前将马达制动扭矩增加成最大可用制动扭矩。

各个实施例包括相关的优点。例如，当在巡航控制下运行并且道路负载降低（例如，当下坡行驶）时，利用负马达扭矩连同发动机制动扭矩可以减少变速器换档。根据本公开的各个实施例在巡航控制中减少变速器换档或使变速器换档最少化可以改善车辆效率和驾驶性能。根据下面的结合附图进行的详细描述，本发明的实施例的另外的目标、特点和优点将变得更加容易理解，在附图中，相同的标号表示对应的部件。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例的示例性混合动力车辆动力传动系的框图；

图2A示出了描述根据本发明实施例的在混合动力电动车辆巡航控制期间调节马达的马达扭矩以补偿下坡需求的控制方法的操作的流程图；

图2B示出了描述根据本发明实施例的在混合动力电动车辆巡航控制期间调节马达的马达扭矩以补偿下坡需求的控制方法的操作的流程图。

具体实施方式

这里公开了本发明的具体实施例，然而，将理解的是，公开的实施例仅仅是本发明的示例性的实施例，本发明可以以各种和可选择的形式来实施。附图不必是按比例绘制的，可夸大或最小化一些特征来显示具体组件的细节。因此，在此公开的特定结构和功能性细节不被解释为是限制性的，而仅仅作为用于教导本领域技术人员来不同地实施本发明的代表性的基础。

现在参照图1，示出了根据本发明的实施例的混合动力电动车辆的示例性动力传动系系统10的框图。动力传动系系统10包括发动机20、诸如电动马达/发电机的电机30（“马达”）、牵引电池36和多级自动变速器50。

发动机20和马达30是车辆的驱动源。发动机20通过分离离合器32串联连接到马达30。马达30连接到变速器50的输入端。例如，马达30可以通过马达30与变速器50的输入端之间的变矩器连接到变速器50。当发动机20通过分离离合器32连接到马达30时，变速器50的输入端与发动机20和马达30串联连接。在这种情况下，变速器50连接到马达30，并同时通过马达30连接到发动机20。在输出端，变速器50连接到车辆的驱动轮60。发动机20和/或马达30施加的驱动力通过变速器50传递到驱动轮60，从而推进车辆。

发动机20具有通过分离离合器32可连接到马达30的输入轴24的发动机轴22。尽管将分离离合器32描述为并示出为液压离合器，但可以使用其它类型的离合器。马达30具有连接到变速器50的输入端的输出轴42。

变速器50包括响应于车辆运行状态和操作员选择的驱动模式由车载控制器可自动选择的多种离散速比。变速器50的输出端包括连接到差速器56的输出轴54。驱动轮60通过各自的轴66连接到差速器56。按照这样的布置，变速器50将动力传动系输出扭矩68传递到驱动轮60。

发动机20是动力传动系系统10的一种动力源。例如，发动机20是诸如汽油、柴油或天然气提供动力的发动机的内燃机。当发动机20与马达30通过分离离合器32连接时，发动机20产生具有被供应到变速器50的发动机扭矩76的发动机功率。发动机功率对应于发动机20的发动机速度和发动机扭矩76的乘积。为了利用发动机20驱动车辆，发动机扭矩76的至少一部分从发动机20通过分离离合器32传送到马达30，然后从马达30传送到变速器50。

牵引电池36是动力传动系系统10的另一动力源。马达30通过线53链接到电池36。根据车辆的具体运行模式，马达30可以将储存于电池36中的电能转换成具有马达扭矩78的马达功率，或者当用作发电机时可以将对应量的电力发送到电池36中。马达功率对应于马达30的马达速度与马达扭矩78的乘积。为了利用马达30驱动车辆，马达扭矩78从马达30传递到变速器50。当产生储存于电池36中的电力时，马达30或者在驱动模式下从发动机20得到动力，或者当在再生制动模式下运行时在马达30用作制动器时从车辆中的惯性得到动力。

正如所述，如图1中所示，发动机20、分离离合器32、马达30和变速器50可顺序地串联连接。同样，动力传动系系统10表示模块化混合动力变速系统（“MHT”）配置，其中，发动机20通过分离离合器32连接到马达30，并且马达30连接到变速器50。

分离离合器32接合或分离的状态或模式确定哪个输入扭矩76和78传递到变速器50。例如，如果分离离合器32分离，则仅马达扭矩78被供应到变速器50。如果分离离合器32接合/锁定，则发动机扭矩76和马达扭矩78都被供应到变速器50。当然，如果变速器50仅期望发动机扭矩76，则分离离合器32接合/锁定，但是马达30不通电，从而仅发动机扭矩76被供应到变速器50。根据具体的应用和实施，分离离合器32可以在有限的滑移模式下操作。

变速器50包括离合器、带和齿轮等，并且可以包括一个或多个行星齿轮组，以通过选择性接合摩擦元件来选择性地产生不同的离散速比（discrete gearratio），以建立扭矩流动路径并提供对应期望的多级速比。摩擦元件可通过专用变速器控制器或控制器80内的换档规律控制，其使行星齿轮组的某些元件连接和分离连接以控制变速器输入和变速器输出之间的速比。变速器50基于车辆的需要从一个速比自动地切换到另一个速比。然后，变速器50将动力传动系输出扭矩68提供到最终驱动驱动轮60的输出轴54。变速器50的运动细节可以通过宽范围的变速器布置来建立。变速器50是用于本发明的实施例的变速器布置的示例。对于本发明的实施例来说，可接收任何多速比变速器，其接收来自发动机和/或马达的输入扭矩，然后在不同的速比下将扭矩提供到输出轴。

动力传动系系统10还包括车辆系统控制器80。动力传动系系统10还包括加速踏板92和制动踏板94。加速踏板92和制动踏板94与控制器80通信。

车辆驾驶员压下加速踏板92来推进车辆。作为响应，基于加速踏板92的位置的总驱动命令提供到控制器80。控制器80在发动机功率与马达功率之间分配总驱动命令，使其被提供到变速器50，用于推进车辆。具体地讲，控制器80在（i）发动机扭矩信号100（表示按照对应的发动机速度运行时，将由发动机20提供到变速器50的用于推进车辆的发动机扭矩76的量）与（ii）马达扭矩信号98（表示在按照对应的马达速度运行时，将由马达30提供到变速器50的用于推进车辆的马达扭矩78的量）之间分配总驱动指令。接着，发动机20产生具有用于推进车辆的发动机扭矩76的发动机功率，马达30产生具有用于推进车辆的马达扭矩78的马达功率。发动机扭矩76和马达扭矩78被供应到变速器50（假设发动机20通过分离离合器32连接到马达30），从而推进车辆。用于推进车辆的这样的发动机扭矩76和马达扭矩78在这里被称为“正”扭矩。本领域普通技术人员将意识到的是，仅为了易于描述而使用正/负命名约定（naming convention）。

车辆驾驶员压下制动踏板94来使车辆慢行或制动。作为响应，基于制动踏板94的位置的总制动命令提供到控制器80。控制器80在（i）动力传动系制动功率与（ii）摩擦制动功率之间分配总制动命令，动力传动系制动功率将由发动机20和/或马达30提供到变速器50，用于使车辆制动，摩擦制动功率将由摩擦制动器70施加到驱动轮60，用于使车辆制动。动力传动系制动功率表示由发动机20和/或马达30提供到变速器50的用于使车辆制动的“负”动力传动系功率的量。控制器80在（i）发动机扭矩信号100（在这种情况下表示按照对应的发动机速度运行时，将由发动机20提供到变速器50的用于使车辆制动的负发动机扭矩76的量）与（ii）马达扭矩信号98（在这种情况下表示按照对应的马达速度运行时，将由马达30提供到变速器50的用于使车辆制动的负马达扭矩78的量）之间分配动力传动系制动功率。接着，发动机20产生具有用于使车辆制动的负发动机扭矩76的发动机功率，马达30产生具有用于使车辆制动的负马达扭矩78的马达功率。发动机扭矩76和马达扭矩78都供应到变速器50（假设发动机20通过分离离合器连接到马达30）来使车辆制动。控制器80还产生摩擦制动扭矩信号96（表示将通过摩擦制动器70得到的扭矩的量）。接着，摩擦制动器70向驱动轮60施加摩擦制动扭矩以使车辆制动。

现在参照图2A和图2B，并且继续参照图1，将描述根据本发明的实施例的例如在具有MHT车辆配置的车辆中巡航控制期间，调节马达30的马达扭矩78以补偿（例如，与下坡行驶需求和上坡行驶需求有关的）道路负载方面的变化的控制方法的操作。图2A示出了描述在车辆巡航控制期间调节车辆扭矩78以补偿下坡需求的控制方法的操作的流程图200。图2B示出了描述在车辆巡航控制期间调节车辆扭矩78以补偿上坡需求的控制方法的操作的流程图300。

简略地说，巡航控制允许车辆驾驶员设置期望的速度并使车辆的速度维持在设定的速度的指定范围内。然后，控制器80控制动力传动系（例如，发动机20、马达30、变速器50等）以在没有任何进一步的驾驶员输入的情况下使车辆保持设定的速度或接近设定的速度。然而，还可期望的是，使发动机速度和变速器换档或速比搜索（ratio hunting）的变化减小或最小化以提供期望的驾驶性能和车辆燃料/能量效率。当车辆下坡行驶同时处于巡航控制时，在没有切换到低档的情况下对于发动机20来说，一些下坡道太陡而没有足够的发动机制动能力来保持设置的速度。当这种情况发生时，发动机噪音增加并且巡航控制体验是不舒服的一次体验。同样地，当车辆上坡行驶同时处于巡航控制时，偶尔地需要降档。当发生降档时，发动机RPM增加（即，转速表变化）可变得相当大并使车辆内的驾驶员或乘客不安。

如下面所解释的，根据本发明实施例的控制方法利用这里描述的MHT车辆配置，在MHT车辆配置中，发动机20连接到马达30并且马达30连接到变速器50，通过调节来自马达30的马达扭矩78来消除下坡行驶和上坡行驶同时处于巡航控制时的需求。

现在转到图2A，流程图200描述了如在框202中指明的分离离合器32锁定并在巡航控制设置下下坡行驶情况的控制方法操作。在这种情况下，如框204所指明的，需要使车辆制动来维持巡航控制速度的来自马达30的负马达扭矩78提供到变速器50。对于下坡场景，控制方法利用马达30与发动机20串联的MHT车辆配置。马达30与发动机20串联允许动力传动系制动扭矩（即，来自发动机20和马达30的组合的制动扭矩）明显大于单独从发动机20可得的制动扭矩。这是因为来自发动机20的制动扭矩所受的限制实质上远远大于来自马达30的制动扭矩所受的限制，因此，马达30对动力传动系制动扭矩影响比较大。在这种模式下，可以避免降档并使巡航控制操作加强。在再生制动模式下可以通过使马达作为发电机来运行来提供负马达扭矩，以对电池36进行充电。在一个实施例中，还可以通过使用来自电池36的储存能量使马达30的驱动电流极性反转来提供负马达扭矩以提供另外的负制动扭矩。

下坡控制方法操作可以与向变速器50提供发动机制动扭矩76的发动机20一起起作用以尝试维持巡航控制速度。只要控制器80变得意识到，在没有切换到低档的情况下发动机20没有足够的发动机制动能力来维持巡航控制速度，马达30就向变速器50施加充足量的马达制动扭矩78，从而维持巡航控制速度。

现在转到图2B，流程图300描述了如在框302中指明的，在巡航控制设置下，上坡行驶的情况的控制方法操作。在这种情况下，如框304所指明的，需要推进车辆来维持巡航控制速度的来自马达30的正马达扭矩78提供到变速器50。这里的控制方法也利用马达30与发动机20串联的MHT车辆配置。当需要满足上坡行驶的需求时，马达30与发动机20串联允许从马达30获得扭矩。这样，当上坡行驶并在巡航控制设置下时，如果可能的话使马达30起动并维持当前档的位置，而不改变变速器档位。如果不能够维持档的位置，则切换档位至少保持为最小。

上坡控制方法操作可以与向变速器50提供用于推进车辆的发动机扭矩78的发动机20一起起作用。马达30可以或可以不向变速器50提供用于推进车辆的马达扭矩78。不论发生何种情况，只要控制器80变得意识到，在没有降档接合的情况下发动机20不能提供充足的发动机扭矩76来维持巡航控制速度，马达30就向变速器50施加充足量的马达制动扭矩78，从而维持巡航控制速度。

尽管上面描述了示例性实施例，但是这些实施例不意在描述本发明的所有可能形式。相反，说明书中使用的词语是描述性词语而非限制性词语，并且将理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变。另外，可结合各个实施的实施例的特征来形成本发明的进一步的实施例。

Claims (17)

1.一种用于具有串联连接的发动机、牵引马达和变速器的车辆的方法，所述方法包括：

当车辆上坡行驶时，控制发动机扭矩以尝试维持车辆的巡航控制速度；以及

在变速器没有降档的情况下，控制马达扭矩以维持巡航控制速度，马达扭矩包括与变速器没有降档相关联的初始扭矩和与命令的变速器降档相关联的额外的扭矩。

2.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

当车辆下坡行驶时，控制马达扭矩以通过变速器提供制动扭矩，从而基本维持巡航控制速度。

3.如权利要求2所述的方法，所述方法还包括：

基于发动机制动扭矩和马达扭矩的和来抑制变速器换档。

4.如权利要求2所述的方法，其中：

当车辆下坡行驶时，马达扭矩是负马达扭矩以维持车辆的巡航控制速度。

5.如权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

当车辆下坡行驶时，控制马达制动扭矩来补充发动机制动扭矩，以尝试维持巡航控制速度。

6.如权利要求5所述的方法，其中，控制马达制动扭矩的步骤包括：

在变速器没有降档的情况下，当马达制动扭矩和发动机制动扭矩的和足以维持巡航控制速度时，控制牵引马达提供初始马达制动扭矩；以及

当命令变速器降档时，控制牵引马达提供额外的马达制动扭矩，以与发动机制动扭矩一起维持巡航控制速度。

7.一种用于控制具有通过离合器与牵引马达和有级自动变速器选择性地串联连接的发动机的混合动力车辆的系统，所述系统包括：

控制器，被构造成当车辆上坡行驶时，控制发动机扭矩以尝试维持车辆的巡航控制速度，当车辆上坡行驶时，在变速器没有降档的情况下，增加传递至变速器的正马达扭矩以维持车辆的巡航控制速度，马达扭矩包括与变速器没有降档相关联的初始扭矩和与命令的变速器降档相关联的额外的扭矩。

8.如权利要求7所述的系统，其中：

当车辆下坡行驶时，控制器还被构造成控制传递至变速器的负马达扭矩以维持巡航控制速度。

9.如权利要求8所述的系统，其中：

当车辆下坡行驶时，控制器使牵引马达在发电机模式下运行，以将电力储存在相关的电池中并产生负马达扭矩来维持巡航控制速度。

10.如权利要求8所述的系统，其中：

当车辆下坡行驶时，控制器还被构造成施加发动机制动扭矩来维持巡航控制速度。

11.如权利要求10所述的系统，其中，当车辆下坡行驶时，控制器被构造成当可用的发动机制动扭矩和马达制动扭矩不足以维持巡航控制速度时使变速器降档。

12.一种混合动力电动车辆，包括：

电池动力牵引马达，连接到变速器；

发动机，通过离合器与电池动力牵引马达选择性地串联连接；以及

控制器，与电池动力牵引马达和发动机通信，并被构造成当车辆上坡行驶时，在变速器没有降档的情况下，当离合器接合且发动机扭矩不足以维持车辆的巡航控制速度时，控制电池动力牵引马达以提供传递至变速器的正马达扭矩，马达扭矩包括与变速器没有降档相关联的初始扭矩和与命令的变速器降档相关联的额外的扭矩。

13.如权利要求12所述的车辆，其中，控制器抑制变速器的换挡直至可用的马达扭矩不足以维持巡航控制速度为止。

14.如权利要求12所述的车辆，其中，当车辆下坡行驶时，控制器被构造成在命令变速器降档之前按顺序施加发动机制动扭矩并使马达制动扭矩增加，以维持巡航控制速度。

15.如权利要求14所述的车辆，其中，控制器被构造成使电池动力牵引马达作为发电机运行来将电力储存在电池中以提供马达制动扭矩。

16.如权利要求14所述的车辆，其中，控制器被构造成当马达制动扭矩和发动机制动扭矩不足以维持巡航控制速度时使变速器降档。

17.如权利要求14所述的车辆，其中，控制器被构造成在使变速器降档之前将马达制动扭矩增加成最大可用制动扭矩。