CN103569095A - 用于控制多模式动力系统的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制多模式动力系统的方法及设备。一种用于操作动力系统来在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的方法，包括执行搜索以确定响应于输出转矩请求的对于在变速器范围中操作动力系统的优选发动机操作点。搜索包括：对于在输入速度范围内的多个候选发动机速度和多个候选转矩标准化比率中的每个，应用候选转矩标准化比率来从标准化转矩搜索空间确定候选发动机转矩，以及确定与在候选发动机转矩下操作动力系统相关联的候选功率成本。优选发动机速度被确定，且包括对应于与最低候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩的候选发动机速度。发动机操作响应于优选发动机速度受到控制。

Description

用于控制多模式动力系统的方法及设备
技术领域
本公开内容涉及应用多个转矩生成装置的多模式动力系统，以及与其相关联的动态系统控制。
背景技术
本节中的陈述仅提供与本公开内容相关的背景信息。因此，此陈述并非旨在构成对现有技术的承认。
动力系统可构造成将源于多个转矩生成装置的转矩经由转矩传递装置传递至可联接到传动系的输出部件。此类动力系统包括混合动力系统和延伸范围的电动车辆系统。用于操作此类动力系统的控制系统响应于操作者命令的输出转矩请求来操作转矩生成装置并且应用变速器中的转矩传递元件以传递转矩，考虑了燃料经济性、排放、驾驶性能和其它因素。示例性转矩生成装置包括内燃发动机和非燃烧转矩机器。非燃烧转矩机器可包括电机，电机可操作为马达或发电机以独立于来自内燃发动机的转矩输入产生输入到变速器的转矩。转矩机器可将经由车辆传动系传递的车辆动能转换成电能，该电能可储存在电能储存装置中，这被称为再生操作。控制系统监测来自于车辆和操作者的各种输入，且提供混合动力系的操作控制，包括控制变速器操作状态和换挡、控制转矩生成装置，以及调节电能储存装置和电机间的电功率互换来管理变速器的输出，包括转矩和旋转速度。
已知的变速器装置使用转矩传递离合器装置来在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩。动力系统的操作包括触动和停用离合器以实现在所选的操作状态中的操作。
发明内容
一种用于操作动力系统来在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的方法，包括执行搜索以确定响应于输出转矩请求的用于在变速器范围中操作动力系统的优选发动机操作点。搜索包括：对于在输入速度范围内的多个候选发动机速度和多个候选转矩标准化比率中的每个，应用候选转矩标准化比率来从标准化转矩搜索空间确定候选发动机转矩，以及确定与在候选发动机转矩下操作动力系统相关联的候选功率成本。优选发动机速度被确定，且包括对应于与最低候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩的候选发动机速度。发动机操作响应于优选发动机速度受到控制。
本发明还提供如下方案：
1. 一种用于操作动力系统的方法，所述动力系统包括构造成在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的多模式变速器，所述方法包括：
执行搜索以确定响应于输出转矩请求的用于在变速器范围中操作所述动力系统的优选发动机操作点，所述搜索包括：
对于输入速度范围内的多个候选发动机速度中的每个和多个候选转矩标准化比率中的每个：
      应用所述候选转矩标准化比率以从标准化转矩搜索空间确定候选发动机转矩，以及
      确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的候选功率成本；
      确定优选发动机速度，所述优选发动机速度包括对应于与最低的候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩的候选发动机速度；以及
      响应于所述优选发动机速度来控制发动机操作。 
2. 根据方案1所述的方法，其特征在于，应用所述候选转矩标准化比率以从所述标准化转矩搜索空间确定所述候选发动机转矩包括：
确定受限于在所述候选发动机速度处的约束的最低和最高的可容许的发动机转矩；以及
应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定候选发动机转矩。
3. 根据方案2所述的方法，其特征在于，确定受限于在所述候选发动机速度处的约束的最低和最高的可容许发动机转矩包括：确定受限于与构造成将电功率传递至所述转矩机器的高电压电池组相关联的最低和最高的电池组功率极限和受限于与所述转矩机器相关联的最低和最高的转矩极限的最低和最高的可容许发动机转矩。
4. 根据方案3所述的方法，其特征在于，与所述转矩机器相关联的所述最低和最高的转矩极限相对于所述转矩机器的速度来确定，所述转矩机器的速度相对于所述候选发动机速度和所述多模式变速器的输出速度来确定。 
5. 根据方案2所述的方法，其特征在于，应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定所述候选发动机转矩包括：应用所述候选转矩标准化比率来在所述最低和最高的可容许发动机转矩之间内插以确定所述候选发动机转矩。
6. 根据方案1所述的方法，其特征在于，确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的所述候选功率成本包括：
确定在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于所述输出转矩请求的优选动力系操作点；以及
确定在所述优选动力系操作点下的所述候选功率成本。
7. 根据方案6所述的方法，其特征在于，确定在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于所述输出转矩请求的所述优选动力系操作点包括：在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于所述输出转矩请求确定联接到所述转矩机器上的高电压电池组的优选电池组功率，以及确定所述转矩机器的优选转矩命令。
8. 根据方案1所述的方法，其特征在于，响应于所述优选发动机速度控制发动机操作包括：在与最低候选功率成本相关联的所述候选发动机转矩下响应于所述优选发动机速度控制发动机操作。
9. 一种用于控制包括多模式变速器的动力系统中的发动机的方法，所述方法包括：
执行搜索以确定响应于输出转矩请求的优选发动机操作点，所述搜索包括：
对于输入速度范围内的多个候选发动机速度中的每个和多个候选转矩标准化比率中的每个：
      应用所述候选转矩标准化比率以从标准化转矩搜索空间确定候选发动机转矩，以及
      确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的候选功率成本；
      确定优选发动机速度，所述优选发动机速度包括对应于与最低的候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩的候选发动机速度；以及
      在与最低候选功率成本相关联的所述候选发动机转矩下响应于所述优选发动机速度控制发动机操作。
10. 根据方案9所述的方法，其特征在于，应用所述候选转矩标准化比率以从所述标准化转矩搜索空间确定所述候选发动机转矩包括：
确定受限于在所述候选发动机速度处的约束的最低和最高的可容许的发动机转矩，以及
应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定候选发动机转矩。
11. 根据方案10所述的方法，其特征在于，确定受限于在所述候选发动机速度处的约束的最低和最高的可容许发动机转矩包括：确定受限于与构造成将电功率传递至联接到所述多模式变速器的所述转矩机器的高电压电池组相关联的最低和最高的电池组功率极限和受限于与所述转矩机器相关联的最低和最高的转矩极限的最低和最高的可容许发动机转矩。
12. 根据方案11所述的方法，其特征在于，与所述转矩机器相关联的最低和最高的转矩极限相对于所述转矩机器的速度来确定，所述转矩机器的速度相对于所述候选发动机速度和所述多模式变速器的输出速度来确定。
13. 根据方案10所述的方法，其特征在于，应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定所述候选发动机转矩包括：应用所述候选转矩标准化比率来在所述最低和最高的可容许发动机转矩之间内插以确定所述候选发动机转矩。
14. 根据方案9所述的方法，其特征在于，确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的所述候选功率成本包括：
确定在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于输出转矩请求的优选动力系操作点；以及
确定在所述优选动力系操作点下的所述候选功率成本。
15. 一种用于操作动力系统的方法，所述动力系统包括构造成在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的多模式变速器，所述方法包括：
执行搜索以确定响应于输出转矩请求的用于在变速器范围中操作所述动力系统的优选发动机操作点，所述搜索包括：
确定所述变速器的输入速度范围；
对于所述输入速度范围内的多个候选发动机速度中的每个和多个候选转矩标准化比率中的每个：
      确定受限于与所述候选发动机速度相关联的约束的最低和最高的可容许的发动机转矩，
      应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定候选发动机转矩，以及
      确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的候选功率成本；
      确定优选发动机速度，所述优选发动机速度包括对应于与最低的候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩的候选发动机速度；以及
      响应于所述优选发动机速度来控制发动机操作。 
16. 根据方案15所述的方法，其特征在于，应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定所述候选发动机转矩包括：应用所述候选转矩标准化比率来在所述最低和最高的可容许发动机转矩之间内插以确定候选发动机转矩。
17. 根据方案15所述的方法，其特征在于，确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的所述功率成本包括：
确定在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于输出转矩请求的优选动力系操作点；以及
确定在所述优选动力系操作点下的所述功率成本。
18. 根据方案17所述的方法，其特征在于，确定在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于所述输出转矩请求的所述优选动力系操作点包括：在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于所述输出转矩请求确定联接到所述转矩机器的高电压电池组的优选电池组功率，以及确定所述转矩机器的优选转矩命令。
附图说明
现在将通过举例的方式参照附图来描述一个或多个实施例，在附图中：
图1示出了根据本公开内容的包括内燃发动机、变速器、传动系和控制器的多模式动力系统；
图2示出了根据本公开内容的使用转矩搜索空间来收敛至优选发动机速度和优选发动机负荷的搜索方案；
图3-1示出了根据本公开内容的与响应于输出转矩请求操作多模式动力系统的实施例相关联的转矩搜索空间；
图3-2示出了根据本公开内容的包括相对于发动机速度绘制的标准化发动机转矩的标准化转矩搜索空间；以及
图4示出了根据本公开内容的包括用于确定动力系统操作成本的分析构架的示例性功率成本函数。
具体实施方式
现在参看附图，其中图示用于仅示出某些示例性实施例的目的，且并非用于对其限制的目的，图1绘出了非限制性动力系统100，其包括内燃发动机(发动机)12、多模式变速器(变速器)10、高电压电气系统80、传动系90，以及控制器5。变速器10分别机械地联接到发动机12和第一转矩机器60和第二转矩机器62，且构造成在发动机12、转矩机器60,62、以及传动系90之间传递转矩。如所示，第一转矩机器62和第二转矩机器62为电动马达/发电机。
高电压电气系统80包括电能储存装置，例如，经由高电压电气总线84电性联接到变速器功率逆变器控制模块(TPIM)82的高电压电池组(电池组)85，且构造成具有用于监测电功率流的适合的装置，包括用于监测电流和电压的装置和系统。电池组85可为任何适合的高电压电能储存装置，例如，高电压电池组，且优选地包括监测系统，其提供供应至高电压电气总线84的电功率的量度，包括电压和电流。
发动机12可为任何适合的燃烧装置，且包括有选择地操作在若干状态中的多缸内燃发动机以将转矩经由输入部件14传递至变速器10，且可为火花点火发动机或压缩点火发动机。发动机12包括联接到变速器10的输入部件14上的曲轴。旋转速度传感器11监测输入部件14的曲柄角和旋转速度。来自于发动机12的功率输出，即，发动机速度和发动机转矩，可不同于至变速器10的输入速度和输入转矩，因为在发动机12与变速器10之间的输入部件14上放置有转矩消耗构件，例如，转矩管理装置或机械驱动的液压泵。发动机12构造成在进行的动力系操作期间响应于操作条件来执行自动停止和自动启动操作。控制器5构造成控制发动机12的致动器，以控制燃烧参数，包括控制在如此装备的发动机上的进气质量空气流量、火花点火正时、喷射燃料质量、燃料喷射正时、用以控制再循环排出气体的流的EGR阀位置、以及进气门/排气门的正时和定相。因此，发动机速度可通过控制包括空气流转矩和火花导致的转矩的燃烧参数来控制。发动机速度还可通过分别控制第一转矩机器60和第二转矩机器62的马达转矩来控制输入部件14处的反应转矩来控制。
所示的变速器10为四模式复合分离式电-机械变速器10，其包括三个行星齿轮组20,30和40，以及五个可接合的转矩传递装置，即，离合器C1 52,C2 54,C3 56,C4 58和C5 50。可构想出变速器的其它实施例。变速器10分别联接到第一转矩机器60和第二转矩机器62。变速器10构造成响应于输出转矩请求在发动机12、转矩机器60,62和输出部件92之间传递转矩。在一个实施例中，第一转矩机器60和第二转矩机器62为使用电能来生成和反应转矩的马达/发电机。行星齿轮组20包括太阳齿轮部件22、环形齿轮部件26，以及联接到托架部件25上的行星齿轮24。托架部件25可旋转地支承行星齿轮24，且联接到可旋转的轴部件16，行星齿轮24设置成与太阳齿轮部件22和环形齿轮部件26成啮合关系。行星齿轮组30包括太阳齿轮部件32、环形齿轮部件36，以及联接到托架部件35上的行星齿轮34。行星齿轮34设置成与太阳齿轮部件32和环形齿轮部件36两者成啮合关系。托架部件35联接到可旋转的轴部件16上。行星齿轮组40包括太阳齿轮部件42、环形齿轮部件46，以及联接到托架部件45上的行星齿轮44。如图所示，存在联接到托架部件45上的第一组和第二组行星齿轮44。因此，行星齿轮组40是复合的太阳齿轮部件-小齿轮-小齿轮-环形齿轮部件的齿轮组。托架部件45可旋转地联接在离合器C1 52和C2 54之间。太阳齿轮部件42可旋转地联接到可旋转的轴部件16上。环形齿轮部件46可旋转地联接到输出部件92上。
如本文使用，离合器是指如下的转矩传递装置，其可响应于控制信号有选择地应用，且可为任何适合的装置，举例来说，包括单板或复合板离合器或组件、单向离合器、带式离合器和制动器。液压回路72构造成控制各个离合器的离合器状态，其中加压液压流体由电动液压泵70供应，液压泵70由控制器5可操作地控制。离合器C2 54和C4 58为液压应用的旋转摩擦离合器。离合器C1 52,C3 56和C5 50为液压控制的制动装置，其可接地（ground）至变速器箱55。在该实施例中，离合器C1 52,C2 54,C3 56和C4 58中的各个均使用由液压控制回路72施加的加压液压流体来液压地应用。液压回路72由控制器5可操作地控制，以触动和停用前述离合器，提供用于冷却和润滑变速器的元件的液压流体，以及提供用于冷却第一转矩机器60和第二转矩机器62的液压流体。液压回路72中的液压压力可通过使用压力传感器的测量、通过使用机载例行程序估计，或使用其它适合的方法来确定。
第一转矩机器60和第二转矩机器62为三相AC马达/发电机机器，其分别包括定子、转子和解析器。各个转矩机器60,62的马达定子接地至变速器箱55的外部部分，且包括定子芯，该定子芯具有从其延伸的卷绕的电绕组。用于第一转矩机器60的转子支承在毂盘齿轮上，毂盘齿轮机械地附接到联接到第一行星齿轮组20的套筒轴18。用于第二转矩机器62的转子固定地附接到套筒轴毂19上，套筒轴毂19机械地附接到第二行星齿轮30上。各个解析器信号地且可操作地连接到变速器功率逆变器控制模块(TPIM)82上，且分别感测和监测解析器转子相对于解析器定子的旋转位置，因此监测第一转矩机器60和第二转矩机器62中的相应转矩机器的旋转位置。此外，从解析器输出的信号可用于确定第一转矩机器60和第二转矩机器62的旋转速度。
变速器10的输出部件92可旋转地连接到传动系90，以向传动系90提供输出功率，输出功率经由差动齿轮或变速驱动桥或另一个适合的装置传递至一个或多个车轮。输出部件92处的输出功率按照输出旋转速度和输出转矩来表征。变速器输出速度传感器93监测输出部件92的旋转速度和旋转方向。各个车轮优选为配备有传感器，所述传感器构造成监测车轮速度来确定车辆速度，以及绝对车轮速度和相对车轮速度，以用于制动控制、牵引控制，以及车辆加速度管理。
来自于发动机12的输入转矩和来自于第一转矩机器60和第二转矩机器62的马达转矩由于从燃料或储存在电能储存装置(电池组)85中的电势的能量转换的结果而生成。电池组85经由高电压电气总线84高电压DC联接到TPIM82上，高电压电气总线84优选为包括接触器开关，接触器开关允许或禁止电池组85与TPIM82之间的电流流动。TPIM82优选为包括一对功率逆变器和相应的马达控制模块，其构造成接收转矩命令且由此控制逆变器状态，以用于提供马达驱动或再生功能以满足马达转矩命令。功率逆变器包括互补的三相功率电子装置，且每个包括多个绝缘栅双极晶体管，以通过以高频率切换来用于将来自电池组85的DC功率转换成AC功率，以用于向第一转矩机器60和第二转矩机器62中的相应转矩机器供能。绝缘栅双极晶体管形成构造成接收控制命令的开关模式电源。存在用于各个三相电机的各相的一对绝缘栅双极晶体管。绝缘栅双极晶体管的状态受控制以提供马达驱动机械功率生成或电动率再生功能。三相逆变器经由DC传递导体27接收或供应DC电功率，且将其变换至三相AC功率或从三相AC功率变换，AC功率传导至第一转矩机器60和第二转矩机器62或从第一转矩机器60和第二转矩机器62传导，以用于通过传递导体来作为马达或发电机操作。TPIM82响应于马达转矩命令，经由功率逆变器和相应的马达控制模块传递电功率往返于第一转矩机器60和第二转矩机器62。电流传输穿过高电压电气总线84，往返于电池组85以使电池组85充电和放电。
控制器5经由通信链路15信号地且可操作地联结到动力系统中的各种致动器和传感器上，以监测和控制动力系统的操作，包括综合信息和输入，以及执行例行程序来控制致动器以满足关于燃料经济性、排放、性能、驾驶性能和保护包括电池组85的电池和第一转矩机器60及第二转矩机器62的硬件相关的控制目标。控制器5为整个车辆控制构架的子集，且提供动力系统的协调的系统控制。控制器5可包括分布式控制模块系统，其包括独立控制模块，包括监管控制模块、发动机控制模块、变速器控制模块、电池组控制模块，以及TPIM82。用户界面13优选为信号地连接到多个装置上，通过所述装置，车辆操作员指示和命令动力系统的操作。装置优选为包括加速踏板112、操作员制动踏板113、变速器范围选择器114(PRNDL)，以及车辆速度巡航控制系统116。变速器范围选择器114可具有离散数目的操作者可选择的位置，包括指示车辆的操作者意图运动的方向，且因此指示向前或向后方向的输出部件92的优选旋转方向。将认识到的是，由于由车辆的位置引起的滚回，例如，在斜坡上，故车辆仍会沿除指示的操作者意图运动方向之外的方向移动。用户界面13可包括如所示的单个装置，或替代地可包括直接地连接到独立控制模块的多个用户界面装置。
前述控制模块经由通信链路15与其它控制模块、传感器和致动器连通，这实现了各种控制模块之间的结构化通信。特定的通信协议为应用专用的。通信链路15和适合的协议提供了前述控制模块与提供了例如包括防抱死制动、牵引控制和车辆稳定的功能的其它控制模块之间的稳健的消息发送和多重控制模块对接。多个通信总线可用于改善通信速度，且提供一定水平的信号冗余和完整性，包括直接链路和串行外围接口(SPI)总线。独立控制模块之间的通信还可使用无线链路实现，例如，短程无线射频通信总线。独立的装置还可直接地连接。
控制模块、模块、控制件、控制器、控制单元、处理器和类似用语意指专用集成电路(ASIC)、电子电路、执行一个或多个软件或固件程序或例行程序的中央处理器(优选为微处理器)和相关联的存储器和储存器(只读、可编程只读、随机存取、硬盘驱动器等)、组合逻辑电路、输入/输出电路和装置、适合的信号调节和缓冲电路，以及用以提供所述功能的其它构件中的一个或多个的任何一个组合或各种组合。软件、固件、程序、指令、例行程序、代码、算法和类似用语意指包括校准和查找表的任何控制器可执行指令集。控制模块具有执行为提供所期望的功能的一组控制例行程序。例行程序如由中央处理单元执行，以监测来自于感测装置和其它网络控制模块的输入，且执行用以控制致动器的操作的控制和诊断例行程序。在进行的发动机和车辆操作期间，例行程序可以以规则间隔执行，例如，每3.125毫秒、6.25毫秒、12.5毫秒、25毫秒和100毫秒。作为备选，例行程序可响应于事件的发生来执行。
动力系100构造成在多个动力系状态中的一个中操作，包括多个变速器范围和发动机状态，以生成和传递转矩至传动系90。发动机状态包括ON状态、OFF状态，以及燃料中断(FCO)状态。当发动机以OFF状态操作时，其不被加燃料，未燃烧，且不自旋。在发动机以ON状态操作时，其加燃料，燃烧，且自旋。当发动机以FCO状态操作时，其自旋，但不加燃料且不燃烧。发动机的ON状态还可包括：全气缸状态(ALL)，其中所有气缸都加燃料且燃烧；以及气缸停用状态(DEAC)，其中一部分气缸加燃料和燃烧，而其余气缸不加燃料且不燃烧。变速器范围包括多个空档(neutral)、固定档位(Gear（档位）#)、可变模式(EVT Mode#)、电动车辆(EV#)和过渡(EV Transitional State（过渡状态） #和Pseudo-gear（伪档位）#)范围，它们通过有选择地触动离合器C1 50,C2 52,C3 54,C4 56和C5 58来完成。伪档位范围为可变模式变速器范围，其中来自于变速器10的转矩输出对应于来自发动机12的输入转矩，考虑了与输入部件14上的转矩消耗构件相关联的转矩损失。伪档位范围主要用作在EVT模式（EVT Mode）范围之间的切换期间的中间变速器范围。表1绘出了用于操作动力系100的多个变速器范围和发动机状态。
表1
范围 发动机状态 C1 C2 C3 C4 C5
Neutral 1 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF          
Neutral 2 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF     x    
Neutral 3 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF       x  
PseudoGear 1 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF x        
PseudoGear 2 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF   x      
Neutral OFF         x
EVT Mode 1 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF x   x    
EVT Mode 2 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF x     x  
EVT Mode 3 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF   x   x  
EVT Mode 4 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF   x x    
EV Transitional state 1 OFF x       x
EV Transitional state 2 OFF   x     x
Gear 1 ON(ALL/DEAC/FCO) x   x x  
Gear 2 ON(ALL/DEAC/FCO) x x   x  
Gear 3 ON(ALL/DEAC/FCO)   x x x  
EV 1 OFF x   x   x
EV 2 OFF x     x x
EV 3 OFF   x   x x
EV 4 OFF   x x   x
EV Transitional State 3 OFF x x     x
Neutral ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF     x x  
PseudoGear 3 ON(ALL/DEAC/FCO)/OFF x x      
Neutral OFF     x   x
Neutral OFF       x x
参照图1描述的操作动力系统来在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的方法，包括执行搜索以确定响应于输出转矩请求的用于在变速器范围中的一个中操作动力系统的优选发动机操作点。搜索包括使用候选转矩标准化比率来从经标准化的转矩搜索空间确定候选发动机转矩，以及确定与在候选发动机转矩下操作动力系统相关联的候选功率成本。将对输入速度范围内的多个候选发动机速度和多个候选转矩标准化比率中的各个执行搜索。优选发动机速度被确定，且包括与最低候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩对应的候选发动机速度。发动机操作响应于优选发动机速度受到控制。参照图2来描述该操作。
图2示意性地示出了搜索方案200，其使用搜索引擎来从预定转矩搜索空间收敛至优选发动机速度Ne*252和对应的功率成本P*254。图3-1图解绘出了示例性转矩搜索空间305，其示出了输入发动机范围内的最低发动机转矩极限330和最高发动机转矩极限340。图3-2图解绘出了示例性经标准化的转矩搜索空间305'，其示出了在相同输入速度范围上的最低标准化发动机转矩极限330'和最高标准化发动机转矩极限340'。搜索方案200使用输入速度范围202和转矩标准化比率范围204。输入速度范围202包括最低发动机速度Ne-min和最高发动机速度Ne-max。最低发动机速度Ne-min可为发动机空转速度，例如，800RPM-100RPM，而最高发动机速度Ne-max可为最高可实现的发动机速度，即，安全最大速度（redline），其特定于发动机构造，且可在5000RPM至8000RPM的范围中。转矩标准化比率范围204优选为范围从0.0至1.0。
搜索方案200包括二维搜索引擎(搜索引擎)210，其迭代地生成穿过输入速度范围202的多个候选发动机速度Ne(j)212，以及穿过转矩标准化比率范围204的多个候选转矩标准化比率R(j)214，其分别为迭代循环250的输入。迭代循环250使用约束方案220、转矩标准化方案230、系统转矩优化方案235，以及功率成本模型240来计算各个候选发动机速度Ne(j)212和各个候选转矩标准化比率R(j)214的候选功率成本Pcost(j)242。搜索引擎210在所有迭代中都监测候选功率成本Pcost(j)242。实现最低功率成本的候选发动机速度Ne(j)212由搜索引擎210选择为优选的发动机速度Ne*252。优选发动机速度Ne*252和对应的功率成本P*254基于穿过输入速度范围202和转矩标准化比率204的范围执行多个迭代循环来识别。在一个实施例中，穿过输入速度范围202的迭代循环包含空转输入速度，1500RPM、2000RPM、2500RPM和3500RPM。在一个实施例中，穿过转矩标准化比率204的范围的多个迭代循环250包含0.0、0.3、0.7和1.0的转矩标准化比率。
搜索引擎210从输入速度范围202迭代地生成候选发动机速度Ne(j)212。各个候选发动机速度Ne(j)212在约束方案220中使用，约束方案220基于参照图3-1示出的前述转矩搜索空间305来确定最低和最高的可容许发动机转矩，即，Te-min 222和Te-max 224。搜索发动机210从转矩标准化比率204的范围迭代地生成候选转矩标准化比率R(j)214。转矩标准化方案230使用各个候选转矩标准化比率R(j)214，以通过在最低和最高的可容许发动机转矩Te-min 222和Te-max 224之间内插来确定候选发动机转矩Te(j)232。本领域的普通技术人员将理解通过使用比率来内插在最低转矩值与最高转矩值之间来确定转矩值。
系统转矩优化方案235使用候选发动机转矩Te(j)232、输出转矩请求206，以及动力系统操作参数来确定优选动力系操作点237。优选动力系操作点237包括：当发动机在候选发动机转矩Te(j)232下操作时响应于输出转矩请求206的对于第一转矩机器60和第二转矩机器62的优选操作参数例如转矩和速度，以及电池组85的优选操作参数例如电池组功率和充电状态。功率成本模型240使用功率成本函数来确定对于在候选发动机转矩Te(j)232下的用于在优选动力系操作点237下操作动力系的候选功率成本P(j)242。参照图4来描述示例性功率成本函数400。
搜索引擎210基于候选发动机速度Ne(j)212的功率成本来选择优选的发动机速度Ne*252。优选发动机速度Ne*252为候选发动机速度Ne(j)212，其导致在当前状态下操作动力系统100的最低总功率成本。优选发动机速度Ne*252和对应的功率成本P*254用于控制发动机12的操作，和与此对应的动力系统10的操作。
图3-1包括图表300，其示出了与响应于输出转矩请求操作多模式动力系统100的实施例相关联的转矩搜索空间305。转矩搜索空间305分别由响应于输出转矩请求且受限于多个动力系统约束的最低发动机转矩极限330和最高发动机转矩极限340限制。图表300包括相对于水平轴线310上的发动机速度绘制的垂直轴线320上的发动机转矩。如图所示，动力系统100利用变速器10在已知操作范围中操作，且发动机在全气缸状态中处于ON状态中。熟练从业人员能够确定转矩搜索空间305，其说明了各种发动机和动力系参数、输出转矩请求和动力系统约束的不同大小。动力系统约束分别包括最低和最高的发动机转矩容量314和316，以及转矩机器312的最高发动机转矩极限。两个示例性发动机速度点示为包括具有第一转矩范围322的1750RPM，以及具有第二转矩范围324的4700RPM。第一转矩范围322包含从220Nm至270Nm的发动机转矩，且第二转矩范围324包含从90Nm至105Nm的发动机转矩。用于分别确定最低和最高的发动机转矩极限330和340的动力系统约束包括与电池组85相关联的最低和最高的电池组功率极限，以及与第一转矩机器60和第二转矩机器62相关联的最低和最高的转矩极限。最低和最高的转矩极限可相对于第一转矩机器60和第二转矩机器62各自的速度确定，该速度相对于输入部件14和输出部件92的速度来确定。转矩搜索空间305可针对动力系统操作点被预先确定。
图3-2图解示出了标准化转矩搜索空间305'，其包括由相对于水平轴线310上的发动机速度绘制的标准化的最低和最高的发动机转矩极限330'和340'限制的在垂直轴线320'上的标准化发动机转矩。标准化转矩搜索空间305'对应于参照图3-1示出的转矩搜索空间305，其中垂直轴线320上的发动机转矩在多个发动机速度中的各个下范围从0.0至1.0标准化。在所选的发动机速度下的在0.0处的标准化发动机转矩对应于图3-1上所示的最低发动机转矩极限330，且在所选的发动机速度下的在1.0处的标准化发动机转矩对应于图3-1上示出的最大发动机转矩极限340。第一标准化转矩范围322'代表被标准化至范围从0.0至1.0的在1750RPM的发动机速度下的图3-1上示出的第一转矩范围322，而第二标准化转矩范围324'代表被标准化至范围从0.0至1.0的在500RPM的发动机速度下的图3-1上示出的第二转矩范围324。
图4示意性地示出了包括用于确定动力系统操作成本的分析构架的示例性功率成本函数400，其是参照图1描述的多模式动力系统100来描述的。动力系元件包括发动机12、变速器10、非燃烧转矩机器60,62、电池组85、逆变器82、车轮制动器98、传动系90，以及燃料储存系统8。伪元件包括：惯性负荷17，其为构造成说明系统惯性的元件；以及高电压电负荷86，其为构造成说明用于推进动力系统100的负荷外的车辆中的高电压负荷的元件。功率流动通路包括从燃料储存系统8传递燃料来向发动机12供能的第一功率流动通路9、在发动机12与变速器10之间的第二功率流动通路14、以及在电池组85与逆变器82之间的第三功率流动通路84、在逆变器82与高电压电负荷86之间的第四功率流动通路83、以及在逆变器82与非燃烧转矩机器60,62之间的第五功率流动通路27、在非燃烧转矩机器60,62与变速器10之间的第六功率流动通路23、以及在惯性负荷17与变速器20之间的第七功率流动通路7、在变速器10与车轮制动器98之间的第八功率流动通路92、以及在车轮制动器98与传动系90之间的第九功率流动通路99。功率损失包括发动机功率损失95、电池组功率损失81、机械功率损失87、电动马达损失89，以及制动器功率损失97。到功率成本函数400的功率成本输入基于与车辆驾驶性能、燃料经济性、排放和电池组使用相关的因素来确定。功率成本分配给燃料和电功率消耗且与燃料和电功率消耗相关联，且与多模式动力系的特定操作点相关联。较低的操作成本可与对于各个发动机速度/负荷操作点来说在高转换效率、较低电池组使用和较低排放下的较低燃料消耗相关联，且考虑了发动机14的候选操作状态。功率成本可包括与在发动机10和非燃烧转矩机器60,62的特定操作点下操作多模式动力系相关联的发动机功率损失95、电动马达功率损失89、电池组功率损失81、制动器功率损失97，以及机械功率损失87。功率成本函数400可被应用以确定在响应于输出转矩请求操作动力系统的情况下用于在所选的发动机操作点下操作的总功率成本。
转矩搜索空间和标准化搜索范围的使用便于最佳搜索例行程序中的精确收敛，因此改善了搜索稳健性和搜索效率。此外，此类操作可减少收敛至解决方案所需的迭代量，这减小了控制器处理量需求，且改善了资源利用。
本公开内容已经描述了某些优选实施例及其修改。其它修改和备选方案可在他人阅读和理解本说明书时想到。因此，期望本公开内容不限于公开为用于执行本公开内容构想出的最佳模式的特定实施例，而是本公开内容将包括落入所附权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (10)

1.一种用于操作动力系统的方法，所述动力系统包括构造成在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的多模式变速器，所述方法包括：
执行搜索以确定响应于输出转矩请求的用于在变速器范围中操作所述动力系统的优选发动机操作点，所述搜索包括：
对于输入速度范围内的多个候选发动机速度中的每个和多个候选转矩标准化比率中的每个：
      应用所述候选转矩标准化比率以从标准化转矩搜索空间确定候选发动机转矩，以及
      确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的候选功率成本；
      确定优选发动机速度，所述优选发动机速度包括对应于与最低的候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩的候选发动机速度；以及
      响应于所述优选发动机速度来控制发动机操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用所述候选转矩标准化比率以从所述标准化转矩搜索空间确定所述候选发动机转矩包括：
确定受限于在所述候选发动机速度处的约束的最低和最高的可容许的发动机转矩；以及
应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定候选发动机转矩。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定受限于在所述候选发动机速度处的约束的最低和最高的可容许发动机转矩包括：确定受限于与构造成将电功率传递至所述转矩机器的高电压电池组相关联的最低和最高的电池组功率极限和受限于与所述转矩机器相关联的最低和最高的转矩极限的最低和最高的可容许发动机转矩。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，与所述转矩机器相关联的所述最低和最高的转矩极限相对于所述转矩机器的速度来确定，所述转矩机器的速度相对于所述候选发动机速度和所述多模式变速器的输出速度来确定。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定所述候选发动机转矩包括：应用所述候选转矩标准化比率来在所述最低和最高的可容许发动机转矩之间内插以确定所述候选发动机转矩。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的所述候选功率成本包括：
确定在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于所述输出转矩请求的优选动力系操作点；以及
确定在所述优选动力系操作点下的所述候选功率成本。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，确定在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于所述输出转矩请求的所述优选动力系操作点包括：在所述发动机在所述候选发动机转矩下操作时响应于所述输出转矩请求确定联接到所述转矩机器上的高电压电池组的优选电池组功率，以及确定所述转矩机器的优选转矩命令。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于所述优选发动机速度控制发动机操作包括：在与最低候选功率成本相关联的所述候选发动机转矩下响应于所述优选发动机速度控制发动机操作。
9.一种用于控制包括多模式变速器的动力系统中的发动机的方法，所述方法包括： 
执行搜索以确定响应于输出转矩请求的优选发动机操作点，所述搜索包括：
对于输入速度范围内的多个候选发动机速度中的每个和多个候选转矩标准化比率中的每个：
      应用所述候选转矩标准化比率以从标准化转矩搜索空间确定候选发动机转矩，以及
      确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的候选功率成本；
      确定优选发动机速度，所述优选发动机速度包括对应于与最低的候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩的候选发动机速度；以及
      在与最低候选功率成本相关联的所述候选发动机转矩下响应于所述优选发动机速度控制发动机操作。
10.一种用于操作动力系统的方法，所述动力系统包括构造成在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的多模式变速器，所述方法包括： 
执行搜索以确定响应于输出转矩请求的对于在变速器范围中操作所述动力系统的优选发动机操作点，所述搜索包括：
确定所述变速器的输入速度范围；
对于所述输入速度范围内的多个候选发动机速度中的每个和多个候选转矩标准化比率中的每个：
      确定受限于与所述候选发动机速度相关联的约束的最低和最高的可容许的发动机转矩，
      应用所述候选转矩标准化比率来基于所述最低和最高的可容许发动机转矩确定候选发动机转矩，以及
      确定与在所述候选发动机转矩下操作所述动力系统相关联的候选功率成本；
      确定优选发动机速度，所述优选发动机速度包括对应于与最低的候选功率成本相关联的一个候选发动机转矩的候选发动机速度；以及
      响应于所述优选发动机速度来控制发动机操作。
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