CN104044583A - 混合动力车辆和通过控制废热回收装置旁路阀的制动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供混合动力车辆和通过控制废热回收装置旁路阀的制动方法。所述制动方法包括通过控制器确定用于制动所述车辆所需的制动功率。根据所述方法，通过控制器移动旁路阀到相对限制位置以提供至少一些所述所需的制动功率，所述旁路阀控制排气流过所述废热回收装置。

Description

混合动力车辆和通过控制废热回收装置旁路阀的制动方法

技术领域

本发明总体包括混合动力车辆和制动方法。

背景技术

具有电动机-发电机的混合动力车辆通常被配置为通过作为发电机操作电动机-发电机来实施再生制动，以使车辆减速。电动机-发电机将车轴的旋转扭矩转换成电能存储在例如电池等能量存储装置中。再生制动的可用性是变化的，因为它取决于能量存储装置的充电功率限值。例如，如果能量存储装置的充电功率限值小于所需的制动功率，则再生制动将不能够提供所有所需的制动功率，并且车辆的摩擦制动器将需要吸收至少一些能量。如果在制动事件期间，能量存储装置达到预定的最大充电状态，则再生制动停止，并且系统必须提高摩擦制动水平以满足制动需求。虽然适合于满足制动需求水平，但是，当这种从再生制动到全摩擦制动的过渡发生时，这些系统可能有不稳定的感觉。此外，由于第二种制动形式（即，再生制动）的可用性是变化的，因此摩擦制动系统必须能够承受大量的负荷，增加了系统的成本。例如，在这样的制动系统上通常需要额外的液压泵，以提高制动能力。

一些车辆在排气系统中具有专用的排放阀，该排放阀能够移动以限制排气流动，在发动机上增加扭矩以使发动机减速，提供制动功率的额外来源。专用的排放阀在这样的车辆上仅用于这个目的，增加了车辆的费用。

发明内容

提供了一种用于制动混合动力车辆的方法，该混合动力车辆具有动力总成并且具有排气系统，该动力总成具有发动机，，该排气系统包括废热回收装置。该方法包括通过控制器确定用于制动车辆所需的制动功率。该方法还包括移动旁路阀到相对限制位置以提供至少一些所需的制动功率，该旁路阀控制排气流过废热回收装置，压缩的排气由此在发动机上造成扭矩增大以提供至少一些所需的制动功率。该动力总成可以包括电动机-发电机，并且该方法还可以包括通过控制器确定用于动力总成的混合动力变速器的能量存储装置的充电功率限值。根据该方法，电动机-发电机可以被控制以用作发电机，以使至少一些所需的制动功率由再生制动提供。只有当所需的制动功率大于该充电功率限值时，进行移动旁路阀到相对限制位置。当所需的制动功率大于该充电功率限值时，还可以通过该方法控制该发动机来消耗功率以提供至少一些所需的制动功率。

根据该方法，旁路阀也可用于其传统的目的，即，调节排气流动来控制用于发动机加热的热提取。因此，根据该方法，当发动机具有小于预定的发动机温度的温度和/或小于预定的速度的旋转速度时，也可以通过控制器来移动旁路阀以关闭旁路通道。为了辅助车辆制动，用于这个目的的旁路阀的移动没有进行；而是关闭旁路通道迫使排气流过传热通道，这增加了用于加热发动机的热交换的速率。

因此，根据该方法，现有的部件，旁路阀被控制以用于额外的功能，除了第一和第二制动源（摩擦制动机构和再生制动）之外，增加了第三制动功率源。与通过电动机-发电机进行的再生制动为动力总成制动的唯一制动源的系统相比较，该动力总成满足制动需求的能力因而更不易变。再生制动的可用性是易变的，因为它依赖于能量存储装置的状况。由于排气系统作为功率消散器的可用性，摩擦制动系统可以因此更简单和更便宜。例如，将不需要额外的液压泵来增加摩擦制动机构的制动能力。

当结合附图时，本发明的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面实施本发明的最佳方式的详细描述变得显而易见。

附图说明

图1是混合动力车辆的示意图，该混合动力车辆具有控制器，该控制器被配置为执行控制废热回收装置的方法，示出了在第一位置中的废热回收装置旁路阀；

图2是图1的车辆的一部分的局部示意图，示出了在第二位置中的旁路阀；

图3是图1的车辆的一部分的局部示意图，示出了在第三位置中的旁路阀；

图4是控制图1的废热回收装置的方法的流程图。

具体实施方式

参照附图，其中，相同的附图标记表示相同的部件。图1示出了混合动力车辆10，该混合动力车辆10具有混合动力动力总成12，该混合动力动力总成12被配置为提供牵引扭矩给车轴14。该车轴14具有车轮16，车辆16安装在车轴14上以随着车轴14旋转。车胎18被安装在车轮16上。动力总成12因而提供扭矩以推进车辆10。车轴14具有通过差动器连接的两部分，该差动器包括在传动装置26内。如图所示，车轴14是车辆10的前车轴。车辆10还包括车轴15，其用作后车轴。车轴15也包括车轮16，该车轮16安装其上用于旋转，和轮胎18，该车胎18被安装到车轮16。虽然动力总成12被示出仅机械地驱动前车轴14，但是额外的传动装置能够连续地或有选择地连接动力总成12到后车轴15，以提供全轮驱动功能。车轴14、15仅示意性地示出。

动力总成12包括发动机20和混合动力变速器22。发动机20可以是火花点火式内燃发动机或柴油压燃式内燃发动机。混合动力变速器22包括电动机-发电机24和传动装置26。发动机20和电动机-发电机24都连接到传动装置26的不同的部件，并且该传动装置操作地连接到车轴14，以使来自发动机20和电动机-发电机24中一个或两个的功率可以提供给车轴14，取决于动力总成12的运行模式，如本领域技术人员容易理解的。虽然只有一个电动机-发电机24被描述，但是一个或多个额外的电动机-发电机可以被包括在动力总成12内。

电动机-发电机24可以由控制器30控制以作为电动机或发电机运转。具体地，控制器30发送控制信号到电动机控制器功率逆变器模块34，该逆变器模块34能够使能量存储装置32（例如电池）内存储的电能被转变成电流，该电流驱动电动机-发电机24作为电动机运转。当电动机-发电机24被控制以作为发电机运转时，控制器30也可以发送控制信号到能量存储装置32，能量存储装置32能够使电动机控制器功率逆变器模块34将电动机-发电机24提供的交流电转变成直流电以存储在能量存储装置32内，从而将来自传动装置26的扭矩转变为电功率。虽然本文中描述为电池和需要交流电的电动机-发电机，但是其他类型的能量存储装置和电动机-发电机可以用在混合动力车辆中，并根据本文中所描述的方法100控制。

发动机20具有排气系统40，其处理从发动机20内的燃烧室流出的排气。排气系统40可以包括催化转换器42和废热回收装置（EHRD）44，废热回收装置44沿从发动机20到排气系统40的出口46的排气流在催化转换器42的下游。排气系统40可以包括额外的排气处理部件，适合用于内燃或柴油发动机的排气处理。

EHRD44包括废热回收装置换热器（EHRDHE）45。多个冷却剂流动通道（未示出）与发动机内的机油和EHRDHE45内的废热流体连通。在EHRD44的入口54和出口56之间，EHRD44具有传热通道48和旁路通道50。传热通道48与EHRDHE45流体连通。旁路通道50不与EHRDHE45流体连通。因此，当排气行进穿过传热通道48时，热可以被提取用于与机油热交换，而热不能从行进穿过旁路通道50的排气中提取。

排气系统40包括旁路阀58，旁路阀58具有通过促动器60可移动的阻塞件，促动器60由控制器30控制。通过排气系统40的排气流动由处于控制器30的根据本文所描述的存储在处理器33的算法控制下的旁路阀58的位置确定。旁路阀58的阻塞件可以在图1中所示的第一位置、图2中所示的第二位置和图3中所示的可选的第三位置之间移动。

在第一位置中，旁路阀58的阻塞件基本上阻断穿过传热通道48的流动。如本文所使用的，“基本上阻断流动”、“基本上阻止流动”或者“基本上关闭”意味着超过一半的流动被阻断。因此，当旁路阀58处于图1的第一位置中时，排气流动的绝大部分按照流动箭头A穿过旁路通道50。旁路阀58的阻塞件具有小孔62，该小孔62允许一些排气流动经过旁路阀58，而不管旁路阀58的位置。因此，当旁路阀58处于第一位置中时，非常少量的排气流动仍然可以穿过传热通道48进行。然而，孔62的大小被制成为使穿过孔62的流动是非常有限的。

在图2的第二位置中，旁路阀58的阻塞件基本上阻塞旁路通道50的出口59，以使绝大部分流动按照流动箭头B穿过传热通道48。穿过传热通道48的流动经过EHRDHE45，EHRDHE45包括多个盘管（未示出），该盘管在EHRD44和发动机20之间输送冷却剂。因此，和穿过旁路通道50的流动相比，穿过传热通道48的流动是更受限制的。因此，和图1中的旁路阀58的第一位置相比，图2中的旁路阀58的第二位置被认为是更受限制的位置。

在一些实施例中，控制器30可以控制促动器60移动旁路阀58到图3的第三位置，该第三位置比第一位置和第二位置更受限制。在第三位置中，旁路阀58的阻塞件基本上阻塞EHRD44的出口56。排气既可以流过传热通道48（流动箭头C），也可以流过旁路通道50（流动箭头D），但流动受到严格限制，因为到排气系统40的出口46的流动被迫通过旁路阀58的孔62。由于旁路阀58的第二位置和第三位置和第一位置相比关于排气流动都更受限制，因此当旁路阀58在第二或第三位置时，在排气系统40内流动的排气由发动机更大地压缩。

在一些实施例中，排气系统40还可以包括热电转换器70，其能够在控制器30的控制下将热能转换成电能。热电转换器70通过传输导体（例如电线或电缆）连接到能量存储装置32，以使排气的热能够被转换成能量存储装置32内的电能。

摩擦制动机构76操作地连接到每一个车轮16。摩擦制动机构76操作地连接到控制器30并可以从控制器30接收控制信号以被应用（即，接合），从而在车轴14或16上提供制动扭矩来使车辆10减速。为了清楚的目的，摩擦制动机构76到控制器30的操作连接没有在附图中被示出，但是可以通过传输导体和电驱动液压阀进行。车辆驾驶员可以通过致动制动输入机构请求制动，例如通过压下制动踏板80。例如，控制器30操作地连接到制动踏板80并能够根据提供给控制器30的制动信号确定要求的制动功率的量。制动信号可以与制动踏板80的下压角度成比例。

控制器30执行处理器33上存储的算法，通过如已知的控制发动机20关或开以及电动机-发电机用作电动机或发电机，控制混合动力动力总成12以及排气系统40的运行，以建立动力总成12所需的运行模式（例如，纯发动机、混合动力模式和纯电动运行模式）。此外，控制器30执行存储的算法来运行催化转换器42和其他排气系统部件，以控制排气的排放水平以及移动旁路阀58以建立用于加热发动机20所需的热回收。

控制器30在处理器33上执行存储的算法以提供混合动力车辆10的制动。存储的算法在图4的流程图中示出，作为制动混合动力车辆10的方法100。如本文中所描述的，根据方法100，不同的制动功率源是可用的，因为发动机20、排气系统40、电动机-发电机24和摩擦制动机构76能够单独或以不同的组合来实施以提供制动功率。根据方法100，由于其相关的燃油经济性，优先利用电动机-发电机24来提供再生制动功率。然而，根据某些运行参数，利用电动机-发电机24作为发电机可能是不合适的。排气系统40作为另一种制动功率源的可用性意味着需要更少来自摩擦制动机构76的制动功率，从而能够使用不太复杂和不太昂贵的摩擦制动机构76并提供更加平稳的制动感受，如本文所述。

具体地，参照图4，当控制器30接收到制动信号（例如，由于制动踏板80的下压）时，方法100开始于起点102，并执行步骤104，确定所需的制动功率。制动信号能够表明制动踏板80的下压角度，并且所需的制动功率可以是下压角度的线性函数。仅出于示例的目的，第一个5%制动踏板行程（例如，可能行进超过45度范围的制动踏板80的0至2度的下压）可能不会引起制动信号，从而过滤掉不意图制动的在制动踏板上的习惯性搁置。接下来的15%制动踏板80行程则可以引起制动信号，该制动信号表明第一制动功率量需要由动力总成12提供。剩余的80%制动踏板80行程可以引起制动信号，该制动信号表明第二制动功率量除了由动力总成12提供的制动功率量之外，必须由摩擦制动机构76提供。

因此，根据步骤104，控制器30可以确定全部所需的制动功率和全部所需的制动功率中由混合动力动力总成12所提供的量。控制器然后必须确定是否由动力总成12提供的制动功率的任何部分是否将由用作发电机的电动机-发电机24提供，以提供再生制动功率，以及确定是否任何部分必须来自排气系统40，以及是否任何部分是否必须来自消耗功率的发动机20。

为了进行该确定，控制器30首先考虑多个运行参数。因此，如果所需的非零制动功率在步骤104中被确定，则方法100进行到步骤105以确定能量存储装置32的充电功率限值。该充电功率限值可以被称为电池充电功率限值。电池充电功率限值是控制器30基于进行确定时的运行条件确定的能量存储装置32，应接收的功率量。电池充电功率限值可以部分地基于与能量存储装置32的预定最大充电状态相比较的能量存储装置32的电量状态，以及能量存储装置32的温度，该温度影响能量存储装置32的充电速率及能够确定能量存储装置32是否能够足够快地充电以提供所需要的动力总成制动功率。因此，步骤105可以包括步骤106，确定能量存储装置32的充电状态，以及步骤108，确定能量存储装置32的温度。充电状态可以基于由电压传感器提供的传感器信号，并且温度可以基于由温度传感器提供的传感器信号。传感器未在图1中示出，但可由本领域的技术人员容易地理解。

由控制器30确定的电池充电功率限值可能随着能量存储装置32的充电状态提高并接近预定最大充电状态而降低。例如，不考虑温度，在60%的充电状态下，电池充电功率限值可以是40千瓦（kW）。控制器30可以保持40kW充电功率限值不变，直到能量存储装置32达到更高的充电状态，例如70%的充电状态。在该点处，控制器30可以开始斜线下降充电功率限值，从70%充电状态的40kW到能量存储装置32达到90%充电状态（其可以是预定最大充电状态）之前的0kW。其他因素也可能影响充电功率限值。例如，步骤105中确定的充电功率限值也可以计入能量存储装置32的充电状态中的由热电转换器70所提供的任何增加，该热电转换器70将排气中的废热转换成能量存储装置32内的电能。

方法100然后行进到步骤110，以将步骤104中确定的所需的制动功率与步骤105中确定的电池充电功率限值相比较。为了进行该比较，步骤104、105中的每一个的功率必须在相同的条件下计算，例如机械功率。在这种情况下，如果电池充电功率限值的量内的功率被提供给能量存储装置32，则电池充电功率限值根据提供给车辆车轴14的等量的再生制动机械功率被量化。

如果所需的制动功率不大于步骤110中的电池充电功率限值，则所有的制动功率可能由再生制动提供，并且方法100行进到步骤112，并且控制电动机-发电机24用作发电机，向车轴14增加与车辆行驶的方向相反的扭矩，从而提供至少一些所需的制动功率。根据能量存储装置32的这些运行参数，再生制动比由排气系统40提供的制动更受青睐，因为当电动机-发电机24用作电动机时，通过再生制动存储的能量可以在随后的车辆运行期间被重新使用。在图4的流程图中，“Y”表示肯定确定，而“N”表示方法步骤的否定确定。此外，流程图仅用于示例目的，并且至少一些步骤可以与示出的不同的顺序被执行。

如果在步骤110中确定所需的制动功率大于电池充电功率限值，那么单独通过电动机-发电机24的再生制动不能提供所有所需的制动功率。因此，至少一些所需的制动功率必须由其他方式提供。方法100首先行进到步骤114，在该步骤中，控制器30控制电动机-发电机24用作发电机以提供接近步骤105中确定的电池充电功率限值的制动功率的量。因此，根据方法100，如果可能，最优先的是确保提供再生制动功率。

接下来，因为在这种情况下再生制动功率单独不能满足所需的制动功率，因此方法100行进到步骤116，在该步骤116中，控制器30发送控制信号到促动器60，以移动旁路阀58到相对限制位置。相对限制位置可以是图2中的第二位置，在这种情况下，步骤116包括子步骤118，关闭旁路通道50。例如，对于只有两个位置的旁路阀，相对限制位置必然是图2的第二位置，因为与排气可以流过旁路通道50时相比，迫使排气流过传热通道48提供了更多的压缩。因为旁路阀58具有三个位置，相对限制位置可能是第二位置，根据子步骤118实现，至少基本上关闭旁路通道50，或者是图3的第三位置，根据子步骤120实现，至少基本上关闭旁路通道50和传热通道48。第三位置是最受限制位置，提供最大的排气压缩以及发动机20上的相关的扭矩载荷。

接下来，方法100行进到步骤121，在该步骤中控制器30直接地，或通过与单独的发动机控制器通信，控制发动机20以消耗能量。这可以通过打开发动机节气阀来实现（如果发动机20具有节气阀），和/或通过将变速器22降档提高发动机的转速来消耗更多的能量。当节气阀被打开时，发动机20内部的压力增加。如果变速器22被切换到“较低档位”（即，具有更高数值比的档位），则发动机20在动力总成12的输出部件上具有更大的齿轮比杠杆作用。

在混合动力动力总成12被根据步骤110、114和116控制以提供制动功率之后，方法100行进到步骤122，以确定是否需要额外的制动功率来满足步骤104所需的制动功率。也就是说，如果由制动踏板80的位置建立的所需的制动功率大于可以通过混合动力动力总成12内的单独的制动功率源（即，电动机-发电机24、发动机20和排气系统40）所提供的，则方法100行进到步骤124，在该步骤124中，控制器30发送控制信号给制动致动器，该制动致动器施加摩擦制动机构76以通过摩擦制动来提供额外所需的制动功率，施加扭矩到车辆的车轮16。

旁路阀58可移动，以提供如上所述的排气系统40的制动功能，并且也可以被控制以影响排气加热。在制动功率不需要来自混合动力动力总成12时的时期期间，可实施旁路阀58的由与发动机冷却剂最佳热交换指令的位置。因此，根据发动机20的预定的运行参数，旁路阀58将位于图2的第二位置中，以关闭旁路通道50，同时允许排气流过传热通道48，以实现通过EHRDHE45与发动机冷却剂的热交换。具体地，根据方法100，控制器30确定发动机20的温度，如在步骤126中提到的发动机冷却剂温度。在步骤128中，控制器30确定发动机20的速度，如所提到的满足驾驶者加速所需的指令速度以及基于加速器输入（如加速踏板（未示出））的位置的速度请求。

在步骤130，控制器30然后将发动机温度与预定的发动机温度比较，如通过确定是否发动机温度小于预定的发动机温度。如果发动机温度不小于预定的温度，则方法100返回到起点102。然而，如果发动机温度小于预定的发动机温度，则方法100可以直接行进到步骤116，或可以替代地首先行进到步骤132，以将发动机速度与预定的发动机速度比较，如通过确定是否发动机速度小于预定的发动机速度。如果发动机速度不小于预定的发动机速度，则根据方法100，发动机冷却剂的加热不被准许，并且方法100返回到起点102。然而，如果发动机速度小于预定的发动机速度，则方法100行进到步骤116并通过子步骤118移动旁路阀58到图3的第二位置，以关闭旁路通道50，从而允许废热经由EHRD45加热发动机冷却剂。

车辆10和方法100由此能够使用存在于许多车辆上的部件（旁路阀58）以提供来自混合动力动力总成12的额外的制动功能，能够在混合动力车辆内使用更简单并且成本更低的摩擦制动机构。

虽然用于实施本发明的最佳方式已经详细地描述，但是本发明相关领域技术人员将意识到在所附的权利要求的保护范围内用于实现本发明的各种替代方面。

Claims (10)

1.一种制动混合动力车辆的方法，所述混合动力车辆具有动力总成和排气系统，所述动力总成具有发动机，所述排气系统包括废热回收装置，所述方法包括：

通过控制器确定用于制动所述车辆的所需制动功率；和

移动旁路阀到相对限制位置，以提供至少一些所述所需的制动功率，所述旁路阀控制排气流过所述废热回收装置，压缩的排气由此在所述发动机上造成扭矩增加，以提供至少一些所需的制动功率。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述动力总成包括电动机-发电机，该方法还包括：

通过所述控制器确定用于所述动力总成的混合动力变速器的能量存储装置的充电功率限值；

控制所述电动机-发电机用作发电机，以使至少一些所需的制动功率由再生制动提供；并且

其中，只有当所需的制动功率大于所述充电功率限值时，进行所述移动所述旁路阀到相对限制位置。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

当所需的制动功率大于所述充电功率限值时，控制所述发动机消耗功率来提供至少一些所需的制动功率。

4.如权利要求2所述的方法，其中，所述充电功率限值至少部分地基于所述能量存储装置的充电状态和所述能量存储装置的预定最大充电状态。

5.如权利要求2所述的方法，其中，所述充电功率限值至少部分地基于所述能量存储装置的温度。

6.如权利要求1所述的方法，其中，所述废热回收装置具有入口和出口，其中，所述废热回收装置具有传热通道和旁路通道，排气在所述入口和所述出口之间选择地流动通过所述旁路通道；

其中，所述旁路阀具有第一位置，所述第一位置允许排气流过所述旁路通道，并且基本上阻止排气流过所述传热通道；

其中，所述旁路阀具有第二位置，所述第二位置基本上阻止排气流过所述旁路通道，并且允许排气流过所述传热通道；并且

其中，所述移动所述旁路阀到所述相对限制位置是将所述旁路阀从所述第一位置移动到所述第二位置。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述废热回收装置具有入口和出口，其中，所述废热回收装置具有传热通道和旁路通道，排气在所述入口和所述出口之间选择地流动通过所述旁路通道；

其中，所述旁路阀具有第一位置，所述第一位置允许排气流过所述旁路通道，并且基本上阻止排气流过所述传热通道；

其中，所述旁路阀具有第二位置，所述第二位置基本上阻止排气流过所述旁路通道，并且允许排气流过所述传热通道；

其中，所述旁路阀具有第三位置，所述第三位置基本上阻止排气流过所述旁路通道和所述传热通道；和

其中，所述移动所述旁路阀到所述相对限制位置是将所述旁路阀从所述第一位置或所述第二位置移动到所述第三位置。

8.如权利要求1所述的方法，还包括：

施加操作地连接到车轮的摩擦制动机构来使所述车辆减速，由此至少一些所述所需的制动功率由摩擦制动提供。

9.一种混合动力车辆包括：

车轴和车轮，所述车轮安装在所述车轴上，以随着所述车轴旋转；

混合动力动力总成，包括发动机、电动机-发电机和能量存储装置，所述能量存储装置操作地连接到所述电动机-发电机；其中，所述混合动力动力总成操作地连接到所述车轴并，被配置为向所述车轴提供扭矩以驱动所述车辆；

摩擦制动机构，操作地连接到所述车轮，用于使所述车轮的旋转减速；

排气系统，与从所述发动机流出的排气流体连通；其中，所述排气系统包括：

废热回收装置，具有入口和出口、传热通道和旁路通道，排气在所述入口和所述出口之间选择地流动通过所述旁路通道；

可移动的旁路阀，控制排气流过所述废热回收装置；其中，所述旁路阀具有第一位置，所述第一位置允许排气流过所述旁路通道，并且基本上阻止排气流过所述传热通道；其中，所述旁路阀具有相对限制位置，所述相对限制位置基本上阻止排气流过所述旁路通道，由此导致排气在所述排气系统内压缩并增大发动机上的扭矩；和

控制器，具有处理器，所述处理器执行存储的算法，所述算法：

（i）确定所需的车辆制动功率；

（ii）确定所述能量存储装置的充电功率限值；

（iii）如果所述所需的车辆制动功率为非零值，并且所述能量存储装置的充电状态小于预定的充电状态，则控制所述电动机-发电机用作发电机，以通过再生制动将所述车轮处的扭矩转换成电能，存储在所述能量存储装置内；和

（iv）如果所述所需的车辆制动功率大于所述充电功率限值，则移动所述旁路阀到所述相对限制位置。

10.如权利要求9所述的混合动力车辆，还包括：

当所述所需的制动功率大于所述充电功率限值时，控制所述发动机消耗能量来提供至少一些所述所需的制动功率。