CN103569119B - 用于控制多模式动力系统的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于操作动力系统以在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的方法，包括响应于影响发动机功率输出的参数和输出转矩请求来识别速度/转矩搜索窗口。执行搜索以确定用于响应于输出转矩请求操作动力系统的优选发动机操作点。搜索包括对于在速度/转矩搜索窗口内的多个候选发动机速度和候选发动机转矩中的各个确定与在候选发动机转矩和候选发动机速度下操作动力系统的候选功率成本。优选发动机操作点确定为与候选功率成本的最小值相关联的候选发动机速度和候选发动机转矩。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。
由于外部因素和发动机和动力系的操作因素，最高发动机功率可降级（derate）。降级发动机功率的一种已知的外部因素为在高海拔处操作发动机和动力系统。降级发动机功率的一种已知的发动机和动力系操作因素为使用具有比发动机被设计使用的辛烷水平低的燃料来操作发动机，因此导致火花延迟而减少发动机的提前点火。
发明内容
一种用于操作动力系统以在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩的方法，包括响应于影响发动机功率输出的参数和输出转矩请求来识别速度/转矩搜索窗口。执行搜索以确定响应于输出转矩请求用于操作动力系统的优选发动机操作点。搜索包括对于在速度/转矩搜索窗口内的多个候选发动机速度和候选发动机转矩中的各个确定与在候选发动机转矩和候选发动机速度下操作动力系统的候选功率成本。优选发动机操作点确定为与候选功率成本的最小值相关联的候选发动机速度和候选发动机转矩。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：
响应于影响发动机功率输出的参数识别速度/转矩搜索窗口；
执行搜索来确定用于响应于输出转矩请求操作所述动力系统的优选发动机操作点，所述搜索包括：
对于所述速度/转矩搜索窗口内的多个候选发动机速度和候选发动机转矩中的每个，确定与在所述候选发动机转矩和候选发动机速度下操作所述动力系统相关联的候选功率成本，以及
确定包括与所述候选功率成本的最小值相关联的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩的优选发动机操作点；以及
响应于所述优选发动机操作点来控制发动机操作。
2. 根据方案1所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口。
3. 根据方案2所述的方法，其特征在于，响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力下降来扩展最高发动机速度搜索极限。
4. 根据方案1所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于用以减少提前点火的火花点火正时补偿来识别速度/转矩搜索窗口。
5. 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：
对于多个候选变速器范围中的每个：
响应于影响发动机功率输出的参数识别速度/转矩搜索窗口；
执行搜索以确定用于响应于输入转矩请求在所述候选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：
对于在所述速度/转矩搜索窗口内的多个候选发动机速度和候选发动机转矩中的每个，确定与在所述候选发动机转矩和候选发动机速度下在所述候选变速器范围中操作所述动力系统相关联的候选功率成本，以及
确定对于所述候选变速器范围来说的包括与所述候选功率成本的最小值相关联的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩的优选发动机操作点；
选择包括对于所述候选变速器范围来说的与所述最低候选功率成本的最小值对应的多个候选变速器范围中的一者的优选变速器范围；以及
将所述变速器控制在所述优选变速器范围，且将所述发动机控制在所述相关联的优选发动机操作点。
6. 根据方案5所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口。
7. 根据方案6所述的方法，其特征在于，响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力下降来扩展最高发动机速度搜索极限。
8. 根据方案5所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于用以减少提前点火的火花点火正时补偿来识别速度/转矩搜索窗口。
9. 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：
监测影响发动机功率输出的参数；
监测输出转矩请求；
响应于影响发动机功率输出的所述参数来识别速度/转矩搜索窗口；
执行搜索以确定响应于所述输出转矩请求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：
对于在所述速度/转矩搜索窗口内的多个候选发动机操作点中的每个确定与操作所述动力系统相关联的候选功率成本，以及
确定包括与所述候选功率成本的最小值相关联的所述候选发动机操作点的优选发动机操作点；以及
将所述变速器控制在所述变速器范围中，且响应于所述优选发动机操作点控制发动机操作。
10. 根据方案9所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口。
11. 根据方案10所述的方法，其特征在于，响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力下降来扩展最高发动机速度搜索极限。
12. 根据方案9所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于用以减少提前点火的火花点火正时补偿来识别速度/转矩搜索窗口。
13. 根据方案9所述的方法，其特征在于，执行所述搜索以确定优选发动机操作点包括执行所述搜索以确定用于在全气缸状态下操作所述发动机的所述优选发动机操作点。
14. 根据方案9所述的方法，其特征在于，执行所述搜索以确定优选发动机操作点包括执行所述搜索以确定用于在气缸停用状态下操作所述发动机的所述优选发动机操作点。
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速度/转矩搜索窗口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示出了根据本公开内容的关于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发动机功率输出的多个速度/转矩搜索窗口；
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模型；以及
图5示出了根据本公开内容的多个搜索方案，其构造成在变速器在不同候选变速器范围中操作的情况下响应于输出转矩请求操作动力系统时响应于速度/转矩搜索窗口确定优选发动机速度和转矩输出，以及对应的功率成本。
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，包括命令输出转矩请求和选择变速器范围。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。变速器范围选择器114的操作者可选择位置可直接地对应于表1所述的各个变速器范围，或可对应于表1所述的变速器范围的子集。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
一种操作参照图1描述的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，包括执行预定速度/转矩搜索窗口的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下操作动力系统的优选发动机操作点。搜索识别和补偿影响发动机功率输出的因素(包括降级发动机功率的因素，如海拔和燃料能量)，且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，从而补偿包括降级发动机功率的那些因素的影响发动机功率输出的因素。
图2示意性地示出了搜索方案200，其使用搜索引擎210，以便确定当在变速器10在所选择的范围207中的情况下响应于输出转矩请求206操作动力系统100时在预定速度/转矩搜索窗口320内的优选发动机速度Ne*252和优选发动机转矩输出Te*254。搜索方案200还生成与优选发动机速度Ne*252和优选发动机转矩输出Te*254相关联的功率成本P*256。预定速度/转矩搜索窗口320基于可指示发动机功率降级的一个或多个监测的参数205来选择。可指示发动机功率降级的参数包括指示车辆海拔的大气压力。可用于指示车辆海拔且因此降级的发动机功率的另一个适合的参数包括来自车辆GPS系统的输入。可指示发动机功率降级的参数包括用以减少提前点火的火花点火正时补偿，提前点火指示低辛烷燃料或低能量燃料。还可使用指示发动机功率降级的其它适合的参数。
图3图解示出了在稳态条件中的全气缸状态中操作的示例性发动机的发动机输出功率300，其中垂直轴线302上示出的发动机转矩与水平轴线304上示出的发动机速度相关。多个速度/转矩搜索窗口320,320'和320''分别关于发动机输出功率示出。发动机输出功率示为关于发动机速度的多个最低发动机转矩和最高发动机转矩。绘出的数据示出了发动机的功率输出，但并未反映出发动机的特定实施例。最低和最高的转矩线310和311示出了对于利用MBT火花下的已知良好燃料的在海平面处以加温状态在稳态条件下操作在全气缸状态中的发动机来说的关于发动机速度的发动机转矩能力。最低和最高的转矩线310和311分别绘出了发动机的最低转矩能力和最高转矩能力。最低转矩线312和最高转矩线313分别示出了对于在第一降级条件下操作在全气缸状态中在稳态条件下的相同发动机来说的关于发动机速度的发动机转矩能力。第一降级状态可包括发动机操作在高于海平面的海拔处例如在1000米的海拔处在利用MBT火花下的已知良好燃料在加温状态中。第一降级状态替代地可包括发动机在冷操作状态中在海平面处或利用引起发动机远离MBT火花操作的贫燃料、或限制发动机的转矩能力的其它条件操作。最低转矩线314和最高转矩线315分别示出了对于在第二降级条件下操作在全气缸状态中在稳态条件下的相同发动机来说的关于发动机速度的发动机转矩能力。第二降级状态可包括发动机操作在高于海平面的海拔处例如2000米的海拔处在利用MBT火花下的已知良好燃料在加温状态中在全气缸状态中。替代地第二降级状态可包括发动机操作在冷操作状态中在海平面处、或利用引起发动机远离MBT火花操作的贫燃料、或限制发动机的转矩能力的其它条件操作。
线350代表恒定发动机功率线。发动机功率关于发动机速度和转矩确定，其中功率按以下确定：功率=速度*转矩*常数。发动机操作点321,323和325在恒定的发动机功率线350上示出，其中各个均生成相同大小的发动机功率。第一速度/负荷操作点321代表最高转矩311下实现的发动机功率，即，在选择的发动机速度下的发动机的最高转矩能力。第二速度/负荷操作点323代表在发动机在第一降级状态下以最高转矩313操作时实现的发动机功率。第三速度/负荷操作点325代表在发动机在第二降级状态下以最高转矩315下操作时实现的发动机功率。因此，当发动机功率降级时，发动机速度必须增大来实现相同的发动机功率。该特征用于管理发动机操作来实现响应于总体动力系操作的发动机功率水平。
示例性第一速度/转矩搜索窗口320、第二速度/转矩搜索窗口320'和第三速度/转矩搜索窗口320''分别绘制为具有最低转矩极限和最高转矩极限，以及最低速度极限和最高速度极限。第一速度/转矩搜索窗口320、第二速度/转矩搜索窗口320'和第三速度/转矩搜索窗口320''分别具有相应的最低发动机转矩极限330,330'和330''和相应的最高发动机转矩极限335,335'和335''。最高发动机转矩极限335,335'和335''分别由对应的最高转矩311,321和331限制。如所示，最低发动机转矩极限330,330'和330''为相同的大小。最高发动机转矩极限335,335'和335''出于搜索窗口的目的而表现为相同大小，但由对应的最高转矩311,321和331限制。第一速度/转矩搜索窗口320、第二速度/转矩搜索窗口320'和第三速度/转矩搜索窗口320''分别具有对应的最低发动机速度极限340,340'和340''和对应的最高发动机速度极限345,345'和345''。如所示，最低发动机速度极限340,340'和340''为相同大小，但系统并未如此受限。最高发动机速度极限345,345'和345''随着发动机降级的增大而大小增大。速度/转矩搜索窗口限制搜索区域，但不可违反发动机的实际速度/转矩能力。因此，搜索执行的结果将不会命令发动机在发动机不能操作的速度/转矩操作点下操作。
第一搜索窗口320包括由最高可实现转矩限制的发动机转矩范围，以及第一发动机速度范围，例如，从900RPM至1300RPM。第一搜索窗口320包括第一速度/负荷操作点321，但不包括第二速度/负荷操作点323和第三速度/负荷操作点325。第二搜索窗口320'包括由最高可实现转矩限制的发动机转矩范围，以及第二发动机速度范围，例如，从900RPM至1600RPM。第二搜索窗口320'包括第一速度/负荷操作点321和第二速度/负荷操作点323，但不包括第三速度/负荷操作点325。第三搜索窗口320''包括由最高可实现转矩限制的发动机转矩范围，以及第二发动机速度范围，例如，从900RPM至2000RPM。第三搜索窗口320''包括第一速度/负荷操作点321、第二速度/负荷操作点323和第三速度/负荷操作点325。类似的搜索窗口组开发成且被应用于对于在稳态条件中在气缸停用状态操作的示例性发动机来说的发动机输出功率。搜索方案可执行为确定对于在完全发动机功率下在气缸停用状态下操作发动机和当发动机在降级的功率状态下操作时的优选发动机操作点和对应的优选变速器状态。
再次参看图2，搜索方案200使用搜索窗口320,320',320''中所选择的一个来确定速度范围202和转矩范围204，它们是二维搜索引擎(搜索引擎)210的输入。搜索引擎210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和多个候选发动机转矩T(j)214，各个均为迭代环250的输入。迭代环250使用系统转矩优化方案220和功率成本模型230来计算对于各个候选发动机速度Ne(j)212和各个候选发动机转矩T(j)214的候选功率成本Pcost(j)236。搜索引擎210在所有迭代中都监测候选功率成本Pcost(j)236。实现候选功率成本Pcost(j)236的最小值的候选发动机速度Ne(j)212和候选发动机转矩Te(j)214由搜索引擎210选择为优选发动机速度Ne*252和优选发动机转矩Te*254。优选发动机速度Ne*252、优选发动机转矩Te*254和对应的功率成本P*256基于穿过输入速度范围202和输入转矩范围204的多个迭代环的执行来识别。在一个实施例中，穿过输入速度范围202的迭代环包括将输入速度范围202分成对于预定速度/转矩搜索窗口320的在最低发动机速度极限340与最高发动机速度极限345之间的五个离散发动机速度，且将输入转矩范围204分成在最低发动机转矩极限330与最高发动机转矩极限335之间的五个离散发动机转矩，其中搜索方法200在各个离散速度的各个离散负荷下执行，以识别优选发动机速度Ne*252和优选发动机转矩Te*254。因此，将认识到的是，具有较宽输入速度范围(例如，在最低发动机速度极限340与对应的最高发动机速度极限345''之间)的搜索窗口比具有较窄输入速度范围(例如，在最低发动机速度极限340与对应的最高发动机速度极限345之间)的搜索窗口具有较低的分辨率且因此具有较低的搜索精度。
系统转矩优化方案220使用候选发动机速度Ne(j)212、候选发动机转矩T(j)214、输出转矩请求206、变速器的输出速度、变速器范围207和动力系统操作参数208来确定用于在变速器范围中的一个操作的最佳候选动力系操作点225。对于动力系统100的一个实施例，变速器范围207为表1中阐述的变速器范围中所选择的一个。动力系统操作参数208包括第一转矩机器60和第二转矩机器62的操作极限，例如，最低转矩和最高转矩，以及最低速度和最高速度，以及电池组85的操作极限例如包括最高放电极限、最高充电极限的电池组功率极限和当前充电状态。最佳候选动力系操作点225包括：在发动机在候选发动机速度Ne(j)212和候选发动机转矩T(j)214下操作以及变速器在所选择的变速器范围207中操作时响应于输出转矩请求206的用于第一转矩机器60和第二转矩机器62的操作参数例如转矩和速度、以及用于电池组85的优选操作参数例如电池组功率。功率成本模型230使用功率成本函数来确定用于在最佳候选动力系操作点225下操作动力系的候选功率成本P(j)236。参照图4来描述示例性功率成本模型230。
搜索引擎210基于所有候选发动机速度Ne(j)212和候选发动机转矩T(j)214的功率成本选择优选发动机速度Ne*252和优选发动机转矩Te*254。优选发动机速度Ne*252和优选发动机转矩Te*254为：导致在搜索窗口320内响应于输出转矩请求206在所选择的变速器范围207中操作动力系统100的最低总功率成本的候选发动机速度Ne(j)212和候选发动机转矩T(j)214，所述搜索窗口320被限制为经受降级发动机功率的那些因素的发动机的速度和转矩能力。优选的发动机速度Ne*252和优选的发动机转矩Te*254可被应用以将发动机12的操作控制在所选择的变速器范围207中，其中动力系统100的操作与此对应。
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模型230，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。到功率成本模型230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12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。功率成本模型230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和所选择的发动机状态下操作的总功率成本。
图5示意性地示出了多个搜索方案200,200'和200''，其构造成：在变速器10在不同候选变速器范围（包括如所示的候选变速器范围207,207'和207''）中的情况下在响应于输出转矩请求206操作动力系统100时，确定响应于预定速度/转矩搜索窗口320的优选发动机速度Ne*252、优选发动机转矩输出Te*254和对应的功率成本P*256。选择/仲裁方案260将候选变速器范围207,207'和207''中的一个选择为优选变速器范围，且作为响应来控制动力系统100的操作。
搜索方案200,200'和200''中的各个均类似于参照图2描述的搜索方案200。预定速度/转矩搜索窗口320确定为前文所述那样。各个搜索方案200,200'和200''使用搜索引擎210以在变速器10分别在候选变速器范围207,207'和207''中时响应于输出转矩请求206操作动力系统100的情况下在预定速度/转矩搜索窗口320内搜索。搜索方案200确定在变速器10处于第一候选变速器范围207中的情况下响应于输出转矩请求206操作动力系统100时的优选发动机速度Ne*252、优选发动机转矩输出Te*254和对应的功率成本P*256。搜索方案200'确定在变速器10处于第二候选变速器范围207'中的情况下响应于输出转矩请求206操作动力系统100时的优选发动机速度Ne*252'、优选发动机转矩输出Te*254'和对应的功率成本P*256'。搜索方案200''确定在变速器10处于第三候选变速器范围207''中的情况下响应于输出转矩请求206操作动力系统100时的优选发动机速度Ne*252''、优选发动机转矩输出Te*254''和对应的功率成本P*256''。将认识到的是，可存在与其它候选变速器范围相关联的额外搜索方案。
与多个候选变速器范围207,207'和207''相关联的前述速度252、转矩254和功率成本256为选择/仲裁框260的输入，其用作选择候选变速器范围207,207'和207''中的一个作为优选变速器范围267来用于控制变速器10，其中对应的速度252和转矩254用作用于控制发动机12的操作的优选速度262和转矩264。选择/仲裁框260使用滞后和其它策略来使变换繁忙最小化。
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 (14)

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：
响应于指示降级的发动机功率输出的参数来识别速度/转矩搜索窗口；
执行搜索来确定用于响应于输出转矩请求操作所述动力系统的优选发动机操作点，所述搜索包括：
对于所述速度/转矩搜索窗口内的多个候选发动机速度和候选发动机转矩中的每个，确定与在所述候选发动机转矩和候选发动机速度下操作所述动力系统相关联的候选功率成本，以及
确定包括与所述候选功率成本的最小值相关联的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩的优选发动机操作点；以及
当发动机功率输出降级时响应于所述优选发动机操作点来控制发动机操作。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力下降来扩展最高发动机速度搜索极限。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于用以减少提前点火的火花点火正时补偿来识别速度/转矩搜索窗口。
5.一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：
对于多个候选变速器范围中的每个：
响应于指示降级的发动机功率输出的参数来识别速度/转矩搜索窗口；
执行搜索以确定用于响应于输入转矩请求在所述候选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：
对于在所述速度/转矩搜索窗口内的多个候选发动机速度和候选发动机转矩中的每个，确定与在所述候选发动机转矩和候选发动机速度下在所述候选变速器范围中操作所述动力系统相关联的候选功率成本，以及
确定对于所述候选变速器范围来说的包括与所述候选功率成本的最小值相关联的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩的优选发动机操作点；
选择包括对于所述候选变速器范围来说的与所述候选功率成本的最小值对应的多个候选变速器范围中的一者的优选变速器范围；以及
当发动机功率输出降级时将所述变速器控制在所述优选变速器范围，且将所述发动机控制在所述相关联的优选发动机操作点。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力下降来扩展最高发动机速度搜索极限。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于用以减少提前点火的火花点火正时补偿来识别速度/转矩搜索窗口。
9.一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：
监测指示降级的发动机功率输出的参数；
监测输出转矩请求；
响应于指示降级的发动机功率输出的所述参数来识别速度/转矩搜索窗口；
执行搜索以确定响应于所述输出转矩请求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：
对于在所述速度/转矩搜索窗口内的多个候选发动机操作点中的每个确定与操作所述动力系统相关联的候选功率成本，以及
确定包括与所述候选功率成本的最小值相关联的所述候选发动机操作点的优选发动机操作点；以及
当发动机功率输出降级时将所述变速器控制在所述变速器范围中，且响应于所述优选发动机操作点控制发动机操作。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，响应于大气压力识别速度/转矩搜索窗口包括响应于大气压力下降来扩展最高发动机速度搜索极限。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，识别速度/转矩搜索窗口包括响应于用以减少提前点火的火花点火正时补偿来识别速度/转矩搜索窗口。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，执行所述搜索以确定优选发动机操作点包括执行所述搜索以确定用于在全气缸状态下操作所述发动机的所述优选发动机操作点。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，执行所述搜索以确定优选发动机操作点包括执行所述搜索以确定用于在气缸停用状态下操作所述发动机的所述优选发动机操作点。
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