CN103465902B - 柴油后处理再生事件期间混合动力系的调整 - Google Patents

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Abstract

混合动力柴油‑电动动力系包括与牵引电池电连通的电动机、与电动机以及自动变速器功率流连通的柴油发动机、以及控制器。柴油发动机和电动机配置为提供混合扭矩至自动变速器。动力系进一步包括与柴油发动机流体连通的排气后处理装置。控制器配置为：从排气后处理装置接收再生请求；确定牵引电池的充电状态是否在目标值的预先确定的范围内；如果牵引电池的充电状态在目标值的预定范围内，则启动再生事件；从自动变速器接收即时扭矩请求；和响应于所述即时扭矩请求而提供扭矩指令至电动机。

Description

柴油后处理再生事件期间混合动力系的调整
技术领域
本发明涉及混合动力柴油动力系的控制。
背景技术
机动车辆包括动力系，其可操作来推进车辆并且给车载电子装置提供动力。动力系或传动系通常包括发动机，发动机通过多速动力变速器为最终的传动系统提供动力。很多车辆由往复运动活塞内燃发动机（ICE）提供动力。内燃发动机通过与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）中的化学能转变为动能。
混合动力车辆利用多个交替的动力源来推进车辆，最小化对用于提供动力的发动机的依赖。混合动力电动车辆（HEV）例如包括电能和化学能两者，将电能和化学能转变为机械动力来推进车辆，并且给车辆系统提供动力。HEV通常采用一个或多个电机（马达/发电机），所述一个或多个电机单独操作或与内燃发动机合作操作，以推进车辆。电机将动能转变为电能，电能可被存储在能量存储装置中。来自能量存储装置的电能也可被转变回动能，用于车辆的推进。
发明内容
一种混合动力柴油-电动动力系，包括与牵引电池电连通的电动机、与电动机和自动变速器功率流连通的柴油发动机、以及控制器。柴油发动机和电动机配置为提供混合扭矩至自动变速器。动力系进一步包括与柴油发动机流体连通的排气后处理装置。
操作期间，控制器配置为：从排气后处理装置接收再生请求；确定牵引电池的充电状态是否在目标值的预先确定的范围内；如果牵引电池的充电状态在目标值的预先确定的范围内，则启动再生事件；从自动变速器接收即时扭矩请求；和响应于所述即时扭矩请求而提供扭矩指令至电动机。
控制器配置为通过将提供给柴油发动机的燃料对空气的比率增大到大于化学计算平衡的水平来启动再生事件。排气后处理装置可配置为当跨过后处理装置的压降超过阈值压降时，向控制器提供再生请求。
即时扭矩请求可由自动变速器响应于针对自动挡位变化的请求而被提供。这样，即时扭矩请求可以是足以将通过自动变速器传递的混合扭矩降低到零的负扭矩请求。提供给电动机的负扭矩指令可于是配置为将电动机操作为发电机，以从电动机产生负输出扭矩。
控制器可配置为如果牵引电池的充电状态高于预先确定的范围，则降低牵引电池的充电状态。类似地，控制器可配置为如果牵引电池的充电状态低于预先确定的范围，则再生牵引电池的充电状态。
类似地，在再生事件期间控制车辆动力系的方法包括：接收再生请求；确定牵引电池的充电状态是否在目标值的预先确定的范围内；如果牵引电池的充电状态在目标值的预先确定的范围内，则启动再生事件；接收即时扭矩请求；和响应于所述即时扭矩请求操作电动机。
在结合附图理解时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面实现所附权利要求中限定的本发明的一些最佳模式和其他实施例的详细描述显而易见。
附图说明
图1是与发动机控制模块、变速器控制模块和混合动力控制模块通信的混合动力柴油-电动动力系的示意图。
图2是在再生事件期间用于控制混合动力柴油-电动动力系的方法的示意性流程图。
具体实施方式
参照附图，其中，各个视图中相似的附图标记用于表示相似或相同的部件，图1示意性示出用于混合动力柴油-电动车辆的混合动力系10。混合动力系10可包括内燃发动机12，内燃发动机12与电动牵引马达14（电动机14）机械连通。内燃发动机12可通常由发动机控制模块16（ECM16）控制，而电动机14可通常由混合动力控制模块18（HCM18）控制。虽然图1大体示出混合动力柴油-电动车辆的一种特定配置，但是其他布置也可类似地应用于当前所述的技术。同样，附加的电动机可被包括在动力系10的多种布置中，用作用于混合动力车辆的的主原动机。这样，发动机12和电动机（一个或多个）14可彼此功率流连通并且与变速器20功率流连通，以最终给驱动轴22和一个或多个驱动轮24提供动力。
电动机14可经由电动机输出轴26提供一个扭矩源。类似地，发动机12可经由曲轴28产生扭矩，曲轴28可通过离合器30和/或一个或多个行星齿轮组（未示出）与电动机输出轴26选择性地联接。来自曲轴28的扭矩可用于直接推进车辆10，和/或用于驱动作为发电机的电动机14以为牵引电池32再充电。
取决于车辆设计，电动机14可实现为额定约60伏到约300伏或更大的多相永磁体/AC感应电机。电动机14可经由功率变换器模块（PIM）34和高压母排36电连接到牵引电池32。根据需要，PIM34可通常配置为将DC功率转变为AC功率，反之亦然。电池32可在电动机14主动地操作为发电机时使用来自该电动机14的扭矩被选择性地再充电，例如，通过在由发动机12驱动时或在再生制动事件期间捕获能量。如可意识到的，电动机14可以是电动机、发电机、电动机/发电机或其任何组合。在一些实施例中，例如插电式HEV（PHEV），电池32也可在车辆10闲置时经由车外电源（未示出）再充电。
发动机12可与进气口40和一个或多个燃料喷射器41流体连通。进气口40可配置为给发动机提供新鲜空气供给，其中该空气可与来自燃料喷射器41的燃料混合。可变节气门42可以在ECM16的指导下可控地调节从进气口40到发动机12的空气流。同样，ECM16可经由一个或多个燃料喷射器41控制到发动机12中的燃料流。在一种配置中，进气歧管44可布置在节气门42和发动机12之间，以允许进入空气均匀地流入发动机12中。
在车辆推进期间，ECM16可通过选择性地改动“扭矩致动器”的行为来改变发动机12产生的扭矩。通常，扭矩致动器是发动机的可控方面，其可选择性地增大或减小曲轴28处的扭矩输出。扭矩致动器可通常落入两类：慢响应致动器和快响应致动器。快响应致动器可实现发动机输出扭矩的接近瞬时（near-immediate）（例如20-50ms）变化，例如将更多或更少的燃料喷到气缸中、延迟点火（在汽油发动机中）、改变可变凸轮相位器、和/或增大排气再循环（EGR）来稀释空气/燃料混合物。相反地，慢响应致动器可占用许多发动机周期（例如100-500ms）来实现扭矩变化，并且可通常涉及将发动机从较慢速度加速到较高速度。慢响应致动器可包括例如控制节气门42以增大/减小进入发动机12中的空气的量，和/或经由一个或多个压缩机（例如，涡轮增压器（未示出））改变增压压力。
一般来说，并且在很多其他变量固定或被忽略的情况下，在更多富氧空气和燃料被提供到发动机12中时，将产生更大的扭矩。通过将节气门打开到其最宽并且最小限制位置，发动机12可以以其最高长时间扭矩输出（即其最大容量）操作。
ECM16可使用来自各传感器（例如进气传感器、歧管空气压力传感器、燃料传感器和/或空气质量（mass）传感器）的输入来估计或计算发动机12的扭矩容量和性能。ECM16可将确定的扭矩容量以及其他测量或确定的信息发送到HCM18，HCM18可确定利用马达14和发动机12的扭矩产生容量的最高效方式。在一个实施例中，HCM18可采用扭矩优化程序来仲裁各种扭矩请求，并且尽可能经常地以发动机的最高效状态操作发动机。HCM18可于是确定发动机12应产生/供给的扭矩的量以及电动机14应供给多少扭矩（正或负）。发动机扭矩请求可于是被提供回到ECM16来智能控制各发动机扭矩致动器，同时电动机扭矩请求可被提供给PIM34来控制电动机14。通常，发动机12的扭矩容量的更准确估计允许由HCM18进行的混合动力系10的更准确优化。
除了ECM16和HCM18，动力系10可进一步包括变速器控制模块50（TCM50）。TCM50可与ECM16和HCM18中的每一个通信，并且可辅助协调变速器20（其可以是自动变速器20）中的挡位变化。例如，在挡位变化期间，通过变速器20传递的净扭矩可期望地处于低于驾驶员请求的扭矩的某预先确定值处。以该方式，ECM16和/或HCM18可暂时忽视任何驾驶员请求的扭矩指令，以便于有助于与TCM50配合的挡位变化。
在一种配置中，发动机12可以是柴油发动机，并且可响应于经由加速器踏板62提供的驾驶员扭矩请求60来操作。驾驶员扭矩请求60可由ECM16接收，并且被过滤/平滑化来去除任何高频噪声。平滑化的请求可于是用于通过改变经由燃料喷射器41供给发动机12的燃料量来控制发动机12的扭矩输出。响应于燃料指令，ECM16可控制通过节气门44的空气流的量，以保持期望的燃料/空气混合物，同时还调节任何排气再循环来控制燃烧。虽然燃料供给通常为快响应扭矩致动器，以保持大致高效的燃烧，但是燃料响应可在正常加速期间依据节气门/空气流动动力学被人工地限制。动力系控制的该方式通常与火花点火汽油发动机的不同，其中，驾驶员扭矩请求60被用于控制节气门44，并且燃料为基于可用空气流的依变量。
柴油发动机可进一步与排气后处理装置63流体连通，排气后处理装置63可包括颗粒过滤器64和/或稀燃NOx捕集器（lean NOx trap）。颗粒过滤器64和/或稀燃NOx捕集器可操作以从发动机12的排气过滤颗粒物质，即烟灰和/或结晶NOx。颗粒过滤器64可包括限定多个孔的一个或多个基板，排气必须流动通过所述孔。在操作期间，来自燃烧的颗粒物质可在排气通过过滤器64时收集在颗粒过滤器64内。颗粒过滤器64和/或稀燃NOx捕集器可需要偶尔再生来去除收集的颗粒物质。颗粒过滤器64和/或稀燃NOx捕集器的再生（即“再生事件”）可包括，例如，将过滤器64加热到高温，以使任何收集的颗粒物质被烧掉为二氧化碳，并且可通过流动排气来消散。其他后处理装置可包括稀燃NOx捕集器（LNT），其中再生包括从捕集器去除聚集物的类似方式。
在一种配置中，再生事件可在ECM16的请求下发生，ECM16可与排气后处理装置63电连通。为了实现再生，ECM16可控制供给发动机12的燃料与空气的比率，以使其略微丰富于（大于）化学计算平衡（即比理想状态更多的燃料）。当此发生时，燃烧可比通常的烧得更热，但是一旦瞬时扭矩请求被接收，ECM16可丧失改动空气/燃料比的能力。如本文中所用，瞬时扭矩请求是由ECM16通过在短时间框架（20-50ms）上操纵各快响应扭矩致动器来实现的扭矩请求。
为了避免受约束的再生事件与通常的驾驶相干扰，HCM18可调整电动机14的行为，以补充在再生事件期间可能暂停的即时发动机响应能力。例如，在自动变速器情况下，当进行升档时，TCM50通常请求即时扭矩下降，以辅助将发动机速度降低到下一个齿轮比。如果TCM50将在富燃料再生事件期间请求挡位变化，则HCM18可将操作电动机14为发电机（即导致负扭矩），以在变速器20处提供暂时和瞬时扭矩降低。
图2示意性示出用于在再生事件期间控制混合动力柴油-电动动力系的方法100。方法100开始于步骤102处，这时ECM从后处理装置63接收对再生的请求。这样的请求可由后处理装置63产生，例如，当跨过颗粒过滤器和/或稀燃NOx捕集器的空气压力差超过阈值时。同样，其他因素/触发事物可类似地用于触发对NOx捕集器和/或DPF后处理系统的再生请求。这些触发事物可包括，例如，NOx过滤器模型、发动机运行时间模型和/或从其他物理传感器的输出。当从后处理装置63接收到请求时，在步骤104中，ECM16可于是向HCM18进行请求，以确定是否存在足够的电池容量来接合电动机14，而在可能需要的瞬时响应期间没有使牵引电池32过充电/充电不足。在步骤106中，HCM18可检测牵引电池32的充电状态（SOC）（即其中“充电状态”为电池供应和/或接收电荷的能力的测量值），并且将SOC与阈值相比较。如果电池太“满”（即不能接收很多附加电荷）或太空（即如果扭矩增大被请求，其不能供应原动力），则HCM18可改动发动机/电动机扭矩分配优化，以将SOC置于目标SOC的预定范围内（步骤108），同时排列任何未处理的再生请求（步骤110）。在一种配置中，HCM18可通过降低来自电池32的功率来影响SOC，例如通过将大部分扭矩产生职责更换至电动机14。替代地，HCM18可以将电动机14驱动为发电机，直到电池充电状态上升到适当水平内。
当存在充足容量（即SOC处于目标SOC值的预定范围内，以使电池32可根据需要进行供给电能和接收电能两者）时，HCM18可准许ECM16进入再生模式（步骤112）。当从HCM18收到准许时，ECM16可于是确定动力系是否处于适于进入再生模式的情形（步骤114）。该确定可涉及将电流和/或预期速度/扭矩请求与预先确定的操作范围比较，以避免在期望频繁进行瞬时扭矩请求的情况期间启动再生。如果所有均在要求的容限内，则在步骤116中，ECM16可通过增大燃料/空气比直到发动机燃烧略微富燃料/空气混合物（即大于化学计算水平）来进入再生模式。替代地，ECM16可仅等待，直到操作条件改善。
一旦已经启动再生模式时，HCM18可操作电动机14来满足所有其接收的所有需要的瞬时操作扭矩请求（步骤120）。但是，发动机12可仍保持通过较慢的空气致动控制的扭矩响应（例如，增压压力，EGR，和/或节气门控制）来实行更为渐进/稳态的扭矩变化的能力，而不论锁定的燃料/空气比。在一种配置中，通过改动由HCM18连续求解的电动机/发动机优化模型内相关的成本因素，HCM18可将瞬时扭矩响应转换至电动机14。
以该方式，如果发动机12/ECM16切换到再生模式以及TMC50请求自动挡位变化，由于锁定的燃料/空气比率，则发动机12将不能在没有加速延迟的情况下即时实现扭矩变化。即时扭矩请求于是可被传送到HCM18，其可以即时操作电动机14为发电机，以提供瞬时负扭矩。该瞬时负扭矩可抵消发动机输出中的一些或全部，以实现变速器20处的扭矩减少。在挡位变化之后，HCM18可于是将扭矩混合回到发动机12和/或如果需要可配置为快速地产生扭矩（诸如通过将来自牵引电池32的功率转变为原力）。
在步骤118中，ECM16可确定后处理装置是否充分清洁，例如通过再次检查跨过过滤器64的压力差。当ECM16已经确定后处理装置充分清洁时，其可于是离开再生模式（步骤118）。HCM18可于是将主扭矩控制混合回到ECM16/柴油发动机12。
还可能期望发动机12运转为在整个再生事件中被约束在操作条件的预先限定范围内。例如，在一种配置中，ECM16可保持在1000rpm到2000rpm之间的发动机速度以及在5Nm到100Nm之间的发动机稳态扭矩。这些约束可整合在HCM18优化中，以使电动机14可根据需要经由电动机14辅助提供任何附加速度/功率。这样的约束也可在整个事件中辅助平衡SOC。
虽然已经部分地使用自动变速器换挡事件作为示例描述了上述方法100，但是方法100可等同适用于其他瞬时扭矩请求事件。这样的事件可包括牵引控制请求、急速区成形请求、主动缓冲请求、阻力控制请求和/或发动机超速保护请求。在每一种情况下，瞬时扭矩致动可对控制车辆的快速动作动力学性能是有益的。
虽然已经详细描述了实现本发明的最佳模式，但是熟悉本发明涉及的领域的人员将意识到实现本发明的在所附权利要求范围内的多种可替代设计和实施例。意图是包含在上面描述中或显示在附图中的所有内容应被解释为仅是示例性的，并且不用于限制。
交叉引用
本申请要求2012年6月5日提交的美国临时专利申请No.61/655,726和2012年9月14日提交的美国序列号No.13/616857的权益，其在此以其全部内容通过引用并入本文中。

Claims (8)

1.一种在用于颗粒过滤器和/或稀燃NOx捕集器的后处理再生事件期间控制车辆动力系的方法，所述动力系包括电动机，所述电动机与柴油发动机功率流连通，所述方法包括：
接收再生请求；
确定牵引电池的充电状态是否在目标值的预先确定的范围内；
如果牵引电池的充电状态在目标值的预先确定的范围内，则启动再生事件；
响应于针对自动挡位变化的请求从变速器控制模块接收即时扭矩请求，其中，即时扭矩请求为瞬时的负扭矩请求，其操作性地降低通过自动变速器传递的扭矩，以有助于自动档位变化；和
响应于即时扭矩请求操作电动机。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，启动再生事件包括将提供给柴油发动机的燃料对空气的比率增大到大于化学计算平衡的水平。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，响应于即时扭矩请求而操作电动机包括将电动机操作为发电机以产生负输出扭矩。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括如果牵引电池的充电状态高于预先确定的范围，则降低牵引电池的充电状态。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括如果充电状态低于预先确定的范围，则再生牵引电池的充电状态。
6.一种混合动力柴油-电动动力系，包括：
电动机，与牵引电池电连通；
柴油发动机，与电动机并且与自动变速器功率流连通，所述柴油发动机和电动机配置为提供混合扭矩至自动变速器；
排气后处理装置，与柴油发动机流体连通，所述排气后处理装置包括稀燃NOx捕集器；
控制器，与电动机、柴油发动机和自动变速器通信，所述控制器配置为：
从排气后处理装置接收再生请求；
确定牵引电池的充电状态是否在目标值的预先确定的范围内；
如果牵引电池的充电状态在目标值的预先确定的范围内，则启动再生事件；
响应于针对自动挡位变化的请求从自动变速器接收即时扭矩请求，其中，即时扭矩请求为瞬时的负扭矩请求，其操作性地降低通过自动变速器传递的扭矩，以有助于自动档位变化；和
响应于所述即时扭矩请求，提供扭矩指令至电动机。
7.根据权利要求6所述的混合动力柴油-电动动力系，其中，控制器配置为通过将提供给柴油发动机的燃料对空气的比率增大到大于化学计算平衡的水平来启动再生事件。
8.根据权利要求6所述的混合动力柴油-电动动力系，其中，提供给电动机的扭矩指令配置为将电动机操作为发电机，以从电动机产生负输出扭矩。
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