CN103523019A - 混合动力车辆及关联的发动机转速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种混合动力车辆及关联的发动机转速控制方法，在一些工况中发动机转速与车速的比例持续地变化而在其它工况中该比例控制为限定数量的预选择的传动比中的一者。从无级变速模式转换为离散传动比模式包括选择虚拟档位号并增加发动机转速与车速的对应比例。一旦处于离散传动比模式，虚拟档位号响应于车速的自动地改变或者响应于驾驶员对换档选择器的操作而改变。

Description

混合动力车辆及关联的发动机转速控制方法

技术领域

本发明大体上涉及响应于驾驶员输入而控制混合动力车辆的发动机转速和组合的输出扭矩。

背景技术

在具有离散传动比变速器（discrete ratio transmission）的车辆中，除了变速器从一个传动比转换为另一个传动比时的短暂间隔期间，变速器输入轴的转速通过限定的一组传动比而约束为与车速成比例。当变矩器锁定时，发动机转速也约束为与车速成比例。另外，在具有动力分配（power-split）架构的混合动力电动车辆中，变速器并没有在发动机转速和车速之间机械地施加严格的关系。

即使在具有自动变速器的车辆中，在该车辆中通常通过控制器确定传动比或发动机转速的选择，一些驾驶员倾向于偶尔超越控制器以提供类似于手动变速器的操作。一些车辆配备有换档拨片或其它的驾驶员交互特征，该特征允许驾驶员相对于由车辆控制器自动选择的传动比而发信号请求更高或更低的传动比，而发动机转速和车辆扭矩发生关联的改变。在离散传动比变速器中，控制器通过换档为离散传动比中不同的一个传动比而响应这类指令，该传动比相应地调节发动机转速并在车轮处提供关联的扭矩放大。然而，在具有无级变速器（CVT）或类似变速箱的车辆（例如动力分配式混合动力车辆）中，因为变速器本身不能提供离散传动比和关联的不同的扭矩放大，所以响应更加复杂。

发明内容

在多个实施例中，混合动力车辆控制策略实施四种不同的运转模式。车辆控制器响应于多个驾驶员交互元件（例如包括变速杆、降档选择器和升档选择器）的操作而确定在任何给定的时间处使用哪种运转模式。在两种运转模式中，控制器模拟离散传动比变速器的运转，涉及发动机转速以及涉及发动机和一个或多个牵引马达的组合输出扭矩两者。取决于启用哪种运转模式，控制器可使用不同的逻辑来关闭发动机和仅通过电力驱动。

在一个实施例中，控制混合动力车辆的方法包括：控制发动机和牵引马达以无极变速模式运转并且响应于降档选择器的操作增加发动机转速而转换为离散传动比模式，其中发动机和牵引马达被控制为基本上维持在独立于加速踏板位置的限定数量的预选择的虚拟传动比中的一者。所述方法还可包括：当以离散传动比模式运转时响应于升档选择器的驾驶员操作而减小发动机转速使得发动机转速与车速的比例基本上等于限定数量的预选择的虚拟传动比中的较低者。此外，所述方法可包括：当以离散传动比模式运转时响应于车速的改变而调节发动机转速使得发动机转速与车速的比例基本上等于限定数量的预选择的虚拟传动比中不同的一者。

根据本发明的实施例还可包括用于混合动力电动车辆的控制器，该控制器具有接收车速、驾驶员操作的加速踏板的位置以及指示降档选择器和升档选择器的操作的信号的输入信道；配置用于控制发动机和至少一个牵引马达的输出信道；以及控制逻辑，其配置用于控制发动机转速以无级变速模式运转且响应于降档选择器的操作通过增加发动机转速而从无级变速模式转换为离散传动比模式使得发动机转速基本上等于从独立于加速踏板位置的限定数量的预定义车速函数中选择的车速函数。在一些实施例中，每个预定义的车速函数对应于针对一系列车速的发动机转速和车速之间的线性或比例关系。在一些实施例中，控制器还包括控制逻辑，其配置用于当以离散传动比模式运转时通过调节发动机转速而响应车速的改变使得发动机转速基本上等于预定义函数中不同的一者。在一些实施例中，控制器还包括配置用于当以离散传动比模式运转时通过分别增加或减小发动机转速而响应降档或升档选择器操作的控制逻辑，使得发动机转速基本上等于限定数量的预定义函数中不同的预定义函数。

根据本发明的实施例还可包括具有行星齿轮组的变速器的车辆，其中行星齿轮组的元件可驱动地连接至发动机、第一牵引马达和一组车轮，第二牵引马达可驱动地连接至一组车轮，以及与发动机、牵引马达、加速踏板、升档选择器和降档选择器相通信的控制器。在该实施例中，控制器可编程用于以无级变速模式运转发动机、以离散传动比模式运转发动机并响应于降档选择器的操作从无级变速模式转换为离散传动比模式，该转换包括增加发动机转速使得发动机转速基本上等于从限定数量的预定义的车速函数中选择的车速函数。在一些实施例中，每个预定义的车速函数对应于一系列车速的发动机转速和车速之间的线性或比例关系。在一些实施例中，控制器进一步编程用于在以离散传动模式运转时通过调节发动机转速而响应车速的改变使得发动机转速基本上等于限定数量的预定义的车速函数中不同的一者。在一些实施例中，控制器进一步编程用于在以离散传动比模式运转时分别通过增加或减小发动机转速而响应降档或升档选择器的操作使得发动机转速基本上等于限定数量的预定义车速函数中不同的一者。

根据本发明的一个实施例，控制器进一步包含：控制逻辑，配置用于当以离散传动比模式运转时通过增加发动机转速而响应降档选择器的操作使得发动机转速基本上等于限制数量的预定义函数中不同的预定义函数。

根据本发明的一个实施例，控制器进一步包含：接收指示升档选择器的操作的信号的输入信道；以及控制逻辑，配置用于当以离散传动比模式运转时通过减小发动机转速而响应升档选择器的操作使得发动机转速基本上等于预定义函数中不同的一者。

根据本发明的一个实施例，每个预定义的车速函数对应于针对一系列车速的发动机转速和车速之间的比例关系。

根据本发明的一个实施例，控制器进一步编程用于当以离散传动比模式运转时通过调节发动机转速而响应车速的改变，使得发动机转速基本上等于限定数量的预定义的车速函数中不同的一者。

根据本发明的一个实施例，控制器进一步编程用于当以离散传动比模式运转时通过增加发动机转速而响应降档选择器的操作，使得发动机转速基本上等于限定数量的预定义的车速函数中不同的一者。

根据本发明的一个实施例，控制器进一步编程用于当以离散传动比模式运转时通过减小发动机转速而响应升档选择器的操作，使得发动机转速基本上等于限定数量的预定义的车速函数中不同的一者。

根据本发明的多个实施例可提供一个或多个优点。例如，根据本发明用于控制混合动力车辆的系统和方法在具有无级变速器或类似变速箱的混合动力车辆中模拟或仿真自动有级变速器的手动或选择换档模式。此外，本发明的多个策略向混合动力车辆的驾驶员提供更多交互控制以手动地指令动力传动系统转速和加速从而提供增强的奢侈特性和运动感受。

单独或结合附图阅读下文对优选的具体实施例的详细描述，上述优点和其它优点以及特征将变得显而易见。

附图说明

图1是说明根据本发明的混合动力车辆的代表实施例的车辆动力传动系统、控制器和用户交互特征的示意图；

图2是说明根据本发明实施例的系统或方法的运转的状态转换图；

图3是说明根据多个实施例的当处于普通运转模式时系统或方法运转的流程图；

图4是说明根据本发明的代表实施例的在车速、加速踏板位置以及车轮扭矩指令之间关系的图表；

图5是说明根据多个实施例的当处于实时驱动（Live-In-Drive，LID）运转模式时系统或方法运转的流程图；

图6是说明根据本发明的代表实施例的在车速、虚拟档位号、发动机转速之间关系的图表；

图7是说明根据本发明的代表实施例的在实际的加速踏板位置、虚拟的档位号或运转模式以及修改的踏板位置之间关系的图表；

图8是说明根据本发明的一个实施例的当转换为LID或选择换档变速（SST）运转模式时初始的虚拟档位号的选择的流程图；

图9是说明根据本发明的实施例的当处于运动运转模式时系统或方法运转的流程图；

图10是说明根据本发明的多个实施例的在特定运转模式中用于关闭或再起动发动机的策略运转的流程图；以及

图11是说明根据本发明的多个实施例的当处于SST运转模式时系统或方法运转的流程图。

具体实施方式

根据需要，本说明书中公开了本发明具体的实施例；但是，应理解公开的实施例仅为本发明的示例，其可以多种替代形式实施。附图无需按比例绘制；可放大或缩小一些特征以显示特定部件的细节。所以，此处所公开的具体结构和功能细节不应解释为限定，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。

图1示意地说明了用于混合动力电动车辆的动力传动系统。动力传动系统包括可驱动地连接至行星齿轮架22的内燃发动机20、可驱动地连接至中心齿轮26的发电机24以及可驱动地连接至环形齿轮30的输出轴28。当在这些元件之间存在机械能流动路径时可驱动地连接它们使得元件的转速约束为基本上成比例。行星齿轮架22支撑一组行星齿轮32使得每个行星齿轮与中心齿轮26和环形齿轮30处于持续的啮合接合。输出轴28直接地或（例如通过差速总成）间接地驱动车轮。

牵引马达34可驱动地连接至输出轴28。发电机24和牵引马达34是能将电能转换为旋转的机械能或者将旋转的机械能转换为电能的可逆电机。应该认为术语“发电机”和“马达”仅作为标签以便于描述的简便而不限制每个电机的功能或运转。发电机24和牵引马达34两者都电连接至电池36。

中心齿轮26、齿轮架22和环形齿轮30的转速是线性相关的，使得齿轮架22的转速是中心齿轮26和环形齿轮30的转速的加权平均。所以，在该设置中没有将发动机20的转速约束为与输出轴28的转速成比例。相反，可通过相应地设置发电机转速而独立于车速来选择或控制发动机转速。动力通过机械能传输和电能传输的组合从发动机传输至输出轴。在一些工况期间，忽略效率损失，发动机20能产生比传输至输出轴28的动力更多的动力而将动力的差异传输至电池36。在其它工况期间，电池36与发电机24和/或牵引马达34组合能补充通过发动机20传输的动力使得更多动力传输至输出轴28。

发动机20、发电机24以及牵引马达34都响应来自控制器38的控制信号。这些控制信号确定产生的扭矩量。控制器还接收来自发动机20、发电机24和牵引马达34的转速信号以及来自电池36的荷电状态信号。控制器从制动踏板40、加速踏板42、变速杆（PRNDS）44、方向盘46、降档选择器48、升档选择器50以及巡航控制按钮51接收指示驾驶员意图的输入信号。变速杆44允许驾驶员选择泊车档（P）、倒车档（R）、空档（N）、行驶档（D）和运动档（S）行驶模式。

图2说明了顶层（top level）控制状态。控制器从状态60开始并且一旦驾驶员使用变速杆44选择行驶档（D）位置则转换为普通模式62。图3中的流程图说明了普通模式中的运转。普通模式从64处开始。在普通模式中，控制器重复执行设置输出扭矩66、设置发动机模式68以及设置发动机转速70的操作。在普通模式中，在步骤66处基于加速踏板位置和车速使用表格（例如图4中说明的表格）而计算目标输出扭矩。在图4中，曲线202、204、206、208、210和212分别说明了分别在加速踏板位置的0%、20%、40%、60%、80%和100%处车轮扭矩指令作为车速的函数。可以从牵引马达转速或车轮转速传感器计算车速。在步骤68处使用包括电池荷电状态、输出动力指令、加速踏板位置和车速的多种输入信号将发动机模式设置为运转或停机。如果发动机模式为运行，则计算目标发动机转速以最小化燃料消耗同时传输希望的输出扭矩并保持电池处于希望的荷电状态。在该CVT模式中，发动机转速响应于加速踏板位置和车速而持续地改变，而不是以离散的速比阶梯来改变。最后，调节发动机、发电机和牵引马达的运转参数使得实际的输出扭矩和发动机转速趋向选择的目标。

再次参考图2，每次驾驶员启用降档选择器48时，控制器都从普通模式62变换为实时驱动（LID）模式72。LID模式模拟具有离散传动比变速器车辆的驾驶体验。通过图5的流程图说明LID模式的运转。一旦进入LID模式，则在步骤74处控制器选择初始的虚拟传动比并且随后重复地执行步骤76和66′处设置输出扭矩、步骤78处设置发动机转速以及在步骤80和82中更新虚拟传动比的操作。这些操作中的每者将在下文中另外详细地讨论。如图2所示，许多状况导致控制器变换回普通模式62，这些状况包括车速下降到较低的阈值以下或者自动选择的降档。此外，当控制器探测到通过巡航控制51的启用指示的巡航状况或者通过加速踏板位置减少指示的松加速踏板状况并且该状况持续一定的预定时间量时触发转换。然而，如果在步骤84处控制器探测到较高的驾驶员作业量，则后一种类型的状况将不引起转换，例如这些作业量可通过方向盘46的较大转向，较大的偏航角、俯仰率或侧倾率，或者较高的纵向或侧向加速指示。

再如图5所示，在LID模式72中，在步骤78处基于图6中说明的车速和虚拟档位号而计算发动机转速。在图6中，曲线214和216分别说明作为车速函数的最小发动机转速和最大发动机转速。线218指示最大车速。曲线220、222、224、226、228、230、232和234分别指示处于第一（1st）、第二（2nd）、第三（3rd）、第四（4th）、第五（5th）、第六（6th）、第七（7th）和第八（8th）虚拟档位中作为车速函数的目标发动机转速。对于特定的虚拟档位号（在说明的代表实施例中为1档到8档），就像有级变速器（step ratiotransmission）一样，发动机转速（We）直接与车速（V）成比例。然而，如果固定的传动比将导致发动机转速（We）小于最小发动机转速（We_min），则将发动机转速（We）设置为最小发动机转速（We_min）。类似地，发动机转速（We）不设置为高于最大发动机转速（We_max）。最小和最大发动机转速都可以是车速（V）的函数。

在步骤76中，使用表格（例如图7中说明的表格）从测量的加速踏板位置计算修改的加速踏板位置。修改的加速踏板位置用于在步骤66′中代替实际踏板位置以计算目标输出扭矩。在图7中，曲线240、242、244、246、248、250、252和254分别指示用于第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八虚拟档位的作为实际踏板位置函数的修改的踏板位置。选择图7中的曲线来模拟具有离散传动比变速器的动力传动系统的输出扭矩容量。特别地，对于给定的任何非零的加速踏板位置，随着虚拟档位号（在该示例中为1档到8档）的增加，产生的目标输出扭矩降低。步骤76和66′的组合效果是发动机和至少一个牵引马达的运转使得该组合的输出扭矩对应于多个输出扭矩函数中的一者，在加速踏板位置的最大值处对于关联的车速而言每个输出扭矩函数具有不同的输出扭矩。

再如图5所示，在步骤80处，控制器检查升档选择器或者降档选择器中一者的启用并相应地调节虚拟档位号。在步骤82中，控制器确定是否需要自动调节虚拟档位号。特别地，可通过车速的增加而触发升档。类似地，当车速减小时可指示降档。然而，如上文提到的，当指示自动降档时控制器转换回普通模式62。校准自动换档标准使得虚拟档位号的自动改变比传统的离散传动比自动变速器中的换档更为不频繁（less common）。

用于计算目标发动机转速和目标输出扭矩的算法都利用虚拟档位号。所以，一旦变换为LID模式就确定初始的虚拟档位号。在步骤74处，控制器选择将引起发动机转速增加的初始虚拟档位号。设置初始虚拟档位号的程序将在图8的流程图中进一步说明。在步骤84中，控制器使用例如公式或查值表计算We_max，当前车速时的最大发动机转速。然后，在步骤86中，控制器计算Gear_min，目标发动机转速将小于当前车速处的We_max时的最低虚拟档位号。可通过重复算法或使用查值表完成这一步。然后，控制器计算当前车速处对应于Gear_min的目标发动机转速，W(V，Gear_min)。在步骤88中，将这与当前发动机转速We_current比较。如果We_current高于W(V，Gear_min)，那么目标发动机转速将通过最大发动机转速来限制。所以，在步骤90中，将目标档位设置为Gear_min-1且目标发动机转速设置为We_max。然而，在We_current小于W(V，Gear_min)的更加典型的情况中，步骤92选择将引起相对于当前发动机转速而增加发动机转速的最高虚拟档位号。

再次参考图2，无论何时驾驶员将变速杆44移到运动（S）位置，控制器从普通模式62变换为运动模式94。通过图9中的流程图说明运动模式的运转。控制器重复执行96和66′′处设置输出扭矩、99处设置发动机转速以及98处设置发动机模式的操作。为了对加速踏板移动提供更加运动的反应，基于如图7中上部的粗实线238说明的修改的加速踏板位置计算目标输出扭矩。出于对比，线236说明用于普通模式的对比线。选择实际的加速踏板位置和修改的加速踏板位置之间的映射使得其值在最小值237处和最大值239处相等，但是对于所有的中间水平而言修改的值更高。

如图9所示，在步骤99处使用与普通模式中使用的算法类似的算法设置目标发动机转速。然而，目标发动机转速相对于在普通模式中将使用的值按比例增加指定量，例如10%-20%。不同于在普通模式中使用的设置发动机模式的算法，在步骤98处指示的在运动模式中使用的算法只在车辆静止且压下制动踏板时关闭发动机。在图10中说明修改的发动机模式设置算法。在100处如果发动机当前是关闭的，如果在104处车辆正在移动或者在106处制动踏板是释放的则在步骤102处再起动发动机。类似地，在100处如果发动机当前是运行的，在110处如果车辆是静止的且在112处制动踏板被压下则在步骤108处关闭发动机。

如图2所示，当处于运动模式94时如果驾驶员启用升档或降档选择器中的一者，则控制器转换为选择换档变速（SST）模式114。然而，控制器将保持SST模式直到驾驶员通过控制换档选择器48或50达数秒或者通过将变速杆44移动回行驶档（D）位置而指示希望离开该模式。通过图11中的流程图说明SST模式的运转。一旦进入SST模式，如关于LID模式描述的在74′处选择初始档位。在SST模式中，如关于LID模式描述的，在76′和66′′′处设置目标发动机扭矩而在78′处设置目标发动机转速以模拟离散传动比变速器。在SST模式中，在步骤80′处响应于降档选择器48和升档选择器50的启用以与LID模式中的方式相同的方式调节虚拟档位号。此外，在116处控制器可响应于车速或加速踏板位置的改变而自动调节虚拟档位号，升档或降档。当车辆快要停止时该自动的特征将虚拟档位号设置为1档。然而，在步骤118处当车辆静止时驾驶员可通过操作换档选择器而超越该选择。在SST模式中，发动机模式取决于虚拟档位号、车速以及加速踏板位置。在步骤120处，控制器计算发动机关闭极限，该极限是低于该加速踏板位置则启用电力驱动的加速踏板位置。关闭极限是输出动力需求、虚拟档位号和车速的函数。通过图7中的黑色圆圈256说明特定车速和输出动力需求处用于多个传动比的关闭极限。当启用较高的虚拟档位号中的一者（即5-8档）且加速踏板位置小于关闭极限时，使用普通模式的普通发动机模式算法68′。在122处如果启用较低的虚拟档位号（即1-4档）或者加速踏板位置高于发动机关闭极限，则使用运动档和LID模式的更加约束的算法98′。

如通过上文描述的代表实施例说明的，根据本发明的多个实施例能提供了一个或多个优点，例如在具有无级变速器或类似变速箱的混合动力车辆中模拟自动有级变速器的手动或选择换档模式。此外，本发明的多个策略向混合动力车辆的驾驶员提供更多交互控制以手动地指令动力传动系统转速和加速从而提供改善的奢侈特性和运动感受。

虽然上文描述了示例性实施例，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，说明书中使用的词语为描述性词语而非限定，并且应理解可作出各种改变而不脱离本发明的精神和范围。此外，可组合多个执行实施例的特征以形成本发明的进一步的实施例。虽然已经对一个或多个希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，但是本技术领域中的普通技术人员应理解可以折衷一个或多个特性以实现希望的系统属性，该属性取决于具体的应用和实施方式。这些属性包括但不限于：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。对于一个或多个特性描述的可取性低于其它实施例或现有技术实施方式的本发明中的实施例描述为没有在本发明的范围之外并且可能对于特定应用是可取的。

Claims (10)

1.一种控制混合动力车辆的方法，包含：

控制发动机和牵引马达以无级变速模式运转；以及

增加发动机转速以转换为离散传动比模式，其中控制所述发动机和牵引马达以基本上维持在独立于加速踏板位置的限定数量的预选择的虚拟传动比中的一者。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于降档选择器的操作而触发所述转换。

3.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：

当以所述离散传动比模式运转时响应于降档选择器的驾驶员操作，增加所述发动机转速使得发动机转速与车速的比例基本上等于所述限定数量的预选择的虚拟传动比中较高的一者。

4.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：

当以所述离散传动比模式运转时响应于升档选择器的驾驶员操作，减小所述发动机转速使得发动机转速与转速的比例基本上等于所述限定数量的预选择的虚拟传动比中较低的一者。

5.根据权利要求1所述的方法，进一步包含：

当以所述离散传动比模式运转时响应于车速的改变，调节所述发动机转速使得发动机转速与车速的比例基本上等于所述限定数量的预选择的虚拟传动比中不同的一者。

6.一种用于混合动力电动车辆的控制器，所述控制器包含：

接收车速、驾驶员操作的加速踏板的位置以及指示降档选择器的操作的信号的输入信道；

配置用于控制发动机和至少一个牵引马达的输出信道；以及

控制逻辑，配置用于：

控制发动机转速处于无级变速模式；以及

响应于降档选择器的操作通过增加发动机转速而从所述无级变速模式转换为离散传动比模式使得所述发动机转速基本上等于从独立于加速踏板位置的限定数量的预定义的车速函数中选择的车速函数。

7.根据权利要求6所述的控制器，其特征在于，每个所述预定义的车速函数对应于针对一系列车速的发动机转速和车速之间的线性关系。

8.根据权利要求7所述的控制器，其特征在于，每个所述预定义的车速函数对应于针对一系列车速的发动机转速和车速之间的比例关系。

9.根据权利要求6所述的控制器，进一步包含：

控制逻辑，配置用于当以所述离散传动比模式运转时通过调节所述发动机转速而响应车速的改变使得所述发动机转速基本上等于所述预定义的函数中不同的一者。

10.一种车辆，包含

变速器，所述变速器具有行星齿轮组，所述行星齿轮组的第一元件可驱动地连接至发动机，所述行星齿轮组的第二元件可驱动地连接至第一牵引马达，所述行星齿轮组的第三元件可驱动地连接至一组车轮；

可驱动地连接至所述一组车轮的第一牵引马达；以及

控制器，所述控制器与所述发动机、所述牵引马达、加速踏板、升档选择器以及降档选择器通信，所述控制器编程用于：

以无级变速模式运转发动机，其中对于每个车速而言所述发动机转速响应于加速踏板位置的改变而持续地变化；

以离散传动模式运转发动机，其中维持所述发动机转速基本上等于独立于加速踏板位置的限定数量的预定义车速函数中的一者；以及

响应于所述降档选择器的操作从所述无级变速模式转换为所述离散传动模式，所述转换包括增加所述发动机转速使得所述发动机转速基本上等于从所述限定数量的预定义的车速函数中选择的车速函数。

Images