CN103476656A - 混合动力电动车辆以及控制混合动力电动车辆的方法 - Google Patents

Abstract

一种混合动力电动车辆（HEV）控制器（140、240），该控制器（140、240）构造成基于多个参数来确定要通过车辆的第一致动器（121、221）和第二致动器（124、224）供应至HEV的动力传动系统的驾驶员所需扭矩的值，所述参数包括：（a）第一致动器（121、221）的速度；以及（b）驾驶员操作的控制装置（161、261）的位置，该控制器（140、240）构造成使得当第一致动器（121、221）没有连接至动力传动系统时，基于第一致动器（121、221）的虚拟速度来确定驾驶员所需扭矩的值，该虚拟速度为在第一致动器连接至动力传动系统的情况下第一致动器（121、221）将转动的速度。

Description

混合动力电动车辆以及控制混合动力电动车辆的方法

技术领域

本发明涉及一种用于混合动力电动车辆的控制器、一种混合动力电动车辆以及一种控制混合动力电动车辆（HEV）的方法。具体地但并非排他地，本发明涉及一种用于并联式混合动力电动车辆的控制器、一种并联式混合动力电动车辆以及一种在从电动车辆（EV）操作模式到并联模式的转换期间控制并联式HEV的方法。

背景技术

已知提供了一种并联式混合动力电动车辆（HEV），该HEV具有并联连接至车辆的动力传动系统的电机和内燃发动机。

该车辆可以以电动车辆（EV）模式运行，在该EV模式中，专门通过电机将扭矩提供至动力传动系统。替代性地，该车辆可以以并联模式运行，在该并联模式中，通过和电机将扭矩提供至动力传动系统。

在仅具有发动机的一些已知的非HEV车辆中，该车辆的控制器构造成基于加速器踏板的位置以及发动机速度的瞬时值来确定由车辆驾驶员从发动机需要的扭矩（驾驶员所需扭矩）的值。应当理解的是，在HEV的情况下，当HEV以EV模式运行时，发动机速度将为零。因此，常规控制器将不能够正确地确定驾驶员所需扭矩的值。

发明内容

通过参考所附权利要求可以理解本发明的实施方式。

本发明的方面提供了如所附权利要求中所要求的控制器、机动车辆以及方法。

在本发明的寻求保护的另一方面中，提供了一种混合动力电动车辆（HEV）控制器，该HEV控制器构造成基于多个参数来确定要通过车辆的第一致动器和第二致动器供应至HEV的动力传动系统的驾驶员所需扭矩的值，所述参数包括：

（a）第一致动器的速度；以及

（b）驾驶员操作的控制装置的位置，

所述控制器构造成使得当所述第一致动器没有连接至所述动力传动系统时，基于所述第一致动器的虚拟速度以及所述驾驶员操作的加速器控制装置的位置来确定驾驶员所需扭矩的值，所述第一致动器的所述虚拟速度为在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下所述第一致动器将转动的速度。

这具有如下优势：即使在第一致动器不运转时，也可以继续采用开发成基于第一致动器的速度来计算驾驶员所需扭矩的控制算法。这具有如下优势：车辆将以不依赖于第一致动器和第二致动器中的哪一者在运转的方式响应来自驾驶员的控制输入。这进而具有如下优势：可以减小在第一致动器连接至动力传动系统的模式与第一致动器与动力传动系统断开连接的模式之间的车辆操纵和性能方面的差异。

应当理解的是，并联HEV的设计者主要关心的是实现在EV模式与并联模式之间的相对无缝转换。本发明的实施方式允许通过减小在EV运行模式与并联运行模式之间的性能特征上的感知差异来对HEV控制进行改进。这具有可以提高驾驶员对车辆的享受的优势。

在一些实施方式中，驾驶员操作的控制装置的位置可以通过车辆的电子控制器来控制。该电子控制器可以设置成例如通过诸如无线电通信设备、光通信设备之类的无线通信设备或任何其他合适的设备接收来自为人或机器的远程操作者的控制信号。其他配置也是可用的。

控制器可以设置成基于第二致动器的速度来确定第一致动器的虚拟速度。

在实施方式中，控制器设置成基于第二致动器的测量速度来确定第一致动器的虚拟速度。

对第二致动器的实际速度的测量可以以多种方式——例如，通过速度传感器——可靠地实现。因此，该特征具有如下优势：驾驶员所需扭矩的确定可以基于能够可靠地进行的测量来进行。

替代性地，该控制器可以设置成基于第二致动器的计算速度来确定第一致动器的虚拟速度，该计算速度基于第二致动器的当前所需速度来计算。

因此，该控制器可以设置成采用第二致动器的速度对其作出响应的参数的值。

该控制器可以设置成考虑在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下所述第一致动器将经历的所述第一致动器与所述第二致动器之间的传动比来确定所述第一致动器的所述虚拟速度。

因此，要确定在第一致动器连接至动力传动系统的情况下将存在的在第一致动器与第二致动器之间的传动比。

替代性地或另外地，控制器可以设置成基于在动力传动系统的速度测量位置处的动力传动系统的速度来确定第一致动器的虚拟速度。

该控制器可以构造成基于在第一致动器连接至动力传动系统的情况下将由第一致动器经历的第一致动器与动力传动系统的速度测量位置之间的传动比来确定第一致动器的虚拟速度。

因此，要确定在第一致动器连接至动力传动系统的情况下将存在的在第一致动器与动力传动系统的速度测量位置之间的传动比。

替代性地或另外地，控制器可以设置成基于轮速来确定第一致动器的虚拟速度。

在实施方式中，所述控制器能够操作成在所述第一致动器没有连接至所述动力传动系统时根据至少所述第一致动器的所述虚拟速度来估算在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下将通过所述第一致动器提供给所述动力传动系统的制动扭矩的量，所述控制器还能够操作成控制至少第二致动器以将与在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下将传输至所述动力传动系统的净扭矩对应的扭矩量传输至所述动力传动系统。

估算可以例如通过参考查阅表等来进行。

应当理解的是，当车辆由连接至动力传动系统的第一致动器驱动时如果驾驶员例如通过释放加速器踏板来减小驾驶员所需扭矩的量，则第一致动器可以将负扭矩施加到动力传动系统。在第一致动器为内燃发动机的情况下，该负扭矩可以被称为‘发动机制动’或‘压缩制动’。

当具有内燃发动机的混合动力车辆由与动力传动系统分离（分离通常通过离合器来进行）的发动机驱动时，发动机不能够提供制动作用。因此，驾驶员可以在车辆运动时注意到车辆操纵方面的差异并且根据车辆是处于电动车辆模式还是处于并联模式来释放加速器踏板。

为了克服这种问题，根据本发明的实施方式的控制器构造成确定在发动机连接至动力传动系统的情况下将通过发动机施加到动力传动系统的负扭矩的量，并且控制通过剩余的一个或多个致动器（即，至少第二致动器）施加的扭矩的量以弥补发动机断开连接的事实以及将与在第一致动器连接至动力传动系统的情况下将提供的净扭矩对应的净扭矩提供至动力传动系统。应当理解的是，在一些常见情形中，所述至少第二致动器可以设置成将与在第一致动器连接至动力传动系统的情况下将通过第一致动器（例如发动机）施加的负扭矩对应的负扭矩施加到动力传动系统。

应当理解的是，将通过第一致动器施加的负扭矩的量可以取决于第一致动器旋转的速度。因此，控制器构造成确定在第一致动器以由控制器确定的第一致动器的虚拟速度旋转的情况下将由第一致动器产生的负扭矩的量。

应当理解的是，本发明的一些实施方式具有如下优势：如果第一致动器没有连接至动力传动系统，则通过至少第二致动器施加到动力传动系统的净扭矩可以控制成与在第一致动器实际上连接至动力传动系统的情况下将通过第一致动器和至少第二致动器施加到动力传动系统的净扭矩对应。因此，不论第一致动器是否连接至动力传动系统，驾驶员都可以享受一致的驾驶体验。

进一步有利地，该控制器能够操作成进一步根据选自驾驶员操作的控制装置的位置、车辆的速度以及车轮与第一致动器之间的传动比中的至少一者来估算将通过第一致动器提供至动力传动系统的制动扭矩的量。

车速可以对应于轮速。

在实施方式中，所述控制器能够操作成在所述第一致动器没有连接至所述动力传动系统时根据所述第一致动器的所述虚拟速度来确定在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下将能够从所述第一致动器获得的扭矩量。

进一步有利地，所述控制器能够操作成根据所述驾驶员操作的加速器控制装置的位置以及在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下将能够从所述第一致动器获得的扭矩量来确定是否需要起动所述第一致动器。

应当理解的是，该控制器需要对在第一致动器实际上没有连接至动力传动系统（并且可能处于关闭状态）时将能够从第一致动器（例如内燃发动机）获得的最大扭矩量的估算，以使由控制器确定的驾驶员所需扭矩的值满足合理值。控制器响应于驾驶员操作的加速器控制装置的位置以及如上所述的第一致动器的计算虚拟速度来确定驾驶员所需扭矩。

在一些实施方式中，控制器设置成将驾驶员可能要求的最大扭矩值（例如通过完全踩下加速器踏板或其他控制装置）设定为等于可以通过组合的第一致动器和至少第二致动器产生的最大扭矩。在第一致动器关闭的情况下，控制器利用由控制器确定的第一致动器的虚拟速度的值来计算在第一致动器开启并且连接至动力传动系统的情况下第一致动器能够产生的最大扭矩量。这是因为在一些实施方式（例如第一致动器通过内燃发动机提供的实施方式）中，能够通过第一致动器提供的扭矩的量可以取决于第一致动器旋转的速度。

因此，不管第一致动器是否开启并且是否连接至动力传动系统，该控制器都能够操作成确定驾驶员可以要求的最大扭矩的合理值。

该控制器（通过监控驾驶员操作的加速器控制装置的位置）监控驾驶员所需扭矩的值。如果该控制器确定车辆不能够在给定的时刻及时满足驾驶员所需的扭矩量，则控制器设置成确定是否有必要起动第一致动器并将第一致动器连接至动力传动系统以满足驾驶员所需扭矩的值。

如果车辆确定驾驶员所需扭矩的值为使得应当起动第一致动器，则控制器设置成命令起动第一致动器。该控制器还能够操作成确定由每个致动器提供的扭矩的量。由每个致动器提供的扭矩的量（还被称为致动器之间的扭矩分摊）可以利用能够通过第一致动器以虚拟致动器速度产生的最大扭矩的知识来确定。

致动器扭矩分摊可以通过控制器确定以获得在车辆驾驶性能与减少的环境排放物或燃料经济性之间的最佳权衡。其他配置也是可用的。

在本发明的寻求保护的又一方面中，提供了一种包括根据前述方面的控制器的混合动力电动车辆（HEV）。

在实施方式中，第一致动器包括内燃发动机。

进一步有利地，第二致动器包括电机。

该电机可以包括设置成作为马达或作为发电机运转的电动马达/发电机。

第二致动器可以包括集成有曲轴的马达/发电机（CIMG）。

第一致动器可以经由第二致动器联接至动力传动系统。

替代性地，第二致动器可以包括在后桥驱动（RAD）单元中。

RAD单元可以设置在动力传动系统的变速箱或变速器与车辆的由RAD单元驱动的至少一个车轮之间。

在本发明的寻求保护的再一方面中，提供了一种控制混合动力电动车辆（HEV）的方法，该方法包括以下步骤：基于多个参数来确定要通过所述车辆的第一致动器和第二致动器供应至HEV的动力传动系统的驾驶员所需扭矩的值，所述参数包括：

（a）第一致动器的速度；以及

（b）驾驶员操作的控制装置的位置，

当所述第一致动器没有连接至所述动力传动系统时，所述方法包括：基于所述第一致动器的虚拟速度以及所述驾驶员操作的控制装置的位置来确定驾驶员所需扭矩的值，所述虚拟速度为在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下所述第一致动器将转动的速度。

在本申请的范围内，可以想到在前述段落中、在权利要求中和/或在下列描述和附图中陈述的本申请的各个方面、实施方式、示例和替代方案、以及特别是特征可以被独立地或以其任何组合的方式采用。例如，结合一个实施方式描述的特征除非是不相容的否则能够应用于所有实施方式。

附图说明

现在将参照附图、仅以示例的方式对本发明的实施方式进行描述，其中：

图1为根据本发明的第一实施方式的混合动力电动车辆的示意图；以及

图2为根据本发明的第二实施方式的混合动力电动车辆的示意图。

具体实施方式

在本发明的一个实施方式中，如图1所示，提供了一种并联式混合动力电动车辆（HEV）100。该车辆100具有内燃发动机121，该内燃发动机121通过离合器122可释放地联接至集成有曲轴的马达/发电机（CIMG）123。CIMG123转而联接至自动变速器124。

变速器124设置成通过一对前驱动轴118对车辆100的一对前轮111、112进行驱动。变速器124还设置成通过具有辅助驱动轴132、后差速器135以及一对后驱动轴139的辅助动力传动系统130来驱动一对后轮114、115。

设置了可以联接至CIMG123的电池150以在CIMG123作为马达运转时给CIMG123供以动力。替代性地，电池150可以联接至CIMG123以在CIMG123作为发电机运转时接受充电，从而给电池150重新充电。

车辆100构造成以并联模式和电动车辆（EV）模式中的任一模式运行。

在并联运行模式下，离合器122闭合并且发动机121设置成将扭矩提供给变速器124。在这种模式下，CIMG123可以或者作为马达运转或者作为发电机运转。

在EV运行模式下，离合器122断开并且发动机121关闭。同样，CIMG123此时或者作为马达运转或者作为发电机运转。应当理解的是，CIMG123可以设置成在EV模式下用作发电机以实现车辆的再生制动。

车辆100具有控制器140，该控制器140设置成根据与将不在文中讨论的车辆及驾驶员行为相关联的各种参数中的一个或多个参数控制车辆100在并联模式与EV模式之间进行转换。

当车辆100处于发动机121开启的并联运行模式时，车辆100设置成基于车辆100的发动机121的旋转速度以及加速器（或油门）踏板161的位置确定驾驶员所需扭矩的值。与发动机速度和踏板位置对应的值被馈送至控制器140。驾驶员所需扭矩TQd的值由控制器140参照作为发动机速度和踏板位置的函数的驾驶员所需扭矩TQd的2D映射来确定。

应当理解的是，由驾驶员所需扭矩是指由驾驶员要求的要被提供给车辆100的车轮111、112、114、115的扭矩的量。

应当理解的是，当车辆100以EV模式运行时，发动机121通常被关闭，并且因此控制器140不能够基于发动机速度和加速器踏板位置来计算TQd的值。

因此，当发动机121关闭时，控制器140设置成确定发动机121的虚拟速度，发动机121的虚拟速度为发动机121在发动机121开启并且连接至CIMG123的情况下将旋转的速度。

应当理解的是，在图1的实施方式中，当发动机121通过离合器122连接至CIMG123时，CIMG123的速度基本等于发动机121的速度。因此，在图1的实施方式中，当车辆100处在EV模式下时，控制器140设置成通过将与CIMG速度123对应的值替代发动机121的速度提供给2D映射来确定TQd的值。

在图1的实施方式中，控制器140设置成通过参考联接至CIMG123的速度测量装置123S来确定CIMG速度。因此，速度测量装置123S设置成为控制器140提供输入。

在一些替代性实施方式中，控制器140设置成通过参考关于CIMG123的电气测量来确定CIMG速度。在一些实施方式中，CIMG速度可以基于由控制器140或者相关联的控制装置或模块要求的CIMG速度的值来确定。

应当理解的是，在一些实施方式中，可以设置诸如手动操作杆、控制杆之类的替代性致动器或控制装置来替代加速器踏板161。

在一些实施方式中，加速器踏板161或其他控制装置的位置可以通过车辆100的电子控制器控制。该电子控制器可以设置成例如通过诸如无线电通信设备、光通信设备之类的无线通信设备或任何其他合适的设备接收来自为人或机器的远程操作者的控制信号。

其他布置也是有用的。

图2示出了根据本发明的另一实施方式的混合动力电动车辆200。与图1的实施方式的零件相同的图2的实施方式的零件设置有相似的加前缀数字2而不是数字1的附图标记。

图2的实施方式与图1的实施方式的不同之处主要在于图2的实施方式不具有CIMG123。确切地，车辆200具有结合到辅助动力传动系统230的后桥驱动单元235中的电机233，后桥驱动单元235在文中将被称为电动后桥驱动单元（ERAD）235。电池250设置成给ERAD235的电机233供以动力。

ERAD235能够作为马达运转以将扭矩提供给辅助动力传动系统230。ERAD235还能够作为发电机运转以通过将负扭矩施加到辅助动力传动系统230来产生动力从而给电池250重新充电。例如当车辆200处于运动中并且正扭矩由发动机221提供时或者在需要使车辆200减速时的再生制动操作中可以施加负扭矩。

车辆200的发动机221通过离合器222直接联接至自动变速器224。变速器224通过前驱动轴218转而联接至车辆200的前轮211、212。变速器224通过辅助动力传动系统230联接至后轮214、215。

应当理解的是，与图1的车辆100的情况一样，车辆200可以以并联模式或EV模式运行。

在并联运行模式下，离合器222闭合并且发动机221和ERAD235均能够操作成将扭矩提供给辅助动力传动系统230和前驱动轴218。

在EV运行模式下，离合器222断开以使发动机221与变速器224断开连接。在该模式下，ERAD235单独地用来为辅助动力传动系统230进而前驱动轴218提供扭矩（正的或负的）。因此，ERAD235也能够为车辆的所有四个车轮211、212、214、215提供扭矩。

应当理解的是，其他布置也是有用的。例如，在一些实施方式中，车辆200可以在变速器224与辅助动力传动系统230之间设置有动力传输单元（PTU）。PTU能够可释放地操作成将辅助动力传动系统230联接至变速器224。

因此，发动机221可以用来驱动或者仅前轮211、212或者前轮和后轮211、212、214、215两者。类似地，ERAD235可以用来驱动仅后轮214、215或者前轮和后轮211、212、214、215两者。

当车辆100以并联模式运行时，控制器240设置成以与图1的实施方式类似的方式通过参考发动机211的旋转速度以及加速器踏板261的位置来确定用于车辆200的驾驶员所需扭矩TQd的值。

应当理解的是，当发动机221关闭并且车辆通过ERAD235单独驱动时，控制器240不能够通过参考发动机速度和加速器踏板位置确定TQd的正确值。

因此，控制器240设置成通过参考发动机211的虚拟速度以及加速器踏板位置确定TQd的值。

应当理解的是，与图1的实施方式不同，在图2的实施方式中，当车辆处于并联模式下时，电机233和发动机211不一定以相同的速度旋转。这是因为变速器224设置在ERAD235的电机233与发动机221之间。

因此，在并联模式下，发动机211和ERAD235的相对旋转速度将取决于变速器224所选择的档位。因此，控制器设置成基于在离合器222与ERAD235之间的当前选定传动比来确定虚拟发动机速度，控制器240被提供有与当前选定传动比对应的输入。

本发明的实施方式具有如下优势：无论HEV以并联模式运行还是以EV模式运行，都可以采用用来基于发动机速度确定TQd的算法。这具有如下优势：可以减小以并联模式运行时的HEV的操纵特性与以EV模式运行时的HEV的操纵特性相比较的差异。

一些实施方式具有可以降低HEV的控制器的复杂性的优势。这样具有可以降低控制器的成本的优势。

贯穿本说明书的描述和权利要求，词语“包括”和“包含”以及这些词语的变体意味着“包括但不局限于”，并且不意在（并且不）排除其他部分、添加物、部件、整体或步骤。

贯穿本说明书的描述和权利要求，除非上下文另有要求，否则单数包含复数。特别地，在使用不定冠词时，除非上下文另有要求，否则说明书应被理解为考虑多个以及单个。

除非彼此互不相容，否则结合本发明的特定方面、实施方式或示例描述的零件、整体、特性、复合物、化学成分或基团应被理解为能够应用于文中所描述的任何其他方面、实施方式或示例。

Claims (15)

1.一种混合动力电动车辆（HEV）的控制器，所述控制器构造成基于多个参数来确定要通过所述车辆的第一致动器和至少第二致动器供应至所述车辆的动力传动系统的驾驶员所需扭矩的值，所述参数包括：

（a）第一致动器的速度；以及

（b）驾驶员操作的加速器控制装置的位置，

所述控制器构造成使得当所述第一致动器没有连接至所述动力传动系统时，基于所述第一致动器的虚拟速度以及所述驾驶员操作的加速器控制装置的位置来确定驾驶员所需扭矩的值，所述第一致动器的所述虚拟速度为在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下所述第一致动器将转动的速度。

2.根据权利要求1所述的控制器，所述控制器设置成基于选自第二致动器的测量速度以及第二致动器的计算速度中的一者来确定第一致动器的所述虚拟速度，所述计算速度基于第二致动器的当前所需速度来计算。

3.根据任一前述权利要求所述的控制器，所述控制器设置成考虑在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下所述第一致动器将经历的所述第一致动器与所述第二致动器之间的传动比来确定所述第一致动器的所述虚拟速度。

4.根据任一前述权利要求所述的控制器，所述控制器设置成基于选自在所述动力传动系统的速度测量位置处的所述动力传动系统的速度、轮速、以及所述第一致动器与所述动力传动系统的所述速度测量位置之间的传动比中的一者来确定所述第一致动器的所述虚拟速度。

5.根据任一前述权利要求所述的控制器，所述控制器能够操作成在所述第一致动器没有连接至所述动力传动系统时根据至少所述第一致动器的所述虚拟速度来估算在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下将通过所述第一致动器提供给所述动力传动系统的制动扭矩的量，所述控制器还能够操作成控制所述至少第二致动器以将与在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下将传输的净扭矩对应的扭矩量传输至所述动力传动系统。

6.根据权利要求5所述的控制器，所述控制器能够操作成进一步根据选自所述驾驶员操作的加速器控制装置的位置、所述车辆的速度、以及所述车辆的车轮与所述第一致动器之间的传动比中的至少一者来估算将进一步提供的制动扭矩的量。

7.根据任一前述权利要求所述的控制器，所述控制器能够操作成在所述第一致动器没有连接至所述动力传动系统时根据所述第一致动器的所述虚拟速度来确定在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下将能够从所述第一致动器获得的最大扭矩量。

8.根据权利要求7所述的控制器，所述控制器能够操作成根据所述驾驶员操作的加速器控制装置的位置以及在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下将能够从所述第一致动器获得的所述最大扭矩量来确定是否需要起动所述第一致动器。

9.一种混合动力电动车辆（HEV），包括根据任一前述权利要求所述的控制器。

10.根据权利要求9所述的车辆，其中，所述第一致动器包括内燃发动机，并且所述第二致动器包括电机。

11.根据权利要求10所述的控制器，其中，所述电机包括设置成作为马达或作为发电机运转的电动马达/发电机，所述第二致动器任选地地包括集成有曲轴的马达/发电机（CIMG）。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的车辆，其中，所述第一致动器设置成经由所述第二致动器联接至所述动力传动系统。

13.根据权利要求9至12中任一项所述的车辆，其中，所述第二致动器包括在后桥驱动（RAD）单元中。

14.根据权利要求13所述的车辆，其中，所述后桥驱动单元设置在所述动力传动系统的变速箱或变速器与所述车辆的通过所述后桥驱动单元驱动的至少一个车轮之间。

15.一种控制混合动力电动车辆（HEV）的方法，所述方法包括以下步骤：基于多个参数来确定将要通过所述车辆的第一致动器和第二致动器供应至所述车辆的动力传动系统的驾驶员所需扭矩的值，所述参数包括：

（a）第一致动器的速度；以及

（b）驾驶员操作的控制装置的位置，

当所述第一致动器没有连接至所述动力传动系统时，所述方法包括：基于所述第一致动器的虚拟速度以及所述驾驶员操作的控制装置的位置来确定驾驶员所需扭矩的值，所述第一致动器的所述虚拟速度为在所述第一致动器连接至所述动力传动系统的情况下所述第一致动器将转动的速度。

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