CN103522887B - 车辆 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种车辆，所述车辆的动力传动系统具有限定一个动力源的发动机以及限定另一动力源的牵引电机和电储存装置，控制所述动力传动系统的系统和方法包括：分别基于意外释放事件和意外踩下事件而禁止发动机停止和起动。确定总动力需求和可用电动力。对总动力需求进行滤波。基于总动力需求和被滤波的动力需求之间的差超过阀值而防止发动机打开或停止。然而，如果差超过阀值，且如果可用电动力超过总动力需求，则允许发动机打开或停止。

Description

车辆

技术领域

本公开涉及一种混合动力车辆和用于控制该混合动力车辆的控制系统。

背景技术

在混合动力电动车辆（HEV）中，内燃发动机和电动牵引电机中的任一个或者两个能将动力提供至车辆的车轮。一种控制供应至车轮的动力的方法在于响应于驾驶员的动力需求在不需要发动机来驱动车辆的时间期间关闭或“停止（pull-down）”发动机。当驾驶员需求的动力增大而使得电动机不能提供足够的动力来满足所述需求时，可起动或“打开（pull-up）”发动机以满足动力需求。

当驾驶员需求的动力增大然后又迅速减小时，可能会发生发动机的意外打开/停止。这可能发生在这样的情况下，例如，驾驶员突然释放加速踏板，不久又突然踩下踏板，反之亦然。在这些情况下，发动机可能会不必要地打开或停止。当前需要一种避免发动机意外打开和停止的系统。

发明内容

根据本公开的一方面，提供了一种用于车辆的动力分布控制系统。发动机可驱动地连接到发电机。牵引电机电连接到发电机。控制器或计算机被配置成计算动力需求和被滤波的动力需求。计算机还被配置成至少基于动力需求和被滤波的动力需求之间的差来防止发动机在起动和停止之间转换。

在多个实施例中，一种用于控制具有连接到动力传动系统的牵引电机和发动机的混合动力车辆的系统或方法包括：分别基于意外释放事件和意外踩下事件而禁止发动机停止和起动。所述系统或方法可包括基于动力需求和被滤波的动力需求之间的差超过阀值而禁止发动机停止和起动。踩下事件可通过在指定的时间段期间动力需求的变化率从负到正的改变限定。释放事件可基于在连接到牵引电机的电储存装置中的可用电动力。

在一个实施例中，一种用于控制具有连接到动力传动系统的牵引电机和发动机的混合动力车辆的方法包括：起动发动机；基于在指定的时间段内动力需求的变化率从正到负以及随后从负到正的改变而维持发动机积极地输出扭矩。所述方法可包括基于动力需求和被滤波的动力需求之间的差超过阀值而维持发动机。所述方法还可包括基于在连接到牵引电机的电储存装置中的可用电动力而维持发动机。

在一个实施例中，一种用于控制具有连接到动力传动系统的牵引电机和发动机的混合动力车辆的方法包括：至少基于动力需求随时间的变化率而禁止发动机起动和停止。

所述禁止的操作还基于动力需求和被滤波的动力需求之间的差超过阀值。

所述禁止的操作还基于在连接到牵引电机的电储存装置中的可用电动力。

所述方法还包括基于可用电动力超过动力需求而允许发动机停止。

在一个实施例中，一种用于控制具有连接到动力传动系统的牵引电机和发动机的混合动力车辆的方法包括：停止发动机；基于在指定的时间段内动力需求的变化率从负到正以及随后从正到负的改变而使发动机维持在停止状态。

所述维持的操作还基于动力需求和被滤波的动力需求之间的差超过阀值。

所述维持的操作还基于在连接到牵引电机的电储存装置中的可用电动力。

根据本公开的多个实施例提供了一个或更多个相关的优点。例如，根据本公开的系统和方法降低了发动机意外的起动/关闭，并可提高燃料经济性或车辆效率，同时提升混合动力车辆的操纵性，而不会影响性能。多个实施例还提供了对于发动机有意的起动/关闭的快速响应，便于校准，并且如果期望的话，可在发动机控制器中实施。

通过下面结合附图对优选实施例的详细描述，上述优点以及其他优点和特点将会显而易见。

附图说明

图1是根据本公开的多个实施例的能够利用打开/停止策略的动力分流式混合动力电动车辆的示意性代表；

图2A至图2D是根据本公开的多个实施例的总动力需求与被滤波的动力需求基于时间相比较以避免发动机意外打开/停止的图形代表；

图3A和图3B是根据本公开的多个实施例的总动力需求和被滤波的动力需求的图形代表，其中，示出了在新的踩下/释放事件中重置被滤波的动力需求；

图4A和图4B是示出了根据本公开的多个实施例的避免在踩下/释放事件期间发动机的意外打开/停止的系统的流程图；

图5A和图5B是示出了根据本公开的多个实施例的基于有意的踩下/释放的发动机打开/停止的系统的流程图。

具体实施方式

在此公开了本发明的详细实施例。应理解公开的实施例仅为本发明的示例性实施例，本发明可以以多种可选的形式实施。附图无需按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以显示特定部件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应被解释为限定，而仅为教导本领域技术人员以多种形式实施本发明的代表性基础。本领域普通技术人员应理解，参照附图中的任意一幅示出和描述的实施例的多个特征可以与其他一个或多个附图中示出的特征组合，以形成没有明确示出或描述的实施例。所示出的特征的组合提供了用于普通应用的代表性实施例。然而，可期望根据本公开的教导的特征的各种组合和变型，以用于特定的应用或实施。在说明中使用的代表性实施例通常涉及用于检测意外踩下（tip-in）和释放（tip-out）以防止各个发动机打开和停止的系统或方法。然而，本公开的教导也可在其他应用中使用。本技术领域普通技术人员可能认识到与其他车辆配置或技术类似的应用或实施。

参照图1，混合动力电动车辆（HEV）包括动力分流式动力传动系统10。车辆系统控制器（VSC）和动力传动系统控制模块（PCM）12控制电牵引电池14。应理解，控制器12可以是一个控制器，或者可以是控制局域网络（CAN）中的控制器系统，所述CAN具有被设计成允几个控制器在整个车辆中彼此通信的计算机。电池14具有双向电连接，由此，电池14接收并储存电能，并且还向电牵引电机16供应电能。控制器12还控制内燃发动机（ICE）18的运转。电机16和发动机18都能够驱动变速器20，该变速器20最终将扭矩传递至车辆的车轮。

虽然图1的HEV是动力分流式混合动力车辆，但期望本公开还可应用到并联式混合动力车辆（parallel type hybrid），在该并联式混合动力车辆中，发动机、电机和变速器通过离合器串联连接，离合器控制发动机和/或电机中的哪个来驱动变速器。本公开可应用到包括发动机和电机的任何混合动力车辆，动力分流式动力传动系统10被示出为一种可能。

发动机18向通过单向离合器25连接到行星齿轮组24的扭矩输入轴22传递动力。行星齿轮组24包括环形齿轮26、太阳齿轮28和行星齿轮架总成30。输入轴22可驱动地连接到行星齿轮架总成30，以驱动行星齿轮组24。太阳齿轮28可驱动地连接到发电机32。发电机32可与太阳齿轮28接合，从而发电机32可与太阳齿轮28一起旋转或者不与太阳齿轮28一起旋转。当单向离合器25将发动机18连接到行星齿轮组24时，发电机32作为行星齿轮组24运转的反作用元件而产生电能。从发电机32产生的电能通过电连接36而被传递到电池14。电池14还以公知的形式通过再生制动来接收并储存电能。电池14将所储存的电能供应到电机16以进行运转。从发动机18传递至发电机32的动力的一部分还可被直接传递至电机16。电池14、电机16和发电机32通过电连接36以双向电流动路径相互连接。

可以仅通过发动机18、仅通过电池14和电机16或者通过发动机18与电池14和电机16的组合来驱动车辆。在第一运转模式下，起动发动机18以通过行星齿轮组24传递扭矩。环形齿轮26将扭矩分配至包括啮合齿轮元件40、42、44和46的级比齿轮（step ratio gear）38。齿轮42、44和46安装在副轴（countershaft）上，并且齿轮46将扭矩分配至齿轮48。然后，齿轮48将扭矩分配至扭矩输出轴50。在第一运转模式下，还可起动电机16以协助发动机18。当起动电机16以进行协助时，齿轮52将扭矩分配至齿轮44和副轴。在第二运转模式或者EV模式下，停用发动机18或者以其它方式防止发动机18分配扭矩至扭矩输出轴50。在第二运转模式下，电池14驱动电机16以通过级比齿轮38分配扭矩并将扭矩分配至扭矩输出轴50。扭矩输出轴50连接到将扭矩分配至牵引车轮58的差速器及车桥机构56。控制器12以第一运转模式或第二运转模式控制电池14、发动机18、电机16和发电机32，以将扭矩分配至车轮58。

如上所述，存在两个用于传动系统的动力源。第一动力源是将扭矩传递至行星齿轮组24的发动机18。另一动力源仅包括电驱动系统，该电驱动系统包括电机16、发电机32和电池14，其中，电池14作为用于发电机32和电机16的储能媒介。发电机32可通过行星齿轮组24而被驱动，并且可以可选地作为电机并向行星齿轮组24传递动力。

虽然车辆以EV模式运转，但是由于总动力需求的增大，可打开并起动发动机18，以提供足够的动力来驱动车辆。在诸如图1的车辆的动力分流式混合动力车辆中，从行星齿轮组24传送少量扭矩以使发动机开始运转。当发动机18被带动至足够的转速时，燃料燃烧，从而发动机18能够运转以通过变速器20提供扭矩来驱动车轮58。当因为电机16可提供足够的动力而使得不再需要来自发动机18的动力时，发动机18停止。可通过（例如）分离单向离合器25而使发动机18与行星齿轮组24分离和/或通过防止燃料进入发动机18来实现发动机停止。

可以以多种不同的方式完成发动机打开/停止（EPUD）。例如，在发动机、电机和变速器通过离合器串联连接的并联式混合动力车辆中，由于总动力需求的减小而使得离合器可将发动机与电机分离，以停止发动机。为了实现由于总动力需求增大而打开发动机，离合器再次将发动机接合到电机。在HEV中完成EPUD的一些其他方式在现有技术中是公知的，图1仅示出了这样的一种HEV的结构。

HEV的总动力需求是在实施EPUD策略以决定何时打开和停止发动机的控制系统中的因素。总动力需求基于许多因素，这些因素可包括加速踏板位置、制动踏板位置、辅助载荷和电池功率要求。由于实际驾驶包含频繁的踏板起伏，所以根据驾驶员的踏板动作的平稳性而产生的总动力需求可以是混乱的（noisy）。踩下事件可表示需要额外的动力或者使车辆加速。释放事件可表示需要少量的动力或车辆减速。例如，可通过制动车辆、释放加速踏板或这两者的组合来表示释放事件。还可能会发生驾驶员改变主意，即，指加速踏板的突然放开（释放），不久之后又突然压迫（踩下）踏板，反之亦然。这种快速的起伏广义上可被称为“无意或意外踩下”和“无意或意外释放”。应理解，术语“无意”踩下和释放还可指这样的事件：驾驶员确实有意（例如，有意地压下加速踏板），但驾驶员在相对短的时间段内改变主意，因而使得整个事件的特征为“无意”。动力需求的频繁波动和无意踩下/释放可能会引发不必要的EPUD行为。

参照图2A和图2B，提供了示出踩下情况和用于检测意外踩下的系统的图形表示。如将详细地进行的描述，图2A示出了有意的踩下，而图2B示出了意外的踩下。总动力需求（P_tot）表示由于上述因素中的任何因素（包括加速踏板位置）而导致的动力需求的改变。然后，对动力需求进行滤波。滤波的一个示例包括由无限脉冲响应（IIR）滤波器进行的低通滤波。滤波还可由下面的形式表示：

$P_{\mathrm{tot}\_\mathrm{fl}}=\frac{P_{\mathrm{tot}}\left(t\right)+{\mathrm{kP}}_{\mathrm{tot}}(t-1)+{\mathrm{kP}}_{\mathrm{tot}}(t-2)+\·\·\·+{\mathrm{kP}}_{\mathrm{tot}}(t-n)}{n+1}$

其中，P_{tot_fl}为被滤波的总动力需求，t为时间，k为在0和1之间可调节的滤波器常数，该滤波器常数作为P_tot的变化率的函数是可调节的。滤波器常数k可根据作为动力需求的变化率的函数的校准查找表而可调节。例如，如果由于加速踏板需求而导致P_tot的变化率急剧增大，则滤波器常数k可减小。

可以以多种方式计算被滤波的总动力需求（P_{tot_fl}），以与未被滤波的总动力需求（P_tot）相比，产生平稳和延迟的输出。然后，计算表示P_{tot_fl}与P_tot之差（ΔP=|P_tot-P_{tot_fl}|）的差（ΔP）。ΔP有效地指示了瞬态踩下有多快。例如，在图2B中，P_tot缓慢且平稳地改变，因此，ΔP也保持较小。相反，在图2A中，P_tot在踩下期间快速地改变，结果导致相对较大的ΔP值。

通过计算ΔP，诸如VSC/PCM12的控制器确定踩下是有意的还是意外的，并且如果确定踩下是意外的，则最终防止发动机打开。在最小量时间（T_min）之后，如果ΔP小于某个阀值，则踩下可被标示为有意踩下。相反，如果在T_min之后，ΔP大于阀值，则踩下可被标示为意外踩下。将参照图4A和图4B公开确定踩下是否是有意的的更多的细节。

参照图2C和图2D，提供了类似的图形表示，以示出典型的释放情况和检测意外释放的系统。在释放的情况下，图2D和图2C分别示出了有意的释放和意外的释放。当P_tot急剧减小时，例如，在快速释放加速踏板期间，ΔP增大。在最小时间之后，如果ΔP大于阀值，则释放可被标示为意外释放，且VSC/PCM12可防止发动机18停止。

参照图3A和图3B，踩下和释放分别被示出为突出被滤波的动力需求的重置。如所示出的，在每个踩下或释放事件中重置P_{tot_fl}。例如，当发动机18关闭并且在总动力需求方面存在突然踩下时，在随后的踩下事件中重置被滤波的总动力需求。换句话说，在打开模式期间，在每个踩下事件开始时开始滤波并进行重置，类似地，在停止模式期间，在每个释放事件开始时开始滤波并进行重置。这本质上在每个踩下和释放事件中重置了对ΔP的计算。通过这样做，控制器能够单独分析每个踩下和释放事件，以确定每个踩下和释放事件是有意的还是意外的。

可提供两个单独的信号，以对总动力需求进行滤波。例如，一个信号可专用于踩下事件，而一个单独的信号专用于释放事件。这两个单独的信号能够更自由地单独校准对踩下和释放的检测。

参照图4A，提供了一种算法，控制器利用该算法以确定踩下是有意的还是意外的。在100处，确定总动力需求(P_tot)的变化率。如果P_tot的变化率为正，则指示踩下情况并继续执行算法。如果P_tot的变化率为负，则在102处算法不会标示有意踩下，或者算法指示释放，在这种情况下，执行如图4B所示出的释放算法。

再次参照图4A，在104处，启动计数器，并在整个算法中测量时间。在106处，通过先前所讨论的方法对原始的总动力需求P_tot信号进行滤波，产生被滤波的总动力需求P_{tot_fl}。在确定dP_tot/dt（例如）从负值变为指示新的踩下的正值时，可在每个新的踩下事件中重置滤波。在108处确定P_tot和P_{tot_fl}之间的差，该差产生ΔP。在110处确定阀值。类似于滤波器常数k，阀值可以是通过作为P_tot的变化率的函数的查找表而确定的可调节值。例如，如果P_tot由于加速踏板位置的突然改变而快速增大，则阀值也可增大。

一旦确定了阀值，在112处便将ΔP与阀值比较。如果ΔP小于阀值，则算法进入114。可选地，如果ΔP不小于阀值，则在102处，将踩下标示为意外踩下(Flag_{Intended_tip_in}=0)，或者简单地在102处不将踩下标示为有意踩下。

在114处，通过作为P_tot的变化率的函数的查找表来确定最小时间阀值(T_min)。例如，T_min随着P_tot的变化率的增大而减小。因为在每个踩下事件中在106处的滤波以及因此在108处得到的ΔP被重置，所以在确定踩下是否是有意的过程中最小等待时间是有必要的。因此，在初始等待时间T_min期间，较小的ΔP不一定指示平稳和缓慢的踩下。在116处，将所测量的时间与最小时间阀值T_min比较，以确保最小等待时间。作为118处的可选的最后一步，将P_tot的变化率与校准常数比较。当存在快速的完全踏板踩下而使得P_tot的变化率大于校准常数时，应相信，驾驶员实际上意在踩下，且在120处系统将该踩下标示为有意的。

参照图4B，示出了对于释放事件的类似算法，在130处，通过负的P_tot变化率来指示释放事件。如果P_tot的变化率非负，则在132处该算法不会标示有意释放，或者算法指示踩下，在这种情况下，执行如图4A中示出的踩下算法。如果图4B的算法执行地足够充分，则在134处标示有意释放。图4B的其余步骤与在图4A中对于踩下事件所实施的步骤类似。

通过将踩下和释放事件标示为有意的或意外的，（如果改变是意外的）系统可防止EPUD。参照图5A和图5B公开了防止发动机打开和停止。

参照图2至图4B，在确定踩下或释放是否被标示为有意的时可使用ΔP与阀值的比较，并且该比较可能会引起发动机打开/停止。采用图2A的踩下作为示例，ΔP保持大于阀值，直至P_tot在释放中再次突然改变方向为止。在整个踩下阶段期间，ΔP保持大于阀值，这指示踩下实际上是意外的，这是因为在踩下期间动力需求不平稳且P_tot和P_{tot_fl}不匹配。直到释放事件ΔP才下降至小于阀值，这种情况下，踩下将不可能被标示为有意的，并实施图4B的释放算法。在另一实施例中，在整个时间内测量ΔP，且ΔP必须保持大于阀值持续最小量时间，以便系统将踩下或释放指示为有意的。

总而言之，仅当动力需求P_tot的变化率为正（暗示了踩下事件）时才启动踩下系统和算法。因此，在对原始信号P_tot进行滤波以及计算ΔP之后，开始计数。如果下面所有的条件均满足，则踩下事件将被认为是“有意的”(即,Flag_{Intended_Tip_in}=1)：

1、dP_tot/dt>0,

2、在校准T_min之后，P_{tot_fl}与P_tot靠拢地足够近（即，ΔP<阀值），

3、其中，CAL是校准常数。

除了在释放事件中，dP_tot/dt<0，上述条件也适用于释放事件。

参照图5A和图5B，示出了基于所标示的有意踩下和有意释放来防止EPUD的系统。基于先前所讨论的系统，如果已确定踩下或释放是意外的，则在图5A和图5B中示出的EPUD防止系统抑制或禁止发动机意外的起动/停止要求或事件。在车辆控制系统中，可对该EPUD防止系统增加或补充现有的任何EPUD策略。

图5A示出了关于踩下事件的系统。如果总动力需求增大至某个水平，则在200处可能需要发动机以打开模式打开。在202处，确定是否存在在120（图4A）处被标示的有意踩下。如果踩下被确定为有意的，则在204处允许控制系统发送打开发动机的要求。换句话说，Flag_{Intended_Tip_in}是必须为“正确”的附加条件，以证实踩下为真实的有意。然后，发动机起动并补充电机动力以满足动力需求。

然而，如果踩下被确定为是意外的（即，Flag_{Intended_Tip_in}是错误的），那么除非来自电机和电池的可用电动力不足，否则控制系统将不会允许发动机打开。在206处，计算总动力需求。这与先前P_tot的确定类似。在208处，控制器计算在电动模式下的可用动力。该可用动力的量将反映在电机和/或电池中能够用于以EV模式驱动车辆持续期望时间段的动力有多少。在210处，将总动力需求与在EV模式下的可用动力进行比较。在意外踩下的情况下，仅当总动力需求超过EV模式下的可用动力时才打开发动机。换句话说，如果可用EV动力能够满足动力需求，则不起动发动机。如果EV模式下的可用动力超过总动力需求，则在212处，抑制发动机打开要求，并且发动机不被打开。

参照图5B，提供了关于发动机停止的类似系统。如果总动力需求减小至某个水平，则在214处可能需要以停止模式停止发动机。在216处，确定是否存在在134（图4B）处被标示为有意的释放。如果释放确实是有意的，则在218处控制系统允许控制器发送发动机停止要求。如果释放是意外的，则在220处控制系统将不会发送发动机停止信号，且发动机将不会从开启改变至关闭。还可以设想，如果总动力需求超过EV模式下的可用动力，则将防止发动机停止，这与打开模式中的控制系统类似。

如上面所示出和描述的，根据本公开的实施例可提供与通过车辆控制器来防止不必要的EPUD要求相关的多种优点。通过检测意外踩下/释放或者驾驶员改变主意，降低了EPUD的频率。这最终降低了燃料消耗，并提供了更让人满意的车辆操纵性。

虽然已详细描述了最佳模式，但是本领域技术人员应认识到权利要求的范围内的各种可选设计和实施例。虽然已针对一个或多个期望的特征描述了提供优点的或优于其它实施例的多个实施例，但是本技术领域技术人员应理解，可以折衷一个或多个特性以实现期望的系统属性，该属性取决于具体的应用和实施。这些属性可包括但不限于：成本、强度、耐用性、生命周期成本、可销售性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、装配的便利性等。在此被描述为在一个或更多个特性方面比其它实施例或现有技术实施方式更不令人期望的实施例并不在本公开的范围之外并且可能对于特定应用是可取的。

Claims (6)

1.一种由用于控制混合动力车辆的至少一个控制器实施的方法，所述混合动力车辆具有连接到动力传动系统的牵引电机和发动机，所述方法包括：

基于(i)动力需求随时间的变化率和(ii)动力需求与被滤波的动力需求之间的差一度超过阀值，而禁止发动机起动和停止。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述禁止还基于在连接到牵引电机的电储存装置中的可用电动力。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法还包括基于可用电动力超过动力需求而允许发动机停止。

4.一种车辆，包括：

发动机，用于向车轮提供扭矩；

牵引电机，连接到动力传动系统，并能够向车轮提供扭矩；

控制器，被配置成至少基于(i)动力需求随时间的变化率和(ii)动力需求与被滤波的动力需求之间的差一度超过阀值，而禁止发动机起动和停止。

5.根据权利要求4所述的车辆，其中，控制器还被配置成基于在连接到牵引电机的电储存装置中的可用电动力来禁止发动机起动和停止。

6.根据权利要求5所述的车辆，其中，控制器还被配置成基于可用电动力超过动力需求而允许发动机停止。