CN103569099A - 用于控制多模式动力系统的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种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。一种用于控制动力系的方法包括执行双闭环控制方案，该方案包括确定第一反馈环中使用的基于发动机的输出转矩范围，且同时确定第二反馈环中使用的基于控制加速度的输出转矩范围。发动机命令响应于基于发动机的输出转矩范围受到控制，且同时控制加速度响应于基于控制加速度的输出转矩范围受到控制，以实现动力系统响应于输出转矩请求的输出转矩。

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。
发明内容
一种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。一种用于控制动力系的方法包括执行双闭环控制方案，该方案包括确定第一反馈环中使用的基于发动机的输出转矩范围，且同时确定第二反馈环中使用的基于控制加速度的输出转矩范围。发动机命令响应于基于发动机的输出转矩范围受到控制，且同时控制加速度响应于基于控制加速度的输出转矩范围受到控制，以实现动力系统响应于输出转矩请求的输出转矩。
本发明还提供如下方案：
1. 一种用于控制动力系统的方法，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：
响应于输出转矩请求：
执行双闭环控制方案，包括确定在第一反馈环中使用的基于发动机的输出转矩范围，且同时确定在第二反馈环中使用的基于控制加速度的输出转矩范围；
响应于所述基于发动机的输出转矩范围来控制发动机命令，以及响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围来同时地控制控制加速度，以实现所述动力系统响应于所述输出转矩请求的输出转矩。
2. 根据方案1所述的方法，其特征在于，响应于所述基于发动机的输出转矩范围控制发动机命令包括：
基于所述基于发动机的输出转矩范围的最低状态来确定最低发动机转矩约束，以及基于所述基于发动机的输出转矩范围的最高状态来确定最高发动机转矩约束；以及
响应于所述最低发动机转矩约束和所述最高发动机转矩约束来生成发动机命令。
3. 根据方案2所述的方法，其特征在于，响应于所述最低发动机转矩约束和所述最高发动机转矩约束生成发动机命令包括：使用发动机空气转矩请求来控制所述发动机响应于所述输出转矩请求的操作。
4. 根据方案3所述的方法，其特征在于，还包括：在所述发动机空气转矩请求超过所述最低发动机转矩约束和所述最高发动机转矩约束中的一者时，使用即时发动机转矩请求来控制所述发动机响应于所述输出转矩请求的操作。
5. 根据方案1所述的方法，其特征在于，响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围控制所述控制加速度包括：
基于所述基于控制加速度的输出转矩范围的最低状态确定最低控制加速度和最低期望控制加速度；
基于所述基于控制加速度的输出转矩范围的最高状态确定最高控制加速度和最高期望控制加速度；以及
响应于所述最低控制加速度和所述最高控制加速度以及所述最低期望控制加速度和所述最高期望控制加速度来生成控制加速度命令。
6. 根据方案5所述的方法，其特征在于，响应于所述最低控制加速度和所述最高控制加速度以及所述最低期望控制加速度和所述最高期望控制加速度来生成控制加速度命令包括：改变所述最低期望控制加速度和所述最高期望控制加速度，以偏离期望加速度轮廓来管理输出功率，同时响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围来控制所述控制加速度，以实现所述动力系统响应于所述输出转矩请求的输出转矩。
7. 根据方案1所述的方法，其特征在于，还包括：在响应于所述基于发动机的输出转矩范围来控制所述发动机命令的情况下将所述变速器控制在固定档位范围中，并且响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围来同时地控制所述控制加速度，以实现所述动力系统响应于所述输出转矩请求的输出转矩。
8. 根据方案1所述的方法，其特征在于，还包括：在响应于所述基于发动机的输出转矩范围来控制所述发动机命令的情况下将所述变速器控制在可变范围中，并且响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围来同时地控制所述控制加速度，以实现所述动力系统响应于所述输出转矩请求的输出转矩。
9. 一种用于控制多模式动力系统的方法，所述动力系统包括致动器，所述致动器包括内燃发动机和具有输出转矩和输出加速度的输出部件，所述方法包括：
响应于输出转矩请求：
确定在第一反馈环中使用的发动机反馈项以便生成发动机转矩命令；
确定在第二反馈环中使用的输出加速度反馈项以便生成控制加速度命令；
提供从所述输出部件致动器至所述发动机致动器的期望的控制加速度范围，所述期望的控制加速度范围用于实现所述输出转矩中的过渡；
执行双闭环控制方案，包括：同时地使用所述第一反馈环中的所述发动机反馈项和所述期望的控制加速度范围，以生成所述发动机转矩命令来控制所述发动机，和使用所述第二反馈环中的所述输出加速度反馈项来生成所述控制加速度命令，以响应于所述输出转矩请求控制所述输出部件。
10. 根据方案9所述的方法，其特征在于，用于实现所述输出转矩中的过渡的所述期望的控制加速度范围包括：用于在齿轮间隙事件期间实现所述输出转矩中的过渡的所述期望的控制加速度范围。
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用于控制系统的双闭环控制方案的实施例，该系统包括第一致动器、第二致动器和转矩/输出致动器，其包括多模式变速器和一个或多个转矩机器，转矩机器构造成生成输出转矩；以及
图3-1和图3-2示出了根据本公开内容的图2中所示的控制方案的操作，包括在固定档位范围和可变模式范围中强加关于时间的各种转矩约束。
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的电能储存装置（ESD)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。ESD 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，旋转速度乘以发动机转矩，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。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(ESD)85中的电势的能量转换的结果而生成。ESD 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ESD 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ESD 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ESD 85以使ESD 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ESD85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，包括产生输出转矩请求。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。以规则间隔执行的例行程序可被称为循环。
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
对发动机的环到环的输出转矩命令通过单独的反馈输出转矩范围联接至控制加速度命令。双闭环控制方案200介入，以同时地改变发动机和控制加速度命令，以确保下一个环输出转矩保持在输出转矩范围内以提供平稳的输出转矩形状，尤其是在需要精密控制如在齿轮间隙（gear lash）过渡期间。发动机命令的介入涉及偏离正常期望响应来通过火花削减发动机转矩，或通过节流和/或燃料控制来升高空气转矩。控制加速度的介入涉及偏离所期望的加速度轮廓。
图2示意性地示出了双闭环控制方案200的实施例，包括：包括发动机的第一致动器212、包括控制加速度的第二致动器214、包括联接到多模式变速器上的内燃发动机的转矩/输出致动器262，多模式变速器包括构造成响应于输出转矩命令205对输出部件生成输出转矩265的一个或多个转矩机器。控制方案200可在本文所述的构想应用于其上的任何适合的转矩/输出致动器262上使用，包括参照图1描述的联接的动力系统100的实施例。来自于转矩/输出致动器262的第一反馈环包括包括基于发动机的输出转矩范围263的反馈范围，所述输出转矩范围263用于控制第一致动器212，即，发动机。第二反馈环包括包括基于控制加速度的输出转矩范围267的反馈范围，输出转矩范围267用于控制第二致动器214，即，控制加速度。在一个实施例中，第二致动器214包括如本文所述的来自于变速器10的输出部件加速度。所期望的控制加速度范围211输出自第二致动器214且被提供至第一致动器212，指示控制加速度范围以便实现输出转矩265中的过渡，例如用于齿轮间隙管理。
图3-1和图3-2图解示出了控制方案200的操作，包括在如本文所述的情形下强加关于时间的各种转矩约束。这包括在如图3-1中所示的固定档位范围中操作和在如图3-2中所示的可变模式范围中操作。双闭环控制方案200提供在正在进行的操作期间来自于第一循环的输出转矩265至紧随其后的第二循环的协调联接，包括通过单独的反馈输出转矩范围控制发动机和控制加速度命令来成形输出转矩265的轨迹，其中输出转矩范围分别包括最低输出转矩控制加速度267-1和最高输出转矩控制加速度267-2，且分别包括最低基于发动机的输出转矩范围263-1和最高基于发动机的输出转矩范围263-2。基于控制加速度的输出转矩范围267和基于发动机的输出转矩范围263的相对大小可指示与发动机转矩命令相比的控制加速度命令的相对优先次序。控制方案200构造成：通过改变发动机命令213和控制加速度命令215中的一者或两者来干预转矩/输出致动器262的控制，以确保用于下一个环的输出转矩命令265保持在输出转矩范围内，以提供平稳的输出转矩形状，包括在需要精密转矩控制时的操作状态期间，例如，间隙过渡。改变发动机命令213包括通过火花控制偏离正常期望响应来降低发动机转矩，或通过节流控制偏离正常期望响应来增大控制转矩。改变控制加速度命令215包括偏离期望加速度轮廓，且因此允许较长的时间来执行转换。发动机命令213与控制加速度命令215之间的优先次序由相应的输出转矩范围的相对大小规定。例如，响应于驾驶员松开（tip out）加速踏板，优先次序可包括优先使用发动机命令213来延迟火花正时以满足期望的控制加速度。替代地，在操作员松开时，优先次序可包括优先使用控制加速度命令215来满足期望的控制加速度，且未延迟火花正时，且改为花费较长的时间量来执行转换。
输出转矩请求205被生成且输入到转矩/输出致动器262，致动器262生成输出转矩命令265，输出转矩命令265用于控制转矩/输出致动器262的元件的操作。转矩/输出致动器262还生成用于第一反馈环和第二反馈环的信号，包括输入到第一致动器212的基于发动机的输出转矩范围263，以及输入到第二致动器214的基于控制加速度的输出转矩范围267。基于发动机的输出转矩范围263包括可允许的最低发动机输出转矩和最高发动机输出转矩以便在下一个循环中执行期间控制第一致动器212即发动机的操作。基于控制加速度的输出转矩范围267包括在下一个循环中执行期间用于控制第二致动器214的可允许的最低控制加速度和最高控制加速度。
第一致动器212响应于基于发动机的输出转矩范围263和由第二致动器214生成的期望的控制加速度211来生成用于控制操作的多个发动机命令213。发动机命令213优选地包括：即时发动机转矩请求、预计的发动机转矩请求、以及发动机空气转矩请求。预计的发动机转矩请求为响应于输出转矩请求的发动机转矩请求，且代表长期的预期发动机转矩。因此，预计的发动机转矩请求响应于操作员踩下（tip in）加速踏板而立即增大，且响应于操作员松开加速踏板而立即减小。即时发动机转矩请求代表响应于基于发动机的输出转矩范围263来控制发动机的发动机转矩命令。发动机使用快速发动机致动器，例如，火花正时控制或燃料喷射正时控制，或慢致动器，例如，节流/质量空气控制或燃料质量控制，以响应于即时发动机转矩请求来控制发动机转矩输出。发动机空气转矩请求代表用于仅使用慢致动器（例如节流/质量空气控制或燃料质量控制）控制发动机的发动机转矩命令，以确保发动机响应于输出转矩请求或预计的发动机转矩请求在MBT火花点下操作。参照图3-1和图3-2来示出前述发动机命令213的实例。
当在可变模式中的一个下操作时，动力系统100的各种元件之间的转矩和速度可如下表示在等式[1]和等式[2]的关系中。当在固定档位中的一个下操作时，动力系统100的各种元件之间的转矩和速度可如下表示在等式[3]和等式[4]的关系中。
Figure 341900DEST_PATH_IMAGE002
Figure 2013103412600100002DEST_PATH_IMAGE003
Figure 321357DEST_PATH_IMAGE004
其中，TA为用于第一转矩机器60的转矩命令；
TB为用于第二转矩机器62的转矩命令；
TI 为来自于发动机12的输入转矩命令；
TO为来自于变速器10的输出转矩命令；
NI为来自于发动机12的输入部件速度；
NO 为来自于变速器10的输出部件速度；
Figure 2013103412600100002DEST_PATH_IMAGE005
 为来自于发动机12的输入部件加速度，且可在一个实施例中用作控制加速度；
Figure 914144DEST_PATH_IMAGE006
 为来自于变速器10的输出部件加速度，且优选地用作本文所述的控制加速度；
NA为第一转矩机器60的速度;
NB 为第二转矩机器62的速度;
[A2] 代表系统特有的标量值的3x4的矩阵;
[B2] 代表系统特有的标量值的1x3的矩阵;
[A3] 代表系统特有的标量值的1x4的矩阵; 以及
[B3] 代表系统特有的标量值的2x2的矩阵。
图3-1图解示出了关于经过时间的多个动力系转矩，且绘出了在使用双闭环控制方案200的实施例的情况下、在变速器10运行在固定档位范围中的一个中时动力系统100的实施例的操作。当变速器10在固定档位范围中的一个中运行时，使用等式[3]和[4]的形式的控制方程建立转矩关系和加速度关系。与控制加速度相关联的第二致动器214关于发动机212的操作而操作，且没有独立控制。因此，包括输入到第二致动器214的基于控制加速度的输出转矩范围267的第二反馈环基本上不起作用。
图3-1的上部示出了输出转矩命令265，其响应于关于水平轴线310上的经过时间的在垂直轴线302上的输出转矩请求205和基于发动机的输出转矩范围263。图3-1的下部示出了关于水平轴线310上的经过时间的在垂直轴线302'上的多个发动机转矩请求213。基于发动机的输出转矩范围包括最低基于发动机的输出转矩263-1和最高基于发动机的输出转矩263-2，它们被确定以确保用于下一次循环的输出转矩提供平稳的输出转矩形状，以消除或最少化由可由车辆操作员辨别的发动机转矩中的变化引起的传动系转矩扰动。图3-1的上部中示出了最低基于发动机的输出转矩263-1和最高基于发动机的输出转矩263-2。最低基于发动机的输出转矩263-1和最高基于发动机的输出转矩263-2用于计算分别包括最低发动机转矩约束213-4和最高发动机转矩约束213-5的发动机转矩约束，这在图3-1的下部示出。
如所示，在时间点311处，输出转矩请求205例如响应于由车辆操作员松开加速踏板而突然减小，这导致预计的发动机转矩请求213-1的对应减小。发动机12优选使用发动机空气转矩请求213-3来命令对输出转矩请求205的响应，除非发动机12由于系统潜在因素而不能实现输出转矩请求205。当发动机不能使用发动机空气转矩响应213-3来实现输出转矩请求205时，即时发动机转矩请求213-2用于控制发动机12的操作，以确保来自于发动机12的转矩输出在最低基于发动机的输出转矩263-1与最高基于发动机的输出转矩263-2之间。此类操作示为在时间点311处开始。
在时间点312和313之间，变速器10经历间隙事件，其中传动系中施加的转矩的方向从第一方向过渡至第二方向。在过渡发生在间隙事件期间的情况下，在松开事件中，施加的转矩从第一状态过渡至第二状态，在第一状态中，发动机将转矩主动地施加至变速器，在第二状态中，变速器将转矩主动地施加至发动机。如所示，在时间点313处的间隙事件结束时，输出转矩命令265改变，使得发动机12能够使用发动机空气转矩响应213-3来实现输出转矩请求205。此类操作发生，直到时间点314，在该点处，发动机12再次不能使用发动机空气转矩响应213-3来实现输出转矩请求205，且再次使用即时发动机转矩请求213-2来控制发动机12的操作。此类操作继续直到时间点315，此时预计的发动机转矩请求213-1随输出转矩命令265收敛，所述输出转矩命令265在最低基于发动机的输出转矩263-1和最高基于发动机的输出转矩263-2内，因此允许发动机12使用发动机空气转矩响应213-3的操作。
图3-2图解示出了关于经过时间的多个动力系转矩，且绘出了在使用双闭环控制方案200的实施例的情况下在变速器10在可变模式范围中的一个下操作时动力系统100的实施例的操作。当变速器10在可变模式范围中的一个操作时，使用等式[1]和[2]的形式的控制方程建立转矩关系和加速度关系。第一致动器212和第二致动器214独立地受控。因此，包括基于控制加速度的输出转矩范围267的第二反馈环起作用。
图3-2包括上部、中部和下部。上部示出了输出转矩命令265，其响应于输出转矩请求205和如下反馈项，即分别包括最低输出转矩-发动机263-1和最高输出转矩-发动机263-2，且分别包括最低输出转矩-控制加速度267-1和最高输出转矩-控制加速度267-2。前述转矩关于水平轴线310上的经过时间绘制在垂直轴线304上。如所示，基于控制加速度输出转矩范围267的大小比基于发动机的输出转矩范围263的大小相对小。
中部包括多个控制加速度，其包括控制加速度命令215、期望的控制加速度范围211、改变的所期望的控制加速度范围211'，以及相应的最低的控制加速度267-3和最高的控制加速度267-4，其分别代表已经使用等式[1]和[2]转变成加速度的最低输出转矩-控制加速度267-1和最高输出转矩-控制加速度267-2。前述加速度关于水平轴线310上的经过时间绘制在垂直轴线304'上。所期望的控制加速度211包括所期望的控制加速度范围，其包括分别响应于输出转矩请求205的最低所期望的控制加速度211-1和最高所期望的控制加速度211-2。
下部包括多个发动机转矩请求213，其包括预计的发动机转矩请求213-1、发动机空气转矩响应213-3，以及发动机转矩约束，所述发动机转矩约束包括关于水平轴线310上的经过时间的在垂直轴线304''上的最低发动机转矩约束213-4和最高发动机转矩约束213-5。
如所示，在时间点321处，输出转矩请求205例如响应于由车辆操作员松开加速踏板而突然减小，这导致预计的发动机转矩请求213-1的对应减小。发动机12优选使用发动机空气转矩响应213-3来命令对输出转矩请求205的响应。最低控制加速度267-3和最高控制加速度267-4用于确定控制加速度命令215。所期望的控制加速度211和最低期望的控制加速度211-1和最高期望的控制加速度211-2响应于输出转矩请求205。
在时间点321紧后，期望的控制加速度211响应于输出转矩请求205减小，且小于最低控制加速度267-3。替代响应于期望的控制加速度211，控制加速度命令215偏离由最低控制加速度267-3限制的期望的控制加速度轮廓。这包括在时间点322处间隙事件开始时和在时间点323的间隙事件结束时的此类动作。因此，控制方案延长了控制加速度命令215的减小，而非响应于初始期望的控制加速度211。作为替代，命令改变的期望的控制加速度211'，这是期望的控制加速度211的时间上的延长。发动机空气转矩响应213-3保持在包括最低发动机转矩约束213-4和最高发动机转矩约束213-5的发动机转矩约束内，且因此不需要发动机转矩的进一步控制。在时间点324处，发动机空气转矩响应213-3随发动机转矩请求213-1收敛，且控制加速度命令215开始增大，随期望的控制加速度211收敛，因此实现了系统的正在进行的控制。因此，系统操作成改变控制加速度命令215，包括偏离期望的加速度轮廓来管理功率输出。
双闭环控制方案200实现了控制加速度和发动机转矩的联接的优先次序控制，其中对发动机的环到环的输出转矩命令通过单独的反馈输出转矩范围联接至控制加速度命令。根据需要，双环控制方案200介入，以改变发动机命令和控制加速度命令来确保下一个环输出转矩保持在输出转矩范围内以提供平稳的输出转矩形状，尤其是在需要精密控制时如在间隙过渡期间。发动机命令的介入涉及偏离正常期望响应来通过火花延迟减小发动机转矩，或通过节流来升高空气转矩。控制加速度的介入涉及偏离所期望的加速度轮廓。发动机转矩与控制加速度之间的介入的优先次序可由相应的输出转矩范围的相对大小来规定。例如，在操作员松开时，将作出延迟火花加速或延长转换时间的决定来实现期望的控制。这允许控制方案响应于日益严厉的电池组功率要求和变速器范围状态要求，这将发动机转矩和控制加速度直接地联接至输出转矩，因此允许了功率/转矩致动器中所有的同时协调。在这些约束的状态中，输出转矩变为较大地或完全地由组合的环到环发动机和控制加速度命令规定。双闭环控制方案200允许环到环的输出转矩(包括输出转矩轨迹成形)的协调联接，其中发动机和控制加速度命令通过单独的反馈输出转矩范围到达各个。
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)

1.一种用于控制动力系统的方法，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：
响应于输出转矩请求：
执行双闭环控制方案，包括确定在第一反馈环中使用的基于发动机的输出转矩范围，且同时确定在第二反馈环中使用的基于控制加速度的输出转矩范围；
响应于所述基于发动机的输出转矩范围来控制发动机命令，以及响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围来同时地控制控制加速度，以实现所述动力系统响应于所述输出转矩请求的输出转矩。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于所述基于发动机的输出转矩范围控制发动机命令包括：
基于所述基于发动机的输出转矩范围的最低状态来确定最低发动机转矩约束，以及基于所述基于发动机的输出转矩范围的最高状态来确定最高发动机转矩约束；以及
响应于所述最低发动机转矩约束和所述最高发动机转矩约束来生成发动机命令。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，响应于所述最低发动机转矩约束和所述最高发动机转矩约束生成发动机命令包括：使用发动机空气转矩请求来控制所述发动机响应于所述输出转矩请求的操作。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：在所述发动机空气转矩请求超过所述最低发动机转矩约束和所述最高发动机转矩约束中的一者时，使用即时发动机转矩请求来控制所述发动机响应于所述输出转矩请求的操作。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围控制所述控制加速度包括：
基于所述基于控制加速度的输出转矩范围的最低状态确定最低控制加速度和最低期望控制加速度；
基于所述基于控制加速度的输出转矩范围的最高状态确定最高控制加速度和最高期望控制加速度；以及
响应于所述最低控制加速度和所述最高控制加速度以及所述最低期望控制加速度和所述最高期望控制加速度来生成控制加速度命令。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，响应于所述最低控制加速度和所述最高控制加速度以及所述最低期望控制加速度和所述最高期望控制加速度来生成控制加速度命令包括：改变所述最低期望控制加速度和所述最高期望控制加速度，以偏离期望加速度轮廓来管理输出功率，同时响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围来控制所述控制加速度，以实现所述动力系统响应于所述输出转矩请求的输出转矩。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在响应于所述基于发动机的输出转矩范围来控制所述发动机命令的情况下将所述变速器控制在固定档位范围中，并且响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围来同时地控制所述控制加速度，以实现所述动力系统响应于所述输出转矩请求的输出转矩。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：在响应于所述基于发动机的输出转矩范围来控制所述发动机命令的情况下将所述变速器控制在可变范围中，并且响应于所述基于控制加速度的输出转矩范围来同时地控制所述控制加速度，以实现所述动力系统响应于所述输出转矩请求的输出转矩。
9.一种用于控制多模式动力系统的方法，所述动力系统包括致动器，所述致动器包括内燃发动机和具有输出转矩和输出加速度的输出部件，所述方法包括：
响应于输出转矩请求：
确定在第一反馈环中使用的发动机反馈项以便生成发动机转矩命令；
确定在第二反馈环中使用的输出加速度反馈项以便生成控制加速度命令；
提供从所述输出部件致动器至所述发动机致动器的期望的控制加速度范围，所述期望的控制加速度范围用于实现所述输出转矩中的过渡；
执行双闭环控制方案，包括：同时地使用所述第一反馈环中的所述发动机反馈项和所述期望的控制加速度范围，以生成所述发动机转矩命令来控制所述发动机，和使用所述第二反馈环中的所述输出加速度反馈项来生成所述控制加速度命令，以响应于所述输出转矩请求控制所述输出部件。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，用于实现所述输出转矩中的过渡的所述期望的控制加速度范围包括：用于在齿轮间隙事件期间实现所述输出转矩中的过渡的所述期望的控制加速度范围。
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