CN103786719A - 混合动力车辆的控制系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制方法，其通过减少用于确定发动机离合器接合类型的时间，通过使得可以在对于同步法而言不利的运行状态下，例如在爬坡行驶、在拥堵地段行驶、或是在放电极限或接近于放电极限的情况下行驶的运行状态下，快速确定利用滑动法的接合类型，从而改进响应延迟，并且可以改进因在不能通过同步法实现接合的情况下不必要地使用电能引起问题的燃料经济性和电池SOC管理。

Description

混合动力车辆的控制系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请基于35U.S.C.§119(a)要求于2012年10月26日申请的韩国专利申请第10-2012-0120003号的利益，其全部内容并入本文以作参考。

技术领域

本发明涉及混合动力车辆的控制系统和方法，更具体地，涉及在装配有带TMED(安装有变速器的电气装置)的并联式混合动力总成(power train)的车辆中控制发动机离合器的系统和方法。

背景技术

混合动力总成的TMED通过使布置于发动机与电动机之间的发动机离合器接合/脱离而改变运行模式。为了控制发动机离合器，目前有至少两种类型的可获得的方法。方法之一为同步法，在该方法中，发动机-电动机的速度和加速度被同步，并且在预定时间施加液压接合压力。或者，可以使用滑动法(slip process)，其通过计算必要的变速器转矩，在逐渐施加液压时引起发动机-电动机滑动，从而利用发动机转矩。然后在电动机处于预定速度或高于预定速度时，施加液压接合压力。

为了适当地实施同步法，需要在配置过程中设置特定时刻。而且，在同步过程中发动机的动力并未被传递至车轮，因此仅有电动机的转矩被施加到车轮。因此，在同步过程中，电池迅速耗尽。然而，通过利用同步法，系统可以迅速提供驾驶者需要的转矩，因为在同步过程中，接合时间根据控制水平而降低。

此外，尽管在发动机离合器完全接合之前，通过对发动机离合器施加液压引起滑动而产生的转矩，以上提到的滑动法将动力传递至车轮，使得消耗的电能比较少，以便能够维持电池的SOC，但是根据在某些环境条件下可获得的发动机转矩和发动机离合器的液压性能，动力总成的性能会有不同。而且，液压施加根据发动机的怠速控制水平而受到限制，致使难以快速提供驾驶者所需的转矩。

如图1中所示的，在相关技术中，当从EV模式切换至HEV模式时，确定电动机速度是否达到基准速度至预定时间，其中用可以确保发动机稳定运转的电动机速度作为发动机离合器完全接合时的基准速度，当达到基准速度时，经由同步法控制发动机离合器，并且发动机离合器在同步法过程中尝试接合。经过一定时间之后，如果离合器仍未接合，则系统通过滑动法来接合发动机离合器。

然而，取决于当前的运行状态，以上控制方法花费一定时间来确定要使用何种类型的接合。因此，发动机离合器接合所耗费的时间增加，并且在转变接合类型时(即，当离合器不通过同步法接合时)产生不希望有的振动。因此，电能和燃料被不必要地消耗，并且燃料效率和SOC得不到保持。这是因为同步法在环境因素或运行状况难以满足适当实施同步法所需接合条件的运行环境(例如爬坡或在城市中低速行驶)之下进行尝试。

以上作为本发明的相关技术而提供的描述仅用于帮助理解本发明的背景，不应将其理解为包括在本领域技术人员已经知晓的相关技术中。

发明内容

本发明提供混合动力车辆的控制系统和方法，其可通过减少确定发动机离合器接合所使用的接合类型而花费的时间，通过以动力学方式作出决定以在不适合实施同步法(例如爬坡、在堵塞区域行驶、或在放电极限下行驶)的运行状态下使用滑动法，从而改进响应延迟。由此，以上控制方法改进了燃料效率，以及由于在接合不能通过同步法实现的情况下不必要地利用电能而引起的SOC问题。

为了实现本发明的目标，提供一种由安装在混合动力车辆内的控制器内的处理器执行的混合动力车辆的控制方法。具体而言，该方法包括：放电功率计算处理，配置成根据安装在车辆中的电池的当前状态来计算放电功率；速度极限值计算处理，配置成计算电动机转矩极限值时刻速度(motor torque limit time speed)(即，对应于所计算的放电功率，电动机转矩开始迅速降低时的电动机速度)；基准速度计算处理，配置成使用车辆当前的驱动力和行驶阻力来计算当发动机离合器完全接合时确保发动机稳定运转的基准电动机速度；速度比较处理，配置成将电动机转矩极限值时刻速度与基准电动机速度相比较；同步法实施处理，配置成当执行速度比较处理的结果是电动机转矩极限值时刻速度等于或大于基准电动机速度时，经同步法接合发动机离合器；转矩比较处理，配置成当执行速度比较处理的结果是电动机转矩极限值时刻速度小于基准电动机速度时，确定与放电功率对应的电动机转矩极限值是否为驾驶者需求转矩；以及滑动法实施处理，配置成当执行转矩比较处理的结果是电动机转矩极限值小于驾驶者需求转矩时，经由滑动法接合发动机离合器。

此外，本发明提供一种由安装在混合动力车辆内的控制器内的处理器执行的混合动力车辆的控制方法。具体而言，该方法包括：速度极限值计算处理，配置成根据安装在车辆上的电池的放电功率，计算电动机转矩极限值时刻速度(电动机转矩开始迅速降低时的电动机速度)；接合可能性确定处理，配置成考虑当前的驱动力和行驶阻力，确定发动机离合器是否可以在当前电动机速度达到电动机转矩极限值时刻速度(由于车辆速度经车辆的辅助驱动力而增加)所需的时间内接合；同步法实施处理，当处理器确定发动机离合器可以在当前电动机速度达到电动机转矩极限值时刻速度所用的时间内接合时，以同步法接合发动机离合器；转矩比较处理，当处理器确定发动机离合器在当前电动机速度达到电动机转矩极限值时刻速度所需的时间内不能接合时，确定与放电功率对应的电动机转矩极限值是否为驾驶者需求转矩或更大；以及滑动法实施处理，其在执行转矩比较处理的结果是电动机转矩极限值小于驾驶者需求转矩时，以滑动法接合发动机离合器。

附图说明

现在将参考在附图中图示的某些示例性实施方式对本发明的以上和其它特征进行详细说明，下文给出的这些实施方式仅仅用于示例说明，因此不是对本发明的限制，其中：

图1是图示根据相关技术的混合动力车辆的控制方法的流程图。

图2是图示根据本发明的混合动力车辆的控制方法的实例的流程图。

图3是示出与电池放电功率对应的电动机速度与转矩之间的关系的图。

应当理解，所附的附图并非必然是按比例的，而只是呈现说明本发明的基本原理的各种优选特征的一定程度的简化表示。本文公开的本发明的具体设计特征，包括，例如，具体尺寸、方向、位置和形状将部分取决于特定的既定用途和使用环境。

在附图中，附图标记在附图的几张图中通篇指代本发明的相同或等同部件。

具体实施方式

应理解，本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车，例如，包括多功能运动车(SUV)、公共汽车、卡车、各种商务车的客车，包括各种船只和船舶的水运工具，飞行器等等，并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如，来源于石油以外的资源的燃料)。如本文所提到的，混合动力车是具有两种或多种动力源的车辆，例如，具有汽油动力和电动力的车辆。

本文使用的术语仅仅是为了说明具体实施方式，而不是意在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一个、一种、该(a、an、the)”也意在包括复数形式，除非上下文中另外清楚指明。还应当理解的是，在说明书中使用的术语“包括(comprises和/或comprising)”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组。如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任何和所有组合。

尽管示例性实施方式被描述为利用多个单元来进行示例性处理，但应当理解示例性处理也可以由一个或多个模块完成。此外，应当理解，术语控制器指的是包括存储器和处理器的硬件设备。存储器配置为存储模块，并且处理器被具体配置为执行所述模块以进行以下进一步描述的一个或多个处理。

此外，本发明的控制逻辑可以实现为包含可由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于，ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、快闪驱动器、智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在连接网络的计算机系统中，以便，例如通过远程信息处理(telematics)服务器或控制器局域网(CAN)以分布式模式存储和执行计算机可读介质。

下面将详细地参照本发明的各个实施方式，其实施例在附图中图示，并在下文加以描述。

参照图2，本发明的混合动力车辆的控制方法包括：放电功率计算处理(S10)，该处理根据安装在车辆上的电池的当前状态来计算放电功率；速度极限值计算处理(S20)，该处理根据所计算的放电功率来计算电动机转矩极限值时刻速度，其中电动机转矩极限值时刻速度是指电动机的转矩开始迅速降低时的电动机速度；基准速度计算处理(S30)，该处理利用车辆当前的驱动力和行驶阻力，计算在发动机离合器完全接合时确保发动机稳定运转的基准电动机速度；速度比较处理(S40)，该处理将电动机转矩极限值时刻速度与基准电动机速度进行比较；同步法实施处理(S50)，当执行速度比较处理(S40)的结果是电动机转矩极限值时刻速度等于或大于基准电动机速度时，该处理通过同步法接合发动机离合器；转矩比较处理(S60)，当执行速度比较处理(S40)的结果是电动机转矩极限值时刻速度小于基准电动机速度时，该处理确定与放电功率对应的电动机转矩极限值是否为驾驶者需求转矩；以及滑动法实施处理(S70)，当执行转矩比较处理(S60)的结果是电动机转矩极限值小于驾驶者需求转矩时，该处理以滑动法接合发动机离合器。

也就是说，当从安装于车辆中的控制器的处理器接收到指令时，其中该指令由驾驶者操作加速踏板而给出并将EV(电动车辆)行驶状态切换成HEV(混合动力电动车辆)行驶状态，处理器通过放电功率计算处理(S10)和速度极限值计算处理(S20)，根据车辆当前状态，来确定电动机转矩是否在迅速降低，电动机速度在何时增加并达到预定速度。此外，处理器通过考虑到车辆的当前驱动力和行驶阻力而确定基准电动机速度(对应于当发动机离合器完全接合时能确保发动机稳定运转的车辆速度)，并且经由速度比较处理(S40)比较基准电动机速度，从而确定是要经同步法还是滑动法来接合发动机离合器。

在放电功率计算处理(S10)中根据电池的当前温度和SOC(荷电状态)来计算放电功率，并且其可以根据经预先检查电池而得到的对应温度或SOC而加以确定，并且其可被存储于例如控制器或车辆中另一控制器的存储器的映射数据库(map database)中。

如图3中所示，在速度极限值计算处理(S20)中，根据电池的放电功率由电动机的转矩-速度曲线来计算电动机转矩极限值时刻速度。如图3所示，通过选择与在放电功率计算处理(S10)中确定的放电功率相对应的曲线，图3中示出的与电动机速度相关的转矩曲线示出了预先存储的通过由制造商进行的检验和数据处理而得到的针对各个放电功率的电动机固有特性，以及在之前已经基本上保持恒定的转矩在随着电动机速度的增加而开始迅速降低时的位置处的速度(作为电动机转矩极限值时刻速度)。

作为参考，在图3中，对于一个放电功率的电动机速度的转矩曲线由实线表示，另一放电功率的转矩曲线由虚线示出作为示例。

在基准速度计算处理(S30)中，通过利用当前的驱动力和行驶阻力来计算车辆的加速度。接着，通过对加速度积分，来计算由当前车辆速度达到当发动机离合器完全接合时可确保发动机稳定运转的车辆速度所需的必要时间，其中积分区域为从当前车辆速度到如下的车辆速度，该速度在发动机离合器完全接合时能确保发动机稳定运转。接下来，通过对车辆加速度进行积分而得到基准车辆速度，其中积分区域为0至必要时间。随后，在基准车辆速度下考虑驱动轮的有效半径和车辆的总减速比(reduction gear ratio)，来计算变速器的输入轴的速度。最后，将变速器的输入轴的速度设置为基准电动机速度。

也就是说，因为当前驱动力是处于EV运行模式，所以电动机的转矩可以被驱动轮的有效半径划分，辅助驱动力可以通过从驱动力中减去当前运行状态下的行驶阻力而得到，并且可以考虑辅助驱动力、车辆的滚动阻力(rolling resistance)、空气阻力、爬坡阻力以及加速阻力而得到车辆的加速度，这可由本领域技术人员很好的理解，因此省略了对其的描述。

从当前车辆速度到可在发动机离合器完全接合时确保发动机稳定运转的车辆速度为积分区域，对在以上描述中得到的加速度关于速度进行积分，来计算由当前车辆速度达到当发动机离合器完全接合时可确保发动机稳定运转的车辆速度所需的必要时间。因此，考虑到以制造商预先实施的实验与分析的设计方式得到的当发动机离合器完全接合时可确保发动机稳定运转的发动机速度、与当前的档位齿轮(shiftinggear)对应的车辆总减速比以及驱动轮的有效半径，可以计算当发动机离合器完全接合时能够确保发动机稳定运转的车辆速度。

当使用如以上所述得到的必要时间，以0至必要时间为积分区域，对车辆加速度(根据车辆的当前驱动力和行驶阻力而得到)关于时间进行积分而得到基准速度时，在基准车辆速度下考虑总减速比和驱动轮有效半径，可以计算变速器的输入轴速度。如上所述计算的变速器输入轴速度为基准电动机速度，其为可以与电动机转矩极限值时刻速度相比较的单元，并且在速度比较处理(S40)中进行比较。

结果，考虑车辆的当前驱动力和行驶阻力，比较电动机转矩极限值时刻速度与基准车辆速度以及如上所述的根据必要时间(必要时间是考虑车辆的当前驱动力与行驶阻力而得到)而得到的基准电动机速度，意味着确定发动机离合器是否可以在由于车辆的辅助驱动力造成的车辆速度增加而使得当前电动机速度达到电动机转矩极限值时刻速度所用的时间内接合，其作为接合可能性确定处理在权利要求书中被描述。

也就是说，考虑到车辆的当前驱动力和行驶阻力，当发动机离合器可以在当前电动机速度达到电动机转矩极限值时刻速度所需的时间内接合时，执行同步法实施处理(S50)，否则，当执行转矩比较处理(S60)的结果是电动机转矩极限值小于驾驶者需求转矩时，执行滑动法实施处理(S70)。

另一方面，当执行转矩比较处理(S60)的结果是电动机转矩极限值大于驾驶者需求转矩时，执行同步法实施处理(S50)。

显然，根据驾驶者对加速踏板的操作量而确定驾驶者需求转矩，并且根据电动机转矩极限值大于驾驶者需求转矩的事实确定由电动机产生的转矩满足驾驶者的需求，这样，在发动机离合器完全接合之前，不必利用滑动法将发动机的功率提供至驱动轮。因此，可以通过同步法接合发动机离合器，以利用相对不同的优点，然而，当电动机转矩极限值小于驾驶者需求转矩时，可以通过滑动法将发动机的功率传递至驱动轮，甚至可在发动机离合器完全接合之前如此进行。因此，以上处理允许基于车辆所经历的当前运转状态来实现动态的离合器接合。

根据以上描述的本发明，当车辆的运行状态从EV模式切换至HEV模式时，可以快速确定合适的接合方法，即通过同步法还是通过滑动法。

因此，通过减少用于确定接合方法的时间，通过在对于同步法而言不利的行驶状态下，例如在爬坡行驶、在拥堵地段行驶、以及在极限放电情况下行驶的行驶状态下，快速确定何时需要通过滑动法来接合发动机离合器，可以改进滑动法的问题之一，即响应延迟。此外，还可以在不能通过同步法实现接合的情况下，针对不必要的电能使用改进燃油经济性和SOC。

尽管参照在附图中示出的具体实施方式对本发明进行描述，但显而易见，本领域的技术人员可在不偏离所附权利要求所描述的本发明范围的条件下，以各种方式改变和改进本发明。

已经参考本发明的优选实施方式详细描述本发明。然而，本领域的技术人员能够理解，可以在不偏离本发明的精神和原理的情况下对这些实施方式做出改变，本发明的范围由所附的权利要求及其等同方式限定。

Claims (10)

1.一种由控制器内的处理器执行的混合动力车辆的控制方法，所述方法包括：

通过所述处理器，根据安装于所述混合动力车辆中的电池的当前状态来计算放电功率；

通过所述处理器，根据所计算的放电功率来计算电动机转矩极限值时刻速度，其中，所述电动机转矩极限值速度为电动机的转矩开始迅速降低时的电动机速度；

通过所述处理器，利用所述车辆的当前驱动力和行驶阻力来计算基准电动机速度，其中当发动机离合器完全接合时，所述基准电动机速度确保发动机的稳定运转；

通过所述处理器，将所述电动机转矩极限值时刻速度与所述基准电动机速度进行比较；

当执行速度比较处理的结果是当所述电动机转矩极限值时刻速度为所述基准电动机速度或更大时，通过所述处理器，经同步法接合所述发动机离合器；

当所述电动机转矩极限值时刻速度小于所述基准电动机速度时，通过所述处理器，确定与所述放电功率对应的电动机转矩极限值是否为驾驶者需求转矩；以及

当所述电动机转矩极限值小于所述驾驶者需求转矩时，通过所述处理器，经滑动法接合所述发动机离合器。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，根据所述电池的当前温度和荷电状态(SOC)计算放电功率。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

利用当前驱动力和行驶阻力来计算所述车辆的加速度；

通过对加速度进行积分，来计算从当前车辆速度达到当所述发动机离合器完全接合时确保所述发动机稳定运转的车辆速度所需的必要时间，其中积分区域为从所述当前车辆速度到当所述发动机离合器完全接合时确保所述发动机稳定运转的所述车辆速度；

通过对车辆加速度进行积分来计算基准车辆速度，积分区域为从0至所述必要时间；

在所述车辆基准速度下考虑所述一个或多个驱动轮的有效半径和所述车辆的总减速比，计算变速器的输入轴的速度；以及

将所述变速器的输入轴的速度设置为基准电动机速度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，当所述电动机转矩极限值大于所述驾驶者需求转矩时，实施同步法。

5.一种由控制器内的处理器执行的混合动力车辆的控制方法，所述方法包括：

通过所述处理器，根据安装于所述车辆内的电池的放电功率来计算电动机转矩极限值时刻速度，其中，所述电动机转矩极限值速度为电动机的转矩开始迅速降低时的电动机速度；

通过所述处理器，考虑当前驱动力和行驶阻力，确定发动机离合器是否能够在因车辆的辅助驱动力使车辆速度增加而致使当前电动机速度达到所述电动机转矩极限值时刻速度所需的时间内接合；

当所述处理器确定所述发动机离合器能够在所述当前电动机速度达到所述电动机转矩极限值时刻速度所需的时间内接合时，通过所述处理器经同步法接合所述发动机离合器；

当所述处理器确定所述发动机离合器不能在所述当前电动机速度达到所述电动机转矩极限值时刻速度所需的时间内接合时，通过所述处理器，确定与所述放电功率对应的电动机转矩极限值是否大于驾驶者需求转矩；以及

当所述电动机转矩极限值小于所述驾驶者需求转矩时，经滑动法接合所述发动机离合器。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，当所述电动机转矩极限值大于所述驾驶者需求转矩时，实施同步法。

7.一种包含由处理器执行的程序指令的非暂时性计算机可读介质，所述计算机可读介质包括：

根据安装于混合动力车辆内的电池的当前状态来计算放电功率的程序指令；

根据所计算的放电功率来计算电动机转矩极限值时刻速度的程序指令，其中，所述电动机转矩极限值速度为电动机的转矩开始迅速降低时的电动机速度；

利用所述车辆的当前驱动力和行驶阻力来计算基准电动机速度的程序指令，其中当发动机离合器完全接合时，所述基准电动机速度确保发动机的稳定运转；

将所述电动机转矩极限值时刻速度与所述基准电动机速度进行比较的程序指令；

当执行速度比较处理的结果是所述电动机转矩极限值时刻速度为所述基准电动机速度或更大时，经同步法接合所述发动机离合器的程序指令；

当所述电动机转矩极限值时刻速度小于所述基准电动机速度时，确定与所述放电功率对应的电动机转矩极限值是否为驾驶者需求转矩的程序指令；以及

当所述电动机转矩极限值小于所述驾驶者需求转矩时，经滑动法接合所述发动机离合器的程序指令。

8.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读介质，其中，根据所述电池的当前温度和荷电状态(SOC)计算放电功率。

9.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读介质，还包括：

利用当前驱动力和行驶阻力来计算所述车辆的加速度的程序指令；

通过对加速度进行积分，来计算从当前车辆速度达到当所述发动机离合器完全接合时确保所述发动机稳定运转的车辆速度所需的必要时间的程序指令，其中积分区域为从所述当前车辆速度到当所述发动机离合器完全接合时确保所述发动机稳定运转的所述车辆速度；

通过对车辆加速度进行积分来计算基准车辆速度的程序指令，积分区域为从0至所述必要时间；

在所述基准车辆速度下考虑所述一个或多个驱动轮的有效半径和所述车辆的总减速比，计算变速器的输入轴的速度的程序指令；以及

将所述变速器的输入轴的速度设置为基准电动机速度的程序指令。

10.根据权利要求7所述的非暂时性计算机可读介质，其中，当所述电动机转矩极限值大于所述驾驶者需求转矩时，实施同步法。

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