CN103569124A - 用于选择多模式动力系统的发动机操作状态的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于选择多模式动力系统的发动机操作状态的方法及设备。一种用于操作包括多模式变速器的动力系统的方法，该多模式变速器构造成在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩，该方法包括：执行第一搜索以确定响应于输出转矩请求的对于操作动力系统的在全气缸状态内的第一发动机操作点和对应的操作成本。执行第二搜索以确定响应于所述输出转矩请求的对于操作动力系统的在气缸停用状态内的第二发动机操作点和对应的操作成本。第一发动机操作点和第二发动机操作点中的一者基于操作成本选择为优选发动机操作点，且发动机被控制在全气缸状态与气缸停用状态中的对应一者中的优选发动机操作点下。

Description

用于选择多模式动力系统的发动机操作状态的方法及设备
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。已知的内燃发动机可构造成在全气缸状态和气缸停用状态中操作。
发明内容
一种用于操作包括多模式变速器的动力系统的方法，该多模式变速器构造成在发动机、转矩机器和传动系之间传递转矩，该方法包括：执行第一搜索以确定响应于输出转矩请求的对于操作动力系统的在全气缸状态内的第一发动机操作点和对应的操作成本。执行第二搜索以确定响应于所述输出转矩请求的对于操作动力系统的在气缸停用状态内的第二发动机操作点和对应的操作成本。第一发动机操作点和第二发动机操作点中的一者基于操作成本选择为优选发动机操作点，且发动机被控制在全气缸状态与气缸停用状态中的对应一者中的优选发动机操作点下。
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：
执行第一搜索以确定响应于输出转矩请求的对于操作所述动力系统的在全气缸状态内的第一发动机操作点和对应的操作成本，以及同时地执行第二搜索以确定响应于所述输出转矩请求的对于操作所述动力系统的在气缸停用状态内的第二发动机操作点和对应的操作成本；
基于所述操作成本将所述第一发动机操作点和所述第二发动机操作点中的一者选择为优选发动机操作点；以及
将所述发动机控制在所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的对应一者中的优选发动机操作点下。
2. 根据方案1所述的方法，其特征在于，执行所述第一搜索以确定所述第一发动机操作点包括：
迭代地生成穿过所述全气缸输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过所述全气缸发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将对应于所述候选功率成本的最低值的候选发动机速度和候选发动机转矩选择为所述第一发动机操作点。
3. 根据方案2所述的方法，其特征在于，确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的所述候选动力系操作点包括：确定在所述变速器操作在所选的变速器范围中时响应于所述输出转矩请求的用于所述转矩机器的优选操作参数。
4. 根据方案1所述的方法，其特征在于，执行所述第二搜索以确定所述第二发动机操作点包括：
确定气缸停用输入速度范围和气缸停用输入转矩范围；
迭代地生成穿过所述气缸停用输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过所述气缸停用发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将对应于所述候选功率成本的最低值的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩选择为所述第二发动机操作点。
5. 根据方案4所述的方法，其特征在于，确定所述气缸停用输入速度范围包括选择大于空转的最低输入速度。
6. 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：
对于所选的变速器范围：
执行第一搜索以确定响应于输出转矩请求的对于在所述所选的变速器范围中操作所述动力系统的在全气缸状态内的第一发动机操作点和对应的操作成本，以及
执行第二搜索以在单个循环期间确定响应于所述输出转矩请求的对于在所述所选的变速器范围中操作所述动力系统的在气缸停用状态内的第二发动机操作点和对应的操作成本；
执行仲裁方案来将所述第一发动机操作点和所述第二发动机操作点中的一者选择为优选发动机操作点；以及
控制所述动力系统的操作，包括：将所述变速器控制在所述所选的变速器范围中，以及将所述发动机控制在所述优选发动机操作点，以及将所述发动机控制在所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的对应的一者中。
7. 根据方案6所述的方法，其特征在于，执行所述第一搜索以确定所述第一发动机操作点包括：
迭代地生成穿过全气缸输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过全气缸发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将对应于所述候选功率成本的最低值的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩选择为所述第一发动机操作点。
8. 根据方案7所述的方法，其特征在于，确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的所述候选动力系操作点包括：确定在所述变速器操作在所述所选的变速器范围中时响应于所述输出转矩请求的用于所述转矩机器的优选操作参数。
9. 根据方案6所述的方法，其特征在于，执行所述第二搜索以确定所述第二发动机操作点包括：
确定气缸停用输入速度范围和气缸停用输入转矩范围；
迭代地生成穿过所述气缸停用输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过所述气缸停用发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将对应于所述候选功率成本的最低值的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩选择为所述第二发动机操作点。
10. 根据方案9所述的方法，其特征在于，确定所述气缸停用输入速度范围包括选择大于空转的最低输入速度。
11. 根据方案6所述的方法，其特征在于，控制所述动力系统的操作包括：在随后的循环期间将所述发动机控制在所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的对应一者中、和将所述变速器控制在所述所选的变速器范围中、以及将所述发动机控制在所述优选的发动机操作点中。
12. 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：
对于所选的变速器范围：
执行第一搜索以确定对于在全气缸状态内操作所述动力系统的全气缸优选成本，以及
执行第二搜索以确定对于在气缸停用状态内操作所述动力系统的气缸停用优选成本；
基于所述全气缸优选成本和所述气缸停用优选成本来选择所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的一者；
控制所述动力系统的操作，包括将所述发动机控制在与所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的所选择的一者对应的发动机操作点下。
13. 根据方案12所述的方法，其特征在于，执行所述第一搜索以确定所述全气缸优选成本包括：
迭代地生成穿过全气缸输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过全气缸发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将所述候选功率成本的最低值选择为所述全气缸优选成本。
14. 根据方案12所述的方法，其特征在于，执行所述第二搜索以确定所述气缸停用优选成本包括：
迭代地生成穿过气缸停用输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过气缸停用发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
选择包括所述候选功率成本的最低值的所述气缸停用优选成本。
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用于在全气缸状态中操作发动机的实施例的全气缸速度/负荷空间；
图3-2示出了根据本公开内容的用于在气缸停用状态中操作发动机的实施例的气缸停用速度/负荷空间；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气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。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的输出速度和旋转方向。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参照表1所述的各个变速器范围，或可对应于参照表1所示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，例行程序可以以被作为循环的规则间隔执行，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
发动机12在全气缸状态和气缸停用状态中的一者中以ON状态操作。气缸停用状态在低发动机负荷操作条件期间是优选的，以减小泵送损失，因此减少燃料消耗和排放。在高发动机负荷操作条件下需要在全气缸状态中操作来满足输出转矩请求。
一种用于在动力系统在所选的变速器范围中进行操作期间选择气缸停用状态和全气缸状态中的一者的过程包括：执行第一搜索以确定响应于输出转矩请求和变速器的输出速度的对于在全气缸状态中操作的第一发动机操作点和对应的第一操作成本，以及执行第二搜索以确定响应于输出转矩请求和变速器的输出速度的对于在气缸停用状态中操作的第二发动机操作点和对应的第二操作成本。第一搜索和第二搜索优选为同时执行。执行仲裁/稳定方案来选择第一发动机操作点和第二发动机操作点中的一者作为优选发动机操作点，并且选择全气缸状态和气缸停用状态中的一者作为优选状态。动力系统受控，包括将变速器控制在所选的变速器范围中，将发动机控制在优选状态中，以及将发动机控制在优选发动机操作点下。参照图2来描述用于实现该任务的示例性控制方案。
图2示意性地示出了用于评估多模式动力系统的操作的过程，包括在进行操作期间将发动机选择和控制在全气缸状态和气缸停用状态中的一者中。参照图2描述的过程可实施为控制参照图1描述的多模式动力系统100的实施例或具有类似功能的另一个动力系统的操作。该过程的各种元素在控制器中以适合的形式实施，适合的形式非限制地可包括硬件、算法、校准或另一种适合的形式。该过程包括执行第一搜索200以确定响应于输出转矩请求206和包括输出速度的其它系统操作参数208的优选的全气缸发动机操作点。优选的全气缸发动机操作点包括优选的全气缸发动机速度246和优选的全气缸发动机转矩248，以及对应的全气缸优选成本244。该过程包括执行第二搜索250以确定响应于输出转矩请求206的优选的气缸停用发动机操作点。优选的气缸停用发动机操作点包括优选的气缸停用发动机速度286和优选的气缸停用发动机转矩288，以及对应的气缸停用优选成本284。第一搜索200和第二搜索250可同时地执行，或以在各个循环期间产生对应的结果的方式执行。仲裁/稳定方案290选择第一发动机操作点和第二发动机操作点中的一者来作为优选的发动机操作点，且选择全气缸状态和气缸停用状态中的一者来作为优选状态。在紧随其后的循环期间，发动机在全气缸状态和气缸停用状态中的所选一个下使用优选的发动机操作点295来操作。
第一搜索200执行，以响应于输出转矩请求206和输出速度确定全气缸优选成本244和包括优选的全气缸发动机速度246和优选的全气缸发动机转矩248的对应的优选全气缸发动机操作点，且包括以下。全气缸输入速度范围202和全气缸输入转矩范围204被确定，且包含全气缸状态中的发动机的操作空间。图3-1图解示出了用于在全气缸状态中操作发动机12的实施例的全气缸速度/负荷空间310，包括全气缸输入速度范围202和全气缸输入转矩范围204。当在全气缸状态中操作时，输入速度范围202从发动机空转速度(例如，800RPM至1000RPM)横贯至最高可实现的发动机速度，即，安全最大速度（redline）。最高可实现的发动机速度是发动机构造特有的，且可在5000RPM至8000RPM的范围中。同样，在一个实施例中，输入转矩范围204从与发动机阻力转矩或泵送相关联的负转矩值(例如，-50Nm)横贯至响应于高负荷操作条件的最高发动机转矩输出(例如，＞300Nm)。最高速度和转矩值提供为用于示范的目的。全气缸输入速度范围202和输入转矩范围204提供为第一搜索引擎210的输入。
第一搜索引擎210优选为包括二维搜索引擎(搜索引擎)210，其迭代地生成穿过全气缸输入速度范围202的多个候选发动机速度Ne(j)212和穿过全气缸发动机转矩范围204的多个候选发动机转矩Te(j)214，其中各个都是迭代环220的输入。标示(j)指出了搜索引擎210的单个迭代。迭代环220包括系统转矩优化方案230和功率成本模型240。第一搜索引擎210使用适合的搜索方法来迭代地生成穿过全气缸输入速度范围202的多个候选发动机速度Ne(j)212和穿过全气缸发动机转矩范围204的多个候选发动机转矩Te(j)214。在一个实施例中，候选发动机速度Ne(j)212包含空转输入速度，1500RPM、2000RPM、2500RPM、3000RPM和3500RPM。在一个实施例中，多个候选发动机转矩Te(j)214包含-50Nm、0Nm、50Nm、100Nm、150Nm、250Nm和300Nm的转矩。在一个实施例中，搜索引擎210将输入速度范围202分成在空转和最高发动机速度极限之间的多个离散的发动机速度，且将输入转矩范围204分成在最低发动机转矩与最高发动机转矩之间的多个离散发动机转矩，其中搜索方案200在各个离散的负荷下对于各个离散的速度执行，以识别优选的全气缸发动机速度246和优选的全气缸发动机转矩248。
系统转矩优化方案230计算候选动力系操作点232，包括第一转矩机器60和第二转矩机器62的候选转矩命令的大小，以便在发动机12在全气缸状态中以候选发动机速度Ne(j)212和候选发动机转矩Te(j)214操作时响应于输出转矩请求206来控制动力系统100。
系统转矩优化方案230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、变速器范围207，以及动力系统操作参数208来确定候选动力系操作点232，其被优化成用于在全气缸状态中在变速器范围中的一个下操作。对于动力系统100的一个实施例，变速器范围207为参照表1描述的变速器范围中的所选的一个。动力系统操作参数208包括：输出速度，以及第一转矩机器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。候选动力系操作点232包括第一转矩机器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，响应于输出转矩请求206，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下操作时，变速器在所选的变速器范围207中操作，且发动机在全气缸状态中操作。
功率成本模型240使用功率成本函数来确定各个候选动力系操作点232的候选功率成本Pcost(j)242，操作点232包括第一转矩机器60和第二转矩机器62的候选转矩命令的大小，以便在发动机12在全气缸状态中以候选发动机速度Ne(j)212和候选发动机转矩Te(j)214操作时响应于输出转矩请求206来控制动力系统100。图3-1图解示出了由第一搜索200的功率成本模型240使用的示例性动力系操作成本315，以确定候选动力系操作点232的候选功率成本Pcost(j)242，包括发动机12响应于输出转矩请求206和输出速度来在全气缸状态中以候选发动机速度Ne(j)212和候选发动机转矩Te(j)214操作。图4示意性地示出了示例性功率成本函数400。
第二搜索250执行，以确定响应于输出转矩请求206和输出速度的气缸停用优选成本284和对应的优选气缸停用发动机速度286和优选气缸停用发动机转矩288，且包括以下。气缸停用输入速度范围252和气缸停用输入转矩范围254被确定，且包含在气缸停用状态中的发动机12的操作范围。图3-2图解示出了在气缸停用状态中操作发动机12的实施例的气缸停用速度/负荷空间320，包括气缸停用输入速度范围252和气缸停用输入转矩范围254。当在气缸停用状态中操作时，输入速度范围252从最低速度(例如，1000RPM)横贯至气缸停用发动机速度阈值，该阈值小于全气缸状态中的最高可实现的发动机速度，且对于发动机构造是特有的。如图所示，气缸停用发动机速度阈值为3000RPM。同样，在一个实施例中，输入转矩范围254从与发动机阻力转矩或泵送相关联的负转矩值(例如，-50Nm)横贯至气缸停用发动机转矩输出阈值，例如，150Nm。阈值速度和转矩值提供为示范的目的。气缸停用输入速度范围252和气缸停用输入转矩范围254提供为第二搜索引擎260的输入。
第二搜索引擎260类似于第一搜索引擎210，且优选为包括二维搜索引擎(搜索引擎)260，其迭代地生成穿过气缸停用输入速度范围252的多个候选发动机速度Ne(k)262，以及穿过气缸停用输入转矩范围254的多个候选发动机转矩Te(k)264，各个均为迭代环265的输入。标示(k)指出了搜索引擎260的单个迭代。第二搜索引擎250使用适合的方法来迭代地生成穿过气缸停用输入速度范围252的多个候选发动机速度Ne(k)262和穿过气缸停用输入转矩范围254的多个候选发动机转矩Te(k)264。迭代环265的结构类似于迭代环220，包括系统转矩优化方案270和功率成本模型280。在一个实施例中，候选发动机速度Ne(k)262包含1000RPM、1500RPM、2000RPM、2500RPM、3000RPM（和3500RPM）的输入速度。在一个实施例中，候选发动机转矩Te(k)264包含-50Nm、0Nm、50Nm、100Nm、150Nm的转矩。搜索引擎260将输入速度范围202分成在最低速度与最高速度之间的多个离散的发动机速度，且将输入转矩范围204分成在最低发动机转矩与最高发动机转矩之间的多个离散发动机转矩，其中搜索方案200在各个离散的负荷下对于各个离散的速度执行，以识别优选的气缸停用发动机速度286和优选的气缸停用发动机转矩288。
系统转矩优化方案270计算候选动力系操作点272，包括第一转矩机器60和第二转矩机器62的候选转矩命令的大小，以便在发动机12在气缸停用状态中以候选发动机速度Ne(k)262和候选发动机转矩Te(k)264操作时响应于输出转矩请求206和输出速度来控制动力系统100。
系统转矩优化方案270使用候选发动机速度Ne(k)262、候选发动机转矩T(k)264、输出转矩请求206、变速器范围207，以及动力系统操作参数208来确定优化的候选动力系操作点272来用于在气缸停用状态中在变速器范围中的一个下操作。变速器范围207对应于为第一搜索200所选的变速器范围。动力系统操作参数208包括：输出速度，以及第一转矩机器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。最优的候选动力系操作点282包括第一转矩机器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，响应于输出转矩请求206，在发动机在候选发动机速度Ne(k)262和候选发动机转矩T(k)264下操作时，变速器在所选的变速器范围207中操作，且发动机在气缸停用状态中操作。
功率成本模型280使用功率成本函数来确定各个候选动力系操作点272的候选功率成本Pcost(k)282，操作点272包括第一转矩机器60和第二转矩机器62的候选转矩命令的大小，以便在发动机12在气缸停用状态中以候选发动机速度Ne(k)262和候选发动机转矩Te(k)264操作时响应于输出转矩请求206来控制动力系统100。图4示意性地示出了示例性功率成本函数400。图3-2图解示出了由第二搜索250的功率成本模型280使用的示例性动力系操作成本315，以确定候选动力系操作点272的候选功率成本Pcost(k)282，包括发动机12响应于输出转矩请求206在气缸停用状态中以候选发动机速度Ne(k)262和候选发动机转矩Te(k)264操作。图4示意性地示出了示例性功率成本函数400。
图3-1图解示出了用于在全气缸状态中操作发动机12的实施例的全气缸速度/负荷空间310，包括参照图2的全气缸输入速度范围202和全气缸输入转矩范围204。输出速度在水平轴线302上示出，而输入转矩在垂直轴线304上示出。全气缸速度/负荷空间310包括范围从相对低的成本(0)至相对高的成本(30)的多个动力系操作成本315。使用参照图4描述的功率成本函数400来确定动力系操作成本315。动力系操作成本315由第一搜索200的功率成本模型240使用。动力系操作成本315用于确定当发动机在全气缸状态中操作时的对应于包括候选发动机速度Ne(j)212和候选发动机转矩T(j)214的各个发动机操作点的候选功率成本Pcost(j)242。
图3-2图解示出了在气缸停用状态中操作发动机12的实施例的气缸停用速度/负荷空间320，包括参照图2的气缸停用输入速度范围252和气缸停用输入转矩范围254。输出速度在水平轴线302上示出，而输入转矩在垂直轴线304上示出。气缸停用速度/负荷空间320包括范围从相对低的成本(0)至相对高的成本(30)的多个动力系操作成本315。动力系操作成本315用于确定当发动机在气缸停用状态中操作时的对应于包括候选发动机速度Ne(k)262和候选发动机转矩T(k)264的各个发动机操作点的候选功率成本Pcost(k)282。
在各个循环期间，仲裁/稳定方案290选择第一发动机操作点和第二发动机操作点中的一者来作为优选发动机操作点，且选择全气缸状态和气缸停用状态中的一者来作为优选状态。优选发动机操作点为具有最低成本的优选气缸停用发动机操作点和优选全气缸发动机操作点中的一者，即，全气缸优选成本244和气缸停用优选成本284中的最低值。稳定方案还控制操作来使用滞后和其它适合的技术使全气缸状态与气缸停用状态之间的变换最小化。
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20、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。功率成本函数400可被应用以确定在发动机操作范围上的在所选的发动机操作点下操作的总功率成本。参照图3-1和图3-2绘出了功率成本函数400的示例性结果。
此类操作允许控制系统说明作为分立的发动机状态的气缸停用，从而便于全气缸状态和气缸停用状态的独立优化。该操作改善了全气缸状态和气缸停用状态的搜索稳健性，且可改善燃料经济性，可结合滞后使用来减少全气缸状态与气缸停用状态之间变换的繁忙，且可用于引入有利于在状态中的一个下操作的偏差。
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：
执行第一搜索以确定响应于输出转矩请求的对于操作所述动力系统的在全气缸状态内的第一发动机操作点和对应的操作成本，以及同时地执行第二搜索以确定响应于所述输出转矩请求的对于操作所述动力系统的在气缸停用状态内的第二发动机操作点和对应的操作成本；
基于所述操作成本将所述第一发动机操作点和所述第二发动机操作点中的一者选择为优选发动机操作点；以及
将所述发动机控制在所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的对应一者中的优选发动机操作点下。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行所述第一搜索以确定所述第一发动机操作点包括：
迭代地生成穿过所述全气缸输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过所述全气缸发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将对应于所述候选功率成本的最低值的候选发动机速度和候选发动机转矩选择为所述第一发动机操作点。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的所述候选动力系操作点包括：确定在所述变速器操作在所选的变速器范围中时响应于所述输出转矩请求的用于所述转矩机器的优选操作参数。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行所述第二搜索以确定所述第二发动机操作点包括：
确定气缸停用输入速度范围和气缸停用输入转矩范围；
迭代地生成穿过所述气缸停用输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过所述气缸停用发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将对应于所述候选功率成本的最低值的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩选择为所述第二发动机操作点。
5. 根据权利要求4所述的方法，其特征在于，确定所述气缸停用输入速度范围包括选择大于空转的最低输入速度。
6. 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：
对于所选的变速器范围：
执行第一搜索以确定响应于输出转矩请求的对于在所述所选的变速器范围中操作所述动力系统的在全气缸状态内的第一发动机操作点和对应的操作成本，以及
执行第二搜索以在单个循环期间确定响应于所述输出转矩请求的对于在所述所选的变速器范围中操作所述动力系统的在气缸停用状态内的第二发动机操作点和对应的操作成本；
执行仲裁方案来将所述第一发动机操作点和所述第二发动机操作点中的一者选择为优选发动机操作点；以及
控制所述动力系统的操作，包括：将所述变速器控制在所述所选的变速器范围中，以及将所述发动机控制在所述优选发动机操作点，以及将所述发动机控制在所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的对应的一者中。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，执行所述第一搜索以确定所述第一发动机操作点包括：
迭代地生成穿过全气缸输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过全气缸发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将对应于所述候选功率成本的最低值的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩选择为所述第一发动机操作点。
8. 根据权利要求7所述的方法，其特征在于，确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的所述候选动力系操作点包括：确定在所述变速器操作在所述所选的变速器范围中时响应于所述输出转矩请求的用于所述转矩机器的优选操作参数。
9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，执行所述第二搜索以确定所述第二发动机操作点包括：
确定气缸停用输入速度范围和气缸停用输入转矩范围；
迭代地生成穿过所述气缸停用输入速度范围的候选发动机速度，以及迭代地生成穿过所述气缸停用发动机转矩范围的候选发动机转矩；
确定对于所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩中的各个的候选动力系操作点；
确定对于所述候选动力系操作点中的各个的候选功率成本；以及
将对应于所述候选功率成本的最低值的所述候选发动机速度和所述候选发动机转矩选择为所述第二发动机操作点。
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：
对于所选的变速器范围：
执行第一搜索以确定对于在全气缸状态内操作所述动力系统的全气缸优选成本，以及
执行第二搜索以确定对于在气缸停用状态内操作所述动力系统的气缸停用优选成本；
基于所述全气缸优选成本和所述气缸停用优选成本来选择所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的一者；
控制所述动力系统的操作，包括将所述发动机控制在与所述全气缸状态和所述气缸停用状态中的所选择的一者对应的发动机操作点下。
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