CN103978974B - 用于实施混合动力车所用的动态工作模式和控制策略的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了用于实施混合动力车所用的动态工作模式和控制策略的系统和方法。在一个实施例中公开了一种方法，包括：确定所述电池的充电状态(SOC)；确定车辆的速度；如果SOC大于指定的第一阈值那就选择所述车辆的电量消耗工作模式；在所述车辆运行期间，如果SOC小于指定的第二阈值那就选择所述车辆的电量保持工作模式。在另一个实施例中公开了一种系统，所述系统具有根据各种实施例所述操作动力系统的控制器。

Description

用于实施混合动力车所用的动态工作模式和控制策略的系统 和方法

技术领域

本申请涉及混合动力车，尤其涉及用于实施混合动力车所用的动态工作模式和控制策略的系统和方法。

背景技术

在电动车(EV)、混合动力车(HEV)和插电式混合动力车(PHEV)领域内，已有很多可行的能够实现多种工作模式的动力系统（或动力总成）结构。例如，仅在HEV领域内，HEV动力系统可以被构造用于实现串联、并联、串并联以及全电动的工作模式。另外，这些模式中有一些可以被构造为根据不同的策略例如电量保持、电量消耗等来工作。

这些不同的模式和策略提供了一些优点例如行驶里程扩展、燃料效率、内燃机(ICE)在其理想工作曲线(IOL)上运行和全电动工作。希望拥有一种例如在可能有的不同行驶状态期间以及在可能采用的不同策略下能够根据期望的驱动特性量度譬如燃料效率、行驶里程扩展、电能的最大行程、高效的电池使用等实现上述多种控制策略和工作模式的单一动力系统。

发明内容

以下给出本发明的简要概述，目的是为了提供对本文所述某些应用的基本理解。本概述并非是对要求保护的主题内容的详尽综述。本概述既不是要确认要求保护的主题内容的关键或决定性要素，也不是要限定本主题发明的保护范围。本概述的唯一目的是以简化的形式给出要求保护的主题内容中的一些概念以作为随后给出的更详细说明的序言。

公开了用于控制HEV和PHEV所用的双电机-双离合动力系统的系统和/或方法。在一个实施例中公开了一种方法，包括：确定所述电池的充电状态(SOC)；确定车辆的速度；如果SOC大于指定的第一阈值，那就选择所述车辆的电量消耗工作模式；在所述车辆运行期间，如果SOC小于指定的第二阈值，那就选择所述车辆的电量保持工作模式。在另一个实施例中，公开了一种系统，所述系统具有根据各种实施例操作所述动力系统的控制器。

结合本申请内提供的附图可理解以下的具体实施方式中呈现的本系统的其他特征和应用。

附图说明

参照附图示出了示范性的实施例。应该理解本文公开的实施例和附图被视为是说明性而非限制性的。

图1示出了根据本申请的原理实现的混合动力车或插电式混合动力车的一个可行实施例。

图2示出了根据本申请的原理实现的HEV或PHEV车辆中动力系统架构的一个可行实施例。

图3A至3C示出了通过图2中的动力系统架构实现不同工作模式的概要流程。

图4A示出了如图2所示架构的动力系统中的电机-发电机的运行包络曲线和效率岛（efficiency island）的一种可行集合。

图4B示出了使用图4A所示信息的控制流程图的一个可行实施例。

图5A和5B示出了例如可以如图2所示架构的HEV和/或PHEV车辆所用的模式控制和/或操作的两个可行实施例。

图6是例如可以如图2所示架构的HEV和/或PHEV车辆所用的控制流程图的一个可行实施例。

图7和图8针对根据本申请的原理实现的HEV和/或PHEV车辆示出了切换各种模式的动态操作图。

图9是用于模式转换流程图的状态图的一个可行实施例。

图10至图12示出了设计用于提高电池性能和寿命的先进控制操作的各种实施例。

具体实施方式

如本文中所用的术语“部件”、“系统”、“接口”等意在表示跟计算机相关的实体例如硬件、(譬如运行中的)软件和/或固件。例如，部件可以是处理器上运行的进程、处理器、对象、可执行程序和/或计算机。举例来说，服务器上运行的应用程序和服务器都可以是部件。一个或多个部件可以驻留在一个进程内并且一个部件可以集中在一台计算机上和/或分布在两台或多台计算机之间。

参照附图介绍要求保护的主题内容，其中相同的参考数字始终被用于表示相同的要素。在以下的说明内容中，为了便于解释，阐明了很多具体的细节以提供对本主题发明的全面理解。然而应该显而易见的是要求保护的主题内容无需这些具体细节即可实现。在其他的情况下，为了便于介绍本主题发明而以框图的形式示出了公知的结构和装置。

前言

在一个实施例中，控制算法被提供用于管理混合动力车(HEV)所用的动态工作模式和/或控制策略，其既可以应用于插电式HEV也可以应用于非插电式HEV。另外，这些控制算法可以允许高效、节约成本和响应式地操作电池和电机。在另一些实施例中，也可以允许原动机(PM)被最小化以实现高度的动力混合。合适的PM可以包括：ICE、燃料电池或任意其他的燃烧式、化学式和/或基于燃料(例如已知的液体或气体燃料)的原动机。

所谓“高度的动力混合”是指车辆(例如HEV、PHEV等)和/或动力系统可以被设计为在行驶周期内尽可能多地使用电池内存储的电能以为车辆提供原动力。电池内存储的电能可以得自多个来源：再生制动、PM的充电操作或者来自壁式插座或其他的外部充电。在另一些实施例中，电力（例如从车载和车外来源以及通过一个电机或多个电机和/或电池得到的）可以由以各种方式连接在一起的多个控制器管理从而就能够提供对电池的适当管理以提高行驶里程、寿命和性能。

已知在很多情况下电动车或混合动力车内的电池寿命可能小于其预期寿命的1/4。在某些实施例中，混合动力车(HEV、PHEV等)管理如何使用和/或驱动车辆以用一组特定的电池获得期望的行驶里程和寿命。因此，在某些实施例中，希望用软件控制器来协调发动机、变速箱和电池组的控制以实现期望的燃料经济性或燃料消耗并且还可能实现期望的电动行驶里程以及电池寿命。

应该意识到车辆所用的控制软件可以在一个控制器上运行(并且这个控制器向动力系统的各个部件发送信号)，或者可选地控制软件可以用任何已知的方式分配给多个控制器，其中多个控制器的子集可以跟多个控制器的子集通信。因此，对术语“控制器”的任何引用也可以涵盖包括多个控制器和分布式控制软件的实施例。

车辆/动力系统的一个实施例

图1是本发明的技术可以在其中获得应用的多种车辆和/或动力系统可行实施例中的一种车辆和/或动力系统可行平台(100)。

车辆100(如图1所示)包括双离合-双电机的HEV/PHEV动力系统，其能够通过控制操作在一个行驶周期内的不同时间动态地作为全电动车、混合动力车或插电式混合动力车运行。发动机(或任意合适的PM)102被设置在装有两台电机106和110的公共驱动轴112上。离合器104位于发动机102和电机106之间且离合器108位于电机106和电机110之间。正如以下要进一步详细介绍的那样，离合器104和108可以为了实现车辆100不同的工作模式而被致动。

电池114利用电荷给电机106和110供电。电池114可以通过车载充电(例如利用发动机102和电机106)、再生制动(例如单独地或者跟电机106相结合地利用电机110)或者通过可选的壁式充电器116获取电力。壁式充电器116可以从壁式插座获取电能并且充电器116可以根据用于电网配电的地方标准进行设计。

驱动轴112向主减速器（final drive）120输送以及从主减速器120输出机械动力，主减速器120随后将这些动力输送至在本实施例中是后轮的车轮122A和122B。主减速器120可以包括可选地跟例如来自手动变速箱、自动变速箱、机械或电子式无级变速箱(CVT)或者如在丰田普锐斯汽车内使用的动力分配装置(PSD)的附加传动装置相结合的差速器。另外，应该意识到前轮驱动或全轮驱动的实施例也是可行的实施例并且也在本申请的保护范围内。其他可行的实施例可以包括：(1)前置发动机/双电机的前轮驱动结构；(2)前置发动机/单电机或双电机/可变变速箱（variable transmission）(例如CVT、自动变速箱、手动变速箱、电子变速箱、行星齿轮变速箱等)的结构；以及(3)前置发动机/单电机变速箱和后置电机变速箱的结构。在共同拥有的专利申请号为XX/XXX,XXX、发明名称为“用于双电机、双离合器的混合动力车的动力系统结构”（POWERTRAIN CONFIGURATIONS FOR TWO-MOTOR,TWO-CLUTCH HYBRID ELECTRIC VEHICLES）”且跟本申请同日提交的专利申请中公开了若干这样的实施例(并且通过引用并入本文)。

在一个实施例中，电机110可以具有比电机106更高的扭矩和/或额定功率。两台电机的额定功率可以针对车辆的应用进行调节；但是在一个实施例中，电机106可以是电机110的功率和扭矩的1/2并且PM可以大致为电机106的功率。在另一个实施例中，其中全电动模式可以具有比在ICE运行下更高的性能，那么ICE和电机106就可以比电机110小得多。这样的车辆可以在特定的情况下使用，在该情况下，要用有限的充电设施为全电动运行和其他可能的情形提供电能。

在另一个实施例中，电机106和110都可以为了降低成本/重量而缩小尺寸。在这样的实施例中，可能需要通过更加频繁地闭合离合器108来操作两个电机106和110以使得在车辆发动时有足够的扭矩可用和/或达到所需的等级(例如30%的等级)。这样的电机尺寸可以具体地根据预想车辆的尺寸、重量和/或预期功能(例如客运车辆、轻型载重卡车、货运车辆等)进行设计。在某些实施例中，电机110包括高扭矩电机并且电机106包括低扭矩电机。

图2示出了根据图1的原理和/或设计得到的用于车辆和/或动力系统的一种可行控制系统200的一个实施例。控制器202可以包括硬件、固件和/或软件的适当组合，用于输入多种系统信号和输出多种控制信号以实现车辆100的期望操作。信号可以从传感器和/或致动器通过本领域已知的CAN总线架构输入控制器202内。输入控制器202的可能的信号输入可以包括：车辆速度、驱动轴转度、曲轴转度、电池的充电状态(SOC)、驾驶员通过加速踏板和制动踏板的致动下达的要求、离合器滑移以及在各种不同的可能情况下跟车辆运行相关的其他可行信号。

用于控制器202的其他信号也可以包括以下内容：

(1)外部充电器信息，也就是1级、2级以及其他特征例如充电时间、电网到车辆、车辆到电网、充电历史等。

(2)电池管理系统信息，例如充电状态(SOC)、电池组和个体电池的温度、健康状态(SOH)、SOC和温度历史、瞬时功率容量、故障码、接触器状态、电池电压和电流等。

(3)发动机控制器数据，例如SOH、燃料的使用、速度、节气门、温度、扭矩等。

(4)离合器1的数据，例如开/关、离合器位置、发动机启动/串联运行、温度等。

(5)电动机1(M1)的数据，例如电动或发电、开/关、转速、扭矩、温度、电压、电流等。

(6)离合器2的数据，例如开/关、位置、压力、M1+M2电动、发动机+M1+M2并联、发动机+M1跟M2串联运行、温度等。

(7)用M2电机驱动，包括数据例如开/关、转速、扭矩、温度、电压、电流、单电机驱动、双电机驱动、串联运行、并联运行温度等。

其他的系统信号和/或控制信号可以通过各种接口和/或子系统控制器例如发动机控制器102a、离合器致动器104a和108a、电机控制器106a和110a以及电池管理系统114a连接至控制器202。应该意识到控制器202可以从其他的传感器和/或致动器输入其他的信号及发送控制信号。

工作模式的实施例

针对类似于图1和图2的车辆/动力系统设计有多种用于HEV和PHEV车辆的可行工作模式，其中包括：

(1)全电动模式(AEM)：在该模式下,能量可以由电池提供而不必关注能量来自何处(例如车载或车外)。这种模式可以实现“电量消耗”策略，由此,可能期望在启动PM之前提供尽量多的“全电动”里程(例如根据某些合适的量度或状态)。AEM可以通过一台电机或者两台电机运行(例如利用来自电池组的能量)而实现。

(2)原动机模式1(PMM1)：在该模式下,车辆可以基本上由PM提供动力并且电池的电能可以被用于提升性能。这种模式可以实现“电量保持”策略，由此,电能可以在随后通过PM返回电池以为电池的SOC提供坚实的基础。这种模式还可以被用于实现临时的最大速度，此时PM的动力被加至电机。持续的最大速度可以仅用PM来实现。

(3)原动机模式2(PMM2)：在该模式下,电机110基本上提供所有的驱动功率（motive power）并且电机106提供电能以通过电机110驱动车辆并且将电池保持在期望的SOC范围内。这种模式也可以实现“电量保持”策略。

尽管还有多种能够在车辆100上实现的可行的中间模式，但图3A至图3C仅示出了上面枚举的三种模式。图3A示出了AEM模式。在该模式中，电能在控制器202发送的控制信号作用下从电池114输送至电机110和/或电机106之一或全部。离合器108可以根据需要打开或闭合。虚线302示出了通过电机110(或者在某些情况下通过电机110和电机106，其中离合器108根据需要接合)对车轮的驱动以及可能的再生制动。在AEM模式中，离合器104可以不接合，因此发动机102可以保持在停用（OFF）状态。根据期望的状态(例如驾驶员的动力和/或扭矩需求)，电机106可以处于启用（ON）或停用（OFF）的状态，其中离合器108适当地接合或脱离(如虚线303所示)。

图3B示出了PMM1模式。在该模式中，离合器104和108均接合且发动机102可以被置于启用（ON）状态并为车轮提供驱动功率。电机106和/或电机110可以根据由驾驶员要求的功率和/或扭矩、电池的SOC或者由控制器202监测和/或控制的任何其他期望状态而处于启用（ON）或停用（OFF）状态。

图3C示出了PMM2模式。在该模式中，离合器104可以接合，而离合器108可以脱离。在离合器104接合时，发动机102可以处于启用状态并驱动电机106作为发电机以为电池提供电能(如虚线310所示)。另外，电机110可以根据由控制器产生的期望状态而处于启用状态并且为车轮提供驱动功率。

在另一个实施例中，电机106可以在离合器108打开时由发动机102驱动并且直接向电机110提供电能(如虚线313所示)。在无法或不需要将电机106的电能转化为电池内的化学能时可能期望这样做。

在PMM2期间，发动机扭矩和转速可以被设计为在运行时在理想工作曲线(IOL)上运行或完全不在。控制器202(或任意其他合适的控制器)可以根据一组期望状态确定在哪一种模式下工作以及何时切换到另一种模式。在一个实施例中，PMM2模式可以在从零到最大AEM速度的任意车辆速度下运行。AEM模式可以根据期望的控制规则在从零速度到某一最小阈值的范围内使用。AEM中的最大速度可以不如PMM1高。在一个实施例中，PMM1可以在某一阈值速度以上运行并且用于高速公路行驶和获得最佳的燃料效率。

用于HEV或PHEV的加速踏板（油门踏板）需要根据车辆速度和电机特性来控制车辆的扭矩或功率。驾驶员期望的扭矩(T)和/或期望的动力(P)可以由电机和PM的特性确定。具体地，恒定的扭矩特性曲线与恒定的动力特性曲线相交的角速度(corner speed)是定义电机的曲线并且可以被加入到PM的扭矩-转速特性曲线中。

AEM模式的实施例

如上所述，期望AEM模式用于低速度、零排放运行，其中基本上所有的驱动功率都来自电力。对于PHEV实施例，这种电能可以从车辆以外(例如从公用或私用电网)获得或者从车载发电机获得，例如从液体燃料得到电能。可能希望使用车外电力，原因在于这样可以更加高效并且以车辆零排放来提供电能。AEM模式可以在图1的结构中通过仅使用电机110或者通过闭合离合器108并且将电机106和110跟处于打开状态的离合器104一起使用而实现。仅使用电机110时，离合器108可以打开或闭合，因为电机106在任何速度下都可以被控制以提供零扭矩或零功率。

在AEM模式下，在主减速器120包括差速器(但是不是必须具有另一个可变速比变速箱，例如自动变速箱、CVT等)的实施例中，电机106和110均可用于运行。在指定行驶周期内的某些时间点只有电机110可为车辆100提供驱动功率，特别是在低速状态下，并且可以直到电机110的指定效率为止。但是，如果驾驶员要求更多功率和/或扭矩，或者如果驾驶状况有这样的要求，那么电机106可以跟电机110同时提供驱动功率。在此情况下，可能期望控制器202操作电机106和电机110以比单独使用任一电机更好的效率来让电机106和电机110一起工作。

在一个实施例中，在车辆运行时可能期望让一台或两台电机都基本上在其各自的IOL上运行。在没有可变速比的变速箱时，那么用一台电机就可以在扭矩模式下控制车辆。如果有两台并联的电机，那么一个实施例可能倾向于可以对在那一瞬间具有最佳效率的电机及时下达特定的扭矩要求。由于两台电机位于相同或并联的轴上，因此这种切换基本上可以通过电子控制立即执行或者略有延迟地执行。

在从零速度开始的情况下，车辆100可以以AEM模式启动，或者如果发动机102正在运行，那么控制器202可以通过滑移离合器同时控制发动机转速来增加发动机的扭矩。控制器202可以根据驾驶员通过加速踏板下达的要求来选择初始加速扭矩。对于低加速踏板起点，可以使用电机106，特别是如果电机106被设计为具有比电机110更低的扭矩和/或电源规格时。在此情况下，离合器108应该闭合。由此，可通过电机106或电机110或者电机106加上电机110(例如以高扭矩/高牵引力电动模式)来发动车辆。这样的高扭矩/高牵引力电动模式也可以在车辆处于某种非零速度并且驾驶员根据需要发出需要附加的动力和/或扭矩的指令时使用。

图4A示出了一个小电机(如虚线406所示)和一个大电机(如实线408所示)的扭矩-转速特性曲线的一种可行映射400。另外，它们用于示例性车辆的相应包络曲线分别示为包络曲线404和402给出。

利用这种映射，车辆的相对效率可以通过要求的瞬时功率以及由电机1(106)和电机2(110)提供的瞬时功率来确定。例如，在图4A中，如果扭矩或功率需求为点410所指示的那样，那么使用电机1或2可以得到基本相同的效率。因此在该点可以使用任一电机。但是如果在那时工作点410表现为扭矩和/或功率较高，那么应该优选使用电机2(110)。如果点410的扭矩较低，那么应该优选使用电机1(106)。差异可以随着要求的功率或扭矩变低而变得明显。

这一点也可以在图4A中进一步示出。假设点A是通过加速踏板要求的期望工作点，那么如果加速踏板被进一步下压以要求点B处的扭矩和功率，则随后即可使用电机1，原因是电机1在该点表现得更加高效。如果加速踏板被进一步下压到功率点C，那么就可以使用电机2，此时电机1设定为零扭矩，原因是这种配置在该点表现得更加高效。应该意识到在某些工作点，为了更好的效率，使用来自电机1(M1)和电机2(M2)的驱动功率的某种组合例如(a*M1)+(b*M2)可能更加高效，其中a和b由M1和M2的对应效率确定。最后，如果加速踏板收回到由电机图上的点D表示的功率，那么就仅使用电机M1，原因是这样表现得更加高效。

应该意识到图4A所示的电机效率信息可以通过电机的规格、测试等确定。这些信息可以用各种形式提供给控制器-例如放到查询表(LUT)内或者可以通过建模和计算确定。在任意的实施例中，电机效率数据都可以提供给控制器以根据所需的任何性能量度做出这样的切换决策。

在主减速器包括可变速比变速箱(例如机械CVT、电子CVT、自动变速箱、手动变速箱、行星齿轮组等)的实施例中，电机110就可以由控制器202(或系统内任何其他合适的控制器)控制以在其工作中基本所有点上都在其IOL上运行。在这样的设有某种可变速比变速箱的车辆中，车辆的控制可以如美国专利(1)5842534、(2)6054844、(3)6116363、(4)6809429、(5)6847189、(6)6931850、(7)7217205、(8)7261672、(9)7713166中所述，因此通过全文引用将所有这些专利文献并入。

图4B给出了用于操作例如图2所示的双电机驱动车的控制算法/流程图的一个可行实施例。应该意识到这种控制算法可以适用于装有至少两台电机也就是未装ICE/气体发动机的纯电动车。

控制算法450可以通过确定M1和M2的最大扭矩限制并且可能还有性能包络曲线和效率岛而开始于452。该信息可以是图4A中映射的编码并且存储在可供设置在例如图2中所示的动力系统中的一个或多个控制器/处理器访问的电子存储器内。如前所述，这些控制器中的每一个都有可访问的电子存储器并且这些信息可以用多种格式存储，包括查询表(LUT)或者通过将电机性能包络曲线和/或效率岛编码的建模和计算确定。

控制算法另外还可以根据多种传感器的输入例如当前的电机转速、不同位置的温度读数(譬如外界空气温度，M1、M2、发动机、电池或者跟电机/车辆效率有关的其他位置的工作温度)、电压、电流等来调节该信息。

在454，控制算法可以从任何来源例如加速踏板、制动踏板接收来自驾驶员的扭矩需求，从电子来源等接收其他的扭矩需求。这些扭矩需求信号被输入处理模块454内并且所述模块可以确定能够满足给定扭矩需求的M1和M2的可允许扭矩组合/配置的空间。

模块456可以随后找出具有最高效率(或者满足用于车辆运行的某种其他期望量度)的M1和M2的最佳扭矩组合。这一点可以通过遍历可允许组合的空间并执行某种最小值/最大值的计算例如遍历图4A中可见的效率映射和梯度来实现。一旦确定找到满足扭矩需求的M1和M2的最佳组合，M1和M2的扭矩需求信号即可被发送至相关控制器以实现这些相应的扭矩需求。

PMM并联模式的实施例

在PMM并联操作中(如图3B所示)，离合器104和离合器108均闭合，并且发动机和两台电机可以全都直接连接至主减速器和车轮。在一个实施例中，发动机102可以通过控制器202控制在其IOL上，正如以上所述在PMM串联模式中也可以如此控制。

为了维持电池，电机/发电机106可以被用于在下一个时间增量例如60秒内加入所需的增量功率以保持电池的SOC，同时电机110可以被用于补充发动机102的功率以提供加速和动力。在一个实施例中，由于发动机102可以直接连接至驱动车轮的主减速器齿轮组，因此在达到最小阈值速度之前可能不希望实现该PMM并联模式。这样的阈值速度可以设定为考虑到燃料经济性和性能以及驱动系统平滑性之后的折衷。在一个实施例中，根据车辆及其规格，用于该模式的阈值速度可以设定在约30公里/小时。

在行驶周期的很多部分当中，由于发动机102是直接驱动车轮，因此该模式可以比PMM串联模式更加机械高效。但是，在发动机和主减速器之间没有变速箱的实施例中，可能需要对发动机102调速以保持期望的驱动扭矩或功率，由此可以使用更多燃料以生成所需动力来驱动车辆并维持电池。在这样的情况下，PMM串联模式和PMM并联模式之间可能有燃料效率上的差异。控制器202可以通过连续监测两种模式来确定这种差异。略微调速发动机102跟向电池内送入能量并随后取回能量相比也可能更加高效。

在一个实施例中，可能需要根据一段时间(例如前60秒)内最高效的工作状态来设定从串联模式切换到并联模式或相反的策略。如果控制器202确定前60秒通过另一种模式可以使用较少的燃料，那么控制器202就可以在下一个60秒切换模式。为了避免过于频繁地在各个模式间变换，可以增加可选的延时。

PMM串联模式的实施例

在PMM串联操作中(如图3C所示)，离合器108处于打开状态，并且电机106可以用作发电机以产生用于电机的电力并将电池维持在期望的范围内。因此，离合器108可以在打开状态下很少使用。这种策略可以允许较少地使用离合器分离轴承。另外，这样可以倾向于按需要延长寿命以满足车辆的耐用性要求。

如果电池已经通过驱动车辆消耗至其最小SOC并且车辆处于低速(例如在50公里/小时以下)，那就可能会出现这种状态。在此情况下，离合器108可以打开并且车辆可以被置入串联工作模式或PMM2模式，其中来自PM和发电机M1的功率可以被用于给电池充电以及驱动车辆。功率的划分可以取决于由PM要求的扭矩和充电策略。还可能需要另外的功率以用于配件负载等。PM可以在其IOL上运行以用于在那时生成所需的总功率。再充电策略可以取决于设定到控制器202的程序内的用于再充电的控制策略。通常，一种可行的策略可以是可能根据驱动方式的要求在速度最慢时再充电到SOC的上限。在PMM2或串联模式下，车辆速度可以为零到由电机110保持的最大值。在一个实施例中，电机110可以基本上像在AEM模式中那样进行控制。PM(例如发动机102)可以如图3C所示沿其IOL并且在控制器的指令下运行以(例如通过闭合离合器104)提供驾驶员要求的功率以及提供维持电池的动力源。

在另一个实施例中，控制器可以控制发动机102和电机106以用合适的功率给电池充电，以在当前的行驶周期内保持电池内的期望SOC。因此，例如由驾驶员/车辆要求的功率在特定的瞬间时刻可以是50kW，那么IC发动机和发电机可以被设定为生成50kW再加上在根据先验已知的行驶周期测量值预定的时间段内维持电池所需的附加功率增量。

继续本示例，该时间段可以确定为例如最小10kW以在60秒内将电池充电至高SOC。相应地发动机102和电机/发电机106可以设定在60kW，直至电池达到预定的高SOC为止。但是，如果该阈值在期望的时间段内并未达到，那么在下一个60秒内维持SOC所需的增量功率可以根据偏差值而增加预期(例如成比例)的量。用这种方式即自动保持SOC，而与驾驶员如何动作以及地形或行驶周期怎样要求无关。

在另一个实施例中，如果驾驶员要求被控制器202确定为不合理(例如，正如通过控制器从踏板检测传感器可以检测到的那样，如果驾驶员用力踩加速踏板和用力踩制动踏板并且可能具有高循环频率)，那么可以向驾驶员发出指示信号以告知消耗了比合理预期更多的燃料。该指示信号可以是柱状图或其他比例视觉指示信号的形式，表示驾驶员没有预见到交通情况并且在浪费能源。在另一个实施例中，控制器202可以动态地改变加速踏板的设定以限制瞬间要求的加速速率和功率。这可以被用作车辆所用的经济模式，并且这种经济模式可以由驾驶员选择以有助于节约燃料。还可以显示出每公里的燃料消耗差异以使驾驶员能够通过这样的选择实时看到燃料消耗的差异。

另外的动态工作模式选择/控制

如上所述，AEM是一种用于装有两台或多台电机驱动器的纯EV或例如图1和图2所示的插电式混合动力车(PHEV)的可行工作模式。对于PHEV，可行的工作模式数量应该会由于有机会使用气体发动机或其他的ICE提供驱动功率而增加。图5A和图5B是如本文所述各种车辆的可允许工作模式空间的两个实施例。图5A示出了充电状态(SOC)与车速坐标网格500上的工作模式空间。正如可以看到的那样，如果基本上SOC足够高，那么车辆就倾向于更多地使用存储在电池内的电能(而不是其他的动力、气体发动机等)。

这可以用坐标网格500左侧的示范性柱状图示出。正如可以看到的那样，如果系统指示SOC为高(也就是大于或等于“SOC_高”阈值)，那么系统就可以倾向于在“电量消耗”模式下工作。在该模式中，系统可以优先以AEM502运行(但是可以针对本文所述的不同情况以串联、并联或某种其他的工作模式运行)。可选地，如果系统指示SOC为低(也就是小于“SOC_高”阈值)，那么系统就可以倾向于在“电量保持”模式下工作。在该模式中，系统可以优先以并联混合动力模式504、串联混合动力模式506或某种组合模式运行(但是可以针对不同情况以AEM运行有限的时间段)。

应该意识到对于优先以电量消耗工作模式运行的车辆，SOC基本上大于或等于作为第一阈值的该SOC_高阈值。另外，对于优先以电量保持工作模式运行的车辆，SOC可以小于或等于作为第二阈值的SOC_高阈值。所述第一阈值和第二阈值可以是基本相同的阈值(也就是SOC_高)。但是，在另一些实施例中，所述第一阈值和第二阈值可以是不同的SOC值。从减少在车辆所用工作模式之间切换的角度看可能需要这样做。在另一些实施例中，第一阈值和第二阈值可以跟车速或其他的车辆状态(例如电池的健康状态、驾驶员要求等)以及电池的SOC函数地相关。

另外，可以看到在SOC充分低的某个点，系统可以在AEM502和并联混合动力模式504之间切换。在更低的SOC点，系统可以在串联混合动力模式506和并联混合动力模式504之间动态切换。如图5A所示，切换可以根据车速并且还可以根据SOC来进行。其他的切换条件也是可行的。例如，切换模式也可以取决于驾驶员的扭矩要求、交通模式、电池的健康状态、驱动轴的速度等。

图5B是可供用于适当车辆的工作模式可行空间(550)的另一个实施例。正如可以看到的那样，空间550可以在低速/充分高的SOC下以AEM和串联模式552的组合运行。在较高的速度下，系统可以切换到串联和并联模式554的组合。在足够高的速度下，系统可以优先以并联模式556运行。

正如还能看到的那样，可以有确定“最小SOC”区域558的包络曲线560，在该线以下系统可以用发动机启用且系统试图向电池中回加能量的模式运行。这可以限制由系统控制器进行的各模式之间的切换量。在最小SOC线以上，可以有在“电量保持”区域和“电量消耗”模式之间加以区分的另一条包络曲线562。在电量保持区域，系统可以倾向于选择增加和/或保存电池内能量的模式。在电量消耗模式中，系统可以倾向于选择跟车载液体燃料相比优先使用电池内能量的模式。

还可以看到系统能够可选地随着速度增加而向上提高包络曲线。因此，在较高的速度下，系统可以动态地调节包络曲线以倾向于在更高的SOC级别进行模式切换。这可以被用于补偿在较高车速下较快的能量使用速率。

一个实施例

图6是实现在所公开的工作模式之间动态切换的一个可行的流程图实施例。应该意识到还有其他可行的例如用于前面图5A和5B的控制算法实施方式，并且本申请涵盖了所有这些适用的控制算法。

在602，系统和/或控制器可以如前所述读取来自传感器等的包括SOC、SOH、车速、发动机温度在内的所有系统输入。在604，控制器可以就SOC是否处于足够高的等级(例如SOC>SOC_高)做出判定。如果答案为是，那么系统/控制器可以选择AEM614(或者如果需要的话可以选择高牵引力电动模式)。如果答案为否，那么可以在606就发动机是否具有足够高的温度做出判定。如果答案为是，那么系统/控制器可以选择串联混合动力模式616。如果答案为否，那么可以就SOC是否高于最小SOC(SOC>SOC_低)做出判定，并且还可以临时性地以PMM2或串联模式来运行车辆以将发动机暖机至其工作范围。如果答案为是，那么可以在612就车速是否高于某一阈值做出判定。如果答案为是，那么系统/控制器可以在618选择AEM。如果答案为否，那么系统/控制器可以选择并联混合动力模式620。

如果在608的判定表明SOC并未大于或等于阈值的等级，那么可以在610进行另一种判定以确定车速是否高于某一阈值。如果答案为是，那么系统/控制器可以选择并联混合动力模式622。如果答案为否，那么系统/控制器可以选择串联混合动力模式624。

应该意识到用于各种状态(例如SOC、车速)的阈值自身可以根据车辆的状态变化而改变。

动态操作/模式转换

图7和图8示出了如本文所述控制算法中动态操作的两个示例。图7用两张图示出了一种示范性的行驶周期。上面的图示出了电机1、电机2和发动机在一个时间片段上的转速。下面的图示出了相同时间片段上(跟驱动轴的RPM相关联)的车速。上面的图示出了一个控制算法实施例如何根据行驶周期来匹配和切换车辆的工作模式。

在702，在从零到约440秒的时间片段期间，可以看到控制器为车辆选择了并联模式。在这段时间期间，电机1、电机2和发动机的转速是匹配的，原因是他们都在同一根驱动轴上运行，此时两个离合器都闭合。在点704，系统/控制器检测到用户命令车辆停车。但是，考虑到SOC或其他适当的状态，可能需要系统/控制器在440秒到480秒的时间之间切换到串联模式。

此时，发动机和电机1可以跟电机2分离。因此，发动机和电机1可以继续沿曲线708运行以生成要送回到电池的电能。与此同时，电机2可以继续沿曲线706运行以使车辆停车或靠惯性滑行。大约在470秒的时间，可以看到用户命令车辆加速，并且电机2响应以使车辆提速。PM(例如发动机102)和电机1可以沿其IOL运行以为电机2提供动力以及提供用于维持电池的附加动力。

在点710，可以看到需要让系统/控制器在480秒左右切换到并联模式。在此情况下，需要接合离合器108以使发动机和电机1跟驱动轴的其余部分接合从而直接向车轮提供动力。此时需要让驱动轴脱离电机1的速度基本上跟驱动轴在电机2处的启动速度相匹配。因此，例如为了平滑转换，发动机和电机1的转速减慢到基本匹配的程度并且离合器108闭合。对于图7中的其余部分，可以看到系统/控制器以类似的方式操作和切换车辆的工作模式。

图8是类似于图7的示范性行驶周期图。在图8中，系统/控制器主要在AEM(EV)模式和并联模式之间切换。正如在802可以看到的那样，车辆以并联模式运行并且电机1、电机2和发动机的转速是匹配的，原因是他们都接合在主驱动轴上。在点804，系统/控制器大约在1277秒从并联模式切换到AEM模式。正如可以看到的那样，离合器108打开并且发动机和电机1变为零速度(也就是停机)。在此过程中，电机1可以是主动扭矩或转速控制以降低发动机停机的振动。

车辆可以由电机2驱动，并且大约在1290到1296秒，系统/控制器检测状态(例如由用户要求的扭矩)以确保切换到并联模式。在点808，可以看到发动机由电机1启动，此时离合器104闭合且离合器108打开。此时，(由于电机1已从驱动轴脱离，因此)可以控制发动机和电机1此时的转速以跟电机2(或驱动轴)的转速匹配。在转速同步时，离合器108闭合并且发动机可供用于向驱动轴提供扭矩，其中对驱动轴基本上没有或者只有很少的扭矩干扰。

另一个实施例

为了控制如图7和图8所示的模式转换，控制器可以拥有用于确定模式动作和转换的算法。在图9所示的一个实施例中，控制器可以具有定义混合动力系统“永久状态(或模式)”例如全电动模式904、串联混合动力模式906、并联混合动力模式908和故障模式910的状态机器。动力系统通常以这些永久模式中的一种运行，直至检测到和/或满足模式转换触发条件为止。从源模式到目标模式的转换触发条件可以根据例如图5A,5B或图6中的高级策略进行设计。在实现目标永久模式之前，动力系统转入过渡模式例如AEM-PMM2过渡模式912、PMM1-PMM2过渡模式914和AEM-PMM1过渡模式916。过渡模式是一种临时性模式，在临时性模式中，动力系统可以被控制或设置用于支持过渡到目标模式的操作。只能在完成了基于故障和诊断的校验之后并且新的动力系统模式请求得到满足之后才允许转换。例如，图7中的点704和点710对应于并联-串联(PMM1-PMM2)过渡模式1014。图8中的点804和点808对应于图9中的全电动-并联(AEM-PMM1)过渡模式916。

容错策略

在每一种动力系统的模式中都可以实现故障算法，实施用于在车辆以该模式运行时检测是否发生了故障。图9是实现容错处理的控制算法/状态图的一个实施例。在检测到系统故障时，动力系统就转换到故障模式910以用安全的方式继续运行车辆。故障模式可以迫使动力系统以降低的等级工作例如减小电机扭矩。在某些情况下，如果故障严重性较高并且不允许车辆行驶，那故障模式可以迫使动力系统完全停止工作。在故障状态解除后，可允许动力系统转换回到适当的永久模式(904,906和908)。一种可行的容错设计是如果系统在过渡模式(912,914或916)运行并且进入目标模式前的过渡时间由于部件老化而超过预定的阈值，那么系统状态就转移至故障模式910。系统可以根据故障的严重性而保持在故障模式或者转换回到源模式。

应该意识到也可以存在其他使系统呈现为故障模式处理的情况。以下是另一些这样的情况/故障的示例：

故障示例1：如果电机温度传感器反馈不正常(例如超出范围的故障)，那系统就可以进入故障模式操作910。在该模式中，电机扭矩可以明显减小并且可以向驾驶员发出警报。

故障示例2：在串联模式(PMM2)906中，如果系统检测到电机1(例如由于电机1故障或发动机故障而)未在发电，那就可以终止串联模式并且可以进入故障模式。故障模式可以关闭发动机并仅通过电机2电驱动来运行车辆。如果故障状态得到解除，那就可以允许系统恢复全电动模式904来正常运行。

故障示例3：如果(例如由于传感器故障而)无法从传感器确认离合器位置，那么系统可以进入故障模式910。在故障模式中只能使用电机2来驱动车辆。不允许任何的离合器致动。

高级电池管理实施例

在本申请的另一种应用中，可能需要加入适当的电池管理以提高电池的寿命和性能。尽管由电池生产商提供的大多数电池通常都包括电池管理系统(BMS)119A，但是这些BMS并不能充分和/或最优地管理用于HEV/PHEV的车用电池。因此，典型的BMS可以向较高等级的控制器(例如控制器202)提供信息并且依靠该控制器来进一步控制次级因素例如高效使用电能和维护正确的电池使用。这样的附加控制系统-电池监测和维护系统(BMMS)可以由图1所示的控制器202实现。

在根据本申请的原理实现的一个BMMS实施例中，当使电池组放电以生成车辆和驾驶员要求的动力时，为了促进电池的健康使用以延长电池寿命，可能期望在以AEM或PMM(例如PMM1和/或PMM2)模式驱动车辆时提供动力从而最大化电能的使用。如果电池系统对可用的功率和/或电流有限制(正如考虑电池SOC的BMMS可以确定的那样)，那么可以通过BMMS(和/或控制器202)来考虑温度和温度分布、电池年限以及其他参数。BMMS和/或控制器202可以限制功率和/或电流性能以使电池免受突发的不利冲击。这样的不利冲击例如可以在车辆启动时出现。在此情况下，控制器202可以主动控制电池的电流输出并由此控制电机输出。在本实施例中，这样就可以实现与如果没有施加这样的限制而达到的性能相比降低的性能。但是，这种性能限制可以在以AEM或PMM模式驱动的车辆中转化为更长的电池寿命和更大的电力范围。

已知所有的电池都有内阻，电池组内的内阻损失会导致电池组发热。但是这种损失正比于I²×R，其中I是电池的电流并且R是电池的瞬间内阻。这种电池内阻倾向于根据电池类型、SOC、温度、使用年限等变化。因此，在一个实施例中，BMMS可以根据电池的健康状态(SOH)、充电状态(SOC)、温度和其他因素来调节电池组的放电，正如可能为了影响电池组的寿命所需要做到的那样。

另外，在通过车辆的主PM(例如发动机102、燃料电池)或其他发电设备或再生制动期间车辆的动能给车内的电池再充电时，BMMS和/或控制器202可以确定要满足维持传动系统能量需求所需功率的最大电流并且用足以补充由指定驾驶事件消耗的电量的最小的电流给电池组充电。这样的驾驶事件可以在指定的时间段例如在过去的“X”秒内发生，其中X可以是驾驶事件例如拥挤的城市道路或山路行驶的函数。这种再充电的电流限制也可以通过驾驶员的驾驶特性以及车辆的环境条件例如交通状况、环境温度等来确定。

在一个实施例中，控制程序可以集成到BMMS控制器内。图10是高级电池管理控制策略的一个实施例。图10示出了SOC与车速的坐标网格并且其中示出了导致瞬时放电的示范性行驶周期和速度曲线1006。平均放电和速度曲线1008由曲线1006得出并且绘制在其旁边。

其该行驶周期被管理和/或控制在两个SOC值也就是最大SOC截止包络曲线1002和最小SOC截止包络曲线1004之间。仅仅是为了说明，曲线1002和1004被图示为直线，但是应该理解其他的包络曲线也是可行的。图10示出了在给电池放电时(也就是在从充电上限状态转向充电下限状态线时)平均车速较低并且在给电池充电时车速较高。并非总是这样的情况，但是可以用于区分从电池获取能量以及将能量充回到电池内。这些状态例如可以约为同样的速度。速度的划分是为了阐明概念。轨迹线示出了随着电池的充电和放电以及车速的变化。绿线是放电或充电的平均轨迹。应该注意到放电轨迹在时间上可以比充电短，原因是可能需要尽可能慢地充电以显著提高充电效率以及减少电池发热和增强电池的健康。充电时间可以通过BMMS最大化。图10进一步示出了阈值可以是车速的函数，原因在于驱动车辆所需的能量就是车速的函数。

SOC上限阈值1002和SOC下限阈值1004可以是直线或曲线，它们可以是车速和其他参数的函数。目前，混合动力车倾向于独立于速度地保持电池的高SOC和低SOC。在一个实施例中，BMMS实现这些阈值之间的曲线或其他的依赖关系。在另一个实施例中，BMMS可以实现(1)高SOC阈值和车速之间以及(2)低SOC阈值和车速间的不同关系之间的曲线或其他的依赖关系。这些关系可以通过车辆和电池组的需求确定。曲线针对车辆的行程和电池规格的组合可以有所不同并且还可以取决于应用以及可能的驾驶员指令。

基于驾驶员特征的实施例

驾驶员需求可以通过驾驶员对加速踏板和制动踏板的动作来估量。期望的是采集这些信息以反馈到BMMS内。在一个实施例中，这可以通过测量平均的加速和制动踏板动作以及这些踏板位置的第二力矩以判断动作的偏移和频率来完成。该数据可以被用于确定驾驶员的进取性。由于驱动特定车速曲线所需的能量倾向于跟驾驶员的动作成正比，因此该统计信息可以被用于判断每一段指定车辆行驶距离的能量消耗或车辆的能效。

这些信息可以跟“标准”或可控的测试条件相比较，并且在一个实施例中可以向驾驶员显示具有时间历史记录的指示内容以提供关于更加合适的驾驶方式的驾驶员反馈。可行的改进指示可以提供给驾驶员以鼓励他最小化加速和制动踏板的变化，由此减少电力消耗并提高电力行程和车辆效率。

另外，这些信息可以被用于设定变化范围以及电池组平均的充电状态(SOC)。在一个实施例中，加速踏板和制动踏板使用得越激烈和越频繁，最小SOC阈值就可以设定得越高，目的是为了避免电池SOC在行驶期间变得过低。这样做是因为需要满足道路或其他超载状态的要求以允许电池SOC暂时减小到下限边界以外。在一个这样的示例中，如果加速踏板被踩到极限超过第一时间段(例如5秒等)，例如意味着驾驶员在该时间段持续要求高功率并且因此可能需要认真操作以要求车辆的全功率，那就可以允许跨越下限边界。超过该第一时间段，功率可以通过并不危及安全但是保护电池的降级策略减小，正如将要参照本文中的图11所讨论的那样。

在另一个实施例中，BMMS还可以被用于在从AEM模式(例如电量消耗)改变为串联或并联PMM(例如电量保持)或相反时通知系统。由于平均车速可以是随着时间流逝所用能量的决定性因素，因此该信息结合加速踏板要求就可以确定所用的功率。在一个实施例中，可以使用速度以及加速踏板和制动踏板要求作为输入，能够将其用于确定在特定时间段内所需的功率和所需的能量，前提是假设未来的动作在道路负荷和驾驶员行为方面具有相同的统计特征。

通过这些信息就可以预测或估计未来的时间段(例如下一个十(10)秒等)可能是什么情况。一种策略可以是使用跟前十(10)秒或任意合适的时间段相同的最大功率和能量。应该意识到也可以使用其他的策略。例如，预测时间和数据收集时间无需相同。一旦确定了充电电流的预测值，随即就可以确定发动机和发电机的功率水平。如果该电流水平对于(通过电池的温度、充电状态、健康状态等确定的)电池当前状态来说过高，那么就可以通过车辆控制器来限制车辆的性能。在纯EV的情况下，仅通过电池组驱动的所有车辆都可以在某种情况下具有受限的性能。BMMS可以提前限制性能以保护电池并且为仅用电池提供最长的预期行程。

一个实施例

图11示出了根据本申请的原理得到的动态BMMS控制策略的一个实施例。

图11是车速和SOC的映射关系。正如可以看到的那样，BMMS模块可以在用于高SOC或低SOC阈值的若干条曲线中进行动态选择。在一个实施例中，BMMS可以根据电池需求而不是车速需求来设定这样的充电和放电限制。驾驶员可能无法辨别这些差异，但是电池能够得到更好的保护。

在图11的这一图的底部可以有可选的适当的充足最小允许SOC，低于该值则BMMS不允许电池耗尽。如果在BMMS内包括有该值，那么可以通过多种因素例如电池规格、质保因素等来加以确定。其他可以实现的曲线有：用于电量保持的高SOC阈值(1108)、用于加速和/或制动动作大幅变化的低SOC(1106)、用于平均加速和/或制动动作的低SOC(1104)以及用于加速和/或制动动作小幅变化的低SOC(1102)。如上所述，这些曲线可以根据驾驶员的加速和/或制动动作以及任何可识别的相关统计信息(例如1110)来进行选择。

BMMS可以确定AEM模式中的低速行进可以消耗电池到最小SOC边界，并且随后动力系统系统应该切换至PMM或者串联或并联模式。为了确定用于指定车速、驾驶员动作的适当SOC，可以测量和/或计算速度的平均和标准分布。在一个实施例中，可以根据这些数据将低SOC设定的尽量小。例如，如果平均车速低于某一速度(例如30公里/小时)并且速度变化也较小，那么SOC可以设定为由电池耐用性以及计划的车辆瞬时功率和能量考量所允许的这一最小值。但是如果速度变化过快表明紧急停车和开始通行的情况，那么低SOC边界应该设定为较高的值以允许在较长的时间段内使用更高的功率。这种情况例如可能在交通流量大的道路行驶中出现。

当车辆处于电量保持或者串联或并联模式中的PMM状态时，充电速率可以设定为通过上述的车辆状态和电池特性确定的最小值。如上所述，该充电速率可以取决于车辆动作和驾驶员动作。统计信息可以被用于确定用于电池组的充电速率以及平均SOC和ΔSOC。可能需要根据车速设定最大SOC线和最小SOC线以及额定SOC或中间SOC。然后根据行驶统计信息，高SOC线和低SOC线即可通过统计信息被修改得更窄。这种缩窄可以导致更好地维护电池和在较短的行程内激励电池以由此延长寿命。

一个示例

图12将一个示范性行驶周期以及电池的SOC控制作为车速和时间的函数示出。图12有助于介绍BMMS控制和模式切换。在此示出的车辆模式是AEM(或电量消耗)，其中电池可以通过制动车辆而重新发电。图12还示出了串联或并联的PMM电量保持模式。

正如可以看到的那样，BMMS可以可选地设定被示出用于避免电池损坏或保护保修义务的最小SOC底面(1202)。

图12示出了电池充电状态SOC、车速和时间的图。曲线1208示出了这一示范性行驶周期。曲线1208从停止点(车速=0)并且以高SOC开始。由于车辆以AEM模式行驶，因此电池被示出为正在消耗。车辆沿AEM模式中的黑线行驶，直至电池SOC达到A点的高SOC平面(1206)为止。此时，车辆可以保持在AEM模式或者变为PMM模式，但是电池可以继续消耗至B点的低SOC平面(1204)。

在B点，车辆可以切换至PMM并且电池可以进行充电，直至SOC在C点再次达到高SOC平面为止。电池可以再次消耗同时以PMM模式或AEM模式进行驱动。在车辆处于山路或连续高负载状态(例如拉动拖车)的情况下，SOC就可能会降至低SOC平面以下。这可能是为了保持性能或出于安全原因所需要的。但是对于这种高性能要求，电池可以继续放电直至达到最小SOC平面(1202)为止，电池不允许降至该平面以下。

在一个实施例中，车辆控制器可以随后警告驾驶员他不能再继续以这种性能等级驾驶并且开始限制性能以保护电池。随着功率可能减小车辆可以减速以保护电池。功率的减小可以在达到SOC底面之前开始，以通过将可用功率逐渐减小某一数值例如每10秒减小约5%来警告驾驶员正在接近底面。

图12还有助于示出高SOC、低SOC和底面这三个平面之间的关系。在一种应用中，BMMS策略可以用于实现最小的燃料消耗，并且在一个实施例中，发动机可以减至最小尺寸以保持恒速在平路上行进。电池可以不必考虑道路或道路负荷的微小变化，直至达到底面为止，并且可以减小车辆的输出功率和车辆的动力性能。如果有变速箱的话，车辆的扭矩性能就可以通过变速箱切换至更高的减速档位或更低的齿轮而被保持。

在另一个实施例中，“混合动力度”或发动机与电机/电池组的相对尺寸可以确定潜在的最小SOC和ΔSOC。例如，如果发动机被最小化而车辆的平均功率要求高且变化幅度大，那么最小SOC就应该设定得比较高，原因是电池和电机可能需要频繁地从发动机补充动力不足。如果发动机或原动机较大，那么SOC可以设定得比较低以用于更长的全电动行程(AER)，但是车辆在电量保持模式下的高速公路燃料经济性可能会由于发动机较大而变得较低并且因此发动机的运行效率也较低。

在一个实施例中，车辆可以被设计为使得在发动机运行时，发动机应该足够大以在平路或接近平整的道路上带动设定的满负荷。在出现连续高负载的可能性例如山路行驶或带动拖车时，平均SOC和ΔSOC也应该比较大或者动态地增加。原动机功率必须足够大以满足所需速度下的负载以及用于长时间或稳定状态的特定负载和坡度工况。发动机可以进一步减小，但是相应地针对特定的负载可能就无法长时间保持速度。因此必须在混合动力度和在平路或最小坡度的路上保持速度的能力之间进行折衷。

例如，车辆的最高速度可以通过原动机和电机的功率以及电池功率之和来确定。但是这一速度能够保持多长时间可以通过电池组的规格来确定。在电池组消耗至由车辆控制器的电池程序确定的最小SOC之后，速度就要逐渐减小至能够由发动机单独维持的速度。因此混合动力度就会受限于所保持的车辆速度。

混合动力度也可以被用于确定电池规格和电机尺寸。但是最小成本可以通过最小的电池尺寸和功率来确定。最优的电池容量(千瓦时)和功率(千瓦)可以被确定用于满足性能要求和成本目标。作为行驶预期、燃料经济性预期和加速性能规格函数的优化算法可以被确定用于最小化车辆成本和石油能耗。跟混合动力度无关地在标准车辆上节约40%燃料的退税额可以是能够确定所需发动机尺寸的总体规则。

上述车辆控制策略可以实现以最大化车辆的混合动力度DOH，而且还能保护电池避免进入其寿命和性能可能受影响而低于电池生产商预期的区域。

一般而言，PHEV可以用于取代化石燃料并且用于实现可再生能量的利用。以后还可能需要使用更大的能够有更长AEM行程的电池组。因此，利用来自本地太阳和风的可再生能源的利用可以集成到高DOH车内。

这种概念可以允许高DOH车取代大部分化石燃料同时仍能通过电池组保持性能。该性能可能无法保持太长时间，但是时长仍足以满足用户超过90%的驾驶需求。性能下降至低SOC平面以下并且达到性能可能削减的最底层的少数情况应该基于车辆的规格尽量少。如果达到底层的频率频繁并且驾驶员和拥有者需要更多性能，那么PHEV可以为此而装备更大的发动机。对于PHEV生产商来说，可以提供多种车辆的变型，例如具有3种或更多种发动机尺寸。还可能需要对同一辆车提供3种或更多种的DOH配置。应该注意到电池管理可以将DOH跟架构一起考虑，原因是它们都能影响到BMMS的稳健性。

以上介绍的内容包括本主题发明的多个示例。为了介绍要求保护的主题内容而介绍部件或方法的每一种可能组合当然是不可能的，但是本领域技术人员应该意识到本主题发明中很多进一步的排列组合都是可行的。因此，应该认定要求保护的主题内容包含所有这些落入所附权利要求实质和保护范围内的可选方案、修改和变形。

具体地并且关于通过上述部件、设备、电路、系统等实现的各种功能，除非另有说明，否则用于介绍这些部件的术语(包括对“手段”的引用)应该理解为对应于执行所述部件具体功能(例如功能等价)的任何部件，即使结构上跟公开的结构并不等同，只要执行了要求保护的主题内容的示范性应用在本文中所示的功能即可。在这方面，还应该意识到本发明包括一种系统以及具有计算机可执行指令的计算机可读取介质，用于执行要求保护的主题内容中各种方法的动作和/或事件。

另外，尽管可能已经参照若干种实施方式中的仅仅一种公开了本主题发明的某一特定特征，但是这样的特征也可以针对任何指定或特定的应用根据需要和有利地跟另一些实施方式中的一种或多种其他的特征相结合。而且，就具体实施方式或权利要求中使用的术语“包含”和“内含”及其变形来说，这些术语应理解为以类似于术语“包括”的方式而包含在内。

本发明的目的之一是解决HEV(混合动力电动车)和PHEV(插入式混合电动车)的动力控制策略和电池能量管理的问题，以提高电池的使用效率和使用时间，并提高电动车的动力。

和现有技术相比，本发明的有益技术效果包括:

(1)根据图5A-B和图6-9以及相关描述，本发明的新型结构和控制方法能够有效率的根据系车辆参数(例如电池电量SOC，车速，司机需求等)来进行双电机双离合器动力系统模式的选择和切换(包括纯电动模式，串联模式，和并联模式)，以达到提高燃油经济性和维持电池电量的目的。

具体地说，为了达到以上第一个有益技术效果，混合动力模式之选择控制可使用图5A的方式，在电池电量高时使用纯电动模式(502)。在电池电量中等时，低车速使用纯电动，中高车速时使用并联模式(504)。在电池电量低时，低中车速使用串联模式(506)，高车速时使用并联模式(504)。图5B与图5A类似，是另外一种控制原理。模式切换的具体实施方式如图6所示，使用流程图来判断模式的选择，或更好的方式是控制系统使用如图9所示的状态机，定义了永久模式与瞬间模式，永久模式代表可长时间操作下的模式(如纯电动，串联，和并联)，而瞬间模式代表了永久模式间的转换操作。另在状态机中定义了故障模式，使系统有故障时可运行的跛行模式。图7和图8显示了模式转换下发动机和电机的工作状态。

(2)根据图4A-B以及相关描述，本发明的新型结构和控制方法能够在纯电动运行模式下，使用双电机来驱动车辆，藉由双电机效率和特性不同之特点，控制系统可对电机操作点进行优化，以提高纯电动模式下的运行效率，增加传电动行驶距离。

具体地说，为了达到以上第二个有益技术效果，图4A以及相关描述用来解释双电机有不同效率和不同外特性下，选择工作点的影响。图4B用来解释经过优化来选择双电机工作点的具体实施步骤。

(3)根据图10-12以及相关描述，本发明的新型结构和控制方式，根据工况将电池电量操作在需求的范围，能够延长电池寿命，增加电池效率，和提高燃油经济性。

具体地说，为了达到以上第三个有益技术效果，图10以及相关描述使用车速和电池电量来决定电池的使用，图11显示了再加上驾驶统计的信息后的电池使用方式。

(4)在相同的动力、相同的燃油效率和相同驱动效率情况下，本发明的HEV(混合动力电动车)和PHEV(插入式混合电动车)的动力总成系统(Powertrain)的结构简单、体积小。

(5)本发明有效地去除了变速箱，通过电机的配合和补偿，在没有变速箱条件下，优化了内燃机的动力输出。

本申请的每一个权利要求反映了以上一个或多个有益技术效果。

在实现以上五个有益技术效果时，本发明的混合动力车使用电能来取代部份发动机的能量。如果车子能做外部充电(如插入式混合动力车)，在电池电量高的情况下，可全部使用电能来运行，实现零油耗零排放的结果。在电池电量少的状况，车辆进入混合动力模式，因为动力系统是双电机双离合器同轴架构，可以运行在并联或串联模式。并联因为发动机直驱，在高速较有效率。低速时，根据电池电量的高低可选择纯电动或串联模式。

本发明提出的以上结构和方法在设计上具有难度，原因包括如下:

(1)混合动力是很复杂的系统，对其做控制必须对系统有整体完整的了解，以前许多人并没有以整体系统去考虑。

(2)在过去，电机技术和控制器技术并不存在或不成熟。

(3)在过去，插入式混合动力系统较少人在研究，或长期、系统地研究。

Claims (26)

1.一种用于控制混合动力车的动力系统的方法，用于所述混合动力车的所述动力系统包括：原动机；电机-发电机，所述电机-发电机通过第一离合器机械连接至所述原动机；电机，所述电机通过第二离合器机械连接至所述电机-发电机；电池，所述电池电连接至所述电机-发电机和所述电机，所述电池配置为为所述电机-发电机和所述电机提供电能；以及控制器，所述控制器配置为从一个或多个传感器接收信号并且为所述原动机、所述第一离合器、所述电机-发电机、所述第二离合器和所述电机提供控制信号，从而使得所述控制器配置为动态地实现多种工作模式；所述方法的步骤包括：

确定所述电池的充电状态；

确定车辆的速度；

如果所述充电状态大于指定的第一阈值，那就选择所述车辆的电量消耗工作模式；

在所述车辆的运行期间，如果所述充电状态小于指定的第二阈值，那就选择所述车辆的电量保持工作模式，

其中所述方法的步骤进一步包括：

(i)接收充电状态值、车辆速度值和发动机温度值作为输入；

(ii)如果充电状态大于第一阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：全电动模式和高牵引力电动模式；

(iii)如果充电状态小于(ii)中的所述第一阈值并且如果发动机温度低于第一温度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：串联混合动力模式；

(iv)如果发动机温度高于(iii)中的第一温度阈值并且如果所述充电状态大于第二阈值并且如果车辆速度大于第一速度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：全电动模式；

(v)如果车辆速度小于(iv)中的所述第一速度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：并联混合动力模式；

(vi)如果充电状态小于(iv)中的所述第二阈值并且如果车辆速度大于第二速度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：并联混合动力模式；以及

(vii)如果车辆速度不大于(vi)中的所述第二速度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：串联混合动力模式。

2.如权利要求1所述的方法，其中选择所述车辆的电量消耗工作模式的所述步骤进一步包括：

从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：全电动模式和高牵引力电动模式。

3.如权利要求1所述的方法，其中选择所述车辆的电量保持工作模式的所述步骤进一步包括：

从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：并联混合动力模式、串联混合动力模式和全电动模式。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述第一阈值跟所述第二阈值基本相同。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一阈值不同于所述第二阈值。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述混合动力车是一种分组中的一种，所述分组包括：混合动力车和插电式混合动力车。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述第一阈值取决于车辆的速度。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述第二阈值取决于车辆的速度。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述第一阈值和所述第二阈值在充电状态方面随着车辆速度的增加而增大。

10.如权利要求2所述的方法，其中所述高牵引力电动工作模式配置为根据所述电机-发电机和所述电机的效率动态地选择用于所述电机-发电机的第一扭矩和用于所述电机的第二扭矩的扭矩组合。

11.如权利要求10所述的方法，其中所述高牵引力电动模式配置为根据所述电机-发电机和所述电机的效率动态地选择用于所述电机-发电机的第一扭矩和用于所述电机的第二扭矩的扭矩组合，以达到驾驶员要求的期望扭矩。

12.如权利要求11所述的方法，其中当驾驶员要求的期望扭矩降低时，所述电机-发电机和所述电机的效率上的差异变大。

13.如权利要求1所述的方法，其中所述方法的步骤进一步包括：

在所述车辆的运行期间，动态地选择过渡工作模式，所述过渡工作模式包括一种分组的一种，所述分组包括：从全电动模式到串联混合动力模式的过渡模式；从串联混合动力模式到并联混合动力模式的过渡模式；以及从全电动模式到并联混合电动模式的过渡模式。

14.如权利要求13所述的方法，其中所述过渡工作模式在检测到过渡状态时被选择用于所述车辆。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述过渡状态包括一种分组中的一种，所述分组包括：充电状态、车辆速度、驾驶员要求、发动机温度和诊断校验。

16.如权利要求15所述的方法，其中动态地选择过渡工作模式的步骤进一步包括：

在检测到故障状态时选择故障工作模式。

17.如权利要求16所述的方法，其中所述故障状态包括一种分组中的一种，所述分组包括：超过过渡时间阈值、发动机故障检测、电机-发电机故障检测、离合器故障检测。

18.如权利要求1所述的方法，其中所述方法的步骤进一步包括：

在所述车辆运行期间，选择用于电量保持工作模式的低充电状态阈值，所述低充电状态阈值取决于驾驶员的统计驾驶形式。

19.一种用于控制混合动力车的动力系统的系统，所述动力系统包括：原动机；电机-发电机，所述电机-发电机通过第一离合器机械连接至所述原动机；电机，所述电机通过第二离合器机械连接至所述电机-发电机；电池，所述电池电连接至所述电机-发电机和所述电机，所述电池配置为为所述电机-发电机和所述电机提供电能；

一套传感器，所述传感器包括一种分组中的一种，所述分组包括：SOC传感器、车辆速度传感器、温度传感器、离合传感器、电机传感器、电机-发电机传感器、制动踏板传感器和加速踏板传感器；

第一离合致动器，所述第一离合致动器配置为致动所述第一离合器；

第二离合致动器，所述第二离合致动器配置为致动所述第二离合器；以及

至少一个控制器，所述控制器包括处理器和计算机可读取存储器，所述存储器进一步包括计算机可读取指令，在通过所述处理器读取所述计算机可读取指令时，所述控制器配置为：

确定所述电池的充电状态；

确定车辆的速度；

如果所述充电状态大于指定的第一阈值，那就选择所述车辆的电量消耗工作模式；

在所述车辆的运行期间，如果所述充电状态小于指定的第二阈值，那就选择所述车辆的电量保持工作模式，

其中所述控制器进一步配置为：

(i)接收充电状态值、车辆速度值和发动机温度值作为输入；

(ii)如果充电状态大于第一阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：全电动模式和高牵引力电动模式；

(iii)如果充电状态小于(ii)中的所述第一阈值并且如果发动机温度低于第一温度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：串联混合动力模式；

(iv)如果发动机温度高于(iii)中的第一温度阈值并且如果所述充电状态大于第二阈值并且如果车辆速度大于第一速度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：全电动模式；

(v)如果车辆速度小于(iv)中的所述第一速度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：并联混合动力模式；

(vi)如果充电状态小于(iv)中的所述第二阈值并且如果车辆速度大于第二速度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：并联混合动力模式；以及

(vii)如果车辆速度不大于(vi)中的所述第二速度阈值，那就从一种分组中选择一种工作模式，所述分组包括：串联混合动力模式。

20.如权利要求19所述的系统，其中所述控制器进一步配置为：

从一种分组中选择电量消耗工作模式，所述分组包括：全电动模式和高牵引力电动模式。

21.如权利要求19所述的系统，其中所述控制器进一步配置为：

从一种分组中选择电量保持工作模式，所述分组包括：并联混合动力模式和串联混合动力模式。

22.如权利要求20所述的系统，其中所述控制器进一步配置为：

根据所述电机-发电机和所述电机的效率动态地选择用于所述电机-发电机的第一扭矩和用于所述电机的第二扭矩的扭矩组合。

23.如权利要求22所述的系统，其中所述控制器进一步配置为：

根据所述电机-发电机和所述电机的效率动态地选择用于所述电机-发电机的第一扭矩和用于所述电机的第二扭矩的扭矩组合，以达到驾驶员要求的期望扭矩。

24.如权利要求23所述的系统，其中当驾驶员要求的期望扭矩降低时，所述电机-发电机和所述电机的效率上的差异变大。

25.如权利要求19所述的系统，其中所述控制器进一步还配置为：

在所述车辆运行期间，动态地选择过渡工作模式，所述过渡工作模式包括一种分组中的一种，所述分组包括：从全电动模式到串联混合动力模式的过渡模式；从串联混合动力模式到并联混合动力模式的过渡模式；以及从全电动模式到并联混合电动模式的过渡模式。

26.如权利要求19所述的系统，其中所述控制器进一步还配置为：

在所述车辆的运行期间，选择用于电量保持工作模式的低充电状态阈值，所述低充电状态阈值取决于驾驶员的统计驾驶形式。