CN104047745A - 对混合动力电动车辆中的目标发动机转速的海拔补偿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对混合动力电动车辆中的目标发动机转速的海拔补偿。一种用于控制混合动力电动车辆的方法包括响应于驾驶员动力请求而选择第一目标发动机转速，计算第一目标发动机转速下的可用发动机扭矩，如果可用发动机扭矩不足以满足驾驶员动力请求，则调节目标发动机转速，指令发动机以目标发动机转速运行。对于燃料经济性，第一目标发动机转速是最优化的。目标发动机转速下计算的可用发动机扭矩小于计算的最大发动机扭矩，从而为发动机真空保持扭矩储备。

Description

对混合动力电动车辆中的目标发动机转速的海拔补偿

技术领域

本公开涉及混合动力电动车辆和当设置目标发动机转速时对海拔条件的补偿。

背景技术

混合动力电动车辆可包括用于控制发动机转速的发电机。响应于动力需求，可基于可校准图(可被称为能量管理系统(EMS)图)选择发动机转速和扭矩。对EMS图进行校准，以实现期望的燃料经济性和各种其它因素(包括性能、排放量、车辆噪声、振动和声振粗糙度)。EMS图通常基于海平面发动机性能来校对。

在一些环境条件(诸如海拔增高或环境温度升高)下，发动机的可用扭矩会在部分发动机速度下或全部的发动机速度下减少。在这样的条件下，发动机可能无法以目标转速提供由EMS图指定的扭矩，因此，发动机将无法以EMS目标转速传递所请求的动力。发动机转速应该被增加到发动机可传送足够的扭矩以满足动力需求的点。

如图1中所示，现有技术中用于在这样的条件下控制发动机的方法采取增加发动机动力请求直到提供期望的发动机动力的方式。示出了EMS曲线的表示，为给定的动力需求提供目标发动机转速和发动机扭矩。这里，期望的动力与A点处指示的EMS转速和扭矩一致。控制器将命令发动机产生相应于A点的EMS转速。然而，由于环境条件(诸如海拔升高)，EMS转速下的最大发动机扭矩减小，如A′点指示。因此，供应的动力将小于期望的动力。响应于动力短缺，控制器将增加动力请求。随着动力请求增加，命令的发动机转速将沿着EMS曲线增加，直到到达B点。在B点，EMS转速和减小的最大扭矩在B′点对应。B′点处的发动机动力等于A点处的EMS动力，因此，满足期望的动力。由于满足了期望的动力，所以控制器将保持B点处所命令的发动机转速，直到期望的发动机动力发生变化。

尽管这一方法可适合于某些应用，但是这一方法相对耗时，这是因为由于诸如歧管填充和点火延迟等影响导致从发动机请求到发动机扭矩的生成存在延迟。因此，在确定是否存在动力短缺以及是否进一步增加动力之前，任何反馈机制必须等待，直到扭矩产生。另外，这一方法仅仅增加发动机转速，直到传送的发动机动力等于期望的发动机动力。结果，发动机将以其最大扭矩极限运转。在稳态运转期间，这将是不可取的，这是因为在加速踏板被进一步下压(“拨入”)的情形下应该保持一定水平的发动机扭矩储备，并为EGR(废气再循环)和碳罐净化提供足够的真空。另外，如果加速踏板被松开(“拨出”)，则实际的发动机转速会需要一些时间到达新的、较低的EMS目标转速。在此期间，可完成请求附加的发动机动力以补偿减小的发动机扭矩容量，这导致发动机动力的过量生产以及电池可能过度充电。

现有技术中另一方法包括发动机控制器计算预先指定的发动机转速下的最大可实现的发动机扭矩的表。这些计算的值按照发动机转速的函数被转换成包含最大发动机动力的表。随后对该表执行插值算法，以确定可实现期望的发动机动力时的最小发动机转速。在算法的每个执行循环期间重复这一过程。在海拔条件下，用这一算法获得的发动机转速可优先于根据EMS图获得的转速而被使用。对于某些应用，这一方法也可能比较不令人满意，因为这一方法是高度处理器密集型的，对于每个执行循环，在许多不同的发动机转速下需要进行完全相同的计算。

发明内容

根据本公开的多个实施例的一种用于控制混合动力电动车辆的系统和方法包括命令发动机目标发动机转速运转，所述目标发动机转速超过燃料效率最优化的发动机转速。响应于减少的可用发动机扭矩而执行这一命令。目标转速下计算的最大发动机扭矩超过满足驾驶员动力请求所需的扭矩。

所述系统和方法的一些实施例还包括计算目标发动机转速下的可用发动机扭矩，可用发动机扭矩等于计算的最大发动机扭矩减去用于保持发动机真空的扭矩储备（torque reserve）。然后计算目标发动机转速下的可用发动机动力，可用发动机动力等于目标发动机转速与可用发动机扭矩的乘积。然后，计算驾驶员动力请求和可用发动机动力之间的动力差，响应于所述动力差来调节目标发动机转速。在一些实施例中，调节目标发动机转速包括将调节的目标发动机转速限制为等于或大于燃料效率最优化的发动机转速。调节目标发动机转速还可包括增加发动机转速，直到所述动力差小于校准阈值。

所计算的目标发动机转速下的最大发动机扭矩可满足目标发动机转速下的驾驶员动力请求，并且保持用以保持发动机真空的扭矩储备。所述扭矩储备可随发动机转速变化。

根据本公开的实施例的一种混合动力电动车辆包括发动机和控制器。所述控制器被编程为响应于驾驶员动力请求而设置目标发动机转速，如果目标发动机转速下计算出的可用扭矩不足以满足驾驶员动力请求，则增加目标发动机转速。

根据本公开的实施例的一种混合动力电动车辆包括发动机和控制器。所述控制器被编程为响应于驾驶员动力请求而设置第一目标发动机转速，如果计算出的第一目标发动机转速下的可用扭矩不足以满足驾驶员动力请求，则增加目标发动机转速。

在一些实施例中，所计算的第一目标发动机转速下的可用扭矩等于计算出的第一目标发动机转速下的最大发动机扭矩减去扭矩储备。在这一实施例中，所述混合动力电动车辆还可包括第二控制器，被构造为计算目标发动机转速下的最大发动机扭矩。在多个实施例中，第一目标发动机转速针对驾驶员动力请求是燃料经济性最优化的，并且第一目标发动机转速还可以是针对车辆噪声、车辆性能和车辆尾气最优化的。

在一些实施例中，所述第一目标发动机转速是在驾驶员动力请求时燃料经济性最优化的。

在多个实施例中，第一目标发动机转速在车辆噪声、车辆性能和车辆尾气中的至少一方面是最优化的。

根据本公开的多个实施例的一种控制混合动力电动车辆的方法包括响应于驾驶员动力请求和可用发动机动力之间的差，控制发动机转速。可用发动机动力等于目标发动机转速和可用发动机扭矩之间的乘积，所述可用发动机扭矩小于计算的目标发动机转速下的最大发动机扭矩。

可针对燃料经济性、车辆噪声、车辆性能和车辆尾气中的至少一种来优化目标发动机转速。

控制发动机转速可包括当驾驶员动力请求超过可用发动机动力时增加目标发动机转速。控制发动机转速可包括命令超过目标转速的发动机转速，其中，命令的发动机转速下的可用发动机动力至少等于驾驶员动力请求。可用发动机扭矩可被计算为等于目标发动机转速下计算的最大发动机扭矩减去用于保持发动机真空的扭矩储备所获得的计算值。所述扭矩储备可随着发动机转速而变化。对于给定的发动机动力，所述目标发动机转速针对的燃料经济性、车辆噪声、车辆性能、车辆尾气或上述事物的某些组合是最优化的。

根据本公开的实施例提供许多优点。例如，各种实施例可使发动机在海拔条件下满足驾驶员动力请求，同时还保持歧管真空。根据本公开的实施例还通过在命令发动机转速之前计算补偿的目标转速(而不是在估算提供的动力之前等待发动机产生扭矩)以提供快速的响应时间。

通过下面结合附图时对优选实施例进行详细地描述，本公开的上述优点以及其它优点和特征将变得显而易见。

附图说明

图1示出了调节发动机动力请求以在海拔条件下供应期望的发动机动力的现有技术中的方法。

图2示出了根据本公开的一个实施例的代表性的混合动力电动车辆。

图3示出了根据本公开的多个实施例的用于控制发动机转速以供应期望的发动机动力的系统或方法的操作。

图4是示出了根据本公开的多个实施例的混合动力电动车辆中的用于控制发动机转速的算法的流程图。

具体实施方式

在此描述了本公开的实施例。然而，应该理解的是，所公开的实施例仅仅是示例，并且其它的实施例可采用多种和替代的形式。附图不一定按比例绘制；可夸大或最小化一些特征以示出特定组件的细节。因此，在此公开的具体结构和功能性细节不应解释为限制，而仅仅作为用于教导本领域的专业技术人员以多种形式使用本发明的代表性基础。

如本领域的普通技术人员将理解的，参照任一附图示出和描述的各种特征可与在一个或更多个其他附图中示出的特征结合，以产生未明确示出或描述的实施例。示出的特征的结合为典型应用提供代表性实施例。然而，可期望与本公开的教导一致的特征的各种结合和变型用于特定应用或实施方式。

参照图2，示出了具有并联混合动力传动系统(可被称为动力分流式传动系统或者动力分流式配置)的车辆10。设置车辆系统控制器(VSC)12，车辆系统控制器(VSC)12通常可被称为控制器。VSC12控制车辆10的动力传动系或传动系中的动力分配。设置牵引电池或电池14并由VSC12控制电池14。电池14具有双向电连接，电池14可以接收并存储通过例如再生制动产生的电能，并且可以将能量供应到电机，电机可以被操作为电动机或者发电机，但是这通常被作为其主要操作模式。在示出的实施例中，电机由电动牵引电动机16实现。逆变器15被设置用于选择性地启用/禁用从电池14到电动机16的电流。逆变器15将来自电池的直流(DC)转换成交流电(AC)，以用于给电机供电。可选择地，在再生制动期间，逆变器15将来自电机的AC转换成DC，从而将电力存储在电池14中。

尽管所示出的车辆10的控制系统具有VSC12，但是根据需要，这一控制系统可包括多于一个的控制器。例如，单独的电池控制模块可直接控制电池14的充电、放电和调节。另外，单独的电池控制模块可直接连接到电动机16和车辆10中的其它控制器。应该理解，车辆10中的所有可预计的控制器都可被称为“控制器”，没有必要限制VSC12仅仅为一个控制器。将参照图2更加详细地描述代表性实施例的单独的附加的控制器及其层级。

内燃发动机(ICE)18也是车辆10的动力源。VSC12与发动机系统控制器19结合来控制发动机18的操作。电动机16和发动机18两者均能够给变速器20提供动力，变速器20最终将扭矩传递给车辆10的车轮。

发动机18将动力传递给扭矩输入轴22，扭矩输入轴22通过单向离合器连接到行星齿轮组24。输入轴22为行星齿轮组24提供动力，行星齿轮组24包括齿圈齿轮26、太阳齿轮28和行星架组件30。输入轴22传动地连接到行星架组件30，当行星架组件30被驱动时，行星架组件30可使齿圈齿轮26和/或太阳齿轮28旋转，太阳齿轮28传动地连接到主要作为发电机32的另一电机。发电机32与太阳齿轮28接合，从而发电机32可随与太阳齿轮28一起旋转，或者发电机32可与太阳齿轮28脱离接合，从而不随太阳齿轮28一起旋转。与电动机16类似，发电机32可被称为如前面所述的电机，当该电机用于其它车辆动力传动系配置时，该电机既能够产生电力又能够提供运动动力。

当发动机18传动地连接到行星齿轮组24，发电机32针对于行星齿轮组24的操作的反作用元件而产生能量。从发电机32产生的电能通过电连接件36传递到电池14。牵引电池14还以公知的方式接收并存储通过再生制动产生的电能。电池14将存储的电能供应到电动机16，以用于操作。从发动机18传递到发电机32的动力的一部分动力还可以直接传递给电动机16。电池14、电动机16和发电机32均通过电连接件36以双向电力流动路径互相连接。VSC12控制动力传动系统中的组件，以向车轮提供合适的扭矩分配。

应该理解，电动机16和发电机32二者均可被称为如前面描述的电机。每个电机可通过从发动机18接收扭矩并向逆变器15供应AC电压而作为发电机运转，由此，逆变器15将所述AC电压转换成DC电压，以对电池14充电。电机还可通过使用再生制动而作为发电机运转，以将车辆的制动能量转换成电能而存储在牵引电池14中。可选择地，电机还可作为电动机运转，由此，电动机从逆变器15和电池14接收动力，并通过变速器20提供扭矩，并最终将扭矩提供到车轮。

逆变器15选择性地给电动机16和发电机32供电。逆变器15可包括用于选择性地停用电动机16的电动机逆变器和用于选择性地停用发电机32的发电机逆变器。逆变器15还可包括用于改变牵引电池14、电动机16和发电机32之间的电压的升压转换器或者可变电压控制器(VVC)。

车辆可仅由发动机18提供动力、仅由电池14和电动机16提供动力或者由发动机18、电池14和电动机16的组合提供动力。在机械式驱动模式（或第一操作模式）下，发动机18起动，以通过行星齿轮组24传递扭矩。齿圈齿轮26将扭矩分配给包括啮合的齿轮元件40、42、44和46的有级速比齿轮。齿轮42、44和46安装在中间轴上，齿轮46将扭矩分配给齿轮48。然后，齿轮48将扭矩分配给扭矩输出轴50。在机械式驱动模式下，电动机16还可被启用以辅助发动机18驱动变速器20。当在电动机16用于辅助时，齿轮52将扭矩分配到齿轮44以输送到中间轴。

在电力驱动模式(EV模式)（或者第二操作模式）下，停用发动机18或另外防止发动机18将扭矩分配给扭矩输出轴50。在EV模式下，电池14给电动机16供电，以通过有级速比齿轮分配扭矩从而将扭矩分配给扭矩输出轴50。扭矩输出轴50连接到差速器和半轴机构56，差速器和半轴机构56将扭矩分配给牵引车轮58。VSC12控制电池14、电动机16、发动机18和发电机32，以在机械驱动模式或EV模式下，根据驾驶员扭矩需求而将扭矩分配给车轮58。

如前所述，存在用于传动系的两个动力源。第一动力源是发动机18，发动机18将扭矩传递给行星齿轮组24。另一个动力源仅涉及电力驱动系统，该电力驱动系统包括电动机16、发电机32和电池14，电池14用作针对于电动机16和发电机32的能量存储介质。发电机32可由行星齿轮组24驱动，可选择地，发电机32可用作电动机并将动力传递给行星齿轮组24。

应该理解的是，尽管在车辆10中示出了动力分流式动力传动系，但是车辆10可包括许多其它配置。因此，可预想的是，动力传动系的各个部件可能有所不同，以适合于各种特定的应用。例如，在不包括行星齿轮组24的另一配置中，可设置电机(电动机/发电机)以从发动机或再生制动接收扭矩而作为发电机运转，同时相同的电机还可从牵引电池接收动力并通过变速器提供扭矩而作为电动机运转。可预想车辆动力传动系的其它车辆配置和电机的实施方式，因此，其它车辆配置和电机的实施方式被认为是在本公开的范围之内。

现在，参照图3，示出了根据本公开的一个实施例的用于控制发动机转速的系统或方法的操作。如框60所示，基于驾驶员动力请求，确定期望的发动机动力。驾驶员动力请求可以以加速踏板致动的形式被传送。

然后，如框62所示，选择目标发动机转速。可根据各种参数和考虑因素(诸如燃料效率、车辆噪声、车辆性能、车辆排放或驾驶员考虑的其它因素)，基于EMS图或类似的图来选择目标发动机转速。这一选择可由VSC或者其它适合的控制器执行。

然后，如框64所示，计算目标发动机转速下的最大发动机扭矩τe,max。可以使用本领域公知的方法基于各种输入(包括气压、进气温度、发动机冷却剂温度和辅助系统诊断信息)来计算最大发动机扭矩。在一个实施例中，响应于来自VSC的请求，这一计算由ESC执行。在其它实施例中，这一计算可由其它适合的控制器执行。

然后，如框66所示，对在目标转速下保持发动机真空所必要的扭矩储备进行计算。扭矩储备可根据目标转速而变化。在U.S.7967720中描述了一种计算所需的扭矩储备的方法，其公开内容通过引用被全部包含于此。在一个实施例中，这一计算由VSC执行。在其它实施例中，这一计算可由其它的控制器执行。

然后，如框68所示，计算可用发动机扭矩。可用发动机扭矩等于最大发动机扭矩减去扭矩储备。可用发动机扭矩乘以目标转速得到目标转速下的可用动力，然后如框70所示将可用动力与期望的动力进行比较。在一个实施例中，这些计算由VSC执行。在其它实施例中，这些计算可由其它的控制器执行。

如果可用动力与期望的动力之间的差不小于校准阈值，则如框72所示调节目标转速。如果期望的动力大于可用动力，则增加目标转速，如果期望的动力小于可用动力，则可减小目标转速。目标转速的变化幅度可由本领域公知的任何反馈系统确定。在一个实施例中，反馈控制是PI控制器。在一个实施例中，目标转速限制在最大值（最大值等于EMS速度）以内，以防止目标转速过高于（over-riding）针对海平面操作的最优曲线。然后，算法返回到框64。

如果可用动力与期望的动力之间的差小于校准阈值，则如框74所示将发动机转速设置为目标转速。控制器可操作发动机达到目标转速。

图4示出了根据本公开的系统或方法的实施例的操作。响应于驾驶员的驱动请求，设置期望的发动机动力76。发动机转速和发动机扭矩的多种组合可满足期望的发动机动力，如虚线指示的。EMS曲线78提供了针对任何给定的动力请求的燃料效率和其它考虑因素最优的发动机转速。根据EMS图来设置第一目标发动机转速N1，目标转速N1和相关的EMS扭矩位于点80处。在正常的发动机操作条件下，在点80处的发动机扭矩小于最大发动机扭矩82。在海拔增加或其它条件下，最大发动机扭矩会减小到EMS曲线之下，如减小的最大扭矩曲线84所示。

根据本公开，计算目标转速N1下的可用发动机扭矩，由点86指示。在目标转速N1下的可用发动机扭矩等于计算的最大可用发动机扭矩[由x(而不是数字)指示]减去第一计算的扭矩储备88。将由目标转速N1和点86的扭矩的乘积得出的点86处的动力与期望的发动机动力76进行比较。这里，期望的动力76与点86处的动力之差超过阈值[未示出]，因此，目标转速增加到N2。响应于点86处的动力和期望的动力76之间的差，基于反馈校正来选择新的目标转速N2。然后，计算在目标转速N2下的可用发动机扭矩，由点90指示。可用发动机扭矩等于目标转速N2下的计算的最大可用发动机扭矩[由x(而不是数字)指示]减去第二计算的扭矩储备92。因为用于保持发动机真空的扭矩储备随发动机转速而变化，所以第二扭矩储备92会和第一扭矩储备88不同。将由目标转速N2和点90处的扭矩的乘积得到的点90处的动力和期望的发动机动力76进行比较。这里，期望的动力76与点90处的动力之差小于阈值[未示出]。然后，控制器操作发动机以目标转速N2运转。

根据本公开，图3至图4的示意图提供一种用于具有自动停机和自动重起功能的内燃发动机的代表性的控制策略。图3至图4中示出的控制策略和/或逻辑通常被存储为由VSC12中的软件和/或硬件实施的代码。可使用任意数量的公知的策略(诸如事件驱动、中断驱动、多重任务、多线程等)来执行代码。因此，可以按照所示的顺序、并行地来执行示出的多个步骤或功能，或者在某些情况下省略多个步骤或功能。虽然没有明确示出，但是本领域技术人员将认识到，根据使用的特定的处理策略，可重复地执行一个或者更多个步骤或功能。类似地，处理的顺序不需要实现在此描述的特征和优点，但是在此提供处理的顺序以便于说明和描述。由图3至图4简化的流程图示出的控制逻辑或代码可被主要实现在具有指令的软件中，所述指令由微处理器车辆、发动机和/或动力传动系控制器(诸如VSC12)执行。当然，根据具体应用，所述控制逻辑可被实现在一个或者更多个控制器的软件、硬件或者软件和硬件的组合中。当所述控制逻辑被实现在软件中时，所述控制逻辑被优选地设置在具有由计算机执行以控制发动机的存储数据再现代码或指令的一个或者更多个计算机可读存储介质中。计算机可读存储介质可包括一个或者更多个的公知的物理装置，所述物理装置利用电、磁、光学和/或混合存储来保持可执行的指令和相关的校对信息、操作变量等。

如上面描述的实施例所说明的，用于控制混合动力电动车辆的系统或方法可控制发动机转速在海拔条件下满足驾驶员动力请求，同时，还保持歧管真空。所述系统或方法还通过在命令发动机转速之前计算补偿的目标转速(而不是在估算提供的动力之前等待发动机产生扭矩)以提供快速的响应时间。

虽然上面描述了示例性实施例，但是并非旨在使这些实施例描述权利要求涵盖的全部可能的形式。在说明书中使用的词语是描述性的而非限制性的词语，并且应理解的是，在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可做出各种改变。如前面所述，不同实施例的特征可结合，以形成本发明的可能没有明确描述或示出的进一步的实施例。虽然不同的实施例可描述为相对于一个或更多个期望的特性，提供优势或优先于其他实施例或者现有技术实施方式，但是本领域的普通技术人员应该意识到，根据具体应用和实施方式，一个或更多个特征或特性可以进行折衷以实现期望的整体系统属性。这些属性可包括(但不限于)成本、强度、耐久性、寿命周期成本、市场性、外观、包装、尺寸、可维修性、重量、可制造性、组装容易性等。这样，被描述为相对于一个或更多个特性不如其他实施例或现有技术实施的实施例不在本公开的范围之外并且在用于特殊应用时能够令人满意。

Claims (6)

1.一种用于控制混合动力电动车辆的方法，所述方法包括：

响应于减少的可用发动机扭矩，命令发动机以目标发动机转速运转，所述目标发动机转速超过基于期望的燃料效率的发动机转速，其中，在目标发动机转速下计算出的最大发动机扭矩超过满足目标发动机转速下的驾驶员动力请求所需的扭矩。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

计算目标发动机转速下的可用发动机扭矩，可用发动机扭矩等于所计算出的最大发动机扭矩减去用于保持发动机真空的扭矩储备；

计算目标发动机转速下的可用发动机动力，可用发动机动力等于目标发动机转速与可用发动机扭矩的乘积；

计算驾驶员动力请求和可用发动机动力之间的动力差；

响应于所述动力差来调节目标发动机转速。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，调节目标发动机转速包括将调节的目标发动机转速限制为等于或大于燃料效率最优化的发动机转速。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，调节目标发动机转速包括增加发动机转速，直到所述动力差小于校准阈值。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，所计算的目标发动机转速下的最大发动机扭矩满足目标发动机转速下的驾驶员动力请求，并且保持用于保持发动机真空的扭矩储备。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述扭矩储备随发动机转速变化。